DE19843912A1 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

Abstract

Die Einspritzdüse weist einen Düsenkörper (1) und eine bewegliche Düsennadel (2) mit einem Nadelschaft (23) auf, der sich in einer Nadelschaftbohrung (14) von einer Druckkammer (12) im Düsenkörper (1) bis zu einem konischen Sitz (15) erstreckt. Der Nadelschaft (23) ist mit einer ringförmigen Erweiterung (25) versehen, die den Nadelschaft (23) in der Nadelschaftbohrung (14) führt. Die Nadelschaftbohrung (14) weist an ihrer Innenseite eine wendelförmig verlaufende Nut (18) auf, durch die der Kraftstoff an der ringförmigen Erweiterung (25) vorbeiströmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art. Eine solche Kraftstoffeinspritzdüse ist aus der DE-A-35 17 406 bekannt.

Im Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere bei der Kraftstoff- Direkteinspritzung, hat die Einspritzdüse die Aufgabe, den Verbrennungsraum des Motors gezielt und dosiert mit Kraft­ stoff zu versorgen. Die Art der Kraftstoffaufbereitung durch das Einspritzventil und der Verlauf des Einspritzvorganges beeinflussen die Verbrennung im Brennraum erheblich.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse besteht im wesentlichen aus zwei Hauptkomponenten, dem Düsenkörper und der Düsenna­ del. Die Düsennadel ist beweglich in eine Axialbohrung im Dü­ senkörper eingesetzt. An der Spitze des Düsenkörpers, der in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt, ist eines oder sind mehrere Kraftstoff-Einspritzlöcher ausgebildet, die von der Düsennadel verschlossen bzw. freigegeben werden, wozu ein Konus am vorderen Ende der Düsennadel an eine konische Dicht­ fläche in der Axialbohrung des Düsenkörpers gedrückt wird bzw. von dieser Dichtfläche abhebt.

Damit der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann, ist zwischen der Innenwand der Axialbohrung im Düsen­ körper und dem vorderen Teil der Düsennadel ein entsprechen­ der Freiraum vorgesehen.

Da jedoch aufgrund von Fertigungstoleranzen und der­ gleichen die Achse eines frei in die Axialbohrung ragenden Vorderteils der Düsennadel in der Regel nicht exakt zur Achse der Axialbohrung im Düsenkörper ausgerichtet ist, wird das bzw. werden die Kraftstoff-Einspritzlöcher beim Abheben der Düsennadel nicht gleichmäßig freigegeben. Dies führt zu einer unsymmetrischen Strahlausbildung, die wiederum den Verbren­ nungsverlauf und die Emissionswerte ungünstig beeinflußt.

Deshalb weist die Einspritzdüse der eingangs genann­ ten Art am Vorderteil der Düsennadel eine zweite Führung auf. Dazu wird der Durchmesser des Vorderteils der Düsennadel an einer Stelle ringförmig auf den Durchmesser der Axialbohrung erweitert. Die ringförmige Erweiterung zentriert die Düsenna­ del durch Anlage an der Innenwand der Axialbohrung.

Um den Kraftstoff zu den Einspritzlöchern durchzulas­ sen, kann die ringförmige Erweiterung an der Außenseite mit axial verlaufenden Nuten oder angefrästen Abflachungen verse­ hen sein.

Diese allgemein bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich die Führung der Düsennadel durch die Nuten oder Abflachungen wieder verschlechtert. Außerdem ist der Aufwand für das Ausbilden der Nuten oder Abflachungen in der Führungsfläche der Düsennadel verhältnismäßig groß.

Bei der aus der DE-A-35 17 406 bekannten Einspritzdü­ se wird der Bereich der Axialbohrung, an dem die Erweiterung der Düsennadel anliegt, in aufwendiger Weise durch Bohrungen umgangen, die vollständig im Düsenkörper liegen. Alternativ wird die Düsennadel von zylindrischen Führungseinsätzen ge­ führt, durch die Kraftstoffdurchlässe führen. Diese Kraft­ stoffdurchlässe können auch schräg durch die Führungseinsätze verlaufen, wodurch sich bei dem Gegenstand der DE-A-35 17 406 die Zerstäubungscharakteristik verbessern läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ein­ gangs genannte Einspritzdüse so auszugestalten, daß bei rela­ tiv einfachem Aufbau die Führung der Düsennadel in ihrem vor­ deren Bereich nicht durch die erforderlichen Kraftstoffdurch­ lässe verschlechtert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patent­ anspruch 1 angegebenen Einspritzdüse gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist demnach durch eine vorzugsweise wendelförmig verlaufende Nut in der Innenwand der Axialboh­ rung im Düsenkörper gekennzeichnet, durch die der Kraftstoff zu den Einspritzlöchern strömen kann.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil hat den Vorteil, daß sich die Führung der Düsennadel nicht durch eine Vermin­ derung der Führungsfläche verschlechtert. Die Herstellung der Düsennadel für die erfindungsgemäße Einspritzdüse ist sehr einfach, die Düsennadel kann mit geringem Aufwand exakt aus­ geführt werden.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil läßt sich vor­ teilhaft insbesondere bei sogenannten Common-Rail- Einspritzsystemen verwenden, bei denen der Kraftstoff von ei­ ner Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors ge­ meinsamen Druckspeicher befördert wird, von dem aus die Ein­ spritzdüsen an den einzelnen Zylindern versorgt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch den Düsen­ körper einer Einspritzdüse; und

