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Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Düsenbaugruppe. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind auch als Zweikraftstoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 012 450 A1 ist beispielhaft ein Zweikraftstoffinjektor bekannt, der in der Lage ist, selektiv zwei unterschiedliche Kraftstoffe wie Diesel und Flüssigerdgas einzuspritzen. Hierzu umfasst der Zweikraftstoffinjektor eine erste und eine zweite Ventilnadel. Die erste Ventilnadel, über deren Hubbewegung erste Spritzlöcher freigebbar und verschließbar sind, ist in der zweiten Ventilnadel hubbeweglich geführt. Die zweite Ventilnadel ist hierzu als Hohlnadel ausgebildet. Über die zweite Ventilnadel sind weitere Spritzlöcher freigebbar bzw. verschließbar. Sämtliche Spritzlöcher sind in einem Düsenkörper ausgebildet, der die Ventilnadeln umgibt und zugleich jeweils einen Dichtsitz für die beiden Ventilnadeln ausbildet. Um die beiden Kraftstoffe voneinander zu trennen, ist zwischen den beiden Ventilnadeln ein Kraftstoffseparator in Form einer Hülse vorgesehen, die in axialer Richtung gegen den Düsenkörper vorgespannt ist. Ferner weist der Injektor eine Hydraulikverriegelungsanordnung auf, die einer Vermischung entgegen wirken soll. Eine minimale Vermischung findet dennoch statt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Brennstoffs anzugeben, mittels welcher sich in einfacher Weise unterschiedliche Einspritzgeometrien darstellen lassen. Ferner soll die Düsenbaugruppe eine sichere Medientrennung gewährleisten.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Brennstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst ein nadelförmiges erstes Einspritzventilglied, das zum Freigeben und Verschließen mindestens eines Spritzlochs, über das der flüssige Brennstoff einspritzbar ist, in einem zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Einspritzventilglied hubbeweglich geführt ist, wobei das zweite Einspritzventilglied außenumfangseitig eine Dichtkontur aufweist, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, der in einem das zweite Einspritzventilglied zumindest abschnittsweise umgebenden Düsenkörper ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist der Düsenkörper eine zentrale Öffnung auf, über die der gasförmige Brennstoff in Abhängigkeit von der axialen Lage des zweiten Einspritzventilglieds in Bezug auf den Düsenkörper einspritzbar ist.
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Das heißt, dass die zentrale Öffnung des Düsenkörpers über das zweite Einspritzventilglied freigebbar und verschließbar ist. Die Freigabe beschränkt sich dabei bevorzugt auf einen zwischen dem zweiten Einspritzventilglied und dem Düsenkörper verbleibenden freien Öffnungsquerschnitt, über den der gasförmige Brennstoff einspritzbar ist.
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Der gasförmige Brennstoff wird demnach – im Unterschied zum flüssigen Brennstoffnicht über mindestens ein Spritzloch in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Spritzlöcher, was eine Vereinfachung der Fertigung zur Folge hat.
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Ferner kann über die konkrete Gestaltung der öffnungsbegrenzenden Flächen eine definierte Einspritzgeometrie vorgegeben werden. Der Gestaltungsfreiraum ist hier deutlich größer als bei einem einfachen Spritzloch. Dabei sind sowohl hubabhängige als auch hubunabhängige Einspritzgeometrien realisierbar. Über die jeweilige Einspritzgeometrie kann Einfluss auf das Spritzbild des gasförmigen Brennstoffs genommen werden. Beispielsweise kann über den Spritzwinkel die Eindringtiefe des gasförmigen Brennstoffs variiert werden. Dies kann dazu führen, dass die Verbrennungsluft im Brennraum besser ausgenutzt wird.
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Indem die Dichtkontur des zweiten Einspritzventilglieds außenumfangseitig angeordnet ist, wird der gasförmige Brennstoff radial außen in Bezug auf das zweite Einspritzventilglied geführt. Der Strömungspfad des flüssigen Kraftstoffs befindet sich demgegenüber im Inneren des zweiten Einspritzventilglieds. Auf diese Weise wird zugleich eine sichere Medientrennung bewirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Endabschnitt des zweiten Einspritzventilglieds durch die zentrale Öffnung des Düsenkörpers geführt. Die Öffnung wird demnach radial innen durch den Endabschnitt des zweiten Einspritzventilglieds begrenzt. Der zwischen dem Einspritzventilglied und dem Düsenkörper verbleibende freie Öffnungsquerschnitt kann somit ringförmig ausgebildet sein, so dass der gasförmige Brennstoff über den gesamten Umfang eingespritzt wird.
