DE102010038859A1

DE102010038859A1 - Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102010038859A1
Application number: DE201010038859
Authority: DE
Inventors: Roland Schulz; Gerhard Suenderhauf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09
Also published as: WO2012016819A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (12), an dessen einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Ausnehmung (13) mit einer Sacklochbohrung (20) ausgebildet ist, wobei die Sacklochbohrung (20) einen ersten, zylindrischen Abschnitt (21) und einen den Grund der Sacklochbohrung (20) ausbildenden Bodenabschnitt (22) aufweist, mit wenigstens einer im Bereich der Sacklochbohrung (20) ausgebildeten Durchlassöffnung (26) für Kraftstoff und einem in Richtung der Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) auf- und abbeweglichen Schließglied (15), insbesondere einer Düsennadel, das in seiner Schließstellung an einem Dichtabschnitt der Ausnehmung (13) aufsitzt und einen Dichtsitz (17) ausbildet und in angehobener Stellung einen Durchlass zu der wenigstens einen Durchlassöffnung (26) bildet. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Bodenabschnitt (22) einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich (23) aufweist und dass zwischen dem zylindrischen Abschnitt (21) und dem Bodenbereich (23) ein Übergangsbereich (25) ausgebildet ist, dessen Radius (R) weniger als die Hälfte des Durchmessers (d) des zylindrischen Abschnitts (21) beträgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 26 58 783 A bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist dabei an seinem unteren, dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Sacklochbohrung auf, die einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der in einen gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildeten Bodenabschnitt übergeht. Im Bereich der Krümmung des Bodenabschnitts ist wenigstens eine Durchlassöffnung für Kraftstoff ausgebildet, die schräg zur Längsachse der Sacklochbohrung angeordnet ist. Die Sacklochbohrung ist mittels eines auf- und abbeweglichen Schließgliedes, insbesondere einer Düsennadel, verschließbar.
Üblicherweise werden derartig gewölbte Bodenbereiche in Sacklochbohrungen von Kraftstoffinjektoren halbkugelförmig, d. h. mit konstantem Radius, ausgebildet. Heutige Kraftstoffeinspritzsysteme, insbesondere Dieseleinspritzsysteme, arbeiten mit Betriebs- bzw. Systemdrücken von über 1500bar, teilweise schon von über 2000bar. Es hat sich beim Dauerbetrieb derartiger Kraftstoffinjektoren nach dem Stand der Technik herausgestellt, dass es in Folge von Kavitationserscheinungen in der Sacklochbohrung zu einer Beschädigung bzw. zu einer Beeinflussung der Geometrie der Sacklochbohrung, insbesondere im zylindrischen Bereich der Sacklochbohrung, kommen kann. Derartige Beschädigungen bzw. Veränderungen der Geometrie führen zu unerwünschten Durchflussänderungen an dem Kraftstoffinjektor mit den damit verbundenen negativen Auswirkungen, beispielsweise auf das Abgasverhalten.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dessen Neigung zu kavitationsbedingten Beeinflussungen der Geometrie der Sacklochbohrung deutlich reduziert ist. Dadurch ergeben sich über die Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors bzw. des Kraftstoffeinspritzsystems gesehen stets gleiche Durchflussmengen an dem Kraftstoffinjektor mit den damit verbundenen positiven Auswirkungen, beispielsweise auf das Abgasverhalten. Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich die Geometrie des Sackloches insgesamt derart zu ändern, dass sich beim Öffnungs- und Schließvorgang der Düsennadel ein stabiler Strömungswirbel in dem Sackloch ausbildet, der die Kavitationsneigung im Sackloch reduziert.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Dimensionierung des Sackloches hat es sich herausgestellt, wenn der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts zwischen 1,0 mm und 1,5 mm, insbesondere 1,2 mm beträgt, wenn die Höhe des zylindrischen Abschnitts zwischen 0,5 mm und 1,1 mm, insbesondere 0,9 mm beträgt, und wenn der Radius zwischen 0,25 mm und 0,5 mm, insbesondere 0,32 mm beträgt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kraftstoffinjektors mit einer Sacklochbohrung, deren Bodenabschnitt zumindest annähernd eben ausgebildet ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die wenigstens eine Durchlassöffnung zum Abspritzen des Kraftstoffes näher an den Bodenbereich zu positionieren. Insbesondere hat es sich dabei herausgestellt, dass es günstig ist, die wenigstens eine Durchlassöffnung im Bezug zur Längsachse der Sacklochbohrung schräg anzuordnen, wobei eine dem zylindrischen Abschnitt zugewandte erste Eintrittskante und eine dem Bodenabschnitt zugewandte zweite Eintrittskante der Durchlassöffnung derart angeordnet sind, dass die erste Eintrittskante im Bereich des zylindrischen Abschnitts und die zweite Eintrittskante im Bereich des Übergangsbereichs angeordnet ist.
