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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe sowie ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
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Aus der
5 der
DE 10 2014 226 407 A1 der Anmelderin ist eine Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, bei der die Düsennadel zwei axial in Bezug zur Längsachse der Düsennadel voneinander beabstandete Führungsbereiche aufweist, mittels derer die Düsennadel in einer sacklochartigen Bohrung eines Düsenkörpers radial geführt ist. Zwischen den beiden Führungsbereichen weist die Düsennadel einen im Querschnitt reduzierten Bereich auf. Der im Querschnitt reduzierte Bereich hat sich als strömungstechnisch vorteilhaft herausgestellt, wobei der sich zwischen dem reduzierten Bereich und der Wand der Düsenkörpers ausbildende Ringspalt hinsichtlich seiner Größe dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden muss. Weiterhin ist der Ringspalt insofern noch nicht strömungstechnisch optimiert, als dass in Umfangsrichtung der Düsennadel strömender Kraftstoff Strömungsverluste verursachen kann. Sowohl die beiden Führungsbereiche, als auch der im Querschnitt reduzierte Bereich zwischen den Führungsbereichen zeichnen sich durch eine zylindrische Form bzw. einen runden Querschnitt aus, die durch separate Schleifvorgänge erzeugt werden. Ferner sind im Bereich der beiden Führungsbereiche optional zur Vergrößerung des Strömungsquerschnitts für den Kraftstoff Anschliffe vorgesehen, die durch einen weiteren Schleifvorgang erzeugt werden. Die bekannte Düsenbaugruppe bzw. Düsennadel zeichnet sich beim Vorhandensein der Anschliffe somit durch wenigstens drei separate Schleifvorgänge bzw. Fertigungsschritte aus.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass sie insofern fertigungstechnisch optimiert ist, als dass die Anschliffe zur Vergrößerung des Strömungsquerschnitts in dem wenigstens einen Führungsbereich der Düsennadel und dem im Querschnitt reduzierten Bereich durch einen gemeinsamen Fertigungs- bzw. Schleifvorgang hergestellt werden können. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der im Querschnitt reduzierte Bereich Anschliffflächen aufweist, die parallel zu den Anschliffen in dem wenigstens einen Führungsbereich ausgebildet bzw. angeordnet sind. Eine derartige Ausbildung der Querschnittsreduktion durch plane Anschliffflächen ermöglicht es, durch eine die Geometrie im Bereich der Anschliffe in dem wenigstens einen Führungsbereich und der Anschliffflächen abbildende Schleifscheibe die entsprechenden Flächen während eines gemeinsamen Schleifvorgangs durch eine Querbewegung der Schleifscheibe zur Längsachse der Düsennadel auszubilden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe sind in den Unteransprüchen angeführt.
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Ganz besonders bevorzugt zur Optimierung der radialen Führung der Düsennadel in dem Düsenkörper ist es, wenn zwei Führungsbereiche zur radialen Führung der Düsennadel vorgesehen sind, die in Richtung der Längsachse der Düsennadel betrachtet voneinander beabstandet angeordnet sind, und wenn der im Querschnitt reduzierte Bereich zwischen den beiden Führungsbereichen, vorzugsweise unmittelbar an den jeweiligen Führungsbereich anschließend, angeordnet ist.
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Eine weitere Optimierung der radialen Führung der Düsennadel in dem Düsenkörper und eine Reduzierung von Strömungsverlusten in dem im Querschnitt reduzierten Bereich wird erzielt, wenn im Bereich der Querschnittsreduktion die Düsennadel mit Längskanten an der Innenwand des Düsenkörpers anliegt und/oder in geringem Abstand angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung bzw. Geometrie der Querschnittsreduktion bewirkt insbesondere, dass der Kraftstoff in Längsrichtung der Düsennadel zwischen den Längskanten der Düsennadel in Längsrichtung zu den Einspritzöffnungen geführt wird, sodass Strömungsanteile in Umfangsrichtung der Düsennadel reduziert werden.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper im Bereich der Querschnittsreduktion Strömungsquerschnitte für den Kraftstoff ausgebildet sind, deren Größe vorzugsweise gleich groß sind. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt, dass in Umfangsrichtung der Düsenbaugruppe gesehen ein gleichmäßiger Kraftstoffzufluss zu den üblicherweise mehreren Einspritzöffnungen des Düsenkörpers erzielt wird. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen insbesondere im Zusammenhang mit einer nicht um ihre Längsachse drehbar gelagerten Düsennadel sowie unsymmetrisch angeordneten Einspritzöffnungen eine Ausbildung mit im Querschnitt unterschiedlich großen Strömungsquerschnitten vorteilhaft ist.
