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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse mit einem
Düsenkörper, welcher
einen Sitzbereich aufweist, und mit einer Düsennadel; welche im Düsenkörper bewegbar
geführt
ist und an dem dem Sitzbereich zugewandten Ende einen Dichtbereich
und eine stromabwärts
von diesem angeordnete erste umlaufende Ringnut aufweist, wobei
der Dichtbereich gegen den Sitzbereich mit einer Kraft beaufschlagbar
ist.
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Eine derartige Einspritzdüse ist beispielsweise
aus der
DE 199 42
370 A1 bekannt. Hier weist die Düsennadel an einem dem Düsennadelsitz
zugewandten Ende eine Ringnut auf, mit der im Teilhubbereich der
Düsennadel
eine fertigungsbedingte Streuung der Einspritzmenge von einem Exemplar
einer Einspritzdüse
zum anderen verringert wird. Somit wird das Verbrauchs- und Emissionsverhalten
einer mit dieser Einspritzdüse
ausgerüsteten
Brennkraftmaschine verbessert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Einspritzdüse
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass das Emissions-
und Verbrauchsverhalten der mit ihr betriebenen Brennkraftmaschine
nochmals verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die Düsennadel
stromaufwärts
von der ersten Ringnut eine zweite umlaufende Ringnut aufweist,
welche mit der ersten Ringnut über
mindestens einen Strömungskanal
verbunden ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese insgesamt in dem Dichtbereich
oder in seiner Nähe
angeordneten Ringnuten bewirken bei mittleren und kleinen Hüben eine
Verringerung der dort maßgeblichen
Drosselwirkung. Wird eine derartige Einspritzdüse beispielsweise in Verbindung
mit einer Brennkraftmaschine zum Einspritzen von Kraftstoff in einen
Brennraum benutzt, so kann der Kraftstoff schneller und präziser in
den Brennraum eingebracht werden, was zu einer Verbesserung des
Emissions- und Verbrauchsverhaltens der Brennkraftmaschine führt. Außerdem wird
eine deutliche Verminderung des Verschleißes der Düsennadel und des Sitzbereiches
erreicht, so dass die Lebensdauer der Einspritzdüse erhöht werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Eine erste Weiterbildung beansprucht,
dass der mindestens eine Strömungskanal
wenigstens in etwa in einer Ebene liegt, in der auch die Längsachse der
Düsennadel
liegt.
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Dies ist einfach herzustellen und
führt zu möglichst
kurzen Strömungskanälen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
der Einspritzdüse
ist die zweite Ringnut unmittelbar stromabwärts von einer Dichtkante angeordnet,
welche mit dem Sitzbereich zusammenarbeitet. Hiermit wird erreicht,
dass insbesondere bei kleinen Hüben
der Düsennadel
die Drosselwirkung noch weniger durch den sich stromabwärts von
der Dichtkante ergebenden Ringraum bestimmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Innenwand des Düsenkörpers zu
einem Sackloch hin eine umlaufende Kante auf. Dabei ist die erste Ringnut
derart angeordnet, dass sie der Kante bei geschlossener Einspritzdüse wenigstens
annähernd gegenüber liegt.
Auch dies dient einer weiteren Optimierung des Emissions- und Verbrauchsverhaltens.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung
hat ein vom Sitzbereich und dem Dichtbereich stromabwärts eingeschlossener
Sitzwinkel einen Wert im Bereich von 0,05° bis 0,25°, vorzugsweise von 0,05° bis 0,15°. Die entsprechende
Vergrößerung der
Aufstandsfläche
führt zu
einer Schonung des Sitzbereichs und der Dichtkante, was wiederum zu
einer Verschleißminderung
des Einspritzventils führt.
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Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugsnahme auf die beiliegende
Zeichnung im Detail erläutert.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit mehreren Einspritzdüsen;
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2 einen
teilweisen Schnitt durch eine der Einspritzdüsen von 1; und
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3 ein
Detail III der Einspritzvorrichtung von 2.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Ein Kraftstoffsystem trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10.
Es gehört
zu einer Brennkraftmaschine 17 und umfasst einen Kraftstoffbehälter 14,
aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 16 (Vorförderpumpe)
den Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 fördert. Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 wird mechanisch von der Brennkraftmaschine 17 angetrieben,
komprimiert den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn
zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 29 (Rail). In dieser
ist der Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert.
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An die Kraftstoff-Sammelleitung 29 sind über Hochdruckleitungen 22 mehrere
Einspritzdüsen 1 angeschlossen.
Diese spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen jeweils zugeordnete
Brennräume 26 ein.
Von den Einspritzdüsen 1 führt eine
Niederdruck-Kraftstoffleitung 28 zu dem Kraftstoffbehälter 14 zurück.
