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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor
für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 101 55 413
A1 ist ein Einspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff
in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt. Das bekannte
Einspritzventil weist ein mehrteiliges Ventilgehäuse auf,
das einen Düsenkörper umfasst, wobei innerhalb
des Düsenkörpers ein zwiebelförmiges
Düsenvolumen vorgesehen ist, in dem sich im Betrieb unter
hoher Druck stehender Brennstoff befindet, der beim Öffnen
der Ventilnadel über wenigstens eine Düsenöffnung
abgespritzt wird. Das Befüllen des Düsenvolumens
erfolgt dabei über einen durch das Ventilgehäuse
führenden Brennstoffkanal.
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Das
aus der
DE 101 55
413 A1 bekannte Einspritzventil hat den Nachteil, dass
hydraulische Schwingungen zwischen einem Common-Rail, an das das
Einspritzventil anschließbar ist, und dem Einspritzventil
auftreten können. Dies wirkt sich ungünstig auf
den Einspritzverlauf, die Mehrfacheinspritzfähigkeit und
den Verschleiß des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere
im Bereich eines Dichtsitzes, aus.
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Es
ist denkbar, dass ein gewisses Speichervolumen innerhalb des Ventilgehäuses
vorgesehen ist, um diesen hydraulischen Schwingungen entgegenzuwirken.
Ein derartiges Speichervolumen bringt allerdings den Nachteil mit
sich, dass zusätzliche, hochfrequente Druckschwingungen
innerhalb des Einspritzventils entstehen können, die insbesondere zu
einem höheren Verschleiß im Bereich eines Dichtsitzes
führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhafte Wirkungen
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil,
dass mögliche hydraulische Schwingungen vorteilhaft gedämpft
sind. Speziell kann das Brennstoffeinspritzventil der Erfindung
ein relativ großes Speichervolumen aufweisen, wobei bei
solch einem großen Speichervolumen auftretende ungünstige
Nebeneffekte verhindert oder zumindest verringert sind.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist innerhalb des Ventilgehäuses ein
Düsenvolumen ausgebildet, das mit dem zweiten Speichervolumen
verbunden ist, wobei bei der Betätigung des Ventilschließkörpers
Brennstoff aus dem Düsenvolumen über den geöffneten Dichtsitz
abspritzbar ist. Das Düsenvolumen kann dabei zwiebelförmig
ausgestaltet sein. Der Zufluss von Brennstoff kann direkt in das
zweite Speicherteilvolumen erfolgen. In solch einem Fall ist es
vorteilhaft, dass zwischen dem Düsenvolumen und dem zweiten
Speicherteilvolumen zumindest eine weitere Drossel vorgesehen ist,
um ein schnelleres Schließen einer Düsennadel
zu ermöglichen. Die Zuführung von Brennstoff kann
auch direkt in das erste Speicherteilvolumen erfolgen, das mit dem
zweiten Speicherteilvolumen über die Drossel verbunden
ist. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen dem zweiten Speicherteilvolumen
und dem Düsenvolumen auch zumindest im Wesentlichen ungedrosselt erfolgen.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Betätigungseinrichtung den Ventilschließkörper
mittels eines hydraulischen Kopplers betätigt, der eine
Steuerstange aufweist, die das Speichervolumen begrenzt, und dass
die Drossel, die das erste Speicherteilvolumen mit dem zweiten Speicherteilvolumen
verbindet, durch einen Drosselspalt zwischen der Steuerstange und
einer in das Ventilgehäuse eingesetzten Ringscheibe gebildet
ist. Dies hat den Vorteil, dass die räumliche Aufteilung
des Speichervolumen in das erste Speicherteilvolumen und das zweite
Speicherteilvolumen durch die Ringscheibe erfolgen kann, wodurch
eine kostengünstige und einfach umzusetzende Ausgestaltung
des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht ist. Die Ringscheibe
kann dabei in das Ventilgehäuse eingepresst sein. In der
Regel kann eine relativ geringe Empfindlichkeit des äquivalenten Drosselquerschnitts
auf die Dämpfung der Druckschwingungen angenommen werden,
so dass hinsichtlich des Spaltmaßes des Drosselspaltes
keine besonderen Anforderungen an die Einhaltung eines engen Toleranzfeldes
