DE102008031273A1

DE102008031273A1 - Düsennadel, Düsenbaugruppe sowie Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102008031273A1
Application number: DE200810031273
Authority: DE
Inventors: Andre Claus
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsennadel für eine Düsenbaugruppe eines Kraftstoffinjektors, mit einem Führungskolben (110) für eine Lagerung der Düsennadel (100) in einem Düsenkörper (11), wobei der Führungskolben (110) der Düsennadel (100), von seiner Stirnseite (111) ausgehend, eine Düsennadelbohrung (130) aufweist, und eine Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) derart auf eine Außenfläche (231) eines Druckkolbens (200) für die Düsennadel (100) abgestimmt ist, dass die Außenfläche (231) des Druckkolbens (200) an der Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) ansitzbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor eines Verbrennungsmotors, mit einem an einen Fluidhochdruck (pH) anschließbaren Düsenkörper (11), einer im Düsenkörper (11) wenigstens abschnittsweise geführten Düsennadel (100) und einem Druckkolben (200) zum Aufbringen einer Schließkraft (S) auf die Düsennadel (100), wobei die Düsennadel (100) eine Düsennadelbohrung (130) aufweist, an deren seitlicher Begrenzung der Druckkolben (200) derart angreift, dass sich die Düsennadel (100) bei Aufbringen der Schießkraft (S) mittels des Druckkolbens (200), in einem Abschnitt der Düsennadelbohrung (130) aufweitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsennadel sowie eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor eines Verbrennungsmotors. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, mit einer erfindungsgemäßen Düsennadel bzw. einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe für einen Brennraum eines Verbrennungsmotors.
Immer strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, Maßnahmen zu treffen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden können. Ein Ansatzpunkt hierbei ist es, eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors zu erzielen. Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn Kraftstoff unter einem hohen Druck mittels eines Kraftstoffinjektors zugemessen wird. Im Falle eines Diesel-Verbrennungsmotors betragen solche Kraftstoffdrücke bis über 2.000 bar, wobei derartige Fluiddrücke hohe Anforderungen an das Material und an eine Konstruktion einer Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors stellen.
Bei einem Kraftstoffinjektor erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff üblicherweise mittels einer Düsennadel, die im Kraftstoffinjektor verschiebbar gelagert ist und eine Düsenöffnung der Düsenbaugruppe in Abhängigkeit von ihrer Stellung freigibt oder verschließt. Eine mechanische Ansteuerung der Düsennadel erfolgt üblicherweise durch einen Aktor, der entweder direkt, oder über ein Servoventil und einen Steuerraum auf ein Übertragungsglied (Kolben) wirkt, welches mit der Düsennadel meist mechanisch zusammenwirkt. Die Düsennadel und das Übertragungsglied sind hierbei üblicherweise in einer Gleitführung mit einem geringen Spiel gleitgelagert, wobei eine Schmierung dieser Lagerung in der Regel durch den einzuspritzenden Kraftstoff erfolgt.
Aufgrund der im Kraftstoffinjektor herrschenden, hohen Kraftstoffdrücke entstehen innerhalb des Kraftstoffinjektors relativ große Leckagemengen, wobei zwischen einer so genannten Dauerleckage und einer so genannten Schaltleckage unterschieden wird. Die Dauerleckage macht dabei einen größeren Anteil an einem gesamten Leckage-Volumenstrom aus. Insbesondere an einer Führung der Düsennadel innerhalb der Düsenbaugruppe tritt solch ein hoher Dauerleckage-Volumenstrom auf.
Die Dauerleckage ist in einem hohen Maße von einem Führungsdurchmesser und einem dazugehörigen Führungsdichtspalt zwischen der Düsennadel und einem Düsenkörper der Düsenbaugruppe, sowie von dessen Länge und einem Kraftstoffdruck abhängig. Dauerleckage führt zu einer Erwärmung des Kraftstoffs, wobei eine damit verbundene Verringerung einer Viskosität des Kraftstoffs wiederum den Dauerleckage-Volumenstrom erhöht. Hierbei kann eine Kühlung des Kraftstoffs notwendig werden, was jedoch einen Gesamtwirkungsgrad eines Systems mit einem solchen Kraftstoffinjektor reduziert.
Die Dauerleckage muss durch eine erhöhte Förderleistung einer Kraftstoffpumpe ausgeglichen werden, was jedoch eine Verringerung der Leistung des Verbrennungsmotors zur Folge hat. In einem Betrieb des Verbrennungsmotors wird ferner in Folge einer elastischen Verformung der Führung der Düsennadel im Düsenkörper mit einem zunehmendem Kraftstoffdruck der Führungsdichtspalt größer, wodurch eine Zuname der Dauerleckage beachtlich verstärkt wird. Ziel ist es daher, die Dauerleckage von Kraftstoff in einen Kraftstoffinjektor weitestgehend zu minimieren.
Eine Reduzierung der Dauerleckage an der Führung der Düsennadel ist durch eine Gestaltung des Führungsdichtspalts selbst möglich, indem dieser möglichst klein gehalten wird. Eine damit verbundene Reduzierung von Bauteiltoleranzen sowie gegebenenfalls eine aufwändige Oberflächengestaltung bzw. -behandlung durch Reduzierung einer Oberflächenrauheit ist ef fektiv, bedingt jedoch einen erhöhten Fertigungsaufwand und ist je nach einem gewünschtem Ergebnis sehr kostenintensiv. Ferner konnte bisher durch eine Auslesepaarung von Düsennadel und Düsenkörper ein geringes Spiel im Führungsdichtspalt erzielt werden.
Bei den zukünftig zu erwartenden, steigenden Kraftstoffdrücken, ist aufgrund einer Aufweitung des Führungsdichtspalts mit einer weiteren Zunahme der Dauerleckage zu rechnen. Daher sind Maßnahmen erforderlich, die Dauerleckage von Kraftstoff zu verringern und somit eine Förderleistung der Kraftstoffpumpe und daraus resultierend die Schadstoffemissionen des betreffenden Verbrennungsmotors zu minimieren.
Die DE 199 14 713 C2 offenbart eine Einrichtung zur Minimierung einer Erhöhung einer Dauerleckage an einer Führung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors. Hierfür weist ein Düsenkörper hochdruckseitig im Bereich eines Ringraums zum Betätigen der Düsennadel einen Ringkanal um die Düsennadel herum auf. Hierbei entsteht an der Führung der Düsennadel eine um die Düsennadel vollständig herumlaufende, freistehende Wandung, die als eine Art Dichtlippe wirkt. Ein sich im Ringraum und somit auch im Ringkanal einstellender Kraftstoffdruck sorgt dafür, dass es in einem Bereich der freistehenden Wandung zu keiner Aufweitung eines Führungsspiels zwischen einem Führungskoben des Düsenkörpers und der Düsennadel kommt. Darüber hinaus wird die freistehende Wandung im Bereich ihrer integralen Verbindung mit dem Düsenkörper durch den Kraftstoffdruck an die Düsennadel gedrückt.
