DE102010022909A1 - Fuel injector, has channel arrangement including two channels, and recess provided in intersecting portion of channels in body by electrochemical removal, where recess is formed in rectangular shape in sectional plane - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
In Fluidsystemen, wie beispielsweise einem Kraftstoff-Einspritzsystem, müssen immer wieder druckführende Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser miteinander verschnitten werden, um eine gewünschte hydraulische Funktion zu gewährleisten. Weil eine auf eine Wandung einer Bohrung wirkende Kraft vom Druck des Fluids und der Größe der Oberfläche der Wandung abhängig ist (Kraft = Druck × Fläche), weiten sich größere Bohrungen bei einem bestimmten Druck stärker als Bohrungen mit kleinerem Durchmesser. Trifft die kleinere Bohrung in einem Winkel ungleich 90° auf die größere Bohrung, führt dies dazu, dass im Eintrittsbereich der kleineren Bohrung Zug- und Schubkräfte aus versetzten Richtungen angreifen und der Eintrittsbereich elliptisch verformt wird. Die spannungsbedingten Verformungen können auf Dauer eine Materialermüdung bewirken, so dass ein Riss im umgebenden Material entstehen kann. Die Rissbildung wird begünstigt, wenn der Fluiddruck sich häufig ändert, wie beispielsweise in einem Kraftstoffinjektor für einen Hubkolbenmotor. Je größer die Durchmesserabweichungen der beiden Bohrungen sind, desto höher sind auch die entstehenden, lokal auftretenden Spannungsspitzen im Schnittbereich der Bohrungen.In fluid systems, such as a fuel injection system, pressure bores of varying diameters must be repeatedly blended together to provide a desired hydraulic function. Because a force acting on a wall of a bore is dependent upon the pressure of the fluid and the size of the surface of the wall (force = pressure × area), larger holes at a given pressure expand more than smaller diameter holes. If the smaller hole meets the larger hole at an angle not equal to 90 °, this results in tensile and shear forces acting from staggered directions in the entry area of the smaller hole and the entry area being deformed elliptically. The stress-induced deformations can permanently cause material fatigue, so that a crack can occur in the surrounding material. Crack formation is favored when the fluid pressure changes frequently, such as in a fuel injector for a reciprocating engine. The larger the diameter deviations of the two holes, the higher the resulting, locally occurring stress peaks in the intersection of the holes.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kraftstoffinjektor mit einer Kanalanordnung anzugeben, die Spannungen zwischen zwei verschnittenen Bohrungen im Verschneidungsbereich minimiert. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kanalanordnung in einem Kraftstoffinjektor anzugeben.An object of the present invention is to provide a fuel injector with a channel arrangement which minimizes stresses between two intersecting holes in the intersection region. It is a further object of the invention to provide a method of manufacturing such a channel arrangement in a fuel injector.
Die Erfindung löst diese Probleme durch einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zur Herstellung der Kanalanordnung im Kraftstoffinjektor. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.The invention solves these problems by a fuel injector with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 7 for the production of the channel arrangement in the fuel injector. Subclaims indicate preferred embodiments.
Erfindungsgemäß umfasst ein Kraftstoffinjektor eine Kanalanordnung mit einem ersten Kanal, der entlang einer ersten Längsachse durch den Körper verläuft, und einen zweiten Kanal, der entlang einer zweiten Längsachse durch den Körper verläuft, wobei die Längsachsen einen spitzen Winkel miteinander einschließen und wobei der erste Kanal einen größeren Querschnitt als der zweite Kanal aufweist. In dem Körper ist eine Ausnehmung im Schnittbereich der beiden Kanäle vorgesehen, wobei die Ausnehmung in einer Schnittebene, welche die erste Längsachse umfasst, eine rechteckige Form aufweist.In accordance with the present invention, a fuel injector includes a channel assembly having a first channel extending through the body along a first longitudinal axis and a second channel extending through the body along a second longitudinal axis, the longitudinal axes subtending an acute angle, and wherein the first channel is one having a larger cross-section than the second channel. A recess is provided in the body in the intersection region of the two channels, the recess having a rectangular shape in a sectional plane which comprises the first longitudinal axis.
