DE69523266T2

DE69523266T2 - Verfahren zur Verminderung der Spannung in Abzweigungen in einem Hochdruckströmungskanalsystem, und dadurch gebildete Abzweigung

Info

Publication number: DE69523266T2
Application number: DE69523266T
Authority: DE
Inventors: Paul John Smith
Original assignee: Perkins Engines Co Ltd
Current assignee: Perkins Engines Co Ltd
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JPH08232802A; EP0717227B1; EP0717227A2; GB9425414D0; US5819808A; GB2296039A; DE69523266D1; EP0717227A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verringerung von Spannung bei einer Verzweigung von Hochdruckflüssigkeitsströmungskanälen in einem Körper und eine dadurch gebildete Verzweigung. Diese Erfindung findet besondere Anwendung im Bereich von Brennstoffeinspritzvorrichtungen von Verbrennungsmotoren.
Wenn sich Hochdruckflüssigkeitsströmungskanäle schneiden, um eine Verzweigung in einem Körper zu bilden, konzentriert sich aufgrund von Ringspannung örtlich an der Verzweigung Spannung. Dies kann dazu führen, daß das Material des Körpers an der Verzweigung bricht. Das Material des Körpers an der Verzweigung ist besonders anfällig für Bruch oder ein anderes derartiges Versagen, wenn die Verzweigung einen primären Flüssigkeitsströmungskanal und einen sekundären Flüssigkeitsströmungskanal mit einer Auslaßöffnung in einem spitzen Winkel zu dem primären Flüssigkeitsströmungskanal umfaßt.
Ein bekanntes Verfahren zur Verringerung von an einer solchen Verzweigung konzentrierter Ringspannung ist, eins sich um den primären Flüssigkeitsströmungskanal erstreckende ringförmige Rille an der Position der Auslaßöffnung zu bilden. Eine derartige Technik wird zum Beispiel in der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. ü 390 550 eingesetzt. Während dies hilft, Ringspannung von dem an der Auslaßöffnug anliegenden Material des Körpers wegzuleiten, hat Erfahrung gezeigt, daß dabei nur ein teilweiser Erfolg erzielt wird.
Es hilft auch, den Schnittwinkel des sekundären Flüsslgkeitsströmungskanals mit dem primären Flüssigkeitsströmungskanal zu erhöhen, so daß er so nahe wie möglich bei 90º Liegt. Konstruktionsbeschränkungen für die Positionierung der sich schneidenden Kanäle in dem Körper können dies jedoch unausführbar machen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Verringerung von an einer solchen Verzweigung konzentrierter Ringspannung umfaßt das elektrochemische Abtragen einer Tasche (Aussparung) in eine die Auslaßöffnung unmittelbar umgebende innere Wand des sekundären Flüssigkeitsströmungskanals. Solch eine Tasche wird im Europäischen Patent Nr, 04 682 beschrieben, wobei dieses Dokument auch die oben beschriebenen bekannten Verfahren und deren Nachteile erforscht. Dies ergibt mehr Raum an der Auslaßöffnung und verringert dadurch die Konzentration von Spannung. Jedoch wird weiterhin Spannung, die von der Wand des primären Flüssigkeitsströmungskanals getragen wird, in Richtung des Hoch-Spannungsbereichs, der die Auslaßöffung an der Verzweigung umgibt, geleitet und untergräbt so die Wirkung dieses bekannten Verfahrens.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verringerung von Spannung bei einer Verzweigung von Hochdruckflüssigkeitsströmungskanälen in einem Körper und eine durch dieses Verfahren gebildete Verzweigung bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Verzweigung von Hochdruckflüssigkeitsströmungskanälen in einem Körper, wobei ein sekundärer Flüssigkeitsströmungskanal in eine innere Seitenwand eines primären Flüssigkeitsströmungskanals führt, bereitgestellt, so daß die Verzweigung bei Gebrauch einer verringerten Spannung ausgesetzt ist, wenn eine Hochdruckflüssigkeit in die Kanäle strömt, wobei das Verfahren den Schritt des Bildens einer Vertiefung in der inneren Wand des primären Flüssigkeitsströmungskanals bei der Verzweigung des primären Kanals mit einer Auslaßöffnung des damit verbundenen sekundären Flüssigkeitsströmungskanals umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung so gebildet wird, daß sie die Auslaßöffnung im allgemeinen umringt und von der Auslaßöffnung nach außen hin in einem Abstand zur Auslaßäffnung angeordnet ist, um die Ringspannung von der Auslaßöffnung wegzuleiten.
