DE102011078006A1

DE102011078006A1 - Method for manufacturing high pressure component of e.g. high pressure pump of fuel injection system for combustion engine used in motor vehicle, involves applying fluid with predetermined pressure in recess at preset time

Info

Publication number: DE102011078006A1
Application number: DE201110078006
Authority: DE
Inventors: Josef Penkava
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: DE102011078006B4

Abstract

The method involves forming a recess (12) in a high pressure component (10). The recess is provided with a wall surface (14). A region of the wall surface is made of austenite material. The fluid with predetermined pressure is applied in the recess at a predetermined time such that a portion (16) of the austenite material region of the wall surface is converted into martensite portion (18). A wall surface portion is made of cast iron. An independent claim is included for a device for manufacturing high pressure component of high pressure device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Hochdruckkörpers einer Hochdruckvorrichtung.The invention relates to a method and apparatus for producing a high pressure body of a high pressure device.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Die Bildung von Schadstoffen ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.Ever stricter legal regulations regarding the permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to carry out various measures by which the pollutant emissions are reduced. One starting point here is to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine. The formation of pollutants is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine.

Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke über 2000 Bar. Derart hohe Drücke stellen hohe Anforderungen an die Konstruktion verschiedener Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Dies gilt insbesondere für die Konstruktion eines Pumpenkörpers einer Hochdruckpumpe oder eines Common Rails oder eines Injektorkörpers eines Einspritzventils, in denen Kraftstoff führende Ausnehmungen mit den entsprechenden Druckbelastungen angeordnet sind.A correspondingly improved mixture preparation can be achieved if the fuel is metered under very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines, the fuel pressures are above 2000 bar. Such high pressures place high demands on the design of various components of an internal combustion engine fuel injection system. This applies in particular to the construction of a pump body of a high-pressure pump or a common rail or an injector body of an injection valve, in which fuel-carrying recesses are arranged with the corresponding pressure loads.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Hochdruckkörpers einer Hochdruckvorrichtung zu schaffen, das beziehungsweise die kostengünstig realisierbar ist, und einen zuverlässigen und präzisen Betrieb der Hochdruckvorrichtung ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and an apparatus for producing a high-pressure body of a high-pressure device, which can be realized cost-effectively, and enables reliable and precise operation of the high-pressure device.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Herstellen eines Hochdruckkörpers einer Hochdruckvorrichtung. Der Hochdruckkörper mit einer Ausnehmung, die eine Wand aufweist, wird bereitgestellt, wobei der Hochdruckkörper mindestens im Bereich der Wand ein Material aufweist, das einen vorgegebenen Anteil an Austenit hat. Auf die Ausnehmung wirkt mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem vorgegeben Druck ein, derart, dass in dem Hochdruckkörper wenigstens im Bereich der Wand der Ausnehmung mindestens ein Teil des Austenit in Martensit umgewandelt wird.The invention relates to a method and a corresponding device for producing a high pressure body of a high pressure device. The high-pressure body with a recess which has a wall is provided, wherein the high-pressure body at least in the region of the wall has a material which has a predetermined proportion of austenite. At least once for a predetermined period of time, a fluid having a predetermined pressure acts on the recess, such that at least part of the austenite is converted into martensite in the high-pressure body at least in the region of the wall of the recess.

In einer Ausführungsform ist die Hochdruckvorrichtung insbesondere eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. In weiteren Ausführungsformen ist die Hochdruckvorrichtung insbesondere ein Common Rail oder ein Einspritzventil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.In one embodiment, the high-pressure device is in particular a high-pressure pump of a fuel injection system of an internal combustion engine. In further embodiments, the high-pressure device is in particular a common rail or an injection valve of a fuel injection system of an internal combustion engine.

