-
Die Erfindung betrifft eine Düsennadel, welche einen Düsennadelschaft mit einer Längsmittelachse aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor sowie ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine.
-
Eine Düsennadel wird in einem Kraftstoffinjektor als Absperrkörper verwendet. Die Düsennadel wirkt mit einem Ventilsitz des Kraftstoffinjektors zusammen und bildet mit diesem ein Düsenventil. Ist das Düsenventil geöffnet, kann Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor in ein Einspritzvolumen, wie zum Beispiel einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, eingespritzt werden. Ist das Düsenventil hingegen geschlossen, wird verhindert, dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor in das Einspritzvolumen eingespritzt wird.
-
Sowohl durch eine abrupte Beschleunigung des Kraftstoffs beim Öffnen des Düsenventils als auch durch ein abruptes Abbremsen des Kraftstoffs beim Schließen des Düsenventils, werden im Kraftstoffinjektor Druckwellen erzeugt, die sich im Kraftstoffinjektor ausbreiten können, gegebenenfalls reflektiert werden und miteinander interferieren können. Die Druckwellen können den Massenstrom des im geöffneten Zustand des Düsenventils aus dem Kraftstoffinjektor ausströmenden Kraftstoffs erheblich modulieren, wodurch die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffinjektors eingeschränkt werden kann. Insbesondere beim Einspritzen kleiner Kraftstoffmengen können die Druckwellen große Druckamplituden erreichen, welche einen Kraftstoffbetriebsdruck des Kraftstoffinjektors überschreiten können.
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, negative Auswirkungen des Betätigens eines Düsenventils auf eine Kraftstoffeinspritzung zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Düsennadel nach Anspruch 1, einen Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9 sowie durch ein Einspritzsystem nach Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Die erfindungsgemäße Düsennadel für einen Kraftstoffinjektor weist einen Düsennadelschaft mit einer Längsmittelachse auf. Der Düsennadelschaft weist zwei Führungsstege sowie eine durch die Führungsstege begrenzte Aussparung auf, wobei die Längsmittelachse des Düsennadelschafts durch die Aussparung verläuft und die Aussparung zwischen den Führungsstegen radial nach außen offen ist.
-
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Druckamplituden der durch Betätigen eines Düsenventils - also durch Öffnen oder Schließen des Düsenventils - erzeugten Druckwellen unter anderem von der Geschwindigkeitsänderung abhängig sind, welche der Kraftstoff beim Betätigen des Düsenventils erfährt.
-
Mithilfe der Aussparung des Düsennadelschafts lässt sich bei einer Kraftstoffströmung, die zwischen der Düsennadel und einer die Düsennadel zumindest teilweise umgebenden Nadelführungswandung des Kraftstoffinjektors strömt, im Bereich der Aussparung eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts erreichen. Da eine Vergrößerung des Strömungsquerschnitts einer Strömung eine Verringerung ihrer Strömungsgeschwindigkeit bewirkt, kann mithilfe der Aussparung des Düsennadelschafts die Geschwindigkeitsänderung, die die Kraftstoffströmung beim Betätigen des Düsenventils erfährt, verringert werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass am Düsennadelschaft Druckwellen mit geringerer Druckamplitude entstehen. Durch einen größeren Strömungsquerschnitt der Kraftstoffströmung lassen sich außerdem Strömungsverluste verringern und ein größerer Kraftstoffdurchfluss zwischen der Düsennadel und der Nadelführungswandung erreichen.
-
Ferner bewirkt die Aussparung, dass die Düsennadel - verglichen mit einer Düsennadel, die keine solche Aussparung aufweist - eine geringere Masse und folglich eine geringere Trägheit aufweist, was eine schnellere Schaltzeit der Düsennadel ermöglicht.
-
Die Führungsstege des Düsennadelschafts dienen zum Führen der Düsennadel entlang einer Nadelführung des Kraftstoffinjektors. Zudem sorgen die Führungsstege für eine hohe Stabilität der Düsennadel, insbesondere gegenüber Biegungen. Der Außendurchmesser des Düsennadelschafts im Bereich der Aussparung kann - verglichen mit einer Düsennadel, die keine solche Aussparung aufweist - unverändert bleiben. Entsprechend kann auch der Innendurchmesser einer die Düsennadel aufnehmenden Nadelführung unverändert bleiben.
