DE102008001895A1

DE102008001895A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102008001895A1
Application number: DE102008001895A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pauer; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141175A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist zumindest einen Aktor (21) und eine von dem Aktor (21) betätigbare Düsennadel (15) auf. Die Düsennadel (15) ist abschnittsweise in einem Düsenkörper (4) angeordnet, wobei an dem Düsenkörper (4) eine Ventilsitzfläche (19) ausgestaltet ist und wobei die Düsennadel (15) mit der Ventilsitzfläche (19) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ferner ist die Düsennadel (15) an einem der Ventilsitzfläche (19) zugewandten Ende (31) in einem Hochdruckraum (7) angeordnet. Ferner ist die Düsennadel (15) an einem der Ventilsitzfläche (19) abgewandten Ende (32) in einem Niederdruckraum (9) angeordnet, wobei eine Druckausgleichsfläche (33) der Düsennadel (15) an den Niederdruckraum (9) angrenzt. Dadurch ist die statische Öffnungskraft der Düsennadel (15), die zum Öffnen von dem Aktor (21) aufzubringen ist, reduziert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 43 14 203 C1 ist ein mit einer Hochdruckpumpe zusammenwirkendes Brennstoffventil für eine luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem bekannten Brennstoffeinspritzventil ist eine in einem Düsenkörper axial verschiebbar geführte Düsennadel vorgesehen, die entgegen der Brennstoffströmungsrichtung von ihrem Ventilsitz abhebend und federbelastet ist. Ferner ist eine auf das federseitige Ende der Düsennadel einwirkende Servoeinrichtung vorgesehen, wobei zur Brennstoffeinspritzung vor Einsetzen des von der Hochdruckpumpe erzeugten Förderdrucks die Düsennadel zumindest in der Anfangsphase des Öffnungshubes allein durch die Servoeinrichtung von ihrem Ventilsitz abhebbar ist.
Bei dem aus der DE 43 14 203 C1 bekannten Brennstoffeinspritzventil erfolgt das Öffnen der Düsennadel nicht in üblicherweise bei einem durch die Schließfeder vorgegebenen Öffnungsdruck des von der Hochdruckpumpe geförderten Brennstoffs, sondern allein durch Ansteuerung eines Hubmagneten, der die zugleich als Anker wirkende Düsennadel von ihrem Ventilsitz abhebt. Dabei strömen in der Öffnungsphase kleinere Mengen verdichteter Verbrennungsluft durch die Spritzlöcher in ein Sackloch des Düsenkörpers. Spätestens bei voll geöffneter Düsennadel setzt die durch die Hochdruckpumpe erzeugte Einspritzdruckwelle ein. Dabei besteht der Nachteil, dass während des Betriebs periodisch ein Auf- und Abbau des Druckes des geförderten Brennstoffs erforderlich ist, um ein Öffnen des Brennstoffeinspritzventils überhaupt zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils auch bei einer durchgehenden Förderung von unter hohem Druck stehenden Brennstoff in das Brennstoffeinspritzventil möglich ist. Speziell kann eine direkte Ansteuerung der Düsennadel bei einem relativ einfachen Aufbau des Brennstoffeinspritzventils erzielt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
In vorteilhafter Weise ist die Düsennadel an ihrem der Ventilsitzfläche abgewandten Ende in dem Niederdruckraum angeordnet. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass die Druckausgleichsfläche an einer Stirnfläche eines Düsennadelfortsatzes ausgebildet ist, wobei der Düsennadelfortsatz in den Niederdruckraum ragt. Hierbei kann die Düsennadel an ihrem der Ventilsitzfläche abgewandten Ende an den Düsennadelfortsatz geführt sein. Dies ermöglicht auch die Vorgabe unterschiedlicher Querschnitte, insbesondere unterschiedlicher Durchmesser für die Düsennadel im Bereich des Dichtsitzes und des Düsennadelfortsatzes der Düsennadel. Dabei kann die Öffnungskraft der Düsennadel reduziert werden, wobei das Ausmaß der Reduzierung durch das Verhältnis der Querschnittsflächen vorgebbar ist.
In vorteilhafter Weise kann der Aktor direkt auf die Düsennadel einwirken. Dadurch ist eine direkte Ansteuerung der Düsennadel möglich. Da die notwendige Düsenöffnungskraft reduziert ist, kann diese von einem beispielsweise als Magnetaktor ausgestalteten Aktor in der erforderlichen Zeit bereitgestellt werden. Der Vorteil der reduzierten Öffnungskraft kann auch bei der Verwendung eines anderen Aktors, beispielsweise bei einem als piezoelektrischen Aktor ausgestalteten Aktor, der die Düsennadel direkt steuert, zur Anwendung kommen.