Andere Merkmaie des Verfahrens der Erfindung werden aus den in der Anlage befindlichen Ansprüchen offensichtlich.
Gemäß einem zweiten Aspekt dar Erfindung ist eine Verzweigung von Hochdrucksflüssigkeitskanälen in einem Körper, bestehend aus einem primären Flüssigkeitsströmungskanal und einem sekundären Flüssigkeitsströmungskanal, der den primären Flüssigkeitsströmungskanal schneidet und eine Auslaßöffnung aufweist, die in eine innere Seitenwand davon führt, bereitgestellt, wobei in der inneren Wand des primären Kanals eine Vertiefung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung die Auslaßöffnung im allgemeinen umringt und in einem Abstand von der Auslaßöffnung angeordnet ist, um eine Ringspannung von der Auslaßöffnung wegzuleiten.
Andere Merkmale der Verzweigung der Erfindung werden aus den in der Anlage befindlichen Ansprüchen offensichtlich.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Verzweigung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung einschließt, bereitgestellt.
Die vorhergehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mittels Beispielen von diesen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Abschnitts eines Körpers ist, die eine Verzweigung von Hochdruckflüssigkeitsströmungskanälen einer einfachen Form darstellt;
Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 ist, die jedoch ein erstes bekanntes Verfahren zur Verringerung von Spannung an der Verzweigung darstellt;
Fig. 3 auch eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 ist, die jedoch ein zweites bekanntes Verfahren zur Verringerung von Spannung an der Verzweigung darstellt;
Fig. 4 eine längsgerichtete Schnittansicht von Fig. 3 ist, die das Ringspannungsmuster an der Verzweigung darstellt;
Fig. 5 eine Seitenansicht im Schnitt eines Abschnitts eines Körpers ist, die eine Verzweigung, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, darstellt;
Fig. 6 eine längsgerichtete Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine Ansicht vom Inneren des primären Flüssigkeitsströmungskanals ist, die die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete Verzweigung darstellt;
Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von Fig. 6 ist, die die isostatische Druckverteilung im primären Flüssigkeitsströmungskanal bei der Verzweigung und das entstehende Ringspannungsmuster in der Wand des die Verzweigung umgebenden Kanals darstellt; und
Fig. 9 eine Ansicht vom Inneren des primären Flüssigkeitsströmungskanals ist, die die gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete Verzweigung darstellt.
Fig. 1 stellt eine herkömmliche Verzweigung zwischen Hochdruckflüssigkeitskanälen in einem Körper 10, bestehend aus einem primären Flüssigkeitsströmungskanal 12, der in einem spitzen Winkel von einem sekundären Flüssigkeitsströmungskanal 14, dessen Auslaßöffnung 16 mit dem primären Flüssigkeitsströmungskanal 12 in Verbindung steht, geschnitten wird, dar Die Figur stellt die isostatische Druckverteilung P, die in den Kanälen (12, 14) auftritt, dar, aus der sich eine Konzentration der Rings Spannung in dem Material des Körpers 10 um die Auslaßöffnung 16 des sekundären Flussigkeitsströmungskanals 14 ergibt. Die Ringspannung ist vor allem an einer Seite (6) der Auslaßöffnung 16, die einen spitzen Winkel mit dem primären Flüssigkeitsströmungskanal 12 bildet, konzentriert. In einigen Fällen kann das Material des Körpers 10 an der Verzweigung brechen oder ein anderes ähnliches Versagen erfahren, zum Beispiel ein Reißen der Wand, was dazu führen kann, daß ein Teil der Wand abbröckelt und in die Flüssigkeit, die in den Kanälen (12, 14) fließt, eintritt.
