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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Kraftstoffeinspritzdüsen sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. So verfügt eine Kraftstoffeinspritzdüse, die auch als Kraftstoffinjektor ausgeführt sein kann, über einen Düsenkörper und eine im Düsenkörper positionierte Düsennadel. Der Düsenkörper stellt einen Ventilsitz für die als Ventilkörper dienende Düsennadel bereit. Bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse drückt ein Bereich der Düsennadel gegen den vom Düsenkörper bereitgestellten Ventilsitz. Bei geöffneter Kraftstoffeinspritzdüse ist dieser Bereich der Düsennadel vom Ventilsitz des Düsenkörpers abgehoben.
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Bei aus der Praxis bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen sind sowohl der vom Düsenkörper bereitgestellte Ventilsitz als auch der Bereich der Düsennadel, die bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse gegen den Ventilsitz des Düsenkörpers drückt, jeweils konisch konturiert, und zwar mit unterschiedlichen Konuswinkeln.
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Bei aus der Praxis bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen muss die Düsennadel im Düsenkörper aufwändig zentriert werden, um eine Schiefstellung der Düsennadel im Düsenkörper zu vermeiden und so bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse eine gute Dichtwirkung zwischen dem Düsenkörper und der Düsennadel zu gewährleisten. Ferner müssen bei aus der Praxis bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen die konisch konturierten Flächen von Düsenkörper und Düsennadel mit hoher Oberflächenqualität gefertigt werden, wodurch sich ein hoher Fertigungsaufwand ergibt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Kraftstoffeinspritzdüse zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist der Bereich der Düsennadel, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse gegen den vom Düsenkörper bereitgestellten Ventilsitz drückt, von einem sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel bereitgestellt. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist derjenige Bereich der Düsennadel, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse gegen den vom Düsenkörper bereitgestellten, konisch konturierten Ventilsitz drückt, nicht konisch konturiert, sondern von einem sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel bereitgestellt. Hiermit können gegenüber bekannten Kraftstoffeinspritzdüsen eine Vielzahl von Vorteilen realisiert werden. So kann auf eine aufwändige Zentrierung der Düsennadel im Düsenkörper verzichtet werden, da selbst bei einer Schiefstellung der Düsennadel im Düsenkörper eine gute Dichtwirkung zwischen Düsennadel und Düsenkörper bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse gewährleistet werden kann. Daher können auch die zusammenwirkenden Oberflächen von Düsennadel und Düsenkörper mit geringerem Aufwand gefertigt werden. Ferner können Fertigungsstreuungen und somit Streuungen in der von der Kraftstoffeinspritzdüse bereitgestellten Einspritzmenge reduziert werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung geht der sphärisch konturierte Abschnitt der Düsennadel oberhalb des Ventilsitzes des Düsenkörpers und damit an einer von Spritzlöchern abgewandten Seite des Düsenkörpers in einen nicht-sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel über, wobei eine Gerade, die sich einerseits durch einen Auflagepunkt des sphärisch konturierten Abschnitts der Düsennadel auf dem konisch konturierten Ventilsitz und andererseits durch einen Übergangspunkt zwischen dem sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel und dem angrenzenden nicht-sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel erstreckt, mit dem konisch konturierten Ventilsitz einen Winkel von weniger als 10° einschließt. Hierzu ist der sphärisch konturierte Abschnitt der Düsennadel als Kugelabschnitt bzw. Kugelkalotte oder als Kugelschicht bzw. Kugelscheibe ausgeführt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung geht der sphärisch konturierte Abschnitt der Düsennadel unterhalb des Ventilsitzes des Düsenkörpers und damit an einer von Spritzlöchern zugewandten Seite des Düsenkörpers in einen weiteren nicht-sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel über, wobei eine Gerade, die sich einerseits durch einen Auflagepunkt des sphärisch konturierten Abschnitts der Düsennadel auf dem konisch konturierten Ventilsitz und andererseits durch einen Übergangspunkt zwischen dem sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel und dem angrenzenden, weiteren nicht-sphärisch konturierten Abschnitt der Düsennadel erstreckt, mit dem konisch konturierten Ventilsitz einen Winkel von weniger als 10° einschließt. Hierzu ist der sphärisch konturierte Abschnitt der Düsennadel als Kugelschicht bzw. Kugelscheibe ausgeführt.