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Der durch die Öffnung geführte Endabschnitt des zweiten Einspritzventilglieds bildet vorzugsweise eine Art Kappe aus, so dass das zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgebildete zweite Einspritzventilglied vorne, d. h. brennraumseitig, geschlossen ist. Das kappenartige Ende des zweiten Einspritzventilglieds unterstützt eine wirksame Medientrennung.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das zweite Einspritzventilglied eine sich zumindest über einen Teilumfangsbereich ersteckende, strömungslenkende Außenkontur aufweist, die in Strömungsrichtung des gasförmigen Brennstoffs stromabwärts der Dichtkontur angeordnet ist. Öffnet das zweite Einspritzventilglied, wird der gasförmige Brennstoff über den im Düsenkörper ausgebildeten Dichtsitz der strömungslenkenden Außenkontur des Einspritzventilglieds zugeführt und entsprechend umgelenkt. Über die Gestaltung der Außenkontur können demnach konkrete Spritzwinkel vorgegeben werden.
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Die Gestaltung der Außenkontur kann in Umfangsrichtung variieren, so dass das zweite Einspritzventilglied beim Öffnen keinen ringförmigen freien Öffnungsquerschnitt, sondern beispielsweise nur noch einen oder mehrere sektorförmige freie Öffnungsquerschnitte freigibt. Auf diese Weise ist eine Vielzahl an Einspritzgeometrien realisierbar.
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Vorzugsweise ist die strömungslenkende Außenkontur in einem Bereich des durch die zentrale Öffnung des Düsenkörpers geführten Endabschnitts des zweiten Einspritzventilglieds ausgebildet, der einer am Düsenkörper ausgebildeten Steuerkante gegenüber liegt. Der zwischen dem zweiten Einspritzventilglied und dem Düsenkörper verbleibende freie Öffnungsquerschnitt ist demnach – in Abhängigkeit vom Hub des zweiten Einspritzventilglieds – variabel. Mit zunehmendem Hub des zweiten Einspritzventilglieds verringert sich der freie Öffnungsquerschnitt. Über den variablen freien Öffnungsquerschnitt sind eine Ratenformung und eine Variation der Eindringtiefe des gasförmigen Brennstoffs besonders einfach darstellbar.
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Vorteilhafterweise umfasst die sich zumindest über einen Teilumfangsbereich ersteckende, strömungslenkende Außenkontur mindestens eine Nut. Die Nut dient als Gas-Sammelraum und fördert eine gleichmäßige Abgabe des gasförmigen Brennstoffs in den Brennraum. Zur Optimierung der Gasströmung weist die Nut bevorzugt einen gerundeten Querschnitt auf.
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Die Nut kann als umlaufende Ringnut mit gleichbleibendem oder sich veränderndem Querschnitt ausgebildet sein. Um eine Nut zu schaffen, die sich nur über einen Teilumfangsbereich erstreckt, wird vorgeschlagen, dass die Nut in Umfangsrichtung durch mindestens eine strömungslenkende Wand begrenzt wird. Über die mindestens eine strömungslenkende Wand können insbesondere Einspritzgeometrien realisiert werden, die zu unterschiedlichen Spritzwinkeln in Umfangsrichtung führen.
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Des Weiteren bevorzugt ist im zweiten Einspritzventilglied das mindestens eine Spritzloch ausgebildet, über welches der flüssige Brennstoff einspritzbar ist. Die Anordnung erfolgt vorzugsweise im Bereich des durch die zentrale Öffnung des Düsenkörpers geführten Endabschnitts des zweiten Einspritzventilglieds, und zwar im Bereich des kappenartigen Endes. Die das jeweilige Spritzbild der beiden Brennstoffe bestimmenden Öffnungen bzw. Geometrien sind demnach allesamt an einem Bauteil ausgebildet, und zwar am zweiten Einspritzventilglied. Dadurch vereinfacht sich die erforderliche Abstimmung der Öffnungen bzw. Geometrien aufeinander.
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Ferner bevorzugt ist im zweiten Einspritzventilglied, vorzugsweise im Bereich des Endabschnitts, ein Dichtsitz für das erste Einspritzventilglied ausbildet. Dieser ist weiterhin vorzugsweise konisch geformt, so dass das erste Einspritzventilglied automatisch eine Zentrierung erfährt.