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Um einen möglichst großen Strömungsquerschnitt für den in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung strömenden Kraftstoff im Bereich der Querschnittsreduktion zu erzielen, ist es alternativ auch möglich, dass im Bereich der Querschnittsreduktion zwischen der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein radial umlaufender Spalt ausgebildet ist. Gemeint ist, dass zwischen den die Anschliffflächen der Düsennadel im Bereich der Querschnittsreduktion angeordneten Längskanten der Düsennadel und der Innenwand des Düsenkörpers ein Spalt vorgesehen ist.
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In fertigungstechnisch optimierter Ausgestaltung einer derartigen Düsenbaugruppe weist deren Düsennadel jeweils drei, um 120° in Bezug zur Längsachse der Düsennadel versetzt zueinander angeordnete Anschliffe und Anschliffflächen, d.h. insgesamt sechs plane Flächen auf.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Anschliffe der Düsennadel im Bereich des der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Führungsbereichs die Düsennadel wenigstens einen zusätzlichen, in Längsrichtung der Düsennadel orientierten Zulaufspalt zur Drosselung des Kraftstoffflusses aufweist.
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Die Erfindung umfasst auch einen Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
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Ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe zeichnet sich dadurch aus, dass das Ausbilden jeweils zusammengehörender, d.h. in Längsrichtung sich anschließender paralleler Anschliffe bzw. Anschliffflächen durch einen einzigen Arbeitsschritt gemeinsam bzw. gleichzeitig erfolgt.
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In Weiterbildung dieses Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ausbilden eines Zulaufspalts durch eine nach dem Ausbilden der Anschliffe erfolgende Längsbewegung eines Schleifwerkzeugs in Richtung der Längsachse der Düsennadel erfolgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 einen Längsschnitt im Bereich einer Düsenbaugruppe eines Kraftstoffinjektors,
- 2 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1,
- 3 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1 bei einer Modifikation des Querschnitts der Düsennadel,
- 4 und 5 eine Düsennadel und eine Schleifscheibe in einer Seitenansicht zur Erläuterung zweier aufeinanderfolgender Fertigungsschritte zur Erzeugung einer Düsennadel mit einem Zulaufspalt,
- 6 einen Schnitt in der Ebene VI-VI der 5 und
- 7 eine Darstellung entsprechend der 4 und 5 bei einer Düsennadel ohne einen Zulaufspalt.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die in der 1 dargestellte Düsenbaugruppe 10 ist Bestandteil eines Kraftstoffinjektors 100, der insbesondere als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet ist und zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient.
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Die Düsenbaugruppe 10 umfasst einen Düsenkörper 12 mit einer sacklochähnlichen Bohrung bzw. Ausnehmung 14, in der eine als Einspritzglied dienende Düsennadel 15 in Richtung einer Längsachse 16 beweglich angeordnet ist. Die Bewegung der Düsennadel 15 erfolgt in an sich bekannter, und daher nicht dargestellter bzw. erläuterter Art und Weise, beispielweise über einen Magnetaktuator, der den Druck in einem Steuerraum beeinflusst, in den die Düsennadel 15 mit einem stirnseitigen Endbereich eintaucht.
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In der in der 1 dargestellten Position der Düsennadel 15 verschließt diese mehrere, an einem stirnseitigen Ende des Düsenkörpers 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 18. Wird die Düsennadel 15 hingegen aus der in der 1 dargestellten Schließposition nach links bewegt, wird unter Hochdruck stehender Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 18 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Versorgung der Einspritzöffnung 18 mit unter dem Hoch- bzw. Systemdruck stehenden Kraftstoff erfolgt über einen Hochdruckraum 20, der in nicht dargestellter, in an sich bekannter Art und Weise zumindest mittelbar in Verbindung mit einem Hochdruckspeicher (Rail) steht.
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Der Hochdruckraum 20 ist in einem im Außendurchmesser sowie der Ausnehmung 14 vergrößerten Abschnitt 22 des Düsenkörpers 12 angeordnet. Eine radiale Führung der Düsennadel 15 in der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 12 erfolgt in einem im Außendurchmesser bzw. der Ausnehmung 14 reduzierten Abschnitt 24. In diesem Abschnitt 24 sind zwischen der Düsennadel 15 und der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 12 zwei in Richtung der Längsachse 16 voneinander beabstandete Führungsbereiche 26, 28 vorgesehen. Im Bereich der Führungsbereiche 26, 28 weist die Düsennadel 15 jeweils drei, um 120° in Bezug zur Längsachse 16 zueinander versetzt angeordnete Anschliffe 30, 32 auf, derart, dass die Düsennadel 15 im Bereich von die jeweiligen Anschliffe 30, 32 miteinander verbindenden, im Querschnitt gerundet ausgebildeten Längskanten 34 ähnlich einer Darstellung der 2 an der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 12 anliegt und somit radial geführt ist. Die eben ausgebildeten Anschliffe 30, 32 dienen der Vergrößerung des Strömungsquerschnitts für den Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 20 in Richtung der Einspritzöffnungen 18.
