DE102005039205A1

DE102005039205A1 - Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil

Info

Publication number: DE102005039205A1
Application number: DE200510039205
Authority: DE
Inventors: Robert Kuchler; Willibald Dr. Schürz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: DE102005039205B4

Abstract

Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, mit einem Düsenkörper (2), der eine Düsenkörperausnehmung (14) mit einer Wand (15) aufweist, wobei die Düsenkörperausnehmung (14) mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar ist. Die Düsenbaugruppe hat einen an der Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildeten Dichtsitz (50), von dem mindestens eine Einspritzdüse (24) abgeht, sowie mindestens eine in der Düsenkörperausnehmung (14) aixal beweglich angeordnete Düsennadel (16). Die Düsennadel (16) weist einen konusförmigen Sitzbereich (52) auf, der sich, bezogen auf eine Mittelachse (M) der Düsennadel (16), von einem inneren Radius (R¶i¶) bis zu einem äußeren Radius (R¶a¶) erstreckt. Der konusförmige Sitzbereich (52) weist eine Dichtfläche (54) auf, die mit dem Dichtsitz (50) so zusammenwirkt, dass die Düsennadel (16) in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) freigibt. Die Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) hat einen ersten Wandabschnitt (70), der sich von dem inneren Radius (R¶i¶) bis zu dem äußeren Radius (R¶a¶) erstreckt, einen zweiten Wandabschnitt (72), der sich innerhalb des inneren Radius (R¶i¶) erstreckt, und einen dritten Wandabschnitt (74), der sich außerhalb des äußeren Radius (R¶a¶) erstreckt. DOLLAR A Der Düsenkörper (2) weist mindestens eine Nut (62) auf, die in dem ersten Wandabschnitt (70) der ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, mit einem Düsenkörper, der eine Düsenkörperausnehmung mit einer Wand aufweist. Die Düsenkörperausnehmung ist mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar. An der Wand der Düsenkörperausnehmung ist ein Dichtsitz ausgebildet, von dem mindestens eine Einspritzdüse abgeht. Ferner weist die Düsenbaugruppe mindestens eine in der Düsenkörperausnehmung axial beweglich angeordnete Düsennadel auf, wobei die Düsennadel einen konusförmigen Sitzbereich aufweist, der sich bezogen auf eine Mittelachse M der Düsennadel von einem inneren Radius R_i bis zu einem äußeren Radius R_a erstreckt. Der konusförmige Sitzbereich weist eine Dichtfläche auf, die mit dem Dichtsitz so zusammenwirkt, dass die Düsennadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse frei gibt.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.
Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zu gemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2000 Bar. Derart hohe Drücke stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Düsenbaugruppe als auch an deren Konstruktion. Gleichzeitig müssen größere Kräfte von der Düsenbaugruppe aufgenommen werden.

Aus der DE 103 414 52 A1 ist ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, wobei in einem Ventilkörper ein äußerer und ein innerer Ventilsitz ausgebildet sind, die jeweils eine Konusform aufweisen und von denen wenigstens eine äußere bzw. eine innere Einspritzöffnung abgeht. In dem Ventilkörper ist eine Ventilhohlnadel angeordnet, die eine äußere Ventildichtfläche aufweist, mit der sie mit dem äußeren Ventilsitz zusammenwirkt und so die Öffnung der wenigstens einen äußeren Einspritzöffnung steuert. In der Ventilhohlnadel ist eine Ventilnadel angeordnet, die eine innere Ventildichtfläche aufweist, mit der sie mit dem inneren Ventilsitz zusammenwirkt und so die Öffnung der wenigstens einen inneren Einspritzöffnung steuert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düsenbaugruppe und ein Einspritzventil zu schaffen, die einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, mit einem Düsenkörper, der eine Düsenkörperausnehmung mit einer Wand aufweist. Die Düsenkörperausnehmung ist mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar. Die Düsenbaugruppe hat mindestens einen an der Wand der Düsenkörperausnehmung ausgebildeten Dichtsitz, von dem mindestens eine Einspritzdüse abgeht. Sie weist mindestens eine in der Düsenkörperausnehmung axial beweglich angeordnete Düsennadel auf. Die Düsennadel weist einen konusförmigen Sitzbereich auf, der sich bezogen auf eine Mittelachse M der Düsennadel von einem inneren Radius R_i bis zu einem äußeren Radius R_a erstreckt, wobei der konusförmige Sitzbereich mindestens eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Dichtsitz so zusammenwirkt, dass die Düsennadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse frei gibt. Die Wand der Düsenkörperausnehmung hat einen ersten Wandabschnitt, der sich von dem inneren Radius R_i bis zu dem äußeren Radius R_a erstreckt, einen zweiten Wandabschnitt, der sich innerhalb des inneren Radius R_i erstreckt, und einen dritten Wandabschnitt, der sich außerhalb des äußeren Radius R_a erstreckt. Der Düsenkörper weist mindestens eine Nut auf, die in dem ersten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung ausgebildet ist. Die Nut ist in der Schließposition der Düsennadel mit der Düsenkörperausnehmung hydraulisch gekoppelt, und somit auch in der Schließposition mit dem Hochdruckkreis hydraulisch koppelbar.

