VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KANÄLE AUFWEISENDEN KRAFTSTOFFEINSPRITZELEMENTES SOWIE KRAFTSTOFFEINSPRITZELEMENT

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes sowie ein Kraftstoffeinspritzelement.

[0002] Bei diesem Kraftstoffeinspritzelement kann es sich um eine Kraftstoffeinspritzdüse, wie sie in einem Kraftstoffeinspritzventil eines mit einem Ottomotor oder einem Dieselmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, oder um einen Einsatz für eine Kraftstoffeinspritzdüse handeln.

[0003] Kraftstoffeinspritzdüsen weisen einen Düsenkörper auf, der im Bereich seiner Düsenspitze mit einem oder mehreren Kanälen versehen ist. Durch diese Kanäle wird im Betrieb des Fahrzeugs mit hohem Druck Kraftstoff in einen Zylinderraum des Motors gespritzt. Der oder die Kanäle sind geradlinig derart ausgebildet, dass der Kraftstoff fächerförmig in den Zylinderraum gespritzt wird. Dadurch wird erreicht, dass sich im Zylinderraum Luft und Kraftstoff in gewünschter Weise vermischen, um die Verbrennungsvorgänge herbeizuführen. Die im Bereich der Düsenspitze vorgesehenen Kanäle werden in den Düsenkörper z.B. mittels Erodieren oder Bohren eingebracht, wobei eine Anzahl von Arbeitsgängen notwendig ist, die der Anzahl der Kanäle entspricht.

[0004] Aus der DE 199 15 874 B4 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt. Diese weist eine Ventilnadel, einen Ventilsitz mit einer Ventilöffnung und eine metallspritzgeformte Düsenspitze auf. In der Düsenspitze ist eine Einspritzöffnung vorgesehen, die als fächerförmiger Schlitz mit einem vorbestimmten Öffnungswinkel ausgebildet ist. Dadurch soll erreicht werden, dass die Kraftstoffeinspritzdüse in einfacher Weise und kostengünstig herstellbar ist.

[0005] Aus der DE 102 46 403 B4 sind ein Verfahren zum Herstellen einer Düsenlochplatte für eine Einspritzdüse und eine mit einer derartigen Düsenlochplatte ausgestattete Einspritzdüse bekannt. Die Düsenlochplatte weist eine obere Fläche, eine untere Fläche und einen Durchlass auf. Die obere Fläche und die untere Fläche definieren jeweils mit dem Durchlass Kanten, welche abgerundet sind. Die Flächen der abgerundeten Kanten und sowohl die obere als auch die untere Fläche sind mit durch einen Strahlvorgang ausgebildeten Spuren bedeckt.
Aus der DE 10 2009 000 172 A1 sind ein Injektor-Bauteil, ein Kraftstoff-Injektor sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Injektor-Bauteils bekannt. Das Injektor-Bauteil weist mindestens einen Kraftstoffkanal auf und ist in Umfangsrichtung tordiert, vorzugsweise derart, dass beide voneinander abgewandten Stirnseiten des Injektor-Bauteils vor und nach dem Tordieren dieselbe Relativposition zueinander haben. Aus der DE 100 49 517 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen Ventilschliesskörper, eine Abspritzöffnung und ein Drallmodul umfasst. Das Drallmodul umfasst eine Anzahl rohrförmiger Hohlkörper, welche in einem Bündel parallel zueinander angeordnet sind und den durch in den Hohlkörpern ausgebildete Brennstoffkanäle zur Abspritzöffnung strömenden Brennstoff mit einem Drall versehen.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kostengünstig und einfach herzustellendes, Kanäle aufweisendes Kraftstoffeinspritzelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzdüse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass Kanäle des Kraftstoffeinspritzelementes gleichzeitig hergestellt werden können. Diese bedeutet im Vergleich zu bekannten Verfahren eine erhebliche Zeitersparnis beim Einbringen der Kanäle in das Kraftstoffeinspritzelement. Des weiteren weisen die mittels des beschriebenen Verfahrens hergestellten Kanäle im Vergleich zu einer Herstellung mittels Erodieren eine verbesserte Oberfläche auf. Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich des weiteren sehr feine Kanäle herstellen, deren Durchmesser beispielsweise im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm liegt oder sogar noch kleiner sein können.

