DE112004000897B4

DE112004000897B4 - Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsenscheibe und Verfahren zum Herstellen der Düsenscheibe mit einem asymmetrischen Dorn

Info

Publication number: DE112004000897B4
Application number: DE112004000897.2T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Joseph
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: US6948665B2; US20040262430A1; DE112004000897T5; WO2005005818A1; JP2007516374A; JP4435161B2

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil (100) zum Dosieren, Zerstäuben und gezielten Einspritzen von Kraftstoff, wobei das Kraftstoffeinspritzventil umfasst: einen Sitz (138), der einen Durchlass (138b) aufweist, welcher sich entlang einer Längsachse erstreckt; ein bewegliches Element (122), das mit dem Sitz (138) zusammenwirkt, um einen Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass (138b) zu ermöglichen und zu verhindern; und eine Dosier-Düsenscheibe (140), welche umfasst: ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche (20, 40; 22, 42) aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind, wobei die erste Fläche (20; 22) im Großen und Ganzen gegenüber dem Sitz (138) angeordnet ist und die zweite Fläche (40; 42) sich auf der entgegengesetzten Seite wie die erste Fläche (20; 22) befindet; und eine Öffnung (32), die durch das Element hindurch verläuft und durch eine Wand definiert ist, welche die erste und die zweite Fläche (20, 40; 22, 42) verbindet, wobei die Wand aufweist: einen ersten Abschnitt (32c; 32d), der in einem Abstand von der ersten Fläche (20) angeordnet ist, wobei sich der erste Abschnitt (32c; 32d) der Wand im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40; 22, 42), die im Großen und Ganzen eben sind, erstreckt; und einen zweiten Abschnitt (32a; 32b), der den ersten Abschnitt (32c; 32d) mit der ersten Fläche (20) verbindet, wobei sich der zweite Abschnitt (32a; 32b) der Wand unter einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche (20) erstreckt und der erste schiefe Winkel bezüglich der Längsachse (200) variiert wobei die Dosier-Düsenscheibe (140) ferner umfasst: ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrisch betätigte Kraftstoffeinspritzventile des Typs, welche leichtflüchtigen flüssigen Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einspritzen, und insbesondere betrifft die Erfindung ein neues dünnes Scheiben-Düsenelement für ein solches Kraftstoffeinspritzventil.
Hintergrund der Erfindung
Bekanntlich müssen moderne Kraftstoffeinspritzventile so konstruiert sein, dass sie zu einem bestimmten Motor passen, nicht umgekehrt. Die Fähigkeit, strenge Normen für Endrohr-Abgaswerte für Großserien-Kraftfahrzeuge zu erfüllen, ist zumindest teilweise von der Fähigkeit abhängig, Konsistenz sowohl bei der Formung als auch bei der Zielausrichtung des Einspritzstrahls oder -stroms sicherzustellen, z. B. zu (einem) Einlassventil(en) hin oder in einen Verbrennungszylinder hinein. Ein Benetzen der Wände sollte vermieden werden.
Aufgrund der großen Anzahl verschiedener Motormodelle, bei denen Multipoint-Einspritzdüsen verwendet werden, wird eine große Anzahl spezieller Einspritzventile benötigt, um die gewünschte Formung und Zielausrichtung des Einspritzstrahls oder -stroms für jeden Zylinder eines Motors zu gewährleisten. Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, wurden Kraftstoffeinspritzventile bisher so konstruiert, dass sie gerade Ströme, gekrümmte Ströme, geteilte Ströme und geteilte/gekrümmte Ströme erzeugen. Bei Kraftstoffeinspritzventilen, bei denen dünne Scheiben-Düsenelemente verwendet werden, können allein durch die spezielle Konstruktion des dünnen Scheiben-Düsenelements solche Spritzbilder erzeugt werden. Diese Möglichkeit bietet die Gelegenheit für beträchtliche Einsparungen bei der Fertigung, da andere Komponenten des Kraftstoffeinspritzventils nicht unbedingt für eine bestimmte Anwendung eine spezielle Konstruktion aufweisen müssen, d. h. viele andere Komponenten können eine einheitliche Konstruktion besitzen.
