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Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Düsenbaugruppe.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 076 665 A1 ist eine Düsenbaugruppe für einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, welche zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung eine in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommene Düsennadel umfasst. Die Düsennadel ist in Schließrichtung von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt, die einerseits an einem Körperbauteil des Kraftstoffinjektors und andererseits an einem Drosselbohrungskörper abgestützt ist, der die Düsennadel bereichsweise umgibt. Der Drosselbohrungskörper wiederum stützt sich an einem Absatz der Düsennadel ab. Im Drosselbohrungskörper ist wenigstens eine Drosselbohrung ausgebildet, die als Schließdrossel dient und die Hochdruckbohrung in einen ersten und einen zweiten Teilbereich trennt. Im ersten Teilbereich, der in Strömungsrichtung des Kraftstoffs stromaufwärts in Bezug auf den zweiten Teilbereich liegt, herrscht ein hydraulischer Druck p
1, und im zweiten Teilbereich ein hydraulischer Druck p
2, der kleiner als p
1 ist, da der Kraftstoff, um bei einer Einspritzung vom ersten Teilbereich in den zweiten Teilbereich zu gelangen, die Drosselbohrung passieren muss. Zugleich weist der die Düsennadel bereichsweise umgebende Drosselbohrungskörper eine den ersten Teilbereich begrenzende hydraulisch wirksame Fläche A
1 auf, die größer als eine den zweiten Teilbereich begrenzende hydraulisch wirksame Fläche A
2 ist. Diese Maßnahmen führen jeweils allein oder in Kombination dazu, dass auf den Drosselbohrungskörper und damit auf die Düsennadel eine zusätzlich zur Federkraft der Schließfeder in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckkraft erzeugt wird, welche den Schließvorgang beschleunigt.
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Der die Düsennadel umgebende Drosselbohrungskörper der
DE 10 2011 076 665 A1 wird über die Federkraft der Schließfeder sowie die zusätzlich wirkende hydraulische Druckkraft gegen einen Absatz der Düsennadel gedrückt, so dass im Kontaktbereich eine hohe Dichtwirkung gegeben ist. Im Bereich der Führung des Drosselbohrungskörpers innerhalb der Hochdruckbohrung können jedoch Bypassleckagepfade entstehen, die den Effekt der wenigstens einen Drosselbohrung zumindest in Teilen wieder zunichtemachen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe mit einer Schließdrossel anzugeben, die wirkungsgradoptimiert ist. Ferner soll die Düsenbaugruppe einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für einen Kraftstoffinjektor vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst eine Düsennadel, die in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung hubbeweglich aufgenommen und in Schließrichtung zumindest mittelbar von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Zur Ausbildung mindestens einer Schließdrossel ist die Düsennadel bereichsweise von einem Drosselbohrungskörper umgeben, der erfindungsgemäß mehrteilig ausgeführt ist und wenigstens zwei zumindest bereichsweise ineinander geführte Hülsen umfasst. Das Ineinanderführen der Hülsen verlagert den leckagebehafteten Führungsbereich nach radial innen, so dass bereits durch den verringerten Führungsdurchmesser die Leckage reduziert wird. Vorzugsweise verbleibt zwischen den Hülsen des Drosselbohrungskörpers und dem Düsenkörper ein Ringspalt, der eine in radialer Richtung schwimmende Lagerung der Hülsen erlaubt. Die schwimmende Lagerung in radialer Richtung ermöglicht den Ausgleich von Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen, insbesondere kann ein Achsversatz der Düsennadellängsachse in Bezug auf einen Dichtsitz ausgeglichen werden. Ferner bewirkt der Ringspalt zwischen den Hülsen und dem Düsenkörper, dass radial außen der Druck p2 und radial innen der Druck p1 anliegt. Da p2 kleiner als p1 ist, werden die Hülsen in radialer Richtung gegeneinander gedrückt, so dass auf diesem Wege die Leckage im Bereich der Führung weiter reduziert wird. Darüber hinaus kann durch entsprechende Werkstoffwahl und/oder Bearbeitung das Führungsspiel zwischen den beiden Hülsen in einfacher Weise minimiert werden, um die Leckage so gering wie möglich zu halten und den Wirkungsgrad der Schließdrossel zu erhöhen.
