EP2771563B1 - Düsennadel für einen injektor zur einspritzung von kraftstoff - Google Patents

Düsennadel für einen injektor zur einspritzung von kraftstoff Download PDF

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EP2771563B1
EP2771563B1 EP12815670.0A EP12815670A EP2771563B1 EP 2771563 B1 EP2771563 B1 EP 2771563B1 EP 12815670 A EP12815670 A EP 12815670A EP 2771563 B1 EP2771563 B1 EP 2771563B1
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EP
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nozzle needle
guide
guide surface
injector
degrees
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Stephan Aurich
Carsten HAMPEL
Thomas Sarfert
Ferdinand Löbbering
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Vitesco Technologies GmbH
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Vitesco Technologies GmbH
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    • Y10T29/49432—Nozzle making

Definitions

  • the invention relates to a nozzle needle for an injector for fuel injection and an injector with such a nozzle needle, having at least one guide section and a recess with a guide surface, the guide surface being designed to rest against an inner surface of a nozzle body of the injector, and the recess at least the guide surface partially bounded and designed to allow fuel flow along the guide portion.
  • jet needles such as disclosed in JPH10176631
  • the guide section has guide surfaces which are separated from one another by recesses.
  • the guide surfaces serve to rest against an inner surface of the nozzle body of the injector and to guide the nozzle needle in its lifting movement.
  • the recesses are provided to allow fuel to flow past parallel to the longitudinal axis of the nozzle needle along the nozzle needle in the nozzle body of the injector.
  • the recesses are usually aligned parallel to a longitudinal axis of the nozzle needle and are usually introduced into the nozzle needle by means of ground grooves or the removal of the peripheral surface to a triangular or square profile by means of a hard machining process.
  • the object of the invention is to enable improved stabilization of the nozzle needle in the nozzle body of the injector and simpler production of the nozzle needle.
  • the nozzle needle has a guide section for guiding the nozzle needle during a stroke movement parallel to a longitudinal axis in a nozzle body of the injector, the guide section having at least one Includes guide surface and a recess.
  • the guide surface abuts an inner surface of the nozzle body of the injector.
  • the guide surface is helically guided around the longitudinal axis of the nozzle needle, so that improved support of the nozzle needle is provided within the nozzle body of the injector.
  • the recess is designed to allow fuel to flow along the guide section of the nozzle needle. Furthermore, the deaxialization due to the helical design of the guide surface and the offset relative to possible other guide sections are minimized.
  • the at least one guide surface overlaps itself or another guide surface when projecting into a projection plane that is arranged at right angles to the longitudinal axis of the nozzle needle, so that the nozzle needle can be stabilized particularly well.
  • the guide surface extends essentially over an angular segment in the projection plane of 60° to 90°, in particular over 65° to 75°, so that the nozzle needle can be reliably supported even by a small number of guide surfaces.
  • the guide section has at least one guide tooth which is guided helically around the longitudinal axis of the nozzle needle, the guide surface being arranged radially on the outside of the guide tooth.
  • the guide tooth has involute toothing.
  • the guide tooth can be introduced into the nozzle needle simply by means of a cold forming process.
  • the ratio of the area of the recess of the guide section to a total area of the nozzle needle in the profile section or in the projection plane is 0.15 to 0.30, in particular between 0.18 and 0.25, so that a pressure reduction during delivery of fuel along the nozzle needle along the guide section is kept low by the recess.
  • the guide section is introduced into the nozzle needle by means of cold forming, in particular by means of the rolling manufacturing method.
  • the nozzle needle can also be mass-produced inexpensively.
  • a base body of the nozzle needle is machined softly, in particular turned, in order to give the nozzle needle a predefined basic shape.
  • a tool with a negative shape is rolled onto the body of the nozzle needle and the shape of the guide section or its guide surface and recess is thus introduced into the nozzle needle.
  • the body of the nozzle needle is tempered and then at least the guide surfaces are hard-machined, in particular hard-turned or ground.
  • the nozzle needle can be produced at low cost, since the guide surface or the recess of the guide section is soft-worked at low cost of the body of the nozzle needle. As a result, the cycle time in the manufacture of the nozzle needle can be reduced.
  • figure 1 shows a side view of a nozzle needle 1 and figure 2 shows a longitudinal section through an injector 2 with the figure 1 shown nozzle needle 1.
  • the nozzle needle 1 has a spring section 5 which is surrounded by a spring 40 in the installed state in the injector 2 .
  • a compression section 6 is then arranged, onto which a ring 50 is pressed when the injector 2 is in the installed state.
  • the ring 50 serves to introduce tension forces from the spring 40 into the nozzle needle 1.
  • the nozzle needle tapers downwards from the compression section 6 1 via the narrowing section 7 towards a constriction 8.