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Vorteilhafterweise ist der im Düsenkörper für das zweite Einspritzventilglied ausgebildete Dichtsitz ebenfalls konisch geformt ist. Es kann auf diese Weise eine automatische Zentrierung des zweiten Einspritzventilglieds in Bezug auf den Düsenkörper erreicht werden.
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Da die Vorteile der Erfindung insbesondere bei einem Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zum Tragen kommen, wird darüber hinaus ein solches Brennstoffeinspritzventil mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen ersten schematischen Längsschnitt durch die Düsenbaugruppe,
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2 den zweiten schematischen Längsschnitt, jedoch um 45° gedreht und
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3 einen schematischen Querschnitt durch die Düsenbaugruppe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper 7, der ein erstes und ein zweites Einspritzventilglied 2, 4 zumindest abschnittsweise umgibt. Das erste Einspritzventilglied 2 ist nadelförmig ausgeführt und im zweiten Einspritzventilglied 4 hubbeweglich aufgenommen. Das zweite Einspritzventilglied 4 ist zur Aufnahme des ersten Einspritzventilglieds 2 zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt. Der flüssige Brennstoff wird über einen zwischen dem ersten und dem zweiten Einspritzventilglied 2, 4 verbleibenden Ringraum 15 geführt. Der gasförmige Brennstoff wird über einen zwischen dem zweiten Einspritzventilglied 4 und dem Düsenkörper 7 verbleibenden Ringraum 16 geführt.
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Das zweite Einspritzventilglied 4 weist einen Endabschnitt 9 auf, der durch eine Öffnung 8 des Düsenkörpers 7 geführt ist. Der Endabschnitt 9 ist weitgehend geschlossen ausgeführt. Auf diese Weise wird eine sichere Medientrennung bewirkt. Über mindestens ein im Endabschnitt 9 ausgebildetes Spritzloch 3 ist der flüssige Brennstoff in einen Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine einspritzbar. Das Spritzloch 3 ist – in Strömungsrichtung des flüssigen Brennstoffs – stromabwärts eines konisch geformten Dichtsitzes 13 für das erste Einspritzventilglied 2 angeordnet, der innenumfangseitig im zweiten Einspritzventilglied 4 ausgebildet ist.
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Der gasförmige Brennstoff wird im Unterschied zum flüssigen Brennstoff über einen freien Öffnungsquerschnitt in den Brennraum 1 eingebracht, der – in Abhängigkeit vom Hub des zweiten Einspritzventilglieds 4 – zwischen dem zweiten Einspritzventilglied 4 und dem Düsenkörper 7 verbleibt. Öffnet das zweite Einspritzventilglied 4, gelangt gasförmiger Brennstoff über einen Dichtsitz 6 in eine außenumfangseitig am Endabschnitt 9 des zweiten Einspritzventilglieds 4 ausgebildete Nut 11, die vorliegend einen gerundeten Querschnitt besitzt und somit eine Umlenkung des Gasstroms bewirkt. Zur Optimierung der Strömungsführung ist der Nut 11 eine strömungslenkende Außenkontur 10 vorgelagert, die in eine mit dem Dichtsitz 6 zusammenwirkende Dichtkontur 5 übergeht.
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Vorliegend sind im Endabschnitt 9 des zweiten Einspritzventilglieds 4 mehrere Nuten 11 ausgebildet, die sich jeweils über einen Teilumfangsbereich des Endabschnitts 9 erstrecken. Die Nuten 11 werden in Umfangsrichtung durch Wände 12 begrenzt, die ebenfalls strömungslenkend sind (siehe 3). Zwischen den Nuten 11 verbleibende geschlossene Abschnitte (siehe 2) begrenzen den Gasmassenstrom, da die Öffnung 8 in diesem Bereich, und zwar unabhängig vom Hub des zweiten Einspritzventilglieds 4, verschlossen bleibt.
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Um den Gasmassenstrom hubabhängig zu variieren, ist am Düsenkörper 7 eine die Öffnung 8 begrenzende Steuerkante 14 vorgesehen (siehe 1). Diese bewirkt, dass sich mit fortschreitendem Hub des zweiten Einspritzventilglieds 4 der zwischen dem Einspritzventilglied 4 und dem Düsenkörper 7 verbleibende freie Öffnungsquerschnitt verringert. Denn die Steuerkante 14 ist auf Höhe der im zweiten Einspritzventilglied 4 ausgebildeten Nuten 11 angeordnet.
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Die 1 bis 3 zeigen lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Abwandlungen sind möglich, die insbesondere die konkrete Ausbildung des Endabschnitts 8 des zweiten Einspritzventilglieds 4 betreffen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012450 A1 [0002]
