DE102013226606A1 - Fluid distributor with a pressure accumulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Fluidverteiler (1), der einen Druckspeicher (2) zur Aufnahme von komprimiertem, unter Druck stehendem Fluid und mindestens eine in den Druckspeicher (2) mündende Querleitung (3) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Druckspeicher (2) in einem Mündungsbereich (4) der Querleitung (3) konvex erweitert ist.The invention relates to a fluid distributor (1) which has a pressure accumulator (2) for receiving compressed fluid under pressure and at least one transverse line (3) which opens into the pressure accumulator (2). According to the invention it is provided that the pressure accumulator (2) in a mouth region (4) of the transverse line (3) is convexly widened.
Description
Die Erfindung betrifft einen Fluidverteiler, insbesondere Kraftstoffverteiler eines Fahrzeuges, der einen Druckspeicher zur Aufnahme von komprimiertem, unter Druck stehendem Fluid, insbesondere eines Kraftstoffes, und mindestens eine in den Druckspeicher mündende Querleitung aufweist. The invention relates to a fluid distributor, in particular fuel distributor of a vehicle having a pressure accumulator for receiving compressed, pressurized fluid, in particular a fuel, and at least one opening into the pressure accumulator transverse line.
Eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der Druckschrift
Die Verschärfung der Abgasgesetzgebung erfordert beispielsweise bei Dieselmotoren einen immer höheren Einspritzdruck, welcher aktuell bis zu 2.000 bar beträgt und in Zukunft sogar von 2.500 bis zu 3.000 bar betragen kann. Der höhere Einspritzdruck beeinflusst auch die dauerfeste Auslegung des Kraftstoffverteilers. Wegen des hohen Betriebsdruckes ist eine urformende Herstellung des Kraftstoffverteilers, beispielsweise mittels Gießen, nicht möglich. Ausschließlich durch Umformen, insbesondere Schmieden, hergestellte Werkstücke sind in der Lage, diesen hohen Beanspruchungen zu widerstehen. In der Regel muss auf hochfeste Werkstoffe zurückgegriffen und/oder der Autofrettagedruck erhöht werden. Letzterer liegt dann im Bereich von 10.000 bis 15.000 bar. The tightening of exhaust gas legislation requires, for example, in diesel engines an ever higher injection pressure, which is currently up to 2,000 bar and in the future may even be from 2,500 to 3,000 bar. The higher injection pressure also influences the durable design of the fuel rail. Because of the high operating pressure is a primitive production of the fuel rail, for example by means of casting, not possible. Only by forming, especially forging, produced workpieces are able to withstand these high stresses. As a rule, it is necessary to resort to high-strength materials and / or to increase the autofrettage pressure. The latter is then in the range of 10,000 to 15,000 bar.
Da die Erhöhung des Autofrettagedruckes eine größere Wandstärke erfordert, vergrößert sich auch die Masse des Kraftstoffverteilers. Neben der damit verbundenen unerwünschten zusätzlichen Masse erhöhen sich auch die Materialkosten, insbesondere bei der erforderlichen Verwendung hochfester Werkstoffe. Since increasing the autofrettage pressure requires a larger wall thickness, the mass of the fuel distributor also increases. In addition to the associated unwanted additional mass also increases the cost of materials, especially in the required use of high-strength materials.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet und insbesondere die Belastbarkeit der Vorrichtung verbessert. Against this background, the object of the invention is to provide a device which further develops the prior art and in particular improves the load capacity of the device.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved with a device according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Fluidverteiler vorgesehen, bei dem der Druckspeicher in einem Mündungsbereich der Querleitung konvex und insbesondere in Bezug auf die Längsachse des Druckspeichers nach außen erweitert ist. Hierdurch ist es möglich, die Druckbeständigkeit des Fluidverteilers wesentlich zu verbessern. Im Bereich der Bohrungsverschneidung herrschen bei einem mit hohem Innendruck belasteten Druckspeicher die größten Spannungen im Material. Die konvexe Ausformung dieses Mündungsbereiches führt zu einer verbesserten mechanischen Festigkeit der Materialstruktur. According to the invention, therefore, a fluid distributor is provided in which the pressure accumulator is convexly expanded in an opening region of the transverse line and in particular with respect to the longitudinal axis of the pressure accumulator. This makes it possible to significantly improve the pressure resistance of the fluid distributor. In the area of bore intersection, the greatest stresses in the material prevail in the case of a pressure accumulator loaded with high internal pressure. The convex shape of this mouth region leads to improved mechanical strength of the material structure.