EP1066466B1 - High-pressure piston cylinder unit - Google Patents
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- EP1066466B1 EP1066466B1 EP99915701A EP99915701A EP1066466B1 EP 1066466 B1 EP1066466 B1 EP 1066466B1 EP 99915701 A EP99915701 A EP 99915701A EP 99915701 A EP99915701 A EP 99915701A EP 1066466 B1 EP1066466 B1 EP 1066466B1
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- F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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- F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
- F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
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- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
- F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
- F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies
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- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
Definitions
- the invention relates to a high-pressure piston-cylinder unit, in particular one Injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, in particular for high number of lifting cycles, as provided in the preamble of claim 1.
- a high-pressure piston-cylinder unit which has a large number of Lift cycles is exposed, as is particularly the case with an injection pump or a Injector for an internal combustion engine is generally a piston available, which is guided in a cylinder bore, and which a high Pressure difference is exposed.
- the piston guided in the cylinder bore serves either the delivery of the fuel to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, as in the case of an injection pump, or in the case of an injection valve, below Exposure to the fuel to be injected under high pressure Open the injector, typically by having the piston coupled or Nozzle needle formed in one piece from the valve seat of a needle valve takes off and thus an injection cross section for injecting the fuel into the Releases the combustion chamber of the internal combustion engine.
- An injection valve for an internal combustion engine is known from DE 38 24 467 C2, at which the valve needle in two parts by a hollow needle and one in an inner bore the hollow needle guided valve needle is formed.
- the hollow needle points in the area of Point a number of circumferential grooves, which in Longitudinal direction of the valve needle by a distance of about the order of magnitude Diameter of the valve needle are spaced and have a width and depth that correspond to about one tenth of the valve needle diameter.
- EP 0 565 742 A1 describes methods for the fine machining of workpiece surfaces, in particular of walls of the bores in the cylinder of an internal combustion engine known in which the surface by blasting, in particular by means of a Lasers arranged according to a predetermined pattern are generated, which as Lubricant reservoir should serve.
- EP 0 419 999 B1 describes a method for processing by friction highly stressed surfaces in internal combustion engines, especially the cylinder surfaces known from piston engines, in which the surface is honed and additionally one Laser beam treatment is subjected, the laser treatment for the evaporation of outstanding roughness peaks or scaling is used to make it smoother To reach surface.
- WO 89/10479 describes a high-pressure piston-cylinder unit, in particular for one High pressure pump shown as an injection pump of a diesel engine.
- the boundary gap between the piston surface area and expanded cylinder area is done in that one or more spaced circumferential grooves in the lateral surface of the Piston and / or in the cylinder surface. If the piston during the Operating in an eccentric position, it will be on the enlarged side Limit gap building pressure through the circumferential grooves on the entire circumference of the Limit gap distributed, whereby eccentric forces are avoided.
- In one Exemplary embodiments are three in the region of the lateral surface of the printing edge spaced circumferential grooves or less. The grooves are obviously far apart. The disadvantage is that wear and tear and seizure are not prevented, since in the predominantly sliding surface areas of the piston no lubricating film is built up.
- a high pressure fuel injection device is described in DE 41 39 907 A1, at which is a labyrinth seal in the form of ring grooves in the outer surface of a piston or is arranged in the inner wall surface of the cylinder bore associated with the piston.
- a gap flow of this seal is to be reduced, it being disadvantageous that due to the seal, the access of fuel to the guide surfaces is reduced.
- the object of the invention is to provide a high-pressure piston-cylinder unit, in particular for to specify an injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, at which has a lower risk of wear on a guided in a cylinder bore Piston exists by deaxing.
- the invention is intended to provide a method for producing such High pressure unit can be specified.
- the invention provides a high-pressure piston-cylinder unit, in particular a Injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, in particular for created a high number of lifting cycles, in which a guided in a cylinder bore Piston on one side a high pressure and thus a high pressure difference is exposed, according to the invention at least in a part of the guide surface of the Piston or the cylinder bore at a short distance from each other fine grooves are formed.
- the grooves formed in the guide surface have a Width b from 5 to 100 ⁇ m. The distance between the grooves is 0.05 up to 1 mm.
- An advantage of the guide surface of the piston designed according to the invention is that that there is a hydraulic pressure equalization on the circumference of the guide through the grooves and so that the one-sided contact of the piston in the cylinder bore is prevented or at least the contact forces are reduced.
- Another advantage is that the Leakage flow after central alignment of the piston in the longitudinal direction of the Guide surface of the piston is reduced and thus the hydraulic efficiency of the Unity is improved.
- a reduction in the leakage flow is also coming only because the grooves running transverse to the direction of the leakage flow act like a labyrinth seal.
- Another advantage is that this is in the grooves fluid present wets the contact surfaces, whereby a lubrication effect is achieved.
- the width b of the grooves is preferably between 10 and 40 ⁇ m.
- the depth t of the grooves is advantageously between 3 to 50 microns, preferably between 10 to 30 microns.
- the distance a between the grooves is preferably between 0.1 and 0.3 mm.
- the width b corresponds to a groove in the essentially their depth t.
- the ratio of the depth t of the groove to Nominal diameter D of the guide surface is between 1/200 and 1/1000.
- the grooves in the circumferential direction are Guide surface designed to run.
- the grooves can also be provided in the longitudinal direction Guide surface varying distance a be formed.
- the grooves in Longitudinal direction of the guide surface are formed.
- the grooves under are formed at an angle to the longitudinal direction of the guide surface.
- the grooves can be arranged in the longitudinal direction of the Guide surface have varying slope.
- the grooves are formed by a helix.
- the helix can have a gradient varying in the longitudinal direction of the guide surface to have.
- the grooves' at different angles to the longitudinal direction of the guide surface crosswise are progressive.
- the grooves in one the high pressure side of the piston adjoining area of the guide surface are trained.
- the grooves can extend over the entire area of the guide surface be trained.
- the invention is of particular value in the case of a high-pressure piston-cylinder unit which Part of a fuel injector of a common rail injection system, in which the Piston is used to actuate the injector of the fuel injector, and wherein the Pressure difference permanently applied to the piston.
- a permanent from The component subjected to fuel pressure can undergo constant deaxing, i.e. from the beginning the movement of the piston in the cylinder bore occur, which is why Invention here achieved a significant reduction in wear with particular advantage can be.
- the piston is advantageously made of one piece of material on the nozzle needle of the injection valve, wherein the piston has a shoulder that is permanent is acted upon by the fuel pressure of the common rail injection system.
- the grooves on which the fuel pressure is advantageous are advantageous acted shoulder adjoining, serving as a guide surface jacket surface of the Pistons trained.
- the inventive method for manufacturing a high pressure unit of the invention it provides that the grooves are produced by machining, for example fine turning become.
- An alternative method which is particularly advantageous, provides for the grooves to generate by beam processing.
- Such beam processing is advantageously carried out in particular by laser engraving.
