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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.
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Das Ineinanderführen der Ventilnadeln erfordert eine hochgenaue Fertigung dieser Bauteile. Diese wird zumeist dadurch erschwert, dass die Ventilnadeln eine große Länge aufweisen.
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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, die einfacher zu fertigen ist und demzufolge weniger toleranzbehaftet ist.
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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. Das zweite Einspritzventilglied weist außenumfangseitig eine Dichtkontur auf, die mit einem Dichtsitz zusammenwirkt, der in einem das zweite Einspritzventilglied zumindest abschnittsweise umgebenden Düsenkörper ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das zweite Einspritzventilglied mehrteilig ausgeführt und umfasst ein die Dichtkontur aufweisendes Sitzteil, das mit einem koaxial angeordneten Hohlnadelteil unmittelbar oder mittelbar über mindestens ein Verbindungsteil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
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Die mehrteilige Ausführung des zweiten Einspritzventilglieds besitzt den Vorteil, dass die einzelnen Teile hochgenau dimensioniert werden können. Dies ist insbesondere bei Teilen geringer Länge der Fall, da diese bei der Fertigung leichter zu handhaben sind. Ferner können bei der Fertigung und/oder Bearbeitung stets stabile Werkzeuge eingesetzt werden. Die mehreren Teile sind demnach bevorzugt der Länge nach, d. h. axial aneinander gesetzt.
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Die mehrteilige Ausführung besitzt ferner den Vorteil, dass unterschiedliche Werkstoffe einsetzbar sind, so dass diese optimal an die jeweilige Funktion bzw. Funktionen eines Teils anpassbar sind. Zur Ausbildung des brennraumseitig angeordneten Sitzteils kann beispielsweise ein Werkstoff gewählt werden, der besonders temperaturbeständig und/oder verschleißfest ist. Demgegenüber kann zur Ausbildung des Hohlnadelteils ein Werkstoff gewählt werden, der besonders schwingfest ist. Sofern eine Nachbehandlung, beispielsweise in Form einer Wärmebehandlung, vorgesehen ist, kann diese teilebezogen ebenfalls variiert werden.
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Da die mehreren Teile des zweiten Einspritzventilglieds fest miteinander verbunden sind, vermag der Teileverbund eine üblicherweise eingesetzte lange Ventilnadel zu ersetzen.
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Bevorzugt sind das Sitzteil und das Hohlnadelteil unmittelbar miteinander verschraubt, verspannt und/oder verschweißt. In diesem Fall beträgt die Anzahl der Teile des mehrteilig ausgeführten zweiten Einspritzventilglieds mindestens zwei. Um eine Verschraubung zu gewährleisten, müssen die zu verbindenden Teile jeweils mit einem Gewinde versehen sein.
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Alternativ können das Sitzteil und das Hohlnadelteil mittelbar über das Verbindungsteil miteinander verschraubt, verspannt und/oder verschweißt sein. Das Verbindungsteil kann hierzu beispielsweise als Spannmutter ausgebildet sein, die über einen Bundabschnitt an einer Schulter eines ersten Teils, beispielsweise dem Sitzteil, abgestützt und mit einem anderen Teil, beispielsweise dem Hohlnadelteil, verschraubt ist. In diesem Fall beträgt die Anzahl der Teile des mehrteilig ausgeführten zweiten Einspritzventilglieds mindestens drei.
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Eine Schweißverbindung besitzt den Vorteil, dass bei einer umlaufenden Schweißnaht zugleich eine fluiddichte Verbindung geschaffen wird.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass das Sitzteil und das Hohlnadelteil über einen Falz oder eine Bördelung verbunden sind. Das heißt, dass beide Teile zumindest bereichsweise übereinander liegen bzw. einen überlappenden Bereich aufweisen. Der Falz bzw. die Bördelung wirkt sich somit günstig auf die geforderte Dichtigkeit der Verbindung aus. Ferner wird die mechanische Stabilität im Verbindungsbereich erhöht.
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Im Übrigen können auch mehrere Verbindungsarten kombiniert eingesetzt werden, um die geforderte kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Sitzteil und dem Hohlnadelteil zu erreichen.