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der Druckspeicher in dem Mündungsbereich, zumindest über einen Teil des Querschnittsumfanges, sphärisch ausgeformt ist. Durch die sphärische Form des Mündungsbereiches nimmt der Druckspeicher lokal die Form einer Kugel an, welche festigkeitsmechanisch eine ideale Form für die Aufnahme von Druckspannungen ist. Bei einer sphärischen Ausgestaltung des Mündungsbereiches ist die Verschneidungskante der in der Regel zylindrischen Querleitung mit der Kugelform eben. Diese ebene Verschneidungskante wirkt wie ein Ringanker und unterstützt die mechanische vorteilhafte Wirkung der konvexen Form des Mündungsbereiches. Dabei ist es für die erfindungsgemäße Funktion der Spannungsbeständigkeit des Fluidverteilers bei der Verschneidung beider Hohlräume unerheblich, wie der einer Querleitung gegenüberliegende Wandbereich des Druckspeichers ausgeformt ist. So kann es bereits hinreichend sein, wenn der Druckspeicher im Mündungsbereich die Form einer Halbkugel oder eines Kugelabschnittes aufweist. It has proved to be particularly advantageous that the pressure accumulator in the mouth region, at least over a part of the cross-sectional circumference, is spherically shaped. Due to the spherical shape of the mouth region of the accumulator takes locally the shape of a ball, which is strength mechanical an ideal form for the absorption of compressive stresses. In a spherical configuration of the mouth region, the intersection edge of the generally cylindrical transverse line with the spherical shape is flat. This level intersection edge acts like a ring anchor and supports the mechanical beneficial effect of the convex shape of the mouth area. It is irrelevant for the function of the voltage resistance of the fluid distributor according to the invention in the intersection of both cavities, as the wall region of the pressure accumulator opposite a transverse line is formed. Thus, it may already be sufficient if the pressure accumulator in the mouth region has the shape of a hemisphere or a spherical segment.
Für die Anwendung des Fluidverteilers bei heutzutage üblichen Reihenmotoren hat es sich als günstig erwiesen, dass der Druckspeicher entlang einer Längsachse erstreckt ist und zum Beispiel vorzugsweise die Grundform eines Zylinders aufweist. Erfindungsgemäß ist diese gestreckte Grundform des Druckspeichers im Mündungsbereich der Querleitungen erweitert. Somit kann der Vorteil der sphärischen Gestalt auch bei bestehenden Motorgeometrien eingesetzt werden, ohne dass es weiterer Anpassungen bedarf. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Mündungsbereich, zumindest die Erweiterung im Mündungsbereich, symmetrisch zu einem Mündungsabschnitt der Querleitung ausgeführt ist. For the application of the fluid distributor in today's conventional inline engines, it has proved to be favorable that the pressure accumulator extends along a longitudinal axis and, for example, preferably has the basic shape of a cylinder. According to the invention, this elongated basic shape of the pressure accumulator is widened in the mouth region of the transverse lines. Thus, the advantage of the spherical shape can be used even with existing engine geometries, without further adjustments. It is preferably provided that the mouth region, at least the widening in the mouth region, is designed symmetrically to a mouth section of the transverse line.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Querschnittsfläche der Querleitung kleiner ist als die Querschnittsfläche des Druckspeichers außerhalb eines Mündungsabschnittes. Vorzugsweise hat der Druckspeicher in seinem Regelquerschnitt, außerhalb eines Mündungsabschnittes, eine Querschnittsfläche von 6 bis 50 Quadratmillimetern, während die bevorzugte Querschnittsfläche der Querleitung 0,1 bis 10 Quadratmillimeter beträgt. It has proved favorable that the cross-sectional area of the transverse line is smaller than the cross-sectional area of the pressure accumulator outside a mouth section. Preferably, the pressure accumulator has in its regular cross section, outside a mouth portion, a cross sectional area of 6 to 50 square millimeters, while the preferred cross sectional area of the transverse conduit is 0.1 to 10 square millimeters.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Querleitung über ihre gesamte Erstreckung eine einheitliche Querschnittsfläche von vornehmlich 2 bis 15 Quadratmillimeter aufweist. Vorzugsweise hat die Querschnittsfläche der Querleitung die Form eines Kreises, sodass die Querleitung ein zylindrischer Hohlraum ist. Der Durchmesser dieser Querleitung ist in besonders bevorzugter Ausführung 3 Millimeter groß. According to one embodiment, it is provided that the transverse line has over its entire extension a uniform cross-sectional area of principally 2 to 15 square millimeters. Preferably, the cross-sectional area of the transverse conduit is in the shape of a circle such that the transverse conduit is a cylindrical cavity. The diameter of this transverse line is in a particularly
