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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse, insbesondere eine auf den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzende Kraftstoff-Einspritzdüse, gemäß dem Anspruch 1.
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Aus der
DE 27 11 393 C2 ist eine Kraftstoff-Einspitzdüse mit einer Düsennadelanordnung bekannt, die in einer Düsennadelbohrung eines Düsenkörpers geführt ist und über die im Kuppenbereich des Düsenkörpers vorgesehene, auf einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ausmündende Spritzlöcher in Abhängigkeit von der Axiallage der Düsennadel geöffnet und geschlossen werden. Bezogen auf den Querschnitt der Spritzlöcher sind recht unterschiedliche Anforderungen gegeben, um einerseits für Vor- und/oder Nacheinspritzung sowie im Teillastbereich bei kleinen Einspritzmengen eine gute Kraftstoffzerstäubung zu erreichen, was kleine Spritzlöcher erfordert. Mit solchen kleinen Spritzlöchern lassen sich aber für Volllast erforderliche, sehr viel größere Einspritzmengen nicht innerhalb des für die Einspritzung insgesamt zur Verfügung stehenden Zeitfensters einspritzen.
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Ein diesbezüglich in
2 der
DE 27 11 393 C2 aufgezeigter Kompromiss sieht vor, die Kuppe des Düsenkörpers mit zwei axial zueinander versetzten Spritzlochreihen zu versehen, die jeweils separat angesteuert werden, wofür eine innere Ventilnadel und eine diese umschließende, als Hohlnadel ausgebildete äußere Düsennadel vorgesehen sind. Die innere Düsennadel steuert die unteren, von einem Sackloch ausgehenden Spritzöffnungen für kleine Einspritzmengen, die Hohlnadel die oberen Spritzöffnungen, die für die Einspritzung größerer Einspritzmengen zusätzlich freigegeben werden.
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Insgesamt bedeutet dies einen erheblichen Bauaufwand.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung eine Kraftstoff-Einspritzdüse geschaffen, die bei verringertem Bauaufwand in möglichst großen Bereichen des Betriebskennfeldes einen Einspritzverlauf mit einer von einer Voreinspritzphase abgesetzten Haupteinspritzphase ermöglicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzdüse wird mit einer zumindest teilweise als Hohlnadel ausgeführten Düsennadel gearbeitet, der im Sitzbereich Spritzlöcher zugeordnet sind, wobei diesen Spritzlöchern der einzuspritzende Kraftstoff über den hohlen Nadelbereich zugeführt wird, der ausgehend vom geschlossenen Kopfende der Düsennadel sich auch über die gesamte Länge der Düsennadel erstrecken kann.
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Ein solcher Grundaufbau, bei dem der Kraftstoff durch die hohle Düsennadel den in der Düsennadel vorgesehenen Spritzlöchern zugeführt wird, ermöglicht eine Vereinfachung des Baukonzepts für Kraftstoff-Einspritzdüsen, da in die Düsennadel zumindest ein wesentlicher Teil der Kraftstoffzuführung zu den ebenfalls in der Düsennadel angeordneten Spritzlöchern integriert ist, was zu einer Vereinfachung des die Düsennadelbohrung aufnehmenden Düsenkörpers führt und auch hinsichtlich der Bemessung der Einspritzdüse selbst bei schlankem Auslauf auf deren brennraumseitiges Ende Gestaltungsspielraum schafft.
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Insbesondere lässt sich in Verbindung mit der Kraftstoffzuführung zu den Spritzlöchern durch die hohle Düsennadel auch für deren dem Brennraum zugewandten, austauchenden Kopfbereich die anzustrebende Kühlung in vorteilhafter Weise realisieren, da die Spritzlöcher in der Schließlage der Düsennadel durch ihre Überdeckung zum brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers gesteuert sind und im Nahbereich zum geschlossenen, brennraumseitigen Ende der Düsennadel liegen.
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So ist durch die Erfindung eine Kraftstoff-Einspritzdüse geschaffen, die einen Düsenkörper, eine im Düsenkörper vorgesehene, axiale, in Einspritzrichtung offene Düsennadelbohrung und eine in der Düsennadelbohrung hubverstellbar geführte, in Einspritzrichtung und zum Düsenkörper nach außen, öffnende Düsennadel aufweist, die gegen ihr einspritzseitiges Ende als geschlossene Hohlnadel ausgebildet ist und bei der im Bereich des einspritzseitigen Endes der Düsennadel radiale Spritzlöcher vorgesehen sind, die in der Schließlage der Düsennadel in einem Überdeckungsbereich zum einspritzseitigen Ende der über die Düsennadel dichtend abgesperrten Düsennadelbohrung liegen. Damit ist ein sehr einfacher Grundaufbau erreicht, ungeachtet dessen hinsichtlich der Steuerung der Einspritzzeiten und/oder Einspritzraten vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten gegeben sind.