Bei einem Einwirken des Fluids auf die Ausnehmung mit dem vorgegeben Druck unter mindestens teilweiser Umwandlung des Austenit in Martensit gelangt Martensit durch das umgebende nicht umgewandelte Gefüge unter Druck, da Martensit ein größeres Volumen einnimmt als Austenit. Dies hat den Vorteil, dass damit Druckeigenspannungen in den Bereichen des Hochdruckkörpers, die direkt an die Ausnehmung grenzen, aufgebaut werden können. Die aufgebauten Druckeigenspannungen in den Bereichen des Hochdruckkörpers, die direkt an die Ausnehmung grenzen, bleiben bei den Arbeitstemperaturen des Hochdruckkörpers erhalten, da der Martensit bei diesen Temperaturen seine mechanischen Eigenschaften nicht ändert. Da eine Umwandlung des Austenits in Martensit langzeitstabil erhalten bleiben kann, kann eine hohe Dauerhaltbarkeit des Hochdruckkörpers gegenüber Druckeinwirkungen erreicht werden. Während des Betriebs der Hochdruckvorrichtung können die Druckeigenspannungen in den Bereichen des Hochdruckkörpers, die direkt an die Ausnehmung grenzen, den Druckkräften des Fluids entgegenwirken. Des Weiteren kann durch ein zusätzliches plastisches Umformen des Hochdruckkörpers eine hohe Festigkeit des Hochdruckkörpers erreicht werden. Des Weiteren kann eine glatte innere Oberfläche der Ausnehmung des Hochdruckkörpers mit einer geringen Reibung des Fluids an der Wand der Ausnehmung erreicht werden. Des Weiteren kann auf eine zusätzliche Wärmebehandlung des Hochdruckkörpers verzichtet werden.When the fluid acts on the recess at the predetermined pressure with at least partial transformation of the austenite into martensite, martensite comes under pressure through the surrounding unconverted structure, since martensite occupies a greater volume than austenite. This has the advantage that pressure residual stresses in the areas of the high-pressure body that directly adjoin the recess can be built up therewith. The built-up residual compressive stresses in the areas of the high-pressure body, which border directly on the recess, are maintained at the working temperatures of the high-pressure body, since the martensite does not change its mechanical properties at these temperatures. Since a conversion of austenite into martensite can be maintained for a long time, a high durability of the high pressure body against pressure effects can be achieved. During operation of the high-pressure device, the compressive residual stresses in the regions of the high-pressure element that directly adjoin the recess can counteract the pressure forces of the fluid. Furthermore, a high strength of the high pressure body can be achieved by an additional plastic deformation of the high pressure body. Furthermore, a smooth inner surface of the recess of the high-pressure body with a low friction of the fluid can be achieved on the wall of the recess. Furthermore, can be dispensed with an additional heat treatment of the high pressure body.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wirkt auf die Ausnehmung mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem Druck von mindestens 2700 bar ein. Dies hat den Vorteil, dass bei diesem Druck ein besonders effektives Umwandeln mindestens eines Teils des Austenits in Martensit erreicht werden kann.In an advantageous embodiment, acts on the recess at least once for a predetermined period of time, a fluid having a pressure of at least 2700 bar. This has the advantage that at this pressure a particularly effective conversion of at least a portion of the austenite into martensite can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wirkt auf die Ausnehmung mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem Druck von zirka 4800 bar ein. Dies hat den Vorteil, dass die Plastifizierungsgrenze des Austenits (Streckgrenze) erreicht und eine Beschädigung des Gefüges vermieden werden kann.In a further advantageous embodiment, a fluid having a pressure of approximately 4800 bar acts on the recess at least once for a predetermined period of time. This has the advantage that the plastication limit of the austenite (yield strength) can be achieved and damage to the microstructure can be avoided.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Material, das der Hochdruckkörper mindestens im Bereich der Wand aufweist, Gusseisen mit Kugelgraphit. Dies hat den Vorteil, dass so der Hochdruckkörper sehr kostengünstig gefertigt werden kann.In a further advantageous embodiment, the material which has the high pressure body at least in the region of the wall, cast iron with nodular graphite. This has the advantage that the high-pressure body can be manufactured very inexpensively.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.