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In den 2 und 3 ist eine Einspritzdüse 1 dargestellt.
Dabei sind allerdings in 2 aus
Gründen der Übersichtlichkeit
nicht alle Bezugszeichen eingetragen. In der 3 ist der in 2 mit dem Bezugszeichen III bezeichnete
stromabwärts
gelegene Bereich der Einspritzdüse 1 im
Detail dargestellt.
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Die Einspritzdüse 1 umfasst ein Gehäuse 30, in
dem eine Stufensackbohrung 32 vorhanden ist. Dieser ist
eine Düsennadel 5 zugeordnet,
welche in einem in 2 stromabwärts liegenden
Bereich eine Dichtkante 6 und eine von dieser stromabwärts angeordnete
konische Aufstandsfläche 12 aufweist.
Die Dichtkante 6 wirkt mit einem gehäuseseitigen Sitzbereich 4 zusammen.
Der Sitzbereich 4 kann beispielsweise einen Kegelwinkel
von 60° haben.
An der Düsennadel 5 ist
weiterhin stromaufwärts
von der Dichtkante 6 eine konische Druckfläche 36 ausgebildet.
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Der Kegelwinkel des Dichtbereichs 12 ist größer als
der Kegelwinkel des Sitzbereichs 4. Die Differenz der beiden
Kegelwinkel, der Sitzwinkel 19, ist in 3 übertrieben
dargestellt. Es ist vorteilhaft, wenn der Sitzwinkel einen Wert
im Bereich von 0,05° bis
0,25°, vorzugsweise
von 0,05° bis
0,15° hat.
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An dem in den 2 und 3 unteren
Ende des Einspritzventils 1 ist ein als Sackloch ausgebildeter
Druckraum 2 angeordnet, von dem über den Umfang verteilt angeordnete
Austrittskanäle 3 in
den nur in 1 dargestellten
Brennraum 26 führen.
Das Sackloch 2 kann zylindrisch sein. Es kann sich um ein
Mini- oder Mikro-Sackloch
handeln. Bei Letztgenannten ist das Volumen des Sacklochs 2 sehr
klein, so dass bei abgestellter Brennkraftmaschine 17 besonders
wenig Kraftstoff in den Brennraum 26 verdunstet.
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Der Übergang zwischen der Wand des Druckraums 2 und
der Wand des als konische Fläche ausgebildeten
Düsennadelsitzes 4 ist
als eine Kante 7 ausgeformt, die beispielsweise beim Schleifen
des Düsennadelsitzes 4 entsteht.
Unmittelbar stromabwärts
von der Dichtkante 6 ist in die Düsennadel 5 eine umlaufende
Ringnut 20 eingearbeitet. Stromabwärts von dieser, bei geschlossener
Düsennadel 5 der
Kante 7 gegenüberliegend,
ist in die Düsennadel 5 eine
weitere umlaufende Ringnut 8 eingearbeitet. Beide Ringnuten 20 und 8 liegen
in zur Längsachse der
Düsennadel
orthogonalen Ebenen und sind über eine
Mehrzahl von Längsnuten 21 miteinander
verbunden. Letztere liegen jeweils in einer Ebene, welche durch
die Längsachse
der Düsennadel 5 hindurchgeht,
und sind zu dieser Längsachse
symmetrisch angeordnet.
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Der in den 2 und 3 obere
Bereich des Einspritzventils 1 entspricht der üblichen
Ausgestaltung der sogenannten "hubgesteuerten" Einspritzventile.
Es wird daher nachfolgend nur auf die wesentlichen Elemente dieses
Bereichs eingegangen:
An einem umlaufenden Absatz 68 der
Düsennadel 5 stützt sich
ein Stützring 70 ab.
An diesem stützt
sich wiederum eine Schrauben-Druckfeder 72 ab, welche eine
ringförmige
Hülse 74 gegen
einen Gehäuseabschnitt 76 beaufschlagt.
Das obere Ende der Düsennadel 5 wird
durch eine obere Druckfläche 78 begrenzt.
Diese begrenzt wiederum zusammen mit der Hülse 74 und dem Gehäuseabschnitt 76 einen
Steuerraum 80.
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Über
einen Hochdruckkanal 82 und eine Zuströmdrossel 84 ist der
Steuerraum 80 mit der Hochdruckleitung 22 verbunden.
Die Zuströmdrossel 84 ist
als Bohrung in die Wand der Hulse 74 eingebracht. Eine
Ablaufdrossel 86 führt
vom Steuerraum 80 zu einem Schaltventil 88, mit
dem der Steuerraum 80 mit der Niederdruck-Kraftstoffleitung 28 verbunden
werden kann. Über
den Hochdruckkanal 82 steht auch ein zwischen der Düsennadel 5 und
der Stufen-Sackbohrung 32 im Gehäuse 30 vorhandener
Ringraum 90 ständig
mit der Hochdruckleitung 22 in Verbindung.
