DE602004008292T2

DE602004008292T2 - Kraftstoffeinspritzventil mit einer lochscheibe und verfahren zur herstellung der lochscheibe durch ausschaben und stanzen

Info

Publication number: DE602004008292T2
Application number: DE602004008292T
Authority: DE
Inventors: J. Michael Newport News JOSEPH
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2024-06-19
Also published as: US7444991B2; US7744020B2; EP1646784A1; US20080029069A1; JP2006528302A; JP4500812B2; EP1646784B1; US20050017098A1; DE602004008292D1; WO2005010348A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrisch betätigte Kraftstoffeinspritzventile des Typs, der flüchtigen, flüssigen Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs einspritzt, und spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein neuartiges dünnes Düsenscheibenelement für ein solches Kraftstoffeinspritzventil.
Hintergrund der Erfindung
Es wird davon ausgegangen, dass derzeitige Kraftstoffeinspritzventile derart gestaltet sein müssen, dass sie zu einem bestimmten Motor passen, und nicht umgekehrt. Die Fähigkeit, den strikten Auspuffemissions-Anforderungen für massenproduzierte Fahrzeuge zu entsprechen, ist zumindest teilweise auf die Fähigkeit zurückzuführen, eine Konsistenz bei der Dosierung, Zerstäubung, Formgebung und Ausrichtung des Einspritzstrahls oder -stroms, z. B. zu dem/den Einlassventil(en) oder in einen Verbrennungszylinder, zu gewährleisten. Wandbenetzung sollte vermieden werden.
Aufgrund der großen Anzahl von verschiedenen Motormodellen, bei denen Mehrpunkt-Kraftstoffeinspritzventile zum Einsatz kommen, wird eine große Anzahl spezifischer Einspritzventile benötigt, um die gewünschte Formgebung und Ausrichtung des Einspritzstrahls oder -stroms für jeden Zylinder eines Motors bereitzustellen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden bisher Einspritzventile entwickelt, die gerade Ströme, gekrümmte Ströme, geteilte Ströme und geteilte/gekrümmte Ströme produzieren. Bei Kraftstoffeinspritzventilen, die dünne Düsenscheibenelemente verwenden, können solche Einspritzmuster allein durch die spezifische Gestaltung des dünnen Düsenscheibenelements erzeugt werden. Diese Fähigkeit bietet die Möglichkeit von bedeutsamen Einsparungen bei der Herstellung, da andere Bestandteile des Kraftstoffeinspritzventils nicht notwendigerweise ein einzigartiges Design für eine bestimmte Anwendung aufweisen müssen, d. h. viele andere Bestandteile können eine allgemeine Bauweise aufweisen.
Ein weiteres Anliegen bei der Gestaltung von derzeitigen Kraftstoffeinspritzventilen besteht darin, das so genannte „Sackvolumen" zu minimieren. Der Begriff Sackvolumen, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, ist als das Volumen definiert, das sich stromabwärts eines Nadel/Sitz-Dichtumfangs und stromaufwärts der Düsenbohrung(en) befindet. Die praktische Grenze beim Einarbeiten einer Vertiefung mit einer geometrischen Form in eine Düsenscheibe, welche mit geraden Düsenbohrungen vorgefertigt wurde, liegt in der Tiefe oder Höhe der geometrischen Form, die benötigt wird, um den/die gewünschten Strahlwinkel zu erzielen. Wenn Strahlwinkel mit einer größeren Krümmung und Teilung erzielt werden sollen, erschwert dies die Herstellung und vergrößert zugleich das Sackvolumen. Gleichzeitig nimmt auch der Betrag der Verzerrung bei den einzelnen Öffnungen und Vertiefungen zu, je mehr sich die Tiefe der Geometrie erhöht. Im Extremfall kann das Scheibenmaterial zwischen den Öffnungen oder an einem Knick in der geometrischen Vertiefung reißen.
Die Patentschrift US 6131827 beschreibt eine Düsenlochplatte für ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer Abrundung an einem Fluideinlass des Düsenlochs, wobei die Wände des Düsenlochs schräg zu einer Fläche eines dünnwandigen Ausgangsmaterials verlaufen, in dem das Düsenloch ausgebildet ist.