Die DE 10 2005 039 688 A1 offenbart eine gebaute Düse für einen Kraftstoffinjektor, welche eine druckausgeglichene Führung für eine Düsennadel aufweist, wobei sich ein Führungsspiel mit einem steigenden Kraftstoffdruck nicht verändert oder kleiner wird. Hierdurch wird eine Abmessung eines Führungsdichtspalts zwischen einem Führungskolben der Düsennadel und einer Führungsbohrung, in welchem ein Systemdruck abgebaut wird, beibehalten oder verringert, und so ein starker Anstieg der Dauerleckage verhindert. Hierfür weist eine Düsenbaugruppe des Kraftstoffinjektors einen zweiteiligen Düsenkörper auf, welcher aus einer druckausgeglichenen Führung für die Düsennadel und dem eigentlichen Düsenkörper besteht. Hierdurch ist es möglich, dass der Systemdruck von außen auf die Führung der Düsenadel drücken kann und dadurch der Führungsdichtspalt zwischen der Düsennadel und deren Führungsbohrung konstant gehalten oder verkleinert wird.
Die DE 10 2005 034 879 A1 offenbart eine zweiteilige Düsennadel aufweisend einen Führungskolben zum Führen der Düsennadel in einer Führungsbohrung eines Düsenkörpers, und einen Nadelkolben zum Verschließen einer Düsenöffnung des Düsenkörpers. Hierbei sind der Nadelkolben und der Führungskolben z. B. mittels einer Verschraubung aneinander festlegbar. Der Führungskolben weist einen Hohlraum auf, der sich von demjenigen Ende des Führungskolbens in diesen hinein erstreckt, welches dem Nadelkolben zugewandt ist. Korrespondierend zum Hohlraum im Führungskolben weist der Nadelkolben eine koaxiale Ausnehmung auf, welche sich in Richtung eines Sitzkegels des Nadelkolbens erstreckt. Unterhalb einer Düsennadelschulter weist der Nadelkolben quer zu seiner Längserstreckung eine Durchgangsbohrung auf, durch welche Fluid in die Ausnehmung des Nadelkolbens und von dort aus in den Hohlraum des Führungskolbens gelangen kann. Hierdurch ist es möglich, dem Hohlraum des Führungskolbens einen Systemdruck aufzuprägen, diesen mit einem steigenden Druck aufzuweiten und daher eine Erhöhung der Dauerleckage zu minimieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Düsennadel und eine verbesserte Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor, sowie einen verbesserten Kraftstoffinjektor für einen Verbrennungsmotor anzugeben. Erfindungsgemäß sollen dabei Schadstoffemissionen und/oder ein Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors reduziert sein. Ferner soll erfindungsgemäß die Düsennadel bzw. die Düsenbaugruppe möglichst einfach aufgebaut und rationell zu fertigen sein. Darüber hinaus soll mittels der erfindungsgemäßen Düsennadel und/oder der erfin dungsgemäßen Düsenbaugruppe eine Dauerleckage im Bereich einer Führung für die Düsennadel reduziert sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer Düsennadel für eine Düsenbaugruppe, gemäß Anspruch 1, mittels einer Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor, gemäß Anspruch 3 sowie mittels eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor, gemäß Anspruch 21 gelöst. Zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
Eine erfindungsgemäße Düsennadel weist von ihrer Stirnseite ausgehend eine Düsennadelbohrung auf, wobei eine Innenfläche der Düsennadelbohrung derart ausgestaltet ist, dass eine Außenfläche eines Druckkolbens für die Düsennadel daran lagerbar ist bzw. daran angreifen kann. Hierbei erstreckt sich die Düsennadelbohrung von der Stirnseite eines Führungskolbens der Düsennadel in einen Bereich eines Führungsabschnitts der Düsennadel hinein. Eine für den Druckkolben relevante Innenfläche der Düsennadelbohrung liegt dabei in einem Bereich des Führungsabschnitts der Düsennadel. D. h. ein mechanischer Kontakt zwischen dem Druckkolben und der Düsennadel findet innerhalb der Düsennadel in einem Bereich des Führungsabschnitts der Düsennadel statt.
Eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe weist einen Düsenkörper auf, welcher an einen Fluidhochdruck eines Kraftstoffinjektors bzw. eines Einspritzventils anschließbar ist, wobei innerhalb des Düsenkörpers eine von einem Druckkolben betätigbare Düsennadel wenigstens abschnittsweise geführt ist. Der Druckkolben ist in eine von einer Stirnseite der Düsennadel, sich in Richtung der Düsennadel erstreckende Düsennadelbohrung teilweise einsetzbar, wobei der Druckkolben derart innen an einer Seitenwandung der Düsennadelbohrung ansitzbar bzw. lagerbar ist, dass sich die Düsennadel bei Aufbringen einer Schließkraft mittels des Druckkolbens, in einem Abschnitt der Düsennadelbohrung in einem Durchmesser vergrößert. Hierbei ist ein Abschnitt, in welchem der Druckkolben innen an der Seitenwandung der Düsennadelbohrung ansitzt bzw. angreift, in einem Bereich eines Führungsabschnitts der Düsennadel angeordnet.
Die erfindungsgemäße Düsennadel ist dabei in einer Düsenbohrung des Düsenkörpers der erfindungsgemäßen Düsennadelbaugruppe derart angeordnet, dass sie in einer Schließstellung einen Kraftstoff- bzw. Fluidfluss durch wenigstens eine Düsenöffnung mittels eines an ihr vorgesehenen Nadelkolbens versperrt, und in einer Offenstellung den Fluidfluss durch die Düsenöffnung(en) freigibt. Zwischen dem im Führungsabschnitt der Düsennadel vorgesehenem Führungskolben und einem Führungsschaft des Düsenkörpers, entlang welchem sich die Düsenbohrung im Düsenkörper erstreckt, ist ein Führungsdichtspalt ausgebildet, der über einen mit der Düsenbohrung in Fluidkommunikation stehenden Ringraum hydraulisch koppelbar ist, welcher seinerseits durch eine Hochdruckleitung hindurch mit einem Hochdruckkreis des Kraftstoffs hydraulisch verbindbar ist.