- An advantageous development of the method according to the invention provides that after the grooves have been created, lapping or fine grinding the Guide surface is made. One can also create the grooves Fine machining of the guide surface must be upstream.
- Figure 1 shows a view, partially in cross section, of the injector Fuel injector for a common rail fuel injection system.
- the one with the Injection nozzle designated 1 has a needle housing 2, in which a cylinder bore 3 is provided.
- a piston 5 is located in this cylinder bore 3 performed, which is integrally formed with a nozzle needle 4.
- the nozzle needle 4 has a needle tip 8 which interacts with a valve seat 9.
- an injection cross section 11 in the form of injection openings educated.
- the fuel channel 7 leads to a High-pressure accumulator of the common rail system, in which fuel is to be injected is held under high pressure.
- the Fuel injector via an actuating element, not shown in FIG. 1 electromechanical or hydraulic, as is well known, by which the piston 5 is released in the sense of an upward movement, so that in the Annulus 12 acting on the shoulder 6 of the piston 5 fuel pressure raising the Nozzle needle 4 and thus the needle tip 8 from the valve seat 9 and thus a release of the injection cross section 11.
- the nozzle needle 4 is provided in one piece with the piston 5 shown enlarged.
- the piston 5 has a nominal diameter D, which at the illustrated embodiment is 6.8 millimeters. From shoulder 6 and so from the fuel under high pressure in the annulus 12 acted side of the piston 5 ago over a length 1, the grooves 10 in Formed circumferentially on the lateral surface of the piston 5. In which In the illustrated embodiment, this length is 1, over which the grooves 10 approximately 22 mm are provided.
- Figure 3 is a greatly enlarged cross section through the surface of the jacket of the Piston 5 shown, which shows two grooves 10.
- the cross section of the grooves 10 has the illustrated embodiment has a substantially triangular shape.
- the width b a groove is, for example, 5 to 100 microns, preferably between 10 to 40 microns. at the illustrated embodiment, the groove width b is 30 microns.
- the groove depth t can be 3 to 50 microns, preferably between 10 to 30 microns. In the illustrated Embodiment is the depth t 15 microns.
- the distance a between two grooves can between 0.05 to 1 mm, preferably between 0.1 to 0.5 mm, preferably between 0.1 to 0.3 mm. In the illustrated embodiment, the distance is a 0.2 mm.
- the ratio of the depth t of the groove 10 to the nominal diameter D of the guide surface or of the piston 5 is advantageously between 1/200 and 1/1000. at the illustrated embodiment, the said ratio is around 1/450, which turns out to be has proven particularly advantageous.
- the cross section of the grooves 10 can also have other shapes instead of a triangular shape assume, for example, a semicircular shape.
- FIG. 4 again shows a representation corresponding to FIG. 2 and examples a) to d) of the Structuring the outer surface of the piston 5.
- the grooves 10 are in the circumferential direction of the piston 5 formed, as shown in the side view above and also in Figure 2.
- the grooves 10 can also with a in the longitudinal direction Guide surface varying distance a be formed.
- the grooves 10 are in the longitudinal direction Guide surface designed to run.
- the grooves 10 are closed at an angle Longitudinal direction of the guide surface.
- the grooves 10 all have the same pitch.
- the grooves 10 can also vary with a lengthways direction of the guide surface Slope should be provided.
- the Grooves 10 may be formed by a helix.
- a section of the guide surface with Grooves formed as a screw thread 22 are shown in FIG.
- the Guide surface is a cylindrical piston surface, which of the threads of the Screw thread 22 is divided.
- the pitch of the screw thread 22 is s specified.
- the screw thread or the screw line can be catchy or also be multi-course.
- the helix can be one in the longitudinal direction of the Guide surface constant slope or alternatively one in the longitudinal direction of the Guide surface have a varying slope.
- the formation of the grooves as a helix is particularly advantageous in terms of manufacturing technology.
- the grooves 10 can be at different angles to the longitudinal direction the guide surface may be designed to run crosswise, the angles opposite, but the same amount or different amount can. While in the illustrated embodiment the slope of the grooves 10 in In the longitudinal direction of the guide surface is the same, the grooves 10 can alternatively also with be designed in the longitudinal direction of the guide surface varying slope.
- the structuring patterns according to FIGS. 4a) to 4d) are basic patterns, different ones However, patterns are also possible. Furthermore, several patterns according to the under Combined with reference to Figures 4a) to 4d) described type.
- the distance a is the grooves 10 chosen in the longitudinal direction of the guide surface so that it is essentially the Operating stroke of the piston 5 in the cylinder bore 3 corresponds.
- This has the beneficial Effect that the remaining guide surface on the jacket of the piston 5 between the grooves 10 is constantly moving on the wetted surfaces of the guide and thus Running dry the guide is made largely impossible.
- a catchy Thread corresponds to the distance a between the grooves 10 then the thread pitch.
- the grooves 10 can also be in the Cylinder bore 3 can be formed as a guide surface.
- an injection valve for a common rail fuel injector is the one held by the pre-memory Fuel pressure via the fuel channel 7 and the annulus 12 permanently on the Shoulder 6 of the piston 5, so that the piston 5 permanently one-sided Pressure difference is exposed.
- This has the advantage of that caused by the grooves 10 hydraulic pressure compensation and the reduction of leakage flow especially for Wear.
- the invention leads to a corresponding advantage.
- the grooves 10 in the guide surface of the piston that is to say in the lateral surface of the piston 5 or in the surface of the cylinder bore 3 by machining, for example by turning, fine turning, grinding or milling. alternative for this purpose, the grooves can pass through, in particular on the lateral surface of the piston 5 Beam processing are generated, in particular the method of laser engraving is advantageous.
- the grooves 10 are produced after the finishing (grinding) of the Guide surface. After the creation of the grooves 10, a lapping or Fine grinding the guide surface made to the final surface of the Manufacture guide surface. Finishing the guide surface before creating it the grooves can also be omitted if there is adequate dimensional accuracy through suitable Manufacturing measures can be guaranteed.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kolbenzylindereinheit, insbesondere einer
Einspritzpumpe oder eines Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für
hohe Hubzyklenzahlen, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt.The invention relates to a high-pressure piston-cylinder unit, in particular one
Injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, in particular for
high number of lifting cycles, as provided in the preamble of
Bei einer solchen Hochdruck-Kolbenzylindereinheit, welche einer großen Zahl von Hubzyklen ausgesetzt ist, wie es insbesondere bei einer Einspritzpumpe oder einem Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine der Fall ist, ist allgemein ein Kolben vorhanden, welcher in einer Zylinderbohrung geführt ist, und welcher einer hohen Druckdifferenz ausgesetzt ist. Der in der Zylinderbohrung geführte Kolben dient entweder der Förderung des in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffs, wie im Falle einer Einspritzpumpe, oder im Falle eines Einspritzventils dazu, unter Beaufschlagung durch den unter hohem Druck zugeführten einzuspritzenden Kraftstoff das Einspritzventil zu öffnen, typischerweise indem der Kolben eine damit gekoppelte oder materialeinstückig damit ausgebildete Düsennadel aus dem Ventilsitz eines Nadelventils abhebt und damit einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt.In such a high-pressure piston-cylinder unit, which has a large number of Lift cycles is exposed, as is particularly the case with an injection pump or a Injector for an internal combustion engine is generally a piston available, which is guided in a cylinder bore, and which a high Pressure difference is exposed. The piston guided in the cylinder bore serves either the delivery of the fuel to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, as in the case of an injection pump, or in the case of an injection valve, below Exposure to the fuel to be injected under high pressure Open the injector, typically by having the piston coupled or Nozzle needle formed in one piece from the valve seat of a needle valve takes off and thus an injection cross section for injecting the fuel into the Releases the combustion chamber of the internal combustion engine.