Die Patentschrift US 2002/0038825 beschreibt ein Verfahren zum Fertigen eines Einspritzlochs eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils, sodass ein Stanzwerkzeug, wenn eine Mittelachse des Einspritzlochs zu einer Normalen einer Fläche eines zu stanzenden scheibenförmigen Materials geneigt ist, nicht bricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kraftstoffeinspritzventil zur Kraftstoffstrahlausrichtung bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Sitz, ein bewegliches Element, das mit dem Sitz zusammenwirkt, und eine Düsenscheibe. Der Sitz umfasst einen Durchlass, der sich entlang einer Längsachse erstreckt, und das bewegliche Element wirkt mit dem Sitz zusammen, um den Durchfluss von Kraftstoff durch den Durchlass zu ermöglichen oder zu verhindern. Die Düsenscheibe umfasst ein Element und eine Öffnung, die das Element durchdringt. Das Element umfasst eine erste und eine zweite Fläche, die im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Die erste Fläche ist im Allgemeinen dem Ventilsitz gegenüberliegend angeordnet, und die zweite Fläche ist entgegengesetzt zur ersten Fläche angeordnet. Die Öffnung wird durch eine Wand definiert, die die erste und die zweite Fläche miteinander verbindet. Die Wand umfasst einen ersten Abschnitt, der sich von der ersten Fläche aus erstreckt, und einen zweiten Abschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten Fläche verläuft. Der erste Abschnitt der Wand erstreckt sich in einem ersten schiefen Winkel in Bezug auf die erste Fläche, und der erste schiefe Winkel variiert, sodass er eine asymmetrische Abschrägung definiert. Der zweite Abschnitt der Wand definiert einen Zylinder, der sich entlang einer Achse in einem zweiten schiefen Winkel bezüglich der zweiten Fläche erstreckt.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Düsenscheibe für ein Kraftstoffeinspritzventil bereit. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Durchlass, der sich zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt, einen Sitz, der sich in der Nähe des Auslasses befindet, und ein Schließelement, das mit dem Sitz zusammenwirkt, um einen Kraftstoffdurchfluss durch den Durchlass zu ermöglichen oder zu verhindern. Die Düsenscheibe umfasst ein Element und eine Öffnung, die das Element durchdringt. Das Element umfasst eine erste und eine zweite Fläche, die im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Die erste Fläche ist derart angepasst, dass sie sich im Allgemeinen dem Ventilsitz gegenüberliegend befindet, und die zweite Fläche ist entgegengesetzt zur ersten Fläche angeordnet. Die Öffnung wird durch eine Wand definiert, die die erste und die zweite Fläche miteinander verbindet. Die Wand umfasst einen ersten Abschnitt, der in einem Abstand von der ersten Fläche angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der den ersten Abschnitt mit der zweiten Fläche verbindet. Der erste Abschnitt der Wand erstreckt sich von der ersten Fläche aus in einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche, und der erste schiefe Winkel variiert, sodass er eine asymmetrische Abschrägung definiert. Der zweite Abschnitt der Wand erstreckt sich zwischen dem ersten Abschnitt und der zweiten Fläche und definiert einen Zylinder, der entlang einer Achse in einem zweiten schiefen Winkel bezüglich der zweiten Fläche verläuft.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Ausbilden einer Düsenscheibe für ein Kraftstoffeinspritzventil bereit. Die Düsenscheibe umfasst ein Element, das eine erste und eine zweite Fläche aufweist, die im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Das Verfahren umfasst das Ausbilden einer Vorbohrung, die das Element durchdringt, das Deformieren der Vorbohrung in der Nähe der ersten Fläche, und das Ausschaben der deformierten Vorbohrung. Die Vorbohrung erstreckt sich entlang einer ersten Achse, die im Allgemeinen senkrecht zu den allgemein parallelen ersten und zweiten Flächen verläuft. Die Deformierung stellt eine asymmetrische Abschrägung bezüglich der ersten Achse bereit und definiert einen ersten Abschnitt einer Öffnung. Der erste Abschnitt befindet sich in der Nähe der ersten Fläche. Das Ausschaben stellt einen Zylinder bereit, der sich entlang einer zweiten Achse erstreckt, welche schräg in Bezug auf die zweite Fläche verläuft und einen zweiten Abschnitt der Öffnung definiert. Der zweite Abschnitt befindet sich in der Nähe der zweiten Fläche.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift mit einbezogen sind und einen Bestandteil derselben bilden, veranschaulichen derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung, der Erläuterung der Merkmale dieser Erfindung.