Die Ausnehmung mit dem erfindungsgemäß rechteckigen Querschnitt erlaubt eine Minimierung hydraulisch induzierter Spannungen im Schnittbereich, wobei vorteilhafterweise Spannungen bei niedrigen und hohen Fluiddrücken relativ wenig voneinander abweichen, so dass sowohl bei konstanten als auch bei variablen Drücken eine Lebensdauerverlängerung des Kraftstoffinjektors, in welchen die Kanalanordnung eingebracht ist, bewirkt werden kann. Auch bestehende Kraftstoffinjektoren können mit der erfindungsgemäßen Kanalanordnung nachgerüstet werden und dadurch eine erhöhte Druckfestigkeit erlangen. Ferner erleichtert die Rechteckform des Querschnitts eine Vermessung des Übergangs, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätskontrolle, und eine zweidimensionale Darstellbarkeit, beispielsweise in einer Konstruktionszeichnung.The recess with the rectangular cross-section according to the invention allows a minimization of hydraulically induced stresses in the cutting region, wherein advantageously at low and high fluid pressures differ relatively little, so that both at constant and at variable pressures life extension of the fuel injector, in which the channel assembly is introduced , can be effected. Existing fuel injectors can also be retrofitted with the channel arrangement according to the invention, thereby achieving increased pressure resistance. Furthermore, the rectangular shape of the cross-section facilitates a measurement of the transition, for example in the context of a quality control, and a two-dimensional representability, for example in a construction drawing.
Gegenüberliegende Kanten der rechteckigen Form können gleichförmig abgerundet sein. Es hat sich gezeigt, dass ein Verrundungsgrad der Verschneidungskurve nur noch geringen Einfluss auf entstehende Spannungsspitzen hat. Die Herstellbarkeit, die Vermessbarkeit und die Darstellbarkeit des Schnittbereichs werden durch die Verrundung der Kanten jedoch weiter verbessert.Opposite edges of the rectangular shape may be uniformly rounded. It has been shown that a degree of rounding of the intersection curve only has a small influence on resulting stress peaks. The manufacturability, the measurability and the representability of the cutting area are further improved by the rounding of the edges.
In einer zur Längsachse des ersten Kanals senkrechten Schnittebene kann die Ausnehmung eine weitere rechteckige Form aufweisen. Dabei können gegenüberliegende Kanten der weiteren rechteckigen Form ebenfalls gleichförmig abgerundet sein. Diese Rundungen können in ihren Radien den Rundungen der ersten rechteckigen Form entsprechen oder von diesen verschieden sein. Insgesamt weist dadurch die Ausnehmung die Form eines Quaders auf, dessen Kanten paarweise abgerundet sein können. Dadurch werden Herstellbarkeit, Vermessbarkeit und Darstellbarkeit des Kraftstoffinjektors unter Beibehaltung der spannungsreduzierenden Wirkung der Kanalanordnung noch weiter verbessert.In a sectional plane perpendicular to the longitudinal axis of the first channel, the recess may have a further rectangular shape. In this case, opposite edges of the further rectangular shape can also be uniformly rounded. These curves may correspond in their radii the curves of the first rectangular shape or be different from these. Overall, thereby, the recess has the shape of a cuboid whose edges may be rounded in pairs. As a result, manufacturability, vermessbarkeit and representability of the fuel injector while maintaining the voltage-reducing effect of the channel arrangement are further improved.
Die Ausnehmung kann in dem Körper einen ebenen Wandabschnitt bilden, der senkrecht zur ersten Längsachse verläuft und an Wandabschnitte beider Kanäle angrenzt. Eine Größe des Wandabschnitts der Ausnehmung definiert einen Steg zwischen den beiden Bohrungen, durch den scharfkantige bzw. spitzwinklige Geometrien, die eine Spannungsbildung fördern und/oder eine Fluidströmung stören, vermieden werden können.The recess may form in the body a flat wall portion which is perpendicular to the first longitudinal axis and adjacent to wall portions of both channels. A size of the wall portion of the recess defines a ridge between the two holes, by the sharp-edged or acute-angled geometries, the one Promote stress formation and / or disturb a fluid flow, can be avoided.
Der von den Längsachsen der beiden Kanäle eingeschlossene Winkel kann in einem Bereich zwischen 45 und 70°, bevorzugt zwischen 50 und 65° liegen. In diesen Winkelbereichen wirkt die erfindungsgemäß rechteckige Form der Ausnehmung besonders spannungsmindernd.The included by the longitudinal axes of the two channels angle may be in a range between 45 and 70 °, preferably between 50 and 65 °. In these angular ranges, the rectangular shape of the recess according to the invention has a particularly stress-reducing effect.
Ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Kraftstoffinjektors mit der Kanalanordnung umfasst Schritte des Einbringens eines ersten Kanals, der entlang einer ersten Längsachse verläuft, in einen Körper; des Einbringens eines zweiten Kanals, der entlang einer zweiten Längsachse verläuft, in den Körper, wobei die Längsachsen einen spitzen Winkel miteinander einschließen und der erste Kanal einen größeren Querschnitt als der zweite Kanal aufweist, und des Einbringens einer Ausnehmung in den Körper im Schnittbereich zwischen den beiden Kanälen, wobei die Ausnehmung in einer Schnittebene, welche die erste Längsachse umfasst, eine rechteckige Form aufweist.A method of manufacturing the described fuel injector with the channel assembly includes steps of inserting a first channel extending along a first longitudinal axis into a body; introducing a second channel extending along a second longitudinal axis into the body, the longitudinal axes subtending an acute angle and the first channel having a larger cross section than the second channel, and inserting a recess in the body in the intersection between the two two channels, wherein the recess has a rectangular shape in a sectional plane which comprises the first longitudinal axis.
Insbesondere kann die Ausnehmung mittels elektrochemischem Abtragen eingebracht werden. Ein vorausgehendes Fräsen oder Bohren einer Grobstruktur der Ausnehmung kann somit entfallen, was Kostenvorteile mit sich bringen kann. Das elektrochemische Abtragen ermöglicht zudem geringere Toleranzfehler als eine auf einer spanenden Bearbeitung basierende Herstellung. Ferner wird eine Prozesssicherheit gegenüber der konventionell spanenden Herstellung verbessert. Durch das elektrochemische Abtragen kann auch eine geometrische Reproduzierbarkeit der Kanalanordnung im Kraftstoffinjektor verbessert werden, wodurch verlässlichere Simulationsergebnisse ermöglicht werden können.In particular, the recess can be introduced by means of electrochemical removal. A preliminary milling or drilling a coarse structure of the recess can thus be omitted, which can bring cost advantages. The electrochemical removal also allows lower tolerance errors than a machining based on manufacturing. Furthermore, process reliability over conventional machining production is improved. The electrochemical removal can also improve the geometric reproducibility of the channel arrangement in the fuel injector, which enables more reliable simulation results.
Eine für das elektrochemische Abtragen verwendete Elektrode kann während des Einbringens der Ausnehmung bezüglich des Körpers im Wesentlichen parallel zu Kanten der Ausnehmung bewegt werden. Dabei kann die Elektrode in einem konstanten Abstand zum Körper gehalten werden. Dadurch können Taktzeiten, während derer die Elektrode periodisch bestromt wird, verringert werden, wodurch der Abtragevorgang räumlich begrenzt und eine entstehende Oberflächengüte der Ausnehmung verbessert werden kann. Insbesondere in Bereichen nahe der elektrochemisch abgetragenen Ausnehmung kann durch den verringerten Streubereich der Abtragung eine bessere Druckfestigkeit erzielt werden.An electrode used for electrochemical ablation may be moved substantially parallel to edges of the recess during insertion of the recess with respect to the body. In this case, the electrode can be kept at a constant distance from the body. As a result, cycle times during which the electrode is energized periodically, can be reduced, whereby the Abtragevorgang spatially limited and a surface finish of the recess can be improved. In particular in areas close to the electrochemically removed recess, a better compressive strength can be achieved by the reduced scattering range of the removal.
Insgesamt können durch die bewegliche Elektrode geringere Herstellungskosten, eine bessere Oberflächenqualität und eine freiere Konturgestaltung realisiert werden.Overall, can be realized by the movable electrode lower manufacturing costs, better surface quality and a freer contour design.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:In the following, the invention will be described in more detail with reference to the attached drawings, in which:
darstellen.
represent.
Genaue Beschreibung eines AusführungsbeispielsDetailed description of an embodiment
Der erste Kanal
Im Schnittbereich zwischen den Kanälen
Zwei waagrechte Kanten
Der dargestellte rechteckige Längsschnitt der Ausnehmung
In einer weiteren Ausführungsform kann die Ausnehmung
Der zweite Kanal
Die Quaderform der Ausnehmung
Unterhalb jeder der Variationen
Zwar ist die Oberspannung bei der Form des Rechtecks
Ein Verfahren zur Herstellung der Kanalanordnung
Während die Spannung anliegt, fließt ein Strom zwischen der Elektrode
Ist die quaderförmige Ausnehmung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006036103 A1 [0002] DE 102006036103 A1 [0002]
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- 2010-06-07 DE DE102010022909A patent/DE102010022909A1/en not_active Ceased
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