Ein weiteres Anliegen bei der Konstruktion moderner Kraftstoffeinspritzventile ist die Minimierung des so genannten ”Blindlochvolumens”. So wie der Begriff in der vorliegenden Patentbeschreibung verwendet wird, ist das Blindlochvolumen als ein Volumen stromabwärts eines Nadel-/Sitz-Dichtungsumfangs und stromaufwärts der Düsenöffnung(en) definiert. Die praktische Grenze für das Einarbeiten einer geometrischen Form in eine Düsenscheibe, die zuvor mit geraden Düsenöffnungen versehen wurde, ist die Tiefe oder Höhe der geometrischen Form, die erforderlich ist, um den (die) gewünschten Spritzwinkel zu erhalten. Das Erzielen der größeren Winkel für gekrümmte und geteilte Strahlen erschwert die Herstellung und bewirkt gleichzeitig eine Vergrößerung des Blindlochvolumens. Mit zunehmender Tiefe der Geometrie vergrößert sich gleichzeitig der Betrag der Verformung der einzelnen Löcher und Vertiefungen. In extremen Fällen kann das Material der Scheibe zwischen Löchern oder an Falten in der geometrischen Vertiefung durch Scherbeanspruchung zerstört werden.
Außerdem ist aus der DE 44 35 163 A1 eine Düsenplatte, insbesondere für Einspritzventile, und ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte bekannt. Die Düsenplatte zeichnet sich dadurch aus, dass ein axialer Durchgang für Brennstoff geschaffen ist, der sich in stomabwärtiger Richtung aufeinanderfolgend aus einem Filter, einer Ringkammer und einem ununterbrochenen Ringspalt zusammensetzt.
In der US 5 931 391 A ist des Weiteren ein Fluid-Einspritzventil beschrieben. Das Fluid-Einspritzventil weist einen Ventilsitz mit einer konischen, konkaven Fläche und einer Ventilsitzfläche, sowie eine Nadel mit einer Kantenfläche und einer ringförmigen Kontaktfläche auf. Des Weiteren weist das Fluid-Einspritzventil eine Düsenplatte auf.
Die US 6 131 827 A beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Düsen-Lochplatte, welche zur Verwendung bei einem Kraftstoff-Einspritzventil geeignet ist. Ein Düsenloch wird dabei in einem vorbestimmten Neigungswinkel ausgebildet durch Vorpressen eines Basismaterials aus einer dünnen Platte einer Düsen-Lochplatte mit einem Stempel.
In der EP 0 862 690 B1 ist ein Einspritzventil für eine Brennstoffeinspritzanlage beschrieben. Das Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse eine Längsöffnung ausgebildet ist.
Aus der DE 101 48 689 A1 ist des Weiteren ein Verfahren zum Fertigen eines Einspritzlochs eines Elektromagnet-Kraftstoffeinspritzventils bekannt. Dabei ist ein vorderer abgeschrägter Endabschnitt eines Stempels in einer Richtung entgegen einem plattenartigen Material relativ zu einer Mittelachse des Stempels geneigt, um das Gleiten des Stempels entlang einer inneren Gleitfläche eines Stempelhalters zu ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil zum gezielten Einspritzen von Kraftstoff bereitgestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Sitz, ein mit dem Sitz zusammenwirkendes bewegliches Element und eine Düsenplatte. Der Sitz weist einen Durchlass auf, welcher sich entlang einer Längsachse erstreckt, und das bewegliche Element wirkt mit dem Sitz zusammen, um einen Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass zu ermöglichen und zu verhindern. Die Dosier-Düsenscheibe umfasst ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind, und eine Öffnung, die durch das Element hindurch verläuft. Die erste Fläche ist im Großen und Ganzen gegenüber dem Sitz angeordnet, und die zweite Fläche befindet sich auf der entgegengesetzten Seite wie die erste Fläche. Die Öffnung ist durch eine Wand definiert, welche die erste und die zweite Fläche verbindet. Außerdem weist die Wand einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist in einem Abstand von der ersten Fläche angeordnet und erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche, die im Großen und Ganzen eben sind. Der zweite Abschnitt verbindet den ersten Abschnitt mit der ersten Fläche und erstreckt sich unter einem ersten schiefen Winkel, welcher bezüglich der ersten Fläche variiert. Die Dosier-Düsenscheibe umfasst dabei ferner einen ersten Umfang, der durch eine Verbindungsstelle der ersten Fläche und des zweiten Abschnitts der Wand definiert ist und einen zweiten Umfang, der durch eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts der Wand definiert ist, wobei der zweite Umfang in einer bezüglich einer Öffnungsachse schiefen Ebene liegt, wobei sich die Öffnung entlang der Öffnungsachse erstreckt, welche im Großen und Ganzen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche ist, die im Großen und Ganzen parallel sind.
Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem eine Dosier-Düsenscheibe für ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Durchlass auf, welcher sich zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt, einen Sitz, welcher sich in der Nähe des Auslasses befindet, und ein Verschlusselement, welches mit dem Sitz zusammenwirkt, um einen Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass zu ermöglichen und zu verhindern. Die Dosier-Düsenscheibe umfasst ein Element und eine Öffnung, die durch das Element hindurch verläuft. Das Element weist eine erste und eine zweite Fläche auf, die im Großen und Ganzen parallel sind. Die erste Fläche ist so beschaffen, dass sie im Großen und Ganzen dem Ventilsitz gegenüberliegt, und die zweite Fläche befindet sich auf der entgegengesetzten Seite wie die erste Fläche. Die Öffnung ist durch eine Wand definiert, welche die erste und die zweite Fläche verbindet. Die Wand weist einen ersten Abschnitt, der in einem Abstand von der ersten Fläche angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der den ersten Abschnitt mit der ersten Fläche verbindet, auf. Der erste Abschnitt der Wand erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche, die im Großen und Ganzen eben sind. Weiterhin erstreckt sich der zweite Abschnitt der Wand unter einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche. Der erste schiefe Winkel variiert, so dass eine asymmetrische Abschrägung definiert wird. Die Dosier-Düsenscheibe umfasst ferner einen ersten Umfang, der durch eine Verbindungsstelle der ersten Fläche und des zweiten Abschnitts der Wand definiert ist und einen zweiten Umfang, der durch eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts der Wand definiert ist, wobei der zweite Umfang in einer bezüglich einer Öffnungsachse schiefen Ebene liegt, wobei sich die Öffnung entlang der Öffnungsachse erstreckt, welche im Großen und Ganzen senkrecht zu der ersten und zweiten Fläche ist, die im Großen und Ganzen parallel sind.
Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Dosier-Düsenscheibe für ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt. Die Dosier-Düsenscheibe umfasst ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind. Das Verfahren beinhaltet das Herstellen einer Öffnung, die durch das Element hindurch verläuft, und das Verformen der Öffnung in der Nähe der ersten Fläche. Die Öffnung ist durch eine Wand definiert, welche die erste und die zweite Fläche verbindet, und die Öffnung erstreckt sich entlang einer Öffnungsachse, welche im Großen und Ganzen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche ist, die im Großen und Ganzen parallel sind. Das Verformen beinhaltet das Herstellen einer asymmetrischen Abschrägung bezüglich der Öffnungsachse. Ferner umfasst das Verfahren das Eindrücken eines Bereiches, in welchem die Öffnung angeordnet ist, so dass der Bereich eine Facette bildet, die eine bezüglich der Öffnungsachse schiefe Ebene aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, welche mit in diese Anmeldung einbezogen sind und einen Bestandteil dieser Patentbeschreibung darstellen, zeigen die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der weiter oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der weiter unten gegebenen ausführlichen Beschreibung dazu, die Merkmale der Erfindung zu erläutern.
ist eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
ist eine vergrößerte Schnittdarstellung des Abschnittes am Auslassende des Kraftstoffeinspritzventils von .
Die und zeigen einen Teil des Verfahrens zur Herstellung der Dosier-Düsenscheibe der bevorzugten Ausführungsformen.
zeigt Einzelheiten der Dosier-Düsenscheibe von in einer Teil-Schnittansicht.
zeigt Einzelheiten der Dosier-Düsenscheibe von in einer Teil-Perspektivansicht.
Die , , zeigen ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Dosier-Düsenscheibe der bevorzugten Ausführungsformen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Die bis zeigen die bevorzugten Ausführungsformen. Insbesondere erstreckt sich ein Kraftstoffeinspritzventil 100 entlang einer Längsachse A-A, wie in dargestellt, und weist auf: ein Kraftstoffeinlassrohr 110, ein Einstellrohr 112, eine Filterbaugruppe 114, eine Spulenbaugruppe 118, eine Schraubenfeder 116, einen Anker 120, eine Verschlusselement-Baugruppe 122, eine nichtmagnetische Hülse 124, eine Kraftstoffeinspritzventil-Gusskapsel 134, einen Körper 128, eine Körperhülle 130, eine Körperhüllen-Gusskapsel 132, ein Spulenbaugruppengehäuse 126, ein Führungselement 136 für die Verschlusselement-Baugruppe 122, einen Sitz 138 und eine Dosierscheibe 140. Die Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils 100 kann von einem Typ sein, der ähnlich den Typen ist, die in den US-Patenten Nr. 4,854,024 ; 5,174,505 und 6,520,421 mit dem gleichen Inhaber beschrieben werden.
zeigt das Düsenende eines Körpers 128 eines elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventils 100, das eine Dosier-Düsenscheibe 140 aufweist, welche die Prinzipien der Erfindung verkörpert. Das Düsenende des Kraftstoffeinspritzventils 100 ist ebenfalls so beschaffen wie die in den oben erwähnten Patenten, einschließlich eines Stapels. Der Stapel enthält ein Führungselement 136 und einen Sitz 138, welche axial innerhalb der Dosier-Düsenscheibe 140 angeordnet sind. Der Stapel kann durch ein geeignetes Verfahren gehalten werden, wie zum Beispiel einen Halteansatz mit einem Halteelement oder durch Anschweißen der Scheibe 140 an den Sitz 138 und Anschweißen des Sitzes 138 an den Körper 128.
