WO2005100774A1 - Hochdruckleitung zur kraftstoffzufuhr von brennkraftmaschinen - Google Patents

Hochdruckleitung zur kraftstoffzufuhr von brennkraftmaschinen Download PDF

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Cornelius Hentrich
Volker Keck
Wilhelm Mair
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • a generic high pressure line and a corresponding connection are known from DE 44 07 306 Cl.
  • High-pressure lines of this type are used particularly for fuel lines in common rail systems for diesel internal combustion engines. Due to the high pressures, they have a relatively large wall thickness compared to the outside diameter, that is to say a very small diameter / wall thickness ratio. Because of the pressure pulsations that occur in direct-injection gasoline internal combustion engines, such lines that are common in diesel internal combustion engines cannot be used there, because due to their small internal diameter, they transmit the pulsations undamped to the connecting parts, which can damage them and also lead to problems when operating the internal combustion engine.
  • connection sections usually being soldered to the line sections, but this also leads to space problems in addition to the additional costs for the soldering process.
  • Another solution known from the general prior art is to produce the sealing surface by hot forming, but this requires subsequent cleaning of the same.
  • the material during assembly of the high-pressure line according to the invention on the connecting parts in which a plastic deformation of the connecting section Cut takes place in the area of the lower surface, ideally flow, so that there is a homogeneous shaping and damage to the material, for example by cracking or wrinkling, is avoided.
  • the connecting section After its deformation, in which the spherical surface is formed into a conical surface, the connecting section thus lies against the adjacent connecting part in such a way that the connection is adequately sealed.
  • This tightness is further improved by the widening according to the invention in that the slightly enlarged diameter in the region of the widening causes an even greater pressure, as a result of which the connecting section of the high-pressure line is pressed even more strongly onto the connecting part.
  • the high-pressure line according to the invention can advantageously be produced by means of a simple, one-step forming operation.
  • a connection of a high-pressure line according to the invention with a first connection part and a second connection part that can be mounted with the first connection part is specified in claim 9.
  • FIG. 1 shows a high-pressure line according to the invention with the associated connecting parts in an unmounted state; and Fig. 2 shows the high pressure line with the connecting parts in the assembled state.
  • the high-pressure line 1 shows a half section of a high-pressure line 1, which has a line section 2 and a connecting section 3, which is also designed as a nipple and is made in one piece with the line section 2.
  • the line section 2 can have any length and is shown broken off in its area facing away from the connecting section 3.
  • the high-pressure line 1 serves to supply fuel to an internal combustion engine (not shown) and is usually arranged between a fuel pump and a so-called rail.
  • first connecting part 4 in the form of a union nut and a second connecting part 5 in the form of a connecting piece.
  • the first connection part 4 can be connected to the second connection part 5 by means of a thread 6 in a manner known per se, the two connection parts 4 and 5 being screwed to one another only so far in the state shown in FIG. 1 that the two connection parts 4 and 5 contact the high pressure line 1.
  • the connecting section 3 On its side facing the line section 2, the connecting section 3 has an upper surface 7, which rests on a conical bearing surface 4a of the first connection part 4, which in the present case also has a conical shape. If appropriate, however, the upper surface 7 could also have a spherical shape.
  • the connecting section 3 On its side facing away from the line section 2, the connecting section 3 has a lower surface 8, which is in contact with a conical bearing surface 5a of the second connection part 5 and has a spherical shape or is designed as a spherical surface.
  • a shoulder 9 referred to as a pinch fold, which serves to hold excess material in the manufacture of the high-pressure line and thus to better comply with tolerances 1.
  • a through hole 10 runs through the entire line section 2 and the connecting section 3 of the high-pressure line 1, through which the fuel, not shown, is conveyed.
  • the through-bore 10 has a widening 11, which is designed in such a way that, despite the spherical shape of the lower surface 8, the high-pressure line 1 also has a uniform wall thickness at the connecting section 3, denoted by “s”.
  • the inner contour of the through bore 10 is formed as a spherical surface at least in the region of the widening 11 or has a spherical shape in this region.
  • the connecting section 3 is deformed in the longitudinal direction of the high-pressure line 1, which is denoted by “x”.
  • the diameter of the through hole 10 is reduced in the area of the widening 11, the section 11 still exists to a certain extent, so that the fuel pressure in this area acts more strongly on the through hole 10 than in other sections thereof.
