Beschreibung
Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Speichereinspritzsystem
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Speichereinspritzsystem von Brennkraftmaschinen, insbesondere für Co mon-Rail-Syste e .
Bei Speichereinspritzsyste en fördert eine Hochdruckpumpe den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in einen zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) . Von diesem Rail führen einzelne Kraftstoffleitungen zu den jeweiligen Injektoren der Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzeln angesteuert, um Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum einzuspritzen. In den Figuren 3 und 4 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Wie in den Figuren gezeigt, umfasst der Kraft- stoffhochdruckspeicher einen Grundkörper 1, welcher eine Längsbohrung 3 aufweist, von welchem mehrere Anschlussbohrungen 2 für die Injektoren abgehen. Da die Speichereinspritzsysteme mit sehr hohen Drücken arbeiten, treten insbesondere an den in der Figur 3 mit Pfeilen gekennzeichneten Übergangsbereichen zwischen der Längsbohrung 3 und den An- schlussbohrungen 2 Festigkeitsprobleme auf, welche dort zu
Rissen führen, welche sich schnell erweitern. Daher werden im Stand der Technik für die Grundkörper 1 sehr teure, hochfeste Materialien verwendet und aufwendige Nachbearbeitungsschritte an den rissgefährdeten Stellen, wie z.B. Entgraten oder Ku- gelstrahlen, durchgeführt. Somit sind die bekannten Kraftstoffhochdruckspeicher sehr arbeitsintensiv und teuer in ihrer Herstellung.
Aus der DE-199 45 786 Cl ist weiterhin ein Kraftstoffhochdruckspeicher bekannt, bei dem ein Innenraum aus zwei kreiszylindrischen Ausnehmungen gebildet sind, welche in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind und miteinander in Verbindung stehen. Die Anschlussbohrungen für die Injektoren sind dabei in einem zwischen den beiden Längsbohrungen vorgesehenen Verbindungsbereich angeordnet, welcher sattelförmig ausgebildet ist. Dadurch können am Übergangsbereich zwischen der Längsbohrung und der Anschlussbohrung günstige Spannungsverhältnisse erzeugt werden. Allerdings weist dieser Kraftstoffhochdruckspeicher aufgrund der parallelen Anordnung der beiden Längsbohrungen eine relativ große Breite auf. Desweiteren ist die Herstellung der zwei parallelen Bohrungen z.B. mittels Tieflochbohren sehr aufwendig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Speichereinspritzsystem bereitzustellen, welcher bei einem kompakten Aufbau eine ver- besserte Hochdruckfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstoffhochdruckspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Speichereinspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist besonders kompakt und platzsparend aufgebaut und weist eine deutlich verbesserte Hochdruckfestigkeit an den Über- gangsbereichen zwischen einer länglichen Ausnehmung und den Anschlussbohrungen für Injektoren des Einspritzsystems auf. Der erfindungsgemäße Hochdruckspeicher ist dabei derart aufgebaut, dass eine in einem Grundkörper vorgesehene Längs-
ausnehmung im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und an ihrem Innenumfang wenigstens einen rippenförmigen Abschnitt aufweist. Die Anschlussbohrungen für die Injektoren münden erfindungsgemäß am rippenförmigen Abschnitt in die L ngsausnehmung. Durch die nach innen gerichtete Ausbildung des rippenförmigen Abschnitts in der Langsausnehmung werden dabei günstige Spannungsverhältnisse inbesondere am Ende des rippenförmigen Abschnitts erhalten, so dass an den Bohrungs- verschneidungen die Spannungen reduziert werden können. Der nach Innen vorstehende rippenförmige Ansatz positioniert die Verschneidung somit Richtung Mittelachse der im wesentlichen zylinderförmigen Langsausnehmung, so dass die Tangential- spannungen bzw. UmfangsSpannungen an der Verschneidung deutlich geringer sind. Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass weniger teuere Materialien für die Hochdruckspeicher verwendet werden können, bzw. dass die Hochdruckspeicher für noch höhere Drücke, verwendbar ist. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Hochdruckspeichers auch die Druckpulsfestigkeit weiter gesteigert werden.
Besonders bevorzugt ist der rippenförmige Abschnitt am Innenumfang der Langsausnehmung über die gesamte Länge des Grundkörpers ausgebildet. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass der erfindungsgemäße Hochdruckspeicher aus gezogenen Rohren hergestellt werden kann, wodurch sich eine deutliche Verbilligung der Herstellung im Vergleich mit den bekannten Hochdruckspeichern ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfin- düng sind am Innenumfang des Grundkörpers mehrere, zueinander parallel verlaufende rippenförmige Abschnitte gebildet. Dadurch ist es möglich, dass die Anschlussleitungen für die Injektoren oder Zuläufe/Abläufe an unterschiedlichen Stellen am
Umfang des länglichen Grundkörpers angeordnet werden können.