-
Um eine signifikante Vergrößerung des Strömungsquerschnitts der Kraftstoffströmung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass sich die Aussparung zwischen den Führungsstegen so weit radial nach innen erstreckt, dass die Längsmittelachse des Düsennadelschafts durch die Aussparung verläuft.
-
Unter der Längsmittelachse des Düsennadelschafts ist eine in Längsrichtung des Düsennadelschafts verlaufende Achse zu verstehen, die für einen Abschnitt der Düsennadel, insbesondere für einen Abschnitt des Düsennadelschafts, eine Symmetrieachse darstellt.
-
In bevorzugter Weise erstrecken sich die Führungsstege mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längsmittelachse des Düsennadelschafts. Darüber hinaus kann sich die Längserstreckung der Aussparung entlang der Längsmittelachse erstrecken.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Aussparung im Düsennadelschaft eine Durchgangsöffnung oder mehrere miteinander verbundene Durchgangsöffnungen. Mit anderen Worten, in bevorzugter Weise durchdringt die Aussparung den Düsennadelschaft. Dies ermöglicht eine besonders starke Strömungsquerschnittsvergrößerung der Kraftstoffströmung.
-
Die Aussparung kann beispielweise durch mehrere miteinander verbundene Ausnehmungen gebildet sein. Diese die Aussparung ausbildenden Ausnehmungen können insbesondere durch ein subtraktives Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Schleifen oder Fräsen, hergestellt werden.
-
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Düsennadel eine mit dem Düsennadelschaft verbundene Düsennadelspitze aufweist. Vorzugsweise hat die Düsennadelspitze eine Dichtfläche, insbesondere eine konische Dichtfläche, zum Anpressen an einen Nadelsitz eines Gehäusekörpers, in welchem die Düsennadel zumindest teilweise aufnehmbar ist.
-
Die Düsennadelspitze kann insbesondere einstückig mit dem Düsennadelschaft ausgebildet sein. Ferner kann die Düsennadelspitze axialsymmetrisch bezüglich der Längsmittelachse ausgebildet sein. Der größte Durchmesser der Düsennadelspitze ist vorzugsweise kleiner als der Außendurchmesser des Düsennadelschafts im Bereich der Aussparung.
-
Des Weiteren kann der Düsennadelschaft eine zwischen den Führungsstegen angeordnete Fluidumlenkfläche aufweisen. Die Punkte der Fluidumlenkfläche weisen in bevorzugter Weise mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze einen größeren Abstand zur Längsmittelachse des Düsennadelschafts auf. Als „Axialabstand zur Düsennadelspitze“ ist ein Abstand zur Düsennadelspitze in Richtung der Längsmittelachse (Axialrichtung) zu verstehen. Mit anderen Worten, die Fluidumlenkfläche kann derart ausgebildet sein, dass die Punkte der Fluidumlenkfläche, die in Axialrichtung weiter von der Düsennadelspitze entfernt sind, einen größeren Abstand zur Längsmittelachse des Düsennadelschafts aufweisen als Punkte der Fluidumlenkfläche, die in Axialrichtung näher an der Düsennadelspitze angeordnet sind.
