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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzdüse, insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse. Die
Erfindung betrifft insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen
von Dieselkraftstoff.
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In
der
EP 1 062 423 B1 ist
ein Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen offenbart, bei dem in einer Bohrung eines Ventilkörpers ein
Ventilglied axial verschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied weist
an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandeten Ende
eine konische Ventildichtfläche
auf, mit der es mit einer konischen Ventilsitzfläche am brennraumseitigen geschlossenen
Ende der Bohrung des Ventilkörpers
zusammenwirkt. Die konische Ventildichtfläche an dem Ventilglied ist
in zwei Bereiche unterteilt, die unterschiedliche Kegelwinkel aufweisen,
an deren Übergang
ein von einer stromaufwärtsseitigen
und einer stromabwärtsseitigen
Ventildichtkante begrenzter Übergangsbereich
gebildet ist. Eine Differenz der Kegelwinkel des Übergangsbereichs
und der Ventilsitzfläche
ist kleiner als eine Differenz der Kegelwinkel des stromabwärtsseitigen
Bereichs und der Ventilsitzfläche.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, eine Einspritzdüse zu schaffen, die eine geringe Öffnungskraft
erfordert und die einfach und zuverlässig ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch eine Einspritzdüse, die
eine Düsennadel
und einen Düsenkörper umfasst.
Die Düsennadel
weist einen konisch ausgebildeten Dichtbereich auf. Der Düsenkörper weist
eine Ausnehmung auf, in der die Düsennadel axial beweglich angeordnet
ist und die einen sacklochförmigen
Endbereich mit mindestens einer Düsenöffnung aufweist. Der sacklochförmige Endbereich
weist eine Dichtkante auf, auf der die Düsennadel in ihrer Schließposition
mit ihrem konisch ausgebildeten Dichtbereich dichtend aufsitzt,
so dass dadurch ein Fluidfluss hin zu der mindestens einen Düsenöffnung unterbunden
ist.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch Nutzen einer Sacklochkante
des sacklochförmigen
Endbereichs als die Dichtkante ein besonders kleiner Durchmesser
der Dichtkante möglich ist.
Durch den geringen Durchmesser der Dichtkante ist eine Öffnungskraft
besonders gering, die zum Abheben der Düsennadel von der Dichtkante
und somit zum Öffnen
der Einspritzdüse
durch Freigeben des Fluidflusses zu der Düsenöffnung erforderlich ist. Ferner
kann so ein maximaler Durchmesser des sacklochförmigen Endbereichs gleich dem
Durchmesser der Dichtkante sein, das heißt der maximale Durchmesser
des sacklochförmigen
Endbereichs ist in Bezug auf den Durchmesser der Dichtkante maximal.
Der sacklochförmige
Endbereich kann daher konisch ausgebildet sein und ermöglicht so
ein geringes Schadvolumen, das heißt nur eine geringe Fluidmenge
kann bei geschlossener Einspritzdüse in dem sacklochförmigen Endbereich
verbleiben. Dadurch sind geringe Schadstoffemissionen möglich. Ferner kann
dadurch eine Drosselwirkung zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper bei
dem Öffnen
der Einspritzdüse
gering sein. Ferner ermöglicht
ein solcher sacklochförmiger
Endbereich einen großen
Abstand zwischen der Düsennadel
und der Düsenöffnung,
so dass die Düsennadel
nicht zu der Dü senöffnung hingezogen
wird. Dadurch ist ein zuverlässiges und
gleichmäßiges Einspritzen
von Fluid möglich.