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Bevorzugt ist das Sitzteil durch eine zentrale Öffnung des Düsenkörpers geführt, so dass in Abhängigkeit von der axialen Lage des zweiten Einspritzventilglieds in Bezug auf den Düsenkörper ein Öffnungsquerschnitt zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs freigebbar oder verschließbar ist. Die Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs erfolgt demnach nicht über ein Spritzloch, sondern über einen Öffnungsquerschnitt, der sich bei einem Hub des zweiten Einspritzventilglieds zwischen diesem und dem Düsenkörper ergibt. Über den Öffnungsquerschnitt ist der gasförmige Brennstoff im Wesentlichen direkt in den Brennraum einspritzbar, so dass ein unerwünschtes Totvolumen, das dazu führen kann, dass der Brennstoff nicht vollständig gezündet wird, vermieden wird.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die am Sitzteil ausgebildete Dichtkontur brennraumseitig in eine sich zumindest über einen Teilumfangsbereich erstreckende strömungslenkende Außenkontur übergeht. Über die strömungslenkende Außenkontur kann beispielsweise ein Spritzwinkel vorgegeben werden, um beispielsweise die Eindringtiefe zu vergrößern und/oder eine optimale Ausnutzung der Verbrennungsluft sicherzustellen. Vorzugsweise umfasst die strömungslenkende Außenkontur mindestens eine Nut, die mit dem Brennraum unmittelbar verbunden ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine einzige umlaufende Nut mit gleichbleibendem oder sich veränderndem Querschnitt oder um mehrere Nuten handeln, die sich jeweils nur über einen Teilumfangsbereich des Sitzteils erstrecken. Ist letzteres der Fall, ergeben sich zwischen dem Sitzteil des zweiten Einspritzventilgliedes und dem Düsenkörper vorzugsweise sektorförmige Öffnungsquerschnitte, über welche der gasförmige Brennstoff einspritzbar ist.
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Ferner bevorzugt ist am Düsenkörper eine Steuerkante ausgebildet, die der im Sitzteil ausgebildeten strömungslenkenden Außenkontur, insbesondere der Nut, gegenüber liegt. Die der Außenkontur bzw. der Nut gegenüber liegende Steuerkante hat zur Folge, dass sich der freie Öffnungsquerschnitt, über den der gasförmige Brennstoff eingespritzt wird, mit dem Hub des zweiten Einspritzventilglieds verändert. Auf diese Weise kann Einfluss auf den Gasmassenstrom während der Einspritzung genommen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Sitzteil des zweiten Einspritzventilglieds einen kappenartigen Endabschnitt auf, in dem das mindestens eine Spritzloch ausgebildet ist, über welches der flüssige Brennstoff einspritzbar ist. Alle Spritzlöcher und/oder strahlbildenden Geometrien sind demnach am zweiten Einspritzventilglied, und zwar am Sitzteil des zweiten Einspritzventilglieds, d. h. an einem einzigen Bauteil, ausgebildet, wodurch eine genaue Abstimmung der Löcher und/oder Geometrien aufeinander möglich ist.
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Des Weiteren bevorzugt ist im Sitzteil des zweiten Einspritzventilglieds ein Dichtsitz für das erste Einspritzventilglied ausbildet. Der Dichtsitz ist vorzugsweise konisch geformt, so dass eine Selbstzentrierung des nadelförmigen ersten Einspritzventilglieds erfolgt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Düsenkörper einen brennraumseitig angeordneten, sich nach radial innen erstreckenden Bund auf. Der Bund dient der Ausbildung des Dichtsitzes und/oder der Steuerkante. Der Dichtsitz ist vorzugsweise konisch geformt, d. h. dass der Bund zumindest in einem Bereich eine geneigte Fläche aufweist.
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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 der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe in einem schematischen Längsschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die dargestellte erfindungsgemäße 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. Ein zwischen dem ersten und dem zweiten Einspritzventilglied 2, 4 verbleibender Ringraum 15 dient der Führung des flüssigen Brennstoffs. Der gasförmige Brennstoff wird in einem Ringraum 16 geführt, der zwischen dem zweiten Einspritzventilglied 4 und dem Düsenkörper 7 ausgebildet ist.
