EP2478211B1 - Düsenbaugruppe für ein einspritzventil und einspritzventil - Google Patents

Düsenbaugruppe für ein einspritzventil und einspritzventil Download PDF

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EP2478211B1
EP2478211B1 EP10752583.4A EP10752583A EP2478211B1 EP 2478211 B1 EP2478211 B1 EP 2478211B1 EP 10752583 A EP10752583 A EP 10752583A EP 2478211 B1 EP2478211 B1 EP 2478211B1
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EP
European Patent Office
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nozzle body
recesses
nozzle
elevations
injection
Prior art date
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Active
Application number
EP10752583.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2478211A1 (de
Inventor
Milos Tichy
Junmei Shi
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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Priority claimed from DE102009054399.6A external-priority patent/DE102009054399B4/de
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2478211A1 publication Critical patent/EP2478211A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14

Definitions

  • the invention relates to a nozzle assembly for an injection valve and an injection valve with a nozzle assembly.
  • soot is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective cylinder of the internal combustion engine.
  • a starting point here is to achieve a very good treatment of the air / fuel mixture, and thus to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine and fuel consumption.
  • a correspondingly improved mixture preparation can be achieved if the fuel is metered under very high pressure.
  • the fuel pressures are up to over 2000 bar, when using gasoline internal combustion engines, the fuel pressures are about 200 bar.
  • Such high pressures make both high demands on the material of the nozzle assembly, on their construction and on the entire injection valve , At the same time, larger forces must be absorbed by the nozzle assembly.
  • a fuel injection valve in which the surface roughness of the valve seat in a roughness range upstream of the discharge edge of the Valve seat and downstream of the sealing seat is greater than the surface roughness of the valve seat outside the roughness range.
  • the DE 10260975 A1 discloses a fuel injection valve having a valve needle having a valve sealing surface on which are formed at least two annular grooves located upstream of the injection ports.
  • the object of the invention is to provide a nozzle assembly and an injection valve which enable reliable and precise operation.
  • the invention is characterized by a nozzle assembly for an injection valve with a nozzle body, which has a nozzle body recess with a wall and at least one injection opening.
  • the nozzle body recess can be hydraulically coupled to a high-pressure circuit of a fluid, and the at least one injection opening is hydraulically coupled to the nozzle body recess.
  • the nozzle assembly has at least one nozzle needle axially movably arranged in the nozzle body recess with a central axis and a needle tip. The needle tip cooperates with a wall of the nozzle body recess such that the nozzle needle prevents fluid flow through the at least one injection opening in a closed position and releases fluid flow through the at least one injection opening in an open position.
  • a sealing seat are formed on the wall of Düsenanalysisaus originallyung and on the Nadelkuppe a seating area. These enable the above-described interaction.
  • recesses and / or elevations formed as microstructures are arranged downstream of the sealing seat and of the seating area at least on the needle tip and / or on at least one surface area of the nozzle body recess.
  • the intensity of the turbulence of the fluid is designated, which under a predetermined pressure of the fluid with a desired distribution the shear rates in the fluid and a desired formation of the size and distribution of turbulent vortices of the fluid is correlated.
  • it is not determined by random unevennesses on the needle tip, in the wall of the nozzle body or in the wall of the at least one injection opening.
  • This arrangement has the advantage that a high intensity of the turbulence can be achieved, in particular in the at least one injection opening. Thus, a good vortex formation in the fluid can be achieved. Thus, a well-formed spray pattern with very small fluid droplets can be obtained at the injection valve. Furthermore, in this way the jet of the spray can reach a small length and a large width. In addition, a high mass flow of fluid through the nozzle assembly of the injector can be achieved.
  • the at least one surface region is part of the wall of the nozzle body and / or part of the wall of the at least one injection opening.
  • the recesses and / or elevations are annular. This has the advantage that such forms can be produced in a simple manner.
  • the recesses and / or elevations have a zigzag-shaped structure. In this way, a high intensity of the turbulence of the fluid in the at least one injection opening can be achieved. Furthermore, the recesses and surveys can be very can be easily made on the Nadelkuppe or the injector body.
  • the recesses and / or elevations are parts of a predetermined surface roughness of the needle tip and / or the wall of the nozzle body recess and / or the wall of the at least one injection opening.
  • a suitable surface roughness of the needle tip or of the injector body can already be provided in a simple manner during production.
  • a portion of the nozzle body recess is formed downstream of the sealing seat, which is hydraulically coupled to the at least one injection port.
  • the surface area of the nozzle body recess is in this case a wall of the section of the nozzle body recess. Since the speed of the fluid in the section of the nozzle body recess can be particularly high, the arrangement of the recesses and / or elevations on the wall of the section of the nozzle body recess has the advantage that the high intensity of the turbulence of the fluid can be achieved particularly easily.
  • the portion of the nozzle body recess is formed as a blind hole.
  • the nozzle body has an edge or a transition section between the section designed as a blind hole and further sections of the nozzle body recess.
  • the recesses and / or elevations are arranged in the region of the edge or of the transitional section of the nozzle body.
  • the transition section is in particular a section of the nozzle body, in which this a rounding or a zone with a continuous transition between the formed as a blind hole portion and the other portions of the nozzle body recess Has.
  • the edge or the transition section has the advantage that the high intensity of the turbulence of the fluid can be achieved particularly easily, and these turbulences can be transferred into the at least one injection opening in a particularly effective manner.
  • the nozzle body has a further edge or a further transition section between the section of the nozzle body recess and the at least one injection opening.
  • the recesses and / or elevations are arranged in the region of the further edge of the nozzle body.
  • the recesses or elevations designed as microstructures have a height or depth of at least approximately 3 ⁇ m. With such small heights or depths of the recesses or elevations, a high intensity of the turbulence of the fluid can already be achieved, in particular at the further edge or at the further transition section between the section of the nozzle body recess and the at least one injection opening.
  • the recesses or elevations designed as microstructures have a height or depth of at least approximately 18 ⁇ m. Such heights or depths of the recesses or elevations enable a high intensity of the turbulence of the fluid both in the section of the nozzle body recess and in the at least one injection opening.
  • the nozzle assembly has at least two injection openings 24.
  • the recesses and / or elevations are arranged and formed in a wall of the portion of the nozzle body recess such that a fluid vortex can be generated in each of the injection openings by means of the recesses and / or the elevations.
  • the recesses and / or elevations are designed such that the fluid can be supplied to the injection openings in such a way that vortex formation can be achieved in each of the injection openings.
  • This arrangement has the advantage that a secure vortex formation is possible in the injection openings.
  • a reduced axial velocity and, on the other hand, an additional tangential velocity component can be achieved. Due to the tangential component, a swirling flow with a lower pressure in the spin axis occurs in the injection openings. Under certain flow conditions, this pressure may reach levels at which cavitation occurs. The cavitation bubbles created during cavitation collapse on exiting the injection openings, releasing energy from the surface tension of the cavitation bubbles and causing pressure waves. The combination of the tangential flow component together with the energy of the pressure waves and the surface tension causes a very fine atomization of the fluid, an extension of the individual spray cone angle and thus a reduced axial penetration depth of the spray.
  • each of the injection openings is at least one of the recesses and / or Assigned to surveys. This has the advantage that only minor modifications to the nozzle body are required, and yet safe vortex formation can be achieved in each of the injection openings.
  • each of the injection openings are each associated with two of the recesses and / or elevations.
  • the portion of the nozzle body recess is formed as a blind hole with a blind hole wall and a blind hole bottom.
  • the injection openings are arranged in the blind hole bottom.
  • Each of the injection openings are each associated with two of the recesses and / or elevations.
  • One of these recesses and / or elevations is arranged in the blind hole bottom, and the further of these recesses and / or elevations is arranged in the blind hole wall.
  • the recesses are channel-shaped and / or the surveys rod-shaped and each extending in a longitudinal direction.
  • the longitudinal directions of the recesses and / or elevations are tangents of the injection openings. This has the advantage that a very simple production of the recesses and / or surveys is possible.