Gemäß der Erfindung sitzt der Druckkolben mit einem Abschnitt seitlich innen an der Seitenwandung der Düsennadelbohrung an und kann dadurch eine Schließkraft über die Seitenwandung in die Düsennadel einleiten. Hierbei kann der Druckkolben in der Düsennadelbohrung bzw. mit einem Abschnitt an der Seitenwandung in einem gewissen Bereich entlanggleiten. Wie weit der anliegende Druckkolben in die Düsennadelbohrung eindringen kann, hängt unter anderem von den Elastizitäten des Druckkolbens und der Düsennadel, sowie von einer Schließkraft auf den Druckkolben und einer Öffnungskraft auf die Düsennadel ab. Hierbei ist es bevorzugt, dass ein freies Ende des Druckkolbens einen Boden der bevorzugt als Sacklochbohrung ausgebildeten Düsennadelbohrung in sämtlichen Einsatzsituationen nicht berühren kann.
Erfindungsgemäß sind die seitliche Innenfläche der Düsennadelbohrung und die betreffende Außenfläche des Druckkolbens derart aufeinander abgestimmt, dass der Druckkolben mit sei ner Außenfläche an der Innenfläche der Düsennadelbohrung anliegen kann. Hierbei sitzt der Druckkolben mit einem Bereich eines Längsendabschnitts derart an der Seitenwandung der Düsennadelbohrung an, dass sich die Düsennadel in Abhängigkeit von der Schließkraft, welche vom Druckkolben innen auf die Seitenwandung der Düsennadel und von dort aus in die Düsennadel einwirkt, in einem Bereich ihres Führungskolbens im Durchmesser vergrößert. Hierbei sind die Elastizitäten und die Geometrien der Düsennadel und des Druckkolbens aufeinander abgestimmt. Bevorzugt erfolgt diese Abstimmung unter Einbeziehung der Schließkraft des Druckkolbens und eines Kraftstoffdrucks derart, dass immer ein gewünschtes Führungsspiel zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper herrscht. Dieses beträgt bevorzugt ca. 1,5 bis 2,0 μm.
Weitet sich also ein Führungsdichtspalt zwischen dem Führungskolben der Düsennadel und dem Düsenkörper aufgrund eines erhöhten Kraftstoffdrucks, so soll dieses Aufweiten durch eine entsprechende Vergrößerung des Durchmessers eines Abschnitts des Führungskolbens ausgeglichen werden. Vergrößert sich beispielsweise der Führungsdichtspalt um ca. 1 μm, so sollte sich der Führungskolben an einem Abschnitt um ca. 2 μm in seinem Durchmesser vergrößern. Diese Kompensation erstreckt sich bevorzugt über das gesamte Einsatzspektrum der Düsennadel bzw. der Düsenbaugruppe. Insbesondere soll diese Kompensation für hohe Kraftstoffdrücke bzw. hohe Schließkräfte angewendet werden. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, die Schießkraft derart zu wählen, dass ein Abschnitt des Führungsdichtspalts minimal bzw. nahezu Null wird, was für die Ruhephasen der Düsennadel zwischen zwei (Einzel-)Einspritzungen von Vorteil sein kann.
Eine innere Ausgestaltung der Düsennadel bzw. eine Form der Düsennadelbohrung bzw. deren Innendurchmesserverlauf ist dabei derart auf den damit zusammenwirkenden Abschnitt des Druckkolbens abgestimmt, dass sich bei einem steigenden Kraftstoffdruck die Düsennadel in einem Bereich ihres Führungskolbens aufweiten kann, und somit einer Aufweitung des Führungsdichtspalts, welche durch den hohen Kraftstoffdruck bestimmt wird, entgegenwirkt. Hierbei können ein Dickenverlauf der Seitenwandung der Düsennadelbohrung und der Druckkolben derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein Abschnitt des Führungsdichtspalts bei einem steigenden Kraftstoffdruck kleiner wird, im Wesentlichen konstant bleibt oder geringfügig größer wird.
Eine Art und Weise, wie auf eine Aufweitung des Führungskolbens der Düsennadel durch die mit dem Druckkolben zusammenwirkende Seitenwandung Einfluss genommen werden soll, hängt von einem tolerierbaren Leckage-Volumenstrom und von den Führungseigenschaften der Düsennadel innerhalb des Düsenkörpers ab. So ist es einerseits möglich, den Leckage-Volumenstrom stark zu minimieren, was jedoch eine erhöhte Reibung zwischen dem Führungsschaft (also einer Wand der Düsenbohrung im Bereich des Führungsschafts) und der Düsennadel zur Folge hat. Andererseits ist es möglich, einen etwas größeren Leckage-Volumenstrom zuzulassen und dadurch die Reibung zwischen dem Führungskolben und dem Düsenkörper zu minimieren.
Die Düsennadelbohrung erstreckt sich für eine gewisse Distanz in die Düsennadel hinein, wobei es in Ausführungsformen der Erfindung möglich ist, die Düsennadelbohrung an eine Düsennadelschulter heranreichen zu lassen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, die Düsennadelbohrung nur in einem stirnseitigen Längsendabschnitt des Führungskolbens vorzusehen.
Folgt man der Düsennadelbohrung von der Stirnseite des Führungskolbens nach innen, so ist diese wenigstens an einem Abschnitt derart ausgestaltet, dass sie sich verjüngt. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, dass ein entsprechend ausgestalteter Längsendabschnitt des Druckkolbens an diesem sich verjüngenden Abschnitt ansitzen bzw. angreifen kann. Dementsprechend ergibt sich auch eine Geometrie der Seitenwandung in Längsrichtung der Düsennadel. Hierbei vergrößert sich eine Wanddicke der Seitenwandung wenigstens an einem Ab schnitt nach innen entlang der Längsrichtung der Düsennadelbohrung. Es sei darauf hingewiesen, dass die Düsennadelbohrung durchaus einen Abschnitt aufweisen kann, in welchem ihr Durchmesser konstant ist. Es ist lediglich notwendig, dass ein Abschnitt der Düsennadelbohrung einen sich verjüngenden Durchmesser aufweist.
Um einen homogenen Kräfteübertrag vom Druckkolben auf die Düsennadel zu erreichen, sind die entsprechenden Kontaktflächen eines Bereichs des Längsendabschnitts des Druckkolbens und einer Innenseite der Seitenwandung des Führungskolbens aufeinander abgestimmt, d. h. kommen zur Deckung. Um ein Entlanggleiten des Längsendabschnitts des Druckkolbens an seiner Anlagefläche innerhalb der Düsennadelbohrung zu gewährleisten, ist der betreffende Abschnitt an der Innenseite der Düsennadelbohrung in Längsrichtung der Düsennadel bevorzugt länger ausgestaltet als der betreffende Bereich am Längsendabschnitt des Druckkolbens, bzw. umgekehrt für Ausführungsformen mit einer gekrümmten Innenseite der Seitenwandung.
