[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse mit einem Düsenkörper, in welchem rückseitig
ein Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist, wobei von dem Sackloch oder dem Sitzloch
mindestens ein Spritzloch ausgeht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
dabei eine Kraftstoffinjektordüse zum Einspritzen von Kraftstoffen in Verbrennungsmotoren.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind dabei Düsen mit einer kuppelförmigen Erhebung als
Düsenkörper bekannt, in welchen rückseitig das zylindrische oder konische Sackloch
oder Sitzloch eingebracht ist. Von diesem aus verlaufen dann üblicherweise mehrere
Spritzlöcher radial nach außen zum Umfangsbereich der Erhebung. Die Spritzlöcher selbst
sind dabei üblicherweise als zylindrische Bohrung ausgeführt.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von diesem Stand der Technik
eine Düse zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte Dauersicherheit insbesondere
im Bereich der Spritzlocheintritte aufweist.
[0004] Diese Aufgabe wird jeweils unabhängig voneinander durch eine Düse gemäß Anspruch
1, eine Düse gemäß Anspruch 5 sowie durch eine Düse gemäß Anspruch 7 gelöst.
[0005] Eine Düse gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist dabei einen Düsenkörper
auf, in welchen rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist, wobei von dem
Sackloch oder dem Sitzloch aus mindestens ein Spritzloch ausgeht. Dabei ist vorgesehen,
dass das Spritzloch im Bereich des Spritzlocheintritts einen nicht-runden Querschnitt
aufweist. Der nicht-runde Querschnitt erlaubt dabei eine gezielte Ausrichtung der
auf das Spritzloch und den Düsenkörper wirkenden Kräfte. Bei dem Spritzlocheintritt
handelt es sich dabei um das dem Sackloch oder dem Sitzloch zugewandte Ende des Spritzlochs,
durch welches ein durch die Düse hindurchfließendes Fluid von dem Sackloch oder Sitzloch
in das Spritzloch eintritt.
[0006] Vorteilhafterweise weist das Spritzloch dabei im Bereich des Spritzlocheintritts
einen Querschnitt mit einer längeren und einer kürzeren Symmetrieachse auf, z.B. einen
ovalen Querschnitt. Vorteilhafterweise handelt es sich um einen elliptischen Querschnitt.
[0007] Weiterhin vorteilhafterweise weist das Spritzloch im Bereich des Spritzlochaustritts
einen kreisförmigen Querschnitt auf. Hierdurch wird der übliche Strahlkonus des die
Düse verlassenden Strahls erhalten. Bei dem Spritzlochaustritt handelt es sich dabei
um das dem Sackloch oder Sitzloch abgewandte Ende des Spritzlochs, durch welches ein
durch die Düse hindurchfließendes Fluid aus dem Spritzloch austritt.
[0008] Vorteilhafterweise wird der erste Aspekt in der vorliegenden Erfindung dabei bei
Düsen eingesetzt, welche mehrere Spritzlöcher aufweisen, welche vom Sackloch oder
Sitzloch ausgehen, wobei mehrere oder alle der Spritzlöcher im Bereich des Spritzlocheintritts
einen nicht-runden Querschnitt aufweisen.
[0009] Vorteilhafterweise weisen die nicht-runden Querschnitte aller Sacklöcher dabei die
gleiche Ausrichtung bezüglich der Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs oder
Sitzlochs auf. Insbesondere sind dabei die kurzen bzw. langen Symmetrieachsen aller
Spritzlöcher in Bezug auf die Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs oder Sitzlochs
alle in gleicher Weise ausgerichtet.
[0010] Weiterhin vorteilhafterweise ist dabei die längere Achse des nicht-runden Querschnitts,
insbesondere die längere Achse der Ellipse, parallel oder senkrecht zur Längsachse
des Sacklochs oder des Sitzlochs oder Sitzlochs ausgerichtet.
[0011] Durch die nicht-runde Form des Spritzlocheintritts läßt sich die längere Achse des
Spritzlocheintritts entsprechend der wirkenden Spannung im Düsenkörper ausrichten,
wobei der Querschnitt des Spritzlochs den geforderten Mindestquerschnitt nicht unterschreitet.