  • the recesses and / or the elevations are curved towards the injection openings. This has the advantage that a supply of fluid to the injection openings in each case from two opposite directions to the injection openings and thus a targeted formation of a predetermined direction of rotation of the fluid in the injection openings is possible. Thus, a vortex formation in the injection openings in a very stable manner possible.
  • the recesses and / or elevations on the nozzle body can be produced very simply and inexpensively by means of a sintering process.
  • the invention is characterized by an injection valve with a nozzle assembly according to the first aspect and an actuator.
  • the actuator is designed to act on the nozzle assembly.
  • FIG. 1 shows an injection valve with a nozzle assembly 10 and an actuator 11.
  • the actuator 11 interacts functionally with the nozzle assembly 10.
  • the nozzle assembly 10 has a nozzle body 12, the actuator 11 has an injector body 13.
  • the nozzle body 12 is fixedly coupled to the injector body 13 by means of a nozzle retaining nut 34.
  • the nozzle body 12 and the injector body 13 thus form a common housing of the injection valve.
  • the nozzle body 12 has a nozzle body recess 14 with a wall 16.
  • a nozzle needle 18 is arranged with a central axis Z, which forms the nozzle assembly 10 together with the nozzle body 12.
  • the nozzle needle 18 has a needle tip 20 at one end.
  • the nozzle needle 18 is guided in a region of the nozzle body recess 14. It is further biased by a nozzle spring 22 so as to prevent fluid flow through an injection port 24 disposed in the nozzle body 12 when no further forces are applied to the nozzle needle 16.
  • the injector body 13 has a recess in which an actuator 38 is arranged.
  • the actuator 38 is designed as a stroke actuator and is preferably a piezoelectric actuator comprising a stack of piezoelectric elements.
  • the piezoactuator changes its axial extent depending on an applied voltage signal.
  • the actuator can also be designed as another known to those skilled in the art for this purpose and known as suitable actuator, for example as an electromagnetic actuator.
  • the actuator 38 acts via a transformer on the nozzle needle 18, so that they can perform an axial movement.
  • the nozzle spring 22 is supported on the one hand on a pot bottom of a mechanically coupled to the actuator 38 cup-shaped body.
  • the nozzle spring 22 is on the other hand an end face of the nozzle needle 18. It is biased accordingly and thus exerts on the nozzle needle 18 a force acting in the closing direction.
  • the nozzle needle 18 Upon actuation of the actuator 38, the nozzle needle 18 is moved in the axial direction from its closed position to its open position, in which it releases the fluid flow through the injection openings 24.
  • bores 44 are introduced, which penetrate the nozzle needle 18 from its the pot bottom of the pot-shaped body side facing in a section at least along part of its axial extent. In another section, the holes 44 are directed radially outward.
  • the fluid in particular the fuel, can pass through the bores 44 and continues to flow through a gap between the nozzle needle 18 and the nozzle body 12 to the injection openings 24.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a section II of FIG. 1 in the area of the needle tip 20 and the nozzle body 12.
  • a sealing seat 50 which is formed cone-shaped.
  • the nozzle needle 18 has a seat region 52 in the region of the needle tip 20.
  • the seat region 52 of the needle tip 20 cooperates with the sealing seat 50 of the nozzle body 12 such that the nozzle needle 18 prevents fluid flow through the at least one injection opening 24 in a closed position and in an open position a fluid flow through the at least one injection port 24 releases.
  • a plurality of injection openings 24 are preferably formed, which can form an injection hole circle.
  • a portion 56 of the nozzle body recess 14 is formed downstream of the sealing seat 50.
  • the portion 56 of the nozzle body recess 14 is preferably formed as a blind hole.
  • the portion 56 of the nozzle body recess 14 is hydraulically coupled to the injection openings 24. In this way, it is possible that fluid can pass from the gap between the needle tip 20 and the nozzle body 12 in the portion 56 of the nozzle body recess 14 and finally on to the injection openings 24.
  • the portion 56 of the nozzle body recess 14 has a wall 58, which is a part of the wall 16 of the nozzle body recess 14.
  • injection openings 24 have walls 60.
  • the nozzle body 12 has an edge or a transition portion 62.
  • the nozzle body 12 has further edges or further transition sections 64.
  • each of the further edges or further transition sections 64 is assigned to one of the injection openings 24.
  • nozzle body recess 14 On a surface region of the nozzle body recess 14, but preferably on a plurality of recesses and / or elevations designed as microstructures according to the invention are arranged such that by means of the recesses and / or the elevations 66,68,70,72,74 a predetermined intensity of Turbulence of the fluid in the at least one injection port 24 can be generated.
  • the recesses and elevations 66 designed as microstructures are formed on the wall 58 of the section 56 of the nozzle body recess 14.
  • the recesses and elevations 66 on the wall 58 of the portion 56 preferably have a height or depth of at least approximately 18 microns. With such a height or depth of the recesses and elevations 66, a high intensity of the turbulence of the fluid can be achieved within the portion 56 of the nozzle body recess 14. This turbulence of the fluid may result in a spray pattern having advantageous spatial distribution and small fluid droplets downstream of the injection ports 24.
  • the wall 58 of the section 56 of the nozzle body recess 14 has further recesses and elevations 68, which are arranged on the edge 62 of the nozzle body 12.
  • the recesses and projections 68 preferably have a height or depth of at least about 18 microns. In this way, a high intensity of the turbulence of the fluid in the at least one injection opening 24 can be produced in the section 56 of the nozzle body recess 14.
  • a good distribution of the droplets of the fluid and a spray pattern can be achieved with an advantageous spatial distribution.
  • the wall 58 of the section 56 of the nozzle body recess 14 has further recesses and elevations 70, which are arranged on the further edge or on the further transition section 64 between the formed as a blind hole portion 56 of the nozzle body recess 14 and the injection openings 24.
  • the recesses formed as microstructures and bumps 70 preferably have a height or depth of at least about 3 ⁇ m.
  • further recesses and elevations 72 are formed on the needle tip 20.
  • the recesses and elevations 72 designed as microstructures preferably have a height or depth of at least approximately 18 ⁇ m in order thus to achieve a high intensity of turbulence in the section 56 of the nozzle body recess 14 and subsequently in the injection openings 24.
  • very small droplet sizes can be achieved at the outlet of the fluid at the injection openings 24.
  • recesses and elevations 74 are preferably arranged in the wall 60 of the injection opening 24 and formed as microstructures.
  • the recesses and projections 74 preferably have a height or depth of at least about 3 microns, so as to achieve a high intensity of turbulence of the fluid in the injection openings 24.
  • the recesses and elevations 66, 68, 70, 72, 74 preferably have a regular shape.
  • the recesses and elevations 66, 68, 70, 72, 74 are annular in a presently not claimed embodiment. This allows easy production of the recesses and elevations ( FIG. 3 ).
  • the recesses and elevations 66, 68, 70, 72, 74 are zigzag-shaped educated. This can be a particularly high intensity of
  • Turbulence of the fluid can be achieved in the injection openings 24 ( FIG. 3 ).
  • the recesses and elevations 66, 68, 70, 72, 74 have an irregular shape.
  • the recesses and elevations 66, 68, 70, 72, 74 formed as microstructures are formed in a further preferred embodiment as surface roughness.
  • cavitation in the injection openings 24 can be achieved by the recesses and elevations 70, 74 formed as microstructures. This makes possible, especially in the case of the use of the injection valve in an internal combustion engine, a high quality of combustion of the fuel. In particular, when using a plurality of injection openings 24, this can lead to an improvement of a stratified combustion operation in a cylinder of the internal combustion engine.
  • a configuration of the recesses and elevations 66, 68, 72, with a height or depth of at least approximately 18 ⁇ m, can generally lead to a very high intensity of the turbulence of the fluid in the injection openings 24 in the case of use of the injection valve in an internal combustion engine.