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Die Einspritzdüse 1 arbeitet folgendermaßen:
Im
Betrieb wird der in der Kraftstoff-Sammelleitung 29 herrschende
hohe Kraftstoffdruck über
die Hochdruckleitung 22, den Hochdruckkanal 82 und
die Zuströmdrossel 84 bis
in den Steuerraum 80 hinein übertragen. In diesem herrscht
ebenfalls der hohe Kraftstoffdruck, welcher auch in der Kraftstoff-Sammelleitung 29 herrscht.
Gleiches gilt auch für
den Ringraum 90 zwischen der Düsennadel 5 und dem
Gehäuse 30.
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Durch die an der oberen Druckfläche 78 am oberen
Ende der Düsennadel 5 angreifende
hydraulische Kraft wird die Dichtkante 6 der Düsennadel 5 in Schließrichtung
gegen den Sitzbereich 4 gedrückt. Die Kraftstoffverbindung
zwischen dem Hochdruckkanal 82 und den Kraftstoffaustrittskanälen 3 ist
also durch die Dichtkante 6 und den Düsennadelsitz 4 im Kontaktbereich 6 unterbrochen.
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Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff
durch die Einspritzdüse 1 in
den dieser zugeordneten Brennraum 26 erfolgen soll, wird
das Schaltventil 88 kurzzeitig geöffnet. Somit kann der unter
hohem Druck in dem Steuerraum 80 vorhandene Kraftstoff über die
Ablaufdrossel 86 und die Niederdruck-Kraftstoffleitung 28 zu
dem Kraftstoffbehälter 14 hin
abströmen.
Es kommt in der Folge zu einem Druckabfall im Steuerraum 80 und
zu einer Abschwächung
der an der oberen Druckfläche 78 wirkenden
hydraulischen Kraft. Daraufhin übersteigt
die in Öffnungsrichtung
an der Druckfläche 36 der
Düsennadel 5 angreifende
hydraulische Kraft die insgesamt in Schließrichtung wirkenden Kräfte, so
dass die Dichtkante 6 der Düsennadel 5 sich von
dem Sitzbereich 4 abhebt. Die Düsennadel 5 gibt nun
die Kraftstoffverbindung in Richtung der Kraftstoffaustrittskanäle 3 frei.
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Bei kleinem und mittleren Hub wird
die Drosselwirkung der Einspritzdüse 5 durch den Spalt
zwischen dem Sitzbereich 4 und der Dichtkante 6 bewirkt.
Bei mittleren und größeren Hüben erfolgt
die Drosselung vor allem durch die Austrittskanäle 3. Die Drosselung
der Strömung
durch den Spalt zwischen der Aufstandsfläche 12 der Düsennadel 5 und
dem Sitzbereich 4 ist dagegen vergleichsweise gering, da der
Kraftstoff nun durch die zweite Ringnut (20), die Längsnuten
(21) und die erste Ringnut (8) mit geringerem
Strömungswiderstand
in den Druckbereich 2 gelangt.
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Durch die Anordnung der ersten Ringnut 8, die
in einem Bereich der Aufstandsfläche 12 angeordnet
ist, der der Kante 7 bei geschlossener Einspritzdüse 1 annähernd gegenüber liegt,
wird, unabhängig
vom Hub der Drosselnadel 5, die Drosselwirkung der Einspritzdüse 1 nicht
oder zumindest nicht nennenswert von der Geometrie der Kante 7 beeinflusst.
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Durch den sehr geringen Sitzwinkel 19 wird ein
hoher Sitzangleich bei gleichzeitig kleiner Pressung gewährleistet,
was den Verschleiß im
Betrieb der Einspritzdüse 1 gering
hält. Eine
Einspritzung wird beendet, indem das Schaltventil 88 wieder
geschlossen wird. Über
die Zuströmdrossel 84 kann
unter hohem Druck stehender Kraftstoff wieder in den Steuerraum 80 nachströmen, so
dass der Druck im Steuerraum 80 wieder ansteigt. Entsprechend
erhöht sich
auch die an der oberen Druckfläche 78 angreifende
hydraulische Kraft, welche in Schließrichtung der Düsennadel 5 wirkt.
Dies bewirkt eine Bewegung der Düsennadel 5 derart,
dass die Dichtkante 6 gegen den Sitzbereich 4 gedrückt wird
und die Verbindung zwischen dem Ringraum 90 und den Austrittskanälen 3 unterbrochen
wird, so dass kein Kraftstoff mehr in den Brennraum 26 austreten
kann.