Es zeigen:Show it:

1 einen Querschnitt durch einen Hochdruckkörper einer Hochdruckvorrichtung in einem ersten Zustand, und 1 a cross section through a high pressure body of a high pressure device in a first state, and

2 einen weiteren Querschnitt durch den Hochdruckkörper in einem weiteren Zustand. 2 a further cross section through the high pressure body in another state.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.

In 1 ist in einer schematischen Ansicht ein Ausschnitt aus einem Hochdruckkörper 10 einer nicht weiter dargestellten Hochdruckvorrichtung gezeigt.In 1 is a schematic view of a section of a high-pressure body 10 a high-pressure device, not shown.

In einer Ausführungsform kann die Hochdruckvorrichtung vorzugsweise eine Hochdruckpumpe, insbesondere eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, sein. In weiteren Ausführungsformen ist die Hochdruckvorrichtung vorzugsweise als Common Rail oder als Einspritzventil ausgebildet, insbesondere als Bestandteil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine.In one embodiment, the high-pressure device may preferably be a high-pressure pump, in particular a fuel injection system of an internal combustion engine. In further embodiments, the high-pressure device is preferably designed as a common rail or as an injection valve, in particular as part of a fuel injection system of an internal combustion engine.

Der Hochdruckkörper 10 weist eine Ausnehmung 12 auf. Die Ausnehmung 12 hat hier einen kreisförmigen Querschnitt. Die Ausnehmung 12 mit einem derartigen Querschnitt kann besonders einfach hergestellt werden. Die Ausnehmung 12 kann jedoch auch andere geeignete Querschnittsformen annehmen. Die Ausnehmung 12 weist eine Wand 14 auf. Ist die Hochdruckvorrichtung vorzugsweise als Hochdruckpumpe, als Common Rail oder als Einspritzventil ausgebildet, so kann der Durchmesser der Ausnehmung 12 beispielsweise etwa 2,5 mm betragen.The high-pressure body 10 has a recess 12 on. The recess 12 has a circular cross section here. The recess 12 with such a cross-section can be made particularly simple. The recess 12 however, it may take other suitable cross-sectional shapes. The recess 12 has a wall 14 on. If the high-pressure device is preferably designed as a high-pressure pump, as a common rail or as an injection valve, then the diameter of the recess 12 for example, be about 2.5 mm.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Hochdruckkörper 10 mindestens im Bereich der Wand 14 der Ausnehmung 12 ein Material auf, das Gusseisen mit Kugelgraphit ist. Ein derartiger Hochdruckkörper 10 kann besonders kostengünstig gefertigt werden.In an advantageous embodiment, the high-pressure body 10 at least in the area of the wall 14 the recess 12 a material that is spheroidal graphite cast iron. Such a high-pressure body 10 can be made particularly inexpensive.

Der Hochdruckkörper 10 weist mindestens im Bereich der Wand 14 ein Material auf, das Austenit hat. Insbesondere weist das Material einen vorgegebenen Anteil an Austenit auf. In den 1 und 2 sind Bereiche 16 aus Austenit schematisch in vergrößerter Form in dem Hochdruckkörper 10 dargestellt. Die Darstellung der Bereiche 16 aus Austenit soll ein grundsätzliches Verständnis der hier beteiligten Vorgänge ermöglichen. Diese Darstellung ist jedoch insbesondere nicht maßstäblich bezüglich der Größenverhältnisse der Bereiche 16 aus Austenit gegenüber der Ausnehmung 12.The high-pressure body 10 points at least in the area of the wall 14 a material that has austenite. In particular, the material has a predetermined amount of austenite. In the 1 and 2 are areas 16 of austenite schematically in enlarged form in the high pressure body 10 shown. The representation of the areas 16 austenite is to enable a fundamental understanding of the processes involved here. However, in particular, this representation is not to scale with respect to the size ratios of the regions 16 Austenitic opposite the recess 12 ,

Im Folgenden soll das Verfahren zum Herstellen des Hochdruckkörpers 10 der Hochdruckvorrichtung im Detail dargestellt werden.The following is the method for producing the high-pressure body 10 the high-pressure device are shown in detail.

