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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenkörper gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei herkömmlichen Sacklochdüsen, insbesondere Mehrlochdüsen, stellt sich Kavititation am Sackloch regelmäßig als Problem dar. Während eines Einspritzvorgangs entsteht in der Mitte des Sackloches ein Rezirkulationsgebiet, so dass die Hauptströmung entlang der Sacklochwand geführt wird, d. h. zwischen der Sacklochwand und dem Rezirkulationsgebiet. Beim Einlauf in die Spritzlöcher wird die an der Wand entlanglaufende Hauptströmung dann zu einer scharfen Umlenkung gezwungen, so dass Strömungsablösungen und Turbulenzbereiche entstehen, in welchen der Dampfdruck des Kraftstoffes lokal unterschritten wird. In der Folge entstehen Kavitationsblasen, die in Strömungsrichtung im Spritzloch beim Anstieg des Druckes implodieren und einen erheblichen Werkstoffschaden verursachen können.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen baulich einfach gebildeten Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor anzugeben, welcher vorstehend genannte Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird mit einem Düsenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor, bevorzugt eines Groß(diesel)motors, zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff, eine Lok oder ein Nutzfahrzeug, oder auch für eine stationäre Einrichtung, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat, z. B. auch für Industrieanwendungen. Der Düsenkörper ist insoweit insbesondere für die Verwendung mit einem Flüssigkraftstoff, zum Beispiel Dieselkraftstoff, Schweröl, oder Bioöl vorgesehen.
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Der Düsenkörper weist eine axiale Aufnahme auf, welche für ein Düsenventilglied bereitgestellt ist, zum Beispiel eine Düsennadel eines Kraftstoffinjektors. Die axiale Düsenventilglied-Aufnahme, insbesondere als Axialbohrung bereitgestellt, bildet einen trichterförmigen Abschnitt, welcher weiterhin einen Abströmquerschnitt in einer Radialebene aufweisend in ein durch den Düsenkörper gebildetes Sackloch mündet. Gebildet ist der trichterförmige Abschnitt bevorzugt mittels einer (Dicht-)Fläche eines Ventilsitzes (Kegelsitz), welche insbesondere für ein Zusammenwirken mit einem wie vorstehend erwähnten Düsenventilglied vorgesehen ist, d. h. zur Bildung eines Düsenventils eines Kraftstoffinjektors.
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Der in das Sackloch mündende Abstömquerschnitt kann vorliegend an einem Trichterhals des trichterförmigen Abschnitts gebildet sein, woneben der trichterförmige Abschnitt jedoch auch ohne einen Trichterhals gebildet sein kann.
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Der Düsenkörper, welcher insbesondere einteilig gebildet ist, umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Spritzlöchern, welche von dem Sackloch abmünden. Die Mehrzahl von Spritzlöchern ist vorzugsweise in Umfangsrichtung des Sacklochs gleichbeabstandet verteilt angeordnet. Bevorzugt münden die Spritzlöcher, zum Beispiel 3, 4, 5 mehr Spritzlöcher, benachbart zu einem bzw. angrenzend an einen Sacklochboden aus dem Sackloch ab, insbesondere ausgehend von einer Umfangswandung des Sacklochs. Die Orientierung der Spritzlöcher ist bevorzugt im Wesentlichen radial.
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Der erfindungsgemäße Düsenkörper ist weiterhin derart ausgestaltet, dass das Sackloch einen gegenüber (bzw. im Vergleich mit) dem Abströmquerschnitt radial erweiterten Querschnitt aufweist (d. h. insbesondere, dass das Sackloch in einer zum Abströmquerschnitt parallelen Radialebene einen gegenüber dem Abströmquerschnitt erweiterten Querschnitt aufweist), i. e. einen größeren Querschnitt, wobei der erweiterte Querschnitt zwischen dem Abströmquerschnitt und jeweiligen Spritzlochabmündungen (aus dem Sackloch) gebildet ist. Mit dem erfindungsgemäßen Düsenkörper, bei welchem der Abströmquerschnitt als auch der erweiterte Querschnitt bevorzugt je kreisförmige Querschnitte sind, weist der erweiterte Querschnitt insoweit bevorzugt einen radialen Durchmesser größer einem radialen Durchmesser des Abströmquerschnitts auf.
