WO2001029405A1 - Kraftstoffhochdruckspeicher und verfahren zur herstellung eines kraftstoffhochdruckspeichers - Google Patents

Kraftstoffhochdruckspeicher und verfahren zur herstellung eines kraftstoffhochdruckspeichers Download PDF

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Friedrich Boecking
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    • F02M2200/8053—Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly involving mechanical deformation of the apparatus or parts thereof

Definitions

  • the invention relates to a Kraf high-pressure accumulator for a common rail fuel injection system of an internal combustion engine, with a hollow base body, which is equipped with a plurality of port openings, and a method for producing such a high-pressure fuel storage.
  • a high-pressure pump conveys the fuel to be injected from a tank into the central high-pressure fuel reservoir, which is referred to as the common rail.
  • Fuel lines lead from the rail to the individual injectors, which are assigned to the cylinders of the internal combustion engine. The injectors are dependent on the
  • Operating parameters of the internal combustion engine are individually controlled by the engine electronics in order to inject fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure generation and the injection are decoupled from one another by the high-pressure fuel reservoir.
  • a conventional high-pressure fuel accumulator is, for example, in described in DE 195 48 611.
  • the conventional high-pressure fuel accumulators withstand pressures of up to around 1100 bar.
  • the object of the invention is to increase the high-pressure strength of the known high-pressure fuel reservoir with simple measures.
  • High-pressure strength of the high-pressure fuel reservoir is primarily limited by the intersections between the connection openings and the base body. Stress peaks occur in the intersection area during operation, which can lead to cracks in the base body.
  • the solution according to the invention increases the high-pressure strength of the high-pressure fuel accumulator without significantly increasing its volume.
  • the interior of the base body can e.g. have a cylindrical or spherical geometry.
  • a special embodiment of the high-pressure fuel accumulator according to the invention is achieved in that a connection piece with a connection hole is formed on the base body, the center line of which is arranged perpendicular to the flat surface in the region of the connection opening. This has the advantage that the voltage peaks in the intersection area are minimized.
  • the task above is for one High-pressure fuel accumulator for a common rail fuel injection system of an internal combustion engine, with a tubular base body which is equipped with a plurality of connection openings, in that the inner diameter of the tubular base body is expanded in the region of the connection openings.
  • the pressure resistance of the high-pressure fuel reservoir increases if the ratio between the inside diameter of the base body and the inside diameter of the connection openings is chosen to be as large as possible.
  • the local widening of the inner body diameter leads to an increase in this diameter ratio in the critical area of the connection openings without the outer dimensions of the high-pressure fuel reservoir according to the invention increasing.
  • connection openings is equipped, also solved in that the interior of the tubular base body is flat in the area of the connection openings. This means that the inside diameter of the tubular base body assumes the value "infinite" in the area of the connection openings. This measure leads to the maximum high-pressure strength of the high-pressure fuel reservoir according to the invention with a minimized construction volume.
  • the connection openings are generally formed by connection bores, the center lines of which are each arranged perpendicular to the flat surface in the region of the connection openings.
  • the above object is in a method for producing the above
  • High-pressure fuel accumulator solved in that the tubular base body in the area of the connection openings is deformed in such a way that it projects inwards and that the area projecting inward is machined in order to expand the inner diameter of the tubular base body in the area of the connection openings.
  • local expansion of the base body inner diameter is achieved in a simple manner only in the area of the connection openings.
  • the method is characterized in that the interior of the tubular base body in the area of the connection openings is processed with the aid of an electrochemical removal process (ECM, electro-chemical machining).
  • ECM electrochemical removal process
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 according to a second embodiment of the invention
  • High-pressure fuel accumulator comprises a tubular
  • Base body 1 In the tubular base body 1, a longitudinal bore 2 forms the storage volume.
  • a connection piece 3 is formed on the tubular base body 1, in which a connection bore 4 extends transversely to the longitudinal axis of the tubular base body 1. The connection bore 4 opens into the longitudinal bore 2.
  • FIG. 2 shows a section of a second embodiment of a high-pressure fuel accumulator according to the invention in cross section.
