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Die
Erfindung beschreibt eine Einspritzdüse für ein Einspritzventil mit einer
hohlzylindrischen Form mit einem Boden mit einer kreisförmigen Abdichtfläche, wobei
in dem Boden ein Einspritzstutzen angeordnet ist und sich der Einspritzstutzen über eine
Einspritzöffnung
in einer Innenfläche
der Einspritzdüse entleert,
wobei der Einspritzstutzen in einem vorgegebenen Winkel zu einer
Längsachse
der Einspritzdüse
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 angeordnet ist, und ein Herstellungsverfahren für die Einspritzdüse gemäß Anspruch
7.
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Was
Benzinmotoren betrifft, die gesellschaftliche Notwendigkeiten wie
hohe Leistung, hohen Wirkungsgrad des Kraftstoffs und geringe Verschmutzung
erfüllen,
sind Motoren mit Kraftstoffeinspritzventilen mit Direkteinspritzung
des Gases im Allgemeinen anerkannt. Obwohl sich die Kraftstoffeinspritzventile
fortwährend
entwickeln, bleiben noch viele Probleme zu lösen, beispielsweise Hochdruckeinspritztechnologie,
Druckdichtheit und Wärmebeständigkeit,
um das Einspritzen des Kraftstoffs zum Direkteinspritzen des Kraftstoffs
in eine Verbrennungskammer nutzen zu können.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil mit Direkteinspritzung des Gases besteht
aus einer Düse
mit einem der Kraftstoffkammer direkt gegenüber liegenden Kraftstoffeinspritzstutzen,
einem Ventilgehäuse zum Öffnen und
Schließen
des Kraftstoffkanals, einer Magnetspule zum Schließen des
Ventilgehäuses,
einer Feder zum Schließen
des Ventils und einem Gabelstück
sowie einem Kern zur Ausbildung des Magnetkreises. Des Weiteren
sind eine Wirbelkammer am oberen Strom der Ventilmembran, um den
Kraftstoff mit einer Wirbelkraft auszustatten, und ein Federeinsteller
zum Einstellen der Menge der dynamischen Kraftstoffeinspritzung
enthalten.
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Eine
Konstruktionseigenschaft dieses Kraftstoffeinspritzventils mit Direkteinspritzung
des Gases umfasst, dass sich Druckdichtheit und Öldichtheit im Vergleich zu
dem Kraftstoffeinspritzventil bei herkömmlichen Gaseinspritzarten
verbessern, wobei der Kraftstoffdruck etwa 0,3 MPa beträgt, wenn
der Kraftstoffdruck einen solchen hohen Wert wie 3–10 MPa
erreicht, um die Kornfeinheit in den Tropfen der Kraftstoffsprühflüssigkeit
zur Verkürzung
der Verdampfungszeit und einen hohen Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzens
zur Verminderung der Kraftstoffeinspritzzeit einzustellen, und dass
sich Wärmebeständigkeit
und Gasdichtheit auf Grund dessen verbessern, dass das Verbrennungsgas
direkt auf die Düse
einwirkt.
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Eine
Einspritzdüse
ist aus dem
USA-Patent 6,092,743 bekannt.
In
US 6,494,388 und
DE 199 07 859 A1 ist
eine Kraftstoffeinspritzdüse
offenbart, die an ihrem stromab gelegenen Ende ein scheibenförmiges Ventilsitzelement
umfasst. Auf der stromauf gelegenen Seite des Ventilsitzelements
ist eine Wirbelscheibe angeordnet, die einen inneren Öffnungsbereich
aufweist, der sich über
die gesamte Axialdicke des Wirbelelements erstreckt. Der innere Öffnungsbereich
umfasst eine Wirbelkammer, durch welche eine Ventilnadel verläuft, und
eine Vielzahl von Wirbelkanälen,
die in die Wirbelkammer entleeren. Auf der stromauf gelegenen Seite
des Wirbelelements ist ein Führungselement
angeordnet, das eine mittige Führungsöffnung zum
Führen
der Ventilnadel und eine Vielzahl von Ausnehmungen umfasst, die über den
Umfang des Führungselements
verteilt sind. Durch die Ausnehmungen des Führungselements hindurch der
Kraftstoff in die Wirbelkanäle
und aus diesen in die Wirbelkammer. Aus der Wirbelkammer kann der
Kraftstoff durch eine Auslassöffnung
in dem Ventilsitzelement eingespritzt werden, wenn sich die Ventilnadel
nicht in ihrer geschlossenen Stellung befindet, in welcher die Auslassöffnung abgedichtet
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzdüse für ein Kraftstoffeinspritzventil
zu schaffen, das einen optimierten Sprühstrahl des Kraftstoffs einstellt.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird mit der Einspritzdüse
nach Anspruch 1 und einem Herstellungsverfahren für eine Einspritzdüse nach
Anspruch 7 erfüllt.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
Einspritzdüse
nach Anspruch 1 umfasst eine Wirbelscheibe, die zwischen einem Kraftstoffeinlass
und dem Blindloch am Boden der Düse
angeordnet ist. Die Wirbelscheibe umfasst die mittige Nadelbohrung
zur Aufnahme einer Nadel und Kanäle zum
Führen
des Kraftstoffs in Radialrichtung zu der mittigen Nadelbohrung.