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Querleitung den Mündungsabschnitt und zumindest einen weiteren Abschnitt umfasst, wobei der Mündungsabschnitt eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der an den Mündungsabschnitt anschließende Abschnitt der Querleitung. Hierdurch ist es möglich, eine Drossel auszubilden. Die Querschnittsfläche des Mündungsabschnittes hat vorzugsweise eine Größe von 0,1 bis 2,5 Quadratmillimetern, während der an den Mündungsabschnitt anschließende Abschnitt der Querleitung eine Querschnittsfläche von vorzugsweise 2 bis 15 Quadratmillimetern aufweist. According to a further embodiment, it is provided that the transverse line comprises the mouth section and at least one further section, wherein the mouth section has a smaller cross-sectional area than the section of the transverse line adjoining the mouth section. This makes it possible to form a throttle. The cross-sectional area of the mouth portion preferably has a size of 0.1 to 2.5 square millimeters, while the portion of the transverse conduit adjoining the mouth portion has a cross-sectional area of preferably 2 to 15 square millimeters.
Wie bereits angedeutet erstreckt sich der Druckspeicher vorzugsweise entlang einer Längsachse. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Druckspeicher zumindest abschnittsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist. Hierdurch kann der Fluidverteiler auch in den übrigen, außerhalb des Mündungsbereiches liegenden Strecken hohe Spannungen aufnehmen. Die sich hieraus ergebende Grundform des Druckspeichers muss nicht zwingend im geometrischen Sinn streng zylindrisch sein. Die Längsachse kann vollständig oder abschnittsweise den Verlauf einer Geraden und/oder einer Raumkurve haben. As already indicated, the pressure accumulator preferably extends along a longitudinal axis. It is advantageous if the pressure accumulator at least partially has a circular cross-sectional area. As a result, the fluid distributor can also absorb high voltages in the remaining sections lying outside the mouth region. The resulting basic form of the pressure accumulator does not necessarily have to be strictly cylindrical in the geometric sense. The longitudinal axis can have the course of a straight line and / or a space curve completely or in sections.
Vorteilhaft ist es, dass der Radius der sphärischen Erweiterung größer ist als der Radius der Querleitung und/oder des Mündungsabschnittes der Querleitung. Hierdurch werden die Spannungen in dem Dom des Mündungsbereiches vorteilhaft von der Verschneidungskante abgeleitet. Der Radius der konvexen, sphärischen Erweiterung ist gemäß einer Weiterbildung größer als der Radius des Druckspeichers außerhalb der konvexen, sphärischen Erweiterung. Dabei beträgt der Radius der konvexen, sphärischen Erweiterung mindestens 2 Millimeter, der Radius des Druckspeichers im Regelquerschnitt der Grundform mindestens 1,3 Millimeter und der Radius der Querleitung, insbesondere des Mündungsabschnitts, mindestens 0,2 Millimeter. It is advantageous that the radius of the spherical extension is greater than the radius of the transverse line and / or the mouth section of the transverse line. As a result, the stresses in the dome of the mouth region are advantageously derived from the intersection edge. The radius of the convex, spherical extension is greater than the radius of the accumulator outside the convex, spherical extension according to a development. The radius of the convex, spherical extension is at least 2 millimeters, the radius of the pressure accumulator in the standard cross section of the basic shape at least 1.3 millimeters and the radius of the transverse line, in particular of the mouth section, at least 0.2 millimeters.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mittelachse mindestens einer Querleitung oder die Mittelachse zumindest des Mündungsabschnittes mindestens einer Querleitung die Längsachse des Druckspeichers schneidet. Hierdurch ist einerseits die Ausformung der Erweiterung einfacher möglich als bei einer windschiefen Orientierung der Mittelachse mit der Längsachse. Andererseits ist diese Anordnung auch vorteilhaft für die Belastbarkeit des Fluidverteilers. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Mittelachse mindestens einer Querleitung oder zumindest die Mittelachse des Mündungsabschnittes mindestens einer Querleitung radial zu der Längsachse des Druckspeichers orientiert ist. According to a further embodiment, it is provided that the central axis of at least one transverse line or the central axis of at least the mouth section of at least one transverse line intersects the longitudinal axis of the pressure accumulator. As a result, on the one hand the formation of the extension is easier possible than in a skewed orientation of the central axis with the longitudinal axis. On the other hand, this arrangement is also advantageous for the load capacity of the fluid distributor. According to a development it is provided that the central axis of at least one transverse line or at least the central axis of the mouth section of at least one transverse line is oriented radially to the longitudinal axis of the pressure accumulator.