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Im Hinblick auf einen einfachen Aufbau erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Düsennadel an ihrem einspritzseitigen Ende in einen in Öffnungsrichtung verbreiterten, zum Düsenkörper in der Schließlage der Düsennadel dichtenden Kopfteil ausläuft, so dass in Abhängigkeit vom Öffnungshub der Düsennadel über den mit der Öffnung der Düsennadel entstehenden Öffnungsspalt zwischen Kopfteil der Düsennadel und Düsenkörper auch Einfluss auf die Spritzrichtung und die Kraftstoffverteilung im Brennraum genommen werden kann.
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Unter anderem in Ausrichtung hierauf ist es zweckmäßig, wenn das Kopfteil der Düsennadel sich in Öffnungsrichtung konisch verbreiternd ausgebildet wird, somit für die Schließlage einen in eine entsprechende Aufnahme des Düsenkörpers eintauchenden Schließkörper bildet. Hierbei kann eine entsprechende Dichtgrenze, entsprechend scharfkantig, durch eine seitens der Aufnahme vorgesehene Kante oder auch dadurch gebildet sein, dass die seitens des Schließkörpers vorgesehene Aufnahme gegensinnig konisch zum Kopfteil ausgebildet wird.
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Insbesondere in Verbindung mit der letztgenannten Ausgestaltung können das Kopfteil der Düsennadel und der Düsenkörper im zur Schließlage benachbarten Öffnungsbereich der Düsennadel einen in Überdeckung zu den Spritzöffnungen liegenden, spitzwinkligen, insbesondere konisch spitzwinkligen Ringkanal freigeben, durch den sich bei über die Spritzöffnungen vorgegebener Spritzrichtung diese in Abhängigkeit von der Öffnungslage der Düsennadel ändert. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, bei Teilöffnung der Düsennadel, sei es zur Voreinspritzung, im Leerlauf oder auch im unteren Teillastbereich, bei Erstreckung der Spritzöffnungen unter einem stumpfen Konuswinkel zur Düsennadelachse einen verhältnismäßig spitzwinkligen Einspritzkonus zu realisieren, und damit eine Bündelung der Kraftstoffzufuhr auf einen zentralen Brennraumbereich, während bei weiter geöffneter Düsennadel, beispielsweise zur Abdeckung des Volllastbedarfes, eine Einspritzung in einer zum Düsenkörper überdeckungsfreien Kegelebene erfolgen kann, der Kraftstoff also mehr radial in Richtung auf die Brennraumwände eingespritzt wird.
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Im Hinblick auf die Öffnung der Düsennadel gegenüber dem Düsenkörper nach außen ist es zweckmäßig, die Düsennadel lastabhängig durch Beaufschlagung eines rückseitig der Düsennadel liegenden Steuerraums in Öffnungsrichtung zu verstellen, bei in entgegengesetzter Richtung federnder Abstützung auf ihre Schließlage. Baulich einfach lässt sich dies dadurch realisieren, dass die Düsennadel, bei ihrer Ausbildung als Hohlnadel, am rückwärtigen Ende durch eine Kappe geschlossen wird, die Teil der Abgrenzung eines Steuerraums ist, der umfangsseitig durch eine entsprechende Hülse geschlossen wird. Zweckmäßigerweise wird die Kappe umfangsseitig mit einem Stützbund versehen, der zur Begrenzung der Hubbewegung der Düsennadel in Öffnungsrichtung einen Gegenanschlag zu einem seitens des Düsenkörpers vorgesehenen Anschlag bildet, bei einer die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagenden, zwischen Düsenkörper und Stützbund liegender Schließfeder. Zweckmäßigerweise erfolgt gegen den kappenseitigen Stützbund auch die federnde axiale Abstützung der zur Kappe umschließenden, den Steuerraum umfangsseitig begrenzenden Hülse über eine zwischen Hülse und Stützbund liegende Stützfeder, die im Vergleich zur die Düsennadel auf ihre Schließlage abstützenden Schließfeder schwächer ausgelegt ist. Die zur Kappe gegenüberliegende Abstützung für die den Steuerraum umschließende Hülse wird durch eine gegen den Düsenkörper axial verspannte Steuerplatte gebildet, in der auch die entsprechenden Versorgungsbohrungen verlaufen.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines schematisierten Ausführungsbeispieles für eine erfindungsgemäße Gestaltung einer Kraftstoff-Einspritzdüse.
