Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor und Kraftstoff! njektor

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Düsenkörper.

Aus der DE 103 29 731 A1 der Anmelderin ist ein Düsenkörper mit den

Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der bekannte

Düsenkörper zeichnet sich durch zwei Bohrungsabschnitte im Bereich eines Einspritzkanals aus, die unterschiedliche Querschnitte bzw. Querschnittsverläufe haben. Insbesondere verengt sich der einem Brennraum zugewandte

Bohrungsabschnitt in Richtung zum Brennraum zumindest bereichsweise, sodass bei relativ kleiner effektiver Spritzlochlänge eine Beschleunigung des Kraftstoffs im Einspritzkanal in Richtung zum Brennraum ermöglicht wird. Die beschleunigte Strömung des Kraftstoffs im Einspritzkanal beeinflusst die

Zerstäubung positiv.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Einspritzkanäle mit zwei

unterschiedlichen Bohrungsabschnitten bekannt, bei denen der dem Brennraum zugewandte Bohrungsabschnitt im Düsenkörper einen größeren Querschnitt bzw. Durchmesser aufweist, als der dem Hochdruckraum im Injektorgehäuse zugewandte Bohrungsabschnitt. Nachteilig bei dieser Art der Anordnung der unterschiedlichen Bohrungsabschnitte ist es, dass der einen größeren

Querschnitt bzw. Durchmesser aufweisende Bohrungsabschnitt während der Einspritzung mit flüssigem Kraftstoff benetzt wird, wobei der Kraftstoff einen Flüssigkeitsfilm ausbildet, der wiederum an die Stirnfläche des Kraftstoffinjektors bzw. des Düsenkörpers transportiert wird. Dieser Kraftstofffilm polymerisiert und bildet unter Einbindung der im Brennraum entstehenden Rußpartikel eine poröse Schicht aus. Diese poröse Schicht bildet bei den Einspritzvorgängen eine Art Schwamm für weiteren Kraftstoff, der in der der Kompression nachfolgenden Unterdruckphase ausdampft und zur Partikelentstehung führt. Weiterhin führt die relativ schlechte Gemischaufbereitung in diesem Fall zu einer unsauberen Verbrennung und fördert somit die Partikelentstehung.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Düsenkörper für einen Kraftstoffinjektor mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass seine Geometrie während des Betriebs des Kraftstoff! njektors bei guter Gemischaufbereitung eine geringe Neigung zur Partikelbildung zeigt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass mehrere erste Bohrungsabschnitte vorgesehen sind, die in dem, einen größeren Querschnitt aufweisenden zweiten Bohrungsabschnitt münden. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, die ersten Bohrungsabschnitte mit einem relativ großen Längen-/Durchmesserverhältnis aufweisenden Querschnitt auszubilden. Derartige große Längen-/Durchmesserverhältnisse verbessern die Richtungsstabilität der eingespritzten Kraftstoffstrahlen. Gleichzeitig wird durch die Erhöhung der Anzahl der ersten Bohrungsabschnitte der

Kraftstoffmassen ström pro Einspritzkanal bzw. erstem Bohrungsabschnitt reduziert und somit auch der durch den Einspritzkanal eingebrachte Impuls. Weiterhin wird durch die Erhöhung der Anzahl der ersten Bohrungsabschnitte die Oberfläche der eingebrachten Kraftstoffmenge erheblich vergrößert, was der umgebenden Luft eine größere Angriffsfläche für eine verbesserte

Gemischaufbereitung bietet.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Düsenkörpers für einen Kraftstoffinjektor sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen mehreren ersten Bohrungsabschnitte ergibt sich eine Vielzahl von möglichen Gestaltungen der ersten

Bohrungsabschnitte hinsichtlich ihrer Geometrie, ihrer Anordnung zueinander und ihrer Anordnung innerhalb des Einspritzkanals. So ist es in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der zweite Bohrungsabschnitt (der dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist) als zylindrischer

Bohrungsabschnitt mit zumindest im Wesentlichen konstantem zweitem Strömungsquerschnitt ausgebildet ist. Ein derartig ausgebildeter

Strömungsquerschnitt lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach realisieren und findet daher bevorzugt Anwendung.