Es ist darauf zu achten, dass während eines Betriebs der Druckkolben in der Düsennadelbohrung nicht verklemmt. Hierfür kann eine betreffende Fläche (Innenfläche der Düsennadelbohrung, Außenfläche des Druckkolbens) entsprechend ausgestaltet (Vertiefungen, Noppen) sein, sodass einerseits ein Verklemmen des Druckkolbens in der Düsennadelbohrung verhindert und andererseits dadurch auch eine Entlüftung (s. u.) eines Raums zwischen dem freien Ende des Druckkolbens und dem Boden der Düsennadelbohrung gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass ein Angriffsabschnitt zwischen dem Druckkolben und der Düsennadelbohrung bzw. der Innenseite der umlaufenden Seitenwandung des Führungskolbens, in Längsrichtung der Düsennadel ein symmetrischer, flächiger Bereich, insbesondere ein Ringbereich ist. Je größer die flächenmäßige Überdeckung zwischen der Seitenwandung und dem Druckkolben, desto homogener lässt sich eine Kraft in die Düsennadel einleiten. Die hierbei zueinander korrespondierenden Flächen (betreffende Innenfläche der Düsennadelbohrung und Außenfläche des Druckkolbens) sind eine oder zwei Kegelmantelflächen, und/oder eine oder zwei Mantelflächen einer rotierenden gekrümmten Linie, insbesondere einer Evolvente, wodurch sich ein wenigstens teilsphärischer Körper ergibt.
Erfindungsgemäß können zwei Kegelmantelflächen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus ist es z. B. möglich, die Innenfläche der Düsennadelbohrung abschnittsweise als eine sich in Längsrichtung verjüngende Kegelmantelfläche auszubilden und die damit zur Anlage kommende Außenfläche des Druckkolbens aus einer rotierenden gekrümmten Linie, also einem teilsphärischen Körper aufzubauen, oder umgekehrt. Als teilsphärischer Körper ist z. B. ein Abschnitt einer Kugel, eines Ellipsoids, eines Paraboloids, eines Hyperboloids oder eines hyperbolischen Kegels anwendbar. Erfindungsgemäß ist jedenfalls darauf zu achten, dass sich eine ausreichende Flächenüberdeckung zwischen den beiden Flächen ergibt, ohne dass sich der Druckkolben innerhalb der Düsennadelbohrung verklemmt.
Zur Entlüftung der Düsennadelbohrung, insbesondere zur Entlüftung des verbleibenden Raums zwischen dem Boden der Düsennadelbohrung und dem freien Ende des Druckkolbens, kann der Druckkolben eine Bohrung aufweisen, die einen niederdruckseitigen Raum mit der Düsennadelbohrung verbindet. Dies kann auch durch eine entsprechend strukturierte Oberfläche des Druckkolbens bzw. der inneren Seitenwandung, z. B. mit einer Facette oder Noppen/Vertiefungen, realisiert sein. Ferner kann der Druckkolben und/oder die Seitenwand entsprechend eine Nut oder einen Kanal aufweisen.
Ferner umfasst die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer Injektorbaugruppe, einer Düsenbaugruppe und einer erfindungsgemäßen Düsennadel, oder einer Injektorbaugruppe und einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
Gemäß der Erfindung lässt sich im Bereich der Düsennadelführung des Kraftstoffinjektors die Dauerleckage dadurch redu zieren, dass in eine hohlgebohrte Düsennadel gezielt eine Querkraft eingebracht wird. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, ein bestehendes Design eines Kraftstoffinjektors beizubehalten bzw. dieses nur geringfügig ändern zu müssen, wobei je nach einer Auslegung des Kraftstoffinjektors ähnliche technische Vorteile wie durch eine gebaute Düse erzielbar sind.
Erfindungsgemäß erreicht man, insbesondere bei hohen Kraftstoffdrücken, eine drastische Verringerung eines Dauerleckage-Volumenstroms, wobei eine Temperaturerhöhung des Kraftstoffs aufgrund der geringeren Leckage reduziert ist. Ferner ist der Kraftstoffinjektor gegenüber Partikel robuster auslegbar, da bei einem niedrigen Kraftstoffdruck ein größerer Führungsdichtspalt anwendbar ist. Darüber hinaus ergibt sich erfindungsgemäß eine Reduzierung einer maximalen Schließkraft für die Düsennadel und somit eine Reduzierung eines Verschleißes zwischen der Düsennadel und dem Düsenkörper. Des Weiteren ergibt sich durch die erfindungsgemäße Verringerung des Führungsdichtspalts bei hohen Fluiddrücken, eine Verringerung der Shot-zu-Shot-Streuungen des Kraftstoffinjektors.
Gemäß der Erfindung wird einem unerwünschten Aufweiten des Führungsdichtspalts entgegengewirkt und eine gute Gleitlagerung der Düsennadel weitgehend unabhängig vom Kraftstoffdruck gewährleistet. Dadurch dass der Druckkolben an seinem der Düsennadel abgewandten Ende mit Fluidhochdruck beaufschlagt ist, wirkt im Betrieb eine Kraft auf den Führungskolben der Düsennadel ein. Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Geometrie zwischen dem Druckkolben und dem Führungskolben, wirken radial nach außen gerichtete Kräfte von innen auf den Führungskolben, welche mit steigendem Kraftstoffdruck zunehmen, wodurch einer Aufweitung des Führungsdichtspalts entgegengewirkt wird. Hierbei handelt es sich quasi um ein selbstregelndes System in Bezug auf eine Konstanz der Größe des Führungsdichtspalts. Ferner wird erfindungsgemäß der Führungsdichtspalt immer so klein gehalten, dass der Dauerleckage-Volumenstrom gering ist. Darüber hinaus kann durch die Selbstregelung auch verhindert werden, dass sich der Führungskolben zu stark aufweitet, sodass erfindungsgemäß die Düsennadel im Düsenkörper nicht festsitzen kann.