  • the lower surface 8 is pressed even more against the connection surface 5a, as a result of which the seal between the high-pressure line 1 and the second connection part 5 is further improved.
  • the outer diameter d of the line section 2 is 6.35 mm
  • the inner diameter D of the through hole 10 is 4 mm.
  • the unspecified diameter of the spherical shape of the lower surface 8 is 7.1 mm and the angle ⁇ of the tangents applied to the spherical shape of the lower surface 8 is 30 °.
  • the ratio of the diameter d to the wall thickness s should always be> 4, so that the described design of the connecting section 3 is expedient.
  • the high-pressure line 1 can be produced from a welded or seamless tube by cold forming, and soft annealing can also take place before the forming.
  • the material for the high-pressure line 1 for corrosion reasons, in particular stainless steel, for example with the material number 1.4301 or 1.4435, can be used as the material for the high-pressure line 1.
  • the tensile strength of the material used is 500 to 720 N / mm 2 and the minimum yield strength 195 N / mm 2 .
  • the hardness should be 180 to 380 HV3. Under certain circumstances, other materials with different material properties can also be used.

Abstract

Eine Hochdruckleitung (1) zur Kraftstoffzufuhr von Brenn­kraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzenden Ottobrenn­kraftmaschinen, weist einen Leitungsabschnitt (2) und einen Verbindungsabschnitt (3) auf, der zur Montage mit Anschluss­teilen (4,5) vorgesehen ist. Der Verbindungsabschnitt (3) weist eine obere, dem Leitungsabschnitt (2) zugewandte und im montierten Zustand an einem ersten Anschlussteil (4) anlie­gende Fläche (7) und eine untere, dem Leitungsabschnitt (2) abgewandte und im montierten Zustand an einem zweiten An­schlussteil (5) anliegende Fläche (8) auf. Die untere Fläche (8) ist im wesentlichen als Kugelfläche ausgebildet. Durch den Leitungsabschnitt (2) und den Verbindungsabschnitt (3) verläuft eine Durchgangsbohrung (10). Die Kontur der Durch­gangsbohrung (10) weist in dem Verbindungsabschnitt (3) eine derartige Aufweitung (11) auf, dass der Verbindungsabschnitt (3) eine im wesentlichen gleichmässige Wandstärke aufweist.

Description

DaimlerChrysler AG
Hochdruckleitung zur Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckleitung zur Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzenden Ottobrennkraftmaschinen, mit einem Leitungsabschnitt und einem Verbindungsabschnitt, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Verbindung einer derartigen Hochdruckleitung mit einem ersten Anschlussteil und einem mit dem ersten Anschlussteil montierbaren zweiten Anschlussteil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Eine gattungsgemäße Hochdruckleitung und eine entsprechende Verbindung sind aus der DE 44 07 306 Cl bekannt. Derartige Hochdruckleitungen werden besonders für Kraftstoffleitungen bei Common-Rail-Systemen für Dieselbrennkraftmaschinen verwendet. Aufgrund der hohen Drücke weisen sie eine relativ große Wandstärke verglichen mit dem Außendurchmesser, also ein sehr kleines Durchmesser/Wandstärken-Verhältnis auf. Aufgrund der bei direkteinspritzenden Ottobrennkraftmaschinen auftretenden Druckpulsationen sind solche bei Dieselbrenn- kraftmaschinen üblichen Leitungen jedoch dort nicht einsetzbar, da sie aufgrund ihres geringen Innendurchmessers die Pulsationen ungedämpft an die Anschlussteile weiterleiten, was zu einer Beschädigung derselben und auch zu Problemen beim Betrieb der Brennkraftmaschine führen kann.
Aus diesem Grund müssen für direkteinspritzende Ottobrenn- kraftmaschinen Hochdruckleitungen mit einem größeren Durch- esser und somit mit einem größeren Durchmesser/Wandstärken- Verhältnis, also mit geringerer Wandstärke, eingesetzt werden. Dies führt jedoch bei der Fertigung zu Problemen bei der Umformung des Verbindungsabschnitts und hierbei insbesondere bei der unteren, dem Leitungsabschnitt abgewandten Fläche, die zur Erzielung einer ausreichenden Abdichtung gegenüber dem Anschlussteil plastisch verformt werden sollte, da bei dünnwandigeren Leitungen an der Dichtfläche nur eine geringere Flächenpressung aufgebracht werden kann.