[0007] Weisen die Kanäle unterschiedliche Abstände zur Mittelachse des Kraftstoffeinspritzelementes auf, dann ist der Austrittswinkel der Kanäle umso größer, je größer der Abstand des jeweiligen Kanals von der Mittelachse ist. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Austrittswinkel so zu wählen, dass die Zerstäubung des vom Kraftstoffeinspritzelement in den Zylinderraum des Kraftfahrzeugs ausgegebenen Kraftstoffs im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist. In vorteilhafter Weise können die Kanäle einer Düse auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dies führt dazu, dass auch das Vermischen des Kraftstoffs mit Luft verbessert ist, was wiederum einen verbesserten Verbrennungsvorgang zur Folge hat, welcher einen geringeren Kohlendioxidausstoß verursacht als bekannte Kraftstoffeinspritzelemente.

[0008] Bei einem Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung handelt es sich in vorteilhafter Weise um eine Kraftstoffeinspritzdüse oder einen Einsatz für eine Kraftstoffeinspritzdüse. Es kann aus Hartmetall, Keramik oder Stahl bestehen. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzelement ist vergleichsweise einfach herstellbar, hält den im Betrieb hohen Anforderungen ohne weiteres Stand und weist eine hohe Lebensdauer auf.

[0009] Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt

Figur 1

eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform für ein Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung,

Figur 2

eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform für ein Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung,

Figur 3

eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Figur 2 und

Figur 4

ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes.

[0010] Die Figur 1 zeigt eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse 1 weist einen Düsenkörper 2 auf, der im Bereich der Düsenspitze 2a mit einem Einsatz 3 versehen ist. Dieser Einsatz 3, bei dem es sich um ein Kraftstoffeinspritzelement handelt, ist in Form einer Platte ausgebildet, besteht aus Hartmetall, Keramik oder Stahl und ist mit dem Düsenkörper fest verbunden, beispielsweise durch Formschluss, Verschrauben, Schrumpfen oder Versintern. Der Einsatz 3 weist durchgehende Kanäle auf, die den Düseninnenraum 7 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit dem Innenraum 8 eines Zylinders des Motors verbinden. Durch diese Kanäle wird jeweils Kraftstoff, der sich unter hohem Druck im Düseninnenraum 7 befindet, in den Zylinderraum 8 gespritzt. Die Kanäle, von denen in der Figur 1 lediglich zwei gezeigt und mit den Bezugszeichen 4 und 5 bezeichnet sind, verlaufen jeweils wendelförmig durch den Einsatz 3. Dieser wendelförmige Verlauf ist derart gewählt, dass der Kraftstoff in einem oder mehreren gewünschten Winkeln aus dem Einsatz 3 austritt. Durch eine geeignete Wahl dieser Winkel kann eine verbesserte Verteilung des Kraftstoffs im Zylinderraum und dadurch eine verbesserte Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht werden. Dies wiederum verbessert die Mischung des Kraftstoffs mit Luft innerhalb des jeweiligen Zylinders und dadurch den Verbrennungsvorgang.