Gegenüber der gebauten Düse ist es erfindungsgemäß möglich, wenigstens denselben Effekt der Reduzierung der Dauerleckage zu erzielen, wobei es möglich ist, eine Anzahl von benötigten Bauteilen somit auch eine Anzahl an Herstellungsschritten zu verringern. Hierdurch ergeben sich deutliche Kostenvorteile gegenüber der gebauten Düse. Im Gegensatz zu Ansätzen, die eine Verschraubung einer mehrteiligen Düsennadel zur Erreichung eines mit Fluidhochdruck beaufschlagbaren Düsennadelhohlraums vorsehen, erhält man erfindungsgemäß eine höhere Maßhaltigkeit der Düsennadel, da die Bearbeitung der Düsennadel an einem Stück und in einer Aufspannung erfolgen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: 1 eine zentrale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, und die 2 bis 6 jeweils schematisch dargestellte zentrale Schnittansichten von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Düsennadel bzw. der erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe.
Wenn im Folgenden von einer Düsennadel 100 die Rede ist, so ist damit eine einsatzbereite Düsennadel 100 gemeint, die so wie sie ist, in einem Kraftstoffinjektor 1 bzw. einer Düsenbaugruppe 10 des Kraftstoffinjektors 1 eingesetzt werden kann. Ferner kann in Ausführungsformen der Erfindung unter der Bezeichnung Düsennadel 100, eine Düsennadel 100 mit einem damit verbundenen Druckkolben 200 verstanden werden. D. h. eine solche Düsennadel 100 umfasst zusätzlich den Druckkolben 200; bezeichnet ist eine solche Anordnung 100, 200 dann im Folgenden als Düsennadel 100.
1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1, der eine Düsenbaugruppe 10 und eine Injektorbaugruppe 20 umfasst. Die Düsen baugruppe 10 und die Injektorbaugruppe 20 sind mittels einer Düsenspannmutter 30 fluiddicht aneinander festgelegt.
Die Injektorbaugruppe 20 weist einen Injektorkörper 21 auf, an oder in welchem ein Aktor 22 vorgesehen ist. Der Aktor 22 ist bevorzugt als ein Piezoaktor 22 ausgebildet, kann z. B. jedoch auch als ein elektromagnetischer Aktor 22 ausgelegt sein. Der Aktor 22 kann mit einem mechanischen oder hydraulischen Übertrager (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden sein, der im Injektorköper 21 angeordnet ist. Der Aktor 22 und der Übertrager bilden dann einen Stellantrieb.
Der Injektorkörper 21 weist ferner einen hochdruckseitigen Fluidanschluss 23 für einen einzuspritzenden Kraftstoff K auf, wobei der Fluidanschluss 23 mit einer im Injektorkörper 21 ausgebildeten Hochdruckleitung 24 hydraulisch gekoppelt ist. Über den Hochdruckanschluss 23 ist der Kraftstoffinjektor 1 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckfluidkreis eines Verbrennungsmotors hydraulisch verbindbar. Die Hochdruckleitung 24 versorgt einen im Injektorkörper 21 ausgebildeten Steuerraum 27 sowie die Düsenbaugruppe 10 (s. u.) mit Kraftstoff K unter einem Fluidhochdruck p_H.
Am (in der Zeichnung nicht dargestellt) oder im Steuerraum 27 ist ein Ventilglied 28 vorgesehen, welches in einer mechanischen Verbindung mit dem Aktor 22 steht. In Abhängigkeit von der Stellung des Ventilglieds 28 ist der Steuerraum 27 mit einer Niederdruckseite (p_N) des Kraftstoffinjektors 1 hydraulisch ge- oder entkoppelt. Der Druck im Steuerraum 27 wirkt über einen Kolben 29 und einen Druckkolben 200 über eine Stirnseite 111 auf/in die Düsennadel 100 der Düsenbaugruppe 10 ein (s. u.). Hierbei ist die Stirnseite 111 der Düsennadel 100 einem Düsennadelsitz 18 bzw. einem Sitzkegel 121 der Düsennadel 100 abgewandt.
Ferner wird die Düsennadel 100 über eine in einem Federraum 25 des Injektorkörpers 21 angeordnete Düsennadelfeder 26 entweder direkt oder wie in der Zeichnung dargestellt, über den Druckkolben 200 in Richtung ihres Düsennadelsitzes 18 gedrückt, um bei einem Nichtanliegen des Fluidhochdrucks p_H sicher geschlossen zu sein. In Ausführungsformen der Erfindung kann der Kolben 29 mit dem Druckkolben 200 stofflich einstückig ausgebildet sein.
Die Düsenbaugruppe 10 des Kraftstoffinjektors 1 weist einen Düsenkörper 11 mit einer Düsenbohrung 12 und einem Ringraum 14 an der Düsenbohrung 12 auf, wobei in der Düsenbohrung 12 die bevorzugt stofflich einstückig ausgebildete Düsennadel 100 verschieblich angeordnet ist. Der im Düsenkörper 11 ausgebildete und die Düsennadel 100 im Bereich ihrer Düsennadelschulter 115 umgebende Ringraum 14 ist mit der Hochdruckleitung 24 des Injektorkörpers 21 hydraulisch verbunden, wodurch, bei einem Anliegen des Fluidhochdrucks p_H am Hochdruckanschluss 23, im Ringraum 14 nahezu immer der Fluidhochdruck p_H anliegt.
Je nach einem Druck im Steuerraum 27 wird die Düsennadel 100 entweder in ihren Düsennadelsitz 18 gepresst (Ventilglied 28 in Schließposition, im Steuerraum 27 herrscht Fluidhochdruck p_H) oder bewegt sich, falls der Steuerraum 27 mit einem Niederdruckbereich (p_N) des Kraftstoffinjektors 1 hydraulisch verbunden ist (Ventilglied 28 in Offenposition), aufgrund des Fluidhochdrucks p_H im Ringraum 14 und der an ihr ausgebildeten Düsennadelschulter 115 von ihrem Düsennadelsitz 18 weg, wodurch Kraftstoff K durch wenigstens eine in der Zeichnung nicht dargestellte Düsenöffnung der Düsenbaugruppe 10 in einen Brennraum 2 eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden kann.
Andere Ausführungsformen des Kraftstoffinjektors 1 sind natürlich anwendbar. So ist es z. B. möglich, die Düsennadel 100 mittels des Aktors 22 direkt oder invers anzusteuern. Bei einer direkt betätigten Düsennadel 100 ist der Druckkolben 200 Bestandteil einer Kopfplatte des Aktors 22. Darüber hinaus ist es möglich, eine nach außen öffnende Düsennadel 100 anzuwenden. Ferner soll die Erfindung nicht auf einen in der
1 dargestellten Common-Rail-Injektor 1 beschränkt sein, sondern ist auch auf andere Injektoren 1, wie z. B. einen Pumpe-Düse-Injektor 1, anwendbar.