Bei einer derartigen Hochdruck-Kolbenzylindereinheit besteht der Umstand, daß wegen letztlich nicht vermeidbarer Fertigungstoleranzen eine Deaxierung des Kolbens in der Zylinderbohrung auftritt, was zur Folge hat, daß die Druckverteilung über dem Kolbenumfang wegen sich über dem Kolbenumfang unterschiedlich einstellenden Spaltweiten nicht gleichmäßig ist, und sich daraus eine resultierende Radialkraft ergibt, die in Richtung der Deaxierung wirkt. Die dadurch bedingte einseitige Anpressung des Kolbens in seiner Führung führt zu Verschleiß in der Anlagefläche.With such a high-pressure piston-cylinder unit, there is the fact that ultimately unavoidable manufacturing tolerances a deaxing of the piston in the Cylinder bore occurs, which has the consequence that the pressure distribution over the Piston circumference because of the different setting over the piston circumference Gap widths is not uniform, and this results in a resulting radial force that acts in the direction of deaxing. The resulting one-sided pressure of the Piston in its guide leads to wear in the contact surface.
Im Falle eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems, bei welchem der einzuspritzende Kraftstoff unter hohem Druck in einem Speicher vorgehalten und über einen permanent von dem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagten Kraftstoffinjektor in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, ist die Verschleißgefahr besonders hoch. Bei permanent wirkenden hohen Drücken kommt nämlich beanspruchungserschwerend hinzu, daß die aus den Druckkräften resultierenden Radialkräfte während der gesamten Hubphase in voller Höhe wirken, anders als bei einem konventionellen Einspritzsystem, bei dem der Hub jedenfalls zum Teil noch in der Druckaufbauphase, also bei gegenüber dem maximalen Einspritzdruck erniedrigten Drücken erfolgt. Dadurch, daß der zur Betätigung des Einspritzventils eines Common-Rail-Kraftstoffinjektors dienende Kolben, der typischerweise mit der Ventilnadel des Einspritzventils gekoppelt oder mit dieser materialeinstückig ausgebildet ist, dem anstehenden hohen Kraftstoffdruck permanent ausgesetzt ist, entsteht bei einer Deaxierung der Düsennadelführung zum Düsennadelsitz bzw. des Kolbens in der Zylinderbohrung eine permanente, über dem Kolbenumfang unsymmetrische Leckströmung. Ferner wirken aufgrund der hohen Drücke hohe, die Deaxierung verstärkende Radialkräfte, die während der gesamten Hubphase vorhanden sind, also insbesondere auch schon zu Beginn der Hubphase. Diese Radialkräfte können zum Anlaufen oder Anreiben und zu starkem Verschleiß der Düsennadel in der Düsennadelführung bzw. des Kolbens in der Zylinderbohrung führen.In the case of a common rail fuel injection system, in which the one to be injected Fuel is stored in a storage tank under high pressure and is kept permanently fuel injected by the high pressure fuel into the Combustion chamber of the internal combustion engine is injected, the risk of wear is special high. With permanently acting high pressures comes namely add to the stress that the resulting from the compressive forces Radial forces act in full during the entire lifting phase, unlike one conventional injection system, in which the stroke is still partially in the Pressure build-up phase, i.e. when the injection pressure is lower than the maximum Pressing takes place. Characterized in that the actuation of the injection valve of a common rail fuel injector serving piston, typically with the valve needle of the Injector coupled or integrally formed with this, the is exposed to the high fuel pressure that arises during deaxing the nozzle needle guide to the nozzle needle seat or the piston in the cylinder bore permanent leakage flow asymmetrical over the piston circumference. Also act due to the high pressures high, the deaxing reinforcing radial forces that during the entire lifting phase are available, in particular also at the beginning of the Lifting phase. These radial forces can start or rub and become too strong Wear of the nozzle needle in the nozzle needle guide or the piston in the Lead cylinder bore.
Aus der DE 38 24 467 C2 ist ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem die Ventilnadel zweiteilig durch eine Hohlnadel und eine in einer Innenbohrung der Hohlnadel geführte Ventilnadel gebildet ist. Die Hohlnadel weist im Bereich ihrer Spitze eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten auf, welche in Längsrichtung der Ventilnadel um einen Abstand von ungefähr der Größenordnung des Durchmessers der Ventilnadel beabstandet sind und eine Breite und Tiefe aufweisen, die etwa einem Zehntel des Ventilnadeldurchmessers entsprechen.An injection valve for an internal combustion engine is known from DE 38 24 467 C2, at which the valve needle in two parts by a hollow needle and one in an inner bore the hollow needle guided valve needle is formed. The hollow needle points in the area of Point a number of circumferential grooves, which in Longitudinal direction of the valve needle by a distance of about the order of magnitude Diameter of the valve needle are spaced and have a width and depth that correspond to about one tenth of the valve needle diameter.
Weiterhin ist aus MTZ 55 (1994) 9, Seite 502, Spalte 3 und Seite 511, Spalte 1 die
Verwendung von Titan-Nitrit-Beschichtungen für die Kolben von
Kraftstoffeinspritzpumpen für Dieselgroßmotoren bekannt, um das "Festfressen" des
Kolbens zu verhindern.Furthermore, from MTZ 55 (1994) 9, page 502,
Aus der EP 0 565 742 A1 sind Verfahren zur Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen, insbesondere von Wandungen der Bohrungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors bekannt, bei denen in der Oberfläche durch Strahlbehandlung, insbesondere mittels eines Lasers nach einem vorgegebenen Muster angeordnete Riefen erzeugt werden, welche als Schmiermittelreservoir dienen sollen.EP 0 565 742 A1 describes methods for the fine machining of workpiece surfaces, in particular of walls of the bores in the cylinder of an internal combustion engine known in which the surface by blasting, in particular by means of a Lasers arranged according to a predetermined pattern are generated, which as Lubricant reservoir should serve.