Die Nut ist eine Ausnehmung in dem ersten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung, die bezüglich ihrer Größe und ihren Proportionen im Rahmen des Beschriebenen beliebig ausgeführt sein kann. So kann das Verhältnis der Breite der Nut zur Tiefe der Nut frei gewählt werden, d. h. die Nut kann insbesondere auch breiter als tief sein. Weiter kann das Verhältnis der Breite der Nut zur Länge der Nut beliebig sein, die Breite der Nut kann insbesondere größer als ihre Länge sein.

Zur hydraulischen Kopplung der Nut mit der Düsenkörperausnehmung in der Schließposition der Düsennadel kann die Nut über den ersten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung hinausreichen. Dies bedeutet, dass die Nut auch in dem zweiten oder dritten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung ausgebildet sein kann. Die hydraulische Kopplung kann jedoch auch auf eine andere Art erfolgen.

Durch die Ausbildung der Nut in dem ersten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung wird eine effektive Dichtfläche A_eff zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper reduziert, wobei die effektive Dichtfläche A_eff die Projektion der Dichtfläche auf eine Ebene ist, deren Normalenachse die Mittelachse M ist. Ohne Nut ist die effektive Dichtfläche A_eff,ohne = pi·(R_a ² – R_i ²), mit Nut ergibt sich die effektive Dichtfläche bei einer effektiven Nutfläche A_eff,Nut zu A_eff,mit = pi·(R_a ² – R_i ²) – A_eff,Nut. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Nut kann also die effektive Dichtfläche A_eff geeignet festgelegt werden. Hängt insbesondere die Nadelöffnungskraft F_Öffnung von der effektiven Dichtfläche A_eff ab, so lässt sich die Nadelöffnungskraft F_Öff _nung ebenfalls geeignet festlegen. Die Nut ermöglicht bei vorgegebener effektiver Dichtfläche A_eff auch, den inneren Radius R_i bzw. den äußeren Radius R_a zu variieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Nut in einem zweiten Wandabschnitt und in einem dritten Wandabschnitt der Düsenkörperausnehmung ausgebildet. Damit kann ein in der Düsenkörperausnehmung anliegender Raildruck p_Rail sowohl von der Düsenkörperausnehmung innerhalb des inneren Radius R_i als auch von der Düsenkörperausnehmung außerhalb des äußeren Radius R_a auf die Nut einwirken.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Düsenkörper mehrere Nuten auf, die über den Umfang der Wand der Düsenkörperausnehmung verteilt angeordnet sind. Damit wird eine gleichmäßigere Kraftbeaufschlagung der Düsennadel beim Öffnen der Düse erreicht, was einem Verklemmen der Düsennadel im Düsenkörper entgegenwirkt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Düsenkörper mehrere Nuten aufweist, die, bezogen auf die Mittelachse der Düsennadel, axialsymmetrisch über den Umfang der Wand der Düsenkörperausnehmung verteilt angeordnet sind. Eine axialsymmetrische Verteilung der Nuten über den Umfang der Wand der Düsenkörperausnehmung führt zu einer besonders gleichmäßigen Kraftbeaufschlagung der Düsennadel beim Öffnen, um so einem Verkanten der Düsennadel im Düsenkörper zu begegnen.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, mit einem Düsenkörper, der eine Düsenkörperausnehmung mit einer Wand aufweist. Die Düsenkörperausnehmung ist mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar. Die Düsenbaugruppe hat mindestens einen an der Wand der Düsenkörperausnehmung ausgebildeten Dichtsitz, von dem mindestens eine Einspritzdüse abgeht. Sie weist mindestens eine in der Düsenkörperausnehmung axial beweglich angeordnete Düsennadel auf. Die Düsennadel weist einen konusförmigen Sitzbereich auf, der sich bezogen auf eine Mittelachse M der Düsennadel von einem inneren Radius R_i bis zu einem äußeren Radius R_a erstreckt, wobei der konusförmige Sitzbereich mindestens eine Dichtfläche aufweist, die mit dem Dichtsitz so zusammenwirkt, dass die Düsennadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Ein spritzdüse frei gibt. In dem Sitzbereich der Düsennadel ist mindestens eine Nut so ausgebildet, dass sie in der Schließposition der Düsennadel mit der Düsenkörperausnehmung hydraulisch gekoppelt ist.