Weiterhin hat es sich für die Ausbildung der gewünschten stabilen Strömung bzw. des gewünschten stabilen Strömungswirbels als vorteilhaft erwiesen, wenn das Schließglied auf der der Sacklochbohrung zugewandten Seite eine kegelförmige Spitze aufweist, die in den zylindrischen Abschnitt der Sacklochbohrung hineinragt.
In einer alternativen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die des Schließgliedes ist es vorgesehen, dass dieses eine flache Spitze bzw. einen flachen Endbereich aufweist.
Bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektoren bei Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen der Einspritz- bzw. Systemdruck mehr als 1500bar beträgt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in dessen unterem, dem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende in einer Position zur Darstellung der Sacklochgeometrie und
2 den Kraftstoffinjektor gemäß 1, ebenfalls im Längsschnitt, mit in dem Injektorgehäuse ausgebildeten Durchlassöffnungen.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 ist insbesondere Bestandteil eines im Näheren nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems, zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen. Hierbei beträgt der Systemdruck des Kraftstoffeinspritzsystems vorzugsweise mehr als 1500bar, insbesondere mehr als 2000bar.
Der lediglich an seinem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende dargestellte Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, in dessen in den Figuren dargestellten Bereich eine Ausnehmung 13 in Form eines Hochdruckraumes ausgebildet ist. Die Ausnehmung 13 ist während des Betriebs des Kraftstoffinjektors 10 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Innerhalb der Ausnehmung 13 ist ein auf- und abbewegliches Schließglied in Form einer Düsennadel 15 angeordnet. Die Düsennadel 15 weist hierbei einen mehrfach gestuft ausgebildeten Durchmesser auf, wobei deren ein Ende in Form einer kegelförmigen Spitze 16 ausgebildet ist. Die Düsennadel 15 wird insbesondere mittels Federkraft gegen einen in der Wand der Ausnehmung 13 ausgebildeten Dichtsitz 17 gedrückt, wenn die Düsennadel 15 sich in ihrer Schließstellung befindet. Das Abheben von dem Dichtsitz 17 erfolgt mittels eines Aktors, der auf an sich bekannte Art und Weise beispielsweise als Piezoaktor oder aber als Magnetaktor ausgebildet sein kann.
Erfindungswesentlich ist die Ausbildung des Kraftstoffinjektors 10 in dessen in den Figuren dargestellten Bereich. Die Ausnehmung 13 geht hierbei in eine Sacklochbohrung 20 über, die auf der der Düsennadel 15 zugewandten Seite einen zylindrischen Abschnitt 21 aufweist. Vorzugsweise beträgt hierbei der Durchmesser d des zylindrischen Abschnitts 21 zwischen 1,0 mm und 1,5 mm, insbesondere 1,2 mm. Ferner beträgt die Höhe h des zylindrischen Abschnitts 21 zwischen 0,5 mm und 1,1 mm, insbesondere 0,9 mm. Bei Verwendung einer flachen Spitze 16 bzw. eines flachen Endbereichs beträgt die Höhe h des zylindrischen Abschnitts 21 insbesondere 0,6 mm.
Der zylindrische Abschnitt 21 geht auf der der Düsennadel 15 abgewandten Seite in einen Bodenabschnitt 22 über. Der Bodenabschnitt 22 weist hierbei einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich 23 auf, der über einen Übergangsbereich 25 mit dem zylindrischen Abschnitt 21 verbunden ist. Hierbei weist der Übergangsbereich 25 erfindungsgemäß einen Radius R auf, dessen Größe weniger als die Hälfte des Durchmessers d des zylindrischen Abschnitts 21 beträgt. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass der Radius R zwischen 0,25 mm und 0,5 mm, bevorzugt 0,32 mm beträgt.