-
Durch die Fluidumlenkfläche können der von der Aussparung bewirkte Strömungswiderstand für die Kraftstoffströmung und die damit verbundenen Strömungsverluste gering gehalten werden. Mit anderen Worten, die Fluidumlenkfläche ermöglicht ein strömungsoptimiertes Einströmen des Kraftstoffs in die Aussparung und/oder ein strömungsoptimiertes Ausströmen des Kraftstoffs aus der Aussparung. Die Fluidumlenkfläche kann die Kraftstoffströmung zur Längsmittelachse hinführen (im Falle des Einströmens von Kraftstoff in die Aussparung) bzw. die Kraftstoffströmung von der Längsmittelachse wegführen (im Falle des Ausströmens von Kraftstoff aus der Aussparung). Ferner kann die Fluidumlenkfläche derart geformt sein, dass Strömungsablösungen vermieden werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann der Düsennadelschaft - insbesondere aus den oben genannten Gründen - eine (weitere) zwischen den Führungsstegen angeordnete Fluidumlenkfläche aufweisen, deren Punkte mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze einen geringeren Abstand zur Längsmittelachse des Düsennadelschafts aufweisen. Anders ausgedrückt, diese Fluidumlenkfläche kann derart ausgebildet sein, dass die Punkte der Fluidumlenkfläche, die in Axialrichtung weiter von der Düsennadelspitze entfernt sind, einen kleineren Abstand zur Längsmittelachse aufweisen als Punkte der Fluidumlenkfläche, die in Axialrichtung näher an der Düsennadelspitze angeordnet sind.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung hat der Düsennadelschaft jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstegen sowohl eine erste Fluidumlenkfläche, deren Punkte mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze einen größeren Abstand zur Längsmittelachse aufweisen, als auch eine zweite Fluidumlenkfläche, deren Punkte mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze einen geringeren Abstand zur Längsmittelachse aufweisen. Vorzugsweise ist die zweite Fluidumlenkfläche näher an der Düsennadelspitze angeordnet als die erste Fluidumlenkfläche.
-
Die jeweilige Fluidumlenkfläche des Düsennadelschafts kann zum Beispiel eine ebene Fläche, insbesondere eine schräg zur Längsmittelachse orientierte ebene Fläche, sein. Alternativ kann die jeweilige Fluidumlenkfläche eine gewölbte Fläche, insbesondere eine konkav gewölbte Fläche, sein. Die Form der jeweiligen Fluidumlenkfläche kann insbesondere durch das Fertigungsverfahren der Aussparung bedingt sein.
-
Des Weiteren kann die jeweilige Fluidumlenkfläche die Längsmittelachse berühren. Mit anderen Worten, die jeweilige Fluidumlenkfläche kann sich bis zur Längsmittelachse erstrecken.
-
Zusätzlich zu den beiden zuvor erwähnten Führungsstegen kann der Düsennadelschaft mindestens einen weiteren Führungssteg aufweisen, der die Aussparung begrenzt. Das heißt, der Düsennadelschaft kann insgesamt drei oder mehr Führungsstege aufweisen. Dadurch kann auf einfache Weise eine besonders hohe Stabilität des Düsennadelschafts erreicht werden. Vorzugsweise ist die Aussparung des Düsennadelschafts jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstegen radial nach außen offen.
-
Insbesondere falls der Düsennadelschaft mindestens drei Führungsstege aufweist, können die Führungsstege jeweils zwei ebene Innenflächen aufweisen. Die beiden Innenflächen des jeweiligen Führungsstegs können beispielsweise in einem Winkel von 360°/n zueinander stehen, wobei n die Anzahl der Führungsstege des Düsennadelschafts ist. Anders ausgedrückt, die Innenflächen des jeweiligen Führungsstegs können in einem Winkel zueinander stehen, der gleich dem Quotienten aus 360° und der Anzahl der Führungsstege ist.
-
Ferner können die Führungsstege in Umfangsrichtung des Düsennadelschafts äquidistant zueinander angeordnet sein. Dies ermöglicht eine homogene Verteilung der auf den Düsennadelschaft einwirkenden Kräfte.
-
Des Weiteren kann die Aussparung einen Bereich aufweisen, in welchem die Aussparung eine kreuzförmige Querschnittsfläche oder eine Y-förmige Querschnittsfläche hat. Eine Aussparung mit einer derartigen Querschnittsfläche ist aufwandsgünstig herstellbar.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante weist der Düsennadelschaft genau zwei Führungsstege auf, welche die Aussparung begrenzen. Dies ermöglicht eine besonders aufwandsgünstige Fertigung der Düsennadel. Bei diesen beiden Führungsstegen handelt es sich um die beiden erstgenannten Führungsstege des Düsennadelschafts. Weiterhin können die beiden Führungsstege bei dieser Ausführungsvariante beispielsweise jeweils genau eine ebene Innenfläche aufweisen. Diese beiden Innenflächen können insbesondere parallel zueinander angeordnet sein.