gestellt sind.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Betätigungseinrichtung den Ventilschließkörper
mittels eines hydraulischen Kopplers betätigt, der einen
Steuerraum aufweist, dass der Steuerraum mittels einer Ablaufdrossel
mit einem Rücklauf verbunden ist, wobei die Verbindung
der Ablaufdrossel mit dem Rücklauf durch die Betätigungseinrichtung
gesteuert ist, und dass eine Zulaufdrossel vorgesehen ist, die das
erste Speicherteilvolumen mit dem Steuerraum verbindet. Dies hat
den Vorteil, dass eine Ansteuerung mit einer im Hochdruck schwimmenden
Steuerstange, die auch nadelförmig ausgestaltet sein kann,
erfolgen kann, wobei Druckschwingungen hinsichtlich ihrer Amplitude
reduziert sind. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass der hydraulische
Koppler einen weiteren Steuerraum aufweist, dass eine Stirnseite
der Steuerstange den Steuerraum begrenzt, dass eine weitere Stirnseite
der Steuerstange den weiteren Steuerraum begrenzt und dass der Ventilschließkörper
in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem Druck
eines Brennstoffs im weiteren Steuerraum und einem Druck eines Brennstoffs
in einem Düsenraum betätigbar ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass das erste Speicherteilvolumen durch einen ersten Speicherraum
gebildet ist, dass das zweite Speicherteilvolumen durch einen zweiten
Speicherraum gebildet ist und dass der zweite Speicherraum mit einem
durch die Ventilsitzfläche begrenzten Düsenraum
verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine kompakte Ausgestaltung,
bei der ein im Wesentlichen rohrförmiger Speicherraum realisiert werden
kann, wobei die Amplitude von hochfrequenten Druckschwingungen zuverlässig
gedämpft ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils
der Erfindung in einer auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung
und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiels eines Brennstoffeinspritzventils
der Erfindung in einer auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der
Erfindung in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor
für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. Speziell eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für
Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. Ein bevorzugter Einsatz
des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine
Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff
unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt.
Dabei kann durch das Brennstoffeinspritzventil 1 ein Mini-Rail
gebildet sein, wobei sich das Brennstoffeinspritzventil 1 durch
eine im Hochdruck schwimmende Steuerstange 21, die nadelförmig
ausgestaltet sein kann, auszeichnen kann. Das erfindungsgemäße
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf,
das in der Regel mehrteilig ausgestaltet ist und beispielsweise
einen Düsenkörper aufweisen kann. Das Ventilgehäuse 3 weist
einen Ventilsitzkörper 4 auf, an dem eine Ventilsitzfläche 5 ausgebildet
ist. Die Ventilsitzfläche 5 wirkt mit einem Ventilschließkörper 6 zu
einem Dichtsitz zusammen. Der Ventilschließkörper 6 ist
dabei von einer Düsennadel 7 betätigbar,
wobei der Ventilschließkörper 6 in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit
der Düsennadel 7 ausgebildet ist. Die Düsennadel 7 ist
von einer Ventilnadelführung 8 des Ventilgehäuses 3 in
axialer Richtung geführt. Die Düsennadel 7 kann
dabei zusätzlich von einer Ventilfeder in Richtung des
durch den Ventilschließkörper 6 und die Ventilsitzfläche 5 gebildeten
Dichtsitzes mit einer Federkraft beaufschlagt sein. Außerdem
weist das Ventilgehäuse 3 einen vereinfacht dargestellten
Brennstoffeinlassstutzen 10 auf, um Brennstoff von einer Hochdruckpumpe 11 in
das Brennstoffeinspritzventil 1 zu führen. Die
Verbindung des Brennstoffeinspritzventils 1 mit der Hochdruckpumpe 11 kann
dabei über ein Common-Rail erfolgen.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Brennstoff
an dem Brennstoffeinlassstutzen 10 in einen Brennstoffkanal 12 geleitet,
der in einen ersten Speicherraum 13 mündet. Der
erste Speicherraum 13 ist innerhalb des Ventilgehäuses 3 ausgebildet.