Dadurch können größere Freiheitsgrade hinsichtlich der Anordnung der Leitungen in den meist beengten Motorräumen von Kraftfahrzeugen erhalten werden.
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Besonders bevorzugt sind dabei zwei rippenförmige Abschnitte am Innenumfang gebildet, welche entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann weiter eine verbesserte Stei- figkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers erreicht werden.
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Gemäß einer anderen besonders bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung sind drei rippenförmige Abschnitte am Innenumfang des Grundkörpers gebildet. Die drei rippenförmigen Abschnitte sind dabei zueinander jeweils um 120° versetzt an-
L5 geordnet. Dadurch kann die Stabilität des Hochdruckspeichers weiter verbessert werden.
Durch die Anordnung von mehreren rippenförmigen Abschnitten am Innenumfang des Grundkörpers kann weiterhin erreicht wer- 20 den, dass, abhängig von der Anzahl der rippenförmigen Abschnitte, mehrere Anschlussbohrungen in einer Schnittebene, d.h. in einer Höhe in Längsrichtung des Grundkörpers, angeordnet werden können.
5 Vorzugsweise ist am Übergang zwischen der Anschlussbohrung und dem rippenförmigen Abschnitt ein spitzer Winkel gebildet. Dadurch können die Belastungen sehr gering gehalten werden.
Um besonders günstige Spannungsverhältnisse, d.h. sehr ge- 0 ringe Spannungen, an der Bohrungsverschneidung zwischen der Langsausnehmung und den Anschlussbohrungen zu erhalten, sind die rippenförmigen Abschnitte vorzugsweise abgerundet ausgebildet. Besonders bevorzugt ist dabei das vorstehende Ende
der rippenförmigen Abschnitte im Schnitt halbkreisförmig ausgebildet, wobei die Anschlussbohrung durch den am weitesten vorstehenden Bereich des rippenförmigen Abschnitts geführt ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß einem ersten Ausführungs- beispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoff- hochdruckspeichers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 eine schematische Längsschnittansicht eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß dem Stand der Technik und
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des
Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß dem Stand der Technik von Figur 3.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein erstes Aus- führungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in Figur 1 gezeigt, besteht der Kraftstoffhochdruck- speicher aus einem Grundkörper 1, welcher länglich ausgebildet ist und von dem mehrere Anschlussbohrungen 2 abgehen, welche zu Injektoren an einzelnen Zylindern einer Brennkraft-
maschine führen. Der Grundkörper 1 ist dabei mit einer inneren Längsbohrung 3 ausgebildet, welche im Wesentlichen zylin- derförmig ausgebildet ist. Am Innenumfang der Längsbohrung 3 ist dabei ein rippenförmiger Abschnitt 4 gebildet, welcher über die gesamte Länge des Grundkörpers 1 verläuft. Der Radius R der im Wesentlichen zylinderförmigen Bohrung ist dabei derart gewählt, dass das notwendige Speichervolumen trotz der Volumenreduktion durch den nach innen gerichteten rippenförmigen Abschnitt 4 bereitgestellt wird.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Anschlussbohrung 2 dabei derart am Grundkörper 1 angeordnet, dass die Anschlussbohrung 2 durch den rippenförmigen Abschnitt 4 geführt ist und die Bohrungsverschneidung zwischen der Längsbohrung 3 und der Anschlussbohrung 2 am Ende des rippenförmigen Abschnitts 4 angeordnet ist. Der rippenförmige Abschnitt 4 ist dabei derart gebildet, dass sein Ende im Schnitt einen Halbkreis beschreibt, so dass sich am Schnittpunkt, d.h. Übergangsbereich, zwischen der Bohrung 2 und dem rippenförmigen Ab- schnitt 4 ein spitzer Winkel α ergibt.
Durch die Anordnung der Anschlussbohrung 2 am rippenförmigen Abschnitt 4 wird eine günstige Spannungsverteilung erreicht, da der im Grundkörper 1 herrschende Druck von beiden Seiten auf den rippenförmigen Abschnitt 4 wirkt, so dass die resultierenden Kräfte an der Bohrungsverschneidung deutlich reduziert sind. Bedeutsam ist ebenfalls, dass der Einfluss der Tangentialspannung bzw. UmfangsSpannung der Längsbohrungen an der Verschneidung geringer ist. Dadurch wird die Gefahr einer Rissbildung am Übergangsbereich zwischen der Anschlussbohrung 2 und der Längsbohrung 3 deutlich reduziert. Somit kann der erfindungsgemäße Hochdruckspeicher insbesondere für die in naher Zukunft zu erwartenden höheren Drücke bei Kraftstoff-
einspritzsystemen eingesetzt werden bzw. es können kostengünstigere Materialien mit geringerer Hochdruckfestigkeit für die Kraftstoffhochdruckspeicher verwendet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 ein Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
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Wie in Figur 2 gezeigt, umfasst der Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls einen länglichen Grundkörper 1, in welchem eine durchgehende Langsausnehmung 3 ausgebildet ist.