Die Nut ist eine Ausnehmung in dem Sitzbereich der Düsennadel, die bezüglich ihrer Größe und ihren Proportionen im Rahmen des Beschriebenen beliebig ausgeführt sein kann. So kann das Verhältnis der Breite der Nut zur Tiefe der Nut frei gewählt werden, d. h. die Nut kann insbesondere auch breiter als tief sein. Weiter kann das Verhältnis der Breite der Nut zur Länge der Nut beliebig sein, die Breite der Nut kann insbesondere größer als ihre Länge sein.

Die Nuten lassen sich in der Düsennadel besonders einfach in ein Bauteil der Düsenbaugruppe einbringen. Durch die hydraulische Kopplung der Nut mit der Düsenkörperausnehmung ist sichergestellt, dass die Nut an den Raildruck p_Rail gekoppelt ist. Außerdem wird die effektive Dichtfläche A_eff gegenüber einer Ausführung ohne Nut um den Betrag A_eff,Nut reduziert. Ohne Nut ist die effektive Dichtfläche A_eff,ohne = pi)·(R_a ² – R_i ²), mit Nut ergibt sich die effektive Dichtfläche bei einer effektiven Nutfläche A_eff,Nut zu A_eff,mit = pi·(R_a ² – R_i ²) – A_eff,Nut. Damit kann durch eine geeignete Ausgestaltung der Nut die effektive Dichtfläche A_eff geeignet festgelegt werden. Für den Fall, dass die Nadelöffnungskraft F_Öffnung insbesondere von der effektiven Dichtfläche A_eff abhängt, ist es möglich, die Nadelöffnungskraft F_Öffnung ebenfalls geeignet festzulegen. Bei vorgegebener effektiver Dichtfläche A_eff ermöglicht die Nut wiederum, den inneren Radius R_i bzw. den äußeren Radius R_a zu variieren.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Nut in dem Sitzbereich der Düsennadel von dem inneren Radius R_i bis zu dem äußeren Radius R_a und ist in der Schließposition der Düsennadel sowohl mit der Düsenkörperausnehmung innerhalb des inneren Radius R_i als auch mit der Düsenkörperausnehmung außerhalb des äußeren Radius R_a hydraulisch gekoppelt. Die Nut kann dann sowohl von den innerhalb des inneren Radius R_i als auch außerhalb des äußeren Radius R_a liegenden Bereichen der Ausnehmung des Düsenkörpers mit Raildruck p_Rail beaufschlagt werden.

Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung durch ein Einspritzventil mit einem Injektorkörper und einer Düsenbaugruppe aus, das den Injektorkörper und die Düsenbaugruppe umfaßt.