Schließlich ist aus der EP 0 419 999 B1 ein Verfahren zur Bearbeitung von durch Reibung hochbeanspruchten Flächen in Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zylinderlaufflächen von Kolbenmotoren bekannt, bei dem die Fläche gehont und zusätzlich einer Laserstrahlbehandlung unterzogen wird, wobei die Laserbehandlung zum Abdampfen von herausragenden Rauhigkeitsspitzen oder Verschuppungen dient, um eine glattere Oberfläche zu erreichen.Finally, EP 0 419 999 B1 describes a method for processing by friction highly stressed surfaces in internal combustion engines, especially the cylinder surfaces known from piston engines, in which the surface is honed and additionally one Laser beam treatment is subjected, the laser treatment for the evaporation of outstanding roughness peaks or scaling is used to make it smoother To reach surface.
Aus der US 3,398,936 geht ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine als bekannt hervor, bei der die Düsennadel in der Führungsfläche mit ringförmigen oder in Form eines Gewindes ausgebildeten Nuten ausgeführt ist. Die Nutabstände werden offensichtlich an der Eigenfrequenz der Düsennadel orientiert, um Schwingungen der Düsennadel beim Aufschlag in ihrem Sitz zu dämpfen und um Nachspritzen zu verhindern. Außerdem soll auch Reibung und Verschleiß vermieden werden und eine Zentrierung der Düsennadel erreicht werden, um Abnutzung durch Reibung und ein Fressen der Düsennadel zu vermeiden. Die Nuten können auch in der Führungsbohrung angeordnet sein. In einem Ausführungsbeispiel sind eine Zahl von fünf ringförmigen Nuten entlang der Längsachse des Führungszapfens angegeben. Die Zentrierung und Verschleißminderung soll offensichtlich dadurch erreicht werden, dass in den Nuten anwesender Kraftstoff eine Schmierwirkung ausübt. Außerdem dienen die Nuten dazu, metallische Abriebpartikel aufzunehmen und dadurch weiteren Abrieb zu vermeiden.An injection valve for an internal combustion engine is known from US Pat. No. 3,398,936 emerge, in which the nozzle needle in the guide surface with annular or in the form of a Threaded grooves is executed. The groove spacing will be obvious the natural frequency of the nozzle needle oriented to vibrations of the nozzle needle To cushion the impact in their seat and to prevent injections. In addition, should friction and wear can also be avoided and centering of the nozzle needle can be achieved to wear through friction and seizure of the nozzle needle avoid. The grooves can also be arranged in the guide bore. In one Embodiment are a number of five annular grooves along the longitudinal axis of the guide pin. The centering and wear reduction should Obviously be achieved by the fact that fuel present in the grooves Exerts lubricating effect. The grooves also serve as metallic abrasion particles record and thereby avoid further abrasion.
In der WO 89/10479 ist eine Hochdruck-Kolben-Zylindereinheit, insbesondere für eine Hochdruckpumpe als Einspritzpumpe eines Dieselmotors dargestellt. Um die Gefahr des Festfressens des Kolbens zu verhindern, wird der Grenzspalt zwischen Kolbenmantelfläche und Zylinderfläche erweitert. In einem Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, dass eine oder mehrere voneinander beabstandete Umfangsnuten in der Mantelfläche des Kolbens und/oder in der Zylinderfläche ausgeführt werden. Wenn der Kolben während des Betriebs eine exzentrische Lage einnimmt, wird der sich auf der Seite des vergrößerten Grenzspalts aufbauende Druck durch die Umfangsnuten auf den gesamten Umfang des Grenzspalts verteilt, wodurch exzentrisch wirkende Kräfte vermieden werden. In einem Ausführungsbeispiel sind im Bereich der Mantelfläche des Druckrandes drei voneinander beabstandete Umfangsnuten oder weniger vorgesehen. Die Nuten liegen offensichtlich weit auseinander. Nachteilig ist, dass Verschleiß und Fressen nicht verhindert wird, da in den überwiegenden Gleitflächenbereichen des Kolbens kein Schmierfilm aufgebaut wird.WO 89/10479 describes a high-pressure piston-cylinder unit, in particular for one High pressure pump shown as an injection pump of a diesel engine. To the danger of To prevent the piston from seizing up, the boundary gap between the piston surface area and expanded cylinder area. In one exemplary embodiment, this is done in that one or more spaced circumferential grooves in the lateral surface of the Piston and / or in the cylinder surface. If the piston during the Operating in an eccentric position, it will be on the enlarged side Limit gap building pressure through the circumferential grooves on the entire circumference of the Limit gap distributed, whereby eccentric forces are avoided. In one Exemplary embodiments are three in the region of the lateral surface of the printing edge spaced circumferential grooves or less. The grooves are obviously far apart. The disadvantage is that wear and tear and seizure are not prevented, since in the predominantly sliding surface areas of the piston no lubricating film is built up.
In der DE 41 39 907 A1 ist eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung beschrieben, bei der eine Labyrinthdichtung in Form von Ringnuten in der Mantelfläche eines Kolbens oder in der Innenwandfläche der dem Kolben zugeordneten Zylinderbohrung angeordnet ist. Mit dieser Dichtung soll eine Spaltströmung vermindert werden, wobei nachteilig ist, dass aufgrund der Dichtung der Zutritt von Kraftstoff zu den Führungsflächen vermindert wird.A high pressure fuel injection device is described in DE 41 39 907 A1, at which is a labyrinth seal in the form of ring grooves in the outer surface of a piston or is arranged in the inner wall surface of the cylinder bore associated with the piston. With a gap flow of this seal is to be reduced, it being disadvantageous that due to the seal, the access of fuel to the guide surfaces is reduced.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruck-Kolbenzylindereinheit, insbesondere für eine Einspritzpumpe oder ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei welcher eine geringere Gefahr des Verschleißes eines in einer Zylinderbohrung geführten Kolbens durch Deaxierung besteht. The object of the invention is to provide a high-pressure piston-cylinder unit, in particular for to specify an injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, at which has a lower risk of wear on a guided in a cylinder bore Piston exists by deaxing.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hochdruckeinheit angegeben werden. Furthermore, the invention is intended to provide a method for producing such High pressure unit can be specified.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Hochdruck-Kolbenzylindereinheit bzw. durch das in den Ansprüchen angegebene Verfahren zur Herstellung einer solchen gelöst, wobei jeweilige vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen angegeben sind.This object is achieved by the high-pressure piston-cylinder unit specified in the claims or by the method specified in the claims for Manufacture of such a solution, the respective advantageous embodiments in the Subclaims are specified.
