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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 10 2009 000 206 A1 der Anmelderin bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor sind an dessen Düsennadel zwei axial voneinander beabstandete Führungsbereiche vorgesehen, die durch Abflachungen in Form von Anschliffen einen Durchfluss von Kraftstoff zwischen der Düsennadel und dem Gehäuse in Richtung zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordneten Spritzöffnungen ermöglichen. Zwischen den beiden Führungsbereichen ist auf der den Spritzöffnungen zugewandten Seite ein zylindrischer Bereich angeordnet, an dem sich in Richtung des den Spritzöffnungen abgewandten Führungsbereichs der Düsennadel ein Abschnitt mit mehreren radial umlaufenden Nuten anschließt, die zusammen mit den die Nuten begrenzenden Stegen als Ringspaltdrosselelemente ausgebildet sind.
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Da eine Düsennadel im Ventilgehäuse üblicherweise nicht drehfixiert ist, hat eine unterschiedliche Winkellage der Abflachungen der Führungen und der Nadelführung, bezogen auf den seitlich in den Hochdruckbereich einmündenden Hochdruckzulauf, eine leicht unterschiedliche Drosselung an diesen Durchlässen bzw. Abflachungen zur Folge. Des Weiteren kann auch die Strömung unterhalb der Führung eine durch die Anschliffe induzierte Umfangswinkelabhängigkeit aufweisen. Dabei können Maxima und Minima der Strömungsgeschwindigkeit, bezogen auf die Spritzlöcher, vom Drehwinkel der Düsennadel abhängen. Im Betrieb eines derartigen Kraftstoffinjektors hat man herausgefunden, dass sich die Düsennadel langsam dreht, ausgelöst durch die Torsionsbewegung der Düsenfeder, die die Düsennadel in Richtung des Dichtsitzes bewegt. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen Winkellagen der Düsennadel zu unterschiedlichen Öffnungsund Schließgeschwindigkeiten der Düsennadel mit daraus folgend unterschiedlichen Spritzdauern und somit auch zu unterschiedlichen Einspritzmengen führen. Das Drehen der Düsennadel hat somit eine Variation der Einspritzmenge zur Folge. Die zugehörige Schwankungsbreite ist umso höher, wie größer der Druck des Kraftstoffs, und je größer die Spritzdauer ist. Es wäre nun zwar denkbar, durch eine Drehfixierung der Düsennadel diese Mengenschwankungen zu vermeiden, eine derartige Maßnahme verkompliziert jedoch den Aufbau der Düsennadel bzw. des Kraftstoffinjektors und führt daher zu nennenswerten Zusatzkosten.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Schwankungsbreite der Durchflussmengen bzw. Einspritzmengen trotz einer Drehung der Düsennadel relativ gering ist. Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bereich der Düsennadel, der gegenüber den Führungsbereichen einen verkleinerten Querschnitt aufweist, in Längsrichtung betrachtet zwischen den beiden Führungsbereichen an wenigstens einer Stelle durchgängig mit dem verkleinerten Querschnitt ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich insbesondere ein vergrößerter Strömungsquerschnitt in Längs- bzw. Durchflussrichtung des Kraftstoffinjektors bzw. der Düsennadel zwischen den Führungsbereichen, der die Einflüsse der Schwankungsbreiten durch die geometrische Ausbildung der Abflachungen reduziert.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors für eine Brennkraftmaschine 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 Merkmale.
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In einer konstruktiv besonders bevorzugten Ausgestaltung des im Querschnitt reduzierten Bereichs zwischen den Führungsbereichen wird vorgeschlagen, den Bereich durchgängig zylindrisch auszubilden. Dadurch kann dieser beispielsweise durch einen Schleifvorgang sehr einfach und genau hergestellt werden.