-
Ferner können die Führungsstege des Düsennadelschafts jeweils eine abgerundete Außenfläche aufweisen. Vorzugsweise sind die Außenflächen der Führungsstege der Aussparung des Düsennadelschafts abgewandt und die Innenflächen der Führungsstege der Aussparung zugewandt. In bevorzugter Weise begrenzt die jeweilige Innenfläche die Aussparung des Düsennadelschafts.
-
Bei dem jeweiligen Führungssteg weisen alle Punkte seiner abgerundeten Außenfläche vorzugsweise den gleichen Abstand zur Längsmittelachse auf. Ferner können die abgerundeten Außenflächen der verschiedenen Führungsstege jeweils den gleichen Abstand zur Längsmittelachse aufweisen.
-
In bevorzugter Weise bilden die abgerundeten Außenflächen der Führungsstege des Düsennadelschafts dessen Führungsflächen. Im eingebauten Zustand der Düsennadel - also in demjenigen Zustand der Düsennadel, in dem die Düsennadel in einen Gehäusekörper des Kraftstoffinjektors zumindest teilweise aufgenommen ist - sind die Außenflächen der Führungsstege vorzugsweise einer Nadelführungswandung des Gehäusekörpers zugewandt.
-
Ferner kann die Düsennadel ein mit dem Düsennadelschaft verbundenes Stützelement aufweisen, an welchem eine Vorspanneinrichtung, wie zum Beispiel eine Feder, abstützbar ist. Das Stützelement kann insbesondere einstückig mit dem Düsennadelschaft ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Stützelement axialsymmetrisch bezüglich der Längsmittelachse ausgebildet.
-
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor umfasst eine erfindungsgemäße Düsennadel.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kraftstoffinjektor einen Gehäusekörper mit einer Nadelführung, in welcher die Düsennadel, insbesondere deren Düsennadelschaft, zumindest teilweise aufgenommen ist. Vorzugsweise hat der Gehäusekörper mindestens eine Einspritzöffnung (auch Düsenöffnung genannt). Die Düsennadel kann dazu verwendet werden, die Einspritzöffnung/-en zu verschließen und wieder freizugeben.
-
Prinzipiell kann der Kraftstoffinjektor mehrere Düsennadeln, insbesondere mehrere erfindungsgemäße Düsennadeln, aufweisen. Das heißt, der Kraftstoffinjektor kann ein Mehrnadelinjektor sein. Unter anderem kann der Kraftstoffinjektor ein sogenannter Dual-Fuel-Injektor sein, welcher dazu eingerichtet ist, zwei unterschiedliche Kraftstoffe, insbesondere einen gasförmigen Kraftstoff sowie einen Flüssigkraftstoff, in ein Einspritzvolumen einzuspritzen.
-
Für jede seiner Düsennadeln hat der Kraftstoffinjektor vorzugsweise jeweils eine eigene Nadelführung, wobei die einzelnen Nadelführungen insbesondere in einem gemeinsamen Gehäusekörper vorgesehen sein können.
-
Das erfindungsgemäße Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine weist mindestens einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor auf.
-
In bevorzugter Weise umfasst das Einspritzsystem mehrere Kraftstoffinjektoren, insbesondere mehrere erfindungsgemäße Kraftstoffinjektoren. Diese können insbesondere an eine gemeinsame Kraftstoffverteilleitung des Einspritzsystems angeschlossen sein.
-
Darüber hinaus kann das Einspritzsystem ein oder mehrere weitere Elemente, wie zum Beispiel ein Steuergerät zum Steuern des Kraftstoffinjektors bzw. der Kraftstoffinjektoren, aufweisen.
-
Die bisher gegebene Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen abhängigen Ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit der erfindungsgemäßen Düsennadel, dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor und dem erfindungsgemäßen Einspritzsystem kombinierbar. Ferner können Verfahrensmerkmale auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit gesehen werden.
