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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Kraftstoffinjektor ist aus der
DE 10 2015 226 070 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor zeichnet sich durch ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse aus, das auf der einem Brennraum zugewandten Seite einen Düsenkörper aufweist, der mittels einer Düsenspannmutter axial dichtend gegen einen Haltekörper des Injektorgehäuses verspannt ist. In dem Düsenkörper ist wenigstens eine Einspritzöffnung ausgebildet, die mittels einer hubbeweglich angeordneten Düsennadel freigegeben bzw. verschlossen werden kann, um den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff aus dem Injektorgehäuse in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Weiterhin ist das Injektorgehäuse bzw. der Kraftstoffinjektor in einer Zylinderkopfbohrung der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei sich im Radialspalt zwischen dem Außenumfang des Injektorgehäuses und der Zylinderkopfbohrung ggf. Rückstände ansammeln können.
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Insbesondere im Zusammenhang mit der Einhaltung von Schadstoffemissionswerten gibt es Betriebszustände, bei denen relativ geringe Brennraumtemperaturen herrschen, verursacht im Zusammenhang mit einer Abkühlung durch dem Brennraum zugeführte Abgase aus der Abgasrückführung. Diese relativ niedrigen Brennraumtemperaturen begünstigen die Bildung von Kondensat im oben erwähnten Radialspalt zwischen dem Injektorgehäuse und der Zylinderkopfbohrung, wobei das Kondensat im Ansaugtakt des Kolbens in Richtung des Düsenkörpers und somit in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung gesogen wird. Dabei besteht die Gefahr, dass die Oberfläche des Düsenkörpers, insbesondere im Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung, von dem Kondensat benetzt wird. Im Kompressionstakt wird dieses Kondensat in die wenigstens eine Einspritzöffnung gedrückt, sodass die Gefahr einer Korrosionsbildung im Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung besteht. Diese hat wiederum einen negativen Einfluss auf die gewünschte bzw. erforderliche Einspritzgenauigkeit des Kraftstoffinjektors. Wesentlich dabei ist, dass derartige Düsenkörper im Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung typischerweise aus einem Werkstoff ohne Korrosionsschutzschicht bestehen. Zudem begünstigt die sich stetig kontinuierlich verjüngende Form der Kontur des Düsenkörpers das Entlangfließen bzw. Entlangströmen des Kondensats in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Benetzung des Kraftstoffinjektors im Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung durch aus dem radialen Zwischenraum zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Zylinderkopfbohrung stammendem Kondensat verhindert wird. Somit wird auch bei relativ niedrigen Brennraumtemperaturen bzw. über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet eine durch das Kondensat nicht beeinflusste Einspritzgenauigkeit des Kraftstoffinjektors ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die wenigstens eine Einspritzöffnung durch eine im Bereich des Injektorgehäuses ausgebildete Tropfnase zu schützen, sodass in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung strömendes Kondensat von der Tropfnase in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgeleitet und das Kondensat somit am Weiterströmen bzw. dem Zutritt zu dem Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung gehindert wird.
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Konkret schlägt es die Lehre der Erfindung hierzu vor, dass das Injektorgehäuse auf der der wenigstens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite wenigstens eine die wenigstens eine Einspritzöffnung zumindest bereichsweise umgebende Erhöhung oder Vertiefung aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Zutritt von entlang des Injektorgehäuses strömenden oder fließenden Medien in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung zu verhindern. Da die genaue Geometrie und Anordnung einer derartigen, eine Tropfnase bildenden Vertiefung oder Erhöhung vom jeweiligen Einsatzfall, d.h. der konkreten Geometrie des Kraftstoffinjektors, der Positionierung der wenigstens einen Einspritzöffnung, der konkreten konstruktiven Ausgestaltung des Injektorgehäuses und weiteren Faktoren abhängt, ist es für die Lehre der Erfindung nur wesentlich, dass beim Betrieb des Kraftstoffinjektors die Funktion einer derartigen Tropfnase erfüllt bzw. garantiert wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer besonders bevorzugten konstruktiven Anordnung der wenigstens einen Erhöhung oder Vertiefung ist es vorgesehen, dass diese als eine in Umfangsrichtung geschlossene Erhöhung oder Vertiefung ausgebildet ist. Gemeint ist dabei, dass die Erhöhung bzw. Vertiefung in Bezug zu einer Längsachse des Kraftstoffinjektors eine radial umlaufende, geschlossene Geometrie ausgebildet, um damit sicherzustellen, dass unabhängig von dem Ort, von dem Kondensat in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung strömt, die wenigstens eine Erhöhung bzw. Vertiefung eine für das Kondensat nicht zu überwindende Barriere darstellt, von der das Kondensat in Richtung des Brennraums der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
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Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn die wenigstens eine Erhöhung oder Vertiefung an der Stirnseite des Injektorgehäuses an einem radialen Randbereich angeordnet ist. Damit wird der Vorteil erzielt, dass das Kondensat möglichst weit entfernt von der wenigstens einen Einspritzöffnung bereits erfasst bzw. abgeleitet wird. Weiterhin ergibt sich dadurch der Vorteil, dass unabhängig von der Ausrichtung bzw. Anordnung der wenigstens einen Einspritzöffnung eine Beeinflussung des Sprühstrahls durch die wenigstens eine Erhebung bzw. Vertiefung vermieden wird.
