-
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik sind Koaxial-Vario-Düsen mit zwei axial beabstandeten Spritzlochkreisen und einer zweiteiligen Düsennadel zum Schalten beider Spritzlochkreise bekannt. Ein erster Teil ist als Hohlnadel und ein zweiter Teil als hierin geführte Vollnadel ausgebildet. Jeder Teil ist einem Spritzlochkreis zugeordnet und getrennt ansteuerbar. Dies ermöglicht das Zuschalten des zweiten Spritzlochkreises im Volllastbereich sowie dessen Abschaltung im Teillastbereich.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mehrere Spritzlochkreise aufweisende Düsenbaugruppe mit vereinfachtem Aufbau anzugeben.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen mehrerer Einspritzöffnungen hubbeweglich geführt ist, wobei die mehreren Einspritzöffnungen zwei oder mehr Lochkreise ausbilden, die zueinander axial beabstandet angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zum Schalten der mehreren Lochkreise die Düsennadel einteilig ausgeführt und weist eine konisch verlaufende Dichtfläche auf, mit welcher die Düsennadel mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der ebenfalls konisch ausgebildet ist und in dessen Bereich die Einspritzöffnungen wenigstens eines Lochkreises in die Hochdruckbohrung münden. Das heißt, dass zumindest ein Teil der mehreren Einspritzöffnungen, ggf. auch alle, im Bereich des Ventilsitzes in die Hochdruckbohrung münden und über den Düsennadelhub zu- oder abschaltbar sind. Auf diese Weise können die Einspritzöffnungen der einzelnen Lochkreise bedarfsgerecht gesteuert werden. Im Teillastbereich kann beispielsweise die Einspritzmenge minimiert werden, indem nur ein Lochkreis freigegeben wird. Im Volllastbereich sind vorzugsweise sämtliche Einspritzöffnungen freigegeben.
-
Das Zu- und Abschalten der Einspritzöffnungen einzelner Lochkreise erfolgt über die Hubbewegung der Düsennadel, welche in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Hubposition den Kraftstoffabfluss beeinflusst. Beispielsweise kann der über die Einspritzöffnungen eines Lochkreises erfolgende Abfluss derart gedrosselt werden, dass dies einem Abschalten des Lochkreises gleich kommt. Im Wege der Drosselung wird eine Einspritzverlaufsformung erzielt, welche eine deutliche Verringerung der Emission im Teillastbereich zur Folge hat.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Hub der Düsennadel vorzugsweise über eine magnetische und/oder piezoelektrische Aktorik in der Weise steuerbar, dass die Düsennadel in wenigstens einer Stellung zwischen zwei Hubendpositionen haltbar ist. Vorzugsweise ist die Düsennadel über die Aktorik genau positionierbar. Die Realisierung einer oder mehrerer Zwischenstellung der Düsennadel dient der vorstehend bereits erwähnten Einspritzverlaufsformung.
-
Weiterhin bevorzugt münden die Einspritzöffnungen wenigstens eines Lochkreises im Bereich eines sich an den Ventilsitz anschließenden Sacklochs in die Hochdruckbohrung. Vorzugsweise sind wenigstens ein Lochkreis im Bereich des Ventilsitzes und wenigstens ein Lochkreis im Bereich des Sacklochs angeordnet. Während beim anfänglichen Öffnen der Düsennadel der Kraftstoff über die im Sacklochbereich angeordneten Einspritzöffnungen bereits ungehindert abströmen kann, wird der Abfluss über die im Ventilsitzbereich angeordneten Einspritzöffnungen zunächst gedrosselt, was einer Abschaltung der Lochkreise im Bereich des Ventilsitzes gleichkommt. Mit zunehmendem Hub der Düsennadel verringert sich die Drosselwirkung und es erfolgt die Zuschaltung der weiteren Lochkreise im Ventilsitzbereich.