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Eine
solche Einspritzdüse
ist besonders vorteilhaft, wenn die Düsennadel unmittelbar oder über eine
Hebelvorrichtung direkt durch einen Aktor, insbesondere einen Piezoaktor,
betätigbar
ist und die Düsennadel
zum Öffnen
der Einspritzdüse
gegen eine an der Dichtkante vorherrschende Druckdifferenz gezogen
werden muss. Die Düsennadel
kann so sehr einfach mit der geringen Öffnungskraft von der Dichtkante
abgehoben werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Einspritzdüse ist die Dichtkante gebildet
durch eine stromaufwärts
der Dichtkante und an diese angrenzende erste konische Innenfläche des
Düsenkörpers, die
einen ersten Winkel zu einer Längsachse
der Ausnehmung aufweist, und durch eine stromabwärts der Dichtkante und an diese
angrenzende zweite konische Innenfläche des Düsenkörpers, die einen zweiten Winkel
zu der Längsachse
der Ausnehmung aufweist. Eine erste Winkeldifferenz zwischen dem ersten
Winkel und einem dritten Winkel, den der konisch ausgebildete Dichtbereich
der Düsennadel
zu der Längsachse
der Ausnehmung aufweist, ist kleiner oder gleich einer zweiten Winkeldifferenz
zwischen dem dritten Winkel und dem zweiten Winkel. Dadurch ist
ein so genannter inverser Sitz gebildet. Der Vorteil ist, dass eine
Auflagefläche
der Düsennadel
auf dem Düsenkörper abhängig ist
von einer axialen Kraft, mit der die Düsennadel auf den Düsenkörper wirkt.
Ist diese Kraft groß,
dann ist auch die Auflagefläche
durch eine Verformung der Düsennadel und/oder
des Düsenkörpers entsprechend
groß.
Entsprechend verringert sich die Auflagefläche, wenn die Kraft verringert
wird, beispielsweise bei einem Öffnungsvorgang
der Einspritzdüse.
Bei dem Öffnungsvorgang
verringert sich die Auflagefläche
bis auf die Dichtkante, so dass für das Öffnen der Einspritzdüse nur die
geringe Öffnungskraft
erforderlich ist. Durch die mögliche
große
Auflagefläche
ist ein Verschleiß der
Einspritzdüse
auch bei dem geringen Durchmesser der Dichtkante gering, so dass
die Einspritzdüse
dadurch dauerhaft zuverlässig
sein kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einspritzdüse beträgt die erste
Winkeldifferenz zwischen etwa 0,25 und 0,75 Grad. Dadurch ist eine besonders
große
Auflagefläche
der Düsennadel
in ihrer Schließposition
auf dem Düsenkörper möglich. Entsprechend
kann der Verschleiß der
Düsennadel und/oder
des Düsenkörpers besonders
gering sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einspritzdüse beträgt ein Durchmesser
der Dichtkante zwischen etwa 1,0 und 1,6 Millimetern. Dies hat den
Vorteil, dass dadurch der Durchmesser der Dichtkante besonders gering
ist. Dadurch ergeben die sich bereits genannten Vorteile. Insbesondere kann
dadurch die zum Öffnen
der Einspritzdüse
erforderliche Öffnungskraft
besonders gering sein.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
eines abströmseitigen
Bereichs einer Einspritzdüse
und
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2 eine
zweite Ausführungsform
des abströmseitigen
Bereichs der Einspritzdüse.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Eine
erste und eine zweite Ausführungsform einer
Einspritzdüse
sind im Folgenden beispielhaft anhand eines abströmseitigen
Bereichs einer Kraftstoffeinspritzdüse erläutert, insbesondere anhand
einer Kraftstoffeinspritzdüse
für eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zum Einspritzen von Dieselkraftstoff.
Die Einspritzdüse
kann jedoch ebenso für
ein Einspritzen eines anderen Fluids als Kraftstoff vorgesehen sein.
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Die
Kraftstoffeinspritzdüse
umfasst einen Düsenkörper 1 und
eine Düsennadel 2 (1).
Der Düsenkörper 1 weist
eine Ausnehmung 3 auf, die als eine axiale Bohrung längs einer
Längsachse 4 in
dem Düsenkörper 1 ausgebildet
ist. Die Düsennadel 2 ist axial
beweglich in der Ausnehmung 3 angeordnet.
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Die
Ausnehmung 3 weist einen sacklochförmigen Endbereich 5 auf,
in dem mindestens eine Düsenöffnung 6 vorgesehen
ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse
ist dadurch als eine Sacklochdüse
ausgebildet. Der sacklochförmige
Endbereich 5 weist eine Dichtkante 7 auf. Ein
Durchmesser DK der Dichtkante 7 ist bevorzugt ein maximaler
Durchmesser des sacklochförmigen
Endbereichs 5.
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Die
Dichtkante 7 ist gebildet durch eine erste konische Innenfläche 8 des
Düsenkörpers 1 und
eine zweite konische Innenfläche 9 des
Düsenkörpers 1. Die
erste konische Innenfläche 8 ist
stromaufwärts der
Dichtkante 7 ausgebildet und grenzt an die Dichtkante 7.