Durch die Erfindung wird eine Hochdruck-Kolbenzylindereinheit, insbesondere eine Einspritzpumpe oder ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine hohe Hubzyklenzahl geschaffen, bei der ein in einer Zylinderbohrung geführter Kolben auf einer Seite einem hohen Druck und damit einer hohen Druckdifferenz ausgesetzt ist, wobei erfindungsgemäß zumindest in einem Teil der Führungsfläche des Kolbens oder der Zylinderbohrung in einem geringen Abstand zueinander verlaufende feine Rillen ausgebildet sind. Die in der Führungsfläche ausgebildeten Rillen weisen eine Breite b von zwischen 5 bis 100 µm auf. Der Abstand der Rillen zueinander beträgt 0,05 bis 1 mm.The invention provides a high-pressure piston-cylinder unit, in particular a Injection pump or an injection valve for an internal combustion engine, in particular for created a high number of lifting cycles, in which a guided in a cylinder bore Piston on one side a high pressure and thus a high pressure difference is exposed, according to the invention at least in a part of the guide surface of the Piston or the cylinder bore at a short distance from each other fine grooves are formed. The grooves formed in the guide surface have a Width b from 5 to 100 µm. The distance between the grooves is 0.05 up to 1 mm.
Ein Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Führungsfläche des Kolbens besteht darin, daß durch die Rillen ein hydraulischer Druckausgleich am Umfang der Führung erfolgt und damit das einseitige Anliegen des Kolbens in der Zylinderbohrung verhindert oder zumindest die Anpresskräfte herabgesetzt werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die Leckströmung nach zentrischer Ausrichtung des Kolbens in Längsrichtung der Führungsfläche des Kolbens verringert und damit der hydraulische Wirkungsgrad der Einheit verbessert wird. Eine Verminderung der Leckströmung kommt aber auch schon allein dadurch zustande, daß die quer zur Richtung der Leckströmung verlaufenden Rillen wie eine Labyrinthdichtung wirken. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß das in den Rillen anwesende Fluid die Anlageflächen benetzt, wodurch ein Schmierungseffekt erzielt wird.An advantage of the guide surface of the piston designed according to the invention is that that there is a hydraulic pressure equalization on the circumference of the guide through the grooves and so that the one-sided contact of the piston in the cylinder bore is prevented or at least the contact forces are reduced. Another advantage is that the Leakage flow after central alignment of the piston in the longitudinal direction of the Guide surface of the piston is reduced and thus the hydraulic efficiency of the Unity is improved. A reduction in the leakage flow is also coming only because the grooves running transverse to the direction of the leakage flow act like a labyrinth seal. Another advantage is that this is in the grooves fluid present wets the contact surfaces, whereby a lubrication effect is achieved.
Vorzugsweise ist die Breite b der Rillen zwischen 10 bis 40 µm. Die Tiefe t der Rillen beträgt vorteilhafterweise zwischen 3 bis 50 µm, vorzugsweise zwischen 10 bis 30 µm. The width b of the grooves is preferably between 10 and 40 μm. The depth t of the grooves is advantageously between 3 to 50 microns, preferably between 10 to 30 microns.
Vorzugsweise beträgt der Abstand a der Rillen zwischen 0,1 bis 0,3 mm.The distance a between the grooves is preferably between 0.1 and 0.3 mm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Breite b einer Rille im wesentlichen deren Tiefe t.According to an advantageous embodiment, the width b corresponds to a groove in the essentially their depth t.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn das Verhältnis der Tiefe t der Rille zum Nenndurchmesser D der Führungsfläche zwischen 1/200 und 1/1000 beträgt.It is also advantageous if the ratio of the depth t of the groove to Nominal diameter D of the guide surface is between 1/200 and 1/1000.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Rillen in Umfangsrichtung der Führungsfläche verlaufend ausgebildet.According to one embodiment of the invention, the grooves in the circumferential direction are Guide surface designed to run.
Gemäß einer Weiterbildung hiervon können die Rillen mit in Längsrichtung der Führungsfläche variierendem Abstand a ausgebildet sein.According to a further development thereof, the grooves can also be provided in the longitudinal direction Guide surface varying distance a be formed.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Rillen in Längsrichtung der Führungsfläche verlaufend ausgebildet sind.According to another embodiment of the invention, it is provided that the grooves in Longitudinal direction of the guide surface are formed.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Rillen unter einem Winkel zur Längsrichtung der Führungsfläche verlaufend ausgebildet sind.According to another embodiment of the invention, it is provided that the grooves under are formed at an angle to the longitudinal direction of the guide surface.
Gemäß einer Weiterbildung hiervon können die Rillen eine in Längsrichtung der Führungsfläche variierende Steigung aufweisen.According to a further development, the grooves can be arranged in the longitudinal direction of the Guide surface have varying slope.
Gemäß einer anderen, herstellungstechnisch sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Rillen durch eine Schraubenlinie gebildet sind.According to another embodiment of the embodiment which is very advantageous in terms of production technology Invention it is provided that the grooves are formed by a helix.
Dies kann dadurch weitergebildet sein, daß die Schraubenlinie mehrgängig ist. This can be further developed in that the helix is multi-start.
Die Schraubenlinie kann eine in Längsrichtung der Führungsfläche variierende Steigung haben.The helix can have a gradient varying in the longitudinal direction of the guide surface to have.
Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Rillen ' unter unterschiedlichen Winkeln zur Längsrichtung der Führungsfläche kreuzweise verlaufend ausgebildet sind.According to yet another embodiment of the invention, it is provided that the grooves' at different angles to the longitudinal direction of the guide surface crosswise are progressive.
Dies kann dadurch weitergebildet sein, daß die Rillen mit in Längsrichtung der Führungsfläche variierender Steigung ausgebildet sind.This can be further developed in that the grooves in the longitudinal direction of the Guide surface of varying slope are formed.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen kann es von Vorteil sein, den Abstand a der Rillen in Längsrichtung der Führungsfläche so vorzusehen, daß er im wesentlichen dem Betriebshub des Kolbens in der Zylinderbohrung entspricht.In the aforementioned embodiments, it may be advantageous to set the distance a Grooves in the longitudinal direction of the guide surface so that it is essentially the Operating stroke of the piston in the cylinder bore corresponds.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können mehrere der vorgenannten Muster zur Bildung der Rillen kombiniert werden.According to a further embodiment of the invention, several of the aforementioned can Patterns can be combined to form the grooves.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Rillen in einem an die Seite hohen Drucks des Kolbens anschließenden Bereich der Führungsfläche ausgebildet sind.According to one embodiment of the invention it is provided that the grooves in one the high pressure side of the piston adjoining area of the guide surface are trained.
Alternativ hierzu können die Rillen über den gesamten Bereich der Führungsfläche ausgebildet sein. Alternatively, the grooves can extend over the entire area of the guide surface be trained.