Fig. 2 die Ansicht der Düsennadel für diesen Düsen­ körper.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist der Düsenkörper 1 ei­ ner Einspritzdüse im Schnitt und in der Fig. 2 die Düsennadel 2 dargestellt, die in den Düsenkörper 1 eingesetzt wird. Die Düsennadel 2 ist dabei mit ihrem Oberteil 21 in Axialrichtung beweglich, jedoch gegen die hohen Einspritzdrücke abdichtend in eine Führungsbohrung 11 im Düsenkörper 1 eingesetzt.

Am unteren Ende der Führungsbohrung 11 ist im Düsen­ körper 1 eine Druckkammer 12 ausgebildet, der über eine Zu­ laufbohrung 13 Kraftstoff mit hohem Druck zugeführt wird. Im Bereich der Druckkammer 12 geht der obere Teil der Düsennadel 2 über eine Schulter 22 in einen Nadelschaft 23 über, der den unteren Teil der Düsennadel 2 bildet und dessen Durchmesser kleiner ist als der des oberen Teils davon. Der Durchmesser des Nadelschafts 23 ist außerdem kleiner als der Durchmesser der Axialbohrung 14 für den Nadelschaft im Düsenkörper 1, so daß Kraftstoff am Nadelschaft 23 entlang zur Spitze der Ein­ spritzdüse gelangen kann.

An seinem unteren Ende weist der Nadelschaft 23 der Düsennadel 2 einen Konus 24 auf, der im Ruhezustand auf eine ebenfalls konische Dichtfläche 15 am vorderen Ende der Nadel­ schaftbohrung 14 im Düsenkörper 1 gedrückt wird.

Im Bereich der konischen Dichtfläche 15 oder an­ schließend daran ist an der Spitze des Düsenkörpers 1 eine Anzahl von Kraftstoff-Einspritzlöchern 16 ausgebildet. Die Einspritzlöcher 16 öffnen sich in den Brennraum des Motors und können passend zum Motorbrennraum unter verschiedenen Winkeln angebracht sein.

Wie allgemein bekannt, wirkt der hydraulische Druck im Einspritzsystem in der Druckkammer 12 auf die Differenz­ fläche an der Schulter 22 der Düsennadel 2 ein und bewirkt bei entsprechender Ansteuerung, daß sich der Konus 24 am Ende des Nadelschaftes 23 der Düsennadel 2 von der konischen Dichtfläche 15 des Düsenkörpers 1 abhebt, so daß der Weg für den Kraftstoff frei wird, der von der Zulaufbohrung 13 über die Druckkammer 12 und am Nadelschaft 23 vorbei zu den Ein­ spritzlöchern 16 fließt.

Damit der Nadelschaft 23 exakt zur Achse der Nadel­ schaftbohrung 14 ausgerichtet ist und die Kraftstoff- Einspritzlöcher 16 beim Abheben der Düsennadel 2 gleichmäßig freigegeben werden, ist am Nadelschaft 23 eine zweite Führung in der Form einer ringförmigen Erweiterung 25 ausgebildet. Der Durchmesser des Nadelschaftes 23 erweitert sich dadurch an einer Stelle ringförmig auf den Durchmesser der Nadel­ schaftbohrung 14 im Düsenkörper 1. Die ringförmige Erweite­ rung 25 zentriert durch die Anlage an der Wand der Nadel­ schaftbohrung 14 den Nadelschaft 23 im Düsenkörper 1.