Die zweite konische Innenfläche 9 ist
stromabwärts
der Dichtkante 7 ausgebildet und grenzt ebenfalls an die
Dichtkante 7. Die erste konische Innenfläche 8 weist
einen ersten Winkel a zu der Längsachse 4 auf.
Die zweite konische Innenfläche 9 weist
einen zweiten Winkel b zu der Längsachse 4 auf,
der kleiner ist als der erste Winkel a.
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Der
sacklochförmige
Endbereich 5 ist vorzugsweise konisch ausgebildet. Der
sacklochförmige Endbereich 5 kann
jedoch zum Beispiel ebenso zylindrisch ausgebildet sein.
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Die
Düsennadel 2 weist
einen Dichtbereich 10 auf, der konisch ausgebildet ist.
Der Dichtbereich 10 weist einen dritten Winkel c zu der
Längsachse 4 auf.
Eine erste Winkeldifferenz 11 zwischen dem ersten Winkel
a und dem dritten Winkel c ist kleiner oder gleich einer zweiten
Winkeldifferenz 12 zwischen dem dritten Winkel c und dem
zweiten Winkel b. Dadurch ist ein so genannter inverser Sitz gebildet.
In ihrer Schließposition
sitzt die Düsennadel 2 mit
ihrem konisch ausgebildeten Dichtbereich 10 dichtend auf der
Dichtkante 7 auf. Abhängig
von einer axialen Kraft, mit der die Düsennadel 2 auf die
Dichtkante 7 einwirkt, sitzt die Düsennadel 2 gegebenenfalls
auch auf der ersten konischen Innenfläche 8 des Düsenkörpers 1 auf.
Ein Kraftstofffluss hin zu der mindestens einen Düsenöffnung 6 ist
so unterbunden.
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Bevorzugt
beträgt
der Durchmesser DK der Dichtkante 7 zwischen etwa 1,0 und
1,6 Millimetern. Durch einen solchen geringen Durchmesser DK ist eine
für ein Öffnen der
Kraftstoffeinspritzdüse,
das heißt
für ein
Abheben der Düsennadel 2 von
der Dichtkante 7 des Düsenkörpers 1,
erforderliche Öffnungskraft
besonders gering. Ferner kann ein Volumen des sacklochförmigen Endbereichs 5 und
insbesondere ein so genanntes Schadvolumen besonders gering sein.
Das Schadvolumen ist dasjenige Kraftstoffvolumen, das bei geschlossener
Kraftstoffeinspritzdüse,
das heißt,
wenn die Düsennadel 2 ihre Schließposition
einnimmt, maximal in dem sacklochförmigen Endbereich 5 verbleiben
kann. Durch das geringe Schadvolumen können Schadstoffemissionen gering
sein.
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Dadurch,
dass der maximale Durchmesser des sacklochförmigen Endbereichs 5 gleich
dem Durchmesser der Dichtkante 7 ist, weist der maximale
Durchmesser des sacklochförmigen
Endbereichs 5 seinen maximal möglichen Durchmesser bei vorgegebenem
Durchmesser der Dichtkante 7 auf. Der sacklochförmige Endbereich 5 kann
daher einfach konisch ausgebildet werden. Ferner ist durch diesen maximal
möglichen
Durchmesser eine Drosselwirkung zwischen der Düsennadel 2 und dem
Düsenkörper 1 bei
dem Öffnen
der Kraftstoffeinspritzdüse gering.
Ferner ist es so möglich,
einen genügend
großen
Abstand zwischen der mindestens einen Düsenöffnung 6 und der Düsennadel 2 vorzusehen,
um ein Ansaugen der Düsennadel 2 an
die Düsenöffnung 6 zu
verhindern. Dadurch kann ein gleichmäßiges und zuverlässiges Einspritzen
sichergestellt werden.
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Ferner
beträgt
die erste Winkeldifferenz 11 bevorzugt zwischen etwa 0,25
und 0,75 Grad. Durch diese geringe Winkeldifferenz vergrößert sich
eine Auflagefläche
der Düsennadel 2 auf
der ersten konischen Innenfläche 8 durch
Verformung der Düsennadel 2 und/oder
des Düsenkörpers 1 bereits
bei einer vergleichsweise geringen Kraft, die die Düsennadel 2 in
ihrer Schließposition
auf den Düsenkörper 1 ausübt. Die
Auflagefläche
ist abhängig
von der Kraft, die die Düsennadel 2 in
ihrer Schließposition
auf den Düsenkörper 1 ausübt. Je größer diese
Kraft ist, desto größer ist
die Auflagefläche.