Der Hochdruckkörper 10 mit der Ausnehmung 12 wird bereitgestellt. Auf die Ausnehmung 14 wirkt mindestens einmal für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem vorgegebenen Druck ein. Dabei wird im Bereich der Wand 14 wenigstens ein Teil der Bereiche 16 aus Austenit in Bereiche 18 aus Martensit umgewandelt (siehe 2, ausgefüllte Bereiche 18).The high-pressure body 10 with the recess 12 will be provided. On the recess 14 At least once for a predetermined period of time, a fluid at a predetermined pressure acts. It is in the area of the wall 14 at least part of the areas 16 austenite into areas 18 converted from martensite (see 2 , filled areas 18 ).

Auf diese Weise wird die Erkenntnis genutzt, dass Austenit unter mechanischer Beanspruchung in Martensit umgewandelt werden kann. Eine derartige Umwandlung von Austenit in Martensit unter mechanischer Beanspruchung kann sowohl durch Spannung im Austenit als auch durch plastische Dehnung des Austenits hervorgerufen werden. Die Umwandlung von Austenit in Martensit wird in diesem Fall dehnungsinduziert. Der Martensit entsteht unter der Einwirkung der plastischen Verformung des Austenits. Da im kubisch flächenzentrierten Gitter die Packungsdichte größer ist als im raumzentrierten Gitter, kommt es durch die Umwandlung zu einer Volumenzunahme dort, wo Martensit in dem Gefüge vorliegt. Die Bereiche 18 aus Martensit, die von den Bereichen 16 aus Austenit umgeben sind, können aufgrund des größeren Volumens des Martensits einem zusätzlichen Druck des diese umgebenden Materials ausgesetzt sein. Demzufolge werden Druckeigenspannungen aufgebaut in den Bereichen 16 aus Austenit, die in Bereiche 18 aus Martensit umgewandelt werden.In this way, the knowledge is used that austenite can be converted into martensite under mechanical stress. Such transformation of austenite into martensite under mechanical stress can be caused by stress in austenite as well as plastic expansion of austenite. The transformation of austenite into martensite is strain-induced in this case. Martensite is formed under the influence of plastic deformation of austenite. As the packing density is greater in the cubic face-centered lattice than in the body-centered lattice, the transformation leads to an increase in volume where martensite is present in the microstructure. The areas 18 from martensite, from the areas 16 austenite, due to the larger volume of martensite may be exposed to an additional pressure of the surrounding material. As a result, residual compressive stresses are built up in the areas 16 austenite, which is in areas 18 be converted from martensite.

Vorzugsweise wirkt auf die Ausnehmung 14 (siehe 1) für eine vorgegebene Zeitdauer ein Fluid mit einem Druck von mindestens 2700 bar, vorzugsweise einem Druck von zirka 4800 bar ein. Derartige Drücke ermöglichen eine besonders effektive Umwandelung mindestens eines Teils des Austenits in Martensit. Dabei wird die Plastifizierungsgrenze des Austenits (Streckgrenze) erreicht und eine Beschädigung des Gefüges kann vermieden werden.Preferably acts on the recess 14 (please refer 1 ) For a predetermined period of time a fluid having a pressure of at least 2700 bar, preferably a pressure of about 4800 bar a. Such pressures enable particularly efficient conversion of at least a portion of the austenite to martensite. The plastication limit of the austenite (yield strength) is achieved and damage to the microstructure can be avoided.