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In konkreter geometrischer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Injektorgehäuse eine Außenkontur aufweist, die mit Ausnahme im Bereich der wenigstens einen Erhöhung oder Vertiefung sowie der wenigstens einen Einspritzöffnung eine stetig gekrümmte, knickfreie Form aufweist, und dass die wenigstens eine Erhöhung oder Vertiefung wenigstens eine Kante aufweist. Eine derartige Kante zeichnet sich dadurch aus, dass unter Berücksichtigung der verwendeten Fertigungstechnologie die wenigstens eine Erhöhung bzw. Vertiefung durch die Kante begrenzt bzw. definiert ist, wobei durch die Vermeidung von Radien, d.h. die Ausbildung möglichst scharfkantiger Kanten, das Abströmen bzw. Ableiten des Kondensats aus dem Bereich der wenigstens einen Erhöhung bzw. Vertiefung begünstigt wird.
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Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die wenigstens eine Erhöhung in Bezug auf die Längsachse des Injektorgehäuses an ihrer äußeren Umfangswand mit einer Umfangswand des Injektorgehäuses fluchtet. Damit strömt Kondensat aus dem radialen Spalt zwischen dem Injektorgehäuse und der Zylinderkopfbohrung unmittelbar von der Umfangswand des Injektorgehäuses ohne Strömungsumlenkung entlang der (Außen-) Wand der Erhöhung und kann von dort in Richtung des Brennraums abgegeben werden.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung hinsichtlich der Herstellung einer derartigen Erhöhung ist es vorgesehen, dass diese als monolithisch ausgebildete Erhöhung an dem Injektorgehäuse gebildet ist. Beispielsweise kann es hierzu vorgesehen sein, dass ein die Erhöhung aufweisender Düsenkörper des Injektorgehäuses einen in Längsrichtung hervorstehenden, als Erhöhung dienenden Randbereich aufweist, der durch Schleifen des radial innerhalb der Erhöhung liegenden Bereichs des Düsenkörpers ausgebildet bzw. freigelegt wird.
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Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Erhöhung durch ein von dem Injektorgehäuse separates, insbesondere ringförmiges Bauteil gebildet ist, das mit dem Injektorgehäuse mittels einer kraft- und/oder form- oder stoffschlüssigen Verbindung verbunden ist. Als stoffschlüssige Verbindung ist dabei vorzugsweise an eine Laserstrahlschweißung gedacht. Die Verwendung eines von dem Injektorgehäuse separaten Bauteils zur Ausbildung der Erhöhung hat darüber hinaus den Vorteil, dass das Material, aus dem das separate Bauteil gebildet ist, von dem Material des Injektorgehäuses unterschiedlich sein kann. Dadurch kann beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten der verwendeten Materialien der Temperaturhaushalt am Düsenende gezielt beeinflusst werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Barriere in Form wenigstens einer Vertiefung ist es in konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung durch eine radial von einer Umfangswand des Injektorgehäuses nach innen versetzt angeordneten Nut gebildet ist.