In der Praxis hat dies dazu geführt, dass die Verbindungsab- schnitte meist mit den Leitungsabschnitten verlötet werden, was jedoch neben den zusätzlichen Kosten für den Lötvorgang auch zu Bauraumproblemen führt. Eine andere aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Lösung besteht darin, die Dichtfläche durch Warmumformen herzustellen, was jedoch eine nachfolgende Reinigung derselben erforderlich macht .
Zum weiteren Stand der Technik bezüglich Hochdruckleitungen zur Kraf stoffzufuhr von Brennkraftmaschinen wird auf die DE 38 01 703 Cl und die DE 197 01 561 C2 verwiesen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckleitung zur Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen zu schaffen, welche in einfacher Weise durch Kaltumformen hergestellt werden kann und im montierten Zustand eine dichte Verbindung mit den jeweiligen Anschlussteilen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst .
Durch die erfindungsgemäße Aufweitung der Durchgangsbohrung, um die Innenkontur des Verbindungsabschnitts an seine Außenkontur anzupassen und dadurch eine im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke zu erhalten, kann das Material bei der Montage der erfindungsgemäßen Hochdruckleitung an den Anschlussteilen, bei der eine plastische Verformung des Verbindungsab- Schnitts im Bereich der unteren Fläche stattfindet, ideal fließen, so dass sich eine homogene Umformung ergibt und eine Schädigung des Materials, beispielsweise durch Riss- oder Faltenbildung, vermieden wird.
Der Verbindungsabschnitt liegt damit nach seiner Verformung, bei der die Kugelfläche zu einer Kegelfläche umgeformt wird, so an dem benachbarten Anschlussteil an, dass eine ausreichende Dichtheit der Verbindung gegeben ist. Diese Dichtheit wird durch die erfindungsgemäße Aufweitung noch dahingehend verbessert, dass durch den geringfügig vergrößerten Durchmesser in dem Bereich der Aufweitung ein noch größerer Druck herrscht, wodurch der Verbindungsabschnitt der Hochdruckleitung noch stärker an das Anschlussteil angepresst wird. Die erfindungsgemäße Hochdruckleitung lässt sich vorteilhafterweise mittels einer einfachen, einstufigen Umformoperation herstellen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere dann geeignet und sinnvoll, wenn das Verhältnis des Außendurchmessers des Leitungsabschnitts zu der Wandstärke d/s > 4 beträgt.
Eine Verbindung einer erfindungsgemäßen Hochdruckleitung mit einem ersten Anschlussteil und einem mit dem ersten Anschlussteil montierbaren zweiten Anschlussteil ist in Anspruch 9 angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Hochdruckleitung mit den zugehörigen Anschlussteilen in einem nicht montierten Zustand; und Fig. 2 die Hochdruckleitung mit den Anschlussteilen im montierten Zustand.
Fig. 1 zeigt in einem Halbschnitt eine Hochdruckleitung 1, welche einen Leitungsabschnitt 2 und einen auch als Nippel bezeichneten, mit dem Leitungsabschnitt 2 einteilig ausgeführten Verbindungsabschnitt 3 aufweist. Der Leitungsabschnitt 2 kann eine beliebige Länge aufweisen und ist in seinem dem Verbindungsabschnitt 3 abgewandten Bereich abgebrochen dargestellt. Die Hochdruckleitung 1 dient zur Kraftstoffzufuhr für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine und ist üblicherweise zwischen einer Kraftstoffpumpe und einer sogenannten Rail angeordnet.
Um die Hochdruckleitung 1 zu befestigen wird sie, wie nachfolgend beschrieben, zwischen zwei miteinander verschraubten Anschlussteilen, nämlich einem ersten Anschlussteil 4 in Form einer Überwurfmutter und einem zweiten Anschlussteil 5 in Form eines Anschlussstutzens, montiert. Das erste Anschlussteil 4 ist mit dem zweiten Anschlussteil 5 mittels eines Gewindes 6 in an sich bekannter Weise verbindbar, wobei die beiden Anschlussteile 4 und 5 in dem in Fig. 1 dargestellten Zustand nur so weit miteinander verschraubt sind, dass die beiden Anschlussteile 4 und 5 an der Hochdruckleitung 1 anliegen.