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Will man den im Querschnitt verkleinerten Bereich hinsichtlich des Durchflussquerschnittes nicht zu sehr reduzieren, kann es auch vorgesehen sein, dass sich in Längsrichtung des Bereichs wenigstens ein in der Höhe reduzierter Restbereich einer Abflachung erstreckt. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die gesamten Abflachungen an den Führungsbereichen beim Herstellen der Düsennadel fertigungstechnisch vorteilhaft über eine Teillänge der Düsennadel ausgebildet werden, und dass anschließend zwischen den beiden Führungsbereichen eine örtlich begrenzte Durchmesserreduzierung, beispielsweise durch einen Schleifvorgang, vorgesehen wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Abflachungen in ihrer Winkellage versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann beispielsweise, je nach geometrischer Ausbildung, eine Querströmung erzeugt werden, die der angesprochenen Drehung der Düsennadel entgegenwirkt.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Versatz zwischen den Abflachungen 360°/2n beträgt, wobei n die Anzahl der Abflachungen ist.
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Alternativ oder zusätzlich zu den angesprochenen Ausbildungen kann es vorgesehen sein, dass die Querschnitte der Durchlässe im Zulauf- und im Ablaufbereich unterschiedlich groß sind, derart, dass der Durchflussquerschnitt im Abströmbereich größer ist als im Zuströmbereich.
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Auch kann es vorgesehen sein, dass die Anzahl der Abflachungen in beiden Führungsbereichen unterschiedlich groß ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen Teilbereich eines Kraftstoffinjektors für eine Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt unter Verwendung einer Düsennadel gemäß dem Stand der Technik und
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2 bis 4 jeweils Seitenansichten auf unterschiedliche Varianten von Düsennadeln, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor eingesetzt werden.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der dem Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugewandte, untere Endbereich eines Kraftstoffinjektors 10 dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das an seinem dem Brennraum zugewandten Ende einen Düsenkörper 12 trägt, der mittels einer nicht dargestellten Düsenspannmutter mit dem Gehäuse 11 axial verspannt ist. Innerhalb des Gehäuses 11 bzw. des Düsenkörpers 12 ist eine Ausnehmung 13 ausgebildet, in der eine Düsennadel 1 in Richtung des Doppelpfeils 14 auf- und abbeweglich geführt ist. Hierbei ist die Düsennadel 1 in der 1 entsprechend dem Stand der Technik ausgebildet.
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Der Düsenkörper 12 weist an dem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende mehrere Spritzöffnungen 15 auf, über die unter Hochdruck, insbesondere unter Raildruck stehender Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Dies erfolgt in einer angehobenen Position der Düsennadel 1, bei der diese von ihrem zwischen der Innenwand des Düsenkörpers 12 und der Düsennadelspitze ausgebildeten Dichtsitz abhebt, wie dies in der 1 dargestellt ist.
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Die Düsennadel 1 weist mehrere Durchmesserbereiche auf. So sind neben der kegelförmigen Düsennadelspitze 16 insbesondere zwei zylindrische Bereiche 17 und 18 mit etwa gleichem Durchmesser vorgesehen, zwischen denen sich ein zylindrischer Bereich 19 mit einem größeren Durchmesser als die Bereiche 17 und 18 befindet. Der Durchmesser des Bereichs 19 ist insbesondere dem Innendurchmesser des Düsenkörpers 12 angepasst, um eine Führung der Düsennadel 1 im Düsenkörper 12 zu ermöglichen. Um ein Durchströmen bzw. Abströmen aus dem oberhalb des Bereichs 19 in einem Hochdruckraum 20 befindlichen Kraftstoffs in Richtung der Spritzöffnungen 15 zu ermöglichen, weist der der Führung der Düsennadel 1 in dem Gehäuse 11 bzw. in dem Düsenkörper 12 dienende Bereich 19 mehrere, durch Anschliffe ausgebildete Abflachungen 21 auf, die bevorzugt in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind, und die sich in Längsrichtung des Bereichs 19 erstrecken.