  • a longitudinal bore 2 is arranged in a tubular base body 1.
  • a connection bore 4 opens into the longitudinal bore 2.
  • Connection bore 4 opens into the longitudinal bore 2, there is a cuboid recess 5 in the tubular base body 1. This creates a flat surface 6 in the interior of the base body 1, which extends perpendicular to the center line of the connection bore 4.
  • 3 shows a longitudinal section through a third embodiment of a high-pressure fuel accumulator according to the invention.
  • the high-pressure fuel reservoir shown in FIG. 3 comprises a tubular base body 1.
  • a longitudinal bore 2 is arranged in the tubular base body 1.
  • a radial connecting bore 4 opens into the longitudinal bore 2.
  • the area 8 of the outer lateral surface of the tubular base body 1 surrounding the connection bore 4 is pressed in over the entire circumference of the tubular base body 1 with the aid of a corresponding tool.
  • the deformation of the outer circumferential surface of the tubular base body 1 leads to an annular area 9 projecting inside the tubular base body 1, which region is shown in broken lines in FIG. 3.
  • the projecting area 9 is removed in the mouth area of the connection bore 4 in such a way that a flat surface 6 results.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a high-pressure fuel accumulator according to the invention in longitudinal section.
  • the high-pressure fuel reservoir shown in FIG. 4 comprises a tubular base body 1.
  • a longitudinal bore 2 is recessed in the tubular base body 1.
  • a radial connection bore 4 opens into the longitudinal bore 2.
  • an ECM electrode is inserted into the longitudinal bore 2. With the help of the ECM electrode 10, the material of the tubular base body 1 in the area 5 is removed. This results in a flat surface 6 in the mouth area of the connection bore 4.
  • ECM Electro-Chemical Machining
  • the Electrochemical removal which is also referred to as Elysier, is a removal process in which metallic material is anodically dissolved under the action of an electrical current and an electrolytic solution.
  • the current flow can be caused by an external power source, but also by local element formation on the workpiece (internal voltage source).
  • the principle of action of anodic metal dissolution is based on electrochemical reactions in which metal ions pass from the metal phase into the electrolyte phase or into a reaction product phase. These reactions are initiated by charge exchange processes and follow the inner kinetics of a galvanic element.
  • the inner diameter of the tubular base body 1 acting on the intersection between the longitudinal bore 2 and the connection bore 4 is locally expanded, i.e. made as large as possible without the high-pressure fuel accumulator according to the invention taking on extreme external dimensions. This ensures maximum high-pressure strength with a minimal construction volume.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlen Grundkörper (1), der mit mehreren Anschlussöffnungen (4) ausgestattet ist. Um die Hochdruckfestigkeit zu erhöhen, ist der Innenraum des Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) eben ausgebildet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kraftstoffhochdruckspeichers.

Description

Kraftstoffhochdruckspeicher und Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraf stoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem hohlen Grundkörper, der mit mehreren Anschlussöf nungen ausgestattet ist, und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kraftstoffhochdruckspeichers .
In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe, eventuell unter Zuhilfenahme einer Vorförderpumpe, den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in den zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den
Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzeln von der Motorelektronik angesteuert, um Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Durch den Kraftstoffhochdruckspeicher sind die Druckerzeugung und die Einspritzung voneinander entkoppelt.
Ein herkömmlicher Kraftsto fhochdruckspeicher ist z.B. in der DE 195 48 611 beschrieben. Die herkömmlichen Kraftstoffhochdruckspeicher halten Drücke von bis zu etwa 1100 bar aus.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Hochdruckfestigkeit des bekannten Kraftstoffhochdruckspeichers mit einfachen Maßnahmen zu erhöhen.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail -Kraftstoffeinspritzsystem einer
Brennkraftmaschine, mit einem hohlen Grundkörper, der mit mehreren Anschlussöffnungen ausgestattet ist, dadurch gelöst, dass der Innenraum des Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen eben ausgebildet ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die
Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers primär durch die Verschneidungen zwischen den Anschlussöffnungen und dem Grundkörper beschränkt wird . Im Verschneidungsbereich treten im Betrieb Spannungsspitzen auf, die zu Rissbildungen im Grundkörper führen können. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers erhöht, ohne dass dessen Bauvolumen wesentlich zunimmt. Der Innenraum des Grundkörpers kann z.B. eine zylinderförmige oder kugelförmige Geometrie aufweisen.