-
Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Ansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
-
Werden in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese im Wesentlichen gleiche oder einander entsprechende Elemente.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines mehrere Kraftstoffinjektoren umfassenden Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine;
- 2 eine Schnittdarstellung eines der Kraftstoffinjektoren aus 1;
- 3 eine Düsennadel des Kraftstoffinjektors aus 2;
- 4 eine Längsschnittdarstellung der Düsennadel aus 3;
- 5 eine Querschnittsdarstellung der Düsennadel aus 3;
- 6 eine Längsschnittdarstellung einer anderen Düsennadel;
- 7 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Düsennadel;
- 8 eine Querschnittsdarstellung noch einer anderen Düsennadel.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Einspritzsystems 2, welches mehrere baugleiche Kraftstoffinjektoren 4 umfasst, die jeweils dazu genutzt werden, einen Kraftstoff in denselben Brennraum oder in unterschiedliche Brennräume einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
-
Weiter umfasst das Einspritzsystem 2 eine Kraftstoffförderpumpe 6 sowie einen Kraftstoffspeicher 8, in welchem der von den Kraftstoffinjektoren 4 in den Brennraum bzw. in die Brennräume einzuspritzende Kraftstoff gespeichert ist.
-
Ferner umfasst das Einspritzsystem 2 eine Kraftstoffverteilleitung 10, an welche die Kraftstoffinjektoren 4 jeweils mittels einer Kraftstoffversorgungsleitung 12 angeschlossen sind. Die Kraftstoffverteilleitung 10 ist ein sogenanntes Common-Rail. Besagte Kraftstoffförderpumpe 6 ist ausgangsseitig über eine erste Verbindungsleitung 14 mit der Kraftstoffverteilleitung 10 verbunden. Eingangsseitig ist die Kraftstoffförderpumpe 6 über eine zweite Verbindungsleitung 16 mit dem Kraftstoffspeicher 8 verbunden.
-
Außerdem umfasst das Einspritzsystem 2 ein Steuergerät 18 zum Steuern der Kraftstoffinjektoren 4 sowie zum Steuern der Kraftstoffförderpumpe 6. Jeder der Kraftstoffinjektoren 4 sowie die Kraftstoffförderpumpe 6 sind jeweils über eine elektrische Steuerleitung 20 mit dem Steuergerät 18 verbunden.
-
Im Betrieb des Einspritzsystems 2 fördert die Kraftstoffförderpumpe 6 den Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 8 zur Kraftstoffverteilleitung 10. Das Steuergerät 18 steuert die Kraftstoffinjektoren 4 derart an, dass die Kraftstoffinjektoren 4 zu vorgegebenen Einspritzzeitpunkten den Kraftstoff in den Brennraum bzw. in die Brennräume einspritzen.
-
2 zeigt exemplarisch einen Abschnitt eines der Kraftstoffinjektoren 4 aus 1 in einer Schnittdarstellung.
-
Der Kraftstoffinjektor 4 umfasst einen Gehäusekörper 22, welcher eine Kraftstoffkammer 24 mit einer Nadelführung 26 aufweist. Außerdem umfasst der Kraftstoffinjektor 4 einen Kraftstoffanschluss 28, der in die Kraftstoffkammer 24 mündet und mit einer der Kraftstoffversorgungsleitungen 12 aus 1 verbindbar ist. Über den Kraftstoffanschluss 28 kann die Kraftstoffkammer 24 mit dem Kraftstoff befüllt werden.
-
Der Gehäusekörper 22 hat mehrere Einspritzöffnungen 30 (auch Düsenöffnungen genannt), über welche der Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 24 in einen Brennraum eingespritzt werden kann.
-
Darüber hinaus ist der Kraftstoffinjektor 4 mit einer Düsennadel 32a ausgestattet, welche in der Kraftstoffkammer 24 aufgenommen ist. Die Düsennadel 32a hat einen Düsennadelschaft 36 mit einer Längsmittelachse 34. Der Düsennadelschaft 36 ist in der Nadelführung 26 der Kraftstoffkammer 24 aufgenommen, wobei die Düsennadel 32a axial verschiebbar gelagert ist.
