DE102009060844A1

DE102009060844A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes sowie Kraftstoffeinspritzelement

Info

Publication number: DE102009060844A1
Application number: DE102009060844A
Authority: DE
Inventors: Arno Friedrichs
Original assignee: Friedrichs Arno 95326
Current assignee: Friedrichs Arno 95326
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-06-30
Also published as: EP2519368B1; US20120261497A1; EP2519368A1; KR101721420B1; CN102712043A; US9662709B2; WO2011079979A1; JP2013515908A; KR20120112667A; CN102712043B; ES2672786T3; JP6037839B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes sowie ein Kraftstoffeinspritzelement. Ein Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung weist wendelförmig verlaufende Kanäle auf und wird unter Verwendung eines Strangpresswerkzeugs hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes sowie ein Kraftstoffeinspritzelement.
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.
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.
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.
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.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und einfach realisierbares neues Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Die Ansprüche 5 bis 11 betreffen ein Kraftstoffeinspritzelement.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die mittels des beanspruchten Verfahrens hergestellten 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 beanspruchten Verfahrens hergestellten Kanäle im Vergleich zu einer Herstellung mittels Erodieren eine verbesserte Oberfläche auf. Mit dem erfindungsgemäßen 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.
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.
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.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
1 eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform für ein Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung,
2 eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform für ein Kraftstoffeinspritzelement gemäß der Erfindung,
3 eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der 2 und
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
Die 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 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.
Die 2 zeigt eine Skizze eines Längsschnitts durch eine Kraftstoffeinspritzdüse zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 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 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.
In den 1 und 2 ist mit der Bezugszahl 6 der aus den Kanälen 4 und 5 austretende Kraftstoff bezeichnet.
Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der 2 in Richtung der in der 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.
Die 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes.
Bei diesem Verfahren erfolgt gemäß einem Schritt S1 eine Herstellung eines aus einem plastischen Material bestehenden, geradlinig verlaufende Kanäle aufweisenden Körpers 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.
Gemäß einem Schritt S2 erfolgt ein Verdrallen des geradlinig verlaufene 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 Strangpressvorganges gedreht wird.
Der das Strangpresswerkzeug verlassende, aus plastischem Material bestehende Körper, der bereits die wendelförmig verlaufenden Kanäle aufweist, wird außerhalb des Strangpresswerkzeugs in einem Schritt S3 gesintert.
Der gesinterte Körper wird anschließend in einem Schritt S4 abgelängt, um ein wendelförmig verlaufende Kanäle aufweisendes Kraftstoffeinspritzelement bereitzustellen.
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 S3 gesintert und danach in einem Schritt S4 abgelängt, um Kraftstoffeinspritzelemente in Form von Einsätzen 3, wie sie anhand der 1 veranschaulicht wurden, bereitzustellen.
Der gesinterte und abgelängte Körper kann bei Bedarf noch einer Weiterverarbeitung unterworfen werden, beispielsweise einem Schleifvorgang.
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 der Kanäle, sondern ermöglicht auch eine Herstellung aller Kanäle in einem einzigen Arbeitsgang. Diese Kanäle können in vorteilhafter Weise auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Ferner können mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung 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

1: Kraftstoffeinspritzdüse
2: Düsenkörper
3: Einsatz
4: wendelförmig verlaufender Kanal
5: wendelförmig verlaufender Kanal
6: Kraftstoffausstoß
7: Düseninnenraum
8: Zylinderinnenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19915874 B4 [0004]
DE 10246403 B4 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes mit folgenden Schritten: – Herstellung eines aus plastischem Material bestehenden, geradlinig verlaufende Kanäle aufweisenden Körpers mittels eines Strangpresswerkzeugs, – Verdrallen des geradlinig verlaufende Kanäle aufweisenden Körpers, um einen aus plastischem Material bestehenden Körper mit wendelförmig verlaufenden Kanälen bereitzustellen, – Sintern des verdrallten Körpers und – Ablängen des gesinterten Körpers zur Bereitstellung eines wendelförmige Kanäle aufweisenden Kraftstoffeinspritzelementes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das plastische Material mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Hartmetallpulver, mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Keramikpulver oder mit einem Plastifizierungsmittel versehenes Stahlpulver ist und das Kraftstoffeinspritzelement ein aus Hartmetall bestehendes Kraftstoffeinspritzelement, ein aus Keramik bestehendes Kraftstoffeinspritzelement oder ein aus Stahl bestehendes Kraftstoffeinspritzelement ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzelement eine Kraftstoffeinspritzdüse ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzelement ein Einsatz für eine Kraftstoffeinspritzdüse ist.
Kraftstoffeinspritzelement, dadurch gekennzeichnet, dass es wendelförmig verlaufende Kanäle aufweist.
Kraftstoffeinspritzelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Hartmetall, Keramik oder Stahl besteht.
Kraftstoffeinspritzelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kraftstoffeinspritzdüse oder ein Einsatz für eine Kraftstoffeinspritzdüse ist.
Kraftstoffeinspritzelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmig verlaufenden Kanäle unterschiedliche Austrittswinkel aufweisen.
Kraftstoffeinspritzelement nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es wendelförmig verlaufende Kanäle aufweist, die von seiner Mittelachse unterschiedlich weit beabstandet sind.
Kraftstoffeinspritzelement nach Anspruch 9, 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.
Kraftstoffeinspritzelement nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es wendelförmig verlaufende Kanäle unterschiedlichen Durchmessers aufweist.