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Mit dem vorgeschlagenen Düsenkörper gelingt es, Rezirkulationsgebiete während eines jeweiligen Einspritzvorgangs nunmehr vorteilhaft an der Sacklochwand bzw. Umfangswand ausbilden zu können, während die Hauptströmung mitten durch das Sackloch, also zentral, zwischen den wandnahen Rezirkulationsgebieten hindurch fließen kann, das heißt insbesondere mit linearer bzw. axialer Strömungsrichtung und weiterhin im Wesentlichen als laminare Strömung. Hierbei zentrieren die Rezirkulationsgebiete weiterhin die Hauptströmung vorteilhaft und ermöglichen, insbesondere in Verbindung mit einem sacklochbodennahen Rezirkulationsgebiet, einen strömungsgünstigen bzw. sanften Spritzlocheinlauf, bei welchem eine scharfe Umlenkung der Hauptströmung an der Düsenwand nicht länger erforderlich ist. Somit werden die Strömungabrisse an dem jeweiligen Spritzlocheinlauf reduziert, mithin die Gefahr der Kavitationsschädigung deutlich gemindert.
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Insbesondere bevorzugte Ausgestaltungen des Düsenkörpers, bei welchem das Sackloch zumindest über einen Abschnitt kugelförmige bzw. sphärische oder ellipsoidische, insbesondere rotationsellipsoidische Form ausweist (wobei der Abschnitt den erweiterten Querschnitt ausbildet) haben sich diesbezüglich als vorteilhaft erwiesen. Derartige Ausgestaltungen, z. B. (trichterseitig) gekappte Kugelformen oder Ellipsoidformen, bei welchen die Sacklochwandung zwischen dem Abströmquerschnitt und einem jeweiligen Einlauf der Spritzlöcher insbesondere konkav geformt ist, ermöglichen auch vorstehend erwähnte Ausbildung eines sacklochbodennahen Rezirkulationsgebiets mit günstigen Einlaufeigenschaften bezüglich jeweiliger Spritzlöcher.
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Als vorteilhaft hat sich mit derartigen Ausgestaltungen des Düsenkörpers herausgestellt, eine axiale Abmessung der sphärischen oder ellipsoidischen Form, welche dem zumindest über einen Abschnitt sphärischen oder ellipsoidischen Sackloch zugrundeliegt, zur Bildung des Sacklochs größer oder gleich einem maximalen radialen Durchmesser des Sacklochs zu wählen.
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Mit der Erfindung, die Kavitationsprobleme weiter mindernd, wird darüber hinaus vorgeschlagen, die Wandung des Düsenkörpers am Abströmquerschnitt und an jeweiligen Spritzlocheinläufen zu verrunden. Hierzu kann zum Beispiel ein Strömungsschleifverfahren vorgesehen werden. Allgemein, so sei noch erwähnt, sind das Sackloch und der trichterförmige Abschnitt bevorzugt konzentrisch mit Bezug auf eine axiale Achse des Düsenkörpers angeordnet.
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Mit der Erfindung wird weiterhin ein Kraftstoffinjektor mit einem wie vorstehend erläuterten Düsenkörper vorgeschlagen, weiterhin eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens einen derartigen Kraftstoffinjektor aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch und schematisch im Schnitt einen Düsenkörper gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung in einer abgebrochenen Ansicht.