1A ist eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
1B ist eine Schnittansicht eines Düsenabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils aus 1A.
Die 2A, 2B, 2C und 2D sind fragmentarische Schnittansichten einer dünnwandigen Düsenscheibe gemäß einem Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und sie dienen ebenfalls dazu, deren Herstellungsverfahren zu veranschaulichen.
3 ist eine fragmentarische Schnittansicht einer dünnwandigen Düsenscheibe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und sie dient ebenfalls dazu, deren Herstellungsverfahren zu veranschaulichen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Die 1–3 veranschaulichen die bevorzugten Ausführungsformen. Insbesondere erstreckt sich ein Kraftstoffeinspritzventil 100, wie in 1A veranschaulicht, entlang der Längsachse A-A und umfasst: ein Kraftstoffeinlassrohr 110, ein Einstellrohr 112, eine Filterbaugruppe 114, eine Spulenbaugruppe 118, eine Schraubenfeder 116, einen Anker 120, eine Schließelement-Baugruppe 122, eine nicht-magnetische Hülse 124, eine Kraftstoffeinspritzventil-Gusskapsel 126, einen Körper 128, eine Körperhülse 130, eine Körperhülsen-Gusskapsel 132, ein Spulenbaugruppen-Gehäuse 134, ein Führungselement 136 für die Schließelement-Baugruppe 122, einen Sitz 138 und eine Dosier-Düsenscheibe 140. Die Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils 100 kann von einem ähnlichen Typ sein wie in den US-Patenten mit den Nummern 4.854.024 , 5.174.505 und 6.520.421 offenbart.
1B zeigt das Düsenende eines Körpers 128 eines schaltschützbetätigten Kraftstoffeinspritzventils 100 mit einer Dosier-Düsenscheibe 140 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Düsenende des Kraftstoffeinspritzventils 100 umfasst ein Führungselement 136 und einen Sitz 138, die axial innen liegend von der Dosier-Düsenscheibe 140 angeordnet sind. Das Führungselement 136, der Sitz 138 und die Scheibe 140 können durch ein geeignetes Verfahren gehalten werden, wie zum Beispiel durch Ausbilden einer Haltelippe mit einem Halteelement oder durch Anschweißen der Dosier-Düsenscheibe 140 an den Sitz 138 und Anschweißen des Sitzes 138 an den Körper 128.
Der Sitz 138 kann eine kegelstumpfförmige Sitzfläche 138a umfassen, die von dem Führungselement 136 zu einem zentralen Durchlass 138b des Sitzes 138 führt, welcher wiederum zu einem zentralen Abschnitt 140b der Dosier-Düsenscheibe 140 führt. Das Führungselement 136 umfasst eine zentrale Führungsöffnung 136a, die die axiale Hin- und Herbewegung eines Dichtendes 122a einer Schließelement-Baugruppe 122 führt, und mehrere durchgehende Öffnungen 136b, die um die Öffnung 136a herum angeordnet sind, um es dem Kraftstoff zu ermöglichen, durch das Dichtende 122a zum Raum um den Sitz 138 zu fließen. 1B zeigt das halbkugelförmige Dichtende 122a der Schließelement-Baugruppe 122 aufsitzend auf dem Sitz 138, wodurch der Kraftstoffdurchfluss durch das Kraftstoffeinspritzventil verhindert wird. Wenn die Schließelement-Baugruppe 122 vom Sitz 138 abgehoben wird, kann Kraftstoff durch den Durchlass 138b und durch die Öffnungen 32 in der Dosier-Düsenscheibe 140 strömen, sodass der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 100 fließt.