  • a first guide section 11 is arranged adjacent thereto. On the underside, the first guide section 11 is delimited by a further constriction 8, which is adjoined by a shaft 12. This is followed by a second guide section 13 which is delimited on both sides by further constrictions 8 .
  • a further shaft 14 is arranged from the constriction 8 arranged at the bottom.
  • the nozzle needle 1 then tapers over several cone sections towards a tip 16 of the nozzle needle 1.
  • a seat area 15 is provided between the further shaft 14 and the tip 16, which rests on the nozzle body 3 of the injector 2 when the injector 2 is in the closed position .
  • the injector is designed for injecting fuel into the cylinder combustion chambers of an internal combustion engine. Both the injection time and the fuel quantity to be injected are determined by a position of the nozzle needle 1 in the injector 2 . In order to control the injection process, the nozzle needle 1 is raised and lowered along its longitudinal axis 10 in a nozzle body 3 of the injector.
  • the first guide section 11 and the second guide section 13 serve to guide the nozzle needle in the nozzle body 3 of the injector during the stroke movement and to prevent the nozzle needle 1 from deflecting axially during the stroke movement. Furthermore, in an intermediate space 31 between the nozzle body and the peripheral surface of the nozzle needle 1, fuel is conveyed to the tip 16 of the nozzle needle 1, which is then injected under high pressure through an opening 32 at the lower end of the injector 2 into the cylinder combustion chamber when the nozzle needle is in the open position.
  • figure 3 shows one with a dashed line in figure 2 marked section of the injector 2 and figure 4 shows a cross-section along an in figure 2 shown sectional plane BB through the injector 2.
  • the guide portion 11 includes a plurality of guide teeth 20 by individual recesses 21 from each other are separated.
  • the guide teeth 20 have the contour of an involute toothing, so that the tooth flanks 32 of the guide teeth 20 are convex and the toothing base 23 is concave.
  • a guide surface 14 , 15 , 16 is arranged radially on the outside on each of the guide teeth 20 .
  • a first guide surface 14 or a second guide surface 15 or a third guide surface 16 each have a predefined width B defined in the circumferential direction of the nozzle needle 1 .
  • the width of the guide surface 14, 15, 16 in the circumferential direction of the nozzle needle 1 is preferably 1.5 to 5° wide in relation to an angular segment defined by the guide surface 14, 15, 16.
  • the width B is advantageously in particular between 2° and 3°, in a particularly advantageous embodiment between 2.2° and 2.3°.
  • the guide teeth 20 or the guide surfaces 14, 15, 16 and the recesses 21 are arranged helically with respect to the longitudinal axis on the peripheral surface of the nozzle needle 1.
  • the recesses 21 are provided in the first guide section 11 to prevent a fuel flow from in figure 2 and 3 provide up in the direction of the tip 16 of the nozzle needle 1 on the first guide portion 11 along.
  • the guide surfaces 14 , 15 , 16 rest on an inner surface, in the embodiment on a corresponding inner circumferential surface 30 of the nozzle body 3 .
  • Each guide surface 14, 15, 16 encloses a corresponding guide segment 140, 150, 160 in each case. Due to the abutment of the guide surfaces 14, 15, 16, the nozzle needle 1 is stabilized in its lifting movement, ie in the movement in the direction of the longitudinal axis 10, which overlaps with a longitudinal axis (not shown) of the injector 2.
  • the width of the guide segment 140, 150, 160 corresponding to the respective guide surface 14, 15, 16 can be increased despite a small width B of the guide surfaces 14, 15, 16, so that the nozzle needle 1 in a wide angular or circumferential segment of the nozzle needle 1 and is thus reliably guided in its lifting movement.
  • a projection plane AA is also shown with a dashed line, which is arranged at right angles to the longitudinal axis 10 or whose plane vector runs parallel to the longitudinal axis 10 . If the guide surfaces 14, 15, 16 are projected into the projection plane AA (below the section of the injector 2 in figure 3 shown), each guide segment 14, 15, 16 forms a corresponding circle segment. It is particularly advantageous for stabilizing the nozzle needle 1 if the respective corresponding circle segments overlap in the projection plane AA.
  • first guide surface 14 and the second or the third guide surface 15, 16 lie axially at the same height the inner peripheral surface 30 of the nozzle body 3 of the injector 2.
  • first guide surface 14 is in an upper area of the first guide section 11 and the second guide surface 15 is in a lower area of the guide surface 15 at the same axial height on the inner peripheral surface 30 of the nozzle body 3 of the injector 2. This additionally stabilizes the nozzle needle and prevents nozzle needle 1 from becoming deaxial.