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Insbesondere aus fertigungstechnischer Sicht ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die wenigstens eine Erhöhung oder Vertiefung in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene kreis- bzw. ringförmig ausgebildet ist. Dies vereinfacht beispielsweise den Schleifvorgang zum Ausbilden der Erhöhung bzw. Vertiefung, da in diesem Fall ein entsprechend gestaltetes Werkzeug verwendet werden kann.
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Eine konstruktiv bevorzugte Gestaltung des Kraftstoffinjektors sieht vor, dass das Injektorgehäuse im Bereich der wenigstens einen Erhöhung oder Vertiefung durch einen mit einem Injektorgehäuse verbindbaren Düsenkörper gebildet ist.
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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:
- 1 einen vereinfachten Längsschnitt im Einbaubereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit unterschiedlich ausgebildeten Barriereelementen und
- 2 eine weitere Einbausituation eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, bei der das Barriereelement durch ein von dem Injektorgehäuse separates Bauteil gebildet ist, ebenfalls im Längsschnitt.
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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 im Einzelnen nicht dargestellte Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zugewandte stirnseitige Endbereich eines Kraftstoffinjektors 10 dargestellt. Der Brennraum ist dabei in einem Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine ausgebildet und zeichnet sich durch eine Zylinderkopfbohrung 2 aus, in der der Kraftstoffinjektor 10 mittels nicht dargestellter Spannmittel, insbesondere mittels sogenannter Spannpratzen, angeordnet bzw. eingesetzt ist. Insbesondere ragt der stirnseitige Endabschnitt 11 des Kraftstoffinjektors 10 etwas aus der Zylinderkopfbohrung 2 heraus und in den Brennraum der Brennkraftmaschine hinein.
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Der Kraftstoffinjektor 10 ist Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems bzw. als Common-Rail-Injektor ausgebildet, wobei der Systemdruck des Common-Rail-Systems mehr als 1800bar, vorzugsweise mehr als 2000bar beträgt.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 14 auf, das an dem Endabschnitt 11 einen Düsenkörper 15 umfasst, der mittels einer nicht gezeigten Düsenspannmutter axial in an sich bekannter Art und Weise gegen einen in der 1 nicht dargestellten Haltekörper des Injektorgehäuses 14 verspannt ist.
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In dem Düsenkörper 15 ist eine Ausnehmung 18 ausgebildet, die einen Hochdruckraum 19 mit unter System- bzw.- Raildruck stehenden Kraftstoff ausbildet. Innerhalb des Hochdruckraums 19 bzw. der Ausnehmung 18 ist ein Einspritzglied in Form einer Düsennadel 20 entlang einer Längsachse 22 hubbeweglich angeordnet. Die Bewegung der Düsennadel 20 erfolgt über einen in der 1 nicht dargestellten, weil an sich nicht bekannten Aktor, beispielsweise durch einen Magnetaktor unter Zwischenschaltung eines Schaltventils.
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In einer abgesenkten Position der Düsennadel 20 verschließt diese wenigstens eine in dem Düsenkörper 15 ausgebildete Einspritzöffnung 24. Zum Abgeben bzw. Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine wird die Düsennadel 20 mittels des Aktors angehoben, um eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 19 und der wenigstens einen Einspritzöffnung 24 auszubilden. In der Darstellung der 1 ist lediglich eine Einspritzöffnung 24 dargestellt, die in einem schrägen Winkel in Bezug zur Längsachse 22 angeordnet ist. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, mehrere derartige Einspritzöffnungen 24, ggf. unter unterschiedlichen Winkeln in Bezug zur Längsachse 22 vorzusehen, wie dies an sich Stand der Technik ist.