Ferner ist ein zweiter Speicherraum 14 vorgesehen, der
ebenfalls innerhalb des Ventilgehäuses 3 vorgesehen
ist. Der erste Speicherraum 13 bildet ein erstes Speicherteilvolumen
und der zweite Speicherraum 14 bildet ein zweites Speicherteilvolumen,
wobei die beiden von den Speicherräumen 13, 14 gebildeten
Speicherteilvolumen ein Speichervolumen 15 vorgeben. Durch
das Speichervolumen 15 kann das Brennstoffeinspritzventil 1 als
Mini-Rail wirken. Die Speicherräume 13, 14 sind über
eine Drossel 16 miteinander verbunden. Ferner ist ein ungedrosselter Brennstoffkanal 17 vorgesehen,
der das zweite Speicherteilvolumen, das durch den zweiten Speicherraum 14 definiert
ist, mit einem Düsenvolumen verbindet, das durch einen
Düsenraum 18 gebildet ist. Bei einer Betätigung
der Düsennadel 7 wird Brennstoff aus dem Düsenraum 18 über
den geöffneten Dichtsitz, der zwischen dem Ventilschließkörper 6 und
der Ventilsitzfläche 5 gebildet ist, und eine
Düsenöffnung 19 in dem Ventilsitzkörper
in einen Brennraum oder dergleichen der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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Die
Düsennadel 7 weist einen Kolbenabschnitt 20 auf,
an dem die Düsennadel 7 in der Ventilnadelführung 8 geführt
ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem
eine in dem Ventilgehäuse 3 angeordnete Steuerstange 21 auf,
die zum Teil in dem ersten Speicherraum 13 und zum Teil
in dem zweiten Speicherraum 14 angeordnet ist, so dass
die Steuerstange 21 das erste Speicherteilvolumen und das
zweite Speicherteilvolumen und somit auch das aus den Speicherteilvolumen
zusammengesetzte Speichervolumen begrenzt. An einer ersten Stirnseite 22 der
Steuerstange 21 ist ein Steuerraum 23 vorgesehen,
der über eine Drossel 24 mit dem ersten Speichervolumen
des ersten Speicherraums 13 verbunden ist. Ferner ist an
einer weiteren Stirnseite 25 der Steuerstange 21,
die der Stirnseite 22 abgewandt ist, ein weiterer Steuerraum 26 ausgebildet,
der durch die Steuerstange 21 eine Steuerraumhülse 27 und
den Kolbenabschnitt 20 begrenzt ist. Die Steuerraumhülse 27 ist dabei
innerhalb des zweiten Speicherraums 14 angeordnet. Durch
die Druckdifferenz zwischen einem Druck des Brennstoffs im weiteren Steuerraum 26 und
einem Druck des Brennstoffs im Düsenraum 18 ist
eine Steuerung der Düsennadel 7 möglich,
wobei der Druck im weiteren Steuerraum 26 über
den Druck im Steuerraum 23 steuerbar ist. Der Steuerraum 23 ist
dabei durch die Steuerstange 21, eine Steuerraumhülse 28 und
das Ventilgehäuse 3 begrenzt. Ferner sind Ventilfedern 29, 30 vorgesehen,
die die Steuerraumhülsen 27, 28 jeweils
mit einer gewissen Federkraft beaufschlagen.
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Die
Steuerstange 21, die Steuerraumhülsen 27, 28,
die Ventilfedern 29, 30 sowie die Steuerräume 23, 26 sind
Teil eines hydraulischen Kopplers 31, der als Kraft- oder
Wegverstärker ausgestaltet sein kann. Dabei ist eine Ablaufdrossel 32 vorgesehen,
die mit der als Zulaufdrossel wirkenden Drossel 24 ein
gewisses A/Z-Verhältnis vorgibt. Der Fluss durch die Ablaufdrossel 32 ist über
eine Betätigungseinrichtung 33 steuerbar, wobei
die Betätigungseinrichtung 33 die Ablaufdrossel 32 über
eine Rücklauf 34 mit einem Tank 35 verbindet
oder diese Verbindung unterbricht.
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Somit
kann mit der in dem Ventilgehäuse 3 angeordneten
Betätigungseinrichtung 33 der Ventilschließkörper 6 mittels
des hydraulischen Kopplers 31 betätigt werden,
um das Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1 zu
steuern. Die Steuerstange 21 schwimmt dabei im unter hohem
Druck stehenden Brennstoff, wobei die Steuerstange 21 sowohl
das erste Speicherteilvolumen des ersten Speicherraums 13 als
auch das zweite Speicherteilvolumen des zweiten Speicherraums 14 begrenzt.
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Durch
das durch die Speicherteilvolumen gebildete Speichervolumen können
Schwingungen zwischen der Hochdruckpumpe 11 beziehungsweise dem
Common-Rail und dem Brennstoffeinspritzventil 1 gedämpft.