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2 exemplarisch und schematisch den Strömungsverlauf während einer Einspritzung mit einem Düsenkörper gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
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1 zeigt exemplarisch und schematisch einen Düsenkörper 1 für einen Kraftstoffinjektor. Der einteilige Düsenkörper 1 umfasst ein Düsenkörpergehäuse 3, in welchem eine axiale Aufnahme 5 in Form einer Axialbohrung gebildet ist. Die axiale Aufnahme 5 ist bereitgestellt zur Aufnahme eines axial verschieblichen Düsenventilglieds 7 eines Kraftstoffinjektors, welches in 1 exemplarisch veranschaulicht ist. Das Düsenventilglied 7 ist bevorzugt eine Düsennadel.
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Die axiale Aufnahme 5 bildet – benachbart zu einem düsennahen Ende 9 des Düsenkörpers 1 – einen trichterförmigen Abschnitt 11, welcher trichterförmige Abschnitt 11 eingerichtet ist, im Zusammenwirken mit einem wie in 1 veranschaulichten Düsenventilglied 7 ein selektiv öffenbares Düsenventil eines Kraftstoffinjektors zu bilden. Insoweit bildet der trichterförmige Abschnitt 11 eine Sitzfläche eines Kegelventils.
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Der trichterförmige Abschnitt 11 mündet mit einem Abströmquerschnitt a in ein Sackloch 13, welches im Düsenkörper 1 bereitgestellt ist, zum Beispiel in einer Düsenkuppe 15 des Düsenkörpers 1. Der Abströmquerschnitt a ist vorliegend an einem Trichterhals 17, insbesondere der Länge A, gebildet, weiterhin kreisförmig. Ferner erstreckt sich der Abströmquerschnitt a in einer Radialebene, das heißt senkrecht zur axialen Richtung orientiert. Hierbei weist der Abströmquerschnitt a einen Durchmesser B auf, vgl. 1.
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Aus dem über den trichterförmigen Abschnitt 11 anströmbaren Sackloch 13 (insbesondere ohne Tangentialkomponente anströmbaren Sackloch 13) mündet weiterhin eine Mehrzahl von Spritzlöchern 19 ab, wobei die Abmündungen 21 nahe eines bzw. an einem Sacklochboden 23 gebildet sind. Die Anzahl von Spritzlöchern 19 kann bevorzugt zwischen drei bis zehn betragen, wobei Ausgestaltungen des Düsenkörpers 1 bevorzugt sind, dessen Spritzlöcher 19 in Umfangsrichtung des Düsenkörpers 1 betrachtet zueinander gleich beabstandet bzw. homogen verteilt angeordnet sind. Hierdurch wird die mit der Erfindung angestrebte Ausbildung einer zentralen, insbesondere weitgehend laminaren Hauptströmung im Sackloch 13 begünstigt, insbesondere stromaufwärts jeweiliger Spritzlochabmündungen 21. Die zur Radialebene abgewinkelt gebildeten Spritzlöcher 19, zum Beispiel einen Winkel α im Bereich von 10°–30° mit derselben einschließend, münden hierbei seitens einer sacklochbodennahen Umfangswand 25 des Sacklochs 13 aus demselben ab.
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Wie 1 weiter veranschaulicht, ist der erfindungsgemäße Düsenkörper 1 derart ausgestaltet, dass das Sackloch 13 einen gegenüber dem Abströmquerschnitt a radial erweiterten bzw. größeren Querschnitt b aufweist. Der erweiterte Querschnitt b ist insbesondere ein Querschnitt, welcher – in axialer Richtung betrachtet – zwischen dem Abströmquerschnitt a und jeweiligen Spritzlocheinläufen bzw. -abmündungen 21 aus dem Sackloch 13 gebildet ist.
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Besonders bevorzugt ist das Sackloch 13, wie 1 zeigt, sphärisch geformt, i. e. mit einer Kappung der Sphärenform am trichterseitigen Ende. Ein größter (radialer) Durchmesser C des erweiterten Querschnitts b, welch letzterer hierbei ebenfalls Kreisform aufweist, übersteigt hierbei den (radialen) Durchmesser B des Abströmquerschnitts a, es gilt insoweit (und weiterhin allgemein mit der Erfindung): C > B.