Eine besondere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers ist dadurch gelöst, dass an dem Grundkδrper ein Anschlussstutzen mit einer Anschlussbohrung ausgebildet ist, deren Mittellinie senkrecht zu der ebenen Fläche im Bereich der Anschlussöffnung angeordnet ist. Das liefert den Vorteil, dass die Spannungsspitzen im Verschneidungsbereich minimiert werden.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Kraf stoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Grundkörper, der mit mehreren Anschlussöffnungen ausgestattet ist, dadurch gelöst, dass der Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen erweitert ist . Die Druckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers nimmt zu, wenn das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Grundkörpers und dem Innendurchmesser der Anschlussöffnungen möglichst groß gewählt wird. Die lokale Erweiterung des Grundkörperinnendurchmessers führt zu einer Erhöhung dieses Durchmesserverhältnisses im kritischen Bereich der Anschlussöffnungen, ohne dass die Außenabmessungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers zunehmen.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem
Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail -
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem rohrförmigen Grundkörper, der mit mehreren
Anschlussöffnungen ausgestattet ist, auch dadurch gelöst, dass der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen eben ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen den Wert "unendlich" annimmt. Diese Maßnahme führt zur maximalen Hochdruckfestigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers bei minimiertem Bauvolumen. Die Anschlussöffnungen werden in der Regel von Anschlussbohrungen gebildet, deren Mittellinien jeweils senkrecht zu der ebenen Fläche im Bereich der Anschlussöffnungen angeordnet sind.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen des vorab beschriebenen
Kraftstoffhochdruckspeichers dadurch gelöst, dass der rohrförmige Grundkörper im Bereich der Anschlussöffnungen so nach innen verformt wird, dass er nach innen vorspringt und dass der nach innen vorspringende Bereich bearbeitet wird, um den Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen zu erweitern. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine lokale Erweiterung des Grundkörperinnendurchmessers nur im Bereich der Anschlussöffnungen erreicht .
Eine besondere Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers im Bereich der Anschlussöffnungen mit Hilfe eines elektrochemischen Abtragverfahrens (ECM, Electro-Chemical Machining) bearbeitet wird. Die Anwendung dieses Verfahrens hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Querschnitt;
Fig. 2: einen Ausschnitt aus Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3: eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Längsschnitt; und
Fig. 4: einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem eingeführten Bearbeitungswerkzeug.
Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte
Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen rohrförmigen
Grundkörper 1. In dem rohrförmigen Grundkörper 1 bildet eine Längsbohrung 2 das Speichervolumen. An dem rohrförmigen Grundkörper 1 ist ein Anschlussstutzen 3 ausgebildet, in dem sich eine Anschlussbohrung 4 quer zur Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers 1 erstreckt . Die Anschlussbohrung 4 mündet in die Längsbohrung 2.
Ein Bereich 5 des rohrförmigen Grundkörpers 1 wurde mit Hilfe eines Material abtragenden Bearbeitungsverfahrens entfernt. Auf diese Art und Weise wurde im Mündungsbereich der Anschlussbohrung 4 eine ebene Fläche 6 geschaffen. Die ebene Fläche 6 erstreckt sich senkrecht zur Mitellinie der Anschlussbohrung 4. Die Kontur des zylinderförmigen Innenraums des rohrförmigen Grundkörpers 1 ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet .
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Querschnitt dargestellt. In einem rohrförmigen Grundkörper 1 ist, wie bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, eine Längsbohrung 2 angeordnet. In die Längsbohrung 2 mündet eine Anschlussbohrung 4. In dem Bereich, wo die
Anschlussbohrung 4 in die Längsbohrung 2 mündet, befindet sich eine quaderförmige Ausnehmung 5 in dem rohrförmigen Grundkörper 1. Dadurch wird in dem Innenraum des Grundkörpers 1 eine ebene Fläche 6 geschaffen, die sich senkrecht zu der Mittellinie der Anschlussbohrung 4 erstreckt . In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers dargestellt. Der in Fig. 3 dargestellte Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen rohrförmigen Grundkörper 1. In dem rohrförmigen Grundkörper 1 ist eine Längsbohrung 2 angeordnet. In die Längsbohrung 2 mündet eine radiale Anschlussbohrung 4.