Es ist vorteilhaft, wenn der Sitzbereich so ausgebildet ist, dass die Einspritzdüsen zwischen innerem Radius R_i und äußerem Radius R_a angeordnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Einspritzventil im Längsschnitt,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes mit einem Düsenkörper und zwei Düsennadeln,
3 eine weitere vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des ersten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes mit einem Düsenkörper ohne Düsennadeln,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts IV in 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes,
5 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes,
6 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts eines vierten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes, und
7 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in 1 für ein fünftes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils im Bereich des Ventilsitzes.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Einspritzventil mit einem Injektorkörper 1, einem Düsenkörper 2 und einer Düsenspannmutter 4. Der Düsenkörper 2 ist mittels der Düsenspannmutter 4 an dem Injektorkörper 1 befestigt. Der Düsenkörper 2 und der Injektorkörper 1 bilden so eine Einheit aus.
Der Injektorkörper 1 hat eine erste Ausnehmung 6, in der ein Stellantrieb 8 angeordnet ist. Der Stellantrieb 8 ist als Hubstellantrieb ausgebildet und ist vorzugsweise ein Piezoaktuator, der einen Stapel piezoelektrischer Elemente umfasst. Der Piezoaktuator ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von einem angelegten Spannungssignal. Der Stellantrieb kann jedoch auch als ein anderer dem Fachmann für diesen Zweck bekannter und als geeignet bekannter Stellantrieb ausgebildet sein.
Der Stellantrieb 8 wirkt über einen Übertrager 10 auf einen Hubumsetzer ein. Der Hubumsetzer umfasst einen topfförmigen Körper 12, der in einer Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 angeordnet ist und bevorzugt in dieser geführt ist. Der topfförmige Körper 12 ragt in diesem Ausführungsbeispiel in die erste Ausnehmung 6 des Injektorkörpers 1 hinein. Die Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 hat eine Wand 15. In der Ausnehmung 14 ist eine äußere Düsennadel 16 angeordnet, die zusammen mit dem Düsenkörper 2 eine Düsenbaugruppe bildet.
Die äußere Düsennadel 16 ist über eine Übertragerkammer 18 mit dem topfförmigen Körper 12 hydraulisch gekoppelt. Die Übertragerkammer 18 wird durch eine an dem Topfrand des topfförmigen Körpers 12 ausgebildete stirnförmige Fläche, durch einen Absatz an der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 und durch einen Absatz der äußeren Nadel 16 begrenzt.
Die äußere Düsennadel 16 ist in einem Bereich der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 geführt. Sie ist ferner mittels einer ersten Düsenfeder 22 so vorgespannt, dass sie einen Fluidfluss durch eine in einer Düsenkuppe 23 angeordnete erste Einspritzdüse 24 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die äußere Düsennadel 16 einwirken. Die erste Düsenfeder 22 ist in einer Hochdruckkammer 28 angeordnet, die durch den Topfboden des topfförmigen Körpers 12, einen Teilbereich seiner zylinderförmigen Topfwand und einer Stirnfläche 30 der äußeren Düsennadel 16 begrenzt wird.
Die Hochdruckkammer 28 ist mit einem (nicht dargestellten) Hochdruckkreis des Fluids koppelbar. Sie ist in einem eingebauten Zustand des Einspritzventils mit dem Hochdruckkreis gekoppelt.