Von besonderem Wert ist die Erfindung bei einer Hochdruck- Kolbenzylindereinheit, die Bestandteil eines Kraftstoffinjektors eines Common-Rail-Einspritzsystems ist, bei dem der Kolben zur Betätigung des Einspritzventils des Kraftstoffinjektors dient, und wobei die Druckdifferenz permanent an dem Kolben anliegt. Bei einem solchen permanent vom Kraftstoffdruck beaufschlagten Bauteil kann eine ständige Deaxierung, also von Anfang der Bewegung des Kolbens in der Zylinderbohrung an auftreten, weshalb durch die Erfindung hier mit besonderem Vorteil eine wesentliche Verschleißminderung erreicht werden kann.The invention is of particular value in the case of a high-pressure piston-cylinder unit which Part of a fuel injector of a common rail injection system, in which the Piston is used to actuate the injector of the fuel injector, and wherein the Pressure difference permanently applied to the piston. With such a permanent from The component subjected to fuel pressure can undergo constant deaxing, i.e. from the beginning the movement of the piston in the cylinder bore occur, which is why Invention here achieved a significant reduction in wear with particular advantage can be.
Bei einer solchen, als Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems dienenden Hochdruckeinheit ist der Kolben vorteilhafterweise materialeinstückig an der Düsennadel des Einspritzventils ausgebildet, wobei der Kolben eine Schulter aufweist, die permanent vom Kraftstoffdruck des Common-Rail-Einspritzsystems beaufschlagt ist.In such a, serving as part of a common rail injection system High pressure unit, the piston is advantageously made of one piece of material on the nozzle needle of the injection valve, wherein the piston has a shoulder that is permanent is acted upon by the fuel pressure of the common rail injection system.
Vorteilhafterweise sind erfindungsgemäß die Rillen an der sich an die vom Kraftstoffdruck beaufschlagte Schulter anschließenden, als Führungsfläche dienenden Mantelfläche des Kolbens ausgebildet.According to the invention, the grooves on which the fuel pressure is advantageous are advantageous acted shoulder adjoining, serving as a guide surface jacket surface of the Pistons trained.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckeinheit der Erfindung sieht es vor, daß die Rillen durch spanende Bearbeitung, beispielsweise Feindrehen erzeugt werden.The inventive method for manufacturing a high pressure unit of the invention it provides that the grooves are produced by machining, for example fine turning become.
Ein alternatives Verfahren, welches von besonderem Vorteil ist, sieht es vor, die Rillen durch Strahlbearbeitung zu erzeugen.An alternative method, which is particularly advantageous, provides for the grooves to generate by beam processing.
Eine solche Strahlbearbeitung erfolgt vorteilhafterweise insbesondere durch Lasergravur.Such beam processing is advantageously carried out in particular by laser engraving.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es vor, daß, nachdem das Erzeugen der Rillen erfolgt ist, ein Läppen oder Feinschleifen der Führungsfläche vorgenommen wird. Dem Erzeugen der Rillen kann aber auch eine Feinbearbeitung der Führungsfläche vorgeschaltet sein.An advantageous development of the method according to the invention provides that after the grooves have been created, lapping or fine grinding the Guide surface is made. One can also create the grooves Fine machining of the guide surface must be upstream.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Figur 1- eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Einspritzventils eines Kraftstoffinjektors eines Common-Rail-Einspritzsystems, welches gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet ist, wobei der Ausschnitt A vergrößert die in der Führungsfläche eines Kolbens des Einspritzventils vorgesehenen feinen Rillen zeigt;
Figur 2- eine vergrößerte Ansicht der Düsennadel des Einspritzventils des in
Figur 1 gezeigten Kraftstoffinjektors; Figur 3- einen stark vergrößerten Querschnitt durch die an der Führungsfläche des Kolbens
der in
Figur 2 gezeigten Düsennadel ausgebildeten feinen Rillen; und Figur 4eine Figur 2 entsprechende Ansicht der Düsennadel des Einspritzventils mit vier Ausführungsbeispielen a) bis d) der Anordnung der Rillen an der als Führungsfläche dienenden Mantelfläche des Düsennadelkolbens.Figur 5- eine stark vergrößerte Ansicht der Führungsfläche des Kolbens mit als Schraubengewinde ausgebildeten Rillen.
Show it:
- Figure 1
- a partially sectioned side view of the injection valve of a fuel injector of a common rail injection system, which is designed according to an embodiment of the invention, wherein the cutout A shows the fine grooves provided in the guide surface of a piston of the injection valve;
- Figure 2
- an enlarged view of the nozzle needle of the injection valve of the fuel injector shown in Figure 1;
- Figure 3
- a greatly enlarged cross section through the fine grooves formed on the guide surface of the piston of the nozzle needle shown in Figure 2; and
- Figure 4
- a view corresponding to Figure 2 of the nozzle needle of the injection valve with four embodiments a) to d) the arrangement of the grooves on the surface of the nozzle needle piston serving as a guide surface.
- Figure 5
- a greatly enlarged view of the guide surface of the piston with grooves formed as a screw thread.
Figur 1 zeigt eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, der Einspritzdüse eines
Kraftstoffinjektors für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Die mit dem
Bezugszeichen 1 bezeichnete Einspritzdüse verfügt über ein Nadelgehäuse 2, in welcher
eine Zylinderbohrung 3 vorgesehen ist. In dieser Zylinderbohrung 3 ist ein Kolben 5
geführt, der materialeinstückig mit einer Düsennadel 4 ausgebildet ist. Die Düsennadel 4
verfügt über eine Nadelspitze 8, welche mit einem Ventilsitz 9 zusammenwirkt. Im Bereich
des Ventilsitzes 9 ist ein Einspritzquerschnitt 11 in Form von Einspritzöffnungen
ausgebildet. Am Übergang von dem Kolben 5 zu der Düsennadel 4 ist eine Schulter 6
ausgebildet, welche im Bereich eines im Nadelgehäuse eingeformten Ringraums 12 liegt,
in welchen ein Kraftstoffkanal 7 mündet. Der Kraftstoffkanal 7 führt zu einem
Hochdruckspeicher des Common-Rail-Systems, in welchem einzuspritzender Kraftstoff
unter hohem Druck vorgehalten wird. Zur Steuerung der Einspritzdüse 1 verfügt der
Kraftstoffinjektor über ein in der Figur 1 nicht dargestelltes Betätigungselement
elektromechanischer oder hydraulischer Art, wie es an sich wohlbekannt ist, durch welches
der Kolben 5 im Sinne einer Bewegung nach oben freigegeben wird, so daß der in dem
Ringraum 12 auf die Schulter 6 des Kolbens 5 wirkende Kraftstoffdruck ein Anheben der
Düsennadel 4 und damit der Nadelspitze 8 aus dem Ventilsitz 9 und somit eine Freigabe
des Einspritzquerschnitts 11 bewirkt.Figure 1 shows a view, partially in cross section, of the injector
Fuel injector for a common rail fuel injection system. The one with the