Wie in den Figuren dargestellt, bei denen sich die Düsennadel 15 in ihrer Schließposition befindet, ist die Anordnung der Spitze 16 der Düsennadel 15 derart, dass sich die Spitze 16 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 21 befindet. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Spitze 16 während des gesamten Öffnungshubs der Düsennadel 15 innerhalb des zylindrischen Abschnitts 21 befindet.
Wie insbesondere aus der 2 hervorgeht, weist das Injektorgehäuse 12 weiterhin vorzugsweise mehrere, in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Durchlassöffnungen 26 auf, über die Kraftstoff bei vom Dichtsitz 17 abgehobener Düsennadel 15 aus der Ausnehmung 13 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben bzw. abgespritzt werden kann. Hierbei verläuft die Längsachse 27 der Durchlassöffnungen 26 schräg zur Längsachse 28 der Düsennadel 15. Weiterhin weisen die Durchlassöffnungen 26 jeweils eine erste, dem zylindrischen Abschnitt 21 zugewandte Eintrittskante 31 und eine zweite, dem Bodenabschnitt 22 zugewandte Eintrittskante 32 auf. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die erste Eintrittskante 31 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 21 angeordnet ist, während die zweite Eintrittskante 32 im Bereich des Übergangsbereichs 25 angeordnet ist.
Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2658783 A [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor (10), mit einem Injektorgehäuse (12), an dessen einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Ende eine Ausnehmung (13) mit einer Sacklochbohrung (20) ausgebildet ist, wobei die Sacklochbohrung (20) einen ersten, zylindrischen Abschnitt (21) und einen den Grund der Sacklochbohrung (20) ausbildenden Bodenabschnitt (22) aufweist, mit wenigstens einer im Bereich der Sacklochbohrung (20) ausgebildeten Durchlassöffnung (26) für Kraftstoff und einem in Richtung der Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) auf- und abbeweglichen Schließglied (15), insbesondere einer Düsennadel, das in seiner Schließstellung an einem Dichtabschnitt der Ausnehmung (13) aufsitzt und einen Dichtsitz (17) ausbildet und in angehobener Stellung einen Durchlass zu der wenigstens einen Durchlassöffnung (26) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (22) einen zumindest annähernd ebenen, vorzugsweise einen ebenen Bodenbereich (23) aufweist und dass zwischen dem zylindrischen Abschnitt (21) und dem Bodenbereich (23) ein Übergangsbereich (25) ausgebildet ist, dessen Radius (R) weniger als die Hälfte des Durchmessers (d) des zylindrischen Abschnitts (21) beträgt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) des zylindrischen Abschnitts (21) zwischen 1,0 mm und 1,5 mm, insbesondere 1,2 mm beträgt, dass die Höhe (h) des zylindrischen Abschnitts (21) zwischen 0,5 mm und 1,1 mm, insbesondere 0,9 mm beträgt und, dass der Radius (R) zwischen 0,25 mm und 0,5 mm, insbesondere 0,32 mm beträgt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Durchlassöffnung (26) in Bezug zur Längsachse (28) der Sacklochbohrung (20) schräg angeordnet ist und eine dem zylindrischen Abschnitt (21) zugewandte erste Eintrittskante (31) und eine dem Bodenabschnitt (22) zugewandte zweite Eintrittskante (32) aufweist, wobei die erste Eintrittskante (31) im Bereich des zylindrischen Abschnitts (21) und die zweite Eintrittskante (32) im Bereich des Übergangsbereichs (25) angeordnet ist.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (15) auf der der Sacklochbohrung (20) zugewandten Seite eine kegelförmige Spitze (16) aufweist, die in den zylindrischen Abschnitt (21) der Sacklochbohrung (20) hineinragt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließglied (15) auf der der Sacklochbohrung (20) zugewandten Seite eine flache Spitze bzw. einen flachen Endbereich aufweist.
Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck des Einspritzsystems mehr als 1500bar beträgt.