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Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind im zweiten Ausführungsbeispiel drei rippenförmige Abschnitte 4, 5, 6 am Innenumfang der Langsausnehmung 3 gebildet. Wie in Figur 2 gezeigt, sind die drei rippenförmigen Abschnitte 4, 5, 6 da- 0 bei um jeweils 120° um den Innenumfang der im Wesentlichen zylinderförmigen Langsausnehmung 3 angeordnet. Die rippenförmigen Abschnitte 4, 5, 6 stehen in die L ngsausnehmung 3 vor und sind an ihrem Ende abgerundet gebildet.
5 Wie in Figur 2 gezeigt, ist eine erste Anschlussbohrung 2 derart angeordnet, dass die Bohrungsverschneidung mit der Langsausnehmung 3 am ersten rippenförmigen Abschnitt 4 angeordnet ist. Eine zweite Anschlussbohrung 7 ist weiterhin durch den zweiten rippenförmigen Abschnitt 5 geführt (vgl. 0 Figur 2) . Durch die Anordnung mehrerer rippenförmiger Abschnitte 4, 5, 6 ist es somit möglich, dass die Anschlussbohrungen in Längsrichtung des Grundkörpers 1 auf der gleichen Höhe an unterschiedlichen Positionen am Umfang des
Grundkörpers 1 angeordnet werden können. In dem in Figur 2 dargestellten Hochdruckspeicher sind dabei an dem dargestellten Schnitt zwei Anschlussbohrungen 2 und 7 auf gleicher Höhe in Längsrichtung an unterschiedlichen Umfangspositionen
5 der Grundkörpers 1 angeordnet. Dies ermöglicht höhere Freiheitsgrade hinsichtlich der Anordnung der Anschlussbohrungen für die Injektoren bzw. sonstigen Zuleitungen/Ableitungen. Weiterhin ist es dadurch möglich, dass die Gesamtlänge des Grundkörpers 1 im Vergleich mit dem Stand der Technik redu-
.0 ziert werden kann, da mehrere Bohrungen auf gleicher Höhe am Umfang des Grundkörpers 1 verteilt werden können. Der Radius R ist dabei derart gewählt, dass das notwendige Speichervolumen vorhanden ist.
L5 Weiterhin ergibt sich durch die Anordnung von drei gleichmäßig zueinander versetzten rippenförmigen Abschnitten eine besonders hohe Stabilität des erfindungsgemäßen Hochdruckspeichers .
20 Durch die Anordnung von mehreren gleichmäßig zueinander versetzten rippenförmige Abschnitten 4 am Innenumfang des Grundkörpers, bei die somit im gleichen Winkelabstand zueinander an der Innenfläche der Langsausnehmung angeordnet sind, ergibt sich eine hohe Stabilität und eine gute Ziehbarkeit des 5 Kraftstoffrohres.
Die benötigten radialen Anschlussbohrungen 2,7 können dabei nach Bedarf in einer oder mehreren zueinander versetzten rippenförmigen Abschnitten 4 eingebracht sein, so dass radiale 0 Anschlussbohrungen 2, 7 in einem Winkelabstand WA von Vielfachen k von (360°/n) (n=Anzahl der rippenförmigen Abschnitte) eingebracht sein können:
WA=k* 360 ° /n
Bevorzugt ragt der rippenförmige Abschnitt 4,5 im Vergleich zur im zylindrisch gedachten Innenfläche der Langsausnehmung um einen Abstand D von mehr als 2mm nach innen, wodurch eine hohe Stabilität und geringe Eigenspannungen bei Hochdruck von 1000 bis 2500 bar im Kraftstoffverteiler erzielt wird, bei einem Innendurchmesser der Innenfläche von 7 bis 15mm.
Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftstoff- hochdruckspeicher für ein Speichereinspritzsystem von Brennkraftmaschinen mit einem Grundkörper 1, umfassend eine Langsausnehmung 3, von welcher mehrere Anschlussbohrungen 2, 7 abgehen. Dabei ist die Innenfläche der Langsausnehmung 3 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet, wobei am Innenumfang der Langsausnehmung 3 wenigstens ein rippenförmiger Abschnitt 4 gebildet ist, in welchen eine Anschlussbohrung 2 in die Langsausnehmung 3 mündet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfin- dungsumfang zu verlassen.