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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 196 42 513 A1 der Anmelderin bekannt. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Injektorkörper mit einer Sacklochbohrung, wobei in der Sacklochbohrung in Bezug zu einer Längsachse des Sacklochs axial beabstandet bzw. auf verschiedenen Ebenen mehrere Reihen von Einspritzöffnungen angeordnet sind. Wesentlich dabei ist, dass sich wenigstens eine Ebene mit Einspritzöffnungen in einem Abschnitt des Injektorkörpers befindet, der gleichzeitig auch dazu dient, einen Dichtsitz für die Düsennadel in deren abgesenkten Position auszubilden. Eine derartige Ausbildung bzw. Anordnung von Einspritzöffnungen ermöglicht bei relativ geringen Durchmessern der einzelnen Einspritzöffnungen insgesamt gesehen eine relativ hohe Durchflussmenge des Kraftstoffs, wobei gleichzeitig die Möglichkeit besteht, durch eine entsprechende Ausrichtung der Einspritzöffnungen den Kraftstoff in den dafür vorgesehenen bzw. gewünschten Bereichen des Brennraums einzuspritzen.
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Immer strenger werdende gesetzliche Vorschriften hinsichtlich zulässiger Emissionswerte (Ruß, NOx, HC) in Kombination mit steigenden Anforderungen hinsichtlich maximaler Motorleistung erfordern eine konsequente Umsetzung der hydraulischen und mechanischen Potenziale eines Kraftstoffeinspritzventils. Die Gestaltung des Bereichs von dem Düsennadelsitz, in dessen Bereich die Düsennadel in ihrer Schließstellung aufsitzt, bis hin zu den Einspritzöffnungen bedeutet daher eine gleichzeitige Optimierung mehrerer Parameter, welche die Bereiche von Strömungsverlusten, mechanischer Festigkeit und HC-schädlichem Volumen betreffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass eine Optimierung der erwähnten Parameter bzw. Kriterien erzielt wird. Insbesondere soll eine optimale Balance zwischen den Anforderungen an die mechanische Festigkeit des Injektorkörpers, der Minimierung der hydraulischen Verluste und der Minimierung des HC-schädlichen Totvolumens, welches zwischen der Düsennadel und dem Injektorkörper eingeschlossen ist, mit Blick auf hohe Durchflussmengen beim Einspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zwischen dem ersten Abschnitt im Injektorkörper, der einen Dichtabschnitt für eine Dichtfläche einer Düsennadel ausbildet, und dem zweiten Abschnitt, der axial beabstandet zum ersten Abschnitt verläuft, und in dessen Bereich der Grund der Sacklochbohrung ausgebildet ist, ein Übergangsabschnitt angeordnet ist, und dass wenigstens eine Einspritzöffnung im Übergangsabschnitt angeordnet ist.
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Im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik, bei dem sich stets wenigstens eine Reihe von Einspritzöffnungen im Bereich des Dichtabschnitts befindet und die andere Reihe im Bereich des Abschnitts, in dem auch der Grund der Sacklochbohrung ausgebildet ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die erstgenannten Reihe von Einspritzöffnungen aus dem Bereich des Dichtabschnitts in einen Übergangsabschnitt zu verlagern, welcher in Richtung des Grunds der Sacklochbohrung betrachtet unterhalb des Dichtabschnitts angeordnet ist. Eine derartige Anordnung bzw. Ausbildung der Einspritzöffnungen ermöglicht die eingangs erwähnte Optimierung hinsichtlich der drei genannten Kriterien derart, dass die Kriterien in einem ausbalancierten Verhältnis zueinander erfüllt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Übergangsabschnitts ist dieser konisch ausgebildet. Dadurch wird insbesondere eine Minimierung der hydraulischen Verluste dadurch erzielt, dass in Richtung des Grunds der Sacklochbohrung eine kontinuierliche Umlenkung des Kraftstoffs in Richtung der Einspritzöffnungen erzielt wird. Es erfolgt somit eine relativ sanfte und damit mit relativ wenigen Drosselverlusten einhergehende Umlenkung der Strömung des Kraftstoffs beim Durchströmen des Spalts zwischen der Düsennadel und dem Injektorkörper in Richtung der jeweiligen Einspritzöffnung.