Eine weitere Ausgestaltung des Düsenkörpers sieht vor, dass die ersten

Bohrungsabschnitte identisch ausgebildet sind. Eine derartige identische

Ausbildung der ersten Bohrungsabschnitte sorgt üblicherweise für gleich ausgebildete Kraftstoffteilstrahlen und lässt sich darüber hinaus

herstellungstechnisch besonders einfach realisieren.

Alternativ hierzu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die ersten

Bohrungsabschnitte zumindest teilweise unterschiedlich ausgebildet sind. Unter einer unterschiedlichen Ausbildung wird insbesondere ein unterschiedlicher Querschnittsverlauf und/oder eine unterschiedliche Ausrichtung der ersten Bohrungsabschnitte verstanden. Insbesondere ermöglicht es eine derartige unterschiedliche Ausgestaltung der ersten Bohrungsabschnitte, die Menge bzw. Strahlform der Teilstrahlen an den jeweiligen Brennraum optimal anzupassen.

Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Längsachsen der mehreren ersten Bohrungsabschnitte entweder parallel, oder aber in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Auch hierdurch wird eine Optimierung hinsichtlich der

Brennraumgestaltung ermöglicht, sodass eine besonders effektive

Gemischaufbereitung erzielbar ist.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch einen Kraftstoffinjektor, der einen soweit beschriebenen Düsenkörper aufweist. Besonders bevorzugt findet ein derartiger Kraftstoffinjektor Verwendung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, bei denen der System- bzw. Einspritzdruck typischerweise mehr als 2000bar beträgt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in: Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch den einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich eines

Kraftstoffinjektors mit einer Düsenbaugruppe und

Fig. 2

bis

Fig. 9 jeweils in schematischer, perspektivischer Darstellung unterschiedlich geformte Einspritzkanäle an Düsenbaugruppen.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Kraftstoffinjektor 100 gezeigt, wie er als Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems zum Einspritzen von Kraftstoff in den nicht dargestellten Brennraum einer selbstzündenden

Brennkraftmaschine dient.

Der Kraftstoffinjektor 100 weist einen Injektorkörper 1 1 auf, dessen dem

Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandtes Ende als Düsenkörper 10 ausgebildet ist. In dem Injektorkörper 1 1 ist eine Sacklochbohrung 12

ausgebildet, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem im Wesentlichen konischen Ventilsitz 13 begrenzt ist. Vom Ventilsitz 13 gehen mehrere

Einspritzkanäle 15 bzw. Einspritzöffnungen ab, die in der Einbaulage des Kraftstoffinjektors 100 in dem Brennraum der Brennkraftmaschine münden.

In der Sacklochbohrung 12 ist eine kolbenförmige Ventilnadel 18 als Düsennadel längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Führungsabschnitt 19 in einem ventilsitzabgewandten Führungsbereich 21 der Sacklochbohrung 12 geführt ist, sodass der verbleibende Spalt zwischen dem Führungsbereich 21 und der Wand der Sacklochbohrung 12 eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet. Ausgehend vom Führungsabschnitt 19 verjüngt sich die Ventilnadel 18 in Richtung des Ventilsitzes 13 unter Bildung einer Druckschulter 22 und geht an ihrem Ende in eine im Wesentlichen konische Ventildichtfläche 23 über, die mit dem Ventilsitz 13 zusammenwirkt. Zwischen der Ventilnadel 18 und der Wand der

Sacklochbohrung 12 ist zwischen dem Führungsbereich 21 und dem Ventilsitz 13 ein Druckraum 25 ausgebildet, der auf Höhe der Druckschulter 22 radial erweitert ist. In die radiale Erweiterung des Druckraums 25 mündet ein im Injektorkörper 1 1 verlaufender Zulaufkanal 26, über den der Druckraum 25 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist.

