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Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Formgebung von Spritzlöchern der Einspritzdüse.
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Eine Einspritzdüse wird verwendet, um Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolbenmotors, einzuspritzen. Die Einspritzdüse umfasst einen Düsenkörper mit einer Innenseite und einer Außenseite, zwischen denen im Bereich eines Endes der Einspritzdüse, das in den Brennraum ragt, eines oder mehrere Spritzlöcher eingebracht sind. Bei Betätigung der Einspritzdüse fließt Kraftstoff unter hohem Druck durch die Spritzlöcher in den Brennraum.
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Rückstände von verbranntem Kraftstoff können sich im Bereich der Spritzlöcher niederschlagen und den Kraftstofffluss behindern. In der Folge kann die Vernebelung von Kraftstoff, der aus den Spritzlöchern austritt, beeinträchtigt sein, was zu einer schlechteren Verbrennung und damit zu schlechteren Abgaswerten des Verbrennungsmotors führen kann. Die Beeinträchtigung kann derart stark sein, dass ein Steuergerät des Verbrennungsmotors einen Weiterbetrieb verhindert.
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Es ist bekannt, dass die Ablagerung der Verbrennungsprodukte, die so genannte Verkokung, durch eine geeignete Geometrie der Spritzlöcher reduziert werden kann. Ein Spritzlocher kann insbesondere dann resistenter gegen Verkokung sein, wenn die Länge des Spritzlochs gegenüber seinem Durchmesser im Bereich des Austritts möglichst klein ist. Zur Verkürzung der Länge des Spritzlochs kann im Bereich seines Austritts eine Ausnehmung in die Außenseite des Düsenkörpers eingebracht sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine strukturelle Schwächung des Düsenkörpers durch die Ausnehmung zu verringern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Einspritzdüse mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors umfasst einen Düsenkörper mit einer Innenseite und einer Außenseite und zwei in den Düsenkörper eingebrachten Spritzlöchern zur Verbindung der Innenseite mit der Außenseite. Dabei ist im Bereich jedes Spritzlochs in die Außenseite des Düsenkörpers eine Ausnehmung eingebracht und beide Spritzlöcher enden in derselben Ausnehmung.
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Die Erfindung kann besonders vorteilhaft in Verbindung mit Gruppenlöchern oder Löchern unterschiedlicher Lochreihen eingesetzt werden. Eine Herstellung der Einspritzdüse kann vereinfacht sein, indem eine Zahl einzubringender Ausnehmungen reduziert ist. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser jedes Spritzlochs kann verringert sein. Einspritzstrahlen, die aus den Spritzlöchern austreten, können sich gegenseitig überlagern, wodurch ein Strahlkegelwinkel, eine Strahlaufbereitung oder eine Strahleindringtiefe des Strahls positiv beeinflusst sein können. Ferner können die Längen der Spritzlöcher durch die gemeinsame Bearbeitung der zugeordneten Ausnehmung mit verbesserter Genauigkeit gleich lang sein. Ferner können die Spritzlöcher resistenter beziehungsweise toleranter gegenüber Verkokung sein, insbesondere bei Düsenvarianten mit einem Sitzwinkel von über 60 Grad bezüglich einer Längsachse der Einspritzdüse und mehreren Lochreihen.
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In einer Ausführungsform können auch drei oder mehr Spritzlöcher zur Verbindung der Innenseite mit der Außenseite des Düsenkörpers in der selben Ausnehmung enden. Die Spritzlöcher können ein Gruppenloch bilden, welches als Einzelloch mit verbesserten fluiddynamischen Eigenschaften betrachtet werden kann.
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Die Spritzlöcher können gerade verlaufen und von der Innenseite zur Außenseite auseinanderstreben. Dadurch kann gesteuert werden, in welcher Weise sich die aus den einzelnen Spritzlöchern austretenden Strahlen überlagern, um das Strahlverhalten des überlagerten Strahls gezielt zu beeinflussen.
