EP2320064A1 - Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse - Google Patents

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EP2320064A1
EP2320064A1 EP10174323A EP10174323A EP2320064A1 EP 2320064 A1 EP2320064 A1 EP 2320064A1 EP 10174323 A EP10174323 A EP 10174323A EP 10174323 A EP10174323 A EP 10174323A EP 2320064 A1 EP2320064 A1 EP 2320064A1
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autofrettage
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    • F02M2200/9061—Special treatments for modifying the properties of metals used for fuel injection apparatus, e.g. modifying mechanical or electromagnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a method for processing an injection nozzle according to the preamble of claim 1.
  • Injectors of internal combustion engines, in particular of marine diesel engines, are highly stressed components. Thus injectors are exposed to high injection pressures depending on the injection cycle. The permanent fatigue strength of injectors limits the achievable injection pressures,
  • the present invention is based on the problem to provide a method for processing an injection nozzle, by means of which the Treasureschwellfestmaschine same can be increased.
  • This problem is solved by a method according to claim 1.
  • the fuel-serving recesses of the injection nozzle are filled with a rheopexic or dilatant fluid, wherein the fluid is acted upon by an autofrettaged pressure, so that builds up in the recesses of the injector such an internal pressure that the Treasureschwellfestmaschine the injector is increased.
  • Autofrettage is a process for increasing the strength of, for example, pipelines for use with and pulsating internal pressures.
  • the pipe is exposed to an internal pressure above the subsequent operating pressure and above the yield strength, so that the areas on the inner wall plasticize. After relaxing, compressive residual stresses develop in this area, which prevent cracking during later use.
  • the problem here is that, for example, the injection holes of the injectors can not be compressed with it.
  • the present invention proposes for the first time, to increase the Treasureschwellfesttechnik of injectors recesses of the injectors with a fluid having rheopexic or dilatant properties, wherein the fluid is subjected to the rheopexic or dilatant properties with an autofrettaged pressure, so that in the Injector builds up an internal pressure with which the Treasureschweilfestmaschine the injector can be increased.
  • Rheopexy is the property of a non-Newtonian fluid to show a higher viscosity after shear, and rheopexy is highly time-dependent, meaning that the viscosity increases with constant over time. This behavior is closely related to the dilatancy, where the viscosity is higher only during shear. Dilatancy, in contrast to rheopexy, is characterized by the fact that it is not time-dependent, but depends only on shear. The larger the applied shear, the more viscous or tougher the fluid behaves.
  • the fluid to be used here for example, consists of two components, namely an oily base fluid (Autofrettageöl) mixed with a medium having a granular structure such as quartz sand or the like.
  • an oily base fluid Autofrettageöl
  • a medium having a granular structure such as quartz sand or the like.
  • Fig. 1 shows a cross section through an injection nozzle 1, wherein the injection nozzle 1 is provided by an injection nozzle body 2, are introduced into the recesses, namely a fuel inlet 3, a blind hole area 4 and injection holes 5, wherein in the transition region between the Krafistoflzulauf 3 and the blind hole area 4 is a so-called needle seat 6.
  • the car rotation pressure is further dimensioned such that in the material of the injection nozzle, namely in the material of the injection nozzle body 2, stresses above the yield strength of the material and below the tensile strength of the same form.
  • the car rotation pressure is further dimensioned such that the injection nozzle in the region of the recesses 3 to 6, which serve the Krafistofi adjustment, at least partially plastically deformed and thus partially plasticized, so remain after the degradation of Autofrettagetiks in the plastically deformed or plasticized sections residual compressive stresses.
  • the invention is therefore based on the finding that, by utilizing a rheopexic or dilatant properties, the fatigue strength of an injection nozzle 1 can be increased.
  • Fluids with rheopatic or dilatant properties exhibit increased viscosity with increasing shear of the fluid particles, with rheop- edic fluids this increase in viscosity being dependent on the duration of the shear.
  • narrowest flow cross-sections are located in the area of the injection holes 5, so that the greatest increase in viscosity of the rheopenic or dilatant fluid upon application is to be expected in the spray holes 5.
  • dilatant or rheo-optic fluids contain granular components which, when a sufficient amount of shear is applied, block each other and thus cause the viscosity to increase. With the appropriate hardness of the grains, these granular constituents can have an abrasive effect in the flow around steel components.