  • the recesses and elevations 70, 74 formed as microstructures have a height or depth of at least approximately 3 ⁇ m. Due to the generally small diameter of the injection openings 24 is also for such small ups and downs of the recesses and elevations 70, 74 a high intensity of the turbulence of the fluid in the injection ports 24 can be achieved.
  • a very high intensity of the turbulence of the fluid in the injection openings 24 and a small droplet size and a well-formed spray pattern of the fluid at the exit of the injection openings 24 can be achieved.
  • a high mass flow of the fluid and a high stability of the mass flow of the fluid can be achieved.
  • FIG. 4 shows a further example of an injection valve with a nozzle assembly 10 and an actuator 11.
  • the actuator 11 also interacts here functionally with the nozzle assembly 10.
  • the nozzle assembly 10 has a nozzle body 12, the actuator 11 has an injector body 13.
  • the nozzle body 12 is fixedly coupled to the injector body 13 by means of a nozzle retaining nut 34.
  • the nozzle body 12 and the injector body 13 form a common housing of the injection valve.
  • the nozzle body 12 has a nozzle body recess 14 with a wall 16.
  • a nozzle needle 18 is arranged with a central axis Z, which forms the nozzle assembly 10 together with the nozzle body 12.
  • the nozzle needle 18 has at one end a needle tip 20.
  • the nozzle needle 18 is guided in a region of the nozzle body recess 14 and biased by a nozzle spring 22.
  • injection openings 24 are preferably arranged near the needle tip 20. In a region surrounding the injection openings 24, the nozzle body 12 can be made consist of a sintered metal. In the nozzle body 12, a plurality of injection openings 24 are preferably formed, which can form an injection hole circle.
  • the injector body 13 has a recess in which an actuator 38 is arranged.
  • the actuator 38 is designed as a stroke actuator.
  • the actuator 38 acts on the nozzle needle 18, so that they can perform an axial movement.
  • the nozzle spring 22 exerts on the nozzle needle 18 a force acting in the closing direction, so that it prevents fluid flow through the plurality of injection openings 24 arranged in the nozzle body 12 when no further forces act on the nozzle needle 18.
  • the nozzle needle 18 Upon actuation of the actuator 38, the nozzle needle 18 is moved in the axial direction from its closed position to its open position, in which it releases the fluid flow through the injection openings 24.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of a section V of FIG. 4 in the area of the needle tip 20 and the nozzle body 12.
  • the nozzle body 12 On the wall 16 of the nozzle body recess 14, the nozzle body 12 has a conical sealing seat 50.
  • the nozzle needle 18 has in the area of the needle tip 20 a seating area 52 which cooperates with the sealing seat 50 of the nozzle body 12 in such a way that the nozzle needle 18 flows fluid in a closed position prevents the at least one injection port 24 and in an open position, a fluid flow through the at least one injection port 24 releases.
  • a portion 56 of the nozzle body recess 14 is formed with the injection openings 24 is hydraulically coupled. In this way, the fluid from the gap between the needle tip 20 and the nozzle body 12 in the section 56 of the nozzle body recess 14 and finally reach the injection ports 24 further.
  • the portion 56 of the nozzle body recess 14 has a wall 58, which is a part of the wall 16 of the nozzle body recess 14.
  • the portion 56 of the nozzle body recess 14 is formed as a blind hole.
  • the blind hole has a blind hole wall 59 and a blind hole bottom 61.
  • the injection openings 24 are arranged in the blind hole bottom 61.
  • the nozzle body 12 has an edge 64.
  • FIG. 6 is the nozzle body 12 in the region of the portion 56 of the nozzle body recess 14 in a presently not claimed embodiment with the elevations 68 shown.
  • the nozzle body 12 has in the embodiment shown here six injection openings 24, which are arranged relative to the central axis Z at an angular distance of 60 ° to each other in the blind hole bottom 61. In further embodiments, the number of injection openings 24 may also assume a different value.
  • Each of the injection openings 24 are each associated with two elevations 68.
  • One of the protrusions 68 is in the blind hole bottom 61, and the other of the protrusions 68 is arranged in the blind hole wall 59.
  • the elevations 68 are rod-shaped.
  • the elevations 68 arranged in the blind hole wall 59 extend in each case Longitudinal directions L1.
  • the elevations 68 arranged in the blind hole bottom 61 each extend in longitudinal directions L2.
  • the longitudinal directions L1, L2 of the elevations 68 are tangents of the injection openings 24.
  • the recesses 66 are arranged in the portion 56 of the nozzle body recess 14.
  • Each of the injection openings 24 are each associated with two of the recesses 66.
  • one of the recesses 66 is arranged in the blind hole bottom 61, and another of the recesses 66 in the blind hole wall 59.
  • the recesses 66 in the blind hole wall 59 each extend in longitudinal directions L1, the recesses 66 in the blind hole bottom 61 each extend in longitudinal directions L2.
  • the longitudinal directions L1, L2 of the recesses 66 are tangents of the injection openings 24.
  • FIG. 8 is shown in a schematic representation of the vortex formation at the injection port 24.
  • a first fluid flow F1 which reaches the section 56 of the nozzle body recess 14 via the edge 64, is guided to the injection opening 24 by means of the recess 66 or elevation 68 arranged in the blind hole wall 59 and thus reaches a tangent of the injection opening 24
  • a further fluid flow F2 also passes into the section 56 of the nozzle body recess 14 via the edge 64 and is deflected tangentially to the injection opening 24 by the other recess 66 or elevation 68 in the blind hole bottom 61, not shown here.
  • a fluid vortex can be formed very rapidly at the injection opening 24, which has a high stability.
  • the fluid vortex passes through the injection opening 24 in a swirl-shaped manner. Due to the lower axial velocity of the particles of the Fluids relative to the higher tangential velocities of the fluid flows F1, F2 at the inlet to the injection openings 24 as well as in the injection openings 24 itself a fine atomization of the fluid and a large spray angle is made possible on the outside of the nozzle body 12.
  • finer atomization of the fluid and a larger spray angle at the outlet of the injection openings 24 can also be achieved in an injection valve with a plurality of injection openings 24, ie in a multi-hole nozzle , If the injection valve is used in particular in an internal combustion engine, a good distribution of the fuel in the air sucked in by the internal combustion engine and in particular stratification of the air / fuel mixture in a combustion chamber of the internal combustion engine can be achieved in this way, as well as a wetting of the surfaces in the combustion chamber small be kept or avoided.
  • the recesses 66 are arranged in the wall 58 in each case between two injection openings 24.
  • fluid flows F1, F2 can first pass over the edge 64 in the formed as a blind hole portion 56 of the Düsenanalysisaus originallyung 14 and finally be deflected tangentially to the injection openings 24 by means of the recesses 66 in an opposite sense.
  • the recesses 66 are formed in an arc from the edge 64 to the injection openings 24, so that the fluid flows F1, F2 can pass directly from the edge 64 in an opposite sense tangential to the injection openings 24.
  • the fluid flows F1, F2 from a central region of the portion 56 of the nozzle body recess 14 near the central axis Z on the
  • Recesses 66 tangentially reach the injection openings 24 in an opposite sense. This is particularly preferred if the section 56 formed as a blind hole of the nozzle body recess 14 has a large depth, so that the fluid streams F1, F2 first arrive in the center of the blind hole formed portion 56 of the nozzle body recess 14 near the central axis Z, and then to the Injection openings 24 are guided.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil und ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe.
  • Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission und des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die Bildung von Ruß ist unter anderem stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, eine sehr gute Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches zu erreichen, und so die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen und den Kraftstoffverbrauch zu senken.
  • Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu über 2000 Bar, beim Einsatz von Benzin-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke circa 200 Bar. Derart hohe Drücke stellen sowohl hohe Anforderungen an das Material der Düsenbaugruppe, an deren Konstruktion als auch an das gesamte Einspritzventil. Gleichzeitig müssen größere Kräfte von der Düsenbaugruppe aufgenommen werden.