Injection nozzle designated 1 has a
Wie in dem mit A bezeichneten vergrößerten Ausschnitt zu sehen ist, sind in der
Mantelfläche des Kolbens 5 in einem geringen Abstand zueinander verlaufende feine
Rillen 10 ausgebildet. Diese Rillen 10 bewirken einerseits einen hydraulischen
Druckausgleich über dem Umfang des Kolbens 5 in der durch die Zylinderbohrung 3
gebildeten Führung und verhindern damit eine einseitige Anlage des Kolbens 5 aufgrund
des von dem Ringraum 12 her in den Spalt zwischen der Mantelfläche des Kolbens 5 und
der Zylinderbohrung 3 eintretenden, unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs bei
Deaxierung der Düsennadelführung. Gleichzeitig wird eine unsymmetrische und somit
verstärkte Leckströmung in Längsrichtung der Führung zwischen der Mantelfläche des
Kolbens 5 und der Zylinderbohrung 3 verringert und somit der hydraulische Wirkungsgrad
des Kraftstoffinjektors verbessert.As can be seen in the enlarged section labeled A, in the
The outer surface of the
In Figur 2 ist die materialeinstückig mit dem Kolben 5 vorgesehene Düsennadel 4
vergrößert dargestellt. Der Kolben 5 hat einen Nenndurchmesser D, welcher bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel 6,8 Millimeter beträgt. Von der Schulter 6 und damit
von der von dem unter hohem Druck in dem Ringraum 12 befindlichen Kraftstoff
beaufschlagten Seite des Kolbens 5 her sind über eine Länge 1 die Rillen 10 in
Umfangsrichtung verlaufend an der Mantelfläche des Kolbens 5 ausgebildet. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Länge 1, über welche die Rillen 10
vorgesehen sind, zirka 22 mm.In FIG. 2, the
In Figur 3 ist ein stark vergrößerter Querschnitt durch die Oberfläche des Mantels des
Kolbens 5 dargestellt, welcher zwei Rillen 10 zeigt. Der Querschnitt der Rillen 10 hat bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine im wesentlichen dreieckige Form. Die Breite b
einer Rille beträgt beispielsweise 5 bis 100 µm, vorzugsweise zwischen 10 bis 40 µm. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Rillenbreite b 30 µm. Die Rillentiefe t
kann 3 bis 50 µm, vorzugsweise zwischen 10 bis 30 µm betragen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe t 15 µm. Der Abstand a zwischen zwei Rillen kann
zwischen 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise zwischen
0,1 bis 0,3 mm betragen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand a
0,2 mm.In Figure 3 is a greatly enlarged cross section through the surface of the jacket of the
Das Verhältnis der Tiefe t der Rille 10 zum Nenndurchmesser D der Führungsfläche bzw.
des Kolbens 5 beträgt erfindungsgemäß vorteilhafterweise zwischen 1/200 und 1/1000. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das genannte Verhältnis rund 1/450, was sich als
besonders vorteilhaft erwiesen hat.The ratio of the depth t of the
Der Querschnitt der Rillen 10 kann anstelle einer dreieckigen Form auch andere Formen
annehmen, beispielsweise eine halbrunde Form.The cross section of the
Figur 4 zeigt nochmals eine Darstellung entsprechend Figur 2 und Beispiele a) bis d) der
Strukturierung der Mantelfläche des Kolbens 5. FIG. 4 again shows a representation corresponding to FIG. 2 and examples a) to d) of the
Structuring the outer surface of the
Gemäß dem Beispiel von Figur 4a) sind die Rillen 10 in Umfangsrichtung des Kolbens 5
ausgebildet, wie in der Seitenansicht darüber und auch in Figur 2 dargestellt. Bei dem
Ausführungsbeispiel sind die Rillen in Längsrichtung mit einem gleichen Abstand a
ausgebildet, alternativ dazu können die Rillen 10 auch mit einem in Längsrichtung der
Führungsfläche variierenden Abstand a ausgebildet sein.According to the example in FIG. 4 a), the
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur b) sind die Rillen 10 in Längsrichtung der
Führungsfläche verlaufend ausgebildet.According to the embodiment of Figure b), the
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 4c) sind die Rillen 10 unter einem Winkel zu
Längsrichtung der Führungsfläche verlaufend ausgebildet. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel haben die Rillen 10 alle eine gleiche Steigung. Alternativ hierzu
können die Rillen 10 auch mit einer in Längsrichtung der Führungsfläche variierenden
Steigung vorgesehen sein.According to the exemplary embodiment in FIG. 4c), the
Als Grenzfall der Anordnung der Rillen 10 in Umfangsrichtung wie in Figur 4a) und der
Anordnung der Rillen unter einem Winkel zur Längsrichtung wie in Figur 4c), können die
Rillen 10 durch eine Schraubenlinie gebildet sein. Ein Ausschnitt der Führungsfläche mit
als Schraubengewinde 22 ausgebildeten Rillen ist in Figur 5 dargestellt. Die
Führungsfläche ist eine zylindrische Kolbenmantelfläche, die von den Gewindegängen des
Schraubengewindes 22 unterteilt ist. Die Steigung des Schraubengewindes 22 ist mit s
angegeben. Das Schraubengewinde oder die Schraubenlinie kann eingängig oder auch
mehrgängig ausgebildet sein. Die Schraubenlinie kann eine in Längsrichtung der
Führungsfläche konstante Steigung oder alternativ dazu eine in Längsrichtung der
Führungsfläche variierende Steigung haben. Die Ausbildung der Rillen als Schraubenlinie
ist herstellungstechnisch besonders vorteilhaft.As a limit case of the arrangement of the
Gemäß Figur 4d) können die Rillen 10 unter unterschiedlichen Winkeln zur Längsrichtung
der Führungsfläche kreuzweise verlaufend ausgebildet sein, wobei die Winkel
entgegengesetzt, aber betragsmäßig gleich oder auch betragsmäßig verschieden sein
können. Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Steigung der Rillen 10 in
Längsrichtung der Führungsfläche gleich ist, können die Rillen 10 alternativ dazu auch mit
in Längsrichtung der Führungsfläche variierender Steigung ausgebildet sein.According to FIG. 4d), the
Die Strukturierungsmuster gemäß Figur 4a) bis 4d) sind Grundmuster, abweichende Muster sind jedoch auch möglich. Weiterhin können mehrere Muster gemäß der unter Bezugnahme auf die Figuren 4a) bis 4d) beschriebenen Art kombiniert werden.The structuring patterns according to FIGS. 4a) to 4d) are basic patterns, different ones However, patterns are also possible. Furthermore, several patterns according to the under Combined with reference to Figures 4a) to 4d) described type.
Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Abstand a der Rillen
10 in Längsrichtung der Führungsfläche so gewählt, daß er im wesentlichen dem
Betriebshub des Kolbens 5 in der Zylinderbohrung 3 entspricht. Dies hat den vorteilhaften
Effekt, daß die verbleibende Führungsfläche am Mantel des Kolbens 5 zwischen den Rillen
10 sich ständig auf benetzten Oberflächen der Führung bewegt und damit ein
Trockenlaufen der Führung weitgehend unmöglich gemacht wird. Bei einem eingängigen
Gewinde entspricht der Abstand a zwischen den Rillen 10 dann der Gewindesteigung.According to a special embodiment of the invention, the distance a is the
Bei den anhand der Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Rillen 10
in der Mantelfläche des Kolbens 5 in deren Funktion als Führungsfläche ausgebildet.