Die erste Düsenfeder 22 stützt sich einerseits auf den Topfboden des topfförmigen Körpers 12 ab und liegt andererseits auf der Stirnfläche der äußeren Düsennadel 16 auf. Sie ist entsprechend vorgespannt und übt so auf die äußere Düsennadel 16 eine in Schließrichtung wirkende Kraft aus.
Ein erster Spalt 26 ist zwischen der äußeren Düsennadel 16 und dem äußeren topfförmigen Körper 12 ausgebildet. Das Spaltmaß des ersten Spalts 26 ist dabei so gewählt, dass schnelle kurzzeitige Bewegungen des Stellantriebs 8 im wesentlichen frei von Hubverlust umsetzbar sind. Andererseits ist das Spaltmaß des ersten Spalts 26 ausreichend groß gewählt, um damit thermische und verschleißbedingte Längenänderungen in dem Stellantrieb 8 und dem ihm zugeordneten Übertrager 10 auszugleichen, die über die Betriebsdauer des Einspritzventils auftreten können und zwar indem Fluid von der Hochdruckkammer 28 über den ersten Spalt 26 in die Übertragerkammer 18 nachfließt.
Ferner ist ein zweiter Spalt 32 zwischen dem topfförmigen Körper 12 und dem Düsenkörper 2 ausgebildet. Der zweite Spalt 32 ist ebenso wie der erste Spalt 26 und insbesondere in Hinblick auf das Zusammenwirken des ersten und zweiten Spalts 26, 32 so ausgebildet, dass sein Spaltmaß so klein dimensioniert ist, dass schnelle und kurzzeitige Stellbewegungen des Stellantriebs 8 weitgehend frei von Hubverlust auf die äußere Düsennadel 16 übertragen werden. Andererseits ist das Spaltmaß des zweiten Spalts 32 so gewählt, dass damit thermische und verschleißbedingte Längenänderungen des Stellantriebs 8 und des Übertragers 10 ausgeglichen werden. Der zweite Spalt 32 koppelt die Übertragerkammer 18 ebenfalls mit einem Hochdruckkreis, mit dem das Einspritzventil koppelbar ist.
Die äußere Düsennadel 16 ist in axialer Richtung vollständig von einer Ausnehmung 34 durchdrungen, in die eine innere Düsennadel 36 eingebracht ist. Die innere Düsennadel 36 wird mittels einer zweiten Düsenfeder 38 in eine Schließposition vorgespannt, in der sie den Fluidfluss durch eine zweite Einspritzdüse 40 in der Düsenkuppe 23 verhindert. In ihrer Offenposition gibt sie den Fluidfluss durch die zweite Einspritzdüse 40 frei. Bei Betätigung des Stellantriebs 8 wird mit fortgesetzter axialer Ausdehnung des Stellantriebs 8 zuerst die äußere Düsennadel 16 von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die erste Einspritzdüse 24 frei gibt. Mit zunehmendem Hub des Stellantriebs 8 wird ein Spiel zwischen einem Mitnehmer 42, der der inneren Düsennadel 36 zugeordnet ist, und einer Stirnfläche 30 der äußeren Düsennadel 16 aufgebraucht, bis schließlich die äußere Düsennadel 16 die innere Düsennadel 36 über den Mitnehmer 42 mitnimmt und von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition bewegt.
In die innere Düsennadel 36 ist eine Längsbohrung 44 eingebracht, von der die innere Düsennadel 36 von ihrer dem Topfboden des topfförmigen Körpers 12 zugewandten Seite zumindest entlang eines Teils ihrer axialen Erstreckung durchdrungen ist und zwar insbesondere in dem Teil ihrer axialen Erstreckung, in dem sie in der äußeren Düsennadel 16 geführt ist. Die Längsbohrung 44 mündet in eine Radialbohrung 46, die radial nach außen gerichtet ist. Das Fluid, insbesondere der Kraftstoff, kann so von der Hochdruckkammer 28 durch die Längsbohrung 44 weiter durch die Radialbohrung 46 und anschließend in den Zwischenraum zwischen der inneren Düsennadel 36 und der äußeren Düsennadel 16 hin in Richtung zu der zweiten Einspritzdüse 40 strömen. Bevorzugt ist ferner eine weitere Radialbohrung 48 stromabwärts der Radialbohrung 46 in der äußeren Düsennadel 16 ausgebildet, über die dann das Fluid weiter durch einen Zwischenraum zwischen der äußeren Düsennadel 16 und dem Düsenkörper 2 hin zu der ersten Einspritzdüse 24 strömen kann. Dadurch kann das Fluid so günstig geführt werden, dass der Hubumsetzer zuverlässig in dem Düsenkörper 2 geführt ist.