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Mit den obigen Weiterbildungen der Erfindung können die erfindungsgemäßen Vorteile besonders einfach realisiert werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
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1: einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse,
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2: einen Ausschnitt aus einer Düsennadel der Kraftstoffeinspritzdüse;
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3: das vergrößerte Detail III der 1;
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4: das abermals vergrößerte Detail IV der 3; und
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5: einen Ausschnitt aus einer alternativen Düsennadel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse.
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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Bei der Kraftstoffeinspritzdüse kann es sich um einen Kraftstoffinjektor handeln.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse 10, wobei die Kraftstoffeinspritzdüse 10 einen Düsenkörper 11 und eine im Düsenkörper 11 positionierte Düsennadel 12 aufweist. Der Düsenkörper 11 stellt einen Ventilsitz 13 für die als Ventilkörper dienende Düsennadel 12 bereit, wobei bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse 10 ein Federelement 14 einen Bereich 15 der Düsennadel 12 gegen den vom Düsenkörper 11 bereitgestellten Ventilsitz 13 drückt. Dann, wenn bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse 10 die Düsennadel 12 mit ihrem Bereich 15 gegen den vom Düsenkörper 11 bereitgestellten Ventilsitz 13 drückt, kann durch sogenannte Spritzlöcher 16 des Düsenkörpers 11 kein Kraftstoff gespritzt werden. Nur dann, wenn die Düsennadel 12 mit ihrem Bereich 15 vom Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 abgehoben ist, kann über die Spritzlöcher 16 Kraftstoff verspritzt werden.
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Der vom Düsenkörper 11 bereitgestellte Ventilsitz 13 ist, wie aus dem Stand der Technik üblich, konisch konturiert.
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Der Bereich 15 der Düsennadel 12, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse 10 gegen den vom Düsenkörper 11 bereitgestellten, konisch konturierten Ventilsitz 13 drückt, ist erfindungsgemäß von einem sphärisch konturierten Abschnitt 17 der Düsennadel 12 bereitgestellt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist dieser sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 als Kugelschicht ausgebildet, wobei eine solche Kugelschicht auch als Kugelscheibe bezeichnet werden kann, die durch zwei parallel zueinander verlaufende Schnittflächen durch eine Kugel definiert ist.
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Dann, wenn der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 als Kugelschicht bzw. Kugelscheibe ausgeführt ist, geht der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 oberhalb des Ventilsitzes 13 und damit an einer von den Spritzlöchern 16 abgewandten Seite des Düsenkörpers 11 in einen nicht-sphärisch konturierten Abschnitt 18 der Düsennadel 12 und weiterhin unterhalb des Ventilsitzes 13 und damit an einer den Spritzlöchern 16 zugewandten Seite des Düsenkörpers 11 in einen weiteren nicht-sphärisch konturierten Abschnitt 19 der Düsennadel 12 über.
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im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist der von den Spritzlöchern 16 abgewandte, nicht-sphärisch konturierte Abschnitt 18 der Düsennadel 12 zylindrisch und der den Spritzlöchern 16 zugewandte, weitere nicht-sphärisch konturierte Abschnitt 19 der Düsennadel 12 konisch konturiert.
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Der Bereich 15 der Düsennadel 12, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse 10 gegen den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 drückt, ist demnach von dem sphärisch konturierten Abschnitt 17 der Düsennadel 12 bereitgestellt, wobei in 3 und 4 eine gestrichelte Linie diesen Anlagebereich der Düsennadel 12 am Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 visualisiert.
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Dann, wenn wie in 1 bis 4 gezeigt, der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 als Kugelschicht bzw. Kugelscheibe ausgeführt ist, schließt eine Gerade 20, die sich gemäß 4 einerseits durch einen Auflagepunkt 21 des sphärisch konturierten Abschnitts 17 der Düsennadel 12 auf den konisch konturierten Ventilsitz 13 und andererseits durch einen Übergangspunkt 22 zwischen dem sphärisch konturierten Abschnitt 17 der Düsennadel 12 und dem angrenzenden, von den Spritzlöchern 16 abgewandten, nicht-sphärisch konturierten Abschnitt 18 der Düsennadel 12 erstreckt, mit dem konisch konturierten Ventilsitz 13 einen Winkel β1 von weniger als 10° ein.
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Ebenso schließt dann, wenn der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 von einer Kugelschicht bzw. Kugelscheibe bereitgestellt ist, eine Gerade 23, die sich einerseits durch den Auflagepunkt 21 des sphärisch konturierten Abschnitts 17 der Düsennadel 12 auf dem konisch konturierten Ventilsitz 13 und andererseits durch einen Übergangspunkt 24 zwischen dem sphärisch konturierten Abschnitt 17 der Düsennadel 12 und dem angrenzenden, den Spritzlöchern 16 zugewandten, weiteren nicht-sphärisch konturierten Abschnitt 19 der Düsennadel 12 erstreckt, mit den konisch konturierten Ventilsitz 13 einen Winkel β2 von ebenfalls weniger als 10° ein.