Alternativ oder gegebenenfalls zusätzlich dazu können die Rillen 10 auch in der
Zylinderbohrung 3 als Führungsfläche ausgebildet sein.In the exemplary embodiments illustrated with reference to FIGS. 1 to 4, the
Bei dem in Figur 1 gezeigten Anwendungsfall eines Einspritzventils für einen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzinjektor
liegt der von dem Vorspeicher vorgehaltene
Kraftstoffdruck über den Kraftstoffkanal 7 und den Ringraum 12 permanent an der
Schulter 6 des Kolbens 5 an, so daß der Kolben 5 permanent einer einseitigen
Druckdifferenz ausgesetzt ist. Hierbei kommt der Vorteil des durch die Rillen 10 bewirkten
hydraulischen Druckausgleichs und der Verringerung der Leckströmung besonders zum
Tragen. Jedoch auch im Falle anderer Hochdruck-Kolbenzylindereinheiten, bei denen ein
Kolben einseitig einer hohen Druckdifferenz ausgesetzt ist, wie es insbesondere bei
sonstigen Einspritzventilen und bei Einspritzpumpen für Brennkraftmaschinen der Fall ist,
führt die Erfindung zu einem entsprechenden Vorteil.In the application shown in Figure 1, an injection valve for a common rail fuel injector
is the one held by the pre-memory
Fuel pressure via the
Die Rillen 10 in der Führungsfläche des Kolbens, also in der Mantelfläche des Kolbens 5
oder in der Fläche der Zylinderbohrung 3 können durch spanende Bearbeitung,
beispielsweise durch Drehen, Feindrehen, Schleifen oder Fräsen erzeugt werden. Alternativ
dazu können die Rillen, insbesondere an der Mantelfläche des Kolbens 5 durch
Strahlbearbeitung erzeugt werden, wobei insbesondere das Verfahren der Lasergravur
vorteilhaft ist. Das Erzeugen der Rillen 10 erfolgt nach dem Feinbearbeiten (Schleifen) der
Führungsfläche. Nach dem Erzeugen der Rillen 10 wird noch ein Läppen oder
Feinschleifen der Führungsfläche vorgenommen, um die endgültige Oberfläche der
Führungsfläche herzustellen. Eine Feinbearbeitung der Führungsfläche vor dem Erzeugen
der Rillen kann auch entfallen, wenn eine ausreichende Maßhaltigkeit durch geeignete
Fertigungsmaßnahmen gewährleistet werden kann. The
- 11
- Einspritzdüseinjection
- 22
- Nadelgehäuseneedle housing
- 33
- Zylinderbohrungbore
- 44
- Düsennadelnozzle needle
- 55
- Kolbenpiston
- 66
- Schultershoulder
- 77
- KraftstoffkanalFuel channel
- 88th
- Nadelspitzepinpoint
- 99
- Ventilsitzvalve seat
- 1010
- Rillegroove
- 1111
- EinspritzquerschnittInjection cross section
- 1212
- Ringraumannulus
- 2222
- Schraubengewindescrew thread
Claims (28)
- High-pressure piston/cylinder unit, in particular of an injection pump or of an injection valve for an internal combustion engine, in particular for high numbers of stroke cycles, with a piston (5) which is guided in a cylinder bore (3) and is coupled to an actuating element and which is exposed to a high pressure difference, grooves (10) being formed at least in part of a guide surface of the piston (5), to be precise in the outer surface of the piston (5) or the cylinder bore (3), characterized in that the grooves (10) have a width b of between 5 and 100 µm and run at a distance a of between 0.05 and 1 mm from one another.
- High-pressure unit according to Claim 1, characterized in that the grooves (10) have a width b of between 10 and 40 µm
- High-pressure unit according to Claim 1 or 2, characterized in that the grooves (10) have a depth t of between 3 and 50 µm, preferably of between 10 and 30 µm.
- High-pressure unit according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the grooves (10) are at a distance a from one another of between 0.1 and 0.5 mm, preferably of between 0.1 and 0.3 mm.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the width b of a groove (10) corresponds essentially to its depth t.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the ratio of the depth t of the groove (10) to the nominal diameter D of the guide surface is between 1/200 and 1/1000.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the grooves (10) are designed to run in the circumferential direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to Claim 7, characterized in that the grooves (10) are designed with a distance a from one another which varies in the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the grooves (10) are designed to run in the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the grooves (10) are designed to run at an angle to the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to Claim 10, characterized in that the grooves (10) have a pitch varying in the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the grooves (10) are formed by a counter-clockwise or clockwise helical line.
- High-pressure unit according to Claim 12, characterized in that the helical line is multi-flight.
- High-pressure unit according to Claim 12 or 13, characterized in that the helical line has a pitch varying in the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that grooves (10) are designed to run crosswise at different angles to the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to Claim 15, characterized in that the grooves (10) are designed with a pitch varying in the longitudinal direction of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 7 to 16, characterized in that the distance a of the grooves (10) from one another in the longitudinal direction of the guide surface corresponds essentially to the operating stroke of the piston (5) in the cylinder bore (3).
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the grooves (10) are designed in a combination of a plurality of patterns according to Claims 7 to 16.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 18, characterized in that the grooves (10) are formed in a region of the guide surface which adjoins the high-pressure side of the piston (5).
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 18, characterized in that the grooves (10) are formed over the entire region of the guide surface.
- High-pressure unit according to one of Claims 1 to 20, characterized in that the high-pressure piston/cylinder unit is an integral part of a fuel injector of a common-rail injection system, in which the piston (5) serves for actuating the injection valve of the fuel injector, the pressure difference bearing permanently on the piston (5).
- High-pressure unit according to Claim 21, characterized in that the piston (5) is formed materially in one piece on the nozzle needle (4) of the injection valve, the piston (5) having a shoulder (6) which is acted upon permanently by the fuel pressure of the common-rail injection system.
- High-pressure unit according to Claim 22, characterized in that the grooves (10) are formed on the outer surface of the piston (5), the said outer surface serving as a guide surface and adjoining the shoulder (6) acted upon by the fuel pressure.
- Method for producing a high-pressure unit according to one of Claims 1 to 23, characterized in that the grooves (10) are made by cutting machining, in particular turning, fine turning, grinding or milling.
- Method for producing a high-pressure unit according to one of Claims 1 to 23, characterized in that the grooves (10) are made by beam machining, in particular laser beam or electron beam.
- Method according to Claim 25, characterized in that the grooves (10) are made by laser engraving.
- Method according to Claim 24, 25 or 26, characterized in that, after the grooves (10) have been made, lapping or precision grinding of the guide surface is carried out.
- Method according to Claim 27, characterized in that the making of the grooves (10) is preceded by a fine machining of the guide surface.
Applications Claiming Priority (5)
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