  • the guide teeth 20 or the respective guide surfaces 14, 15, 16 lying radially on the outside have a pitch of 17° to 25°, in particular of 20° to 22°. Due to the number of six guide teeth 20 selected in the embodiment in the first guide section 11, the guide surfaces 14, 15, 16 overlap in the plane of projection AA through the projected guide segments 140, 150, 160 in such a way that they are one in the plane of projection AA form a closed circle together. In this way, a particularly good stabilization of the nozzle needle 1 is made possible by the first guide section 11 .
  • a particularly advantageous configuration of the embodiment is when the guide surfaces 14, 15, 16 or the corresponding guide segments 140, 150, 160 each enclose an angular segment of 60° to 90°, in particular of 65° to 75°. It is also conceivable that the guide surface winds completely around the nozzle needle at least once and thus encloses an angular segment of at least 360°. This would result in the guide surface overlapping itself in the projection plane A-A in the case of an angular segment of more than 360°.
  • the in the figures 1 and 2 The second guide section 13 shown is designed analogously to the first guide section 11 .
  • the only difference between the second guide section 13 and the first guide section 11 is that the axial extension of the second guide section 13 in the direction of the longitudinal axis 10 is shorter than that of the first guide section 11.
  • the slope of the two guide sections 11, 13 is identical.
  • Two guide sections 11 , 13 are also provided in the embodiment, which are spatially separated from one another by the shaft 12 . As a result, the deaxialization of the nozzle needle 1 can be reduced. Alternatively, it is also conceivable to merge the two guide sections 11, 13 into one guide section without spatial separation in order to provide reliable guidance of the nozzle needle 1.
  • the ratio of all the added areas A A of the recesses 21 to a total area A D of the nozzle needle in the profile section BB is (cf. figure 4 ) 0.15 to 0.30, but especially 0.18 to 0.25. In this way it can be ensured that the fuel flow towards the tip 16 of the injector 2 is not impaired by the guide section 11 , 13 . Furthermore, the fuel on the guide surfaces 14 , 15 , 16 towards the inner peripheral surface 30 of the nozzle body 3 of the injector 2 serves as lubrication in order to avoid increased wear between the nozzle needle 1 and the nozzle body 3 .
  • a basic shape is introduced into a non-illustrated base body or a blank of the nozzle needle 1 by soft machining, in particular by turning.
  • the first guide section 11 or second guide section 13 can be introduced by cold forming, in particular by rolling. It is particularly advantageous here if only a single tool is used to roll up the first guide section 11 and the second guide section 13, so that in one manufacturing step both guide sections 11, 13 or their recesses 21 and guide surfaces 14, 15, 16 can be rolled into the Nozzle needle 1 can be introduced.
  • the constrictions 8 are on the top and bottom of the first guide section 11 and second guide section 13 intended.
  • the material of the base body is displaced into this constriction 8 without the shank 12 thickening and thus falling below a predefined distance between the nozzle needle 1 and the inner peripheral surface 30 of the nozzle body 3 due to the bead formation.
  • the choice of involute toothing for the guide section 11, 13 is particularly advantageous here, since the tool essentially rolls on the nozzle needle 1 and a sliding process between the tool and the nozzle needle 1 is avoided. This results in high processing accuracy and low tool wear.
  • the base body of the nozzle needle 1 is tempered, ie subjected to a heat treatment, in order to give the surface of the nozzle needle 1 the properties necessary for the operating properties, in particular a predefined hardness.
  • the first guide section 11 and the second guide section 13 as well as the seat area 15 and the pressing section 6 are reworked by means of hard machining, in particular by means of a hard turning process or a grinding process, in order to achieve high dimensional accuracy and surface quality of said sections 6, 11, 13, 15 guarantee.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Düsennadel für einen Injektor zur Kraftstoffeinspritzung und einen Injektor mit solch einer Düsennadel, aufweisend wenigstens einen Führungsabschnitt und einer Ausnehmung mit einer Führungsfläche, wobei die Führungsfläche ausgelegt ist, an einer Innenfläche eines Düsenkörpers des Injektors anzuliegen, und die Ausnehmung die Führungsfläche zumindest teilweise begrenzt und ausgelegt ist, einen Kraftstofffluss entlang des Führungsabschnitts zu ermöglichen.