Der Kanal umfasst eine Einlassöffnung
und eine Auslassöffnung.
Die Einlassöffnung
ist an einer oberen Fläche
der Wirbelscheibe angeordnet, und die Auslassöffnung entleert seitlich in
die mittige Nadelbohrung. Die Auslassöffnung des Kanals ist in einer
Ebene angeordnet, die von der Richtung des Einlasslochs gebildet
ist, und die Wirbelscheibe ist in einer vorgegebenen Position zu
der Einspritzöffnung
befestigt. Die Einspritzdüse
nach Anspruch 1 hat den Vorteil, dass der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl
eine homogenere Anordnung des Kraftstoffs mit einer kleineren durchschnittlichen Größe aufweist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Einspritzdüse einen Einspritzstutzen,
der eine zylindrische Form aufweist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Blindloch eine konische Form auf und ist
sym metrisch zu der Längsachse
der Einspritzdüse
angeordnet. Diese Ausführungsform
wird in günstiger
Weise hergestellt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Einspritzöffnung
des Einspritzstutzens wenigstens teilweise entlang der Längsachse der
Einspritzdüse
angeordnet. Die verbesserte Funktionsweise der Einspritzdüse wird
durch eine symmetrische Anordnung der Einspritzöffnung erzielt, mit deren Hilfe
der Einspritzstutzen in die Einspritzdüse entleert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Einspritzdüse
ist ein mittiger Teil der Einspritzöffnung des Einspritzstutzens
wenigstens in einer Richtung längsseits
der Längsachse
der Einspritzdüse
angeordnet, wenn auch dieses Merkmal die Sprüheigenschaften des eingespritzten
Kraftstoffs verbessert.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Einspritzstutzen am Boden der Düse über einen
elektrischen Entladevorgang und die Öffnung des Einspritzstutzens
betrieben, mit deren Hilfe der Einspritzstutzen in den Innenraum
der Einspritzdüse
entleert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein vertikaler Querschnitt eines Einspritzventils mit einer Einspritzdüse.
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2 ist
eine vertikale Querschnittsansicht des Bodens der Düse und des
Einspritzstutzens.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Wirbelscheibe über einer Öffnung eines
Einspritzstutzens.
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Bevor
eine Ausführungsform
der Erfindung ausführlicher
erläutert
wird, versteht es sich, dass die Erfindung in dieser Anmeldung nicht
auf die Einzelheiten der Konstruktion und die Anordnungen der Bauelemente
beschränkt
ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen
dargestellt sind. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen aufweisen und
in verschiedener Weise nach der Definition durch die beigefügten Ansprüche umgesetzt
oder ausgeführt
werden.
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Nunmehr
wird eine bevorzugte Ausführungsform
einer Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß der vorliegenden
Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine Längsansicht
eines Kraftstoffeinspritzventils 1, das in einem Kraftfahrzeugmotor
verwendet wird. Das Kraftstoffeinspritzventil ist im Grunde symmetrisch
zu einer mittigen Symmetrieachse 11. Das Einspritzventil
enthält
eine Düse 2.
Im Innern der Düse 2 ist
angrenzend an ein unteres Ende der Düse 2 eine Bodenplatte 3 angeordnet.
Die Bodenplatte 3 enthält
einen Einspritzstutzen 4, der in einem Winkel von 20° zu der mittigen
Symmetrieachse 11 angeordnet ist. Der Einspritzstutzen 4 sorgt
für Fluidverbindung
zwischen einem Innenraum des Kraftstoffeinspritzventils 1 und
einer Verbrennungskammer eines Kraftfahrzeugmotors. An einer Innenseite
der Bodenplatte 3 ist ein Ventilsitz 5 angeordnet.