Die Dosier-Düsenscheibe 140 kann von allgemein kreisförmiger Gestalt sein und einen kreisförmigen Außenumfangs-Abschnitt 140a aufweisen, der den zentralen Abschnitt 140b, welcher axial in dem Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist, ringsum abgrenzt. Der zentrale Abschnitt 140b der Dosier-Düsenscheibe 140 ist unperforiert, abgesehen von dem Vorhandensein einer oder mehrerer abgewinkelter Öffnungen 32, durch welche der Kraftstoff die Dosier-Düsenscheibe 140 durchströmt. Eine beliebige Anzahl abgewinkelter Öffnungen 32 kann in einer geeigneten Anordnung um die Längsachse A-A herum gruppiert sein, sodass die Dosier-Düsenscheibe 140 für ihren vorgesehenen Zweck bei der Dosierung, Zerstäubung und Ausrichtung des Kraftstoffstrahls eines Kraftstoffeinspritzventils verwendet werden kann. Die bevorzugten Ausführungsformen umfassen vier derartige abgewinkelte durchgehende Öffnungen 32, die um die Längsachse A-A herum durch die Dosier-Düsenscheibe 140 angeordnet sind.
Es wird Bezug genommen auf die 2A, 2B, 2C und 2D; eine bevorzugte Ausführungsform der Dosier-Düsenscheibe 140 kann wie folgt ausgebildet werden. Zunächst wird ein im Allgemeinen ebener Werkstück-Rohling 10 mit einer ersten Fläche 20, die sich in einem Abstand von einer zweiten Fläche 40 befindet, ohne durch das Werkstück hindurch verlaufende Öffnungen bereitgestellt. Der Rohling 10 wird mit einem geeigneten Verfahren durchdrungen, wie zum Beispiel durch Ausfräsen, Stanzen, Prägen, Bohren oder Laserbearbeitung, um eine Vorbohrung für eine durchgehende Vorbohrung oder Öffnung 30 auszubilden, die sich symmetrisch entlang einer Werkzeugachse Y-Y und um sie herum erstreckt, welche im Allgemeinen senkrecht zu den ebenen Flächen 20 und 40 des Rohlings verläuft. Vorzugsweise wird die symmetrische durchgehende Öffnung 30 durch ein zylindrisches Stanzwerkzeug 42 ausgebildet, das einen senkrechten Wandabschnitt 30a zwischen der Fläche 20 und der benachbarten Fläche 40 mit einer Durchbruchsabschrägung 30b in der Nähe der Fläche 40 ausbildet.
Die symmetrische Vorbohrung für die durchgehende Vorbohrung oder Öffnung 30 wird ferner durch ein geeignetes Verfahren durchdrungen, um eine asymmetrische durchgehende Öffnung oder Öffnung 32 mit einer Längsachse 200 auszubilden. Die Langsachse 200 stimmt vorzugsweise überein und fluchtet mit der Werkzeugachse Y-Y. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die asymmetrische durchgehende Öffnung 32 durch ein Stanzwerkzeug 50 ausgebildet, das einen Scheitelpunkt 52 mit mindestens zwei Vorderkanten aufweist, welche um die Werkzeugachse Y-Y herum angeordnet sind, sodass der resultierende Querschnitt des Stanzwerkzeugs 50 asymmetrisch um die Werkzeugachse Y-Y herum angeordnet ist. Jede der mindestens zwei Vorderkanten kann eine erste Vorderkante 54 und eine zweite Vorderkante 56 umfassen. Die erste Vorderkante 54 ist in einem ersten Steigungswinkel ω° ausgerichtet, der anders ist als der zweite Steigungswinkel φ° der zweiten Vorderkante 56. Vorzugsweise bewegt sich der erste Steigungswinkel ω° in einem Bereich zwischen etwa 20 und 25 Grad und der zweite Steigungswinkel φ° zwischen 25 und 30 Grad. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der erste Steigungswinkel ω° ungefähr 25 Grad und der zweite Steigungswinkel φ° ungefähr 30 Grad.
Obwohl die Öffnung 32 mit einer geeigneten Querschnittsfläche geformt werden kann, wie zum Beispiel quadratisch, rechteckig, oval oder kreisförmig, umfassen die bevorzugten Ausführungsformen im Allgemeinen kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von etwa 100 Mikrometern, und spezieller etwa 160 Mikrometern. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Fläche der Dosier-Düsenscheibe 140 in einem Abstand von etwa 75 bis 300 Mikrometern voneinander angeordnet, inklusive der angegebenen Werte.