An seiner dem Leitungsabschnitt 2 zugewandten Seite weist der Verbindungsabschnitt 3 eine obere, an einer kegelförmigen Anlagefläche 4a des ersten Anschlussteils 4 anliegende Fläche 7 auf, welche im vorliegenden Fall ebenfalls eine Kegelform aufweist. Gegebenenfalls könnte die obere Fläche 7 jedoch auch eine Kugelform aufweisen. An seiner dem Leitungsabschnitt 2 abgewandten Seite weist der Verbindungsabschnitt 3 eine an einer kegelförmigen Anlagefläche 5a des zweiten Anschlussteils 5 anliegende, untere Fläche 8 auf, welche eine Kugelform aufweist bzw. als Kugeloberfläche ausgeführt ist. Im vorliegenden Fall befindet sich zwischen der oberen Fläche 7 und der unteren Fläche 8 des Verbindungsabschnitts 3 ein als Quetschfalte bezeichneter Absatz 9, der zur Aufnahme von überschüssigem Material bei der Herstellung der Hochdruckleitung und somit zur besseren Einhaltung von Toleranzen 1 dient .
Durch den gesamten Leitungsabschnitt 2 und den Verbindungsabschnitt 3 der Hochdruckleitung 1 verläuft eine Durchgangsbohrung 10, durch welche der nicht dargestellte Kraftstoff gefördert wird. In dem Bereich des Verbindungsabschnitts 3 weist die Durchgangsbohrung 10 eine Aufweitung 11 auf, welche derart ausgeführt ist, dass trotzt der Kugelform der unteren Fläche 8 die Hochdruckleitung 1 auch an dem Verbindungsab- schnitt 3 eine gleichmäßige, mit "s" bezeichnete Wandstärke aufweist. Die Innenkontur der Durchgangsbohrung 10 ist zumindest in dem Bereich der Aufweitung 11 als Kugelfläche ausgebildet bzw. weist in diesem Bereich eine Kugelform auf.
Durch die AufWeitung 11 und deren oben beschriebene Form ist es möglich, den Verbindungsabschnitt 3 der Hochdruckleitung 1 wie in Fig. 2 dargestellt umzuformen, ohne Materialschädigungen hervorzurufen. Durch die Verformung des Verbindungsab- schnitts 3, die durch die Verschraubung bzw. Montage des ersten Anschlussteils 4 gegenüber dem zweiten Anschlussteil 5 hervorgerufen wird, wird die Kugelform der unteren Fläche 8 der Kegelform der Anlagefläche 5a des zweiten Anschlussteils 5 angepasst. Dadurch ergibt sich im montierten Zustand der beiden Anschlussteile 4 und 5 eine Abdichtung der unteren Fläche 8 des Verbindungsabschnitts 3 gegenüber der Anlagefläche des zweiten Anschlussteils 5 und somit eine Abdichtung der Hochdruckleitung 1. In diesem Zusammenhang können besondere Drehmomente und zusätzliche Drehwinkel bei der Verschraubung der beiden Anschlussteile 4 und 5 miteinander vorgesehen sein, um die gewünschte plastische Verformung des Verbindungsabschnitts 3 zu erzielen. Im vorliegenden Fall sind, beispielsweise im Vergleich zu der DE 197 01 561 C2 relativ kleine Drehmomente erforderlich.