Bei einem Fluidverteiler mit mehreren Querleitungen sind diese vorzugsweise in zueinander parallelen Ebenen angeordnet. Beispielsweise sind die Mittelachsen einiger oder aller Mündungsabschnitte parallel zueinander angeordnet. In a fluid distributor having a plurality of transverse lines, these are preferably arranged in mutually parallel planes. For example, the center axes of some or all mouth sections are arranged parallel to each other.
In einer besonders aussichtsreichen Ausführungsform des Fluidverteilers liegt der Mittelpunkt einer Erweiterung des Druckspeichers im Mündungsabschnitt in der Längsachse des Druckspeichers. In a particularly promising embodiment of the fluid distributor, the center of an extension of the pressure accumulator in the mouth section lies in the longitudinal axis of the pressure accumulator.
Der Fluidverteiler ist vornehmlich durch Umformen, insbesondere Schmieden hergestellt. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Fluidverteilers werden in diesen nach dem Schmieden durch mechanische Bearbeitung der Druckspeicher und die Querleitungen vorzugsweise als Bohrungen eingebracht, wobei zunächst der Druckspeicher in seiner Grundform ausgebildet wird. Anschließend werden entweder die Erweiterungen gefräst und dann die Querleitungen durch Bohren eingebracht oder es werden zuerst die Querleitungen hergestellt und dann die Erweiterungen erzeugt. The fluid distributor is mainly produced by forming, in particular forging. For the production of a fluid distributor according to the invention are introduced into these after forging by mechanical processing of the pressure accumulator and the transverse lines preferably as holes, initially the pressure accumulator is formed in its basic form. Then either the extensions are milled and then the transverse lines introduced by drilling or it will be first made the cross lines and then created the extensions.
Durch das Beibehalten der vorzugsweise zylindrischen Grundform des Druckspeichers, welche lediglich lokal in den Mündungsbereichen aufgeweitet ist, kann eine höhere Festigkeit des Fluidverteilers, insbesondere gegenüber pulsierenden Druckbelastungen, erreicht werden. By maintaining the preferably cylindrical basic shape of the pressure accumulator, which is expanded only locally in the mouth regions, a higher strength of the fluid distributor, in particular with respect to pulsating pressure loads, can be achieved.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, some of them are shown in the drawing and will be described below. This shows in
Die Figuren zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fluidverteilers
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Fluidverteiler fluid distributor
- 2 2
- Druckspeicher accumulator
- 3 3
- Querleitung cross line
- 4 4
- Mündungsbereich mouth area
- 5 5
- Längsachse longitudinal axis
- 6 6
- Mündungsabschnitt mouth portion
- 7 7
- weiterer Abschnitt another section
- 8 8th
- Radius (Druckspeicher) Radius (accumulator)
- 9 9
- Mittelachse central axis
- 10 10
- Radius (Erweiterung) Radius (extension)
- 11 11
- Erweiterung extension
- 12 12
- Radius (Querleitung) Radius (transverse line)
- 13 13
- Mittelpunkt Focus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10247524 A1 [0002] DE 10247524 A1 [0002]
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