Fig. 2 stellt ein erstes bekanntes Verfahren zur Verringerung der Spannungskonzentration an der Verzweigung dar, wovon ein Beispiel in EP 0 390 550 zu finden ist. Dies umfaßt die Bildung einer ringförmigen Rille 18, die sich um die innere Wand 2A des primären Flüssigkeitsströmungskanals 12 bei der Position der Auslaßäffnung 16 erstreckt. Die ringförmige Rille 18 kann durch Jedes geeignete Mittel, einschließlich zum Beispiel elektrochemisches Abtragen, gebildet werden. Die Erfahrung hat gezeigt, daß diese Lösung begrenzten Erfolg bringt, da sich um die Auslaßöffnung 16 immer noch Ringspannungen aufgrund des isostatischen Drucks P der Flüssigkeit in den Kanälen (12, 14) konzentrieren.
Fig. 3 stellt ein zweites bekanntes Verfahren zur Verringerung von Spannung an der Verzweigung dar, wovon ein Beispiel in EP 4 449 662 erscheint, und zwar durch das elektrochemische Abtragen einer Tasche 22 in der inneren Wand 20 des primären Flüssigkeitsströmungskanals 12 bei der Position der Auslaßöffnung 1B. Während dies die Ringspannungskonzentration um die Auslaßöffnung 16 vermindert, geschieht dies nicht ausreichend, um die Spannung zu anderen Bereichen des Körpers 10, entfernt von der Auslaßöffnung 16, zu leiten. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß sich das Ringspannungsmuster C aufgrund des isostatischen Drucks P der Flüssigkeit in den Kanälen (12, 14) immer noch im Material des Körpers um die Auslaßöffnung 16 konzentriert, und deswegen bleibt die Möglichkeit des Versagens des Materials an der Auslaßöffnung 16 deutlich bestehen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist durch die Fig. 5 bis 9 dargestellt. Gleiche Zahlen werden verwendet, um gleiche Teile zu bezeichnen. Aus den Figuren ist ersichtlich, daß das Verfahren im wesentlichen das Bilden einer Vertiefung 24 in der inneren Wand 20 des primären Flüssigkeitsströmungskanals 12 umfaßt, die im allgemeinen die Auslaßöffnung 16 des sekundären Flüssigkeitsströmungskanals 14, der mit dem primären Flüssigkeitsströmungskanal 12 verbunden ist, umgibt, jedoch mit Abstand zu dieser angeordnet ist. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Bildung der Vertiefung 24, die die Auslaßöffnung 1B im allgemeinen umgibt, jedoch mit Abstand zu dieser angeordnet ist, nicht nur Ringspannung von der Auslaßöffnung 16 wegleitet, sondern daß der isostatische Druck P der Flüssigkeit in den Kanälen (12, 14) das unmittelbar an der Auslaßöffnung 16 anliegende Material des Körpers 1D in Kompression versetzt.
Fig. 8 stellt das Verfahren der Erfindung besonders gut dar. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß die isostatische Druckverteilung P der Flüssigkeit in den Kanälen (12, 14) ein Ringspannungsmuster C im Material des Körpers 10 an der Auslaßöffnung 16 kreiert, das Spannung von den unmittelbar an der Auslaßöffnung 16 anliegenden Abschnitten (10a, b) wegleitet, oder zumindest deren Konzentration verringert. Dadurch wird die Möglichkeit des Versagens des Materials des Körpers 10 an diesen kritischen Abschnitten der Verzweigung wesentlich verringert.
Die Vertiefung 24 kann durch elektrochemisches Abtragen oder jedes beliebige geeignete Verfahren gebildet werden. Nachdem die Vertiefung 24 gebildet worden ist, kann die innere Wand 20 zumindest des primären Kanals 12 gehont werden, um die Oberfläche der inneren Wand 20 fertigzubearbeiten. Dies wird die Ränder der Vertiefung 24 schleifen, sich jedoch nicht nachteilig auf die Spannungsentlastungscharakteristiken dar so gebildeten, verbesserten Verzweigung auswirken.
In einer ersten Ausführungsform, wie in Fig. 5 bis 8 gezeigt, umgibt die Vertiefung 24 die Auslaßöffnung 16 vollständig und ist kreisförmig, so daß alle Abschnitte der Vertiefung 24 in gleichem Abstand zu der Auslaßöffnung 16 des sekundären Flüssigkeitsströmungskanals 14 liegen. Es wird sich jedoch verstehen, daß Spannungsanalysetechniken das Aufstellen von Berechnungen ermöglichen, um die erwünschten Dimensionen der Vertiefung 24, einschließlich der Abstände von Abschnitten davon zu der Auslaßöffnung 16, zu bestimmen. Es wird sich auch verstehen, daß die Vertiefung 24 in einem variablen Abstand von der Auslaßöffnung 16 nach außen angeordnet werden kann, gemäß Faktoren wie Durchmesser der Kanäle, Winkel zwischen dem sekundären Flüssigkeitsströmungskanal und dem primären Flüssigkeitsströmungskanal 14 und Material des Körpers 10.