-
Außerdem weist die Düsennadel 32a eine einstückig mit dem Düsennadelschaft 36 ausgebildete Düsennadelspitze 38 auf, die an eine Verjüngung 40 des Düsennadelschafts 36 anschließt und eine konische Dichtfläche 42 aufweist. Zudem ist die Düsennadelspitze 38 axialsymmetrisch bezüglich der Längsmittelachse 34 ausgebildet.
-
Der Gehäusekörper 22 hat im Bereich der Einspritzöffnungen 30 einen Nadelsitz 44, der ebenso wie die Dichtfläche 42 der Düsennadelspitze 38 eine konische Form aufweist. In 2 ist der Kraftstoffinjektor 4 in einem Zustand dargestellt, bei dem die Dichtfläche 42 der Düsennadelspitze 38 gegen den Nadelsitz 44 gedrückt wird, sodass die Einspritzöffnungen 30 durch die Düsennadel 32a verschlossen sind.
-
Weiter umfasst der Kraftstoffinjektor 4 eine im Gehäusekörper 22 angeordnete Hülse 46. Mit einem Teil ihres der Düsennadelspitze 38 entfernten Endbereichs 48 ist die Düsennadel 32a in die Hülse 46 eingeführt.
-
Durch die Hülse 46 und den in die Hülse 46 eingeführten Endbereich 48 der Düsennadel 32a wird ein Steuerraum 50 begrenzt, der dazu dient, ein Steuerfluid zum Steuern der Stellung der Düsennadel 32a aufzunehmen. Über ein figürlich nicht dargestelltes Steuerventil, das von dem in 1 dargestellten Steuergerät 18 gesteuert wird, ist der Steuerfluiddruck im Steuerraum 50 einstellbar.
-
Zwischen der Hülse 46 und einem einstückig mit dem Düsennadelschaft 36 ausgebildeten Stützkragen 52 der Düsennadel 32a weist der Kraftstoffinjektor 4 eine Vorspanneinrichtung 54 auf, welche sowohl an der Hülse 46 als auch am Stützkragen 52 abgestützt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vorspanneinrichtung 54 als Druckfeder ausgebildet.
-
Auf die Düsennadel 32a wirkt eine hydraulische Kraft, die von der Differenz zwischen dem Steuerfluiddruck im Steuerraum 50 und dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffkammer 24 abhängig ist.
-
Ausgehend von dem in 2 dargestellten Zustand kann die auf die Düsennadel 32a wirkende hydraulische Kraft durch eine Verringerung des Steuerfluiddrucks im Steuerraum 50 so eingestellt werden, dass die Düsennadel 32a weiter in die Hülse 46 hineingedrückt wird und die Einspritzöffnungen 30 freigegeben werden, damit Kraftstoff aus der Kraftstoffkammer 24 ausgespritzt werden kann. Durch eine Erhöhung des Steuerfluiddrucks auf seinen Ausgangswert wird erreicht, dass die Düsennadel 32a wieder ihre Ausgangsstellung einnimmt, in der sie die Einspritzöffnungen 30 verschließt.
-
3 zeigt isoliert die Düsennadel 32a des Kraftstoffinjektors 4 aus 2.
-
Der Düsennadelschaft 36 weist eine Aussparung 56 auf, welche im Düsennadelschaft 36 eine Durchgangsöffnung bildet. Die Längsmittelachse 34 des Düsennadelschafts 36 verläuft durch die Aussparung 56, und zwar entlang deren Längserstreckung.
-
Ferner weist der Düsennadelschaft 36 zwei parallel zur Längsmittelachse 34 ausgerichtete Führungsstege 58 auf, welche die Aussparung 56 begrenzen, wobei die Aussparung 56 zwischen den Führungsstegen 58 radial nach außen offen ist. Die Aussparung 56 bewirkt eine Querschnittsvergrößerung einer die Nadelführung 26 des Gehäusekörpers 22 durchströmenden Kraftstoffströmung.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 56 mithilfe eines Fräswerkzeugs, insbesondere mithilfe eines Zylinderschaftfräsers, schräg zur Längsmittelachse 34 in den Düsennadelschaft 36 eingefräst.