  • In der DE 103 44 584 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil offenbart, bei dem die Oberflächenrauhigkeit des Ventilsitzes in einem Rauhigkeitsbereich stromauf der Abspritzkante des Ventilsitzes und stromab des Dichtsitzes größer ist als die Oberflächenrauhigkeit des Ventilsitzes außerhalb des Rauhigkeitsbereiches.
  • Die DE 10260975 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzungsventil mit einer Ventilnadel, die eine Ventildichtfläche aufweist, auf der wenigstens zwei Ringnuten ausgebildet sind, die stromaufwärts der Einspritzungsöffnungen liegen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Düsenbaugruppe und ein Einspritzventil zu schaffen, die einen zuverlässigen und präzisen Betrieb ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Düsenbaugruppe für ein Einspritzventil mit einem Düsenkörper, der eine Düsenkörperausnehmung mit einer Wand sowie wenigstens eine Einspritzöffnung aufweist. Die Düsenkörperausnehmung ist mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar und die wenigstens eine Einpritzöffnung ist mit der Düsenkörperausnehmung hydraulisch gekoppelt. Die Düsenbaugruppe hat mindestens eine in der Düsenkörperausnehmung axial beweglich angeordnete Düsennadel mit einer Zentralachse und einer Nadelkuppe. Die Nadelkuppe wirkt derart mit einer Wand der Düsenkörperausnehmung zusammen, dass die Düsennadel in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung freigibt. Dabei sind an der Wand der Düsenkörperausnehmung ein Dichtsitz ausgebildet und auf der Nadelkuppe ein Sitzbereich. Diese ermöglichen das vorstehend beschriebene Zusammenwirken. Erfindungsgemäß sind stromabwärtzs des Dichtsitzes und des Sitzbereiches mindestens auf der Nadelkuppe und /oder an wenigstens einem Oberflächenbereich der Düsenkörperausnehmung als Mikrostrukturen ausgebildete Ausnehmungen und/oder Erhebungen angeordnet. Mittels der Ausnehmungen und/oder der Erhebungen ist eine vorgegebene Intensität der Turbulenz des Fluids in der mindestens einen Einspritzöffnung erzeugbar.
  • Als die vorgegebene Intensität der Turbulenz des Fluids wird die Intensität der Turbulenz bezeichnet, welche unter einem vorgegeben Druck des Fluids mit einer gewünschten Verteilung der Schergeschwindigkeiten in dem Fluid und einer gewünschten Ausbildung der Größe und Verteilung von turbulenten Wirbeln des Fluids korreliert ist. Sie ist insbesondere nicht durch zufällig bestehende Unebenheiten auf der Nadelkuppe, in der Wand des Düsenkörpers oder in der Wand der mindestens einen Einspritzöffnung bestimmt.
  • Diese Anordnung hat den Vorteil, dass eine hohe Intensität der Turbulenz insbesondere in der mindestens einen Einspritzöffnung erreicht werden kann. Damit kann eine gute Wirbelbildung in dem Fluid erreicht werden. Damit kann an dem Einspritzventil ein gut ausgebildetes Spraybild mit sehr kleinen Fluidtröpfchen erhalten werden. Des Weiteren kann auf diese Weise der Strahl des Sprays eine geringe Länge und eine große Breite erreichen. Darüber hinaus kann ein hoher Massenstrom des Fluids durch die Düsenbaugruppe des Einspritzventils erreicht werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der wenigstens eine Oberflächenbereich ein Teil der Wand des Düsenkörpers und/oder ein Teil der Wand der mindestens einen Einspritzöffnung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Ausnehmungen und/oder Erhebungen ringförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass derartige Formen in einfacher Weise hergestellt werden können.
  • Die Ausnehmungen und/oder Erhebungen weisen eine zickzackförmige Struktur auf. Damit kann eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids in der mindestens einen Einspritzöffnung erreicht werden. Des Weiteren können die Ausnehmungen und Erhebungen sehr einfach an der Nadelkuppe oder dem Injektorkörper hergestellt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Ausnehmungen und/oder Erhebungen Teile einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit der Nadelkuppe und/oder der Wand der Düsenkörperausnehmung und/oder der Wand der mindestens einen Einspritzöffnung. Damit kann in einfacher Weise bereits bei der Herstellung eine geeignete Oberflächenrauhigkeit der Nadelkuppe oder des Injektorkörpers vorgesehen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist stromabwärts des Dichtsitzes ein Abschnitt der Düsenkörperausnehmung ausgebildet, der mit der mindestens einen Einspritzöffnung hydraulisch gekoppelt ist. Der Oberflächenbereich der Düsenkörperausnehmung ist hierbei eine Wand des Abschnitts der Düsenkörperausnehmung. Da in dem Abschnitt der Düsenkörperausnehmung die Geschwindigkeit des Fluids besonders hoch sein kann, hat das Anordnen der Ausnehmungen und/oder Erhebungen an der Wand des Abschnitts der Düsenkörperausnehmung den Vorteil, dass die hohe Intensität der Turbulenz des Fluids besonders einfach erreicht werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Abschnitt der Düsenkörperausnehmung als Sackloch ausgebildet. Der Düsenkörper weist zwischen dem als Sackloch ausgebildeten Abschnitt und weiteren Abschnitten der Düsenkörperausnehmung eine Kante oder einen Übergangsabschnitt auf. Die Ausnehmungen und/oder Erhebungen sind im Bereich der Kante oder des Übergangsabschnitts des Düsenkörpers angeordnet. Der Übergangsabschnitt ist insbesondere ein Abschnitt des Düsenkörpers, in dem dieser eine Verrundung oder eine Zone mit einem kontinuierlichen Übergang zwischen dem als Sackloch ausgebildeten Abschnitt und den weiteren Abschnitten der Düsenkörperausnehmung hat. Die Kante oder der Übergangsabschnitt hat den Vorteil, dass die hohe Intensität der Turbulenz des Fluids besonders einfach erreicht werden kann, und diese Turbulenzen besonders effektiv in die mindestens eine Einspritzöffnung übertragen werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Düsenkörper zwischen dem Abschnitt der Düsenkörperausnehmung und der mindestens einen Einspritzöffnung eine weitere Kante oder einen weiteren Übergangsabschnitt auf. Die Ausnehmungen und/oder Erhebungen sind im Bereich der weiteren Kante des Düsenkörpers angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die hohe Intensität der Turbulenz des Fluids unmittelbar am Fluideintritt der mindestens einen Einspritzöffnung ausgebildet werden kann und so zu besonders kleinen Fluidtröpfchen beitragen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform haben die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen oder Erhebungen eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 3 µm. Mit derartig kleinen Höhen beziehungsweise Tiefen der Ausnehmungen oder Erhebungen kann insbesondere an der weiteren Kante oder an dem weiteren Übergangsabschnitt zwischen dem Abschnitt der Düsenkörperausnehmung und der mindestens einen Einspritzöffnung bereits eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform haben die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen oder Erhebungen eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 18 µm. Derartige Höhen beziehungsweise Tiefen der Ausnehmungen oder Erhebungen ermöglichen eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids sowohl in dem Abschnitt der Düsenkörperausnehmung und in der mindestens einen Einspritzöffnung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Düsenbaugruppe mindestens zwei Einpritzöffnungen 24 auf. Dabei sind in einer Wand des Abschnitts der Düsenkörperausnehmung die Ausnehmungen und/oder Erhebungen derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels der Ausnehmungen und/oder der Erhebungen ein Fluidwirbel in jeder der Einspritzöffnungen erzeugbar ist.
  • Die Ausnehmungen und/oder Erhebungen sind derart ausgebildet, dass das Fluid den Einspritzöffnungen derart zuführbar ist, dass eine Wirbelbildung in jeder der Einspritzöffnungen erreichbar ist.