In vorteilhafter Weise ist eine wirksame Fläche der Druckausgleichsfläche der Düsennadel etwa halb so groß vorgegeben wie eine wirksame Fläche einer Düsensitzfläche zur Bildung des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche und der Düsennadel. Dadurch kann die notwendige Düsenöffnungskraft ungefähr halbiert werden und es tritt eine Düsenschließkraft in ähnlicher Größe auf. Somit sind zum Öffnen und Schließen vergleichbare Kräfte erforderlich. In vorteilhafter Weise können ein Aktor zum Öffnen des Dichtsitzes und ein weiterer Aktor zum Schließen des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche und der Düsennadel eingesetzt werden, wobei diese Aktoren bei vergleichbaren Kräften zum Öffnen und Schließen der Düsennadel gleich oder vergleichbar ausgelegt sein können.
Der Druck des Brennstoffes im Hochdruckraum im Betrieb kann relativ groß sein, beispielsweise etwa 100 MPa (1000 bar). Dabei kann die Auslegung auch für Systemdrucke von beispielsweise von bis zu 250 MPa (2500 bar) erfolgen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Druckspeicher 2, der als Common-Rail ausgestaltet ist und Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Dabei können mehrere Brennstoffeinspritzventile 1 mit dem Druckspeicher 2 verbunden sein. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf. Ferner ist ein Düsenkörper 4 vorgesehen, der mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden ist. Das Ventilgehäuse weist einen Brennstoffeinlass 5 auf, über den Brennstoff in einen Hochdruckraum 6 im Inneren des Ventilgehäuses 3 und aus diesem in einen Hochdruckraum 7 im Inneren des Düsenkörpers 4 führbar ist. Ferner ist innerhalb eines kopfseitigen Gehäuseteils 8 des Ventilgehäuses 3 ein Niederdruckraum 9 ausgestaltet, der über einen Brennstoffrücklauf 10 mit einem Tank 11 verbunden ist. Aus dem Tank 11 wird auf geeignete Weise, beispielsweise mittels einer Hochdruckpumpe, Brennstoff in den Druckspeicher 2 gefördert.
Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich in den Hochdruckräumen 6, 7 unter hohem Druck stehender Brennstoff. Der Druck des Brennstoffs kann dabei beispielsweise bis zu 250 MPa (2500 bar) betragen. Ferner befindet sich in dem Niederdruckraum 9 unter niedrigem Druck stehender Brennstoff.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine Düsennadel 15 auf, die einerseits in dem Düsenkörper 4 und andererseits durch ein Gehäuseteil 16 geführt ist. Die Düsennadel 15 weist Strömungskanäle 17, 18 auf. Der Düsenkörper 4 weist eine Ventilsitzfläche 19 auf, die mit der Düsennadel 15 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Über die Strömungskanäle 18 kann Brennstoff aus dem Hochdruckraum 7 und über einen Ringspalt 20 in Richtung auf den zwischen der Düsennadel 15 und der Ventilsitzfläche 19 gebildeten Dichtsitz gefördert werden.
Die Betätigung der Düsennadel 15 erfolgt über Aktoren 21, 22, die in diesem Ausführungsbeispiel als Magnetaktoren ausgestaltet sind. Dabei sind innerhalb der Aktoren 21, 22 Anker 23, 24 vorgesehen, die jeweils mit der Düsennadel 15 verbunden sind. Ein Paar der Aktoren 21, 22 kann zum Öffnen dienen, während das andere Paar der Aktoren 21, 22 zum Schließen dient.
Bei einer Betätigung der Düsennadel 15 wird diese in axialer Richtung 25 verstellt, wobei sich der zwischen der Düsennadel 15 und der Ventilsitzfläche 19 gebildete Dichtsitz öffnet und Brennstoff über zumindest eine Düsenöffnung 27 des Düsenkörpers 4 abgespritzt wird. Beim Schließen wird die Rückstellbewegung der Düsennadel 15 durch eine Düsenfeder 26 unterstützt.