Die asymmetrische Öffnung 32 kann eine erste Eingangsabschrägung 32a umfassen, die mit einer ersten Winkelweite ω° um die Werkzeugachse Y-Y herum angeordnet ist und in eine zweite Eingangsabschrägung 32b übergeht, die mit einer zweiten Winkelweite φ° angeordnet ist (2B). Die erste Eingangsabschrägung 32a kann ungefähr mit dem ersten Steigungswinkel ω° ausgerichtet sein. Die zweite Eingangsabschrägung 32b kann ungefähr mit dem zweiten Steigungswinkel φ° ausgerichtet sein, sodass die erste und die zweite Eingangsabschrägung 32a und 32b asymmetrisch um die Werkzeugachse Y-Y verlaufen. Die Verbindungsstellen der ersten und zweiten Eingangsabschrägung bezüglich der Fläche 20 können einen ersten Umfang 33a bilden, der symmetrisch zur Längsachse 200 ist. Der erste Umfang 33a erstreckt sich über eine Ebene, die im Allgemeinen senkrecht zur Längsachse 200 ist. Vorzugsweise ist der Umfang 33a ein allgemein elliptischer Umfang.
Die erste und die zweite Eingangsabschrägung 32a und 32b führen zu einer ersten Wandfläche 32c. Die Wandfläche 32c ist parallel zur Werkzeugachse Y-Y und um diese herum angeordnet. Die Verbindungsstellen der ersten und zweiten Eingangsabschrägungen 32a und 32b bezüglich der Wandflache 32c können einen zweiten Umfang 33b bilden, dessen geometrische Mitte von der Werkzeugachse Y-Y versetzt ist und auf einer Ebene ausgerichtet ist, die schräg zu der ersten und der zweiten Fläche 20, 40 des Werkstücks 10 verläuft (2B).
Die asymmetrische Öffnung 32 wird weiter bearbeitet, um eine Öffnung 34 zu erhalten, deren Wand sich zwischen der ersten Fläche 20 und der zweiten Fläche 40 allgemein in einem Winkel θ₁ erstreckt, der schräg zu den Flächen 20, 40 ist. Die Bearbeitung kann durch ein geeignetes Verfahren ausgeführt werden, wie zum Beispiel Ausfräsen, Bohren, Laserbearbeitung, Ausschaben oder Stanzen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die asymmetrische Öffnung 32 mit einem zylindrischen oder geraden Stanzwerkzeug 52 ausgestanzt, das in einem Stanzwinkel θ₁ (2C, entlang einer Achse 52a des geraden Stanzwerkzeugs 52) bezüglich der Fläche 20 ausgerichtet ist, sodass das Stanzwerkzeug dazu neigt, Material 11 zu entfernen, d. h. die Wandflachen der Öffnung in 2B „auszuschaben", wodurch eine ausgeschabte asymmetrische Öffnung 34 entsteht, wie in 2D abgebildet. Das bedeutet, dass das Stanzwerkzeug 52 die Wandflächen der Öffnung 32 (2B) ausschabt, um eine zylindrische Wandfläche 32d zu erzeugen, die sich in dem Stanzwinkel 81 erstreckt, welcher schräg zu der ersten oder der zweiten Fläche 20 bzw. 40 ist. Die abgewinkelte Öffnung 34 umfasst ebenfalls einen abgeschrägten Abschnitt 32b, der sich in einem Abschrägungswinkel θ₂ bezüglich einer der ersten und zweiten Flächen 20, 40 erstreckt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abschrägungswinkel θ₂ vorzugsweise die gleiche Größe aufweist wie die zweite Winkelweite φ° des Stanzwerkzeugs 50 in 2B. Die zylindrische Wandfläche 32d bildet einen dritten Umfang 33c, der im Allgemeinen auf einer Ebene angeordnet ist, die schräg zu einer der ersten und zweiten Flächen 20 bzw. 40 verläuft. Der Umfang 33c umfasst eine neue Öffnungsachse Z-Z, die im Allgemeinen schräg zu einer beliebigen der beiden Flächen 20, 40 oder der originalen Öffnungsachse 200 mit der Durchbruchsabschrägung 30b' verläuft. Der Stanzwinkel θ₁ und der Abschrägungswinkel θ₂ können eine Reihe von Winkeln sein. Vorzugsweise kann der Stanzwinkel θ₁ ungefähr 70 Grad bis zu ungefähr 87 Grad bezüglich der Fläche 20 betragen (oder zwischen etwa 20 Grad und etwa 3 Grad, wenn die Achse Y-Y als Referenz verwendet wird). Auf ähnliche Weise kann der Abschrägungswinkel θ₂ ungefähr 65 Grad bis ungefähr 75 Grad bezüglich der Fläche 20 betragen (oder zwischen etwa 30 Grad und 25 Grad, wenn die Achse Y-Y als Referenz verwendet wird). Obwohl für jeden Winkel ein unterer Grenzwert und ein oberer Grenzwert angegeben wurde, kann jeder der Winkel kleiner als der untere Grenzwert oder größer als der obere Grenzwert ausfallen, solange das Stanzwerkzeug beim Betrieb die erste und die zweite Fläche 20 und 40 durchdringen kann. Das Werkstück 10 kann mit geeigneten Werkstückoberflächenbehandlungen weiter verarbeitet werden, um eine Dosier-Düsenscheibe 140 zur Verwendung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 100 bereitzustellen.