  • Diese Anordnung hat den Vorteil, dass in den Einspritzöffnungen eine sichere Wirbelbildung möglich ist. Damit kann zum einen eine reduzierte axiale Geschwindigkeit und zum anderen eine zusätzliche tangentiale Geschwindigkeitskomponente erreicht werden. Durch die tangentiale Komponente entsteht in den Einspritzöffnungen eine Drallströmung mit einem niedrigeren Druck in der Drallachse. Unter gewissen Strömungsbedingungen kann dieser Druck Werte erreichen, bei denen eine Kavitation auftritt. Die bei der Kavitation entstehenden Kavitationsblasen kollabieren beim Austritt aus den Einspritzöffnungen, wobei Energie aus der Oberflächenspannung der Kavitationsblasen freigesetzt wird und Druckwellen entstehen. Die Kombination der tangentialen Strömungskomponente zusammen mit der Energie der Druckwellen und der Oberflächenspannung bewirkt eine sehr feine Zerstäubung des Fluids, eine Erweiterung der einzelnen Spraykegelwinkel und damit eine reduzierte axiale Eindringtiefe des Sprays.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist jeder der Einspritzöffnungen mindestens eine der Ausnehmungen und/oder Erhebungen zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass nur geringfügige Modifikationen an dem Düsenkörper erforderlich sind, und dennoch eine sichere Wirbelbildung in jeder der Einspritzöffnungen erreicht werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind jeder der Einspritzöffnungen jeweils zwei der Ausnehmungen und/oder Erhebungen zugeordnet. Damit ist eine Zuleitung von Fluid zu den Einspritzöffnungen jeweils aus zwei außermittigen Hauptstromrichtungen möglich, womit eine sehr gute und sichere Wirbelbildung in den Einspritzöffnungen möglich ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Abschnitt der Düsenkörperausnehmung als Sackloch mit einer Sacklochwand und einem Sacklochboden ausgebildet. Die Einspritzöffnungen sind in dem Sacklochboden angeordnet. Jeder der Einspritzöffnungen sind jeweils zwei der Ausnehmungen und/oder Erhebungen zugeordnet. Eine dieser Ausnehmungen und/oder Erhebungen ist in dem Sacklochboden angeordnet, und die weitere dieser Ausnehmungen und/oder Erhebungen ist in der Sacklochwand angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine Zuleitung von Fluid zu den Einspritzöffnungen jeweils aus zwei entgegengesetzten Richtungen auf die Einspritzöffnungen zu und damit eine gezielte Ausbildung und Verstärkung von Fluidwirbeln in den Einspritzöffnungen möglich ist. Damit kann eine besonders günstige Dynamik des Fluids im Hinblick auf die Ausbildung des Wirbels in den Einspritzöffnungen erreicht werden.
  • In einer vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform sind die Ausnehmungen kanalförmig und/oder die Erhebungen stabförmig ausgebildet und erstrecken sich jeweils in einer Längsrichtung. Die Längsrichtungen der Ausnehmungen und/oder Erhebungen sind Tangenten der Einspritzöffnungen. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr einfache Fertigung der Ausnehmungen und/oder Erhebungen möglich ist.
  • In einer weiteren vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform sind die Ausnehmungen und/oder die Erhebungen zu den Einspritzöffnungen hin gekrümmt ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine Zuleitung von Fluid zu den Einspritzöffnungen jeweils aus zwei entgegengesetzten Richtungen auf die Einspritzöffnungen zu und damit eine gezielte Ausbildung einer vorgegebenen Rotationsrichtung des Fluids in den Einspritzöffnungen möglich ist. Damit ist eine Wirbelbildung in den Einspritzöffnungen in einer sehr stabilen Weise möglich.
  • Die Ausnehmungen und/oder Erhebungen auf dem Düsenkörper können sehr einfach und kostengünstig mittels eines Sinterverfahrens hergestellt werden.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe gemäß des ersten Aspekts und einem Aktuator. Der Aktuator ist zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe ausgebildet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Einspritzventil im Längsschnitt,
    Figur 2
    eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts II der Figur 1 im Bereich einer Nadelkuppe einer Düsennadel, und
    Figur 3
    eine vergrößerte Darstellung von Ausbildungsformen von Ausnehmungen oder Erhebungen.
    Figur 4
    ein weiteres Einspritzventil im Längsschnitt,
    Figur 5
    eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts V der Figur 4 im Bereich eines Injektorkörpers,
    Figur 6
    den Injektorkörper in einer vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit Erhebungen,
    Figur 7
    den Injektorkörper in einer weiteren, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit Ausnehmungen,
    Figur 8
    eine prinzipielle Darstellung der Wirbelbildung an einer Einspritzöffnung,
    Figur 9
    den Injektorkörper in einer weiteren, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit Ausnehmungen,
    Figur 10
    den Injektorkörper in einer weiteren, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit Ausnehmungen, und
    Figur 11
    den Injektorkörper in einer weiteren, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit Ausnehmungen.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren-übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe 10 und einen Aktuator 11. Der Aktuator 11 wirkt funktional mit der Düsenbaugruppe 10 zusammen.
  • Die Düsenbaugruppe 10 hat einen Düsenkörper 12, der Aktuator 11 weist einem Injektorkörper 13 auf. Der Düsenkörper 12 ist mittels einer Düsenspannmutter 34 mit dem Injektorkörper 13 fest gekoppelt. Der Düsenkörper 12 und der Injektorkörper 13 bilden so ein gemeinsames Gehäuse des Einspritzventils.
  • Der Düsenkörper 12 hat eine Düsenkörperausnehmung 14 mit einer Wand 16. In der Düsenkörperausnehmung 14 ist eine Düsennadel 18 mit einer Zentralachse Z angeordnet, die zusammen mit dem Düsenkörper 12 die Düsenbaugruppe 10 bildet. Die Düsennadel 18 hat an einem Ende eine Nadelkuppe 20.
  • Die Düsennadel 18 ist in einem Bereich der Düsenkörperausnehmung 14 geführt. Sie ist ferner mittels einer Düsenfeder 22 so vorgespannt, dass sie einen Fluidfluss durch eine in dem Düsenkörper 12 angeordnete Einspritzöffnung 24 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 16 einwirken.
  • Der Injektorkörper 13 hat eine Ausnehmung, in der ein Stellantrieb 38 angeordnet ist. Der Stellantrieb 38 ist als Hubstellantrieb ausgebildet und ist vorzugsweise ein Piezoaktuator, der einen Stapel piezoelektrischer Elemente umfasst. Der Piezoaktuator ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von einem angelegten Spannungssignal. Der Stellantrieb kann jedoch auch als ein anderer dem Fachmann für diesen Zweck bekannter und als geeignet bekannter Stellantrieb, beispielsweise als ein elektromagnetischer Stellantrieb ausgebildet sein. Der Stellantrieb 38 wirkt über einen Übertrager auf die Düsennadel 18 ein, so dass diese eine axiale Bewegung ausführen kann.
  • Die Düsenfeder 22 stützt sich einerseits auf einem Topfboden eines mit dem Stellantrieb 38 mechanisch gekoppelten topfförmigen Körpers ab. Die Düsenfeder 22 liegt andererseits auf einer Stirnfläche der Düsennadel 18 auf. Sie ist entsprechend vorgespannt und übt so auf die Düsennadel 18 eine in Schließrichtung wirkende Kraft aus.
  • Bei Betätigung des Stellantriebs 38 wird die Düsennadel 18 in axialer Richtung von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die Einspritzöffnungen 24 freigibt.
  • In die Düsennadel 18 sind Bohrungen 44 eingebracht, welche die Düsennadel 18 von ihrer dem Topfboden des topfförmigen Körpers zugewandten Seite in einem Abschnitt zumindest entlang eines Teils ihrer axialen Erstreckung durchdringen. In einem weiteren Abschnitt sind die Bohrungen 44 radial nach außen gerichtet. Das Fluid, insbesondere der Kraftstoff, kann durch die Bohrungen 44 gelangen und strömt weiter durch einen Zwischenraum zwischen der Düsennadel 18 und dem Düsenkörper 12 zu den Einspritzöffnungen 24.
  • Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts II der Figur 1 im Bereich der Nadelkuppe 20 und des Düsenkörpers 12.