-
Vorteilhafterweise beträgt die Anzahl der Einspritzöffnungen je Lochkreis 6 bis 12. Beispielsweise kann ein Lochkreis 8 Einspritzöffnungen aufweisen, welche bevorzugt über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind, um ein gleichmäßiges Spritzbild zu gewährleisten. Die Anzahl der Einspritzöffnungen kann für jeden Lochkreis unterschiedlich gewählt sein, um beispielsweise unterschiedlichen Durchmessern im Ventilsitz- bzw. im Sacklochbereich Rechnung zu tragen. Ferner kann auch der Durchmesser der einzelnen Einspritzöffnungen unterschiedlich groß gewählt sein. Bevorzugt nehmen die Durchmesser der Einspritzöffnungen in Schließrichtung der Düsennadel ab. So kann ein im Ventilsitzbereich angeordneter Lochkreis beispielsweise Einspritzöffnungen mit einem Durchmesser 100–150 μm und ein im Sacklochbereich angeordneter Lochkreis Einspritzöffnungen mit einem Durchmesser 80–100 μm aufweisen.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Einspritzöffnungen eines Lochkreises um einen Winkel α gegenüber der Längsachse A der Düsenbaugruppe geneigt angeordnet sind. Dabei ist der Winkel α, auch Höhenwinkel genannt, der Einspritzöffnungen eines ersten Lochkreises vorzugsweise größer oder kleiner als der Winkel α wenigstens eines weiteren Lochkreises gewählt. Das heißt, dass sich die Höhenwinkel der Einspritzöffnungen der Lochkreise unterscheiden. Die Höhenwinkeldifferenz ist bevorzugt derart gewählt, dass sich die Längsachsen der unterschiedlich geneigt angeordneten Einspritzöffnungen mehrerer Lochkreise in einem Punkt außerhalb des Injektors treffen. Auf diese Weise kann eine Optimierung der Zerstäubung des einzuspritzenden Mediums bewirkt werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besitzt der Düsenkörper zur Ausbildung des Ventilsitzes einen Körperwinkel β = 45°–48°. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Körperwinkel β = 46,5° erwiesen. Bei einem entsprechend gewählten Körperwinkel kann über den Ventilsitz und die hiermit zusammenwirkende konisch verlaufende Dichtfläche der Düsennadel die Einspritzverlaufsformung optimiert werden.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe in einer Zwischenstellung (Nadelhub: 20 μm),
-
2 einen Längsschnitt durch die Düsenbaugruppe der 1 bei vollständig geöffneter Düsennadel (Nadelhub: 700 μm),
-
3 einen Längsschnitt durch einen Düsenkörper einer weiteren erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe zu entnehmen, welche eine Düsennadel 1 umfasst, die in einer Hochdruckbohrung 2 eines Düsenkörpers 3 hubbeweglich geführt ist. In der 1 ist die Düsennadel 1 der Düsenbaugruppe in einer Zwischenstellung zwischen zwei Hubendpositionen und in der 2 in einer Hubendpositionen dargestellt, in welcher die Düsennadel 1 den Strömungsquerschnitt vollständig frei gibt. Bei vollständiger Freigabe des Strömungsquerschnitts durch die Düsennadel 1 vermag der Kraftstoff ungehindert in die Einspritzöffnungen 4 eines ersten und eines zweiten Lochkreises 4.1, 4.2 einzuströmen, die zueinander axial beabstandet angeordnet sind. Zumindest der zweite Lochkreis 4.2 liegt im Bereich des Ventilsitzes 6 und weist acht über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Einspritzöffnungen 4 auf. Der erste Lochkreis 4.1 befindet sich vorliegend im Bereich eines Sacklochs 7, welches über den Ventilsitz 6 mit der Hochdruckbohrung 2 verbindbar ist. Der erste Lochkreis 4.1 weist ebenfalls acht über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Einspritzöffnungen 4 auf, deren Durchmesser jedoch kleiner als der der Einspritzöffnungen 4 des zweiten Lochkreises gewählt sind.
-
In der in der 1 dargestellten Zwischenstellung der Düsennadel 1, welche charakteristisch für die Stellung der Düsennadel 1 im Niedriglastbetrieb ist, wird über den Strömungsquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes 6 eine Drosselung der Strömung bewirkt, welche zur Folge hat, dass der Kraftstoff nicht ungehindert in die Einspritzöffnungen 4 des zweiten Lochkreises 4.2 einströmen kann. Dies kommt einer Abschaltung des zweiten Lochkreises 4.2 gleich, so dass die Einspritzung im Wesentlichen allein über die Einspritzöffnungen 4 des ersten Lochkreises 4.1 erfolgt. In Abhängigkeit vom Düsennadelhub kann auf diese Weise eine Einspritzverlaufsformung erzielt werden.
-
Die Drosselung wird über den Ventilsitz 6 und eine an der Düsennadel 1 ausgebildete Dichtfläche 5 bewirkt, welche jeweils konisch ausgebildet sind. Mit zunehmendem Hub der Düsennadel 1 wird der Strömungsquerschnitt im Bereich des Ventilsitzes 6 vergrößert bis die Düsennadel 1 die in der 2 dargestellte Endposition erreicht hat, in der sie vollständig entdrosselt ist.
-
In der 3 ist ein Düsenkörper 3 einer weiteren erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe dargestellt. Der Düsenkörper 3 bildet eine Hochdruckbohrung 2 aus, welche über einen Ventilsitz 6 in einem Sackloch 7 mündet. Vom Sackloch 7 führen kreisförmig angeordnete Einspritzöffnungen 4, die einen ersten Lochkreis 4.1 bilden, im Wesentlichen nach radial außen. Ein weiterer Lochkreis 4.2 ist im Bereich des Ventilsitzes 6 angeordnet.
-
Die Längsachsen der Einspritzöffnungen 4 des ersten Lochkreises 4.1 und des zweiten Lochkreises 4.2 sind gegenüber der Längsachse A der Düsenbaugruppe geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel ist unterschiedlich gewählt, so dass sich die Längsachsen der Einspritzöffnungen 4 beider Lochkreise 4.1, 4.2 außerhalb des Düsenkörpers 3 kreuzen. Das heißt, dass der Neigungswinkel α der Einspritzöffnungen 4 des ersten Lochkreises 4.1 größer als der der Einspritzöffnungen 4 des zweiten Lochkreises 4.2 gewählt ist.
-
Über einen Winkel β, auch Körperwinkel genannt, wird die Konusform des Ventilsitzes 6 bestimmt. Der Körperwinkel β beträgt in dem in der 3 dargestellten Beispiel 46,5°. Das heißt, dass der den Ventilsitz 6 ausbildende Innenwandabschnitt des Düsenkörpers 3 um den Winkel β = 46,5° gegenüber der Längsachse A der Düsenbaugruppe geneigt ist. Die Konusform des Endabschnitts der Düsennadel 1 zur Ausbildung der Dichtfläche 5 ist hierauf abgestimmt.