Dadurch werden die Düsennadel 2 und
der Düsenkörper 1 zuverlässig vor Verschleiß geschützt. Bei
einem Verringern dieser Kraft verringert sich jedoch auch die Auflagefläche bis
auf die Dichtkante 7. Dadurch ist die für das Öffnen erforderliche Öffnungskraft
durch den hydraulisch relevanten geringen Durchmesser DK der Dichtkante 7 vorgegeben.
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Wird
die Düsennadel 2 beispielsweise
unmittelbar oder über
eine Hebelvorrichtung direkt durch einen nicht dargestellten Aktor
und insbesondere durch einen Piezoaktor angetrieben und muss die Düsennadel 2 durch
den Aktor zum Öffnen
gegen eine stromaufwärts
und stromabwärts
der Dichtkante 7 vorherrschende Druckdifferenz von der
Dichtkante 7 abgehoben werden, dann ist die geringe erforderliche Öffnungskraft
durch den geringen Durchmesser DK der Dichtkante 7 besonders
vorteilhaft. Ferner kann durch den Direktantrieb der Düsennadel 2 auch ein
Aufsetzen der Düsennadel 2 auf
die Dichtkante 7 bei einem Schließen der Kraftstoffeinspritzdüse besonders
präzise
mit geringer Geschwindigkeit erfolgen. Dadurch können der Verschleiß der Düsennadel 2 und
des Düsenkörpers 1 zusätzlich verringert
werden.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
abströmseitigen
Bereichs der Kraftstoffeinspritzdüse, die in ihrem grundlegenden
Aufbau und in ihrer Funktion der ersten Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß 1 entspricht.
Die Düsennadel 2 weist
einen Zapfen 13 auf, der in der Schließposition der Düsennadel 2 in
den sacklochförmigen Endbereich 5 hineinragt.
Durch den Zapfen 13 ist das Schadvolumen besonders gering.
Vorzugsweise ist in dem Zapfen 13 eine Nut 14 ausgebildet.
Durch die Nut 14 ist einerseits der Abstand zwischen der
Düsenöffnung 6 und
der Düsennadel 2 besonders
groß und
ist andererseits eine Drosselwirkung für den Kraftstofffluss bei dem Öffnen der
Kraftstoffeinspritzdüse
besonders gering. Vorzugsweise ist die Kraftstoffeinspritzdüse so ausgebildet,
dass der Kraftstofffluss bei dem Öffnen und in einem geöffneten
Zustand im Wesentlichen nur durch die Düsenöffnung gedrosselt ist.
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Ein
Durchmesser DN der Düsennadel 2 beträgt beispielsweise
zwischen etwa 1,6 bis 3,0 Millimetern. Der Durchmesser DK der Dichtkante 7 beträgt vorzugsweise
zwischen etwa 1,0 und 1,6 Millimetern und besonders bevorzugt zwischen
etwa 1,2 und 1,4 Millimetern. Ein Durchmesser DL eines Lochkreises,
durch den eine Achse der jeweiligen Düsenöffnung 6 verläuft, beträgt beispielsweise
zwischen etwa 0,7 und 0,8 Millimetern. Ein konisch ausgebildeter
Bereich des sacklochförmigen
Endbereichs 5 erstreckt sich von der Dichtkante 7 bis
zu einem Endkreis. Ein Durchmesser DE des Endkreises beträgt beispielsweise
etwa 0,6 Millimeter. Ein Abstand zwischen der mindestens einen Düsenöffnung 6 und dem
Endkreis beträgt
beispielsweise zwischen etwa 0,15 und 0,3 Millimetern. Der Durchmesser
DN der Düsennadel 2 und/oder
der Durchmesser DK der Dichtkante 7 und/oder der Durchmesser
DL des Lochkreises und/oder der Durchmesser DE des Endkreises und/oder
der Abstand zwischen der mindestens einen Düsenöffnung 6 und dem Endkreis
können
jedoch auch größer oder
kleiner sein.