[0011] Die Figur 2 zeigt eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzdüse. Die dargestellte Kraftstoffeinspritzdüse 1, bei der es sich um ein Kraftstoffeinspritzelement handelt, weist einen Düsenkörper 2 auf, der im Bereich der Düsenspitze 2a durchgehende Kanäle aufweist. Diese verbinden den Düseninnenraum 7 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit dem Innenraum 8 eines Zylinders des Motors. Durch diese Kanäle wird jeweils Kraftstoff, der sich unter hohem Druck im Düseninnenraum 7 befindet, in den Zylinderraum 8 gespritzt. Die Kanäle, von denen in der Figur 2 lediglich zwei gezeigt und mit den Bezugszeichen 4 und 5 bezeichnet sind, verlaufen jeweils wendelförmig durch den Bereich der Düsenspitze 2a. Dieser wendelförmige Verlauf ist derart gewählt, dass der Kraftstoff in einem oder mehreren gewünschten Winkeln aus dem Düsenkörper 2 austritt. Durch eine geeignete Wahl dieser Winkel kann eine verbesserte Verteilung des Kraftstoffs im Zylinderraum und dadurch eine verbesserte Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht werden. Dies wiederum verbessert die Mischung des Kraftstoffs mit Luft innerhalb des jeweiligen Zylinders und dadurch den Verbrennungsvorgang. Der Düsenkörper 2 ist bei dieser zweiten Ausführungsform einteilig ausgebildet und besteht aus Hartmetall, Keramik oder Stahl.

[0012] In den Figuren 1 und 2 ist mit der Bezugszahl 6 der aus den Kanälen 4 und 5 austretende Kraftstoff bezeichnet.

[0013] Die Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der Figur 2 in Richtung der in der Figur 2 gezeigten Schnittlinie S-S. Es ist ersichtlich, dass die Kraftstoffeinspritzdüse im Bereich ihrer Düsenspitze mehrere Kanäle aufweist, deren Eingänge im Bereich der Düsenspitze etwa gleichmäßig verteilt sind.

[0014] Die Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes.

[0015] Bei diesem Verfahren erfolgt gemäß einem Schritt S1 eine Herstellung eines aus einem plastischen Material bestehenden, geradlinig verlaufende Kanäle aufweisenden Körper mittels eines Strangpresswerkzeugs. Bei diesem plastischen Material handelt es sich um mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Hartmetallpulver, mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Keramikpulver oder mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Stahlpulver. Zur Erzeugung der genannten geradlinig verlaufenden Kanäle weist das Strangpresswerkzeug in seinem Inneren beispielsweise einen Fadenhalter auf, an welchem Fäden befestigt sind, die bis in den Bereich des Düsenmundstücks des Strangpresswerkzeugs hineinreichen und als Platzhalter der Kanäle für den durch das Strangpresswerkzeug gepressten plastischen Materialstrom dienen.

[0016] Gemäß einem Schritt S2 erfolgt ein Verdrallen des geradlinig verlaufende Kanäle aufweisenden Körpers, um einen aus plastischem Material bestehenden Körper mit wendelförmig verlaufenden Kanälen bereitzustellen. Dieses Verdrallen wird vorzugsweise dadurch herbeigeführt, dass das Düsenmundstück des Strangpresswerkzeugs drehbar ausgebildet ist und während des Strangpressvorgangs gedreht wird.

[0017] Der das Strangpresswerkezug verlassende, aus plastischem Materialbestehende Körper, der bereits die wendelförmig verlaufenden Kanäle aufweist, wird außerhalb des Strangpresswerkzeugs in einem schritt S3 gesintert.

[0018] Der gesinterte Körper wird anschließend in einem Schritt S4 abgelängt, um ein wendelförmig verlaufende Kanäle aufweisendes Kraftstoffeinspritzelement bereitzustellen.

[0019] Eine Alternative besteht darin, das im Schritt S2 erfolgende Verdrallen dadurch herbeizuführen, dass der das Strangpresswerkzeug verlassende stabförmige, aus plastischem material bestehende Körper außerhalb des Strangpresswerkzeugs zunächst abgelängt und dann einer Verdrallung unterworfen wird, bei welcher er unter Abstützung über seine gesamte Länge auf einer Auflage mittels einer Reibflächenanordnung einer Wälzbewegung unterworfen wird, deren Geschwindigkeit sich über die Länge des Körpers linear und stetig ändert. Dieser verdrallte Körper wird anschließend in einem Schritt 3 gesintert und danach in einem Schritt S4 abgelängt, um Kraftstoffeinspritzelemente in Form von Einsätzen 3, wie sie anhand der Figur lveranschaulicht wurden, bereitzustellen.

