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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere
in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Einspritzvorrichtungen zum Einspritzen
von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind
aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt,
insbesondere in Verbindung mit Speichereinspritzsystemen, wie beispielsweise
Common-Rail-Systemen zur Einspritzung von Dieselkraftstoff in einen
Brennraum eines Motors. Derartige Einspritzvorrichtungen umfassen eine
in einem Düsenkörper geführte Düsennadel, wobei
an einer Spitze der Düsennadel
ein Dichtsitz zwischen der Düsennadel
und dem Düsenkörper realisiert
ist. Unterhalb des Dichtsitzes in Austrittsrichtung sind dabei üblicherweise
mehrere Spritzlöcher
angeordnet, welche von einem Sackloch am Düsenkörper abzweigen und durch welche
der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Hierbei sind
auch sogenannte Mikro-Sacklochdüsen
bekannt, bei denen der Raum unterhalb des Dichtsitzes, von welchem
aus die Spritzlöcher
abgehen, möglichst
klein ist.
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Bei einem kleinen Nadelhub, beispielsweise für eine Voreinspritzung
oder eine Nacheinspritzung, kann es jedoch bei einer Mikro-Sacklochdüse aufgrund
des geringen Strömungsquerschnitts
zwischen Nadel und Düsenkörper zu
einer schlechten Gleichverteilung des Kraftstoffs und/oder zu einem
schlechten Strahlbild kommen. Dies führt zu verschlechterten Verbrennungsvorgängen im
Brennraum und somit zu schlechten Abgasemissionen des Motors. Von daher
sind bei den bekannten Mikro-Sacklochdüsen die Gestaltungen des Sacklochs
derart, dass ein Querschnitt vor dem Spritzloch groß genug
gehalten werden muss, woraus jedoch auch ein größerer Querschnitt des Mikro-Sacklochs resultiert.
Somit sind durch diese Gegebenheiten Verbesserungen der Abgasemissionen
durch das relativ große
Volumen des Mikro-Sacklochs enge Grenzen gesetzt.
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Es ist von daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Einspritzvorrichtung mit einer Mikro-Sacklochdüse bereitzustellen,
welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger
Herstellbarkeit ein verbessertes Emissionsverhalten der Abgase aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zum
Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum ist derart ausgebildet,
dass eine Spitze einer Düsennadel
so tief in ein Mikro-Sackloch reicht, dass die Spitze in Längsrichtung
der Düsennadel
auch auf Höhe der
Spritzlöcher
angeordnet ist. Dabei ist die Spitze der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher derart ausgebildet,
dass sie in diesem Bereich abweichend von einer konischen Grundform
derart geformt ist, dass ein ausreichender Abstand zwischen den Spritzlöchern und
der Düsennadel
vorhanden ist. Durch diesen Mindestabstand kann sichergestellt werden,
dass die Nadel immer einen ausreichenden Abstand von dem Einlass
des Spritzlochs aufweist, sodass es zu einem guten Strahlbild und
einer guten Gleichverteilung des Kraftstoffs vor Eintritt in die Spritzlöcher kommt.
Dadurch werden signifikant verbesserte Abgasemissionen erhalten.
Mit anderen Worten wird dieser Mindestabstand zwischen der Spitze
und den Spritzlöchern
dadurch erreicht, dass an der Spitze der Düsennadel auf Höhe der Spritzlöcher Ausnehmungen
in der Spitze gebildet sind. Die Ausnehmungen können dabei in beliebiger geometrischer
Gestalt ausgebildet sein.
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Um auch bei kleinen Nadelhüben eine
Verbesserung der Abgasemissionen zu erreichen, ist der Mindestabstand
zwischen den Spritzlöchern
und der Düsennadelspitze
sowohl bei geschlossener Düsennadel
als auch bei einem kleinen Nadelhub vorhanden.
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Vorzugsweise ist der Abstand derart
ausgebildet, dass eine Fläche,
welche in einer Ebene senkrecht zur Düsennadel liegt, zwischen dem äußeren Umfang
der Spitze der Düsennadel
und jedem nach innen zum Sackloch gerichteten Randpunkt des Spritzlochs
in einem Hubbereich der Düsennadel zwischen
0 und ca. 80 μm
größer oder
gleich 0,200 mm2 ist. Mit anderen Worten
ist die Spitze im Bereich nahe dem Spritzloch derart ausgebildet,
dass zwischen der Spitze und dem Spritzloch ein ringförmiger, flächenartiger
Bereich mit einer Mindestquerschnittsfläche von 0,200 mm2 sowohl
bei nichtbetätigter
Düsennadel
als auch bei kleinen Nadelhüben
bis ca. 80 μm
vorhanden ist.
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Besonders bevorzugt liegt dabei die
Ringfläche
in einer Ebene, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung der Düsennadel
ist und durch den obersten Randpunkt des bzw. der Spritzlöcher verläuft.
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Ein besonders gutes Strahlbild wird
erhalten, wenn alle Spritzlöcher
der Einspritzvorrichtung in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung
der Düsennadel
angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist die Spitze der Düsennadel in
dem Bereich, welche den Spritzlöchern
entgegengesetzt liegt, mit einer Aussparung versehen, welche beispielsweise
als umlaufende Nut in der kegelförmigen
Spitze der Düsennadel
ausgebildet sind. Alternativ hierzu kann die Aussparung beispielsweise
durch einen, insbesondere stufenförmigen, Absatz in der Spitze
der Düsennadel
im Bereich gegenüber
den Spritzlöchern
ausgebildet sein.