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Bevorzugt ist die Schließdrossel in der Hülse ausgebildet, die näher an der Einspritzöffnung angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann das Hydraulikvolumen des zweiten Teilbereichs der Hochdruckbohrung verringert bzw. der mechanische Kraftübertragungsweg gekürzt werden, was sich günstig auf das Ansprechverhalten der bewegten Bauteile auswirkt und somit ein schnelles Nadelschließen fördert. Weiterhin bevorzugt ist zur Ausbildung der Schließdrossel eine axial oder schräg verlaufende Bohrung in der Hülse vorgesehen. Diese Maßnahme dient der Strömungsoptimierung im Bereich der Schließdrossel.
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Vorteilhafterweise ist die Hülse, die näher an der Einspritzöffnung angeordnet ist, im Wesentlichen topfförmig ausgebildet. Das heißt, dass sie einen Bodenbereich sowie einen hieran angesetzten hohlzylinderförmigen Abschnitt besitzt. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Hülse, die näher an der Einspritzöffnung angeordnet ist, die weitere Hülse zumindest bereichsweise umgibt. Das heißt, dass die topfförmige Hülse die weitere Hülse führt, wobei innenumfangsseitig an der weiteren Hülse der Druck p1 und außenumfangsseitig an der topfförmigen Hülse der Druck p2 anliegt. Die Druckdifferenz führt zu einer radialen Aufweitung der geführten Hülse, so dass das Führungsspiel zwischen den beiden Hülsen minimiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hülse, die näher an der Einspritzöffnung angeordnet ist, in axialer Richtung an einem vorzugsweise ringförmigen Absatz der Düsennadel abgestützt ist. Zur Ausbildung eines vorzugsweise ringförmigen Absatzes kann die Düsennadel gestuft ausgeführt und/oder aus mehreren Teilen mit unterschiedlichen Außendurchmessern zusammengesetzt sein. Die Hülse wiederum besitzt vorzugsweise eine an dem Absatz anliegende Stützfläche, die beispielsweise an einem Bodenbereich einer topfförmig ausgeführten Hülse ausgebildet sein kann. Dabei hintergreift die Hülse die Düsennadel.
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Die Druckdifferenz in den beiden Teilräumen der Hochdruckbohrung bewirkt eine hydraulische Druckkraft in axialer Richtung, mittels welcher die an der Düsennadel abgestützte Hülse gegen den Absatz der Düsennadel gedrückt wird. Durch die in Richtung des Absatzes wirkende Axialkraft wird die Abdichtung im Kontaktbereich der Hülse mit der Düsennadel optimiert, so dass ein weiterer möglicher Leckagepfad verschlossen wird.
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Um die in Richtung des Absatzes der Düsennadel wirkende hydraulische Druckkraft noch zu erhöhen, kann die dem ersten Teilbereich zugewandte hydraulische Wirkfläche der an der Düsennadel abgestützten Hülse größer als die dem zweiten Teilbereich der Hochdruckbohrung zugewandte hydraulische Wirkfläche ausgebildet werden.
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Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Hülse in Richtung des vorzugsweise ringförmigen Absatzes der Düsennadel von der Federkraft der Feder beaufschlagt ist, deren Federkraft die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt. Die Hülse ersetzt somit einen an der Düsennadel ausgebildeten oder mit der Düsennadel verbundenen Federteller. Vorzugsweise ist die Feder an einer ringförmigen Stirnfläche der Hülse abgestützt.
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Bevorzugt ist zwischen der Düsennadel und der weiteren Hülse, die weniger nah an der Einspritzöffnung angeordnet ist, ein Ringraum ausgebildet. Der Ringraum ermöglicht eine Kraftstoffströmung in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung.