  • Es sind Düsennadeln (wie zum Beispiel offenbart in JPH10176631 ) für Injektoren zur Einspritzung von Kraftstoff in Zylinderbrennräume einer Brennkraftmaschine bekannt, die einen Führungsabschnitt aufweisen. Der Führungsabschnitt weist hierbei Führungsflächen auf, die durch Ausnehmungen voneinander getrennt sind. Die Führungsflächen dienen dazu, an einer Innenfläche des Düsenkörpers des Injektors anzuliegen und die Düsennadel in ihrer Hubbewegung zu führen. Die Ausnehmungen sind dazu vorgesehen, um Kraftstoff parallel zur Längsachse der Düsennadel entlang der Düsennadel im Düsenkörper des Injektors vorbeiströmen zu lassen. Die Ausnehmungen sind üblicherweise parallel zu einer Längsachse der Düsennadel ausgerichtet und werden üblicherweise durch geschliffene Nuten oder das Abtragen der Umfangsfläche hin zu einem Drei- oder Vierkantprofil mittels eines spannenden Hartbearbeitungsprozesses in die Düsennadel eingebracht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Stabilisierung der Düsennadel in dem Düsenkörper des Injektors und eine einfachere Herstellung der Düsennadel zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Düsennadel gemäß Anspruch 1 und einem Injektor mit solch einer Düsennadel gemäß Anspruch 5 dadurch gelöst, dass die Düsennadel einen Führungsabschnitt zur Führung der Düsennadel bei einer Hubbewegung parallel zu einer Längsachse in einem Düsenkörper des Injektors aufweist, wobei der Führungsabschnitt wenigstens eine Führungsfläche und eine Ausnehmung umfasst. Die Führungsfläche liegt an einer Innenfläche des Düsenkörpers des Injektors an. Die Führungsfläche ist schraubenförmig um die Längsachse der Düsennadel geführt, so dass eine verbesserte Abstützung der Düsennadel innerhalb des Düsenkörpers des Injektors bereitgestellt wird. Die Ausnehmung ist ausgelegt, einen Kraftstofffluss entlang des Führungsabschnitts der Düsennadel zu ermöglichen. Ferner werden die Desaxialisierung aufgrund der schraubenförmigen Ausbildung der Führungsfläche und der Versatz gegenüber möglichen weiteren Führungsabschnitten zueinander minimiert.
  • Erfindungsgemäß überlappt sich die wenigstens eine Führungsfläche bei einer Projektion in eine Projektionsebene, die rechtwinklig zu der Längsachse der Düsennadel angeordnet ist, mit sich selbst oder einer weiteren Führungsfläche, so dass die Düsennadel besonders gut stabilisierbar ist.
  • Besonders vorteilhaft für die Stabilisierung der Düsennadel ist, wenn die Führungsfläche und die weitere Führungsfläche in der Projektionsebene einen geschlossenen Kreis bilden.
  • Erfindungsgemäß erstreckt sich die Führungsfläche im Wesentlichen über ein Winkelsegment in der Projektionsebene von 60° bis 90°, insbesondere über 65° bis 75°, so dass eine zuverlässige Abstützung der Düsennadel bereits über eine geringe Anzahl von Führungsflächen erfolgen kann.
  • Erfindungsgemäß weist der Führungsabschnitt wenigstens einen Führungszahn auf, der schraubenförmig um die Längsachse der Düsennadel geführt ist, wobei radial außenseitig an dem Führungszahn die Führungsfläche angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Führungsfläche an dem Führungszahn kann zuverlässig Kraftstoff entlang der Düsennadel auf den Weg über den Führungsabschnitt entlang des Führungszahns gefördert werden.
  • Erfindungsgemäß weist der Führungszahn eine Evolventenverzahnung auf. Auf diese Weise kann der Führungszahn einfach mittels Kaltumformverfahren in die Düsennadel eingebracht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis der Fläche der Ausnehmung des Führungsabschnitts zu einer Gesamtfläche der Düsennadel im Profilschnitt bzw. in der Projektionsebene 0,15 bis 0,30, insbesondere zwischen 0,18 und 0,25, so dass eine Druckreduzierung bei der Förderung von Kraftstoff entlang der Düsennadel entlang des Führungsabschnitts durch die Ausnehmung gering gehalten ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Führungsabschnitt mittels Kaltumformung, insbesondere mittels des Herstellungsverfahrens Rollen, in die Düsennadel eingebracht. Auf diese Weise kann die Düsennadel kostengünstig auch in Großserie hergestellt werden.
  • Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer oben beschriebenen Düsennadel für einen Injektor gemäß Anspruch 6. Dazu wird ein Grundkörper der Düsennadel weich bearbeitet, insbesondere gedreht, um der Düsennadel eine vordefinierte Grundform zu geben. Zur Ausbildung des Führungsabschnittes bzw. zur Einbringung von wenigstens einer Ausnehmung und wenigstens einer Führungsfläche wird ein Werkzeug mit Negativform auf dem Grundkörper der Düsennadel abgerollt und so die Form des Führungsabschnitts bzw. dessen Führungsfläche und Ausnehmung in die Düsennadel eingebracht. Der Grundkörper der Düsennadel wird vergütet und anschließend werden wenigstens die Führungsflächen hart bearbeitet, insbesondere hartgedreht oder geschliffen. Auf diese Weise kann die Düsennadel kostengünstig herstellt werden, da die Führungsfläche bzw. die Ausnehmung des Führungsabschnittes mittels einer kostengünstigen Weichbearbeitung des Grundkörpers der Düsennadel hergestellt werden. Dadurch kann die Taktzeit in der Herstellung der Düsennadel reduziert werden.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
    • Figur 1 eine Seitenansicht einer Düsennadel,
    • Figur 2 eine Schnittansicht eines Injektors mit der in Figur 1 gezeigten Düsennadel,
    • Figur 3 einen Teilausschnitt des in Figur 2 gezeigten Injektors mit einem Führungsabschnitt der Düsennadel, und
    • Figur 4 einen Querschnitt durch den Injektor und die Düsennadel im Bereich des Führungsabschnittes zeigen.