Die ringförmige Erweiterung 25 kann unmittelbar an­ grenzend an den Konus 24 der Düsennadel 2 angeordnet sein. Alternativ kann die ringförmige Erweiterung 25 auch, wie in der Fig. 2 gezeigt, etwas oberhalb des Konusses 24 am Nadel­ schaft 23 vorgesehen werden, so daß die ringförmige Erweite­ rung 25 den Nadelschaft 23 in einen oberen Abschnitt 231 und einen unteren Abschnitt 232 unterteilt. Der obere Abschnitt 231 kann im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie der un­ tere Abschnitt 232 haben. Alternativ kann der Durchmesser des oberen Abschnitts 231 auch größer sein als der des unteren Abschnitts 232.

Damit der Kraftstoff an der ringförmigen Erweiterung 25 vorbei von der Druckkammer 12 zu den Einspritzlöchern 16 strömen kann, ist in dem Bereich des Düsenkörpers 1, in dem sich die ringförmige Erweiterung 25 befindet, in der Innen­ wand der Nadelschaftbohrung 14 eine Nut 18 ausgebildet. Die Nut 18 in der Innenwand der Nadelschaftbohrung 14 des Düsen­ körpers 1 kann gerade (d. h. in Axialrichtung) oder schräg ausgeführt sein; vorteilhaft hat sie einen wendel- oder schraubenförmigen Verlauf. Die vorzugsweise wendel- oder schraubenförmig verlaufende Nut 18 ist eigentlich nur im Be­ reich der ringförmigen Erweiterung 25 erforderlich, sie kann jedoch von der Druckkammer 12 an der ringförmigen Erweiterung 25 vorbei bis in die Nähe des Konusses 24 bzw. der konischen Dichtfläche 15 verlaufen. Der Querschnitt der Nut 18 kann wie gezeigt rechteckig sein. Es sind jedoch alternativ auch runde (insbesondere halbkreisförmige), dreieckige (spitze), tra­ pezförmige und andere Querschnitte möglich.

Die vorzugsweise wendelförmig verlaufende Nut 18 kann ein- oder mehrgängig sein. Die Nutbreite an der Basis der Nut 18 ist im Verhältnis zum Abstand zwischen den einzelnen Gän­ gen der Nut 18 so gewählt, daß im Bereich der ringförmigen Erweiterung 25 die zwischen den Gängen der Nut 18 stehenblei­ bende Wand der Nadelschaftbohrung 14 eine ausreichend große Führungsfläche für die ringförmige Erweiterung 25 bildet. Mit anderen Worten ist das Verhältnis der Breite der zwischen den Gängen der Nut 18 stehenbleibenden Wand der Nadelschaftboh­ rung 14 zur Breite der Nut 18 relativ groß.

Die vorzugsweise wendelförmig verlaufende Nut 18, die im Grunde einem Innengewinde in der Nadelschaftbohrung 14 ent­ spricht, läßt sich durch eines der üblichen Gewinde­ schneidverfahren ausbilden oder auch durch ECM (elektrochemische Materialabtragung) oder ähnliche Verfahren.

Claims (8)

1. Einspritzdüse für die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Düsen­ körper (1) und einer Düsennadel (2), die längsbeweglich in eine Führungsbohrung (11) des Düsenkörpers (1) eingesetzt ist und die einen Nadelschaft (23) aufweist, der sich in einer Nadelschaftbohrung (14), deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Nadelschaftes (23), von einer Druckkammer (12) im Düsenkörper (1) bis zu einer konischen Dichtfläche (15) erstreckt, wobei ein Konus (24) am Nadelschaft (23) den Kraftstofffluß zu Kraftstoff-Einspritzlöchern (16) am vorde­ ren Ende des Düsenkörpers (1) freigibt bzw. versperrt und wo­ bei eine ringförmige Erweiterung (25) am Nadelschaft (23) zur Führung der Düsennadel (2) an der Wand der Nadelschaftbohrung (14) des Düsenkörpers (1) anliegt, gekennzeichnet durch eine Nut (18) in der Wand der Nadelschaftbohrung (14) des Düsenkörpers (1), durch die der Kraftstoff von der Druckkammer (12) zu den Einspritz­ löchern (16) strömen kann.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) in der Wand der Nadelschaftbohrung (14) wen­ delförmig verläuft.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmig verlaufende Nut (18) eingängig ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmig verlaufende Nut (18) mehrgängig ist.

5. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nut (18) rechteckig ist.

6. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nut (18) halbkreisförmig ist.

7. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nut (18) trapezförmig ist.

8. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) von der Druckkammer (12) bis zur konischen Dichtfläche (15) durchgehend ausgebildet ist.