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Vorteilhafterweise besitzt die weitere Hülse einen Bundabschnitt zur gehäuseseitigen Abstützung. Der Bundabschnitt erstreckt sich vorzugsweise nach radial außen. Der Bundabschnitt kann auf diese Weise als Federteller zur Abstützung der Feder dienen, deren Federkraft die Düsennadel, vorzugsweise mittelbar über die an der Düsennadel abgestützte andere Hülse, in Schließrichtung beaufschlagt. Weiterhin vorzugsweise ist die Hülse radial schwimmend in der Hochdruckbohrung gelagert, um etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen auszugleichen. Die schwimmende Lagerung in radialer Richtung lässt sich in einfacher Weise über den Bundabschnitt der Hülse zur gehäuseseitigen Abstützung realisieren.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Feder, deren Federkraft die Düsennadel unmittelbar oder mittelbar in Schließrichtung beaufschlagt, radial außen liegend in Bezug auf wenigstens eine Hülse angeordnet ist. Die Feder wird demzufolge nicht von Kraftstoff durchströmt. Auf diese Weise werden Strömungskräfte auf die bewegten Bauteile verhindert, welche die Funktion dieser Bauteile beeinträchtigen könnten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Düsennadel gestuft ausgeführt. Die gestufte Ausführung vereinfacht die Ausbildung eines ringförmigen Absatzes zur Abstützung einer Hülse des mehrteilig ausgeführten Drosselbohrungskörpers. Weiterhin bevorzugt weist die Düsennadel im Bereich eines vom Drosselbohrungskörper umgebenen Abschnitts einen verringerten Außendurchmesser auf. Dadurch ist sichergestellt, dass eine an diesem Absatz abgestützte Hülse über die zusätzlich in Schließrichtung wirkende hydraulische Druckkraft in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gegen den Absatz gedrückt wird.
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Ferner kann der mehrteilig ausgeführte Drosselbohrungskörper dergestalt sein, dass die Hülsen einen Hubanschlag ausbildend zusammenwirken. Der Hubanschlag begrenzt den Hub der Düsennadel, was sich ebenfalls vorteilhaft auf ein schnelles Nadelschließen auswirkt. Als erste Anschlagfläche kann beispielsweise eine Bodenfläche einer topfförmigen ersten Hülse und als zweite Anschlagfläche eine ringförmige Stirnfläche einer in der ersten Hülse geführten zweiten Hülse dienen.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen. Der mehrteilige Drosselbohrungskörper ist dabei bevorzugt über eine seiner Hülsen an einem Körperbauteil des Kraftstoffinjektors, beispielsweise einem Haltekörper oder einer Zwischenplatte, abgestützt. Vorzugsweise ist das Körperbauteil plattenförmig ausgebildet und besitzt eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme der Düsennadel oder eines mit der Düsennadel koppelbaren Druckstifts. Weiterhin vorzugsweise dient die zentrale Ausnehmung im Körperbauteil zugleich als Zulaufkanal. Die Ausnehmung besitzt demnach bevorzugt einen Innendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser der Düsennadel oder des Druckstifts in diesem Bereich ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die dargestellte Düsenbaugruppe umfasst eine Düsennadel 1, die in einer Hochdruckbohrung 2 eines Düsenkörpers 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Über die Hubbewegung der Düsennadel 1 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 4 freigebbar und verschließbar. Bei freigegebener Einspritzöffnung 4 wird unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) eingespritzt.
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In Schließrichtung ist die Düsennadel 1 von der Federkraft einer Feder 5 beaufschlagt, die hierzu einerseits an einem Bundabschnitt 10 einer ersten Hülse 7.1 und andererseits an einer ringförmigen Stirnfläche 14 einer topfförmigen zweiten Hülse 7 eines mehrteilig ausgeführten Drosselbohrungskörpers 7 abgestützt ist. In der topfförmigen zweiten Hülse 7.2 ist eine durch einen Bodenbereich 15 der Hülse 7.2 schräg verlaufende Drosselbohrung als Schließdrossel 6 ausgebildet, die Teil des Strömungsweges des einzuspritzenden Kraftstoffs ist. Die Schließdrossel 6 bewirkt, dass der hydraulische Druck p1 in einem ersten Teilbereich 2.1 der Hochdruckbohrung 2 größer als der hydraulische Druck p2 in einem zweiten Teilbereich 2.2 der Hochdruckbohrung 2 ist. Die Druckdifferenz wiederum führt zu einer in Schließrichtung wirkenden hydraulischen Kraft, welche die topfförmige Hülse 7.2 und mittelbar über die topfförmige Hülse 7.2 die Düsennadel 1 beaufschlagt. Die hydraulische Kraft bewirkt gemeinsam mit der Federkraft der Feder 5 ein schnelles Nadelschließen.