  • An der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 hat der Düsenkörper 12 einen Dichtsitz 50, der kegelmantelförmig ausgebildet ist. Die Düsennadel 18 hat im Bereich der Nadelkuppe 20 einen Sitzbereich 52. Der Sitzbereich 52 der Nadelkuppe 20 wirkt mit dem Dichtsitz 50 des Düsenkörpers 12 so zusammen, dass die Düsennadel 18 in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 24 verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 24 freigibt. In dem Düsenkörper 12 sind vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 24 ausgebildet, die einen Einspritzlochkreis formen können.
  • Stromabwärts des Dichtsitzes 50 ist ein Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ausgebildet. Der Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ist vorzugsweise als Sackloch ausgebildet. Der Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ist mit den Einspritzöffnungen 24 hydraulisch gekoppelt. Auf diese Weise ist es möglich, dass Fluid aus dem Zwischenraum zwischen der Nadelkuppe 20 und dem Düsenkörper 12 in den Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und schließlich weiter zu den Einspritzöffnungen 24 gelangen kann.
  • Der Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 hat eine Wand 58, die ein Teil der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 ist.
  • Des Weiteren haben die Einspritzöffnungen 24 Wände 60.
  • Zwischen dem vorzugsweise als Sackloch ausgebildeten Abschnitt 56 und weiteren Abschnitten der Düsenkörperausnehmung 14, die insbesondere zwischen der Nadelkuppe 20 und dem Düsenkörper 12 ausgebildet sind, weist der Düsenkörper 12 eine Kante oder einen Übergangsabschnitt 62 auf.
  • Zwischen dem Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und den Einspritzöffnungen 24 weist der Düsenkörper 12 weitere Kanten oder weitere Übergangsabschnitte 64 auf. Vorzugsweise ist jede der weiteren Kanten oder weiteren Übergangsabschnitte 64 einer der Einspritzöffnungen 24 zugeordnet.
  • An einem Oberflächenbereich der Düsenkörperausnehmung 14, vorzugsweise jedoch an mehreren, sind erfindungsgemäß als Mikrostrukturen ausgebildete Ausnehmungen und/oder Erhebungen angeordnet derart, dass mittels der Ausnehmungen und/oder der Erhebungen 66,68,70,72,74 eine vorgegebene Intensität der Turbulenz des Fluids in der mindestens einen Einspritzöffnung 24 erzeugbar ist.
  • Beispielsweise sind die als Mikrostrukturen ausgebildete Ausnehmungen und Erhebungen 66 an der Wand 58 des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ausgebildet. Die Ausnehmungen und Erhebungen 66 an der Wand 58 des Abschnitts 56 haben vorzugsweise eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens cirka 18 µm. Mit einer derartigen Höhe beziehungsweise Tiefe der Ausnehmungen und Erhebungen 66 kann innerhalb des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids erreicht werden. Diese Turbulenz des Fluids kann dazu führen, dass stromabwärts der Einspritzöffnungen 24 ein Spraybild mit einer vorteilhaften räumlichen Verteilung und kleinen Fluidtröpfchen vorliegt.
  • Weiter weist die Wand 58 des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 weitere Ausnehmungen und Erhebungen 68 auf, die an der Kante 62 des Düsenkörpers 12 angeordnet sind. Die Ausnehmungen und Erhebungen 68 haben vorzugsweise eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 18 µm. Damit kann in dem Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids in der mindestens einen Einspritzöffnung 24 hergestellt werden. Damit kann am Austritt der Einspritzöffnungen 24 eine gute Verteilung der Tröpfchen des Fluids und ein Spraybild mit einer vorteilhaften räumlichen Verteilung erreicht werden.
  • Die Wand 58 des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 weist weitere Ausnehmungen und Erhebungen 70 auf, die an der weiteren Kante oder an dem weiteren Übergangsabschnitt 64 zwischen dem als Sackloch ausgebildeten Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und den Einspritzöffnungen 24 angeordnet sind. Die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 70 haben vorzugsweise eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 3 µm. Damit kann am Eintritt zu den Einspritzöffnungen 24 und weiter in den Einspritzöffnungen 24 eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids erreicht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind weitere Ausnehmungen und Erhebungen 72 auf der Nadelkuppe 20 ausgebildet. Die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 72 haben vorzugsweise eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 18 µm, um so eine hohe Intensität der Turbulenz in dem Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und in der Folge in den Einspritzöffnungen 24 zu erreichen. Damit können sehr kleine Tröpfchengrößen am Austritt des Fluids an den Einspritzöffnungen 24 erreicht werden.
  • Weitere Ausnehmungen und Erhebungen 74 sind vorzugsweise in der Wand 60 der Einspritzöffnung 24 angeordnet und als Mikrostrukturen ausgebildet. Die Ausnehmungen und Erhebungen 74 haben vorzugsweise eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 3 µm, um so eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids in den Einspritzöffnungen 24 zu erreichen.
  • Die Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 weisen vorzugsweise eine reguläre Form auf.
  • Die Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 sind bei einer vorliegend nicht beanspruchten Ausgestaltung ringförmig ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Ausnehmungen und Erhebungen (Figur 3).
  • Vorliegend sind die Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 zickzackförmig ausgebildet. Damit kann eine besonders hohe Intensität der
  • Turbulenz des Fluids in den Einspritzöffnungen 24 erreicht werden (Figur 3).
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 eine irreguläre Form auf.
  • Die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Oberflächenrauhigkeit ausgebildet.
  • Die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 ermöglichen eine geeignete Ausbildung der Oberflächenrauhigkeit der Nadelkuppe 20 beziehungsweise der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 beziehungsweise der Wand 60 der Einspritzöffnung 24. Damit kann Strömungsenergie des Fluids in Wirbel einer turbulenten Strömung übertragen werden, um so die Ausbildung kleiner Tröpfchen des Fluids am Austritt der Einspritzöffnungen 24 zu erreichen. Damit kann die Länge des Spraykegels klein und die Breite des Spraykegels groß ausgebildet werden.
  • Des Weiteren kann durch die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 70, 74 eine Kavitation in den Einspritzöffnungen 24 erreicht werden. Dies ermöglicht insbesondere im Fall des Einsatzes des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine eine hohe Qualität der Verbrennung des Kraftstoffs. Insbesondere bei einem Einsatz von mehreren Einspritzöffnungen 24 kann dies zu einer Verbesserung eines geschichteten Verbrennungsbetriebs in einem Zylinder der Brennkraftmaschine führen.
  • Die Herstellung einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit der Nadelkuppe 20 beziehungsweise der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 beziehungsweise der Wand 60 der Einspritzöffnung 24 kann insbesondere während des Herstellungsprozesses der Düsennadel 18 beziehungsweise des Düsenkörpers 12 durch einen Sinterprozess realisiert werden. Dies bedeutet eine sehr kostengünstige Lösung der Ausbildung der Ausnehmungen und Erhebungen in der Nadelkuppe 20 beziehungsweise in den Wänden 16, 58, 60 des Düsenkörpers 12.
  • Durch das Herbeiführen einer Kavitation in den Einspritzöffnungen 24 können Rückstände, die sich während der Verbrennung eines Kraftstoffs an den Wänden 60 der Einspritzöffnungen 24 ablagern können, in einfacher Weise beseitigt werden.
  • Durch das Auftreten einer vorgegebenen Intensität der Turbulenz des Fluids kann kinetische Energie vom Hauptstrom des Fluids in die Wirbel des Fluids übertragen werden. Damit kann die Turbulenz des Fluids am Austritt der Einspritzöffnungen 24 hoch werden. So kann eine sehr gute Tröpfchenbildung des Fluids erreicht werden. Auf diese Weise kann die Länge des Spraystrahls gering und die Breite des Spraykegels groß sein.