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung ist die Spitze der Düsennadel derart ausgebildet,
dass im Bereich gegenüber
den Spritzlöchern
ein zweiter kegelförmiger Bereich
ausgebildet ist. Dabei ist der Winkel dieses zweiten kegelförmigen Bereichs
zur Mittelachse der Düsennadel
größer als
ein Winkel der Spitze der Düsennadel, beispielsweise
an einem Dichtsitz der Nadel. Ein derartiger zweiter kegelförmiger Bereich
kann besonders einfach beispielsweise mittels Schleifen der Düsennadel
hergestellt werden. Es sei weiterhin angemerkt, dass selbstverständlich auch
mehrere kegelförmige
Bereiche nacheinander die Spitze der Düsennadel bilden können, wobei
der Winkel bezüglich der
Mittelachse der Nadel immer größer wird,
je näher
er am Ende der Spitze liegt.
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Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei
Speichereinspritzsystemen, wie z.B. Common-Rail-Systemen, verwendet.
Erfindungsgemäß kann somit
trotz einem kleinen Sacklochvolumen, welches üblicherweise zu schlechten
Abgasemissionen führt,
durch die erfindungsgemäße Ausbildung der
Nadelspitze eine gute Gleichverteilung der Einstrahlmengen und ein
gutes Strahlbild erhalten werden, was zu geringen HC-Emissionen
führt.
Somit kann eine verbesserte Gemischausbildung im Brennraum erreicht
werden, wodurch eine signifikante Absenkung der Abgasemissionen
und auch des Verbrauchs erhalten wird.
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Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische Schnittansicht in einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine
schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1,
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt,
umfasst die Einspritzvorrichtung in bekannter Weise eine in einem
Düsenkörper 1 angeordnete
Düsennadel 2.
Die Düsennadel 2 sitzt
an einem Dichtsitz 4 am Düsenkörper 1 auf und gibt
den Dichtsitz, beispielsweise durch Ansteuerung mittels eines Piezoaktors,
in bekannter Weise durch Bewegung entlang der Längsachse X-X der Düsennadel 2 frei
bzw. verschließt
diesen, um eine Einspritzung zu beginnen bzw. zu beenden. Die Düsennadel 2 weist
eine im Wesentlichen konisch gebildete Spitze 3 auf. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Spitze 3 durch einen ersten kegelförmigen Bereich 5,
einen zweiten kegelförmigen
Bereich 6 und einen dritten kegelförmigen Bereich 7 gebildet. Dabei
sind die kegelförmigen
Bereiche 5, 6, 7 derart gebildet, dass
sie jeweils einen unterschiedlichen Winkel zur Längsachse X-X aufweisen. Genauer weist
der erste kegelförmige
Bereich 5 den spitzesten Winkel gegenüber der Achse X-X auf und der
am Ende der Spitze 3 angeordnete dritte kegelförmige Bereich 7 weist
den stumpfesten Winkel gegenüber der
Achse X-X auf (vgl. 1).
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Im Düsenkörper 1 sind in bekannter
Weise eine Vielzahl von Spritzlöchern 8,
genauer, wie in 2 gezeigt,
sechs Spritzlöcher 8 in
symmetrischer Weise ausgebildet. Die Spritzlöcher 8 liegen dabei auf
einer Ebene senkrecht durch die Längsachse X-X der Düsennadel 2.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt dabei der zweite
kegelförmige
Bereich 6 bei geschlossener Düsennadel 2 und bei
einem kleineren Nadelhub bis ca. 80 μm einem obersten Randpunkt 9 und
des Spritzloches 8 gegenüber. Genauer liegt der oberste
Randpunkt 9 in einer Ebene E, welche senkrecht zur Längsachse
X-X der Düsennadel 2 und
dem obersten Randpunkt 9 des Spritzlochs 8 verläuft. Dadurch ergibt
sich zwischen dem obersten Randpunkt 9 und der Spitze 3 der
Düsennadel
eine ringförmige
Fläche A.
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Die ringförmige Fläche A ist im Detail in der in 2 gezeigten Schnittansicht
entlang der Ebene E dargestellt. Die ringförmige Fläche A weist dabei eine Größe von größer oder
gleich ca. 0,200 mm2 auf. Dadurch ist auch
bei geschlossener Düsennadel ein
gewisser Mindestabstand der Spitze 3, genauer des kegelförmigen Bereichs 6 der
Spitze 3 vom Düsenkörper 1,
sichergestellt. Dadurch kann vor den Spritzlöchern ein ausreichender Raum
aufrecht erhalten werden. Somit kann auch bei einer wie in 1 gezeigten Mikro-Sacklochdüse trotz
des kleinen Sacklochvolumens eine gute Gleichverteilung der Einzelstrahlmengen
und ein gutes Strahlbild bei der Einspritzung erreicht werden, wodurch
die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf 3 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw.
funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
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Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
die Spitze 3 der Düsennadel
im Bereich gegenüber
dem Spritzloch 8 durch einen sich ungefähr parabelförmigen verjüngenden Bereich 11 gebildet.
Dieser sich verjüngende
Bereich 11 der Spitze 3 ist dabei derart ausgebildet,
dass sich zwischen dem obersten Randpunkt 9 des Spritzlochs 8 und
dem sich verjüngenden Bereich 11 eine
Fläche
A mit einem Mindestquerschnitt von ca. 0,200 mm2 ergibt.
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Somit ist auch bei geschlossener
Düsennadel
ein ausreichender Abstand zwischen der Spitze der Düsennadel
und den Spritzlöchern 8 gegeben, sodass
eine verbesserte Einspritzung und damit auch insbesondere ein verbessertes
Abgasverhalten des Mo tors erreicht werden kann. Der sich verjüngende Bereich
kann ebenfalls beispielsweise mittels Schleifen hergestellt werden.
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Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel
dem ersten Ausführungsbeispiel,
sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Die vorhergehende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.