Der Sitz 138 kann eine kegelstumpfförmige Sitzfläche 138a aufweisen, welche vom Führungselement 136 zu einem zentralen Durchlass 138b des Sitzes 138 überleitet, welcher seinerseits zu einem zentralen Abschnitt 140b der Dosier-Düsenscheibe 140 überleitet. Das Führungselement 136 weist eine zentrale Führungsöffnung 136a zum Führen der axialen hin- und hergehenden Bewegung eines Dichtendes 122a einer Verschlusselement-Baugruppe 122 und mehrere um die Öffnung 136a herum verteilte Durchgangsöffnungen 136b auf, um dafür zu sorgen, dass Kraftstoff durch das Dichtende 122a hindurch in den Raum um den Sitz 138 herum strömt. zeigt das halbkugelförmige Dichtende 122a der Verschlusselement-Baugruppe 122 am Sitz 138 anliegend, womit folglich ein Kraftstofffluss durch das Kraftstoffeinspritzventil verhindert wird. Wenn die Verschlusselement-Baugruppe 122 vom Sitz 138 getrennt ist, wird ermöglicht, dass Kraftstoff durch den Durchlass 138b hindurch durch sich durch die Dosier-Düsenscheibe 140 erstreckende Öffnungen 32 strömt, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 100 ausströmt.
Die Dosier-Düsenscheibe 140 kann eine im Wesentlichen kreisförmige Form aufweisen, mit einem kreisförmigen äußeren Umfangsabschnitt 140a, welcher entlang des Umfangs den zentralen Abschnitt 140b begrenzt, welcher axial im Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist. Der zentrale Abschnitt 140b der Dosier-Düsenscheibe 140 ist nicht mit Löchern versehen, abgesehen vom Vorhandensein einer oder mehrerer asymmetrischer Öffnungen 32, durch welche Kraftstoff durch die Dosier-Düsenscheibe 140 strömt. Es kann eine beliebige Anzahl asymmetrischer Öffnungen 32 in einer geeigneten Anordnung um die Längsachse A-A herum vorgesehen sein, so dass die Dosier-Düsenscheibe 140 entsprechend ihrem Verwendungszweck zum Dosieren, Zerstäuben und zielgerichteten Einspritzen von Kraftstoff aus einem Kraftstoffeinspritzventil verwendet werden kann. Die bevorzugten Ausführungsformen weisen vier derartige asymmetrische Durchgangsbohrungen 32 durch die Dosier-Düsenscheibe 140 auf (obwohl in den Abbildungen nur zwei dargestellt sind), welche um die Längsachse A-A herum angeordnet sind.
Es wird auf die und Bezug genommen; die bevorzugten Ausführungsformen der Dosier-Düsenscheibe 140 können wie folgt hergestellt werden. Zu Beginn wird ein im Großen und Ganzen ebenes unbearbeitetes Werkstück 10 bereitgestellt, das eine erste Fläche 20 aufweist, die in einem Abstand von einer zweiten Fläche 40 angeordnet ist, ohne dass sich irgendwelche Öffnungen durch das Werkstück hindurch erstrecken. Der Rohling 10 wird mit einem geeigneten Verfahren durchdrungen, wie zum Beispiel Stanzen, Prägen, Bohren oder Laserbearbeitung, so dass eine Pilot-Durchgangsöffnung oder Pilotöffnung 30 hergestellt wird, welche symmetrisch bezüglich einer Achse Y-Y des Werkzeugs 42 ist, die im Großen und Ganzen senkrecht zu den ebenen Flächen 20 und 40 des Rohlings ist, und sich entlang dieser Achse erstreckt. Vorzugsweise wird die symmetrische Pilot-Durchgangsöffnung 30 mittels eines zylindrischen Dorns 42 hergestellt, welcher einen senkrechten polierten Wandabschnitt 30a zwischen der Fläche 20 und einem Bereich in der Nähe der Fläche 40 herstellt, mit einer groben Abschrägung 30b, die durch einen Durchbruch (d. h. ein Brechen) von Material durch das Stanzwerkzeug 42 gebildet wird, wenn das Stanzwerkzeug 42 die zweite Fläche 40 durchdringt.