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Bezogen auf das Ausführungsbeispiel mit der schematischen Darstellung eines Ausschnitts einer Kraftstoff-Einspritzdüse 1 ist davon ausgegangen, dass diese mit ihrem Düsenkörper 2 in den nicht dargestellten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingesetzt, insbesondere eingeschraubt oder eingespannt ist und mit ihrem einspritzseitigen Ende auf einen Brennraum dieser Brennkraftmaschine ausmündet, wobei bezogen auf die Anordnung der Kraftstoff-Einspritzdüse 1 zum Brennraum insbesondere eine zentrale Lage der Achse 3 der Kraftstoff-Einspritzdüse 1 zum Brennraum zweckmäßig ist.
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Für die Veranschaulichung der Erfindung ist von der Kraftstoff-Einspritzdüse 1 lediglich ein Ausschnitt gezeigt, der insbesondere den Düsenkörper 2 und die in axialer Überdeckung zu diesem liegende und gegen diesen verspannte Steuerplatte 4 veranschaulicht, welcher gegenüberliegend zum Düsenkörper 2 die nur angedeutete Aktuatorik 5 für das Steuerventil 6 zugeordnet ist, das in nicht veranschaulichter Weise zum Beispiel durch Anschluss an die Hochdruckbohrung 7 die Beaufschlagung des Steuerraumes 8 mit Systemdruck steuert. Dies unter entsprechender Berücksichtigung von Arbeitsparametern der Brennkraftmaschine, auf deren Brennraum die Kraftstoff-Einspritzdüse 1 einspritzt. Ausgehend vom Steuerventil 6 erfolgt die Druckversorgung des Steuerraums 8 über eine Zulaufdrossel 9. Ferner ist ausgehend vom Steuerraum 8 in der Steuerplatte 4 ein Anschluss zur Niederdruckseite angedeutet, in dem eine Ablaufdrossel 10 liegt.
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Der Düsenkörper 3 nimmt eine nach außen öffnende Düsennadel 11 auf, die, dem Brennraum zugewandt, ein Kopfteil 12 aufweist und die vorliegend als Hohlnadel mit einer zentralen Nadelbohrung 13 ausgebildet ist. Diese Nadelbohrung 13 ist gegenüberliegend zum Kopfteil 12 durch eine Kappe 14 verschlossen, welche bei hutförmiger Grundform einen Kappendeckel 15 und einen krempenartigen, radial abragenden Stützbund 17 aufweist. Die Kappe 14 ist mit der Düsennadel 11 lagefest verbunden, beispielsweise durch Aufschrumpfen der Buchse 16 bei radial innerer Aussteifung der Buchse 16 über einen Kerbnagel 18.
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Im zum Kopfteil 12 abgelegenen oberen Bereich der Düsennadel 11 ist die im Düsenkörper 2 vorgesehene Führungsbohrung 19 für die Düsennadel 11 radial zu einem Ringraum 20 erweitert, über den ausgehend von der Hochdruckbohrung 7 die Kraftstoffzufuhr auf die Nadelbohrung 13 erfolgt, wozu die Düsennadel 11 in ihrer Wandung mit zumindest einer Zulaufbohrung 21 versehen ist. Diese liegt im axialen Übergangsbereich zwischen der unteren Begrenzung des Ringraumes 20 und dem Stützbund 17 der Kappe 14, bei zwischen dieser unteren Begrenzung 22 des Ringraumes 20 liegender, die Düsennadel 11 auf ihre Schließlage belassender und umschlingender Schließfeder 23.