Der Kraftstoffinjektor 1 hat aufgrund seines konstruktiven Aufbaus eine innere Dauerleckage über eine Führung bzw. Gleitlagerung des Führungskolbens 110 der Düsennadel 100 und dem Düsenkörper 11 bzw. dessen Führungsschaft 13, in welchem ein Abschnitt der Düsenbohrung 12 ausgebildet ist. Diese Dauerleckage macht ca. Zweidrittel einer Gesamtleckage des Kraftstoffinjektors 1 aus. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Dauerleckage des Kraftstoffinjektors 1 möglichst niedrig zu halten, um so eine möglichst kleine Hockdruckpumpe für ein Einspritzsystem verwenden zu können. Hintergrund hierfür ist eine Reduzierung der aufzuwendenden Leistung der Hochdruckpumpe für das Einspritzsystem, welches den Kraftstoffinjektor 1 aufweist. Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Dauerleckage an der Führung der Düsennadel 100 signifikant zu reduzieren, ähnlich einem Prinzip der gebauten Düse.
Die 2 bis 6 zeigen jeweils in einer schematischen Ansicht die im erfindungsgemäßen Düsenkörper 11 montierte erfindungsgemäße Düsennadel 100. Hierbei umfasst die Düsennadel 100 den Führungskolben 110 und einen damit einstückig ausgebildeten, im Durchmesser kleineren Nadelkolben 120, der an seinem freien, unteren Ende den Sitzkegel 121 aufweist. Der Sitzkegel 121 ist innen am Düsennadelsitz 18 dichtend zur Anlage bringbar und kann wenigstens die eine Düsenöffnung freigeben oder fluiddicht verschließen.
Der Nadelkolben 120 geht über die Düsennadelschulter 115 in den Führungskolben 110 über, wobei die Düsennadelschulter 115 im Bereich des mit Fluidhochdruck p_H beaufschlagten Ringraums 14 angeordnet ist. Der Nadelkolben 120 befindet sich in einem Nadelschaft 15 des Düsenkörpers 11, wobei zwischen dem Nadelschaft 15 und dem Nadelkolben 120 ein Nadelspalt 17 in der Düsenbohrung 12 ausgebildet ist, der im Wesentlichen einen ungedrosselten Zulauf von Kraftstoff K zum Sitzkegel 121 der Düsennadel 100 ermöglicht.
Der Führungskolben 110 ist im Führungsschaft 13 geführt bzw. gelagert, wobei zwischen der Düsenbohrung 12 des Führungsschafts 13 und dem Führungskolben 110 ein Führungsdichtspalt 16 ausgebildet ist, der einen gedrosselten Durchtritt an Kraftstoff K vom Ringraum 14 zur Niederdruckseite (p_N) und von dort zu einem niederdruckseitigen Fluidanschluss 19 des Kraftstoffinjektors 1 ermöglicht. Mit einem steigenden Kraftstoffdruck p_H im Ringraum 14 und somit auch im Führungsdichtspalt 16, wird der Führungsschaft 13 aufgeweitet und somit der Führungsdichtspalt 16 vergrößert. Gemäß der Erfindung erfolgt nun eine Kompensation dieser Vergrößerung des Führungsdichtspalts 16, indem der Führungskolben 110 der Düsennadel 100 in einem ähnlichen Maß aufgeweitet wird.
Eine Kompensation der Vergrößerung des Führungsdichtspalts 16 im Führungsschaft 13 wird durch eine stirnseitig hohl gebohrte Düsennadel 100 und einem mit der Düsennadel 100 zusammenwirkenden Druckkolben 200 erreicht, der in die hohl gebohrte Düsennadel 100 eingreift. Gemäß der Erfindung erhält die Düsennadel 100 im Bereich ihres Führungsabschnitts 101 eine Düsennadelbohrung 130, in der der Druckkolben 200, welcher z. B. als ein Hubeinstellbolzen oder ein Zwischenelement ausgebildet sein kann, mit einer zur Düsennadelbohrung 130 geeigneten Geometrie, anteilig eine Schließkraft S (siehe 2) in eine gewünschte Querkraftkomponente Q aufteilt und so mit einer steigenden Schließkraft S auf den Druckbolzen 200 den Führungsdichtspalt 16 konstant hält oder verringert. Eine jeweilige geometrische Auslegung der Düsennadelbohrung 130 und eines damit zusammenwirkenden Bereichs des Druckkolbens 200 bestimmt eine Höhe der aus der Schließkraft S resultierenden Querkraft Q und somit eine Größe der Reduzierung des Dauerleckage-Volumenstroms des Kraftstoffs K.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei der Führungskolben 110 der Düsennadel 100 von seiner Stirn seite 111 ausgehend, die sich verjüngende Düsennadelbohrung 130 aufweist. Hierbei erstreckt sich die Düsennadelbohrung 130 in eine Längsrichtung L der Düsennadel 100 in den Führungskolben 110 hinein. Eine Innenfläche 131 bzw. eine Innengeometrie 131 der Düsennadelbohrung 130 ist in Längsrichtung L als ein Mantel eines Kegelstumpfs oder auch als ein Kegelmantel ausgebildet. Korrespondierend hierzu ist ein Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens 200 ebenfalls als ein Mantel eines Kegelstumpfs bzw. ein Kegelmantel ausgebildet. Die korrespondierenden Durchmesser der Düsennadelbohrung 130 und des Längsendabschnitts 230 des Druckkolbens 200 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass ein freies Ende 232 des Druckkolbens 200 im gesamten Einsatzbereich der Düsennadel 100 nicht an einem Boden 132 der Düsennadelbohrung 130 ansitzen kann.
Drückt der Druckkolben 200 in die Düsennadelbohrung 130 hinein, so gelangt eine Außenfläche 231 bzw. eine Außengeometrie 231 des Längsendabschnitts 230 des Druckkolbens 200 in Kontakt mit der Innenfläche 131 einer radialsymmetrischen Seitenwandung 112 der Düsennadelbohrung 130 und überträgt die Schließkraft S auf die Düsennadel 100. Durch die konische Ausgestaltung einer Innenseite der Düsennadelbohrung 130 und des entsprechenden Abschnitts des Druckkolbens 200 ergibt sich die Querkraft Q auf die Seitenwandung 112, welche radial nach außen auf den gesamten Umfang des Führungskolbens 110 wirkt. Ist die Schließkraft S groß genug, so gleitet der Druckkolben 200 weiter in die Düsennadelbohrung 130 hinein und weitet einen entsprechenden Abschnitt des Führungskolbens 110 auf. Dieser Abschnitt ist als Angriffsabschnitt 150 bezeichnet und betrifft hauptsächlich denjenigen Bereich, an welchem der Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens 200 an der Innenfläche 131 der Seitenwandung 112 des Führungskolbens 110 angreift und an welchem der Führungskolben 110 aufgeweitet wird. Dieser Angriffsabschnitt 115 erstreckt sich in den Führungsabschnitt 101 der Düsennadel 100 hinein bzw. ist ein Bereich dieses Führungsabschnitts 101.