Die symmetrische Durchgangsöffnung oder Öffnung 30 wird weiterhin mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens so durchdrungen, dass eine asymmetrische Durchgangsöffnung oder Öffnung 32 hergestellt wird. Danach kann das Werkstück mit Hilfe eines geeigneten Material-Endbearbeitungsverfahrens, wie zum Beispiel durch Formpressen des Werkstückes, so dass es eine gewünschte Form erhält, durch Schleifen, Entgraten, Skiving (Wälzschälen) oder Polieren so bearbeitet werden, dass eine Dosier-Düsenscheibe 140 erhalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die asymmetrische Öffnung 32 mit einem Stanzwerkzeug 50 hergestellt, das eine Spitze 52 mit wenigstens zwei um die Werkzeugachse Y-Y herum angeordneten Anschnittschneiden aufweist, so dass der resultierende Querschnitt des Stanzwerkzeuges 50 asymmetrisch um die Öffnungsachse 200 herum angeordnet ist ( , ). Bei den wenigstens zwei Anschnittschneiden kann es sich jeweils um eine erste Anschnittschneide 54 oder eine zweite Anschnittschneide 56 handeln. Die erste Anschnittschneide 54 ist unter einem ersten Anschnittwinkel ω° ausgerichtet, der vom zweiten Anschnittwinkel φ° der zweiten Anschnittschneide 56 verschieden ist. Bei einer der bevorzugten Ausführungsformen beträgt der erste Anschnittwinkel ω° ungefähr 25 Grad, und der zweite Anschnittwinkel φ° beträgt ungefähr 30 Grad.
Obwohl die asymmetrische Öffnung 32 mit einer geeigneten Querschnittsfläche hergestellt werden kann, wie zum Beispiel mit einer quadratischen, rechteckigen, ovalen oder kreisförmigen Querschnittsfläche, weisen die bevorzugten Ausführungsformen im Allgemeinen kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikrometern und spezieller von etwa 125 Mikrometern auf. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Fläche 20, 40 der Dosier-Düsenscheibe 140 in einem Abstand voneinander angeordnet, der zwischen 100 und 300 Mikrometern beträgt oder größer ist.
Die asymmetrische Öffnung 32 kann eine erste Eintrittsabschrägung 32a aufweisen, die in einem ersten Winkelbereich χ° um die Längsachse 200 herum angeordnet ist ( und ) und über einen Übergangsbereich, der auf die erzeugte Fläche des Werkzeugs 50 zurückzuführen ist, in eine zweite Eintrittsabschrägung 32b übergeht, die in einem zweiten Winkelbereich Φ° angeordnet ist ( und ). Die erste Eintrittsabschrägung 32a kann unter ungefähr dem ersten Anschnittwinkel ω° ausgerichtet sein. Die zweite Eintrittsabschrägung 32b kann unter ungefähr dem zweiten Anschnittwinkel φ° ausgerichtet sein, so dass die erste und die zweite Eintrittsabschrägung 32a und 32b asymmetrisch bezüglich der Werkzeugachse Y-Y ( ) und der Achse 200 ( ) sind. Die Verbindungsstellen der ersten und der zweiten Eintrittsabschrägung bezüglich der Fläche 20 können einen ersten Umfang 33a mit einem geometrischen Mittelpunkt 33b bilden, der schräg bezüglich der Längsachse ist ( und ). Vorzugsweise ist der Umfang 33a ein im Großen und Ganzen elliptischer Umfang.
Die erste Eintrittsabschrägung 32a führt zu einer ersten Wandfläche 32c ( ). Die erste Wandfläche 32c ist in ungefähr dem ersten Winkelbereich χ° um die Längsachse 200 herum angeordnet und geht in eine zweite Wandfläche 32d über, die im zweiten Winkelbereich Φ° angeordnet ist ( ), so dass die erste und die zweite Wandfläche 32c und 32d symmetrisch bezüglich der Achse 200 sind. Vorzugsweise sind die erste Wandfläche 32c und die zweite Wandfläche 32d parallel zur Werkzeugachse Y-Y, welche in diesem Falle mit der Öffnungsachse 200 zusammenfällt, so dass beide Flächen eine zylindrische Wandfläche um die Achse 200 herum bilden. Die Eintrittsabschrägungen 32a und 32b bilden eine asymmetrische konische Fläche um die Achse 200 herum. Die Verbindungsstellen zwischen der ersten und zweiten Eintrittsabschrägung 32a, 32b und der ersten und zweiten Wandfläche 32c, 32d bilden einen zweiten Umfang 33c ( ), der im Allgemeinen schräg zur ersten und zweiten Fläche 20, 40 angeordnet ist.