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In alternativer Ausgestaltung zu einer konischen Ausbildung des Übergangsbereichs kann es jedoch auch von Vorteil sein, den Übergangsbereich mit einer konvexen Kontur, vorzugsweise mit einem Radius, auszugestalten. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht ggf. eine nochmals optimierte Strömungsführung für den Kraftstoff.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der zweite Abschnitt, mit Ausnahme des Grunds der Sacklochbohrung, zumindest im Wesentlichen konisch ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung des zweiten Abschnitts ermöglicht eine Optimierung sowohl der hydraulischen Verluste, als auch des HC-schädlichen Totvolumens zwischen der Düsennadel und dem Injektorkörper.
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Mit Blick auf eine möglichst einfache Herstellbarkeit und somit relativ geringe Herstellkosten kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt, mit Ausnahme des Grunds der Sacklochbohrung, zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
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Um möglichst große Durchflussmenge von Kraftstoff erzielen zu können, ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass im Bereich des zweiten Abschnitts und/oder des Übergangsabschnitts jeweils mehrere Einspritzöffnungen angeordnet sind.
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Um das Volumen des in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs an den dafür vorgesehenen Stellen bedarfsgerecht bereitzustellen, ist es sowohl denkbar, dass die Einspritzöffnungen im zweiten Abschnitt und im Übergangsabschnitt einen (Dreh-)Winkelversatz zueinander aufweisen, als auch, dass die Einspritzöffnungen im zweiten Abschnitt und im Übergangsabschnitt fluchtend zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere sind auch Mischformen denkbar, bei denen einzelne Einspritzöffnungen hinter einzelnen Reihen entweder fluchtend zu- bzw. übereinander ausgerichtet sind oder aber einen Winkelversatz zueinander aufweisen. Dies schließt insbesondere die Möglichkeit ein, dass die Anzahl/oder Größe bzw. der Durchmesser der Einspritzöffnungen im zweiten Abschnitt und im Übergangsabschnitt unterschiedlich groß ist.
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Hinsichtlich einer Optimierung der Düsennadel wird vorgeschlagen, dass der dem Sackloch zugewandte Endbereich der Düsennadel kegelstumpfförmig oder kegelförmig mit einem Kegelwinkel zwischen 60° und 100°, vorzugsweise zwischen 60° und 70°, oder zapfenförmig ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, wobei der Systemdruck mehr als 2000 bar beträgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 den einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt,
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2 einen Schnitt in der Ebene II-II der 1 und
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3 eine alternative Ausgestaltung einer bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffventil eingesetzten Düsennadel in einer Seitenansicht.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der einem nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise dem Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zugewandte Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 10 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist insbesondere Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems, bei dem mehrere derartige Kraftstoffeinspritzventile 10 mit einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher (Rail) hydraulisch verbunden sind und von diesem mit Kraftstoff versorgt werden, wobei der Systemdruck mehr als 2000 bar beträgt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist einen Injektorkörper 11 auf, der in dem dargestellten Endbereich eine Sacklochbohrung 12 mit einer Längsachse 13 hat. Innerhalb der Sacklochbohrung 12 bzw. in Richtung der Längsachse 13 ist eine Düsennadel 15 mittels eines nicht gezeigten Aktuators, beispielsweise mittels eines Magnetaktuators oder eines Piezoaktuators, hubbeweglich angeordnet. In der in der 1 dargestellten Stellung befindet sich die Düsennadel 15 in ihrer abgesenkten Position, bei der ein beispielhaft konisch ausgebildeter Abschnitt 16 der Düsennadel 15 mit einer Dichtfläche 17 unter Ausbildung eines Dichtsitzes 18 an einem ersten, konisch ausgebildeten Abschnitt 21 der Sacklochbohrung 12 anliegt.