Es wird davon ausgegangen, dass die bevorzugten Ausführungsformen es erlauben, durch ein Stanzwerkzeug 52 mit einem Stanzwinkel θ₁ eine abgewinkelte Öffnung 34 bei einer niedrigeren Stanzkraft auszubilden, wodurch Beschädigungen an dem Werkstück 10 und dem Stanzwerkzeug 52 reduziert werden. Es wird davon ausgegangen, dass das Stanzwerkzeug das Werkstück 10 aufgrund der Vorbohrung der Öffnung 30 ohne Springen oder Abgleiten auf der Fläche durchdringen kann. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Kraft, die auf das Stanzwerkzeug ausgeübt wird, um die asymmetrische Öffnung 32 auszuschaben, geringer ist als die normalerweise für ein Stanzwerkzeug benötigte Kraft, um ohne die vorgebohrte Öffnung oder asymmetrischen Öffnung 32 durch das Werkstück 10 zu stanzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn das gerade Stanzwerkzeug 52 einen Durchmesser d₅₂ hat, der kleiner als der Eingangsdurchmesser d_33a der asymmetrischen Öffnung 32 auf der Fläche 20 des Werkstücks 10 ist, eine Abschrägung 33c bereitgestellt werden kann, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Achse 52a des Stanzwerkzeugs 52 ausgerichtet ist. Wenn das gerade Stanzwerkzeug 52 einen Durchmesser aufweist, der mindestens gleich dem Eingangsdurchmesser d_33a des ersten Umfangs 33a ist, kann die Abschrägung 32b reduziert oder komplett weggelassen werden. Vorzugsweise hat das gerade Stanzwerkzeug 52 einen Durchmesser von etwa 254 Mikrometern, und ist der Eingangsdurchmesser der asymmetrischen Öffnung 32 vor dem Ausschabungsstanzen größer als ungefähr 254 Mikrometer. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das gerade oder zylindrische Stanzwerkzeug 52 einen Durchmesser von etwa 500 Mikrometern und ist der Eingangsdurchmesser der asymmetrischen Öffnung 32 vor dem Ausschabungsstanzen größer als ungefähr 500 Mikrometer. Vorzugsweise kann der Stanzwerkzeugdurchmesser d₅₂ etwa gleich dem oder ein bisschen größer als der Durchmesser d_33b des zweiten Umfangs 33b sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine abgewinkelte Öffnung 35 vorzugsweise mit einem geraden Stanzwerkzeug 52 wie folgt ausgebildet werden. Zunächst, wie in 3 veranschaulicht, wird ein Werkstück 12 auf der ersten Fläche 20 und der zweiten Fläche 40 mit einem Material mit niedrigerer Festigkeit beschichtet, d. h. mit einem „weicheren" Material 42 und 44 als das Werkstück. Das weichere Material 42, 44 kann ein Material mit einer Festigkeit von etwa 20% bis 50% der Festigkeit des Werkstücks sein, sodass das Verhältnis der Festigkeit des Werkstücks zur Festigkeit des weicheren Materials in einem Bereich zwischen 5:1 und 2:1 liegt, inklusive der angegeben Werte. Hierbei bedeutet der Begriff „beschichtet", dass das weichere Material mechanisch, elektrisch oder chemisch mit der ersten und der zweiten Fläche des Werkstücks verbunden wird, sodass das Werkstück 12 zwischen dem weicheren Material 42 geschichtet oder eingeklemmt ist. Das weichere Material 42 oder 44 ermöglicht, dass das gerade Stanzwerkzeug 52 von dem weicheren Material 42 oder 44 zurückgehalten wird, wenn das Stanzwerkzeug mit einem Stanzwinkel θ bezüglich der Längsachse A-A des Kraftstoffeinspritzventils in das weichere Material 42 oder 44 eindringt, wodurch das weichere Material 42 eine Opferbeschichtung während des Stanzvorgangs darstellen kann. Somit kann das Stanzwerkzeug 52 beim Eindringen in das Werkstück 12 in einem Stanzwinkel θ ausgerichtet sein (mit Bezug auf die Längsachse A-A), ohne auf der Fläche 20 des Werkstücks 12 abzugleiten oder zu springen. Es sei darauf hingewiesen, dass