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Zwischen den beiden Führungsbereichen 26, 28 weist die Düsennadel 15 einen im Vergleich zu dem Querschnitt der Düsennadel 15 in den Führungsbereichen 26, 28 im Querschnitt reduzierten Bereich 36 auf. Der Bereich 36 ist gekennzeichnet durch drei Anschliffflächen 38, die parallel zu den Anschliffen 30, 32 angeordnet sind, d.h. ebenfalls um 120° in Bezug zur Längsachse 16 zueinander versetzt angeordnet sind.
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Entsprechend der Darstellung der 2 kann es vorgesehen sein, dass ein Anschliffmaß T der Düsennadel 15 größer ist als einem Viertel des Nenndurchmessers D der Ausnehmung 14. In diesem Fall liegen drei, durch einen Schleifvorgang gerundet ausgebildete Längskanten 41 bis 43 des im Querschnitt reduzierten Bereichs 36 der Düsennadel 15 an der Ausnehmung 14 an oder verlaufen in einem geringen Abstand zur Ausnehmung 14 und bilden drei, im Querschnitt gleich große Strömungsquerschnitte 45 aus, entlang derer Kraftstoff senkrecht zur Zeichenebene der 2 in Richtung der Einspritzöffnungen 18 strömen kann.
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Entsprechend der Darstellung der 3 ist es alternativ möglich, dass das Anschliffmaß T im Vergleich zum Anschliffmaß T der 2 kleiner gewählt wird, sodass zwischen den Längskanten 46 bis 48 der Düsennadel 15 und der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 12 ein Ringspalt 50 bzw. Ringraum ausgebildet ist, wobei die Längskanten 46 bis 48 in diesem Fall scharfkantig ausgebildet sind.
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Weiterhin kann es bei einer Düsennadel 15a entsprechend der 4 bis 6 vorgesehen sein, dass an dem dem Hochdruckraum 20 zugewandten Führungsbereich 26 der Düsennadel 15a im Bereich einer stegförmigen Erhöhung 51, die über dem Anschliff 30 heraussteht, ein in Richtung der Längsachse 16 verlaufender, im Querschnitt gerundeter Zulaufspalt 52 als Drosselstelle ausgebildet ist.
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Mit Blick auf eine derart ausgebildete Düsennadel 15a wird anhand der 4 und 5 erläutert, dass das Ausbilden der Anschliffe 30, 32 sowie des Zulaufspalts 52 und der Anschliffflächen 38 mittels eines Schleifwerkzeugs 60 in Form einer Schleifscheibe 62 erfolgt, deren der Düsennadel 15a zugewandte Kontur 64 unterschiedliche Durchmesserbereiche aufweist. Die Kontur 64 erzeugt bei einer Bewegung der Düsennadel 15a bzw. der Schleifscheibe 62 senkrecht zur Zeichenebene der 4 und 5 (bei sich drehender Schleifscheibe 62 und eingespannter Düsennadel 15) die Anschliffe 30, 32, den Zulaufspalt 52 und die Anschliffflächen 38. Dabei werden in dem in der 4 dargestellten ersten Fertigungsschritt zunächst (lediglich) die Anschliffe 30, 32 sowie die Erhöhung 51 und die Anschliffflächen 38 erzeugt. Anschließend wird die Schleifscheibe 62 entsprechend der Darstellung der 5 in Richtung des Pfeils 66 parallel zur Längsachse 16 der Düsennadel 15 bewegt, um mittels des entsprechenden Abschnitts der Schleifscheibe 62 den Zulaufspalt 52 in der Erhöhung 51 auszubilden.
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Die 7 zeigt die Fertigung der Düsennadel 15, wenn diese keinen Zulaufspalt 52 aufweist. In diesem Fall bildet die Kontur 64 der Schleifscheibe 62 die Geometrie der Anschliffe 30, 32 sowie der Anschliffflächen 38 ab, und es ist nicht erforderlich, zwischen der Schleifscheibe 62 und der Düsennadel 15 eine Längsbewegung auszuführen.
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Die soweit beschriebene Düsenbaugruppe 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere sind auch Anwendungsfälle denkbar, in denen die Düsennadel 15, 15a in lediglich einem Führungsbereich 26, 28 radial geführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014226407 A1 [0002]