In den 2 bis 7 ist der Bereich der Düsenkuppe 23 jeweils vergrößert dargestellt.
2 zeigt in einem erstes Ausführungsbeispiel des Einspritzventils den Bereich der Düsenkuppe 23 der Düsenbaugruppe vor dem Einbringen der weiter unten beschriebenen Nuten. Die äußere Düsennadel 16 erstreckt sich, bezogen auf eine Mittelachse M der Düsennadel 16 von einem inneren Radius R_i bis zu einem äußeren Radius R_a.
Der Düsenkörper 2 weist in dem an die äußere Düsennadel 16 angrenzenden Bereich einen Dichtsitz 50 und in dem an die innere Düsennadel 36 angrenzenden Bereich einen Innendichtsitz 51 auf. Die äußere Düsennadel 16 hat in ihrem an den Düsenkörper 2 grenzenden Bereich einen Sitzbereich 52, der kegelförmig ausgebildet ist und sich von einem inneren Radius R_i bis zu einem äußeren Radius R_a erstreckt. Die innere Düsennadel 36 hat in ihrem an den Düsenkörper 2 grenzenden Bereich einen Innensitzbereich 53. Der Dichtsitz 50 des Düsenkörpers 2 wirkt mit einer Dichtfläche 54 der äußeren Düsennadel 16 so zusammen, dass in der Schließposition der äußeren Düsennadel 16 der Fluidstrom durch die erste Einspritzdüse 24 unterbunden ist. Die innere Düsennadel 36 hat eine Innendichtfläche 55, die mit dem Innendichtsitz 51 des Düsenkörpers so zusammenwirkt, dass in einer Schließposition der inneren Düsennadel 36 der Fluidstrom durch die zweite Einspritzdüse 40 unterbunden ist. In dem Düsenkörper 2 können auch mehrere erste und zweite Einspritzdüsen 24, 40 ausgebildet sein, die jeweils einen Einspritzlochkreis bilden können.
Die Wand 15 der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 hat einen ersten Wandabschnitt 70 zwischen einem inneren Radius R_i und einem äußeren Radius R_a, einen zweiten Wandabschnitt 72, der sich innerhalb des inneren Radius R_i, und einen dritten Wandabschnitt 74, der sich außerhalb des äußeren Radius R_a erstreckt.
3 zeigt eine vergrößerte Abbildung der Düsenkuppe 23 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Einspritzventils vor dem Einbringen der weiter unten beschriebenen Nuten, wobei hier die Düsennadeln 16, 36 zur besseren Darstellung der Dichtsitze 50, 51 weggelassen sind. Der Dichtsitz 50 ist begrenzt durch eine innere kreisförmige Begrenzungslinie 60 mit einem inneren Radius R_i und eine äußere kreisförmige Begrenzungslinie 61 mit einem äußeren Radius R_a. In entsprechender Weise ist der Innendichtsitz 51 festgelegt. Der Dichtsitz 50 und der Innendichtsitz 51 sind jeweils als Konusflächen ausgeführt. Die effektive Dichtfläche ist A_eff,ohne = pi·(R_a ² – R_i ²).
4 zeigt ein Schnittbild des zweiten Ausführungsbeispiels des Einspritzventils mit einer Vergrößerung des Ausschnitts IV der 1, wobei zur besseren Übersichtlichkeit die innere Düsennadel 36 weggelassen ist. Der Düsenkörper 2 hat zwei Nuten 62, die zum einen jeweils teilweise in dem ersten Wandabschnitt 70, zum anderen jeweils in dem zweiten und dritten Wandabschnitt 72, 74 angeordnet sind, wodurch die Nuten 62 hydraulisch mit der Düsenkörperausnehmung 14 gekoppelt sind. Gegenüber einem Düsenkörper 2 ohne Nuten wird so eine Reduzierung der Dichtfläche 54 erreicht. Die effektive Dichtfläche mit den Nuten 62 ist A_eff,mit = pi·(R_a ² – R_i ²) – A_eff,Nut. Dies führt dazu, dass die Nadelöffnungskraft F_öffnung der Düsennadel 16, die sich als Produkt der von der Dichtfläche 54 abhängigen effektiven Dichtfläche A_eff mit dem Raildruck p_Rail bestimmt, um A_eff,Nut·p_Rail gegenüber der Öffnungskraft ohne Nuten reduziert ist. Dadurch ist es möglich, die Düsennadel