[0012] Bei dominierender Umfangsspannung im Sackloch oder Sitzloch wird dabei die längere
Achse horizontal angeordnet, d. h. in eine Ebene senkrecht zur Längsachse des Sacklochs
oder des Sitzlochs oder Sitzlochs. Hierdurch entsteht in Belastungsrichtung eine geringere
Kerbwirkung als beim Kreisquerschnitt. Bei dominierender Axialspannung im Sackloch
oder Sitzloch wird die längere Achse des Spritzlocheintritts dagegen vertikal angeordnet,
d. h. jeweils in einer Ebene, welche parallel zur Längsachse des Sacklochs oder des
Sitzlochs oder Sitzlochs verläuft. Auch durch diese Anordnung kann in Belastungsrichtung
eine geringere Kerbwirkung erzielt werden als bei der Verwendung eines Kreisquerschnitts
für den Spritzlocheintritt.
[0013] Die Düse gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Düsenkörper,
in welchem rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist, wobei von dem Sackloch
oder Sitzloch mehrere Spritzlöcher ausgehen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen,
dass das Sackloch oder Sitzloch eine Nut aufweist, von welcher aus die Spritzlöcher
ausgehen. Durch die Anordnung der Spritzlocheintritte im Bereich einer Nut auf der
Innenseite des Sacklochs oder des Sitzlochs können ebenfalls die Kerbspannung, welche
bei konventioneller Bohrungsverschneidung entsteht, verringert werden.
[0014] Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, daß die Nut zu der Längsachse des Sacklochs
oder des Sitzlochs rotationssymmetrisch angeordnet ist.
[0015] Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Spritzlöcher in Bezug auf die Sacklochachse
auf gleicher Höhe angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist dabei die Breite der Nut
in Richtung der Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs breiter als der Durchmesser
der Spritzlöcher.
[0016] Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Spritzlöcher gleichmäßig auf dem Umfang der
Nut verteilt sind, d. h. daß zwischen den einzelnen Spritzlöchern gleiche Abstände
vorgesehen sind.
[0017] Eine Düse gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Düsenkörper
auf, in welchem rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist, wobei von dem
Sackloch oder Sitzloch mindestens ein Spritzloch ausgeht. Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, daß das Spritzloch am Spritzlochaustritt durch eine Senkung erweitert
ist. Diese ermöglicht es, die Wandstärke entlang der Spritzlochachse zu erhöhen, ohne
die Spritzlochlänge zu vergrößern. Auch dies führt zu einer erhöhten Dauerfestigkeit
insbesondere im Spritzlocheintritt.
[0018] Vorteilhafterweise ist die Senkung dabei rotationssymmetrisch zur Spritzlochachse
ausgeführt. Besonders vorteilhaft ist die Senkung dabei im Wesentlichen U-förmig,
so daß sie die Geometrie des das Spritzloch verlassenden Strahlkonuses weniger beeinflußt.
[0019] Die drei Aspekte der vorliegenden Erfindung erlauben bereits jeweils für sich genommen
eine Steigerung der Dauerfestigkeit einer Düse, insbesondere einer Kraftstoffinjektordüse.
Die einzelnen Aspekte können dabei auch miteinander kombiniert werden.
[0020] Insbesondere kann dabei der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung mit dem zweiten
und/oder dem dritten Aspekt kombiniert werden. Weiterhin vorteilhaft kann auch der
zweite Aspekt mit dem ersten oder dritten Aspekt kombiniert werden. Ebenso kann der
dritte Aspekt mit dem ersten und/oder dem zweiten Aspekt kombiniert werden.
[0021] Sämtliche Aspekte der vorliegenden Erfindung kommen bevorzugt bei Düsen zum Einsatz,
wie sie im Folgenden näher beschrieben werden:
Die Düse kann mehrere Spritzlöcher aufweisen, welche vom Sackloch oder Sitzloch aus
ausgehen. Insbesondere sind dabei mehr als drei Spritzlöcher, weiterhin vorteilhafterweise
mehr als sechs Spritzlöcher vorgesehen. Vorteilhafterweise verlaufen dabei die Längsachsen
der Spritzlöcher in einem spitzen Winkel zur Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs
radial nach außen.
[0022] Weiterhin vorteilhaftweise kann vorgesehen sein, daß der Düsenkörper rotationssymmetrisch
ausgeführt ist. Ebenso kann das Sackloch oder Sitzloch rotationssymmentrisch ausgeführt
sein. Vorteilhafterweise sind dabei mehrere Spritzlöcher vorgesehen, welche gleichmäßig
in Umfangsrichtung um die Längsachse des Düsenkörpers bzw. des Sacklochs oder des
Sitzlochs angeordnet sind, d. h. mit in Umfangsrichtung gleichen Abständen.