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Der Düsenkörper 15 weist im Bereich der Zylinderkopfbohrung 2 eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Umfangswand 23 auf. Diese geht an dem in den Brennraum hineinragenden Endabschnitt 11 in eine Außenkontur 25 über, die sich in Richtung eines Kuppenbereichs 27 verjüngt und stetig sowie knickfrei ausgebildet. Zwischen der Umfangswand 23 des Düsenkörpers 15 und der Zylinderkopfbohrung 2 ist ein Radialspalt 5 ausgebildet. In diesem Radialspalt 5 kann sich je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoffinjektors 10 Kondensat 6 ansammeln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömen bzw. Fließen des Kondensats 6 aus dem Radialspalt 5 in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 24 zu vermeiden und dafür Sorge zu tragen, dass dieses Kondensat 6 aus dem Bereich des Radialspalts 5 bzw. dem Kraftstoffinjektor 10 in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
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Hierzu ist es entsprechend der Darstellung der 1 in einer ersten Variante vorgesehen, dass die ansonsten stetige Außenkontur 25 des Düsenkörpers 15 in einem relativ geringem Abstand a zur Umfangswand 23 eine im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmige Vertiefung 30 in Form einer Nut 31 aufweist. Die Vertiefung 30 bzw. Nut 31 ist als eine um die Längsachse 22 radial umlaufende, geschlossene Vertiefung 30 ausgebildet, d.h., dass sie in einer senkrecht zur Längsachse 22 verlaufenden Ebene kreis- bzw. ringförmig ausgebildet ist.
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Insbesondere weist die Vertiefung 30 zumindest auf der der Umfangswand 23 zugewandten Seite in Bereich der Außenkontur 25 eine möglichst scharfkantig ausgebildete, radial um die Längsachse 22 umlaufende erste Kante 32 auf. Ebenso ist auf der der Längsachse 22 zugewandten Seite der Vertiefung 30 eine scharfkantig ausgebildete, radial um die Längsachse 22 umlaufende zweite Kante 33 vorgesehen. Diese Kanten 32, 33 zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese keine ausgeprägten Radien oder ähnliches aufweisen. Die Nut 31 unterbricht somit die ansonsten gleichmäßige Außenkontur 25, bei der die Form so ausgebildet ist, dass deren (mathematische) Steigung stetig verläuft.
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Dies bewirkt, dass bei einem Strömen bzw. Fließen des Kondensats 6 in Richtung der Vertiefung 30 das Kondensat 6 bereits von der ersten Kante 32 in Richtung des Brennraums der Brennkraftmaschine abgeleitet wird. Sollte sich nichtsdestotrotz Kondensat 6 im Bereich der Vertiefung 30 ansammeln, so wird dieses an einem Weiterströmen in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 24 gehindert, indem es von der zweiten Kante 33 in Richtung des Brennraums abströmt.
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In dem rechten Teil der Darstellung der 1 ist eine Variante des Düsenkörpers 15 gezeigt, bei der anstelle einer Vertiefung 30 bzw. einer Nut 31 eine radial um die Längsachse 22 umlaufende Erhöhung 35 bzw. ein radial umlaufender Steg 36 vorgesehen ist. Die äußere Umfangswand 38 der Erhöhung 35 schließt dabei bündig bzw. fluchtend mit der Außenkontur 23 des Düsenkörpers 15 ab. Auch die Erhöhung 35 bzw. der Steg 36 ist als geschlossene Erhöhung 35 ausgebildet und weist auf der dem Brennraum zugewandten Seite zwei scharfkantig ausgebildete Kanten 39, 40 auf, die in analoger Weise zu den Kanten 32, 33 als Ableitelemente für das Kondensat 6 dienen.
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In der 2 ist der Fall dargestellt, bei der der Düsenkörper 15a an seiner Umfangswand 23a eine radial zur Längsachse 22 ragende Stufe 42 aufweist, in deren Bereich ein von dem Düsenkörper 15a separates Bauteil 45 angeordnet ist. Das ringförmige Bauteil 45 ist durch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung, oder durch eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Laserstrahlschweißung mit dem Düsenkörper 15a verbunden und kann ggf. aus einem von dem Düsenkörper 15a unterschiedlichen Material bestehen. Das an seinem Außenumfang bündig mit der Umfangswand 23a verlaufende Bauteil 45 überragt die Umfangswand 23a in axialer Richtung mit einem Abschnitt 47, der als Erhöhung in Analogie zur Erhöhung 35 bei dem Düsenkörper 15 ausgebildet ist bzw. wirkt und ebenfalls zwei radial umlaufende Kanten 48, 49 aufweist.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, die wenigstens eine Einspritzöffnung 24 von einer Erhöhung 35 bzw. Vertiefung 30 als Schutzelement zu umgeben, so dass ein Strömen bzw. Fließen des Kondensats 6 in den Bereich der wenigstens einen Einspritzöffnung 24 verhindert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015226070 A1 [0002]