[0020] Der gesinterte und abgelängte Körper kann bei Bedarf noch einer Weiterverarbeitung unterworfen werden, beispielsweise einem Schleifvorgang.

[0021] Das vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen beschriebene Verfahren ermöglicht eine vereinfachte Herstellung von Kraftstoffeinspritzelementen, die Kraftstoffeinspritzkanäle aufweisen. Das verwendete Strangpressverfahren liefert des weiteren nicht nur eine verbesserte Oberfläche deer Kanäle, sondern ermöglich auch eine Herstellung aller Kanäle in einem einzigen Arbeitsgang. Diese Kanäle können in vorteilhafter Weise auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Ferner können mittels des beschriebenen Verfahrens sehr feine Kanäle hergestellt werden, deren Durchmesser im Bereich zwischen 0, 5 mm und 0, 05 mm liegen kann oder bei Bedarf sogar noch kleiner sein kann. Der Austrittswinkel der Kanäle aus dem Kraftstoffeinspritzelement steigt mit zunehmender Entfernung des jeweiligen Kanals von der Mittelachse des Elementes an. Kanäle, die in der Nähe der Mittelachse liegen, spritzen den Kraftstoff im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse aus. Mit steigender Entfernung der Kanäle von der Mittelachse erfolgt ein Ausspritzen des Kraftstoffs mit einem Winkel, der zunehmend von der Richtung der Mittelachse abweicht.

Bezugszeichenliste

[0022] 

1

Kraftstoffeinspritzdüse

2

Düsenkörper

3

Einsatz

4

wendelförmig verlaufender Kanal

5

wendelförmig verlaufender Kanal

6

Kraftstoffausstoß'

7

düseninnenraum

8

Zylinderinnenraum

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzdüse (1), welche einen mit einer Düsenspitze (2a) versehenen Düsenkörper (2) aufweist, wobei die Düsenspitze durchgehende Kanäle aufweist, die einen Düseninnenraum der Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Innenraum eines Zylinders verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (4,5) jeweils wendelförmig durch die Düsenspitze (2a) derart verlaufen, dass sie direkt in den Innenraum (8) des Zylinders münden und Kraftstoff in mehreren gewünschten Winkeln direkt in den Innenraum (8) des Zylinders einspritzen, wobei die wendelförmig verlaufenden Kanäle (4,5) unterschiedliche Austrittswinkel der Kanäle (4,5) aus der Kraftstoffeinspritzdüse (1) aufweisen, die Kraftstoffeinspritzdüse wendelförmig verlaufende Kanäle aufweist, die von ihrer Mittelachse unterschiedlich weit beabstandet sind, und wobei der Austrittswinkel mit zunehmender Entfernung der betreffenden Kanäle (4,5) von der Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse (1) ansteigt derart, das Kanäle, die in der Nähe der Mittelachse liegen, den Kraftstoff im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse ausspritzen und mit steigender Entfernung der Kanäle von der Mittelachse ein Ausspritzen des Kraftstoffs mit einem Winkel erfolgt, der zunehmend von der Richtung der Mittelachse abweicht.

2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenspitze einen den Düseninnenraum der Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Innenraum eines Zylinders verbindende Einsatz (3) aufweist, in welchem die wendelförmig verlaufenden Kanäle vorgesehen sind.

3. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper aus Hartmetall, Keramik oder Stahl besteht.

4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittswinkel eines ersten wendelförmig verlaufenden Kanals, der von der Mittelachse einen ersten Abstand aufweist, größer ist als der Austrittswinkel eines zweiten wendelförmig verlaufenden Kanals, der von der Mittelachse einen zweiten Abstand aufweist, der kleiner ist als der erste Abstand.

5. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wendelförmig verlaufende Kanäle unterschiedlichen Durchmessers aufweist.

Claims

1. Fuel injection nozzle (1), comprising a nozzle body (2) provided with a nozzle tip (2a), wherein the nozzle tip has through channels connecting a nozzle interior space of the fuel injection nozzle with the interior space of a cylinder, characterised in that the channels (4, 5) each so extend helically through the nozzle tip (2a) that they open directly into the interior space (8) of the cylinder and inject fuel at a plurality of desired angles directly into the interior space (8) of the cylinder, wherein the helically extending channels (4, 5) have different exit angles of the channels (4, 5) from the fuel injection nozzle (1), the fuel injection nozzle has helically extending channels differently spaced from its centre axis and the exit angle with increasing distance of the relevant channels (4, 5) from the centre axis of the fuel injection nozzle (1) increases in such a way that channels lying in the vicinity of the centre axis eject the fuel substantially in the direction of the centre axis and with increasing spacing of the channels from the centre axis ejection of the fuel takes place at an angle increasingly deviating from the direction of the centre axis.

2. Fuel injection nozzle according to claim 1, characterised in that the nozzle tip has an insert (3) which connects the nozzle interior space of the fuel injection nozzle with the interior space of a cylinder and in which the helically extending channels are provided.

3. Fuel injection nozzle according to one of the preceding claims, characterised in that the nozzle body consists of hard metal, ceramic or steel.

4. Fuel injection nozzle according to any one of the preceding claims, characterised in that the exit angle of a first helically extending channel, which has a first spacing from the centre axis, is greater than the exit angle of a second helically extending channel, which has from the centre axis a second spacing smaller than the first spacing.

5. Fuel injection nozzle according to any one of the preceding claims, characterised in that it has helically-extending channels of different diameter.

Revendications

1. Buse d'injection de carburant (1), qui présente un corps de buse (2) muni d'une tête de buse (2a), dans laquelle la tête de buse présente des canaux traversants qui relient un intérieur de buse de la buse d'injection de carburant à l'intérieur d'un cylindre, caractérisée en ce que les canaux (4, 5) traversent respectivement de manière hélicoïdale la tête de la buse (2a) de telle sorte qu'ils débouchent directement dans l'intérieur (8) du cylindre et injectent du carburant selon plusieurs angles souhaités directement dans l'intérieur (8) du cylindre, dans laquelle les canaux hélicoïdaux (4, 5) présentent différents angles de sortie des canaux (4, 5) hors de la buse d'injection de carburant (1), la buse d'injection de carburant présente des canaux hélicoïdaux qui sont espacés de leur axe médian selon des distances différentes, et dans laquelle l'angle de sortie augmente à mesure qu'augmente la distance des canaux (4, 5) concernés par rapport à l'axe médian de la buse d'injection de carburant (1), de telle sorte que des canaux situés à proximité de l'axe médian éjectent le carburant sensiblement en direction de l'axe médian et que, à mesure qu'augmente la distance des canaux par rapport à l'axe médian, une éjection du carburant a lieu selon un angle qui augmente à partir de la direction de l'axe médian.

2. Buse d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête de la buse comporte un insert (3) reliant l'intérieur de buse de la buse d'injection de carburant à l'intérieur d'un cylindre, dans lequel sont prévus les canaux hélicoïdaux.

3. Buse d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de buse est en carbure, en céramique ou en acier.

4. Buse d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'angle de sortie d'un premier canal hélicoïdal qui présente une première distance par rapport à l'axe médian est supérieur à l'angle de sortie d'un second canal hélicoïdal qui présente par rapport à l'axe médian une seconde distance qui est inférieure à la première distance.

5. Buse d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente des canaux hélicoïdaux de diamètres différents.

Zeichnung