[0023] Weiterhin kann der Düsenkörper eine Erhebung aufweisen, in welcher rückseitig das
Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist, wobei mehrere Spritzlöcher vom Sackloch oder
Sitzloch ausgehend radial nach außen zum Umfangsbereich der Erhebung führen. Insbesondere
kann die Erhebung dabei kuppelförmig sein.
[0024] Sind dabei erfindungsgemäß mehrere Spritzlöcher vorgesehen, so sind diese vorteilhafterweise
alle identisch ausgeführt.
[0025] Wie bereits oben beschrieben, handelt es sich bei der Düse insbesondere um eine Kraftstoffinjektordüse
zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor. Dabei werden insbesondere
bei Direkteinspritzungsmotoren sehr hohe Drucke eingesetzt, so daß die durch die vorliegende
Erfindung erhöhte Dauerfestigkeit der Düse von besonderem Vorteil ist.
[0026] Neben der Düse umfaßt die vorliegende Erfindung dabei weiterhin einen Verbrennungsmotor
mit einer solchen Düse zur Injektion von Kraftstoff. Insbesondere kann die Düse dabei
zur direkten Injektion von Kraftstoff in den Zylinder dienen.
[0027] Neben der Düse selbst umfaßt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung einer Düse gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß
wird dabei der nicht-runde Querschnitt des Spritzlochs im Bereich des Spritzlocheintritts
mit einem Erodierdraht erzeugt, welcher während der Herstellung des Spritzlochs eine
dem nicht-runden Querschnitt des Spritzlochs entsprechende Bahn im Raum abfährt.
[0028] Vorteilhafterweise wird dabei bei der Herstellung der Düse durch eine entsprechende
Steuerung der Erodierdrahtmaschine eine definierte Bahn im Raum durch den Erodierdraht
abgefahren, welcher das Spritzloch gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
herstellt. Vorteilhafterweise kann die Bahn dabei nicht nur in einer Ebene beliebig
gewählt werden, sondern auch in der Tiefe.
[0029] Die Verwendung eines Erodierdrahts ermöglicht es so, den spezifischen Querschnitt
des Spritzlochs im Bereich des Spritzlocheintritts und ggf. im Bereich des Spritzlochaustritts
aus dem Material des Düsenkörpers herauszuschneiden.
[0030] Die erfindungsgemäße Düse besteht dabei vorteilhafterweise aus Metall.
[0031] Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen sowie Zeichnungen
näher beschrieben.
[0032] Dabei zeigen:
- Figur 1:
- ein erstes Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
- Figur 2:
- ein zweites Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung,
- Figur 3:
- ein Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung, und
- Figur 4:
- ein Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung.
[0033] Die drei Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden der besseren Übersicht
halber jeweils einzeln anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Besonders bevorzugt
werden jedoch zwei der Aspekte oder alle drei Aspekte miteinander kombiniert.
[0034] Alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen eine Düse mit einem Düsenkörper
5, in welchem rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch 1 eingebracht ist. Von dem Sackloch
oder Sitzloch 1 verlaufen dabei mehrere Spritzlöcher 2 nach außen. Die Spritzlöcher
2 sind dabei mit ihren Spritzlocheintritten 3 dem Sackloch oder Sitzloch zugewandt,
während die Spritzlochaustritte 4 zur Außenseite des Düsenkörpers 5 weisen.
[0035] Der Düsenkörper 5 weist dabei im Bereich des Sacklochs oder des Sitzlochs 1 eine
Erhebung auf, in welche das Sackloch oder Sitzloch eingebracht ist. Die Erhebung 5
hat dabei im Bereich des Sacklochs oder des Sitzlochs 1 im Wesentlichen eine Kuppelform.
Sowohl die Erhebung 5 als auch das Sackloch oder Sitzloch 1 sind im Ausführungsbeispiel
rotationssymmetrisch.
[0036] Die Spritzlöcher 2 verlaufen dabei von den Seitenwänden des Sacklochs oder des Sitzlochs
1 radial nach außen zum Umfangsbereich des Düsenkörpers 5. Die Längsachsen der Spritzlöcher
2 weisen in Höhenrichtung einen spitzen Winkel zur Längsachse des Sacklochs oder des
Sitzlochs 1 bzw. des Düsenkörpers 5 auf. Die Spritzlöcher 2 sind in Umfangsrichtung
gleichmäßig um das Sackloch oder Sitzloch 1 angeordnet.