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Erfindungsgemäß ist bei dem Düsenkörper 1 eine axiale Abmessung D der sphärischen (oder alternativ ellipsoidischen) Form, welche dem zumindest über einen Abschnitt sphärischen (oder ellipsoidischen) Sackloch 13 zugrundeliegt, zur Bildung des Sacklochs 13 weiterhin größer oder gleich einem maximalen radialen Durchmesser C des Sacklochs 13 gewählt. Es gilt im Rahmen der Erfindung insoweit C > D (unbeachtlich ist jedoch die Länge A).
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2, ein Simulationsschaubild zeigend, veranschaulicht nunmehr die Strömungsführung, welche sich im Rahmen von Einspritzvorgängen mit dem erfindungsgemäßen Düsenkörper 1 erzielen lässt, näher. Dargestellt sind hierbei Strömungslinien. (Im Unterschied zur Ausgestaltung des Düsenkörpers 1 nach 1 weist der Düsenkörper 1 hierbei keinen Trichterhals 17 auf.)
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Der ohne Tangentialkomponente via den Abströmquerschnitt a in das Sackloch 13 strömende Kraftstoff (zum Beispiel Dieselkraftstoff) erfährt aufgrund des erweiterten Querschnitts b oberhalb der Abmündungen 21 der Spritzlöcher 19 einen Strömungsabriss, welcher zur Wirbelbildung 27 an der Umfangswand 25 des Sacklochs 13 führt (in der rechten Bildhälfte exemplarisch eingezeichnet veranschaulicht). Die Wirbel 27 bilden sich in einem konkaven Bereich der Umfangswand 25, welcher mittels der sphärischen Ausgestaltung des Sacklochs 13 bereitgestellt wird, das heißt im Bereich unterhalb des Abströmquerschnitts a und oberhalb der Spritzlochabmündung 21. Mittels der Wirbelbildung an der Umfangswand 25 des Sacklochs 13 wird die zentrale Hauptströmung von allen Seiten (in Umfangsrichtung betrachtet) zentriert und derart weitgehend laminar in Richtung zum Sacklochboden 23 geführt.
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Am Sacklochboden 23 wiederum, welcher bevorzugt ebenfalls konkav gebildet ist (mittels der Sphärenform) wird mit der Erfindung eine Wirbelbildung 29 erzielt, welche ersichtlich unterstützt, die Hauptströmung, s. Pfeil E in 2, in Richtung des Spritzlocheinlaufs 21 abzulenken bzw. zu leiten, ohne diese jedoch maßgeblich mit Turbulenzen zu beaufschlagen. Auf vorteilhafte Weise kann somit ersichtlich ein sanfter Strömungseinlauf in die Spritzlöcher 21 erzielt werden, welcher die Kavitationsprobleme deutlich verringert. Unterstützend wird hierbei die Verrundung von Strömungseinläufen vorgeschlagen.
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Angemerkt sei noch, dass ein Ventilglied 7 für einen Kraftstoffinjektor mit dem vorgeschlagenen Düsenkörper 1 vorzugsweise ein Ende in Form eines Kegelstumpfs aufweist (wobei das Ende mit dem trichterförmigen Abschnitt zusammenwirkt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Düsenkörper
- 3
- Düsenkörpergehäuse
- 5
- Axiale Aufnahme
- 7
- Düsenventilglied
- 9
- Düsennahes Ende
- 11
- trichterförmiger Abschnitt
- 13
- Sackloch
- 15
- Düsenkuppe
- 17
- Trichterhals
- 19
- Spritzlöcher
- 21
- Abmündung
- 23
- Sacklochboden
- 25
- Umfangswand
- 27
- Wirbel (Umfangswand)
- 29
- Wirbel (Boden)
- a
- Abströmquerschnitt
- b
- erweiterter Querschnitt
- A
- Länge
- B
- Durchmesser
- C
- Durchmesser
- D
- Durchmesser
- E
- Strömungsweg