In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
bilden die Speichervolumen ein im Wesentlichen rohrförmiges
Speichervolumen 15, so dass die Gefahr besteht, dass hydraulische
Druckschwingungen innerhalb des Brennstoffeinspritzventils auftreten,
die sich durch eine besonders hohe Frequenz auszeichnen. Durch solche
Druckschwingungen mit hoher Frequenz und respektabler Amplitude
sind Beschädigungen speziell im Bereich des Dichtsitzes
zwischen dem Ventilschließkörper 6 und der
Ventilsitzfläche 5 beim Öffnen und Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 1 möglich. Allerdings
ist das Speichervolumen 15 durch die Speicherräume 13, 14 in
zwei Speicherteilvolumen aufgeteilt, die über die Drossel 16 gedrosselt
miteinander verbunden sind. Dadurch kommt es zu einer Dämpfung,
bei einer entsprechend ausgelegten Drossel 16 insbesondere
zu einer starken Dämpfung, dieser hochfrequenten Schwingungen,
so dass die Amplitude der hochfrequenten Schwingungen in kurzer
Zeit unter einen für den Verschleiß unkritischen
Wert gesenkt werden kann. Somit kann eine hohe Verschleißsicherheit
des Brennstoffeinspritzventils 1 gewährleistet
werden. Hierbei ist es auch möglich, dass das Speichervolumen 15 in
mehr als zwei Speicherteilvolumen unterteilt wird, die vorzugsweise
gedrosselt miteinander verbunden sind. Die Vorteile des Speichervolumens 15,
insbesondere in Bezug auf die Schwingungsdämpfung zwischen
der Hochdruckpumpe 11 beziehungsweise dem Common-Rail und dem
Brennstoffeinspritzventil 1, können dabei zumindest
im Wesentlichen erhalten werden.
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Ferner
ist anzumerken, dass bei der Wahl der Drosselwirkung der Drossel 16 berücksichtigt
ist, dass der Brennstoffkanal 17, der den zweiten Speicherraum 14 mit
dem Düsenraum 18 verbindet, als ungedrosselter
Brennstoffkanal 17 ausgestaltet ist.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Zufuhr von Brennstoff
aus der Hochdruckpumpe 11 über den Brennstoffkanal 12 direkt
in das durch den zweiten Speicherraum 14 gebildete Speicherteilvolumen
des Speichervolumens 15. Der Brennstoffkanal 12 mündet
in den zweiten Speicherraum 14. Diese Ausgestaltung eignet
sich beispielsweise für Brennstoffeinspritzventile 1,
bei denen der Brennstoffeinlassstutzen 10 seitlich am Ventilgehäuse 3 angeordnet
sein soll. Dies ist in der Regel bei Brennkraftmaschinen für
mittlere oder hohe Last der Fall. Die Aufteilung des Speichervolumens 15 in
die Speicherteilvolumen ist so vorgenommen, dass eine direkte Einleitung
in den zweiten Speicherraum 14, der näher an dem
Düsenraum 18 angeordnet ist als der erste Speicherraum 13,
erfolgt. Dies hat den weiteren Vorteil, dass die Drosselwirkung
der Drossel 16 einen geringeren Einfluss auf die Funktion
des Brennstoffeinspritzventils 1 hat. Dies kann beispielsweise
den Einspritzdruck oder die Nadelschließgeschwindigkeit
betreffen. Dies ermöglicht eine Optimierung der Drossel 16 im
Hinblick auf die Dämpfung der Druckschwingungen innerhalb
des Ventilgehäuses 13, insbesondere des Speicherraums 15.
Außerdem ergibt sich eine große Unempfindlichkeit
in Bezug auf die Toleranz der Drosselwirkung der Drossel 16.
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Die
Drossel 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch
einen Ringspalt 40 zwischen einer Ringscheibe 41 und
der Steuerstange 21 gebildet. Die Ringscheibe 41 ist
dabei in eine Aussparung 42 des Ventilgehäuses 3 eingesetzt.
Die Ringscheibe 41 kann auch in das Ventilgehäuse 3 eingepresst
sein. Die Ausgestaltung mittels der Ringscheibe 41 ermöglicht
eine kostengünstige Herstellung des Brennstoffeinspritzventils 1,
die einfach umgesetzt werden kann. Aufgrund der geringen Empfindlichkeit
des äquivalenten Drosselquerschnitts der Drossel 16 auf die
Dämpfung der Druckschwingungen innerhalb des Brennstoffeinspritzventils 1 ist
es nicht erforderlich, dass besondere Toleranzfelder beim Spaltmaß des Ringspalts 40 eingehalten
werden.
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Die
Größe des Speichervolumens 15 ist so gewählt,
dass eine gewisse Brennstoffmenge aufgenommen werden kann, die eine
wirksame Dämpfung der hochfrequenten Schwingungsanteile
innerhalb des Ventilgehäuses 3 unter einen gewissen
Schwellwert ermöglicht, so dass ein Verschleiß speziell
im Bereich des Dichtsitzes zwischen dem Ventilschließkörper 6 und
der Ventilsitzfläche 5 verhindert oder zumindest
verringert ist.
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Bei
dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
mündet der Brennstoffkanal 12 direkt in den zweiten
Speicherraum 14. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein,
dass der Brennstoffkanal 17 durch eine Drossel 43 gedrosselt
ist, um ein schnelleres Schließen der Düsennadel 7 zu
ermöglichen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10155413
A1 [0002, 0003]