  • a fluid can additionally be used for the method of hydroerosive rounding (HE rounding) of spray holes of the injection nozzles. Both methods (HE rounding and Autofrettage the injection nozzles) can thus be combined in one operation. The methods are to be designed so that the fluid first flows through the injection nozzle at low pressure and the spray hole inlets are processed erosively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse, wobei der Kraftstofffüng dienende Ausnehrnungen der Einspritzdüse mit einem rheopexischen Fluid oder einem dilatanten Fluid gefüllt werden, und wobei das Fluid mit einem Autofrettagedruck beaufschlagt wird, sodass sich in den Ausnehmungen der Einspritzdüse ein derartiger Innendruck aufbaut, dass die Dauerschweilfestigkeit der Einspritzdüse erhöht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
  • Bei Einspritzdüsen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Schiffsdieselbrennkraftmaschinen, handelt es sich um hochbeanspruchte Bauteile. So sind Einspritzdüsen abhängig vom Einspritztakt hohen Einspritzdrücken ausgesetzt. Die Dauerschweilfestigkeit von Einspritzdüsen beschränkt dabei die realisierbaren Einspritzdrücke,
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse zu schaffen, mit Hilfe dessen die Dauerschwellfestigkeit derselben erhöht werden kann. Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden der Kraftstoffführung dienende Ausnehmungen der Einspritzdüse mit einem rheopexischen oder dilatanten Fluid gefüllt, wobei das Fluid mit einem Autofrettagedruck beaufschlagt wird, sodass sich in den Ausnehmungen der Einspritzdüse ein derartiger Innendruck aufbaut, dass die Dauerschwellfestigkeit der Einspritzdüse erhöht wird.
  • Als Autofrettage (Selbstschrumpfung) bezeichnet man ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von beispielsweise Rohrleitungen für den Einsatz bei und pulsierenden Innendrücken, Dabei wird das Rohr einem über dem späteren Betriebsdruck und über der Streckgrenze liegenden Innendruck ausgesetzt, so dass die Bereiche an der Innenwand plastifizieren. Nach dem Entspannen entstehen in diesem Bereich Druckeigenspannungen, die einer Rissbildung im späteren Einsatz vorbeugen.
  • Der Effekt der Autofrettage beruht auf der wechselseitigen Beziehung der plastifizierten inneren und der elastisch verformten äußeren Zone, die von der plastisch verformten inneren Zone daran gehindert wird, wieder ihre ursprüngliche Form einzunehmen, sie bleibt gedehnt, Die Durchführung erfolgt, in dem das Rohr mit einer Flüssigkeit mit möglichst geringer Kompressibilität gefüllt und die Rohrenden dicht verschlossen werden. Nun bringen Pumpen meist über Druckübersetzer den benötigten Druck auf. Nach kurzer Haltezeit kann wieder entlastet werden. Autofrettage findet auch bereits Anwendung bei der Common-Rail-Einspritzung, siehe beispielsweise das Dokument DE 10 2007 011 868 B3 .
  • Hierzu können bereits handelsübliche Autofrettageöle verwendet werden, wobei diese Fluide maximal ca. 5000 bar übertragen können.
  • Das Problem hierbei ist jedoch, dass beispielsweise die Spritzlöcher der Einspritzdüsen nicht damit verdichtet werden können.
  • Die hier vorliegende Erfindung schlägt erstmals vor, zur Erhöhung der Dauerschwellfestigkeit von Einspritzdüsen Ausnehmungen der Einspritzdüsen mit einem Fluid zu füllen, das rheopexische oder dilatante Eigenschaften aufweist, wobei das Fluid mit den rheopexischen oder dilatanten Eigenschaften mit einem Autofrettagedruck beaufschlagt wird, sodass sich in den der Einspritzdüse ein Innendruck aufbaut, mit dem die Dauerschweilfestigkeit der Einspritzdüse erhöht werden kann.