  • Eine Ausbildung der Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 72, mit einer Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 18 µm kann im Falle eines Einsatzes des Einspritzventils in einer Brennkraftmaschine generell zu einer sehr hohen Intensität der Turbulenz des Fluids in den Einspritzöffnungen 24 führen. Im Bereich der weiteren Kante oder des weiteren Übergangsbereichs 64 des Düsenkörpers 12 und in den Wänden 60 der Einspritzöffnungen 24 kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 70, 74 eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 3 µm aufweisen. Aufgrund der in der Regel geringen Durchmesser der Einspritzöffnungen 24 ist auch für derart kleine Höhen und Tiefen der Ausnehmungen und Erhebungen 70, 74 eine hohe Intensität der Turbulenz des Fluids in den Einspritzöffnungen 24 erreichbar.
  • Generell lässt sich mit den als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und Erhebungen 66, 68, 70, 72, 74 eine sehr hohe Intensität der Turbulenz des Fluids in den Einspritzöffnungen 24 und eine kleine Tröpfchengröße und ein gut ausgebildetes Spraybild des Fluids am Austritt der Einspritzöffnungen 24 erreichen. Dabei kann ein hoher Massenstrom des Fluids und eine hohe Stabilität des Massenstroms des Fluids erreicht werden.
  • Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Einspritzventils mit einer Düsenbaugruppe 10 und einem Aktuator 11. Der Aktuator 11 wirkt auch hier funktional mit der Düsenbaugruppe 10 zusammen.
  • Die Düsenbaugruppe 10 hat einen Düsenkörper 12, der Aktuator 11 weist einen Injektorkörper 13 auf. Der Düsenkörper 12 ist mittels einer Düsenspannmutter 34 mit dem Injektorkörper 13 fest gekoppelt. Der Düsenkörper 12 und der Injektorkörper 13 bilden ein gemeinsames Gehäuse des Einspritzventils.
  • Der Düsenkörper 12 hat eine Düsenkörperausnehmung 14 mit einer Wand 16. In der Düsenkörperausnehmung 14 ist eine Düsennadel 18 mit einer Zentralachse Z angeordnet, die zusammen mit dem Düsenkörper 12 die Düsenbaugruppe 10 bildet. Die Düsennadel 18 hat an einem Ende eine Nadelkuppe 20. Die Düsennadel 18 ist in einem Bereich der Düsenkörperausnehmung 14 geführt und mittels einer Düsenfeder 22 vorgespannt.
  • In dem Düsenkörper 12 sind vorzugsweise nahe der Nadelkuppe 20 Einspritzöffnungen 24 angeordnet. In einem die Einspritzöffnungen 24 umgebenden Bereich kann der Düsenkörper 12 aus einem gesinterten Metall bestehen. In dem Düsenkörper 12 sind vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 24 ausgebildet, die einen Einspritzlochkreis formen können.
  • Der Injektorkörper 13 hat eine Ausnehmung, in der ein Stellantrieb 38 angeordnet ist. Der Stellantrieb 38 ist als Hubstellantrieb ausgebildet. Der Stellantrieb 38 wirkt auf die Düsennadel 18 ein, so dass diese eine axiale Bewegung ausführen kann.
  • Die Düsenfeder 22 übt auf die Düsennadel 18 eine in Schließrichtung wirkende Kraft aus, so dass sie einen Fluidfluss durch die in dem Düsenkörper 12 angeordneten mehreren Einspritzöffnungen 24 verhindert, wenn keine weiteren Kräfte auf die Düsennadel 18 einwirken. Bei Betätigung des Stellantriebs 38 wird die Düsennadel 18 in axialer Richtung von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt, in der sie den Fluidfluss durch die Einspritzöffnungen 24 freigibt.
  • Figur 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts V der Figur 4 im Bereich der Nadelkuppe 20 und des Düsenkörpers 12.
  • An der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 hat der Düsenkörper 12 einen kegelförmigen Dichtsitz 50. Die Düsennadel 18 hat im Bereich der Nadelkuppe 20 einen Sitzbereich 52, der mit dem Dichtsitz 50 des Düsenkörpers 12 so zusammenwirkt, dass die Düsennadel 18 in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 24 verhindert und in einer Offenposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung 24 freigibt.
  • Stromabwärts des Dichtsitzes 50 ist ein Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ausgebildet, der mit den Einspritzöffnungen 24 hydraulisch gekoppelt ist. Auf diese Weise kann das Fluid aus dem Zwischenraum zwischen der Nadelkuppe 20 und dem Düsenkörper 12 in den Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und schließlich weiter zu den Einspritzöffnungen 24 gelangen. Der Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 hat eine Wand 58, die ein Teil der Wand 16 der Düsenkörperausnehmung 14 ist. Der Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 ist als Sackloch ausgebildet. Das Sackloch hat eine Sacklochwand 59 und einen Sacklochboden 61. Die Einspritzöffnungen 24 sind in dem Sacklochboden 61 angeordnet.
  • Zwischen dem als Sackloch ausgebildeten Abschnitt 56 und weiteren Abschnitten der Düsenkörperausnehmung 14, die insbesondere zwischen der Nadelkuppe 20 und dem Düsenkörper 12 ausgebildet sind, weist der Düsenkörper 12 eine Kante 64 auf.
  • In der Wand 58 des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 sind Ausnehmungen 66 und/oder Erhebungen 68 angeordnet.
  • In Figur 6 ist der Düsenkörper 12 im Bereich des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 in einer vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform mit den Erhebungen 68 dargestellt. Der Düsenkörper 12 hat in der hier gezeigten Ausführungsform sechs Einspritzöffnungen 24, die bezogen auf die Zentralachse Z in einem Winkelabstand von 60° zueinander in dem Sacklochboden 61 angeordnet sind. In weiteren Ausführungsformen kann die Zahl der Einspritzöffnungen 24 auch einen anderen Wert annehmen. Jeder der Einspritzöffnungen 24 sind jeweils zwei Erhebungen 68 zugeordnet. Eine der Erhebungen 68 ist in dem Sacklochboden 61, und die andere der Erhebungen 68 ist in der Sacklochwand 59 angeordnet. Die Erhebungen 68 sind stabförmig ausgebildet. Die in der Sacklochwand 59 angeordneten Erhebungen 68 erstrecken sich jeweils in Längsrichtungen L1. Die in dem Sacklochboden 61 angeordneten Erhebungen 68 erstrecken sich jeweils in Längsrichtungen L2. Die Längsrichtungen L1, L2 der Erhebungen 68 sind Tangenten der Einspritzöffnungen 24.
  • In der in Figur 7 gezeigten, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform der Düsenbaugruppe 10 sind in dem Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 die Ausnehmungen 66 angeordnet. Jeder der Einspritzöffnungen 24 sind jeweils zwei der Ausnehmungen 66 zugeordnet. Jeweils eine der Ausnehmungen 66 ist in dem Sacklochboden 61, und eine andere der Ausnehmungen 66 in der Sacklochwand 59 angeordnet. Die Ausnehmungen 66 in der Sacklochwand 59 erstrecken sich jeweils in Längsrichtungen L1, die Ausnehmungen 66 in dem Sacklochboden 61 erstrecken sich jeweils in Längsrichtungen L2. Die Längsrichtungen L1, L2 der Ausnehmungen 66 sind Tangenten der Einspritzöffnungen 24.