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Die Ausnehmung weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen mit ihrer Tiefe abnehmenden Durchmesser auf. Die Verkürzung der Spritzlochlängen kann auf diese Weise mit einer verringerten strukturellen Schwächung des Düsenkörpers verbunden sein. Außerdem kann so verbessert Raum für den aus den Spritzlöchern austretenden Kraftstoff geschaffen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt der Durchmesser stufenartig ab. Die relativen Tiefen beziehungsweise Breiten der einzelnen Stufen können in verbesserter Weise aufeinander abgestimmt sein. Eine Kerbspannung im Bereich der Ausnehmung kann dadurch verringert sein.
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Bevorzugterweise sind Übergänge zwischen den Stufen abgerundet. Dies kann ebenfalls dazu beitragen, Kerbspannungen im Düsenkörper abzubauen.
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In einer Ausführungsform weist die Ausnehmung die Form eines Kegelstumpfs auf. In diesem Fall ist die Ausnehmung leicht zu erzielen und insbesondere für eine Anordnung vorteilhaft, in der die Spritzlöcher parallel zueinander verlaufen.
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In einer anderen Ausführungsform weist die Ausnehmung die Form eines Kugelabschnitts auf.
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Bevorzugterweise ist der Düsenkörper, abgesehen von den Ausnehmungen im Bereich des in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragenden Endes, radial symmetrisch ausgeformt. Bevorzugterweise bildet eine Längsachse die Symmetrieachse.
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In die Außenseite des Düsenkörpers können mehrere Ausnehmungen eingebracht sein, wobei in jeder Ausnehmung mehrere Spritzlöcher enden. So kann auch eine komplexe Einspritzdüse mit den oben beschriebenen Vorteilen unterstützt sein. Die Ausnehmungen können bezüglich der Längsachse auf einem Umkreis verteilt sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Seitenansicht einer Einspritzdüse;
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2 einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse aus 1;
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3 eine Seitenansicht einer weiteren Einspritzdüse;
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4 einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse aus 2; und
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5–8 Längsschnitte durch Einspritzdüsen in weiteren Ausführungsformen
darstellt.
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Einspritzdüse 100. Dargestellt ist ein unteres Ende der Einspritzdüse 100, welches dazu eingerichtet ist, in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors zu ragen. Die Einspritzdüse 100 umfasst einen Düsenkörper 105, der zumindest im gezeigten Bereich rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 110 ausgebildet ist. Der Düsenkörper 105 umfasst eine Innenseite 115 und eine Außenseite 120. Auf der Innenseite 115 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Kraftstoff angeordnet, die hier nicht genauer beschrieben wird und üblicherweise ein Ventil, insbesondere ein Servoventil, umfasst, um einen Durchfluss beziehungsweise Ausstoß von Kraftstoff zu dosieren.
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Am unteren Ende hat der Düsenkörper 105 in etwa die Form einer umgedrehten Glocke. Im Bereich eines Absatzes der Glocke sind Spritzlöcher 125 eingebracht, welche die Innenseite 115 mit der Außenseite 120 des Düsenkörpers 105 verbinden. Je zwei Spritzlöcher 125 enden in einer Ausnehmung 130, die von der Außenseite 120 in den Düsenkörper 105 eingebracht ist. Dabei sind Enden der Spritzlöcher 125, die in der selben Ausnehmung 130 enden, zueinander axial versetzt.
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Auf einem Umkreis um die Längsachse 110 sind mehrere Ausnehmungen 130 vorzugsweise gleichmäßig verteilt, denen jeweils mehrere Spritzlöcher 125 zugeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Enden der oberen Spritzlöcher 125 auf einem ersten Lochkreis 135 um die Längsachse 110 und die Enden der unteren Spritzlöcher 125 liegen auf einem zweiten Lochkreis 140 um die Längsachse 110. Die beiden Lochkreise 135 und 140 sind entlang der Längsachse 110 axial versetzt.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse 100 aus 1. Dargestellt ist lediglich eine rechte Seite der zur Längsachse 110 spiegelsymmetrischen Schnittfläche.