  • Im Folgenden werden gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen benannt.
  • Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Düsennadel 1 und Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Injektor 2 mit der in Figur 1 gezeigten Düsennadel 1.
  • Die Düsennadel 1 weist einen Federabschnitt 5 auf, der in montiertem Zustand in dem Injektor 2 von einer Feder 40 umfasst wird. Daran anschließend ist ein Verpressungsabschnitt 6 angeordnet, auf den in montiertem Zustand des Injektors 2 ein Ring 50 aufgepresst ist. Der Ring 50 dient zur Einleitung von Verspannungskräften aus der Feder 40 in die Düsennadel 1. Vom Verpressungsabschnitt 6 nach unten hin verjüngt sich die Düsennadel 1 über den Verjüngungsabschnitt 7 hin zu einer Einschnürung 8. Daran angrenzend ist ein erster Führungsabschnitt 11 angeordnet. Unterseitig wird der erste Führungsabschnitt 11 durch eine weitere Einschnürung 8 begrenzt, an die sich ein Schaft 12 anschließt. Daran schließt sich ein zweiter Führungsabschnitt 13 an, der beidseitig durch weitere Einschnürungen 8 begrenzt wird. Von der zuunterst angeordneten Einschnürung 8 ist ein weiterer Schaft 14 angeordnet. Daran anschließend verjüngt sich die Düsennadel 1 über mehrere Kegelabschnitte hin zu einer Spitze 16 der Düsennadel 1. Dabei ist zwischen dem weiteren Schaft 14 und der Spitze 16 ein Sitzbereich 15 vorgesehen, der in geschlossener Stellung des Injektors 2 an dem Düsenkörper 3 des Injektors 2 aufliegt.
  • Der Injektor ist zur Einspritzung von Kraftstoff in Zylinderbrennräume einer Brennkraftmaschine ausgelegt. Dabei werden sowohl der Einspritzzeitpunkt als auch die einzuspritzende Kraftstoffmenge durch eine Position der Düsennadel 1 in dem Injektor 2 bestimmt. Um den Einspritzvorgang zu steuern, wird die Düsennadel 1 entlang ihrer Längsachse 10 in einem Düsenkörper 3 des Injektors angehoben und gesenkt.
  • Der erste Führungsabschnitt 11 und der zweite Führungsabschnitt 13 dienen dazu, die Düsennadel im Düsenkörper 3 des Injektors in der Hubbewegung zu führen und ein axiales Ausweichen der Düsennadel 1 bei der Hubbewegung zu verhindern. Ferner wird in einem Zwischenraum 31 zwischen dem Düsenkörper und der Umfangsfläche der Düsennadel 1 Kraftstoff hin zur Spitze 16 der Düsennadel 1 gefördert, der dann bei geöffneter Düsennadelstellung unter hohem Druck über eine Öffnung 32 am unteren Ende des Injektors 2 in den Zylinderbrennraum eingespritzt wird.
  • Figur 3 zeigt einen mit gestrichelter Linie in Figur 2 markierten Ausschnitt des Injektors 2 und Figur 4 zeigt einen Querschnitt entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene B-B durch den Injektor 2. Der Führungsabschnitt 11 umfasst mehrere Führungszähne 20, die durch einzelne Ausnehmungen 21 voneinander getrennt sind. Die Führungszähne 20 weisen die Kontur einer Evolventenverzahnung auf, so dass die Zahnflanken 32 der Führungszähne 20 konvex und der Verzahnungsgrund 23 konkav ausgebildet ist. Radial außen liegend ist an jedem der Führungszähne 20 jeweils eine Führungsfläche 14, 15, 16 angeordnet. Eine erste Führungsfläche 14 bzw. eine zweite Führungsfläche 15 bzw. eine dritte Führungsfläche 16 weisen jeweils eine vordefinierte, in Umfangsrichtung der Düsennadel 1 definierte Breite B auf. Bevorzugterweise ist die Breite der Führungsfläche 14, 15, 16 in Umfangsrichtung der Düsennadel 1 bezogen auf ein von der Führungsfläche 14, 15, 16 festgelegtes Winkelsegment 1,5 bis 5° breit. Vorteilhafterweise liegt die Breite B insbesondere zwischen 2° und 3°, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zwischen 2,2° und 2,3°.