Der die Anschlussbohrung 4 umgebende Bereich 8 der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Grundkörpers 1 ist über den gesamten Umfang des rohrförmigen Grundkörpers 1 mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugs eingedrückt . Die Verformung der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Grundkörpers 1 führt dazu, dass im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 1 ein ringförmiger Bereich 9 vorspringt, der in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Der vorspringende Bereich 9 ist im Mündungsbereich der Anschlussbohrung 4 so abgetragen, dass sich eine ebene Fläche 6 ergibt.
In Fig. 4 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers im Längsschnitt dargestellt. Der in Fig. 4 dargestellte Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen rohrförmigen Grundkδrper 1. In dem rohrförmigen Grundkörper 1 ist eine Längsbohrung 2 ausgespart. In die Längsbohrung 2 mündet eine radiale Anschlussbohrung 4.
Zum Entfernen des Bereichs 5 im Inneren des Grundkörpers 1 ist eine ECM-Elektrode in die Längsbohrung 2 eingeführt. Mit Hilfe der ECM-Elektrode 10 wird das Material des rohrförmigen Grundkörpers 1 in dem Bereich 5 entfernt. Dadurch ergibt sich im Mündungsbereich der Anschlussbohrung 4 eine ebene Fläche 6.
ECM (Electro-Chemical Machining) ist die englische Bezeichnung für elektrochemisches Abtragen. Das elektrochemische Abtragen, das auch als Elysieren bezeichnet wird, ist ein Abtragverfahren, bei dem metallischer Werkstoff unter Einwirkung eines elektrischen Stroms und einer Elektrolytlösung anodisch aufgelöst wird. Der Stromfluss kann dabei durch eine äußere Stomquelle, aber auch durch eine Lokalelementbildung am Werkstück (innere Spannungsquelle) bewirkt werden. Das Wirkprinzip des anodischen Metallauflösens beruht auf elektrochemischen Reaktionen, bei denen Metallionen aus der Metallphase in die Elektrolytphase oder in eine Reaktionsproduktphase übergehen. Diese Reaktionen werden durch Ladungsaustauschvorgänge in Gang gesetzt und folgen der inneren Kinetik eines galvanischen Elements.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der an der Verschneidung zwischen der Längsbohrung 2 und der Anschlussbohrung 4 wirkende Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers 1 lokal erweitert, d.h. so groß wie möglich gemacht, ohne dass der erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher extreme Außenmaße annimmt. Dadurch wird eine maximale Hochdruckfestigkeit bei minimiertem Bauvolumen erzielt.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-
Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraf maschine, mit einem hohlen Grundkörper (1) , der mit mehreren Anschlussöffnungen (4) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) eben ausgebildet ist.
2. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass an dem Grundkδrper (1) ein Anschlussstutzen (3) mit einer Anschlussbohrung (4) ausgebildet ist, deren Mittellinie senkrecht zu der ebenen Fläche (6) im Bereich der Anschlussöffnung (4) angeordnet ist .
3. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Grundkörper (1) , der mit mehreren Anschlussöffnungen (4) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) erweitert ist.
4. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Grundkörper (1) , der mit mehreren Anschlussöffnungen (4) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) eben ausgebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Grundkörper (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) so nach innen verformt wird, dass er nach innen vorspringt, und dass der nach innen vorspringende Bereich (9) materialabtragend bearbeitet wird, um den Innendurchmesser des rohrförmigen Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöff ungen (4) zu erweitern.
6. Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffhochdruckspeichers nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers (1) im Bereich der Anschlussöffnungen (4) mit Hilfe eines elektrochemischen Abtragverfahrens bearbeitet wird.
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