Auf der Bodenplatte 3 ist eine Wirbelscheibe 13 angeordnet.
Die Wirbelscheibe 13 umfasst ein mittiges Loch 14,
durch welches das Schließglied 8 der Nadel 6 zu
dem Ventilsitz 5 geführt
wird.
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Die
Düse 2 ist
an einem Ventilgehäuse 22 befestigt,
in dem eine Nadelanordnung untergebracht ist. Die Nadelanordnung
umfasst ein Gleitelement 7, das durch eine Nadel 6 mit
einem Schließglied 8 verbunden
ist. Das Schließglied 8 ist
eine Spitze der Nadel 6, die für den Ventilsitz 5 vorgesehen
ist. Das Gleitelement 7 lässt sich innerhalb des Ventilgehäuses 22 entlang
einer Längsachse
des Kraftstoffeinspritzventils 1 bewegen. Abhängig von der
Stellung des Gleitelements 7 befindet sich das Schließglied 8 in
geschlossener Stellung und in Vorspannung gegen den Ventilsitz 5 und
schließt
dadurch den Ein spritzstutzen 4 und verhindert das Einspritzen
des Kraftstoffs. In offener Stellung ist die Nadel 6 von
dem Ventilsitz 5 abgehoben, und durch das Einspritzventil
wird über
den Einspritzstutzen 4 Kraftstoff eingespritzt.
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Das
Einspritzventil 1 umfasst ferner eine elektromagnetische
Spulenanordnung 16, die einen Abschnitt eines Einlassrohrs 18 umschließt und im Innern
des Ventilgehäuses 22 untergebracht
ist. Die elektromagnetische Spulenanordnung 16 kann wahlweise
geladen werden, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches das Gleitelement 7 in
Richtung zu einer Feder 15 anzieht, wodurch sich der Ventilsitz 5 abhebt.
Die Vorspannkraft der Feder 15 wird in einer solchen Weise überwunden,
dass sich das Schließelement 8 von
dem Ventilsitz 5 abhebt, wodurch Kraftstoff durch den Einspritzstutzen 4 hindurch
in die Verbrennungskammer fließen
kann. Die Nadel 8 bleibt so lange in offener Stellung,
bis die Ladung von der elektromagnetischen Spulenanordnung 16 weggenommen
wird, wobei die Feder an dieser Stelle die Nadel 6 mit
ihrem Schließglied 8 zurück in den
Ventilsitz 5 vorspannt.
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2 stellt
ausführlicher
eine Schnittansicht eines unteren Teils des Kraftstoffeinspritzventils
mit der Bodenplatte 3 und dem Schließglied 8 dar. Die Bodenplatte 3 umfasst
den Ventilsitz 5, der in einer ringkonischen Form angeordnet
ist. Der Ventilsitz 5 läuft über ein
Blindloch 9. Das Blindloch 9 weist eine konische
Form auf und umfasst eine ringkonische Endfläche 10. Das Blindloch 9 und
der Ventilsitz 5 sind in radialsymmetrischer Stellung zu
der Symmetrieachse 11 der Einspritzdüse 2 angeordnet.
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Der
Einspritzstutzen 4 entleert in das Blindloch 9.
Der Einspritzstutzen 4 ist in einem vorgegebenen Winkel
zu der Symmetrieachse 11 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform
be trägt
der vorgegebene Winkel etwa 20°.
Abhängig
von der Ausführungsform des
Einspritzventils könnten
auch andere Winkel verwendet werden. Der Einspritzstutzen 4 weist
vertikal zu seiner Längsachse
einen kreisförmigen
Querschnitt auf. Der Einspritzstutzen 4 entleert über eine Einspritzöffnung 12 in
das Blindloch 9. Die Form des Randes der Einspritzöffnung 12 ist
auf Grund der konischen Form des Blindlochs 9 und der schrägen Anordnung
des Einspritzstutzens 4 in Bezug auf die Symmetrieachse 11 weit
mehr eine elliptische Form als eine kreisförmige.
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Die
Einspritzöffnung 12 ist
jedoch stets auf der Endfläche 10 des
Blindlochs 9 und nicht auf der Fläche des Ventilsitzes 5 angeordnet.
Es besteht wenigstens ein Mindestabstand zwischen der Fläche des
Ventilsitzes 5 und der Einspritzöffnung 12, wodurch
ein straffes Schließen
des Einspritzventils durch das Schließglied 8 sichergestellt
ist.