  • Die Führungszähne 20 bzw. die Führungsflächen 14, 15, 16 und die Ausnehmungen 21 sind schraubenförmig in Bezug auf die Längsachse an der Umfangsfläche der Düsennadel 1 angeordnet. Die Ausnehmungen 21 sind in dem ersten Führungsabschnitt 11 dazu vorgesehen, einen Kraftstofffluss von in Figur 2 und 3 oben in Richtung der Spitze 16 der Düsennadel 1 am ersten Führungsabschnitt 11 entlang bereitzustellen.
  • Die Führungsflächen 14, 15, 16 liegen in montiertem Zustand der Düsennadel 1 an einer Innenfläche, in der Ausführungsform an einer korrespondierenden inneren Umfangsfläche 30 des Düsenkörpers 3 an. Jede Führungsfläche 14, 15, 16 schließt dabei jeweils ein korrespondierendes Führungssegment 140, 150, 160 ein. Durch das Anliegen der Führungsflächen 14, 15, 16 wird die Düsennadel 1 in ihrer Hubbewegung, also in der Bewegung in Richtung der Längsachse 10, die sich mit einer nichtdargestellten Längsachse des Injektors 2 überlappt, stabilisiert. Durch die schraubenförmige Ausbildung der Führungsflächen 14, 15, 16 kann trotz einer geringen Breite B der Führungsflächen 14, 15, 16 die Breite des zur jeweiligen Führungsfläche 14, 15, 16 korrespondierenden Führungssegments 140, 150, 160 erhöht werden, so dass die Düsennadel 1 in einem breiten Winkel- bzw. Umfangssegment der Düsennadel 1 anliegt und so zuverlässig in ihrer Hubbewegung geführt ist.
  • In Figur 3 ist ferner mit strichlierter Linie eine Projektionsebene A-A gezeigt, die rechtwinklig zur Längsachse 10 angeordnet ist bzw. deren Ebenenvektor parallel zur Längsachse 10 verläuft. Werden die Führungsflächen 14, 15, 16 in die Projektionsebene A-A projiziert (unterhalb des Ausschnitts des Injektors 2 in Figur 3 dargestellt), so bildet jedes Führungssegment 14, 15, 16 ein korrespondierendes Kreissegment ab. Besonders vorteilhaft für die Stabilisierung der Düsennadel 1 ist es, wenn sich die jeweils korrespondierenden Kreissegmente in der Projektionsebene A-A überlappen.
  • In jeweils einem Überlappungsbereich 145, 146 zwischen einem ersten Führungssegment 140 und einem zweiten Führungssegment 150 bzw. zwischen dem ersten Führungssegment 140 und einem dritten Führungssegment 160 liegen die erste Führungsfläche 14 und die zweite bzw. die dritte Führungsfläche 15, 16 liegt axial gleicher Höhe an der inneren Umfangsfläche 30 des Düsenkörpers 3 des Injektors 2 an. So liegt beispielsweise für einen ersten Überlappungsbereich 145 zwischen dem ersten Führungssegment 140 und dem zweiten Führungssegment 150 die erste Führungsfläche 14 in einem oberen Bereich des ersten Führungsabschnitts 11 und die zweite Führungsfläche 15 in einem unteren Bereich der Führungsfläche 15 auf axial gleicher Höhe an der inneren Umfangsfläche 30 des Düsenkörpers 3 des Injektors 2 an. Dies stabilisiert die Düsennadel zusätzlich und verhindert eine Deaxialisierung der Düsennadel 1.
  • Um eine Überlappung zu gewährleisten, weisen die Führungszähne 20 bzw. die radial außen liegenden jeweiligen Führungsflächen 14, 15, 16 eine Steigung von 17° bis 25°, insbesondere von 20° bis 22° auf. Durch die in der Ausführungsform gewählte Anzahl von sechs Führungszähnen 20 in dem ersten Führungsabschnitt 11 überlappen sich die Führungsflächen 14, 15, 16 in der Projektionsebene A-A durch die projizierten Führungssegmente 140, 150, 160 derart, dass sie in der Projektionsebene A-A einen geschlossener Kreis zusammen bilden. Auf diese Weise wird eine besonders gute Stabilisierung der Düsennadel 1 durch den ersten Führungsabschnitt 11 ermöglicht.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Ausführungsform ist, wenn die Führungsflächen 14, 15, 16 bzw. die korrespondierenden Führungssegmente 140, 150, 160 ein Winkelsegment von 60° bis 90° jeweils einschließen, insbesondere von 65° bis 75°, einschließen. Auch ist denkbar dass die Führungsfläche sich wenigstens einmal vollständig um die Düsennadel windet und so ein Winkelsegment von wenigstens 360° einschließt. Dies hätte zur Folge, dass sich die Führungsfläche bei einem Winkelsegment von größer 360° sich mit sich selbst in der Projektionsebene A-A überlappt.
  • Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte zweite Führungsabschnitt 13 ist analog zum ersten Führungsabschnitt 11 ausgebildet. Einzige Abweichung des zweiten Führungsabschnitts 13 zum ersten Führungsabschnitt 11 ist, dass die axiale Erstreckung des zweiten Führungsabschnitts 13 in Richtung der Längsachse 10 kürzer ist als die des ersten Führungsabschnitts 11. Dies hat bei gleicher Steigung der Führungsflächen des zweiten Führungsabschnitts 13 zur Folge, dass diese bzw. deren von ihnen eingeschlossenen Führungssegmente sich in einer Projektionsebene B-B nicht überlappen.
  • Um eine Überlappung der zu den Führungsflächen korrespondierenden Führungssegmente auch im zweiten Führungsabschnitt 13 zu gewährleisten, wäre denkbar, die Steigung der Führungsflächen bzw. der Führungszähne zu erhöhen oder die axiale Erstreckung des zweiten Führungsabschnitts 13 zu erhöhen.
  • In der Ausführungsform ist die Steigung der beiden Führungsabschnitte 11, 13 identisch. Alternativ ist auch denkbar, die Steigung gegenläufig zu wählen, um eine Verwirbelung des Kraftstoffs im Zwischenraum 31 zwischen Düsenkörper 3 und Düsennadel 1 durch den ersten Führungsabschnitt 11 zu reduzieren oder an eine gewünschte Zerstäubung des Kraftstoffs beim Einspritzvorgang anzupassen.
  • Auch sind in der Ausführungsform zwei Führungsabschnitte 11, 13 vorgesehen, die durch den Schaft 12 räumlich voneinander getrennt sind. Dadurch kann die Desaxialisierung der Düsennadel 1 reduziert werden. Alternativ ist auch denkbar, die beiden Führungsabschnitte 11, 13 zu einem Führungsabschnitt ohne räumliche Trennung zu verschmelzen, um eine zuverlässige Führung der Düsennadel 1 bereitzustellen.
  • Um einen ausreichenden Kraftstofffluss an den Führungsabschnitten 11, 13 zu ermöglichen, beträgt das Verhältnis aller aufsummierten Flächen AA der Ausnehmungen 21 zu einer Gesamtfläche AD der Düsennadel im Profilschnitt B-B (vgl. Figur 4) 0,15 bis 0,30, insbesondere aber 0,18 bis 0,25. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass durch den Führungsabschnitt 11, 13 der Kraftstofffluss hin zur Spitze 16 des Injektors 2 nicht beeinträchtigt ist. Ferner dient der Kraftstoff an den Führungsflächen 14, 15, 16 hin zu der inneren Umfangsfläche 30 des Düsenkörpers 3 des Injektors 2 als Schmierung, um den erhöhten Verschleiß zwischen der Düsennadel 1 und dem Düsenkörper 3 zu vermeiden.
  • Zur Herstellung der Düsennadel 1 wird in einen nichtdargestellten Grundkörper bzw. einen Rohling der Düsennadel 1 eine Grundform durch Weichbearbeitung, insbesondere durch Drehen eingebracht. Im Anschluss an das Drehen kann der erste Führungsabschnitt 11 bzw. zweite Führungsabschnitt 13 durch Kaltumformen, insbesondere durch Rollen, eingebracht werden. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn nur ein einziges Werkzeug zum Aufrollen des ersten Führungsabschnitts 11 und des zweiten Führungsabschnitts 13 verwendet wird, so dass in einem Herstellungsschritt beide Führungsabschnitte 11, 13 bzw. deren Ausnehmungen 21 und Führungsflächen 14, 15, 16 in die Düsennadel 1 eingebracht werden können. Um das bei dem Rollen verdrängte Material ausweichen zu lassen, sind die Einschnürungen 8 oberseitig und unterseitig des ersten Führungsabschnitts 11 bzw. zweiten Führungsabschnitt 13 vorgesehen. Beim Rollen wird in diese Einschnürung 8 das Material des Grundkörpers verdrängt, ohne dass der Schaft 12 sich verdickt und so ein vordefinierter Abstand zwischen der Düsennadel 1 und der inneren Umfangsfläche 30 des Düsenkörpers 3 durch die Wulstbildung unterschritten wird. Hierbei ist die Wahl einer Evolventenverzahnung für den Führungsabschnitt 11, 13 von besonderem Vorteil, da hierbei das Werkzeug im Wesentlichen auf der Düsennadel 1 abrollt und ein Gleitvorgang zwischen Werkzeug und Düsennadel 1 vermieden wird. Dies resultiert in einer hohen Verarbeitungsgenauigkeit und in einem geringen Verschleiß des Werkzeugs.