mit einer gewünschten Kraft auch dann noch zu öffnen, wenn Raildrücke p_Rail vorliegen, wie sie in derzeitigen und zukünftigen Einspritzventilen erreicht werden. Bei vorgegebener effektiver Dichtfläche A_eff und damit vorgegebener Nadelöffnungskraft F_Öffnung ermöglichen die Nuten 62 alternativ, den inneren Radius R_i bzw. den äußeren Radius R_a zu variieren. In diesem Fall kann eine sicherere Abdichtung im Bereich des Dichtsitzes 50 erreicht werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Nuten 62 als taschenförmige Ausnehmungen ausgeführt sind, die im ersten und dritten Wandabschnitt 70, 74 der Düsenkörperausnehmung 14 ausgebildet sind. Derartige taschenförmige Ausnehmungen lassen sich besonders einfach in den Düsenkörper 2 einarbeiten.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei hier die Nuten 62 als taschenförmige Ausnehmungen ausgebildet sind, die sich jeweils von dem zweiten 72 über den ersten 70 hin zu dem dritten Wandabschnitt 74 der Düsenkörperausnehmung 14 erstrecken. Die Nuten können so gestaltet sein, dass die Dichtsitze 50 jeweils nur unmittelbar um die ersten Ein spritzdüsen 24 herum ausgebildet sind. Es ist so möglich, die Dichtfläche 54 und damit die von der Dichtfläche 54 abhängige effektive Dichtfläche A_eff sowie die Nadelöffnungskraft F_öffnung besonders deutlich zu reduzieren. Die Wandabschnitte 70, 72, 74 der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 weisen eine Vielzahl von Nuten 62 auf, die bezogen auf die Mittelachse der Düsennadel 16 axialsymmetrisch über den Umfang des Düsenkörpers 2 verteilt angeordnet sind. Durch die Vielzahl von Nuten 62 wird die Dichtfläche 54 stark reduziert. Durch die axialsymmetrische Anordnung der Nuten 62 können die bei der Nadelöffnung auftretenden Kräfte besonders gleichmäßig auf die Düsennadel 16 wirken, so dass einem Verkanten der Düsennadel 16 in der Ausnehmung 14 des Düsenkörpers 2 begegnet werden kann.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei hier die Nut 62 nicht im Düsenkörper 2, sondern im Sitzbereich 52 der äußeren Düsennadel 16 ausgebildet ist. Die Nut 62 erstreckt sich im Sitzbereich 52 der Düsennadel 16 von einem Bereich zwischen dem inneren Radius R_i und dem äußeren Radius R_a bis zum äußeren Radius R_a und ist damit auch mit der Düsenkörperausnehmung 14 hydraulisch gekoppelt, wenn die äußere Düsennadel 16 in der Schließposition ist. Das Einbringen der Nuten 62 in die äußere Düsennadel 16 ist besonders einfach und insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Ausnehmung 14 in der Düsenkuppe 23 des Düsenkörpers 2 nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen mit einem Werkzeug zum Einbringen von Nuten 62 erreicht werden kann. Die Nut kann sich auch im Sitzbereich 52 der Düsennadel 16 von einem Bereich zwischen dem inneren Radius R_i und dem äußeren Radius R_a bis zum inneren Radius R_i erstrecken oder im Sitzbereich 52 der Düsennadel 16 vom inneren Radius R_i bis zum äußeren Radius R_a ausgebildet sein.
Bei einem Einspritzventil mit zwei Düsennadeln 16, 36 kann sowohl die äußere Düsennadel 16 als auch die innere Düsennadel 36 oder einer oder beide der den Düsennadeln 16, 36 zugeordneten Wandabschnitte der Düsenkörperausnehmung 14 mit einer oder mehreren Nuten 62 versehen werden, um eine Reduzierung der Nadelöffnungskräfte F_öffnung der äußeren Düsennadel 16, der inneren Düsennadel 36 oder beider Düsennadeln zu erreichen.
In alternativen Ausführungsformen kann der Dichtsitz 50 auch gegenüber der gesamten Wand 15 der Düsenkörperausnehmung 14 hervortreten, wie dies in 4 für die Wand 15' (fette strich-punktierte Linie) dargestellt ist.