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Die im Gehäuse 11 den Hochdruckraum 20 ausbildende Ausnehmung 23 wird auf der den Spritzöffnungen 15 abgewandten Seite von einer Drosselplatte 25 begrenzt, an deren Unterseite sich ein ringförmiger Federteller 26 abstützt. Der dem Federteller 26 zugewandte Endbereich 27 der Düsennadel 1 taucht in die Öffnung des Federtellers 26 ein. Zwischen der Oberseite des Endbereichs 27 der Düsennadel 1 sowie dem Federteller 26 und der Drosselplatte 25 ist ein mit Kraftstoff befüllter Steuerraum 28 ausgebildet, dessen Druck zur Steuerung der Auf- und Abwärtsbewegung der Düsennadel 1, wie an sich bekannt, veränderbar ist. Zwischen der Unterseite des Federtellers 26 und einer Durchmesserstufe 29 der Düsennadel 1 stützt sich eine Druckfeder 30 ab, die die Düsennadel 1 in Richtung ihres Dichtsitzes mit Federkraft beaufschlagt, so dass verhindert wird, dass Kraftstoff unkontrolliert über die Spritzöffnungen 15 in den Brennraum abgegeben wird.
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Die Drosselplatte 25 weist insbesondere zwei Durchgangsbohrungen 31, 32 auf, von denen die eine Durchgangsbohrung 32, über die unter Raildruck stehender Kraftstoff in den Hochdruckraum 20 einströmt, schräg in den Hochdruckraum 20 mündet.
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Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 10 ist an sich bekannt, und wird daher nur kurz wie folgt erläutert: Zum Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine muss die Düsennadel 1 von ihrem Dichtsitz abheben, gegen den sie von der Druckfeder 30 in Verbindung mit dem im Steuerraum 28 herrschenden hydraulischen Druck gedrückt wird. Dazu ist es erforderlich, dass der Druck im Steuerraum 28 derart reduziert wird, dass die auf die Düsennadel 1 wirkenden hydraulischen Öffnungskräfte die als Schließkraft wirkende Federkraft der Druckfeder 30 überwinden. Sobald dies erfolgt, hebt die Düsennadel 1 von ihrem Dichtsitz ab, so dass Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 20 über den Bereich 19 der Düsennadel 1 mit den Abflachungen 21 in den unteren Bereich der Düsennadel 1 gelangt, und von dort über die Spritzöffnungen 15 in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausströmen kann. Zum Schließen der Düsennadel 1 bzw. zum Stoppen des Einspritzvorgangs ist es erforderlich, den Druck im Steuerraum 28 wieder zu erhöhen, so dass dieser, zusammen mit der Federkraft der Druckfeder 30, für eine Abwärtsbewegung der Düsennadel 1 sorgt, so dass diese auf ihrem Dichtsitz dichtend aufliegt.
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In der 2 ist eine erste erfindungsgemäße Düsennadel 100 dargestellt, wie sie bei dem Kraftstoffinjektor 10 anstelle der Düsennadel 1 verwendet werden kann. Die Düsennadel 100 weist zwei axial voneinander beabstandete Führungsbereiche 35, 36 auf, von denen der eine Führungsbereich 35, der sich auf der den Spritzöffnungen 15 abgewandten Seite befindet, eine größere Länge aufweist als der zweite Führungsbereich 36. Die beiden Führungsbereiche 35, 36 sind jeweils zylindrisch ausgebildet und weisen an ihrem Außenumfang jeweils mehrere, beispielsweise drei oder vier Abflachungen 37, 38 auf, die bevorzugt in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnet sind.
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Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Abflachungen 37, 38 in ihrer Winkellage fluchtend zueinander angeordnet, und insbesondere durch einen Schleifvorgang ausgebildet. Zwischen den beiden, mit Ausnahme der Abflachungen 37, 38 zylindrischen Führungsbereichen 35, 36 ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein zylindrischer Bereich 39 ausgebildet ist, dessen Durchmesser beispielhaft in etwa so groß ist wie die Düsennadelabschnitte 41, 42, die sich auf der den Führungsbereichen 35, 36 abgewandten Seite des Bereichs 39 befinden.