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Die beiden Spritzlöcher 125, die zur selben Ausnehmung 130 korrespondieren, sind vorzugsweise zylindrisch und weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. In der dargestellten Ausführungsform liegt eine erste Richtung 145, entlang derer sich das obere Spritzloch 125 erstreckt, parallel zu einer zweiten Richtung 150, entlang derer sich das untere Spritzloch 125 erstreckt. In anderen Ausführungsformen können die Richtungen 145, 150 auch aufeinander zulaufen oder voneinander wegstreben. Üblicherweise schneiden die Richtungen 145, 150 jeweils die Längsachse 110. Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, in denen dies nur für eine der Richtungen 145, 150 oder gar nicht der Fall ist.
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Die Ausnehmung 130 weist in der dargestellten Ausführungsform im Düsenkörper 105 eine Oberkante auf, die parallel zu einer Unterkante verläuft. Eine Begrenzungsfläche der Ausnehmung 130, in der die Enden der von innen nach außen verlaufenden Spritzlöcher 125 liegen, verläuft parallel zu einer Fläche auf der Innenseite 115 des Düsenkörpers 105, in dem die Anfänge der Spritzlöcher 125 liegen.
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Durch die von außen nach innen bestimmte Tiefe der Ausnehmung 130 kann gesteuert werden, welche Länge die Spritzlöcher 125 haben. Bei einem vorgegebenen Durchmesser der Spritzlöcher 125 kann durch die Tiefe der Ausnehmung 130 das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spritzlöcher 125 gesteuert werden, das im Sinne einer Resistenz der Spritzlöcher 125 gegen Verkokung vorteilhafterweise zu minimieren ist.
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Je tiefer die Ausnehmung 130 liegt, desto geringer ist eine Wandstärke des Düsenkörpers 105 in diesem Bereich. Um die Gefahr eines strukturellen Schwachpunkts gering zu halten, ist es also von Vorteil, den Durchmesser beziehungsweise die Weite der Ausnehmung 130 zu begrenzen. Beide Ziele werden erreicht, indem mehrere Spritzlöcher 125 in derselben Ausnehmung 130 enden.
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Die dargestellten Spritzlöcher 125 können so genannte Gruppenlöcher sein, die kleiner als übliche Spritzlöcher 125 sind und eng beieinander liegen. Dabei ist es möglich, die Spritzlöcher 125 einer Gruppe als ein normales Spritzloch 125 zu betrachten, dessen Spritzeigenschaften verbessert steuerbar sind. Insbesondere können durch die geometrische Auslegung der einzelnen Spritzlöcher 125 einer Gruppe Spritzeigenschaften wie ein Strahlkegelwinkel, eine Strahlaufbereitung oder eine Strahleindringtiefe durch die Überlagerung der aus den einzelnen Spritzlöchern 125 austretenden Strahlen beeinflusst werden.
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3 zeigt eine Seitenansicht der Einspritzdüse 100 der 1 und 2 in einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform sind drei Spritzlöcher 125 vorgesehen, von denen die oberen beiden auf dem ersten Lochkreis 135 und das untere auf dem zweiten Lochkreis 140 endet. Die Form der Ausnehmung 130 ist entsprechend angepasst.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch die Einspritzdüse 100 aus 2. Im Längsschnitt wird deutlich, dass die Ausnehmung 130 zwar keine parallelen Begrenzungsflächen hat, dass aber eine Bodenfläche, in der die Spritzlöcher 125 enden, konstanten Abstand von einer Oberfläche auf der Innenseite 115 des Düsenkörpers 105 hat, von der die Spritzlöcher 125 beginnen. Übergänge zwischen den Begrenzungsflächen der Ausnehmung 130 sind zur Minimierung von Kerbspannungen abgerundet.
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Die Spritzlöcher 125 können zylindrisch oder wie in der dargestellten Ausführungsform konisch sein. Beim Durchgang von der Innenseite 115 zur Außenseite 120 nimmt die Weite bzw. der Durchmesser der Spritzlöcher 125 kontinuierlich zu. Bevorzugterweise sind Querschnitte der Spritzlöcher 125 kreisrund.
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Das bezüglich der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform zusätzliche Spritzloch 125 weist eine dritte Richtung 155 auf. Die Richtungen 145 bis 155 der drei Spritzlöcher 125 können parallel zueinander verlaufen oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel auseinanderstreben.