[0037] Bei den in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen des ersten Aspekts
der vorliegenden Erfindung weisen die Spritzlöcher jeweils einen nichtkreisförmigen
Spritzlocheintritt 3 auf. Durch die nicht-runde Ausführung des Spritzlocheintritts
3 und die entsprechende Ausrichtung der Spritzlocheintritte können die im Bereich
des Düsenkörpers 5 wirkenden Spannungen gezielt eingestellt werden. Insbesondere weisen
dabei alle Spritzlocheintritte die gleiche nicht-runde Form und die gleiche Ausrichtung
in Bezug auf die Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs 1 auf. Die Spritzlochaustritte
4 der Spritzlöcher 2 sind dagegen weiterhin kreisförmig, um einen üblichen Kraftstoffstrahlkonus
zu erhalten.
[0038] Bei beiden in Figur 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Spritzlocheintritte
dabei jeweils ellipsenförmig geformt. Dabei ist die längere Symmetrieachse der Ellipsenform
des Spritzlocheintritts entsprechend den wirkenden Spannungen (Umfangs- oder Axialspannung)
ausgerichtet, wobei die Querschnittsfläche der Ellipse die geforderte Mindestquerschnittsfläche
nicht unterschreitet.
[0039] Wie in Figur 1 gezeigt, wird bei dominierender Umfangsspannung im Sackloch oder Sitzloch
1 die Ellipse horizontal angeordnet. Die Ellipse ist dabei horizontal angeordnet,
wenn die längere Symmetrieachse der Ellipse in einer Ebene verläuft, die senkrecht
auf der Längsachse des Sacklochs oder des Sitzlochs 1 bzw. des Düsenkörpers 5 liegt.
Hierdurch entsteht in Belastungsrichtung eine geringere Kerbwirkung als bei Verwendung
eines Kreisquerschnitts.
[0040] Wie in Figur 2 dargestellt, wird bei dominierender Axialspannung im Sackloch oder
Sitzloch dagegen die Ellipse vertikal angeordnet. Bei dieser Anordnung ist die längere
Symmetrieachse der Ellipse in Richtung der Längsachse der Düse ausgerichtet. Hierdurch
entsteht in Belastungsrichtung eine geringere Kerbwirkung als beim Kreisquerschnitt.
[0041] In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Dabei ist eine zur Sacklochachse 7 rotationssymmetrische Nut 6 im Bereich
der Spritzlocheintritte 3 vorgesehen. Die Nut 6 ist dabei in den Seitenwänden des
Sacklochs oder des Sitzlochs 1 vorgesehen und weist in Höhenrichtung in etwa eine
Erstreckung auf, welche der der Spritzlöcher 2 entspricht. Die Spritzlocheintritte
3 befinden sich damit komplett im Bereich der Nut 6.
[0042] Die hohen Kerbspannungen, welche bei konventioneller Bohrungsverschneidung entstehen,
werden durch die erfindungsgemäße rotationssymmetrische Nut 6 im Sackloch oder Sitzloch,
von welcher aus die Spritzlöcher 2 abgehen, verringert.
[0043] In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung
gezeigt, gemäß welchem am Spritzlochaustritt 4 jeweils eine Senkung 8 vorgesehen ist.
Im Ausführungsbeispiel ist die Senkung 8 dabei zur Spritzlochachse 9 rotationssymmetrisch
ausgeführt. Insbesondere weist die Senkung dabei ein U-förmiges Profil auf. Gemäß
dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Wandstärke des Düsenkörpers
5 entlang der Spritzlochachse zu vergrößern, ohne die Spritzlochlänge zu erhöhen.
Dies führt zur Dauerfestigkeit im Spritzlocheintritt, und das bei nahezu gleichbleibender
Geometrie des Strahlkonusses.
[0044] Neben den Düsen selbst umfaßt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung einer Düse gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Bei der
Fertigung der Spritzlöcher wird dabei ein Erodierdraht eingesetzt, welcher durch eine
passende Steuerung eine definierte Bahn im Raum abfährt und hierdurch den nicht-runden
Querschnitt der Spritzlöcher im Eintrittsbereich 3 sowie den runden Querschnitt im
Austrittsbereich 4 zur Verfügung stellt. Hierfür wird eine Erodiermaschine eingesetzt,
bei welcher die Bahn nicht nur in einer Ebene beliebig gewählt werden kann, sondern
auch in der Tiefe.