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Die topfförmige Hülse 7.2 ist hierzu an einem ringförmigen Absatz 8 der Düsennadel 1 abgestützt und mittels der Federkraft der Feder 5 in Richtung des Absatzes 8 axial vorgespannt. Die Federkraft der Feder 5 sowie die in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft bewirken eine Dichtkraft, die eine Leckage im Kontaktbereich 16 der Hülse 7.2 mit der Düsennadel 1 weitgehend verhindert.
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Die topfförmige Hülse 7.2 umgibt die weitere Hülse 7.1 des mehrteiligen Drosselbohrungskörpers 7 bereichsweise, so dass diese über die topfförmige Hülse 7.2 geführt wird. Der Führungsbereich 17 stellt einen weiteren in der Regel leckagebehafteten Kontaktbereich dar. Vorliegend wirken jedoch die Druckverhältnisse in den Teilbereichen 2.1, 2.2 der Hochdruckbohrung 2 einer Leckage entgegen. Denn innenumfangseitig an der von dem einzuspritzenden Kraftstoff durchströmten Hülse 7.1 liegt der Druck p1, außenumfangseitig an der Hülse 7.2 der Druck p2 an. Aufgrund der Druckdifferenz wird die Wandung der Hülse 7.1 gegen die Wandung der Hülse 7.2 gedrückt. In Abhängigkeit vom Druck p1 kann die Hülse 7.1 zudem eine radiale Aufweitung erfahren. Damit die Hülse 7.1 von dem einzuspritzenden Kraftstoff durchströmt wird, ist zwischen der Hülse 7.1 und der Düsennadel 1 ein Ringraum 9 ausgebildet, der Teil des Strömungsweges des einzuspritzenden Kraftstoffs ist.
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Eine weitere grundsätzlich leckagebehaftete Dichtstelle stellt der Kontaktbereich 18 der Hülse 7.1 an einem plattenförmigen Körperbauteil 11 des Kraftstoffinjektors dar. Da vorliegend jedoch die Feder 5 an dem Bundabschnitt 10 der Hülse 7.1 abgestützt ist, drückt die Federkraft der Feder 5 die Hülse 7.1 gegen das Körperbauteil 11. Darüber hinaus liegt an der Stirnfläche der Hülse 7.1, die dem Kontaktbereich 18 abgewandt ist, der Druck p1 an, der eine zusätzliche hydraulische Kraft in Richtung des Körperbauteils 11 bewirkt. Die Stirnfläche der Hülse 7.1 bildet vorliegend zugleich einen Hubanschlag 13 aus, wenn beim Nadelöffnen die Hülse 7.2 über ihren Bodenbereich 15 in Kontakt mit der als Hubanschlag 13 dienenden Stirnfläche der Hülse 7.1 gelangt.
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Die Düsennadel 1 der dargestellten Düsenbaugruppe ist gestuft ausgeführt und besitzt einen Abschnitt 12 mit verringertem Außendurchmesser zur Aufnahme des mehrteiligen Drosselbohrungskörpers 7 und zur Ausbildung des ringförmigen Absatzes 8, an dem die topfförmige Hülse 7.2 des Drosselbohrungskörpers 7 abgestützt ist. Der einzuspritzende Kraftstoff strömt an diesem Abschnitt 12 der Düsennadel 1 vorbei in Richtung der Schließdrossel 6 und gelangt über die Schließdrossel 6 in den zweiten Teilbereich 2.2 der Hochdruckbohrung 2. Die Strömungsrichtung des Kraftstoffs ist mittels der Pfeile 19 angegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011076665 A1 [0002, 0003]