das Material 42 oder 44 aus dem gleichen Material oder unterschiedlichen Materialien bestehen kann, solange beide Materialien 42 und 44 weicher als das Werkstück sind. Es sei darauf hingewiesen, dass aufgrund der mehrfachen Materialschichten eine Durchbruchs-Abschrägung 44a auf dem Opfermaterial 44 ausgebildet wird, anstatt auf der Fläche des Werkstücks 12, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform. Vorzugsweise kann das weichere Material aus Kupfer bestehen, mit einer Dicke (T1 oder T3) von mindestens 35 der Dicke des Werkstücks. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke (T1 oder T3) der Kupferbeschichtung auf den Flächen 20 und 40 etwa 50 Mikrometer, während das Werkstück eine Dicke (T2) von etwa 76 Mikrometern aufweist.
Während das Stanzwerkzeug 52 in 3 durch das Werkstück und die Beschichtungsmaterialien 42 und 44 hindurch stößt, ragt das Stanzwerkzeug 52 über einen Abstand W von dem Ausgangsumfang der Öffnung 35 hervor, um sicherzustellen, dass das Stanzwerkzeug die Materialen an der Wand der Öffnung 35 zulänglich entfernt, damit die Öffnung 35 glatt genug ist, um ihren vorgesehen Zweck als Dosieröffnung zu erfüllen. Vorzugsweise kann der Abstand W mindestens gleich dem Durchmesser d₅₂ des Stanzwerkzeugs 52 sein. Danach kann das Stanzwerkzeug 52 entnommen und das beschichtete weichere Material auf dem Werkstück durch ein geeignetes Entfernungsverfahren entfernt werden, wie zum Beispiel chemische Entfernung, Gleitschleifen mit Vibration und vorzugsweise Ablösen durch ein Werkzeug mit einer scharfen Kante, das entlang der Flächen 20 und 40 des Werkstücks 12 gleitet. Das Werkstück 12 kann mit geeigneten Nachbearbeitungsverfahren weiter verarbeitet werden, sodass eine Dosier-Düsenscheibe 140 mit abgewinkelten Öffnungen zur Verwendung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 100 erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den vollen Umfang haben, der durch den Wortlaut der folgenden Patentansprüche und deren Entsprechungen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Düsenscheibe (10) für ein Kraftstoffeinspritzventil, wobei die Düsenscheibe ein Element mit einer ersten und einer zweiten Fläche (20, 40) umfasst, die im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer Vorbohrung, die das Element durchdringt, wobei die Vorbohrung sich entlang einer ersten Achse (200) erstreckt, die im Allgemeinen senkrecht zu den ersten und zweiten allgemein parallelen Flächen verläuft; Deformieren der Vorbohrung in der Nähe der ersten Fläche (20), wobei das Deformieren eine asymmetrische Abschrägung bezüglich der ersten Achse bereitstellt und einen ersten Abschnitt (32b) einer Öffnung (30) definiert, wobei der erste Abschnitt sich in der Nähe der ersten Fläche befindet; und Ausschaben der derart deformierten Vorbohrung, wobei das Ausschaben einen Zylinder entlang einer zweiten Achse bereitstellt, die schräg zur zweiten Fläche (40) ist und einen zweiten Abschnitt (32d) der Öffnung definiert, wobei der zweite Abschnitt sich in der Nähe der zweiten Fläche befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das Folgendes umfasst: Schichten des Elements zwischen einer ersten und einer zweiten Schicht eines Opfermaterials.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Element aus einem nicht-rostenden Stahl besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Element aus nicht-rostendem Stahl 302 besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Opfermaterial mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: Kupfer, Aluminium und Zinn.