[0045] Die vorliegende Erfindung erhöht durch alle drei Aspekte die Dauersicherheit der
Düsen im Bereich der Bohrungsverschneidung von Sackloch oder Sitzloch zu Spritzloch,
ohne einen wesentlichen Einfluß auf die Geometrie des Strahlkonusses zu haben. Insbesondere
wird die Düse dabei als Kraftstoffeinspritzdüse eingesetzt.
1. Düse mit einem Düsenkörper (5), in welchen rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch (1)
eingebracht ist, wobei von dem Sackloch oder Sitzloch (1) mindestens ein Spritzloch
(2) ausgeht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Spritzloch (2) im Bereich des Spritzlocheintritts (3) einen nicht-runden Querschnitt
aufweist.
2. Düse nach Anspruch 1, wobei das Spritzloch (2) im Bereich des Spritzlocheintritts
(3) einen ovalen Querschnitt aufweist, insbesondere einen elliptischen Querschnitt.
3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Spritzloch (2) im Bereich des Spritzlochaustritts
(4) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
4. Düse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mehrere Spritzlöcher (2) vorgesehen
sind, welche vom Sackloch oder Sitzloch (1) ausgehen, wobei die nicht-runden Querschnitte
aller Sacklöcher die gleiche Ausrichtung bezüglich der Längsachse (7) des Sacklochs
oder des Sitzlochs aufweisen, wobei vorteilhafterweise die längere Achse der Öffnungen,
welche die Spritzlöcher im Bereich ihrer Spritzlocheintritte (3) bilden, parallel
oder senkrecht zur Längsachse (7) des Sacklochs oder des Sitzlochs ausgerichtet ist.
5. Düse mit einem Düsenkörper (5), in welchen rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch (1)
eingebracht ist, wobei von dem Sackloch oder Sitzloch (1) mehrere Spritzlöcher (2)
ausgehen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Sackloch oder Sitzloch (1) eine Nut (6) aufweist, von welcher aus die Spritzlöcher
(2) ausgehen.
6. Düse nach Anspruch 5, wobei die Nut (6) zu der Längsachse (7) des Sacklochs oder des
Sitzlochs (1) rotationssymmetrisch angeordnet ist und/oder wobei die Spritzlöcher
(2) in Bezug auf die Längsachse (7) des Sacklochs oder des Sitzlochs auf gleicher
Höhe angeordnet sind und/oder wobei die Spritzlöcher (2) gleichmäßig auf den Umfang
der Nut (6) verteilt sind.
7. Düse mit einem Düsenkörper (5), in welchen rückseitig ein Sackloch oder Sitzloch (1)
eingebracht ist, wobei von dem Sackloch oder Sitzloch (1) mindestens ein Spritzloch
(2) ausgeht,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Spritzloch (2) am Spritzlochaustritt (4) durch eine Senkung (8) erweitert ist.
8. Düse nach Anspruch 7, wobei die Senkung (8) rotationssymmetrisch zur Spritzlochachse
(9) ausgeführt ist.
9. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche
5 bis 8.
10. Düse nach einem der Ansprüche 5 oder 6 mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 4 und/oder 7 und 8.
11. Düse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei mehrere Spritzlöcher (2) vorgesehen
sind, welche vom Sackloch oder Sitzloch (1) ausgehen, wobei die Längsachsen (9) der
Spritzlöcher vorteilhafterweise in einem spitzen Winkel zur Längsachse (7) des Sacklochs
oder des Sitzlochs (1) radial nach außen verlaufen.
12. Düse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Düsenkörper (5) und/oder
das Sackloch oder Sitzloch (1) rotationssymmetrisch ausgeführt sind.
13. Düse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Düsenkörper (5) eine vorteilhafterweise
kuppelförmige Erhebung aufweist, in welche rückseitig das Sackloch oder Sitzloch (1)
eingebracht ist, wobei mehrere Spritzlöcher (2) vom Sackloch oder Sitzloch ausgehend
radial nach außen zum Umfangsbereich der Erhebung führen.
14. Verbrennungsmotor mit einer Düse nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Injektion
von Kraftstoff.
15. Verfahren zur Herstellung einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der nicht-runde
Querschnitt des Spritzlochs (2) im Bereich des Spritzlocheintritts (3) mit einem Erodierdraht
erzeugt wird, welcher während der Herstellung des Spritzlochs eine dem nicht-runden
Querschnitt des Spritzlochs entsprechende Bahn im Raum abfährt.