Claims

Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, – mit einem Düsenkörper (2), der eine Düsenkörperausnehmung (14) mit einer Wand (15) aufweist, wobei die Düsenkörperausnehmung (14) mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar ist, – mit einem an der Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildeten Dichtsitz (50), von dem mindestens eine Einspritzdüse (24) abgeht, – mit mindestens einer in der Düsenkörperausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Düsennadel (16), – wobei die Düsennadel (16) einen konusförmigen Sitzbereich (52) aufweist, der sich bezogen auf eine Mittelachse (M) der Düsennadel (16) von einem inneren Radius (R_i) bis zu einem äußeren Radius (R_a) erstreckt, – wobei der konusförmige Sitzbereich (52) eine Dichtfläche (54) aufweist, die mit dem Dichtsitz (50) so zusammenwirkt, dass die Düsennadel (16) in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) frei gibt, – und wobei die Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) aufweist einen ersten Wandabschnitt (70), der sich von dem inneren Radius (R_i) bis zu dem äußeren Radius (R_a) erstreckt, einen zweiten Wandabschnitt (72), der sich innerhalb des inneren Radius (R_i) erstreckt, und einen dritten Wandabschnitt (74), der sich außerhalb des äußeren Radius (R_a) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Düsenkörper (2) mindestens eine Nut (62) aufweist, die in dem ersten Wandabschnitt (70) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildet ist, – und die Nut (62) so ausgebildet ist, dass sie in der Schließposition der Düsennadel (16) mit der Düsenkörperausnehmung (14) hydraulisch gekoppelt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (62) in dem zweiten Wandabschnitt (72) und in dem dritten Wandabschnitt (74) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildet ist.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) mehrere Nuten (62) aufweist, die über den Umfang der Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) verteilt angeordnet sind.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) mehrere Nuten (62) aufweist, die, bezogen auf die Mittelachse (M) der Düsennadel (16), axialsymmetrisch über den Umfang der Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14)) verteilt angeordnet sind.
Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil, – mit einem Düsenkörper (2), der eine Düsenkörperausnehmung (14) mit einer Wand (15) aufweist, wobei die Düsenkörperausnehmung (14) mit einem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar ist, – mit mindestens einem an der Wand (15) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildeten Dichtsitz (50), von dem mindestens eine Einspritzdüse (24) abgeht, – mit mindestens einer in der Düsenkörperausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Düsennadel (16), – wobei die Düsennadel (16) einen konusförmigen Sitzbereich (52) aufweist, der sich bezogen auf eine Mittelachse (M) der Düsennadel (16) von einem inneren Radius (R_i) bis zu einem äußeren Radius (R_a) erstreckt, – und wobei der konusförmige Sitzbereich (52) mindestens eine Dichtfläche (54) aufweist, die mit dem Dichtsitz (50) so zusammenwirkt, dass die Düsennadel (16) in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzdüse (24) frei gibt, dadurch gekennzeichnet, dass – in dem Sitzbereich (52) der Düsennadel (52) mindestens eine Nut (62) so ausgebildet ist, dass sie in der Schließposition der Düsennadel (16) mit der Düsenkörperausnehmung (14) hydraulisch gekoppelt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (62) in dem Sitzbereich der Düsennadel (16) von dem inneren Radius (R_i) bis zu dem äußeren Radius (R_a) erstreckt und so ausgebildet ist, dass sie in der Schließposition der Düsennadel (16) sowohl mit der Düsenkörperausnehmung (14) innerhalb des inneren Radius R_i als auch mit der Düsenkörperausnehmung (14) außerhalb des äußeren Radius R_a hydraulisch gekoppelt ist.
Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzbereich der Düsennadel (16) mehrere Nuten (62) aufweist, die über den Sitzbereich der Düsennadel (16) verteilt angeordnet sind.
Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzbereich der Düsennadel (16) mehrere Nuten (62) aufweist, die, bezogen auf die Mittelachse (M) der Düsennadel (16), axialsymmetrisch über den Sitzbereich der Düsennadel verteilt angeordnet sind.
Einspritzventil mit einem Injektorkörper (1) und einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das den Injektorkörper (1) und die Düsenbaugruppe umfaßt.