Des weiteren wird der Verbindungsabschnitt 3 in der mit "x" bezeichneten Längsrichtung der Hochdruckleitung 1 verformt. Dabei wird zwar der Durchmesser der Durchgangsbohrung 10 im Bereich der Aufweitung 11 verringert, die Auf eitung 11 besteht jedoch noch immer zu einem gewissen Teil, so dass der KraftStoffdruck in diesem Bereich stärker auf die Durchgangs- bohrung 10 wirkt als in anderen Abschnitten derselben. Dadurch wird die untere Fläche 8 noch stärker gegen die Anschlussfläche 5a gepresst, wodurch die Abdichtung zwischen der Hochdruckleitung 1 und dem zweiten Anschlussteil 5 weiter verbessert wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Außendurchmesser d des Leitungsabschnitts 2 6,35 mm, der Innendurchmesser D der Durchgangsbohrung 10 beträgt 4 mm. Dadurch ergibt sich eine Wandstärke s der Hochdruckleitung 1 von 1,175 mm und somit ein Durchmesser/Wandstärken-Verhältnis d/s von 5,4. Der nicht bezeichnete Durchmesser der Kugelform der unteren Fläche 8 beträgt 7,1 mm und der Winkel α der an die Kugel- form der unteren Fläche 8 angelegten Tangenten beträgt 30°. Selbstverständlich können sich bei Hochdruckleitungen 1 mit anderen Außendurchmessern d entsprechend angepasste Maße ergeben, wobei das Verhältnis des Durchmessers d zur Wandstärke s stets > 4 sein sollte, damit die beschriebene Ausführung des Verbindungsabschnitts 3 sinnvoll ist. Die untere Fläche 8 sollte eine möglichst geringe Rautiefe, vorzugsweise eine Rautiefe Rz = 16 aufweisen. Die Hochdruckleitung 1 kann aus einem verschweißten oder nahtlosen Rohr durch Kaltumformung hergestellt werden, wobei vor der Umformung auch ein Weichglühen stattfinden kann.
Als Material für die Hochdruckleitung 1 kommt aus Korrosionsgründen insbesondere Edelstahl, beispielsweise mit der Werk- stoffnummer 1.4301 oder 1.4435, in Frage. Vorzugsweise be- trägt die Zugfestigkeit des verwendeten Materials 500 bis 720 N/mm2 und die minimale Streckgrenze 195 N/mm2. Im Bereich der unteren Fläche 8 sollte die Härte 180 bis 380 HV3 betragen. Unter bestimmten Umständen sind auch andere Materialien mit anderen Werkstoffkennwerten einsetzbar.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Hochdruckleitung zur Kraftstoffzufuhr von Brennkraftmaschinen, insbesondere direkteinspritzenden Ottobrennkraftmaschinen, mit einem Leitungsabschnitt und einem Verbindungsabschnitt, der zur Montage mit Anschlussteilen vorgesehen ist, wobei der Verbindungsabschnitt eine obere, dem Leitungsabschnitt zugewandte und im montierten Zustand an einem ersten Anschlussteil anliegende Fläche und eine untere, dem Leitungsabschnitt abgewandte und im montierten Zustand an einem zweiten Anschlussteil anliegende Fläche aufweist, wobei die untere Fläche im wesentlichen als Kugelfläche ausgebildet ist, und mit einer durch den Leitungsabschnitt und den Verbindungsabschnitt verlaufenden Durchgangsbohrung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontur der Durchgangsbohrung (10) in dem Verbindungsabschnitt (3) eine derartige Aufweitung (11) aufweist, dass der Verbindungsabschnitt (3) eine im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist.
2. Hochdruckleitung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Innenkontur der Durchgangsbohrung (10) zumindest in dem Bereich der Aufweitung (11) als Kugelfläche ausgebildet ist.
3. Hochdruckleitung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verhältnis des Außendurchmessers (d) des Leitungsabschnitts (2) zu der Wandstärke (s) d/s > 4 beträgt .
4. Hochdruckleitung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die obere Fläche (7) als Kegelfläche ausgebildet ist .
5. Hochdruckleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zugfestigkeit des verwendeten Materials 500 bis 720 N/mm2 beträgt.
6. Hochdruckleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die minimale Streckgrenze des verwendeten Materials 195 N/mm2 beträgt.
7. Hochdruckleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Härte im Bereich der unteren Fläche (8) 180 bis 380 HV3 beträgt.
8. Hochdruckleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sie aus Edelstahl besteht.
9. Verbindung einer Hochdruckleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem ersten Anschlussteil (4) und einem mit dem ersten Anschlussteil (4) montierbaren zweiten Anschlussteil (5) , zwischen denen der Verbindungsabschnitt (3) der Hochdruckleitung (1) im montierten Zustand angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die untere Fläche (8) des Verbindungsabschnitts (3) der Hochdruckleitung (1) im montierten Zustand der beiden Anschlussteile (4,5) zu einer die Hochdruckleitung (1) gegenüber einer Anlagefläche (5a) des zweiten Anschluss- teils (5) abdichtenden Kegelfläche verformt ist.
10. Verbindung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Anschlussteile (4,5) mittels eines Gewindes (6) miteinander verbunden sind.
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