-
Zwischen den beiden Führungsstegen 58 weist der Düsennadelschaft 36 eine erste Fluidumlenkfläche 60a sowie eine zweite Fluidumlenkfläche 60b auf, wobei die erste Fluidumlenkfläche 60a, näher an der Düsennadelspitze 38 angeordnet ist als die zweite Fluidumlenkfläche 60b.
-
4 zeigt einen Längsschnitt der Düsennadel 32a aus 3 entlang der in 3 eingezeichneten Schnittebene A-A, in welcher die Längsmittelachse 34 liegt.
-
Aus 4 ist ersichtlich, dass der Düsennadelschaft 36 zusätzlich zu beiden zuvor erwähnten Fluidumlenkflächen 60a, 60b zwischen den beiden Führungsstegen 58 eine dritte Fluidumlenkfläche 60c sowie eine vierte Fluidumlenkfläche 60d aufweist. Die vier Fluidumlenkflächen 60a - 60d werden jeweils durch die Führungsstege 58 begrenzt.
-
Die dritte Fluidumlenkfläche 60c hat den gleichen Abstand zur Düsennadelspitze 38 wie die erste Fluidumlenkfläche 60a, während die vierte Fluidumlenkfläche 60d zur Düsennadelspitze 38 denn gleichen Abstand wie die zweite Fluidumlenkfläche 60b aufweist. Das heißt, die dritte Fluidumlenkfläche 60c ist näher an der Düsennadelspitze 38 angeordnet als die vierte Fluidumlenkfläche 60d. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den besagten Fluidumlenkflächen 60a - 60d um ebene Flächen, die schräg zur Längsmittelachse 34 des Düsennadelschafts 36 angeordnet sind.
-
Die erste und dritte Fluidumlenkfläche 60a, 60c sind so angeordnet, dass deren Punkte mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze 38 einen kleineren Abstand zur Längsmittelachse 34 aufweisen. Die zweite und vierte Fluidumlenkfläche 60b, 60d hingegen sind so angeordnet, dass deren Punkte mit zunehmendem Axialabstand zur Düsennadelspitze 38 einen größeren Abstand zur Längsmittelachse 34 aufweisen.
-
Des Weiteren berühren sich die erste und dritte Fluidumlenkfläche 60a, 60c entlang einer gemeinsamen Kante in einem spitzen Winkel. Ebenso berühren sich die zweite und vierte Fluidumlenkfläche 60b, 60d entlang einer gemeinsamen Kante in einem spitzen Winkel. Zudem berühren die erste und dritte Fluidumlenkfläche 60a, 60c sowie die zweite und vierte Fluidumlenkfläche 60b, 60d mit ihrer jeweiligen gemeinsamen Kante die Längsmittelachse 34 des Düsennadelschafts 36.
-
Mithilfe der Fluidumlenkflächen 60a - 60d kann eine Kraftströmung strömungsoptimiert in die Aussparung 56 einströmen und aus der Aussparung 56 ausströmen. Im Betrieb des Kraftstoffinjektors 4 wird Kraftstoff, der in Richtung der Einspritzöffnungen 30 strömt, mithilfe der zweiten und vierten Fluidumlenkfläche 60b, 60d in die Aussparung 56 hineingelenkt. Mithilfe der ersten und dritten Fluidumlenkfläche 60a, 60c wird der in Richtung der Einspritzöffnungen 30 strömende Kraftstoff aus der Aussparung 56 herausgelenkt.
-
5 zeigt einen Querschnitt der Düsennadel 32a aus 3 entlang der in 3 eingezeichneten Schnittebene B-B, welche senkrecht zur Längsmittelachse 34 des Düsennadelschafts 36 mittig durch die Aussparung 56 verläuft.
-
Aus 5 ist ersichtlich, dass die beiden Führungsstege 58 jeweils eine der Aussparung 56 zugewandte ebene Innenfläche 62 sowie eine der Aussparung 56 abgewandte abgerundete Außenfläche 64 aufweisen. Die beiden Innenflächen 62 sind parallel zueinander angeordnet und begrenzen die Aussparung 56.