Die Ventilnadel 18 wird an ihrem ventilsitzabgewandten Ende von einer

Schließkraft beaufschlagt, die durch eine geeignete und in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung erzeugt wird. Gebräuchlich sind beispielsweise Federn oder die Erzeugung der Schließkraft mit hydraulischen Mitteln. Zur Bewegung der Ventilnadel 18 und damit zur Steuerung der Einspritzung dient zum einen die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 22, und zum anderen die Schließkraft. Je nach dem, welche Kraft überwiegt, bewegt sich die Ventilnadel 18 vom Ventilsitz 13 weg oder auf diesen zu und öffnet und schließt so die

Einspritzkanäle 15.

Die Fig. 2 zeigt eine Vergrößerung des in der Fig. 1 mit II bezeichneten

Ausschnitts im Bereich des Einspritzkanals 15, wobei die Längsachse 28 des Einspritzkanals 15 in die Vertikale gedreht wurde.

Der Einspritzkanal 15 weist auf der dem Druckraum 25 zugewandten Seite vier erste Bohrungsabschnitte 31 auf, die in einem gemeinsamen, zylindrisch ausgebildeten zweiten Bohrungsabschnitt 32 münden, wobei der zweite

Bohrungsabschnitt 32 auf der den ersten Bohrungsabschnitten 31 abgewandten Seite an der Außenfläche 33 des Düsenkörpers 10 mündet. Jeder der vier identisch ausgebildeten ersten Bohrungsabschnitte 31 weist auf der dem

Druckraum 25 zugewandten Seite eine Einlauföffnung 34 auf. Die ersten Bohrungsabschnitte 31 münden jeweils in einer Eintrittsöffnung 35 am Grund des zweiten Bohrungsabschnitts 32. Der zweite Bohrungsabschnitt 32 bildet wiederum auf der dem Brennraum zugewandten Seite eine Austrittsöffnung 36 aus. Gezeigt sind in der Fig. 2 darüber hinaus die vier aus den Eintrittsöffnungen 35 in Richtung zum Brennraum austretenden Kraftstoffteilstrahlen 1 , die den zweiten Bohrungsabschnitt 32 mit Abstand durchqueren und sich im Querschnitt leicht kegelförmig erweitern.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier ersten Bohrungsabschnitte 31 in einem gleichen Abstand bzw. Radius um die Längsachse 28 des

Einspritzkanals 15 angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel in gleichförmigen Winkelabständen. Weiterhin sind die vier ersten

Bohrungsabschnitte 31 jeweils als zylindrische Bohrungsabschnitte 31 mit konstanter und gleicher Querschnittsfläche a3i ausgebildet. Die vier

Längsachsen 37 der vier ersten Bohrungsabschnitte 31 verlaufen parallel zueinander. Der zweite Bohrungsabschnitt 32 weist eine Querschnittsfläche a32 auf, die größer ist als die Summe der Querschnittsflächen a3i der vier ersten Bohrungsabschnitte 31 im Bereich der Eintrittsöffnungen 35.

In der Fig. 3 ist der Fall dargestellt, bei dem drei erste Bohrungsabschnitte 41 , 42, 43 vorgesehen sind. Die drei ersten Bohrungsabschnitte 41 bis 43 münden im Bereich des zweiten Bohrungsabschnitts 32 entlang einer Geraden 44 wobei der mittlere erste Bohrungsabschnitt 42 mit der Längsachse 28 des

Einspritzkanals 15 fluchtet. Die Längsachsen der beiden anderen ersten Bohrungsabschnitte 41 und 43 weisen zur Längsachse 28 denselben Abstand b auf. Beispielhaft weist der erste Bohrungsabschnitt 41 einen ovalen Querschnitt auf, während der erste Bohrungsabschnitt 42 eine dreiecksförmige

Querschnittsform und der erste Bohrungsabschnitt 43 eine quadratische Querschnittsform aufweist. Die Querschnittsflächen der ersten

Bohrungsabschnitte 41 bis 43 sind in Längsrichtung entweder gleichgroß, oder aber unterschiedlich groß ausgebildet, wobei die Längsachsen der ersten Bohrungsabschnitte 41 bis 43, in Analogie zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2, parallel zueinander verlaufen.