Die erste Wandfläche 32c kann in eine erste Austrittsabschrägung 32e übergehen. Ähnlich kann die zweite Wandfläche 32d in eine zweite Austrittsabschrägung 32f übergehen. Die Verbindungsstellen der ersten und zweiten Austrittsabschrägung 32e und 32f bezüglich der Fläche 20 können einen dritten Umfang mit einem geometrischen Mittelpunkt bilden, der mit der Achse 200 zusammenfällt oder bezüglich derselben versetzt ist. Vorzugsweise sind die Umfänge der ersten und zweiten Austrittsabschrägung 32e und 32f symmetrisch bezüglich der Achse 200.
Infolge der asymmetrischen Geometrie der Öffnung 32 neigt Kraftstoff 34, der durch die Öffnung 32 der Dosierscheibe 140 strömt, dazu, unter einem Düsenöffnungswinkel α hindurchzuströmen, der im Allgemeinen schräg zur Längsachse ist. Folglich ist, obwohl die Öffnung 32 von zwei Werkzeugen hergestellt wird, die sich in einer senkrechten Richtung bezüglich der ersten oder zweiten Fläche 20 oder 40 bewegen, die hergestellte Öffnung eine asymmetrische Öffnung 32 und nicht eine symmetrische Öffnung. Die asymmetrische Öffnung 32 bildet im Wesentlichen eine schräge Öffnung (in Bezug auf die Längsachse 200) nach, indem der Kraftstoffstrom 34 veranlasst wird, unter dem Öffnungswinkel zu strömen, der dem Winkel α nahe kommt.
Wie durch die bevorzugten Ausführungsformen in den , und vorgesehen ist, kann der Öffnungswinkel α für jede der asymmetrischen Öffnungen 32 vergrößert werden, indem ein Bereich eingedrückt (”eingedellt”) oder verformt wird, in welchem sich die asymmetrische Öffnung 32 befindet. Kurz gesagt, kann ein vergrößerter Öffnungswinkel θ des Kraftstoffstroms 34 erzeugt werden, indem zunächst die asymmetrische Öffnung 32, wie weiter oben erläutert, in einem im Großen und Ganzen ebenen unbearbeiteten Werkstück 12 mit einer ersten Fläche 22 und einer zweiten Fläche 42 ( ) hergestellt wird. Danach wird der Scheiben-Rohling 12 eingedrückt, so dass wenigstens eine ebene Facette gebildet wird, die unter einem Eindrückwinkel λ angeordnet ist ( ). In diesem Falle ist der neue Öffnungswinkel θ ein kumulativer Effekt und eine resultierende Größe des Winkels α und des Winkels λ und ergibt sich als eine Funktion: (1) des ursprünglichen Öffnungswinkels α des Kraftstoffstroms, der durch die asymmetrische Öffnungsgeometrie gebildet wird, und (2) des Eindrückwinkels λ des eingedrückten Scheiben-Rohlings 12. Somit resultiert der neue Krümmungswinkel θ ungefähr aus der Summe des Öffnungswinkels α und des Eindrückwinkels λ.
Die bevorzugten Ausführungsformen des Scheiben-Rohlings 12 können mittels eines Verfahrens hergestellt werden, das wie folgt abläuft. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer ersten asymmetrischen Öffnung 32 durch das Durchdringen der ersten und zweiten Fläche 22 bzw. 42 ( ), und es umfasst außerdem das Herstellen einer ersten Facette 44, an welcher die erste Öffnung 32 angeordnet ist, derart, dass sich die erste Facette 44 im Großen und Ganzen parallel zu einer ersten Ebene 125 erstreckt, die schief bezüglich der Grundebene 150 ist ( ). Vorzugsweise kann die erste Facette 44 durch ein geeignetes Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel Formpressen oder Ziehen, so dass die erste Fläche 22 eine im Großen und Ganzen konkave Fläche wird und die zweite Fläche 42 eine im Großen und Ganzen konvexe Fläche wird.
Eine Vielzahl von asymmetrischen Öffnungen 32 und so weiter kann gleichzeitig mit der Herstellung der ersten asymmetrischen Öffnung 32 oder in einem geringen zeitlichen Abstand davon hergestellt werden. Danach kann eine zweite Facette 46 gleichzeitig mit der ersten Facette 44 oder in einem geringen zeitlichen Abstand davon hergestellt werden. Die zweite Facette 46 kann im Großen und Ganzen parallel zu einer zweiten Ebene 127 sein, die schief bezüglich der Grundebene 150 ist, so dass die Öffnung 32 schräg zur Öffnungsachse 200 ist. Ferner kann die zweite Facette 46 auch schief bezüglich der ersten Facette 44 sein. Danach wird der Rohling 12 mit einem geeigneten Endbearbeitungsverfahren fertig bearbeitet und in den Körper 128 eingebaut ( ).