  • Es ist eine der hier vorliegenden Erfindung, dass durch Befüllen von der Krafistoffführung dienenden Ausnehmungen der Einspritzdüse mit einem rheopexischen oder dilatanten Fluid und durch Anlegen eines entsprechenden Autofrettagedrucks die Dauerschwellfestigkeit von Einspritzdüsen erhöht werden kann. Hierdurch ist es möglich, höhere Einspritzdrücke zu realisieren. Weiterhin lassen sich Einspritzdüsengeometrien darstellen, die bislang aus Festigkeitsgründen nicht möglich waren, Hierdurch ist auch eine Reduzierung des Kraftstoff-verbrauchs und von Emissionen der Brennkraftmaschine möglich.
  • Rheopexie ist die Eigenschaft eines nicht newtonischen Fluids, nach einer Scherung eine höhere Viskosität zu zeigen, Rheopexie ist stark zeitabhängig und bedeutet, dass die Viskosität bei konstanter mit der Zeit ansteigt. Dieses Verhalten ist eng verwandt mit der Dilatanz, bei der die Viskosität nur während der Scherung höher ist. Dilatanz zeichnet sich im Gegensatz zur Rheopexie dadurch aus, dass sie nicht zeitabhängig ist, sondern nur von der Scherung abhängt. Je größer die aufgebrachte Scherung ist, um so viskoser bzw. zäher verhält sich das Fluid.
  • Beispielsweise ist in den Dokumenten DE 30 25 562 A1 und EP 01 74 566 B1 die Herstellung und Grundfunktion dilatanter Copolymerdispersionen beschrieben.
  • Das hier zu verwendende Fluid besteht beispielsweise aus zwei Komponenten, nämlich einem öligen Grundfluid (Autofrettageöl) vermischt mit einem Medium mit körniger Struktur wie Quarzsand oder Ähnlichem.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert, Dabei zeigt:
    • Fig. 1:
    einen Querschnitt durch eine Einspritzdüse.
  • Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Einspritzdüse 1, wobei die Einspritzdüse 1 von einem Einspritzdüsenkörper 2 bereitgestellt wird, in den Ausnehmungen eingebracht sind, nämlich ein Kraftstoffzulauf 3, ein Sacklochbereich 4 und Spritzlöcher 5, wobei im Übergangsbereich zwischen dem Krafistoflzulauf 3 und dem Sacklochbereich 4 ein sogenannter Nadelsitz 6 ist.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, eine derartige Einspritzdüse 1 dadurch zu bearbeiten, dass die der Kraftstoffführung dienenden Ausnehmungen 3, 4, 5 und 6 der Einspritzdüse 1 mit einem rheopexischen Fluid oder einem dilatanten Fluid gefüllt werden, und dass das Fluid mit einem Autofrettagedruck beaufschlagt wird, sodass sich in den Ausnehmungen 3 bis 6 der Einspritzdüse 1 ein derartiger Innendruck ausbaut, dass die Dauerschwellfestigkeit der Einspritzdüse 1 erhöht wird,
  • Der wird dabei derart bemessen, dass sich im Werkstoff der Einspritzdüse, nämlich im Werkstoff des Einspritzdüsenkörpers 2, Spannungen oberhalb der Streckgrenze des Werkstoffs und unterhalb der Zugfestigkeit desselben ausbilden. Der Autofrehagedruck ist weiterhin derart bemessen, dass die Einspritzdüse im Bereich der Ausnehmungen 3 bis 6, die der Krafistofiführung dienen, zumindest abschnittsweise plastisch verformt und damit partiell plastifiziert wird, sodass nach dem Abbau des Autofrettagedrucks in dem plastisch verformten bzw. plastifizierten Abschnitten Druckeigenspannungen verbleiben. Diese Druckeigenspannungen bewirken bei schwellender Betriebsbelastung durch Druck eine Reduzierung der Mittelspannung und damit eine Erhöhung der Dauerschwellfestigkeit der Einspritzdüse 1,
  • Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, dass unter Ausnutzung eines mit rheopexischen oder dilatanten Eigenschaften die Dauerschwellfestigkeit einer Einspritzdüse 1 erhöht werden kann. Fluide mit rheopexischen oder dilatanten Eigenschaften weisen mit steigender Scherung der Fluidteilchen eine erhöhte Viskosität auf, wobei bei rheopexischen Fluiden diese Viskositätserhöhung von der Zeitdauer der Scherung abhängig ist. Bei einer Einspritzdüse 1 befinden sich engste Strömungsquerschnitte im Bereich der Spritzlöcher 5, sodass der größte Viskositätszuwachs des rheopexischen oder dilatanten Fluids bei Anlegen des in den Spritzlöchern 5 zu erwarten ist. In Strömungsrichtung stromaufwärts des engsten Strömungsquerschnitts der Spritzlöcher 5 gesehen, also zumindest im Bereich des Kraftstoffzulaufs 3, des Sacklochs 4 sowie des Nadelsitzes 6, erfolgt eine zumindest partielle bzw. abschnittsweise plastische Verformung der Einspritzdüse 1 im Bereich ihrer innen liegenden Ausnehmungen 3 bis 6. Eine gesonderte Abdichtung der Spritzlöcher 5 in einem Außenbereich derselben ist nicht erforderlich,
  • Wie bereits voran beschrieben enthalten dilatante oder rheopexische Fluide körnige Bestandteile, weiche beim Anliegen einer ausreichenden Scherung gegeneinander blockieren und so die Viskositätserhöhung bewirken. Diese körnigen Bestandteile können, bei entsprechender Härte der Körner, in der Umströmung von Stahlbauteilen abrasiv wirken. Damit kann ein solches Fluid zusätzlich für das Verfahren der hydroerosiven Verrundung (HE-Verrundung) von Spritzlöchern der Einspritzdüsen eingesetzt werden. Beide Verfahren (HE-Verrundung und Autofrettage der Einspritzdüsen) können somit in einem Arbeitsgang vereint werden. Die Verfahren sind so zu gestalten, dass das Fluid zunächst mit geringem Druck durch die Einspritzdüse strömt und die Spritzlocheinläufe erosiv bearbeitet werden. Die dilatanten oder rheopexischen Eigenschaften treten bei der entsprechend geringen Scherung in den Spritzlöchern nicht auf. Im Anschluss wird der Druck, mit dem das Fluid durch die Düse gepumpt wird, erhöht, so dass dann das dilatante oder rheopexische Verhalten des Fluids auftritt und der Durchfluss durch die Spritzlöcher zum Erliegen kommt, Der Druck ist dann weiter bis zum Autofrettagedruck zu erhöhen,
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einspritzdüse
    2
    Einspritzdüsenkörper
    3
    Krafistofizulauf
    4
    Sacklochbereich
    5
    Spritzlöcher
    6
    Nadelsitz

Claims (5)

  1. Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffführung dienende Ausnehmungen der Einspritzdüse mit einem rheopexischen Fluid oder einem dilatanten Fluid gefüllt werden, und dass das mit einem Autofrettagedruck beaufschlagt wird, sodass sich in den Ausnehmungen der Einspritzdüse ein derartiger Innendruck aufbaut, dass die Dauerschweiffestigkeit der Einspritzdüse erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Autofrettagedruck derart bemessen wird, dass sich im Werkstoff der Einspritzdüse Spannungen der Streckgrenze des Werkstoffs und unterhalb der Zugfestigkeit des Werkstoffs ausbilden,
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Autofrettagedruck derart bemessen wird, dass die Einspritzdüse im Bereich der Ausnehmungen, die der Krafistoffführung dienen, zumindest abschnittsweise plastisch verformt wird, und dass nach dem Abbau des Autofrettagedrucks in den plastisch verformten Abschnitten Druckeigenspannungen verbleiben.
  4. des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Bearbeiten einer Einspritzdüse für eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine,
  5. des nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rheopexische oder dilatante Fluid zusätzlich zur Erhöhung der Dauerschweilfestigkeit der Einspritzdüse auch zur hydroerosiven Verrundung der Einspritzlöcher der Einspritzdüse eingesetzt wird, derart, dass das Fluid zunächst mit geringem Druck durch die Einspritzdüse gepumpt wird und nach der erosiven Bearbeitung der Einspritzlöcher der Druck für den Durchfluss des Fluids bis zum Autofrettagedruck erhöht wird.
EP10174323A 2009-11-05 2010-08-27 Verfahren zum Bearbeiten einer Einspritzdüse Not-in-force EP2320064B1 (de)

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