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Bei in dem Kraftstoffinjektor 10 eingesetzter Düsennadel 100 weist somit der zylindrische Bereich 39 einen größeren Durchschlussquerschnitt für Kraftstoff auf als die beiden Führungsbereiche 35, 36, bei denen das Durchströmen des Kraftstoffs im Wesentlichen ausschließlich im Bereich der Abflachungen 37, 38 erfolgt, falls man ein radiales Führungsspiel zwischen den Führungsbereichen 35, 36 und der Wand des Düsenkörpers 12 außer Acht lässt. Der gegenüber den Führungsbereichen 35, 36 vergrößerte Durchflussquerschnitt im Bereich 39 für den Kraftstoff ist über die gesamte axiale Erstreckung bzw. in Längsrichtung des Bereichs 39 ausgebildet, das heißt, dass an jeder Stelle des Bereichs 39, in Längsrichtung betrachtet, der Durchflussquerschnitt größer ist als in den Führungsbereichen 35, 36.
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Die in der 3 dargestellte Düsennadel 100a unterscheidet sich von der Düsennadel 100 gemäß der 2 dadurch, dass der zylindrische Bereich 39a einen größeren Durchmesser aufweist als der Bereich 39, so dass ein Rest einer Abflachung 43 erkennbar ist, der dadurch entstanden ist, dass beim Ausbilden der Abflachungen 37a, 38a mittels eines Schleifwerkzeugs der gesamt Längenbereich zwischen den Abflachungen 37a und 38a bearbeitet wurde. Auch bei der Düsennadel 100a weist der Bereich 39a über die gesamte Länge einen größeren Durchflussquerschnitt auf als in dem Bereich der Abflachungen 37a, 38a.
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Die in der 4 dargestellte Düsennadel 100b unterscheidet sich von der Düsennadel 100 gemäß der 2 zum einen dadurch, dass in dem Düsennadelabschnitt 42b ein stegförmig umlaufender Bereich 44 ausgebildet ist, der insbesondere der axialen Anlage der in der 1 dargestellten Druckfeder 30 dienen kann. Darüber hinaus sind die Abflachungen 37b, 38b an der Düsennadel 100b in ihrer Winkellage versetzt zueinander angeordnet. Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass der Winkelversatz zwischen den Abflachungen 37b, 38b 360°/2n beträgt, wobei n die Anzahl der Abflachungen 37b, 38b bedeutet. Weiterhin ist die axiale Erstreckung der beiden Führungsbereiche 35b, 36b, im Gegensatz zu den Düsennadeln 100, 100a, gleich groß.
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Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Düsennadel 100b eine unterschiedliche Anzahl von Abflachungen 37b, 38b aufweist. Dies kann unter anderem zur Folge haben, dass der Durchflussquerschnitt für Kraftstoff im Bereich der Abflachungen 37b, 38b unterschiedlich ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der Durchflussquerschnitt der den Spritzöffnungen 15 zugewandten Abflachungen 38b größer ist als der Durchflussquerschnitt im Bereich der Abflachungen 37b.
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Die soweit beschriebenen Düsennadeln 100, 100a und 100b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, zwischen den Führungsbereichen 35, 36 einer Düsennadel 100, 100a, 100b einen Bereich 39, 39a auszubilden, dessen Durchflussquerschnitt für Kraftstoff größer ist als der Durchflussquerschnitt im Bereich der Führungsbereiche 35, 36, wobei der Bereich 39, 39a in Längsrichtung der Düsennadel 100, 100a, 100b betrachtet zumindest an einer Stelle durchgängig mit dem vergrößerten Strömungsquerschnitt versehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000206 A1 [0002]