Die Autoren sind der Ansicht, dass die Vorteile der asymmetrischen Geometrie der Öffnung 32 zahlreich sind. Die Öffnung 32 kann mit Hilfe von zwei Werkzeugen hergestellt werden, die sich in einer zum Werkstück senkrechten Richtung bewegen, um eine Öffnung zu erzeugen, die eine schräge Öffnung nachbildet, ohne dass es erforderlich ist, dass ein Werkzeug schräg zur senkrechten Richtung ausgerichtet wird. Ferner weist die asymmetrische Geometrie der Öffnung 32 die Tendenz auf zu verhindern, dass der Kraftstoffstrom 34 an den Wänden der Öffnung 32 anliegt, wobei anzunehmen ist, dass dieses Merkmal ermöglicht, dass ein größerer Anteil des Kraftstoffes zerstäubt wird. Außerdem können durch eine geeignete Gestaltung des Stanzwerkzeuges die Eintritts- und die Austrittsabschrägung der Öffnung so geformt werden, dass durch die Öffnung strömender Kraftstoff veranlasst werden kann, eine Spirale zu bilden, was bei bestimmten Konfigurationen des Ansaugkrümmers und des Motors wünschenswert sein kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne den durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen Umfang haben, der durch die Formulierungen der folgenden Patentansprüche und äquivalente Formulierungen definiert ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (100) zum Dosieren, Zerstäuben und gezielten Einspritzen von Kraftstoff, wobei das Kraftstoffeinspritzventil umfasst: einen Sitz (138), der einen Durchlass (138b) aufweist, welcher sich entlang einer Längsachse erstreckt; ein bewegliches Element (122), das mit dem Sitz (138) zusammenwirkt, um einen Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass (138b) zu ermöglichen und zu verhindern; und eine Dosier-Düsenscheibe (140), welche umfasst: ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche (20, 40; 22, 42) aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind, wobei die erste Fläche (20; 22) im Großen und Ganzen gegenüber dem Sitz (138) angeordnet ist und die zweite Fläche (40; 42) sich auf der entgegengesetzten Seite wie die erste Fläche (20; 22) befindet; und eine Öffnung (32), die durch das Element hindurch verläuft und durch eine Wand definiert ist, welche die erste und die zweite Fläche (20, 40; 22, 42) verbindet, wobei die Wand aufweist: einen ersten Abschnitt (32c; 32d), der in einem Abstand von der ersten Fläche (20) angeordnet ist, wobei sich der erste Abschnitt (32c; 32d) der Wand im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40; 22, 42), die im Großen und Ganzen eben sind, erstreckt; und einen zweiten Abschnitt (32a; 32b), der den ersten Abschnitt (32c; 32d) mit der ersten Fläche (20) verbindet, wobei sich der zweite Abschnitt (32a; 32b) der Wand unter einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche (20) erstreckt und der erste schiefe Winkel bezüglich der Längsachse (200) variiert wobei die Dosier-Düsenscheibe (140) ferner umfasst: einen ersten Umfang (33a), der durch eine Verbindungsstelle der ersten Fläche (20) und des zweiten Abschnitts (32a; 32b) der Wand definiert ist und einen zweiten Umfang (33c), der durch eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts (32c, 32a, 32d, 32b) der Wand definiert ist, wobei der zweite Umfang (33c) in einer bezüglich einer Öffnungsachse (200) schiefen Ebene liegt, wobei sich die Öffnung (32) entlang der Öffnungsachse (200) erstreckt, die im Großen und Ganzen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40) ist, die im Großen und Ganzen parallel sind.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei die Öffnung (32) einen Kraftstoffstrahl (34) entlang eines bezüglich der Längsachse (200) schrägen Weges ausrichtet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Fläche (20, 40) jeweils im Großen und Ganzen parallele ebene Facetten definieren, so dass jede der im Großen und Ganzen ebenen Facetten schräg zur Längsachse (200) angeordnet ist.