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Gegenüberliegend ist auf dem zur Buchse 16 auskragenden Stützbund 17 eine Stützfeder 24 abgestützt, über die eine den Steuerraum 8 umgrenzende, auf der Kappe 14 axial verschieblich geführte Hülse 25 gegen die Steuerplatte 4 belastet ist, die einen weiteren Teil der Begrenzung des Steuerraums 8 bildet. In Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 8 wird die Düsennadel 11 in Öffnungsrichtung verstellt, bei entsprechender Hubverstellung über die Schließfeder 23. Der Ausfahrweg der Düsennadel 11 ist über einen zum Düsenkörper 2 festgelegten Nadelanschlag 26 begrenzt, und zwar durch Zusammenwirken mit dem Stützbund 17 der Kappe 14, wobei der Nadelanschlag 26 im Ausführungsbeispiel als ringförmige, zum Düsenkörper 2 feststehende Abstützung gestaltet ist, die, um den Flüssigkeitszulauf auf die Nadelbohrung 13 in der Anschlaglage nicht zu beeinträchtigen, eine radiale Durchlauföffnung 27 aufweist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, die hohl ausgebildete Düsennadel 14 insbesondere in ihrem in der Führungsbohrung 19 in Überdeckung zum Düsenkörper 2 liegenden Axialbereich umfangsseitig druckbeaufschlagt abzustützen, was bevorzugt mittels außenseitig zur Düsennadel vorgesehener Microrillen erfolgt, in denen sich zwischen dem Ringraum 20 und dem brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 2 aufgrund der Zuführung des unter Systemdruck stehenden Kraftstoffes auf die Nadelbohrung 13 über den Ringraum 20 ein Druckpolster aufbauen kann. Dies ist nicht nur im Hinblick auf möglichst geringe Reibungskräfte bei der Hubverstellung der Düsennadel 11 zweckmäßig, sondern macht es insbesondere auch möglich, die hohle Düsennadel 11 mit möglichst geringer Wandstärke auszubilden, ungeachtet der Innendruckbeaufschlagung durch den unter Systemdruck stehenden Kraftstoff, der über die Nadelbohrung 13 den vorgesehenen Spritzlöchern 29 zugeführt wird.
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Die Spritzlöcher 29 liegen, wie in der Figur gezeigt, in der Schließlage der Düsennadel 11 im axialen Überdeckungsbereich zum Düsenkörper 2, der einen Anschlag für das sich in Richtung auf den Brennraum erweiternde, insbesondere konisch erweiternde Kopfteil 12 der nach außen, also gegen den Brennraum sich öffnenden Düsennadel 11 bildet. Im Hinblick auf eine dauerhaft verschleißfeste Gestaltung der mit dem Kopfteil 12 zusammenwirkenden Dichtzone des Düsenkörpers 2 ist der entsprechende Sitzbereich des Düsenkörpers 2 bevorzugt durch einen Hartmetalleinsatz 30 gebildet, wobei die Dichtgrenze zwischen dem Kopfteil 12 und dem Hartmetalleinsatz 30 seitens des Hartmetalleinsatzes 30 sowohl als ringförmige Dichtkante wie auch als kegelförmige Dichtzone ausgebildet sein kann.
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Insbesondere bei einem im Wesentlichen entsprechend dem kegelförmigen Auslauf des Kopfteiles 12 kegelförmig aufweitenden Bereich des düsenkörperseitigen Sitzbereiches gegen den Brennraum ergibt sich beim Öffnen der Düsennadel 11 zunächst, bei bestehender axialer Überdeckung der Spritzlöcher 29 durch den Einsatz 30, oder einen entsprechend gestalteten Teil des Düsenkörpers 2, zunächst entsprechend den gegebenen Konizitäten ein spitzwinklig konischer Spritzkanal, bis die im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zur Radialen flach geneigten Spritzlöcher 29 mit zunehmender Öffnung der Düsennadel sich aus diesem Überdeckungsbereich herausbewegen und somit über die Spritzlöcher 29 entsprechend ihrer Erstreckung die Einspritzung unter einem im Wesentlichen stumpfen Strahlwinkel in Richtung auf die Brennraumwände möglich ist. Entsprechend erfolgt die Einspritzung zunächst, zum Beispiel bei Leerlauf, im Wesentlichen auf den zentralen Bereich des Brennraums, und danach, zum Beispiel bei Volllast, im Wesentlichen auf die wandnahen Bereiche des Brennraums. Hierbei erweisen sich für den Leerlauf und unteren Teillastbereich bezogen auf den jeweiligen Spritzkegel Winkelbereiche um 60° als zweckmäßig, für den Volllastbetrieb Winkelgrößen um 150°, wobei dies nur Richtgrößen sind, die in Abhängigkeit von den jeweiligen Brennraumgegebenheiten in weitem Bereich variieren können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2711393 C2 [0002, 0003]