Neben der unter mechanischer Beanspruchung stattfindenden Umwandlung des Austenits in Martensit werden Teile des Hochdruckkörpers 10 im Bereich der Wand 14 der Ausnehmung 12 zusätzlich plastisch verformt. Auch durch die plastische Verformung von Bereichen der Wand 14 werden Druckeigenspannungen in diesen Bereichen der Wand 14 aufgebaut werden.In addition to the under mechanical stress conversion of austenite into martensite become parts of the high pressure body 10 in the area of the wall 14 the recess 12 additionally plastically deformed. Also by the plastic deformation of areas of the wall 14 will compress residual stresses in these areas of the wall 14 being constructed.

Wirkt während des Betriebs der Hochdruckvorrichtung, die einen derartig behandelten Hochdruckkörper 10 aufweist, ein Fluid mit einem hohen Druck auf die Ausnehmung 12 ein, so wirken die Druckeigenspannungen in den Bereichen der Wand 14 des Hochdruckkörpers 10 den Druckkräften des Fluids entgegen. Dies ist sowohl dann der Fall, wenn ein konstanter Druck auf die Ausnehmung 12 einwirkt als auch, wenn ein pulsierender Druck des Fluids vorliegt.Acts during operation of the high pressure device containing such a treated high pressure body 10 has a fluid with a high pressure on the recess 12 a, so the residual compressive stresses act in the areas of the wall 14 of the high pressure body 10 contrary to the pressure forces of the fluid. This is both the case when there is a constant pressure on the recess 12 acts as well as when there is a pulsating pressure of the fluid.

Besonders vorteilhaft ist, dass in Bereichen der Wand 14, in denen Bereiche 18 aus Martensit angeordnet sind, aufgrund der Langzeitstabilität von Martensit die Druckeigenspannungen über die Zeit erhalten bleiben können. Damit kann auch die Druckfestigkeit des Hochdruckkörpers 10 über einen langen Zeitraum bestehen bleiben und reproduzierbar ausgebildet sein.It is particularly advantageous that in areas of the wall 14 in which areas 18 are made of martensite, due to the long-term stability of martensite, the compressive stresses can be maintained over time. This can also the compressive strength of the high pressure body 10 persist over a long period of time and be designed to be reproducible.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren, sodass auch derartige Anordnungen von der Erfindung umfasst sind. The invention is not limited to the specified embodiments. In particular, it is possible to combine the features of the various embodiments with each other, so that such arrangements are included in the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Hochdruckkörper High pressure body
1212: Ausnehmung recess
1414: Wand wall
1616: Bereiche aus Austenit Areas of austenite
1818: Bereiche aus Martensit Martensitic areas

Claims

Method for producing a high-pressure body ( 10 ) of a high-pressure device, in which - the high-pressure body ( 10 ) with a recess ( 12 ) which is a wall ( 14 ), wherein the high pressure body ( 10 ) at least in the area of the wall ( 14 ) has a material which has a predetermined proportion of austenite, and - on the recess ( 12 ) at least once for a predetermined period of time, a fluid with a predetermined pressure acts, such that in the high-pressure body ( 10 ) at least in the area of the wall ( 14 ) of the recess ( 12 ) at least a part of the austenite is converted into martensite.

Method according to claim 1, wherein on the recess ( 12 ) at least once for a predetermined period of time, a fluid having a pressure of at least 2700 bar acts.

Method according to claim 1 or 2, wherein on the recess ( 12 ) at least once for a predetermined period of time a fluid having a pressure of about 4800 bar acts.

Method according to one of the preceding claims, wherein the material that the high-pressure body ( 10 ) at least in the area of the wall ( 14 ) is spheroidal graphite cast iron.

Device for producing a high-pressure body ( 10 ) of a high pressure device, which is designed - for providing the high pressure body ( 10 ) with a recess ( 12 ), which has a wall ( 14 ), wherein the high pressure body ( 10 ) at least in the area of the wall ( 14 ) has a material which has a predetermined content of austenite, and - for acting on a fluid with a predetermined pressure on the recess ( 12 ) at least once for a predetermined period of time, such that in the high-pressure body ( 10 ) at least in the area of the wall ( 14 ) at least a part of the austenite is converted into martensite