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Darüber hinaus weist die Sacklochbohrung 12 einen zweiten Abschnitt 22 auf, in dessen Bereich auch der Grund 23 der Sacklochbohrung 12 ausgebildet ist. Der zweite Abschnitt 22 der Sacklochbohrung 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen (mit Ausnahme des Grunds 23) zylindrisch ausgebildet, kann jedoch alternativ auch konisch ausgebildet sein.
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Zwischen dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Abschnitt 22 weist die Sacklochbohrung 12 einen Übergangsabschnitt 25 auf. Der Übergangsabschnitt 25 ist entweder, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, konisch ausgebildet, oder aber er weist eine konvexe Kontur auf. Beim Vorhandensein einer konvexen Kontur kann diese beispielsweise durch einen Radius gebildet werden. Bei dem Fall eines konischen Übergangsabschnitt 25 weist dieser einen Kegelwinkel auf, der geringer ist als der Kegelwinkel des ersten Abschnitts 21, das bedeutet, dass der Übergangsabschnitt 25 in Bezug zur Längsachse 13 steiler angeordnet ist der erste Abschnitt 21.
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In der in der 1 dargestellten Schließstellung der Düsennadel 15 ragt diese mit ihrem kegelstumpfförmig ausgebildeten Endbereich 26 in axialer Richtung betrachtet etwas in den Übergangsabschnitt 25 hinein.
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Sowohl im Bereich des zweiten Abschnitts 22 als auch im Bereich des Übergangsabschnitts 25 sind jeweils wenigstens eine Einspritzöffnung 27, 28, vorzugsweise jedoch jeweils mehrere Einspritzöffnungen 27, 28 angeordnet. Die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen konstanten Durchmesser bzw. Querschnitt aufweisenden Einspritzöffnungen 27, 28 verlaufen dabei parallel zueinander und unter einem Winkel α von weniger als 90° zur Längsachse 13. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Form bzw. der Querschnitt der Einspritzöffnungen 27, 28 auch beispielsweise konisch ausgebildet sein kann, und dass die Einspritzöffnungen 27, 28, in Bezug zur Längsachse 13, unterschiedliche Winkel aufweisen können.
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Darüber hinaus kann es entsprechend der Darstellung der 2 vorgesehen sein, dass jeweils eine gleiche Anzahl von Einspritzöffnungen 27, 28 in dem zweiten Abschnitten 22 und in dem Übergangsabschnitt 25 vorgesehen ist, wobei die Einspritzöffnungen 27, 28 in jeweils gleichgroßen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und zueinander um einen Winkelversatz β in Bezug zur Längsachse 13 versetzt angeordnet sind. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass entsprechend der Darstellung der 1 die Einspritzöffnungen 27, 28 fluchtend zueinander angeordnet sind. Auch sind Ausführungsformen denkbar, bei denen in den beiden Abschnitten 21, 22 eine unterschiedliche Anzahl von Einspritzöffnungen 27, 28 vorgesehen ist, wobei manche der Einspritzöffnungen 27, 28 in Bezug zur Längsachse 13 fluchtend übereinander angeordnet sind, während andere Einspritzöffnungen 27, 28 einen Winkelversatz zueinander aufweisen. Selbst bei der zuletzt genannten Ausführungsvariante kann es vorgesehen sein, dass die Einspritzöffnungen 27, 28 darüber hinaus zusätzlich unterschiedliche Winkel α in Bezug zur Längsachse 13 aufweisen.
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In der 3 ist eine Düsennadel 15a dargestellt, die sich von der Düsennadel 15 gemäß der 1 dadurch unterscheidet, dass deren Endbereich 26a kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Kegelwinkel γ bezogen auf die Längsachse 13, zwischen 60° und 100°, vorzugsweise zwischen 60° und 70° beträgt. Die Düsennadel 15a ragt mit ihrem Endbereich 26a in ihrer Schließstellung bis in den Bereich des zweiten Abschnitts 22 der Sacklochbohrung 12 hinein. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform einer Düsennadel kann es vorgesehen sein, dass deren Endbereich zapfenförmig ausgebildet ist, d.h. einen konstanten Durchmesser aufweist.
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil 10 kann in vielfältiger Art abgewandelt oder modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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