Dosier-Düsenscheibe (140) für ein Kraftstoffeinspritzventil (100), das einen Durchlass, welcher sich zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt, und einen Sitz (138), welcher sich in der Nähe des Auslasses befindet und mit einem Verschlusselement (122) zusammenwirkt, um einen Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass zu ermöglichen und zu verhindern, aufweist, wobei die Dosier-Düsenscheibe (140) umfasst: ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche (20, 40; 22, 42) aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind, wobei die erste Fläche (20; 22) so beschaffen ist, dass sie im Großen und Ganzen dem Ventilsitz (138) gegenüberliegt, und die zweite Fläche (40; 42) sich auf der entgegengesetzten Seite wie die erste Fläche (20; 22) befindet; und eine Öffnung (32), die durch die Platte (12) hindurch verläuft und durch eine Wand definiert ist, welche die erste und die zweite Fläche (20, 40; 22, 42) verbindet, wobei die Wand aufweist: einen ersten Abschnitt (32c; 32d), der in einem Abstand von der ersten Fläche (20) angeordnet ist, wobei sich der erste Abschnitt (32c; 32d) der Wand im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40; 22, 42), die im Großen und Ganzen eben sind, erstreckt; und einen zweiten Abschnitt (32a; 32b), der den ersten Abschnitt (32c; 32d) mit der ersten Fläche (20) verbindet, wobei sich der zweite Abschnitt (32a; 32b) der Wand unter einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche (20) erstreckt und der erste schiefe Winkel variiert, so dass eine asymmetrische Abschrägung definiert wird, wobei die Dosier-Düsenscheibe (140) ferner umfasst: einen ersten Umfang (33a), der durch eine Verbindungsstelle der ersten Fläche (20; 22) und des zweiten Abschnitts (32a; 32b) der Wand definiert ist und einen zweiten Umfang (33c), der durch eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts (32c, 32a, 32d, 32b) der Wand definiert ist, wobei der zweite Umfang (33c) in einer bezüglich einer Öffnungsachse (200) schiefen Ebene liegt, wobei sich die Öffnung (32) entlang der Öffnungsachse (200) erstreckt, die im Großen und Ganzen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40) ist, die im Großen und Ganzen parallel sind.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 4, wobei der erste schiefe Winkel um die Öffnungsachse (200) herum variiert.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 4, wobei der erste Umfang (33a) asymmetrisch um die Öffnungsachse (200) angeordnet ist.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 6, wobei der erste Umfang (33a) exzentrisch bezüglich der Öffnungsachse (200) ist.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 4, wobei die Wand einen dritten Abschnitt umfasst, der den ersten Abschnitt (32c; 32d) mit der zweiten Fläche (40; 42) verbindet.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 8, wobei sich der dritte Abschnitt der Wand unter einem zweiten schiefen Winkel bezüglich der zweiten Fläche (40) erstreckt und der zweite schiefe Winkel im Großen und Ganzen konstant um die Öffnungsachse (200) herum ist.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 8, wobei der dritte Abschnitt der Wand eine unregelmäßige Fläche umfasst.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 9, welche ferner umfasst: einen dritten Umfang, der durch eine Verbindungsstelle der zweiten Fläche (40) und des dritten Abschnitts der Wand definiert ist, wobei der dritte Umfang unregelmäßig und asymmetrisch um die Öffnungsachse (200) herum angeordnet ist.
Dosier-Düsenscheibe nach Anspruch 11, wobei die erste und die zweite Fläche (20, 40) jeweils im Wesentlichen parallele ebene Facetten definieren, derart, dass jede der im Wesentlichen ebenen Facetten schräg zur Öffnungsachse (200) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Dosier-Düsenscheibe (140) für ein Kraftstoffeinspritzventil (100), wobei die Dosier-Düsenscheibe (140) ein Element umfasst, das eine erste und eine zweite Fläche (20, 40) aufweist, die im Großen und Ganzen parallel sind, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Öffnung (32), die durch das Element hindurch verläuft, wobei die Öffnung durch eine Wand definiert ist, welche die erste und die zweite Fläche (20, 40) verbindet, und wobei sich die Öffnung (32) entlang einer Öffnungsachse (200) erstreckt, welche im Großen und Ganzen senkrecht zur ersten und zweiten Fläche (20, 40) ist, die im Großen und Ganzen parallel sind; und Verformen der Öffnung (32) in der Nähe der ersten Fläche (20), wobei das Verformen das Herstellen wenigstens einer asymmetrischen Abschrägung bezüglich der Öffnungsachse beinhaltet, wobei das Verfahren ferner das Eindrücken eines Bereiches umfasst, in welchem die Öffnung (32) angeordnet ist, so dass der Bereich eine Facette bildet, die eine bezüglich der Öffnungsachse (200) schiefe Ebene aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Herstellen der Öffnung (32) wenigstens eines der Verfahren Stanzen, Bohren, Schaben und Prägen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verformen der Öffnung (32) wenigstens eines der Verfahren Pressformen und Prägen umfasst.