In einer zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 9 gezeigt, besteht die Vertiefung 24 aus einem Paar nierenförmiger Vertiefungen 24a und 24b. Die nierenförmigen Vertiefungen (24a, 24b) krümmen sich nach innen zueinander und umgeben die Auslaßäffnung 16 des sekundären Kanals 14, sind jedoch mit Abstand zu dieser angeordnet. Vertiefungen 24 dieser Art werden durch zum Beispiel elektrochemisches Abtragen gebildet; wobei, nachdem die sich schneidenden primären und sekundären Kanäle (12, 14) in einem Körper gebildet wurden, eine Maske in dem primären Kanal 12 angeordnet wird, um die Auslaßöffnung 16 des sekundären Kanals zu umgeben. Die Maske schützt die Teile der Kanäle, die nicht elektrochemisch abgetragen werden sollen. Deswegen hat bei dieser Ausführungsform die Maske nierenförmige Öffnungen, die die Größe der so gebildeten nierenförmigen Vertiefungen (24a, 24b) bestimmen.
Ein zentraler Teil der Maske, der bei Gebrauch die Auslaßöffnung 16 und ihre unmittelbare Umgebung schützt, ist mit dem Rest der Maske durch Stütznetz® verbunden. Diese Netze entsprechen den Bereichen 26 zwischen den nierenförmigen Vertiefungen. Bei der Bildung der Vertiefung (24a, 24b) ist es wichtig, daß die Maske so angeordnet ist, daß die Öffnungen, die die nierenförmigen Vertiefungen (24a, 24b) bestimmen, im allgemeinen parallel zu einer Flüssigkeitsströmungsrichtung des primären Kanals 12 liegen. Dadurch sind die nicht abgetragenen Bereiche 26 so angeordnet, daß sie sich nicht negativ auf die Spannungsentlastungswirkung der Vertiefungen (24a, 24b) auswirken.
Es wird sich verstehen, daß eine Maske für das elektrochemische Abtragen einer Vertiefung 24 mit mehr als zwei Stütznetzen gebildet werden kann. Es ist jedoch wichtig, daß die Netze sorgfältig positioniert werden, so daß Bereiche zwischen den gebildeten Vertiefungen, die eine solche Maske benutzen, nicht an Positionen angeordnet sind, die die Spannungsentlastungewirkung der so gebildeten Vertiefungen aufheben würden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Verzweigung von Hochdruckflüssigkeitsströmungskanälen (12, 14) in einem Körper (10), wobei ein sekundärer Flüssigkeitsströmungskanal (14) in eine innere Seitenwand (20) eines primären Flüssigkeitsströmungskanals (12) führt, so daß die Verzweigung bei Gebrauch einer verringerten Spannung ausgesetzt ist, wenn eine Hochdruckflüssigkeit in die Kanäle strömt, wobei das Verfahren den Schritt des Bildens einer Vertiefung in der inneren Wand (20) des primären Flüssigkeitsströmungskanals (12) bei der Verzweigung des primären Kanals mit einer Auslaßöffnung (16) des damit verbundenen sekundären Flüssigkeitsströmungskanals (14) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (24) so gebildet wird, daß sie die Auslaßöffnung (16) im allgemeinen umringt und von der Auslaßöffnung (16) nach außen hin in einem Abstand zur Auslaßöffnung angeordnet ist, um die Ringspannung von der Auslaßöffnung (16) wegzuleiten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei es das Ausführen von Spannungsanalyseberechnungen, die sich auf die Durchmesser der Kanäle beziehen und das Anordnen von Abschnitten der Vertiefung (24) von der Auslaßöffnung (16) nach außen hin in Abständen, die durch die Spannungsanalyseberechnungen so festgelegt wurden, daß sie Spannungen zu Abschnitten des Körpers (10), die sie besser aushalten können, leiten, umfaßt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei es das Bilden der Vertiefung (24), so daß sie die Auslaßöffnung (16) vollständig umringt, umfaßt.

4. Vorfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 und 3, wobei es das Bilden der Vertiefung (24), so daß sie in der Draufsicht im allgemeinen kreis-ringförmig ist, umfaßt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei es das Bilden von Vertiefungen (24) als ein Paar nierenförmiger Vertiefungen, die nach innen zueinander gekrümmt sind und im allgemeinen die Auslaßöffnung (16) umringen, umfaßt, wobei die nierenförmigen Vertiefungen im allgemeinen parallel zu einer Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem primären Kanal (12) liegen.

6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es das Bilden dar Vertiefung (24) mittels elektrochemischem Abtragen umfaßt.

7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei es den Schritt des Honens der inneren Wand (20) von wenigstens dem primären Kanal nachdem die Vertiefung gebildet wurde, umfaßt.

8. Eine Verzweigung von Hochdruckflüsigkeitsströmungskanälen (12, 14) in einem Körper (10), bestehend aus einem primären Flüssigkeitsströmungskanal (12) und einem sekundären Flüssigkeitsströmungskanal (14), der den primären Kanal schneidet und eine Auslaßöffnung (16) aufweist, die in eine innere Seitenwand davon führt, wobei in der inneren Wand (2D) des primären Kanals eine Vertiefung (24) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (24) die Auslaßöffnung (16) im allgemeinen umringt und in einem Abstand von der Auslaßöffnung (16) angeordnet ist, um eine Ringspannung von der Auslaßöffnung (1ä) wegzuleiten.

9. Verzweigung gemäß Anspruch 8, wobei die Vertiefung (24) die Auslaßöffnung (16) vollständig umringt.

10. Verzweigung gemäß Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Vertiefung (24) in der Draufsicht im allgemeinen kreis-ringförmig Ist.

11. Verzweigung gemäß Anspruch 8, wobei die Vertiefung (24) ein Paar nierenförmiger Vertiefungen, die nach innen zueinander gekrümmt sind und die Auslaßöffnung im allgemeinen umringen, aber in einem Abstand zu ihr angeordnet sind, umfaßt, wobei die nierenförmigen Vertiefungen im allgemeinen parallel zu einer Flüssigkeitsströmungsrichtung in dem primären Kanal (12) liegen.

12. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus einer Verzweigung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11.