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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, wie er insbesondere als Bestandteil eines Common-Rail-Systems für selbstzündende Brennkraftmaschinen verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor, der für besonders hohe Einspritzdrücke von beispielsweise mehr als 2500 bar geeignet ist.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2012 210 534 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor zeichnet sich durch eine Anordnung eines an der Düsennadel ausgebildeten Drosselstegs aus, bei der der Drosselsteg in einer abgesenkten Position bzw. einer Schließstellung der Düsennadel im Bereich des einen kleineren Innendurchmesser aufweisenden Abschnitts der Ausnehmung für die Düsennadel in dem Injektorgehäuse angeordnet ist und in einer Öffnungsstellung der Düsennadel zum Freigeben wenigstens einer Einspritzöffnung sich der Drosselsteg im Bereich eines kegelförmig ausgebildeten Übergangsbereichs befindet, der einen gegenüber dem zuerst genannten Innendurchmesser größeren Innendurchmesser aufweist. Dadurch ist in der Öffnungsstellung der Düsennadel die strömungstechnisch üblicherweise gewünschte Drosselwirkung des Drosselstegs deutlich reduziert oder sogar aufgehoben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Trend bei modernen Dieseleinspritzsystemen geht mehr und mehr zu höheren System- bzw. Einspritzdrücken. Insbesondere bei Drücken, die mehr als 2500 bar betragen, hat es sich herausgestellt, dass es üblichen Geometrien und Durchmessern bzw. Wandstärken im Bereich des Düsenschaftes bei Dauerläufen zu einer plastischen Aufweitung des Drosselspalts zwischen dem Drosselsteg und der Bohrung bzw. Ausnehmung im Injektorgehäuse kommen kann, wenn sich der Drosselsteg im Bereich des Düsenschaftes befindet. Dies rührt daher, dass im Bereich des Düsenschaftes üblicherweise geringere Wandstärken des Injektorgehäuses vorhanden sind, was bei einer Erhöhung des Systemdrucks zu höheren mechanischen Spannungen in dem Material des Injektorgehäuses führt. Diese höheren Spannungen können über die Dauer gesehen zu der angesprochenen (plastischen) Aufweitung des Drosselspaltes führen, sodass sich die ursprünglich vorgesehene Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik der Düsennadel im Laufe der Zeit in unerwünschter Art und Weise ändert. Diese Problematik ist bei der eingangs genannten Schrift zum Stand der Technik überhaupt nicht problematisiert bzw. liegt der dort vorgesehenen Anordnung des Drosselstegs im Bereich des Düsenbundes nicht zugrunde, da zum damaligen Zeitpunkt derartig hohe System- bzw. Einspritzdrücke noch nicht relevant waren.
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Der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er unabhängig von der Position der Düsennadel in ihrer Längsrichtung stets die gewünschte strömungstechnische Drosselfunktion des Drosselstegs ermöglicht. Insbesondere erlaubt es die konstruktive Gestaltung des Kraftstoffinjektors, dass die Schließbewegung der Düsennadel besonders schnell und sicher erfolgt. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Drosselsteg an der Düsennadel sowohl in Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung der Düsennadel im Düsenbundbereich im Bereich des wenigstens einen ersten Innendurchmessers angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass der Drosselsteg sich stets in einem Bereich befindet, bei dem zwischen dem Drosselsteg und der ihr zugewandten Wand der Ausnehmung in dem Injektorgehäuse ein relativ geringer Spalt vorhanden ist, sodass die strömungstechnische Funktion der Drossel düsennadelstellungsunabhängig gewährleistet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Zur Vermeidung von Querkräften auf die Düsennadel bzw. der Einstellung des Durchflussspaltes ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass mehrere, vorzugsweise drei Abflachungen an der Düsennadel vorgesehen sind, die in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse der Düsennadel angeordnet sind.
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Zur strömungstechnischen Beruhigung beim Umströmen des Drosselstegs ist es darüber hinaus in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass in Richtung der Längsachse betrachtet in beide Richtungen unmittelbar neben dem Drosselsteg die Abflachung einen Abschnitt aufweist, in deren Bereich die Abflachung eine zusätzliche Vertiefung aufweist. Diese zusätzliche Vertiefung wirkt in Art eines zusätzlichen Kraftstoffreservoirs und führt zu der angesprochenen Beruhigung der Umströmung im Bereich des Drosselstegs.
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In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es zur weiteren Verbesserung des Strömungseigenschaften vorgesehen sein, dass die der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandte zusätzliche Vertiefung in Richtung der Längsachse zumindest bis in den Übergangsbereich reicht, der die beiden Durchmesserbereiche der Ausnehmung miteinander verbindet.
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Die soweit beschriebene Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors ist insbesondere vorteilhaft bei solchen Kraftstoffinjektoren, die dazu ausgebildet sind, bei einem Druck von mehr als 2500 bar betrieben zu werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen Teilbereich eines Kraftstoffinjektors in einer Schließstellung seiner Düsennadel im Längsschnitt,
- 2 den Kraftstoffinjektor gemäß 1 in einer Öffnungsstellung der Düsennadel im Längsschnitt und
- 3 einen Querschnitt in der Ebene III-III der 1.