Die Düsennadel 15 weist einen Düsennadelfortsatz 30 auf, der abschnittsweise in den Niederdruckraum 9 ragt. Diese Düsennadel 15 weist ein der Ventilsitzfläche 19 zugewandtes Ende 31 und ein der Ventilsitzfläche 19 abgewandtes Ende 32 auf. Dabei ist an dem Ende 32 der Düsennadelfortsatz 30 vorgesehen. Der Düsennadelfortsatz 30 der Düsennadel 15 weist eine Stirnfläche 33 auf, die eine Druckausgleichsfläche 33 bildet. Da die Druckausgleichsfläche 33 an den Niederdruckraum 9 angrenzt, wirkt über die Druckausgleichsfläche 33 nur eine geringe oder eine verschwindende axiale Kraft auf die Düsennadel 15. Somit ist die statische Öffnungskraft der Düsennadel 15, die zumindest von einem Paar der Aktoren 21, 22 aufzubringen ist, reduziert. Eine wirksame Fläche 34 der Druckausgleichsfläche 33 der Düsennadel 15 ist dabei vorzugsweise etwa halb so groß wie eine wirksame Fläche 35 der Düsensitzfläche zur Bildung des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche 19 und der Düsennadel 15 vorgegeben. Die wirksame Fläche 34 ergibt sich dabei aus der Projektion der Druckausgleichsfläche 33 auf eine Ebene, die senkrecht zu der Achse 25 orientiert ist. Die wirksame Fläche 35 ergibt sich entsprechend aus einer Projektion der Düsensitzfläche zur Bildung des Dichtsitzes in eine Ebene, die senkrecht zu der Achse 25 orientiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die wirksame Fläche 34 durch den Querschnitt des Düsennadelfortsatzes 30 gegeben und gleich groß wie die Druckausgleichsfläche 33. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die wirksame Fläche 35 durch den Querschnitt der Düsennadel 15 an dem Ende 31 gegeben. Somit müssen die Aktoren 21, 22 lediglich in etwa die halbe Öffnungskraft zum Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 aufbauen.
Zum Öffnen können beispielsweise die Aktoren 21 dienen, während die Aktoren 22 zum Schließen vorgesehen sind. Zur Erhöhung der Magnetkraft können dabei auch weitere Aktoren vorgesehen sein. Die Aktoren 21, 22 wirken direkt auf die Düsennadel 15 ein. Dabei sind die Aktoren 21, 22 in dem Hochdruckraum 6 angeordnet und auf geeignete Weise gegenüber dem Brennstoff geschützt. Beispielsweise sind die Aktoren 21, 22 durch eine Vergussmasse 36 aus einem Epoxidharz geschützt. Hierbei ist eine Durchgangsbohrung 37 in der Vergussmasse 36 ausgestaltet, um den Brennstoff aus dem Hochdruckraum 6 zu dem Hochdruckraum 7 zu führen. Ferner ist eine elektrische Leitung aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 geführt, die zum Ansteuern der Aktoren 21, 22 dient.
Die Düsennadel 15 ist vorzugsweise einstückig ausgestaltet. Es ist allerdings möglich, dass die Düsennadel 15 mehrteilig ausgestaltet ist, wobei die Teile wirkverbunden sind.
Die Abdichtung des Düsennadelfortsatzes 30 gegenüber dem Niederdruckraum 9 kann auch über eine seperate Dichthülse erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4314203 C1 [0002, 0003]

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit zumindest einem Aktor (21) und einer von dem Aktor (21) betätigbaren Düsennadel (15), die abschnittsweise in einem Düsenkörper (4) angeordnet ist, wobei an dem Düsenkörper (4) eine Ventilsitzfläche (19) ausgestaltet ist, wobei die Düsennadel (15) mit der Ventilsitzfläche (19) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt und wobei die Düsennadel (15) an einem der Ventilsitzfläche (19) zugewandten Ende (31) in einem Hochdruckraum (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) an einem der Ventilsitzfläche (19) abgewandten Ende (32) eine Druckausgleichsfläche (33) aufweist, dass ein Niederdruckraum (9) vorgesehen ist und dass die Druckausgleichsfläche (33) der Düsennadel (15) an den Niederdruckraum (9) angrenzt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) an ihrem der Ventilsitzfläche (19) abgewandten Ende (32) in dem Niederdruckraum (9) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsfläche (33) durch eine Stirnfläche eines Düsennadelfortsatzes (30) der Düsennadel (15) gebildet ist, dass der Düsennadelfortsatz (30) zumindest teilweise in den Niederdruckraum (9) ragt und dass der Düsennadelfortsatz (30) eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als die Düsennadel (15) an ihrem Ende (31), das der Ventilsitzfläche (19) zugewandt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Niederdruckraum (9) getrennter Hochdruckraum (6) vorgesehen ist, dass sich die Düsennadel (15) durch den Hochdruckraum (6) erstreckt und dass der Aktor (21) in dem Hochdruckraum (6) angeordnet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (21) direkt auf die Düsennadel (15) einwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (21) als Magnetaktor ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine wirksame Fläche (34) der Druckausgleichsfläche (33) der Düsennadel (15) etwa halb so groß ist wie eine wirksame Fläche (35) einer Düsensitzfläche zur Bildung des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche (19) und der Düsennadel (15).
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck des Brennstoffes im Hochdruckraum (7) im Betrieb größer ist als etwa 100 MPa.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (15) einstückig ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (21) zum Öffnen des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche (19) und der Düsennadel (15) dient und dass zumindest ein weiterer Aktor (22) vorgesehen ist, der zum Schließen des Dichtsitzes zwischen der Ventilsitzfläche (19) und der Düsennadel (15) dient.