  • In Figur 8 ist in einer prinzipiellen Darstellung die Wirbelbildung an der Einspritzöffnung 24 gezeigt. Ein erster Fluidstrom F1, der über die Kante 64 in den Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 gelangt, wird mittels der in der Sacklochwand 59 angeordneten, hier nicht dargestellten Ausnehmung 66 oder Erhebung 68 zu der Einspritzöffnung 24 geführt und gelangt so zu einer Tangente der Einspritzöffnung 24. Ein weiterer Fluidstrom F2 gelangt über die Kante 64 ebenfalls in den Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 und wird durch die hier nicht dargestellte andere Ausnehmung 66 oder Erhebung 68 in dem Sacklochboden 61 tangential zu der Einspritzöffnung 24 abgelenkt. Durch die im Wesentlichen sich gegenläufig verstärkende Bewegung der Fluidströme F1, F2 kann sich an der Einspritzöffnung 24 sehr rasch ein Fluidwirbel ausbilden, der eine hohe Stabilität aufweist. Der Fluidwirbel tritt strudelförmig durch die Einspritzöffnung 24 hindurch. Bedingt durch die geringere axiale Geschwindigkeit der Teilchen des Fluids relativ zu den höheren tangentialen Geschwindigkeiten der Fluidströme F1, F2 am Eintritt zu den Einspritzöffnungen 24 sowie in den Einspritzöffnungen 24 selbst wird auf der Außenseite des Düsenkörpers 12 eine feine Zerstäubung des Fluids und ein großer Spraywinkel ermöglicht. Durch die Zuordnung von jeweils zwei Ausnehmungen 66 beziehungsweise Erhebungen 68 zu jeder der Einspritzöffnungen 24 kann auch in einem Einspritzventil mit einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen 24, das heißt in einer Mehrlochdüse, eine feinere Zerstäubung des Fluids und ein größerer Spraywinkel am Austritt der Einspritzöffnungen 24 erreicht werden. Wird das Einspritzventil insbesondere in einer Brennkraftmaschine eingesetzt, so kann auf diese Weise eine gute Verteilung des Kraftstoffs in der durch die Brennkraftmaschine angesaugten Luft und insbesondere eine Schichtung des Luft-KraftstoffGemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht werden, sowie eine Benetzung der Oberflächen im Brennraum klein gehalten oder vermieden werden.
  • In der vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform der Figur 9 sind die Ausnehmungen 66 in der Wand 58 jeweils zwischen zwei Einspritzöffnungen 24 angeordnet. Damit können Fluidströme F1, F2 zunächst über die Kante 64 in den als Sackloch ausgebildeten Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 gelangen und schließlich mittels der Ausnehmungen 66 in einem gegenläufigen Sinn tangential zu den Einspritzöffnungen 24 abgelenkt werden.
  • In der in Figur 10 gezeigten, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform sind die Ausnehmungen 66 in einem Bogen von der Kante 64 zu den Einspritzöffnungen 24 ausgebildet, so dass die Fluidströme F1, F2 direkt von der Kante 64 in einem gegenläufigen Sinn tangential zu den Einspritzöffnungen 24 gelangen können.
  • In der in Figur 11 gezeigten, vorliegend nicht beanspruchten Ausführungsform können die Fluidströme F1, F2 aus einem Zentralbereich des Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 nahe der Zentralachse Z über die
  • Ausnehmungen 66 in einem gegenläufigen Sinn tangential zu den Einspritzöffnungen 24 gelangen. Dies ist besonders bevorzugt, wenn der als Sackloch ausgebildete Abschnitt 56 der Düsenkörperausnehmung 14 eine große Tiefe aufweist, so dass die Fluidströme F1, F2 zuerst in das Zentrum des als Sackloch ausgebildeten Abschnitts 56 der Düsenkörperausnehmung 14 nahe der Zentralachse Z gelangen, und dann zu den Einspritzöffnungen 24 geführt werden.

Claims (13)

  1. Düsenbaugruppe (10) für ein Einspritzventil, mit
    - einem Düsenkörper (12), der eine Düsenkörperausnehmung (14) und mindestens eine Einspritzöffnung (24) aufweist, wobei die Düsenkörperausnehmung (14) mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar ist und die Einspritzöffnung (24) mit der Düsenkörperausnehmung (14) hydraulisch gekoppelt ist, und
    - mindestens einer in der Düsenkörperausnehmung (14) axial beweglich angeordneten Düsennadel (18) mit einer Zentralachse (Z) und einer Nadelkuppe (20), wobei an einer Wand (16) der Düsenkörperausnehmung (14) ein Dichtsitz (50) und auf der Nadelkuppe (20) ein Sitzbereich (52) ausgebildet sind, und der Sitzbereich (52) mit dem Dichtsitz (50) derart zusammenwirkt, dass die Düsennadel (18) in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung (24) verhindert und in einer Offenposition den Fluidfluss durch die mindestens eine Einspritzöffnung (24) freigibt,
    dadurch gekennzeichnet dass stromabwärts des Dichtsitzes (50) und des Sitzbereiches (52) mindestens auf der Nadelkuppe (20) und/oder an wenigstens einem Oberflächenbereich (16, 60, 58) der Düsenkörperausnehmung (14) als Mikrostrukturen ausgebildete, eine zickzackförmige Struktur aufweisende Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68,70,72,74) angeordnet sind, derart, dass mittels der Ausnehmungen und/oder der Erhebungen (66,68,70,72,74) eine vorgegebene Intensität der Turbulenz des Fluids in der mindestens einen Einspritzöffnung (24) erzeugbar ist.
  2. Düsenbaugruppe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich eine Wand (16) des Düsenkörpers (12) und/oder eine Wand (60) der mindestens eine Einspritzöffnung (24) ist.
  3. Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68,70,72,74) ringförmig ausgebildet sind.
  4. Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68,70,72,74) Teile einer vorgegebenen Oberflächenrauhigkeit der Nadelkuppe (20) und/oder der Wand (16) der Düsenkörperausnehmung (14) und/oder der Wand (60) der mindestens einen Einspritzöffnung (24) sind.
  5. Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromabwärts des Dichtsitzes (50) ein Abschnitt (56) der Düsenkörperausnehmung (14) ausgebildet ist, der mit der mindestens einen Einspritzöffnung (24) hydraulisch gekoppelt ist, und wobei der Oberflächenbereich der Düsenkörperausnehmung (14) eine Wand (58) des Abschnitts (56) der Düsenkörperausnehmung (14) ist.
  6. Düsenbaugruppe (10) nach Anspruch 5, wobei der Abschnitt (56) der Düsenkörperausnehmung (14) als Sackloch ausgebildet ist, und der Düsenkörper (12) zwischen dem als Sackloch ausgebildeten Abschnitt (56) und weiteren Abschnitten der Düsenkörperausnehmung (14) eine Kante oder einen Übergangsabschnitt (62) aufweist, und die Ausnehmungen und/oder Erhebungen (68) im Bereich der Kante oder des Übergangsabschnitts (62) des Düsenkörpers (12) angeordnet sind.
  7. Düsenbaugruppe (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Düsenkörper (12) zwischen dem Abschnitt (56) der Düsenkörperausnehmung (14) und der mindestens einen Einspritzöffnung (24) eine weitere Kante oder einen weiteren Übergangsabschnitt (64) aufweist, und die Ausnehmungen und/oder Erhebungen (70) im Bereich der weiteren Kante oder des weiteren Übergangsabschnitts (64) des Düsenkörpers (12) angeordnet sind.
  8. Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68,70,72,74) eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 3 µm haben.
  9. Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die als Mikrostrukturen ausgebildeten Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68,72) eine Höhe beziehungsweise Tiefe von mindestens etwa 18 µm haben.
  10. Düsenbaugruppe (10) nach Anspruch 5, mit mindestens zwei Einspritzöffnungen (24), wobei jeder der Einspritzöffnungen (24) mindestens eine der Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68) zugeordnet ist.
  11. Düsenbaugruppe (10) nach Anspruch 10, wobei jeder der Einspritzöffnungen (24) jeweils zwei der Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68) zugeordnet sind.
  12. Düsenbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 5, 10 oder 11, wobei der Abschnitt (56) der Düsenkörperausnehmung (14) als Sackloch mit einer Sacklochwand (59) und einem Sacklochboden (61) ausgebildet ist, und die Einspritzöffnungen (24) in dem Sacklochboden (61) angeordnet sind, und jeder der Einspritzöffnungen (24) jeweils zwei der Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68) zugeordnet sind, und eine dieser Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68) in dem Sacklochboden (61) angeordnet ist, und die weitere dieser Ausnehmungen und/oder Erhebungen (66,68) in der Sacklochwand (59) angeordnet ist.
  13. Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Aktuator (11), wobei der Aktuator (11) zum Einwirken auf die Düsenbaugruppe (10) ausgebildet ist.
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