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In weiteren Ausführungsformen ist es auch möglich, eine noch größere Anzahl Spritzlöcher 125 in derselben Ausnehmung 130 enden zu lassen. Die Längen der einander auf diese Weise zugeordneten Spritzlöcher 125 können auf der Basis der Tiefe der Ausnehmung 130 gesteuert werden. Bei einem vorbestimmten Durchmesser der Spritzlöcher 125 im Bereich der Bodenfläche der Ausnehmung 130 kann durch die Tiefe der Ausnehmung 130 das Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Spritzlöcher 125 gemeinsam beeinflusst werden.
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5 bis 8 zeigen Längsschnitte durch Einspritzdüsen 100 analog der 1 bis 4 in weiteren Ausführungsformen. Die dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Form der Ausnehmung 130 und die Richtungen 145 und 150 der dargestellten Spritzlöcher 125. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sind lediglich zwei Spritzlöcher 125 dargestellt.
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Die mit Bezug auf die einzelnen 5 bis 8 gezeigten Variationen sind auch miteinander kombinierbar, so dass beispielsweise die Form der Ausnehmung 130 und die Richtungen 145, 150 der Spritzlöcher 125 aus unterschiedlichen 5 bis 8 miteinander kombiniert werden können. Außerdem können, wie oben mit Bezug auf die 1 bis 4 bereits beschrieben ist, die Querschnitte, Querschnittsverläufe und auf die Längsachse 110 bezogenen Richtungen der Spritzlöcher 125 variiert werden.
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Allen gezeigten Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Ausnehmung 130 derart in den Düsenkörper 105 eingebracht ist, dass die Spritzlöcher 125 in der Ausnehmung 130 enden und gleiche Längen oder gleiche Verhältnisse von Länge zu Durchmesser im Bereich ihres Austritts aufweisen.
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Die in 5 gezeigte Ausnehmung 130 hat eine glockenähnliche Form. Anders ausgedrückt umfasst die Ausnehmung 130 abgestufte Durchmesser, die mit zunehmender Tiefe von der Außenseite 120 des Düsenkörpers 105 abnehmen, wobei Übergänge zwischen den Stufen abgerundet sind.
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Die Richtungen 145, 150 der beiden Spritzlöcher 125 sind parallel zueinander. Dabei weisen die Spritzlöcher 125 Durchmesser auf, die im Verlauf von der Innenseite 115 zur Außenseite 120 abnehmen.
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Die in 6 gezeigte Ausnehmung 130 hat im Wesentlichen die Form einer Reisschale. Die Fläche, in der die Spritzlöcher 125 enden, ist eben und Übergänge zwischen dieser Fläche und einer oberen beziehungsweise unteren Begrenzung der Ausnehmung 130 sind stark abgerundet. Übergänge zwischen der oberen beziehungsweise unteren Begrenzung der Ausnehmung 130 und der äußeren Oberfläche des Düsenkörpers 105 bilden Winkel von annähernd 90 Grad.
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Die Spritzlöcher 125 sind wie in der in 5 gezeigten Ausführungsform konisch zulaufend, wobei die Richtungen 145, 150 aufeinander zustreben.
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In der in 7 gezeigten Ausführungsform hat die Ausnehmung 130 die Form eines Kugelabschnitts, insbesondere die einer Halbkugel. Die Richtungen 145, 150 der Spritzlöcher 125 verlaufen parallel zueinander und die Durchmesser der Spritzlöcher 125 sind konstant.
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In der in 8 gezeigten Ausführungsform weist die Ausnehmung 130 die Form eines Kegelstumpfs auf. Eine Fläche, in der die Spritzlöcher 125 enden, ist wieder eben und die Richtungen 145, 150 der Spritzlöcher 125 verlaufen parallel zueinander. Außerdem sind die Spritzlöcher 125 zylindrisch, so dass ihre Durchmesser über ihre Längen konstant sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Einspritzdüse
- 105
- Düsenkörper
- 110
- Längsachse
- 115
- Innenseite
- 120
- Außenseite
- 125
- Spritzloch
- 130
- Ausnehmung
- 135
- erster Lochkreis
- 140
- zweiter Lochkreis
- 145
- erste Richtung
- 150
- zweite Richtung
- 155
- dritte Richtung