-
Die Außenflächen 64 der Führungsstege 58 bilden die Führungsflächen der Düsennadel 32a. Im eingebauten Zustand der Düsennadel 32a - also in demjenigen Zustand, in dem die Düsennadel 32a im Gehäusekörper 22 des Kraftstoffinjektors 4 aufgenommen ist (vgl. 2) - sind die Außenflächen 64 der Führungsstege 58 der Nadelführung 26 des Gehäusekörpers 22 zugewandt. Alle Punkte der jeweiligen Außenfläche 64 weisen zur Längsmittelachse 34 den gleichen Abstand auf.
-
6 zeigt einen Längsschnitt einer anderen Düsennadel 32b.
-
Bei dieser Düsennadel 32b sind die Fluidumlenkflächen 60a - 60d des Düsennadelschafts 36 keine ebenen Flächen, sondern konkav gewölbte Flächen. Ansonsten entspricht diese Düsennadel 32b hinsichtlich ihrer strukturellen Ausgestaltung der Düsennadel 32a aus den 3 bis 5. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden gleichbleibende Merkmale und Funktionen nicht erneut beschrieben.
-
Die Aussparung 56 der Düsennadel 32b aus 6 kann beispielsweise mithilfe einer Schleifmaschine von unterschiedlichen Seiten in den Düsennadelschaft 36 eingeschliffen sein.
-
7 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Düsennadel 32c.
-
Bei dieser Düsennadel 32c ist die Aussparung 56 des Düsennadelschafts 36 durch mehrere miteinander verbundene Ausnehmungen gebildet, wobei die Aussparung 56 eine kreuzförmige Querschnittsfläche aufweist.
-
Ferner weist der Düsennadelschaft 36 vier in Umfangsrichtung 66 der Düsennadel 32c äquidistant zueinander angeordnete Führungsstege 58 auf, welche die Aussparung 56 begrenzen und parallel zur Längsmittelsachse der Düsennadel 32c ausgerichtet, wobei die Aussparung 56 jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstegen 58 radial nach außen offen ist.
-
Die Führungsstege 58 weisen jeweils eine abgerundete Außenfläche 64 sowie zwei ebene Innenflächen 62 auf, wobei die beiden Innenflächen 62 des jeweiligen Führungsstegs 58 in einem Winkel von 90° zueinander stehen.
-
8 zeigt einen Querschnitt noch einer anderen Düsennadel 32d.
-
Bei dieser Düsennadel 32d ist die Aussparung 56 des Düsennadelschafts 36 durch mehrere miteinander verbundene Ausnehmungen gebildet, wobei die Aussparung 56 eine Y-förmige Querschnittsfläche aufweist.
-
Der Düsennadelschaft 36 weist drei in Umfangsrichtung 66 der Düsennadel 32d äquidistant zueinander angeordnete Führungsstege 58 auf, welche die Aussparung 56 begrenzen und parallel zur Längsmittelachse der Düsennadel 32d ausgerichtet sind, wobei die Aussparung 56 jeweils zwischen zwei benachbarten Führungsstegen 58 radial nach außen offen ist.
-
Die Führungsstege 58 weisen jeweils eine abgerundete Außenfläche 64 sowie zwei ebene Innenflächen 62 auf, wobei die beiden Innenflächen 62 des jeweiligen Führungsstegs 58 bei der vorliegenden Ausführungsvariante in einem Winkel von 120° zueinander stehen.
-
Die jeweilige Düsennadel 32b - 32d aus den 6 bis 8 kann alternativ oder zusätzlich zu der Düsennadel 32a aus den 3 bis 5 in einem der Kraftstoffinjektoren 4 des Einspritzsystems 2 verwendet werden.
-
Die Erfindung wurde anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf oder durch die offenbarten Beispiele beschränkt. Andere Varianten können vom Fachmann aus diesen Ausführungsbeispielen abgeleitet werden, ohne von den der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken abzuweichen.