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Verhältnis der Festigkeit des Elements zur Festigkeit des Opfermaterials mindestens 5:1 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Verhältnis in einem Bereich zwischen 5:1 und 2:1 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, welches ferner das Ablösen des Opfermaterials vom Basismaterial umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Vorbohrung mindestens eines der folgenden Verfahren umfasst: Stanzen, Bohren und Prägen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Deformieren der Vorbohrung mindestens eines der folgenden Verfahren umfasst: Stanzen, Ausfräsen und Prägen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ausschaben der Vorbohrung mindesten eines der folgenden Verfahren umfasst: Stanzen, Bohren und Prägen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Deformieren der Vorbohrung einen Umfang (33a) für eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts (32b, 32d) der Öffnung (30) bildet, und wobei der Umfang in einer Ebene liegt, die orthogonal zur zweiten Achse ist, welche schräg zur zweiten Fläche (40) verläuft.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Ausschaben der Vorbohrung das Gleiten eines Schneidewerkzeugs entlang der zweiten Achse umfasst, und wobei das Schneidewerkzeug im Wesentlichen gleichzeitig annähernd mit dem gesamten Umfang in Kontakt kommt.
Düsenscheibe (10) für ein Kraftstoffeinspritzventil, welche gemäß dem Verfahren eines beliebigen der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet wurde, wobei die Düsenscheibe Folgendes umfasst: ein Element mit einer ersten und einer zweiten Fläche (20, 40), die im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen, wobei die erste Fläche derart angepasst ist, dass sie im Allgemeinen einem Ventilsitz gegenüberliegt, und die zweite Fläche (40) entgegengesetzt zur ersten Fläche (20) angeordnet ist; und eine Öffnung (30), die das Element durchdringt und durch eine Wand definiert ist, die die erste und die zweite Fläche miteinander verbindet, wobei die Wand umfasst: einen ersten Abschnitt (32b), der sich von der ersten Fläche (20) aus erstreckt, wobei der erste Abschnitt der Wand in einem ersten schiefen Winkel bezüglich der ersten Fläche verläuft und der erste schiefe Winkel variiert, um eine asymmetrische Abschrägung zu definieren; einen zweiten Abschnitt (32d), der sich zwischen dem ersten Abschnitt (32b) und der zweiten Fläche (40) erstreckt, wobei der zweite Abschnitt der Wand einen Zylinder definiert, der entlang einer Achse (52a) in einem zweiten schiefen Winkel bezüglich der zweiten Fläche verläuft; und einen Umfang (33c), der durch eine Verbindungsstelle des ersten und des zweiten Abschnitts definiert wird, wobei der Umfang in einer Ebene liegt, die orthogonal zu der Achse und schräg zu der ersten Fläche (20) ist.
Düsenscheibe gemäß Anspruch 14, wobei der Umfang an die erste Fläche angrenzt.
Düsenscheibe gemäß Anspruch 14, wobei der erste schiefe Winkel um die Öffnungsachse variiert.
Düsenscheibe gemäß Anspruch 16, wobei der erste schiefe Winkel mindestens um einen Grad variiert.
Düsenscheibe gemäß Anspruch 17, wobei der erste schiefe Winkel in einem ersten Bereich von 25 bis 30 Grad bezüglich der Längsachse variiert, und wobei der zweite schiefe Winkel in einem zweiten Bereich von 3 bis 10 Grad bezüglich der Längsachse variiert.
Kraftstoffeinspritzventil zum Dosieren, Zerstäuben und Ausrichten des Kraftstoffs, wobei das Kraftstoffeinspritzventil eine Düsenscheibe gemäß einem beliebigen der Ansprüche 14 bis 18 umfasst.