In 2 ist ferner eine optionale Entlüftung 202 der Düsennadelbohrung 130, insbesondere eines Raums zwischen dem freien Ende 232 des Druckkolbens 200 und dem Boden 132 der Düsennadelbohrung 130 vorgesehen. In dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Entlüftung 202 als ein Kanal 202 in der Seitenwandung 112 ausgebildet. Dies kann z. B. eine Nut 202 sein, die vom Raum unterhalb des freien Endes des Druckkolbens 200 zur Stirnseite 111 des Führungskolbens 110 führt. Die 3 zeigt eine weitere mögliche Entlüftung 202. So ist es möglich, eine entsprechende Bohrung 202 durch den Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens 200 zur Niederdruckseite p_N herzustellen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die entsprechende Bohrung 202 vom freien Ende 232 des Druckkolbens 200 ausgeht und zum Bereich des Fluidniederdrucks P_N führt. Darüber hinaus ist es möglich, eine Entlüftungsbohrung 202 innerhalb der Düsennadel 100 vorzusehen. Ferner zeigen die 4 und 5 zu den 2 und 3 analoge Entlüftungen 202.
3 zeigt eine gegenüber 2 nicht so weit in den Führungskolben 101 hineinreichende Düsennadelbohrung 130, in welcher ferner ein Druckkolben 200 mit einem anders konfigurierten Längsendabschnitt 230 aufgenommen ist. Die Düsennadelbohrung 130 der 3 ist ebenfalls wie bei 2 im Wesentlichen konisch ausgebildet. Der betreffende Abschnitt des Druckkolbens 200 jedoch, ist an seinen Seiten abgerundet ausgebildet. Hierdurch ergibt sich ein Angriffsabschnitt 150, welcher innerhalb des Führungsabschnitts 101 liegt, wodurch sich im Vergleich mit der 2 ein etwas kürzerer Angriffsabschnitt 150.
Bevorzugt ist dabei eine Erzeugende des Längsendabschnitts 230 des Druckkolbens 200 eine rotierende gekrümmte Linie. Eine solche, um die Längsachse L rotierende Linie kann z. B. ein Abschnitt einer allgemeinen Kurve, wie z. B. einer Parabel, einer Evolvente, einer e-Funktion oder Ähnliches sein. Hierbei ist der betreffende dreidimensionale Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens bezüglich der Längsachse L rotationssymmetrisch und teilsphärisch ausgebildet. Als entste hende dreidimensionale Körper hierfür eignen sich erfindungsgemäß z. B. ein Abschnitt einer Kugel, eines Ellipsoids, eines Paraboloids, eines Hyperboloids oder eines hyperbolischen Kegels.
Die in 4 dargestellten zueinander korrespondierenden Flächen 131, 231 besitzen beide als Erzeugende zueinander ähnliche um die Längsachse L gekrümmte Linien. Hierbei sind wieder die oben genannten Linien anwendbar. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel greift ein sphärischer, als Zapfen ausgebildeter Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens 200 in eine sphärische, als Sackloch ausgebildete Düsennadelbohrung 130 ein. Hierdurch kann im Vergleich zu 3 ein größerer Angriffsabschnitt 150 erzielt werden.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Düsennadelbohrung 130 zunächst von der Stirnseite 111 aus, einen konstanten Durchmesser aufweist und sich erst in Längsrichtung L weiter innen konisch verjüngt. Der konische Bereich der Düsennadelbohrung 130 und des Längsendabschnitts 230 des Druckkolbens 200 sind analog zu 2 aufgebaut. In einem Bereich zwischen der Stirnseite 111 des Führungskolbens 110 und der sich verjüngenden Düsennadelbohrung 130 besitzen sowohl die Düsennadelbohrung 130 als auch der Druckkolben 200 einen konstanten Durchmesser, wobei der Druckkolben 200 im entsprechenden Anschnitt der Düsennadelbohrung 130 geführt sein kann. Hierdurch ist es möglich, ein Aufweiten des Führungskolbens 110 der Düsennadel 100 nahe der Düsennadelschulter 115 zu realisieren.
6 zeigt eine Umkehrung der Ausführungsform nach 3, wobei die trichterförmige Düsennadelbohrung 130 als Erzeugende der Innenseite der Seitenwandung 112 eine gekrümmte Linie (s. o.) besitzt. Die dazu korrespondierende Fläche des Längsendabschnitts 130 des Druckkolbens 200 ist konisch ausgebildet. Es ist bei einer solchen Ausführungsform jedoch möglich (siehe gestrichelte Linie in 6), den entsprechenden Längsendabschnitt 230 bzw. den entsprechenden Bereich des Längsendabschnitts 230, wie oben ausgeführt, als einen teilsphärischen Körper auszubilden, nur mit einer anderen Krümmung. D. h. der betreffende Längsendabschnitt 230 des Druckkolbens 200 und die Innenseite der Seitenwandung 112 der Düsennadelbohrung 130 haben eine andere Krümmung als die entsprechenden Bereiche einer Ausführungsform nach 4
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19914713 C2 [0009]
- DE 102005039688 A1 [0010]
- DE 102005034879 A1 [0011]

Claims

Düsennadel für eine Düsenbaugruppe (10) eines Kraftstoffinjektors (1), mit einem Führungskolben (110) für eine Lagerung der Düsennadel (100) in einem Düsenkörper (11), wobei der Führungskolben (110) der Düsennadel (100) von seiner Stirnseite (111) ausgehend eine Düsennadelbohrung (130) aufweist, und eine Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) derart auf eine Außenfläche (231) eines Druckkolbens (200) für die Düsennadel (100) abgestimmt ist, dass die Außenfläche (231) des Druckkolbens (200) an der Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) ansitzbar ist.
Düsennadel gemäß Anspruch 1, wobei die Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130), an welcher der Druckkolben (200) ansitzbar ist, im Wesentlichen in einem Bereich eines Führungsabschnitts (101) der Düsennadel (100) liegt.
Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor (1) eines Verbrennungsmotors, mit einem an einen Fluidhochdruck (p_H) anschließbaren Düsenkörper (11), einer im Düsenkörper (11) wenigstens abschnittsweise geführten Düsennadel (100) und einem Druckkolben (200) zum Aufbringen einer Schließkraft (S) auf die Düsennadel (100), wobei die Düsennadel (100) eine Düsennadelbohrung (130) aufweist, an deren seitlicher Begrenzung der Druckkolben (200) derart angreift, dass sich die Düsennadel (100) bei Aufbringen der Schießkraft (S) mittels des Druckkolbens (200), in einem Abschnitt des Düsennadelbohrung (130) aufweitet.
Düsenbaugruppe gemäß Anspruch 3, wobei ein Angriffsabschnitt (150) des Druckkolbens (200) innerhalb der Düsennadelbohrung (130), in einem Bereich eines Führungsabschnitts (101) der Düsennadel (100) liegt.
Düsenbaugruppe gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Düsennadel (100) der Düsenbaugruppe (10) eine Düsennadel (100) nach Anspruch 1 ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Druckkolben (200) in der Düsennadelbohrung (130) bzw. an einer Seitenwandung (112) der Düsennadel (100) gleitverschieblich lagerbar/gelagert ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Druckkolben (200) derart an einer/der seitlichen Begrenzung der Düsennadelbohrung (130) ansitzbar ist/ansitzt, dass sich die Düsennadel (100) bei Aufbringen einer/der Schießkraft (S) mittels des Druckkolbens (200), in einem Beriech ihres Führungsabschnitts (101) aufweitet.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die/eine Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) derart ausgestaltet ist, dass die/eine Außenfläche (231) des Druckkolbens (200) innen an der Seitenwandung (112) der Düsennadel (100) angreifbar ist/angreift.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Düsennadelbohrung (130) der Düsennadel (100) derart ausgestaltet ist, dass ein Boden (132) der Düsennadelbohrung (130) von einem freien Ende (232) des Druckkolbens (200) nicht berührbar ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Längsendabschnitt (230) des Druckkolbens (200) innerhalb der Düsennadelbohrung (130) aufgenommen ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Seitenwandung (112) der Düsennadel (100) derart ausgelegt ist, dass sich deren Außendurchmesser (D) unter Einwirken der Schließkraft (S) auf den Druckkolben (200) vergrößert.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß Anspruch 11, wobei sich beim Einwirken einer maximalen Schließkraft (S) auf den Druckkolben (200), der Außendurchmesser (D) der Düsennadel (100) in einem Abschnitt der Seitenwandung (112) um ca. 1–1,5 μm, bevorzugt um ca. 2–2,5 μm, insbesondere um ca. 3–3,5 μm, insbesondere bevorzugt um ca. 4–4,5 μm oder insbesondere besonders bevorzugt um ca. 5–5,5 μm vergrößert.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei sich die Düsennadelbohrung (130) wenigstens bis zu 1/5, wenigstens bis zu 1/4, wenigstens bis zu 1/3, wenigstens bis zur Hälfte, wenigstens bis zu 2/3 oder wenigstens bis zu 3/4 der Länge des/eines Führungskolbens (110) der Düsennadel (100) in die Düsennadel (100) hinein erstreckt.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei sich die Düsennadelbohrung (130) bis an einen Bereich einer Düsennadelschulter (115) der Düsennadel (100), oder bis an einen Bereich eines Nadelkolbens (120) der Düsennadel (100) erstreckt.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei sich ein Durchmesser der Düsennadelbohrung (130) von der/einer Stirnseite (111) der Düsennadel (100) aus, nach innen in die Düsennadel (100) hinein an wenigstens einem Abschnitt verkleinert.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein mittlerer Durchmesser der Düsennadelbohrung (130) ca. ein 0,3- bis ca. ein 0,85-faches, bevorzugt ca. ein 0,4- bis ca. ein 0,75-faches und insbesondere ca. ein 0,5- bis ca. ein 0,7-faches eines Außendurchmessers eines betreffenden Anschnitts der Düsennadel (100) beträgt.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine Seitenwandung (112) der Düsennadelbohrung (130) derart ausgestaltet ist, dass sich deren Dicke von der Stirnseite (111) der Düsennadel (100) aus, entlang der Düsennadel (110) an wenigstens einem Abschnitt vergrößert.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Innenfläche (131) der Düsennadelbohrung (130) in eine Längsrichtung (L) der Düsennadel (100) konisch oder als eine gekrümmte Fläche, insbesondere als ein Abschnitt eines Kegels bzw. als ein Abschnitt einer rotierenden gekrümmten Linie, bevorzugt ein Abschnitt einer rotierenden Evolvente ausgebildet ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Außenfläche (231) des Druckkolbens (200) in eine Längsrichtung (L) des Druckkolbens (200) konisch oder als eine gekrümmte Fläche, insbesondere als ein Abschnitt eines Kegels bzw. als ein Abschnitt einer rotierenden gekrümmten Linie, bevorzugt ein Abschnitt einer rotierenden Evolvente ausgebildet ist.
Düsennadel oder Düsenbaugruppe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Düsennadel (100) und/oder der Druckkolben (200) zur Entlüftung (202) der Düsennadelbohrung (130), eine Bohrung (202) und/oder eine Ausnehmung (202) aufeist bzw. aufweisen, welche an/in der Düsennadelbohrung (130) mündet.
Kraftstoffinjektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, für einen Brennraum (2) eines Verbrennungsmotors, mit einer Düsennadel (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, einer Düsenbaugruppe (10) und einer Injektorbaugruppe (20), oder einer Düsenbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 20, und einer Injektorbaugruppe (20).
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 21, wobei eine Seitenwandung (112) bzw. eine Düsennadelbohrung (130) der Düsennadel (100), und ein an der Seitenwandung (112) ansitzender bzw. ein in die Düsennadelbohrung (130) eingesetzter Druckkolben (200), unter Berücksichtigung einer Schießkraft (S) auf den Druckkolben (200), derart ausgelegt und/oder aufeinander abgestimmt sind, dass sich mit einem steigenden Fluiddruck (p_H) in der Düsenbaugruppe (10) eine geringe Fluidleckage, insbesondere eine geringe Dauerleckage ergibt.
Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 21 oder 22, wobei während eines Betriebs des Kraftstoffinjektors (1), in einer Ruhephase der Düsennadel (100) die Schießkraft (S) durch den Druckkolben (200) auf die Düsennadel (100) derart groß gewählt ist, dass sich ein Führungsabschnitt (101) der Düsennadel (100) derart aufweitet, dass sich im Wesentlichen keine Fluidleckage ergibt.