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Die Winkel β1 und β2 können voneinander abweichen oder identisch sein.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist es auch möglich, dass der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 gemäß 5 von einem Kugelabschnitt bereitgestellt wird, wobei ein solcher Kugelabschnitt auch als Kugelkalotte bezeichnet wird. Dann, wenn der sphärisch konturierte Abschnitt 17 der Düsennadel 12 gemäß 5 von einem Kugelabschnitt bzw. einer Kugelkalotte bereitgestellt ist, geht derselbe ausschließlich an einer von den Spritzlöchern 16 des Düsenkörpers 11 abgewandten Seite in den nicht-sphärisch konturierten Abschnitt 18, insbesondere einen zylindrisch konturierten Abschnitt 18, der Düsennadel 12 über, wobei dann in diesem Übergangsbereich die Düsennadel 12 analog zu der Düsennadel 12 der 1 bis 4 ausgebildet bzw. konturiert ist.
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Mit der Erfindung können eine Vielzahl von Vorteilen realisiert werden. So ermöglicht die vorgeschlagene Geometrie bzw. Konturierung des Abschnitts 17 der Düsennadel 12 eine einfache Herstellung, zum Beispiel durch Polieren des sphärischen Radius des sphärisch konturierten Abschnitts 17 der Düsennadel 12. Dies ist selbst dann möglich, wenn die Düsennadel aus harten Werkstoffen wie aus gehärtetem Stahl oder einer Keramik gefertigt wird.
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Die sphärische Konturierung der Düsennadel 12 im Abschnitt 17 ermöglicht weiterhin eine einfache Zentrierung der Düsennadel 12 im Düsenkörper 11. Selbst dann, wenn die Düsennadel 12 infolge einer nicht exakten Zentrierung zum Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 schief steht, ist eine gute Dichtwirkung im Bereich des Ventilsitzes 13 gewährleistet.
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Über die sphärische Konturierung des Abschnitts 17 der Düsennadel 12, der bei geschlossener Kraftstoffeinspritzdüse gegen den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 drückt, können Fertigungsstreuungen und somit Einspritzmengenstreuungen über die Kraftstoffeinspritzdüse reduziert werden.
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Ferner ist bedingt durch die sphärische Konturierung des Abschnitts 17 der Düsennadel 12, die mit dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 zusammenwirkt, die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse 10 weniger verschleißanfällig. Dann wenn beim Schließen der Kraftstoffeinspritzdüse 10 die Düsennadel 12 mit dem sphärisch konturierten Abschnitt 17 gegen den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 schlägt, steht im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Einspritzdüsen eine größere Auflagefläche für die Düsennadel 12 auf dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 zur Verfügung. Hierdurch reduziert sich die Belastung für den Ventilsitz 13 sowie für den mit dem Ventilsitz 13 zusammenwirkenden, sphärisch konturierten Abschnitt 17 der Düsennadel 12. Ein durch das Aufschlagen der Düsennadel 12 auf dem Ventilsitz 13 bewirkter Verschleiß wird verringert, wodurch die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse 10 eine höhere Standzeit und damit Lebensdauer aufweist. Ferner kann über die Lebensdauer das Einspritzverhalten der Kraftstoffeinspritzdüse 10 verbessert werden.
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Die Ausbildung des sphärisch konturierten Abschnitts 17 der Düsennadel 12 als Kugelabschnitt bzw. Kugelkalotte oder als Kugelschicht bzw. Kugelscheibe ist bevorzugt. Alternativ kann auch eine Kugel an die Düsennadel 12 zur Bereitstellung des sphärisch konturierten Abschnitts 17 angebunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftstoffeinspritzdüse
- 11
- Düsenkörper
- 12
- Düsennadel
- 13
- Ventilsitz
- 14
- Federelement
- 15
- Bereich
- 16
- Spritzloch
- 17
- sphärisch konturierter Abschnitt
- 18
- nicht-sphärisch konturierter Abschnitt
- 19
- nicht-sphärisch konturierter Abschnitt
- 20
- Gerade
- 21
- Auflagepunkt
- 22
- Übergangspunkt
- 23
- Gerade
- 24
- Übergangspunkt