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Der
Winkel der konischen Form des Ventilsitzes 5 ist größer als
der Winkel der konischen Form des Blindlochs 9. Deshalb
wird der Kraftstoff, der in den Einspritzstutzen 4 fließt, erstens
von der ersten konischen Form des Ventilsitzes 5 geführt und
zweitens von einer zweiten konischen Form des Blindlochs 9 geführt. Das
führt zu
einer zunehmenden Geschwindigkeit des Kraftstoffs in progressiven
Stufen. Nach der zweiten konischen Form des Blindlochs 9 läuft der
Kraftstoff in den Einspritzstutzen 4. An der Übergangsstelle
von dem Blindloch 9 zu dem Einspritzstutzen 4 ändert sich
die Strömungsrichtung des
Kraftstoffs gemäß der schrägen Anordnung
des Einspritzstutzens 4. Der erste Winkel A1 des Ventilsitzes 5 ist
größer als
der zweite Winkel A1 des Blindlochs 9.
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3 zeigt
eine Ansicht von oben auf die Wirbelscheibe 13, die auf
der Bodenplatte 3 angeordnet ist. In der Mitte der Bodenplatte 3 sind
der Ventilsitz 5 und das Blindloch 9 angeordnet.
In 3 ist die Einspritzöffnung 12 mit ihrem
mittigen Teil der Symmetrieachse 11 angeordnet.
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Die
Wirbelscheibe 13 umfasst sechs Kanäle 17, die symmetrisch
um die mittige Bohrung 14 herum angeordnet sind. Jeder
Kanal 17 umfasst eine Einlassöffnung 19, die nahe
dem Außenrand
der Wirbelscheibe 13 angeordnet ist. Der Kanal 17 führt über einen
geraden Teil 20 zu einer Auslassöffnung 21 an der mittigen
Bohrung 14. Die Auslassöffnung 21 entleert
seitlich in die mittige Bohrung 14, die eine Nadelbohrung
ist. Die Kanäle 17 sind
tangential zu einem Rand der Nadelbohrung angeordnet. Der gerade
Teil 20 des wenigstens einen der Kanäle 17 ist parallel
zu einer x-Achse des Querschnitts angeordnet. Der wenigstens eine
Kanal 17 ist in einer Ebene angeordnet, die parallel zu
der von dem Einspritzstutzen 4 gebildeten Ebene liegt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist eine Wirbelscheibe 13 in einer solchen Weise
in einer drehbaren Stellung angeordnet, dass ein Kanal 17 vertikal
zu der y-Achse angeordnet
ist. Die Einspritzöffnung 12 ist
an einer Position in einem vorgegebenen Abstand zu der Symmetrieachse 11 in einer
Richtung der y-Achse angeordnet. Die x-Achse und die y-Achse bilden
an ihrer Schnittstelle die Lagestelle der Symmetrieachse 11.
Die x-Achse und die y-Achse stehen senkrecht zueinander.
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Je
zwei Kanäle 17 der
sechs Kanäle 17 der Wirbelscheibe 13 sind
mit ihren geraden Teilen 20 parallel zueinander angeordnet.
Die Einlassöffnungen 19 der
parallelen Kanäle 17 sind
an einander gegenüberliegenden
Seiten in Bezug auf die mittige Bohrung 14 angeordnet.
Die Ausrichtung der geraden Teile 20 der benachbarten Kanäle 17 sind
in einem Winkel von annähernd 60° zueinander
angeordnet. Vorzugsweise ist eine Mittelachse des Einspritzstutzens 4 in
einer Ebene angeordnet, die vertikal zu der y-Achse angeordnet ist.
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Experimente
haben gezeigt, dass eine Ausrichtung der Wirbelscheibe 13 in
Bezug auf die Einspritzöffnung 12 in
der in 3 gezeigten Weise zu dem besten Verhalten des
eingespritzten Kraftstoffsprühstrahls
führt.
Deshalb ist die Wirbelscheibe 13 in der in 3 gezeigten
Weise auf der Bodenplatte 3 angeordnet und dann relativ
zu der Bodenplatte 3 befestigt. Die Befestigung der Wirbelscheibe 13 an der
Bodenplatte 3 kommt vorzugsweise durch eine mit Laser geschweißte Verbindung
zwischen der Wirbelscheibe 13 und der Bodenplatte 3 zustande.