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Das zweite Einspritzventilglied 4 ist mehrteilig ausgeführt. Es umfasst ein Sitzteil 4.1, ein Hohlnadelteil 4.2 und ein Verbindungsteil 4.3, mittels dessen das Sitzteil 4.1 und das Hohlnadelteil 4.2 verbunden sind. Das Verbindungsteil 4.3 ist hierzu als Spannmutter ausgeführt, die an einer umlaufenden Schulter 17 des Sitzteils 4.1 abgestützt und mit dem Hohlnadelteil 4.2 verschraubt ist. Das Sitzteil 4.1 und das Hohlnadelteil 4.2 sind darüber hinaus über einen Falz 8 verbunden.
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Das Sitzteil 4.1 weist eine vergleichsweise geringe Länge auf, so dass es einfach zu fertigen ist. Dies wirkt sich günstig auf eine hochgenaue Fertigung aus. Ferner kann ein auf die Funktion bzw. Funktionen des Sitzteils 4.1 abgestimmter Werkstoff verwendet werden.
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Die Hauptfunktion des Sitzteils 4.1 besteht darin, mit einem Dichtsitz 6 zusammenzuwirken. Hierzu ist außenumfangseitig am Sitzteil 4.1 eine Dichtkontur 5 ausgebildet, die in dichtender Anlage mit dem Dichtsitz 6 bringbar ist. Insofern sollte ein Werkstoff gewählt werden, der besonders verschleißfest ist. Der Dichtsitz 6 wird vorliegend durch einen sich nach radial innen erstreckenden Bund 14 des Düsenkörpers 7 gebildet, der zugleich eine zentrale Öffnung 9 des Düsenkörpers 7 begrenzt, durch die ein kappenartiger Endabschnitt des Sitzteils 4.1 geführt ist. Der Endabschnitt des Sitzteils 4.1 ist somit den in einem Brennraum 1 herrschenden hohen Temperaturen ausgesetzt. Dies sollte bei der Wahl des Werkstoffs zur Ausbildung des Sitzteils 4.1 ebenfalls berücksichtigt werden.
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Die Hauptfunktion des Hohlnadelteils 4.2 besteht in der Aufnahme und Führung des ersten Einspritzventilglieds 2. Das Hohlnadelteil 4.2 ist demnach deutlich länger als das Sitzteil 4.1 ausgeführt (in der Figur nicht dargestellt, da diese nur einen Ausschnitt zeigt). Ferner sollte das Hohlnadelteil 4.2 aus einem Werkstoff gefertigt sein, der eine hohe Schwingfestigkeit besitzt.
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Der Werkstoff des Verbindungsteils 4.3 kann wiederum in Abhängigkeit vom Werkstoff des Sitzteils 4.1 und/oder des Hohlnadelteils 4.2 gewählt werden. Er muss eine dauerhaft feste Verbindung der mehreren Teile gewährleisten.
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Im kappenartigen Endabschnitt des Sitzteils 4.1 ist mindestens ein Spritzloch 3 ausgebildet, über das der flüssige Brennstoff in den Brennraum 1 einspritzbar ist. Dem Spritzloch 3 ist ein Dichtsitz 13 für das erste Einspritzventilglied 2 vorgelagert, der innenumfangseitig am Sitzteil 4.1 des zweiten Einspritzventilglieds 4 ausgebildet ist.
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Im Unterschied zum flüssigen Brennstoff wird der gasförmige Brennstoff nicht über ein Spritzloch, sondern über die zentrale Öffnung 9 des Düsenkörpers 7 bzw. über einen zwischen dem Sitzteil 4.1 und dem Düsenkörper 7 verbleibenden Öffnungsquerschnitt innerhalb der Öffnung 9 ausgetragen. Der Öffnungsquerschnitt ist dabei vom Hub des zweiten Einspritzventilglieds 4 abhängig. Denn die Öffnung 9 wird von einer Steuerkante 12 begrenzt, der am Außenumfang des Sitzteils 4.1 eine strömungslenkende Außenkontur 10 in Form einer umlaufenden Nut 11 gegenüber liegt. Mit zunehmendem Hub des zweiten Einspritzventilglieds 4 wird demnach der Öffnungsquerschnitt kleiner. Zugleich wird über die strömungslenkende Außenkontur 10 der Spritzwinkel des gasförmigen Brennstoffs vorgegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012012450 A1 [0002]