Bei dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei erste

Bohrungsabschnitte 51 bis 53 vorgesehen, die jeweils kreisförmig ausgebildet sind und unterschiedliche Querschnittsflächen asi , as2 und as3 aufweisen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen die Längsachsen der ersten

Bohrungsabschnitte 51 bis 53 parallel zueinander.

Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei erste

Bohrungsabschnitte 54 und 55 vorgesehen, wobei sich der Querschnitt des ersten Bohrungsabschnitts 54 von der Einlauföffnung 34 in Richtung der Eintrittsöffnung 35 von einem quadratischen Querschnitt in einen runden Querschnitt ändert. Demgegenüber ändert sich der Querschnitt des ersten Bohrungsabschnitts 55 von der Einlauföffnung 34 in Richtung der Eintrittsöffnung 35 von einem dreiecksförmigen Querschnitt in einen runden Querschnitt. Die jeweiligen Querschnittsflächen as ₄ bzw. ass können in Strömungsrichtung betrachtet gleichgroß sein, oder aber sich verändern.

In der Fig. 6 sind drei erste Bohrungsabschnitte 57 bis 59 vorgesehen, bei denen sich die Querschnittsfläche as7 des ersten Bohrungsabschnitts 57 von der Einlauföffnung 34 in Richtung der Eintrittsöffnung 35 verringert, und wobei die Querschnittsform kreisförmig ausgebildet ist. Im Gegensatz dazu vergrößert sich die Querschnittsfläche ass des ersten Bohrungsabschnittes 58, welcher ebenfalls eine runde Querschnittsform aufweist. Die Querschnittsform des ersten

Bohrungsabschnitts 59 ist in Strömungsrichtung betrachtet in Art einer Sanduhr ausgebildet, d.h., dass sich der Querschnitt as9 zunächst verringert, und anschließend wieder (auf seinen ursprünglichen Wert) vergrößert.

In der Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei ersten Bohrungsabschnitten 61 , 62 dargestellt, die jeweils kreisförmig ausgebildet sind, wobei deren

Längsachsen 63, 64 in einem windschiefen Winkel zueinander angeordnet sind.

Bei dem in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert sich der Abstand der ersten Bohrungsabschnitte 71 , 72 in Richtung zu den

Eintrittsöffnungen 35 hin, wobei die Querschnitte der beiden ersten

Bohrungsabschnitte 71 , 72 jeweils gleichgroß und im Querschnitt rund ausgebildet sind. Demgegenüber verringert sich der gegenseitige Abstand der beiden ersten Bohrungsabschnitte 81 und 82 bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel in Richtung zu den Eintrittsöffnungen 35.

Der soweit beschriebene Düsenkörper 10 bzw. der Kraftstoffinjektor 100 kann in vielfältiger Art abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom

Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere ist es möglich, die in den Fig. 2 bis 9 dargestellten unterschiedlichen Querschnittsformen und

Querschnittsverläufe sowie Anordnungen der ersten Bohrungsabschnitte 31 , 32, 41 bis 43, 51 bis 55, 57 bis 59, 61 , 62, 71 , 72, 81 , 81 zu kombinieren. Auch ist keine symmetrische bzw. gleichförmige Anordnung der ersten

Bohrungsabschnitte 31 , 32, 41 bis 43, 51 bis 55, 57 bis 59, 61 , 62, 71 , 72, 81 , 81 zu der Längsachse 28 des Einspritzkanals 15 erforderlich. Vielmehr kann je nach Brennraumform eine spezifische Anpassung erfolgen.