  • Alternativ ist denkbar, einen korrespondierenden Führungsabschnitt 11, 13 mit jeweils einem separaten Werkzeug zu rollen, um so auf gegebenenfalls notwendige Geometrieunterschiede, insbesondere eine geänderte Steigung in der Herstellung eingehen zu können.
  • Im Anschluss an das Rollen wird der Grundkörper der Düsennadel 1 vergütet, also einer Wärmebehandlung unterzogen, um der Oberfläche der Düsennadel 1 die für die Betriebseigenschaften notwendigen Eigenschaften, insbesondere eine vordefinierte Härte zu verleihen. Daran anschließend werden der erste Führungsabschnitt 11 und der zweite Führungsabschnitt 13 sowie der Sitzbereich 15 und der Verpressungsabschnitt 6 mittels einer Hartbearbeitung, insbesondere mittels eines Hartdrehvorgangs oder eines Schleifvorgangs nachbearbeitet, um eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte der genannten Abschnitte 6, 11, 13, 15 zu gewährleisten.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (6)

  1. Düsennadel (1) für einen Injektor (2) zur Kraftstoffeinspritzung aufweisend wenigstens einen Führungsabschnitt (11, 13) mit einer Ausnehmung (21) und einer Führungsfläche (14, 15, 16), wobei die Führungsfläche (14, 15, 16) ausgelegt ist, an einer Innenfläche (30) eines Düsenkörpers (3) des Injektors (2) anzuliegen, die Ausnehmung (21) die Führungsfläche (14, 15, 16) zumindest teilweise begrenzt und ausgelegt ist, einen Kraftstofffluss entlang des Führungsabschnitts (11, 13) zu ermöglichen, und die Führungsfläche (14, 15, 16) schraubenförmig um die Längsachse (10) der Düsennadel (1) geführt ist, wobei sich die Führungsfläche (14, 15, 16) im Wesentlichen über ein Winkelsegment von 60 Grad bis 90 Grad, insbesondere von 65 Grad bis 75 Grad, in der Projektionsebene erstreckt, wobei die wenigstens eine Führungsfläche (14, 15, 16) sich bei einer Projektion in eine Projektionsebene (A-A), die rechtwinklig zu der Längsachse (10) der Düsennadel (1) angeordnet ist, sich mit sich selbst oder einer weiteren Führungsfläche (14, 15, 16) überlappt, und der Führungsabschnitt (11, 13) wenigstens einen Führungszahn (20) aufweist, der schraubenförmig um die Längsachse (10) geführt ist, wobei radial außenseitig an dem Führungszahn (20) die Führungsfläche (14, 15, 16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet dass der Führungszahn (20) eine Evolventenverzahnung aufweist.
  2. Düsennadel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Fläche der Ausnehmung (21) zu einer Gesamtfläche der Düsennadel (1) im Profilschnitt (B-B) 0,15 bis 0,30, insbesondere von 0,18 bis 0,25, ist.
  3. Düsennadel (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche (14, 15, 16) eine Breite (B) bezogen auf ein von der Führungsfläche (14, 15, 16) festgelegtes Winkelsegment in Umfangsrichtung der Düsennadel (1) von 1,5 Grad bis 5 Grad, insbesondere von 2 Grad bis 3 Grad, insbesondere von 2,2 bis 2,3 Grad einschließt.
  4. Düsennadel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (11, 13) mittels Kaltumformung, insbesondere mittels Rollen, in die Düsennadel (1) eingebracht ist.
  5. Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff in Zylinderbrennräume einer Brennkraftmaschine aufweisend einen Düsenkörper (3) mit einer Innenfläche (30) und eine Düsennadel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Führungsfläche (14, 15, 16) der Düsennadel (1) an der Innenfläche (30) des Düsenkörpers (3) zumindest teilweise anliegt und die Düsennadel (1) in ihrer Bewegung führt.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Düsennadel (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff in Zylinderbrennräume einer Brennkraftmaschine,
    - wobei ein Grundkörper der Düsennadel (1) weichbearbeitet wird, insbesondere gedreht wird,
    - wobei wenigstens eine Ausnehmung (21) und wenigstens eine Führungsfläche (14, 15, 16) mittels Rollen in den Grundkörper der Düsennadel (1) eingebracht werden,
    - wobei der Grundkörper vergütet wird,
    - und wobei die Führungsfläche (14, 15, 16) des Führungsabschnitts (11, 13) hartbearbeitet, insbesondere hartgedreht oder geschliffen wird.
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