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Ausführungsformen der Erfindung
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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 ein Kraftstoffinjektor 10 ausschnittsweise dargestellt, wie er zum Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine dient. Der Kraftstoffinjektor 10, der insbesondere Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems ist, ist dabei bevorzugt vorgesehen, bei einem Einspritz- bzw. Systemdruck von mehr als 2500 bar betrieben zu werden.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 12 auf, das einen Düsenschaftbereich 14 und einen Düsenbundbereich 16 hat. Der Übergangsbereich zwischen dem Düsenschaftbereich 14 und dem Düsenbundbereich 16 ist durch einen radial um eine Längsachse 18 umlaufenden Hinterschnitt 20 gekennzeichnet. Innerhalb des Injektorgehäuses 12 ist eine Ausnehmung 22 ausgebildet, in der ein Ventilglied in Form einer Düsennadel 24 hubbeweglich in Richtung der Längsachse 18 angeordnet ist. In der in der 1 dargestellten Schließstellung der Düsennadel 24 befindet sich diese in einer abgesenkten Position, bei der wenigstens eine, auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite im Injektorgehäuse 12 ausgebildete Einspritzöffnung 26 durch Ausbildung eines Dichtsitzes 28 zwischen der Düsennadel 24 und der Ausnehmung 22 zumindest mittelbar verschlossen ist. In der in der 2 dargestellten, angehobenen Öffnungsstellung der Düsennadel 24 hebt diese von dem Dichtsitz 28 ab, sodass über die wenigstens eine Einspritzöffnung 26 Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Die Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel 24 erfolgt in an sich bekannter, und daher nicht weiter erläuterter Form über die Beeinflussung eines hydraulischen Drucks in einen Steuerraum, der auf die der wenigstens einen Einspritzöffnung 26 abgewandte Stirnfläche der Düsennadel 24 wirkt.
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Innerhalb der Ausnehmung 22 ist darüber hinaus eine Schließfeder 30 angeordnet, die sich axial zwischen einem Bund 32 der Düsennadel 24 und einem gehäusefesten Element, beispielsweise einem Haltekörper abstützt, und die die Düsennadel 24 in die in der 1 gezeigte Schließstellung kraftbeaufschlagt.
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Der Düsenschaftbereich 14 zeichnet sich durch einen Außendurchmesser Da aus, der kleiner ist als ein Außendurchmesser DA im Düsenbundbereich 16. Weiterhin weist die Ausnehmung 22 im Düsenschaftbereich 14 einen Innendurchmesser Di auf, der kleiner ist ein Innendurchmesser Di im Düsenbundbereich 16. Innerhalb des Düsenbundbereichs 16 ist darüber hinaus ein kegelförmig ausgebildeter Übergangsbereich 34 vorgesehen, der die Abschnitte mit dem unterschiedlichen Innendurchmesser Di und DI miteinander verbindet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Innendurchmesser Di und DI jeweils konstant, d.h., dass die entsprechenden Bohrungsabschnitte der Ausnehmung 22 zylindrisch ausgebildet sind. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig erforderlich. Wesentlich ist lediglich, dass der Innendurchmesser Ii kleiner ist als der Innendurchmesser II.
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Der Düsenschaftbereich 14 zeichnet sich darüber hinaus durch eine Wanddicke S1 aus, die geringer ist als eine Wanddicke s2 im Düsenbundbereich 16.
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Die Ausnehmung 22 bildet im Düsenbundbereich 16 einen Hochdruckraum 36 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff aus, der über eine nicht dargestellte Versorgungsbohrung oder ähnlichem mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgbar ist, insbesondere durch Verbindung mit einem Kraftstoffspeicher in Form eines sogenannten Rails.
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Die Düsennadel 24 weist zumindest im Düsenschaftbereich 14 sowie auch teilweise im Düsenbundbereich 16 drei, in gleichmäßigen Winkelabständen um die Längsachse 18 ausgebildete Abflachungen 38 auf. Weiterhin liegt die Düsennadel 24 im Bereich von Führungskanten 40 zur Ausbildung einer Radialführung an der Innenwand der Ausnehmung 22 im Düsenschaftbereich 14 an. Die Abflachungen 38 dienen dazu, einen Strömungsweg für den Kraftstoff aus dem Bereich des Hochdruckraums 36 zu der wenigstens einen Einspritzöffnung 26 auszubilden.
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Weiterhin umfasst die Düsennadel 24 im Bereich jeder der Abflachungen 38 jeweils einen Drosselsteg 42, in dessen Bereich zwischen dem Drosselsteg 42 und der Ausnehmung 22 ein Drosselspalt 44 ausgebildet ist. Der Drosselspalt 44 zeichnet sich dadurch aus, dass dort ein geringerer Abstand zwischen der Düsennadel 24 zur Ausnehmung 22 ausgebildet ist als im Bereich der Abflachungen 38. Beidseitig des Drosselstegs 42 bzw. in Richtung der Längsachse 18 betrachtet weisen die Abflachungen 38 jeweils einen Abschnitt auf, in dem die Abflachung 38 eine zusätzliche Vertiefung 46, 48 hat.
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Wie anhand der 1 und 2 erkennbar ist, befindet sich der Drosselsteg 42 sowohl in der Öffnungsstellung als auch in der Schließstellung der Düsennadel 24 stets im Düsenbundbereich 16 im Bereich der Ausnehmung 22, in der diese den wenigstens einen ersten Innendurchmesser Di aufweist, so dass sich ein konstanter Drosselspalt ergibt. Weiterhin ist anhand der 1 und 2 erkennbar, dass sich die der wenigstens einen Einspritzöffnung 26 abgewandte Vertiefung 46 zumindest bis in den Übergangsbereich 34 der Ausnehmung 22 erstreckt.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. 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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- DE 102012210534 A1 [0002]
