-
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem solchen Steuerventil.
-
Stand der Technik
-
Steuerventile der vorstehend genannten Art werden insbesondere zur Steuerung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors eingesetzt, über deren Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist. Um den Öffnungshub der Düsennadel zu initiieren, öffnet das Steuerventil und bewirkt damit eine Entlastung eines Steuerraums. Mit abfallendem Steuerdruck im Steuerraum hebt die Düsennadel aus ihrem Dichtsitz ab. Die Betätigung des Steuerventils erfolgt über eine ebenfalls im Kraftstoffinjektor aufgenommene Aktoreinheit.
-
Ein gattungsgemäßes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 001 330 A1 hervor. Dieses umfasst einen Ventilraum und einen hierin angeordneten, in einer Dichthülse hubbeweglich geführten Ventilbolzen, der mittels der Federkraft einer Ventilfeder, die einerseits an der Dichthülse und andererseits am Ventilbolzen abgestützt ist, gegenüber einem Ventilsitz axial vorgespannt ist. Die Dichthülse dichtet den Ventilraum gegenüber einem Niederdruckraum ab, so dass die in der Dichthülse aufgenommene Stirnfläche des Ventilbolzens druckentlastet ist. Der Ventilbolzen ist somit in Schließstellung weitgehend druckausgeglichen. Der Ventilbolzen wird demnach im Wesentlichen über die Federkraft der Ventilfeder in Anlage mit dem Ventilsitz gehalten. Die Ventilfeder ist als Schraubenfeder ausgebildet und um den Ventilbolzen gelegt.
-
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Steuerventil mit verringertem Ventilraumvolumen bereitzustellen, um das Ansprechverhalten des Kraftstoffinjektors zu verbessern.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird das Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 angegeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das vorgeschlagene Steuerventil umfasst erfindungsgemäß eine Ventilfeder, die als Wellfeder ausgebildet ist. Eine Wellfeder weist eine deutlich geringere Bauhöhe gegenüber einer als Schraubenfeder ausgebildeten herkömmlichen Ventilfeder auf. Entsprechend der verringerten Bauhöhe der Ventilfeder kann auch das Volumen des Ventilraums reduziert werden, was zu einer verringerten Schaltmenge und damit zu einem verbesserten Ansprechverhalten des Steuerventils führt.
-
Vorzugsweise ist die Ventilfeder als Wellfeder mit Dreipunktauflage ausgebildet. Das heißt, dass die Wellfeder vorzugsweise jeweils drei Kontaktpunkte zu einer Stützfläche am Ventilbolzen und zu einer Stützfläche an der Dichthülse hat. Der Winkelabstand der an einer Stützfläche anliegenden Kontaktpunkte zueinander beträgt 120°, wobei die jeweils anderen Kontaktpunkte um 60° versetzt hierzu angeordnet sind. Die Anzahl von lediglich drei Kontaktpunkten je Stützfläche verringert die Gefahr von Querkrafteinflüssen. Zudem kann die Federsteifigkeit einer Wellfeder mit Dreipunktauflage möglichst gering gewählt werden, um den Einfluss der Ventilfeder auf den Ventilbolzen zu minimieren.
-
Weiterhin vorzugsweise ist die als Wellfeder ausgebildete Ventilfeder ein Stanz/Biegeteil. Das heißt, dass die Wellfeder in einem Stanz-/Biegeverfahren hergestellt wurde. Hierzu wird zunächst aus einem Blech ein flacher Ring ausgestanzt, der dann mittels Biegen zur Wellfeder verformt wird. Die Blechdicke beträgt vorzugsweise 0,05 mm bis 0,1 mm. Ein derartiges Stanz-/Biegeteil lässt sich einfach und kostengünstig herstellen.
-
Die Wellfeder ist einerseits an einer Stützfläche am Ventilbolzen, andererseits an einer Stützfläche der Dichthülse abgestützt. Vorzugsweise dient eine Stirnfläche der Dichthülse als Stützfläche. Aufgrund der verringerten Bauhöhe der Ventilfeder verringert sich auch der axiale Abstand der beiden Stützflächen zueinander. Vorteilhafterweise weist die Dichthülse zur Kompensierung der geringeren Bauhöhe der Ventilfeder einen axial angesetzten Abschnitt auf, so dass die Wellfeder einschließlich verlängerter Dichthülse 100% bauraumkompatibel zur herkömmlichen Lösung sind. Der axial angesetzte Abschnitt verlängert zugleich eine Führungsbohrung mit einem Führungsdurchmesser D1 der Dichthülse, in welcher der Ventilbolzen dicht geführt ist. Der Spalt zwischen dem Ventilbolzen und der Dichthülse ist demnach vorzugsweise als Spaltdichtung ausgeführt. Aufgrund der Verlängerung des Führungsbohrung wird die Abdichtung zwischen der Dichthülse und dem Ventilbolzen verbessert und die über den Spaltbereich austretende Leckagemenge reduziert.
-
Weiterhin vorzugsweise besitzt die Dichthülse einen Außendurchmesser D2 und der axial angesetzte Abschnitt der Dichthülse einen gegenüber D2 verringerten Außendurchmesser D3. Dementsprechend kann der Ventilraum zur Aufnahme des axial angesetzten Abschnittes einen Bereich mit verringertem Innendurchmesser aufweisen. Dadurch kann das Volumen des Ventilraums nochmals reduziert werden.
-
Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Steuerventil vorgeschlagen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes und in einem Kraftstoffinjektor eingesetztes Steuerventil,
-
2 einen Ausschnitt des Steuerventils der 1 im Bereich der Ventilfeder,
-
3 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil,
-
4 eine Schnittansicht der Ventilfeder des Steuerventils der 3,
-
5 eine Ansicht der Ventilfeder des Steuerventils der 3 und
-
6 verschiedene Ansichten und eine Draufsicht auf die Ventilfeder des Steuerventils der 3.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Die 1 und 2 zeigen ein aus dem Stand der Technik bekanntes Steuerventil, das in einen Kraftstoffinjektor einsetzbar bzw. eingesetzt ist. Der Kraftstoffinjektor der 1 weist zur Aufnahme und Ausbildung des Steuerventils eine Ventilplatte 8 auf, an welche eine Drosselplatte 9 angesetzt ist. Die Ventilplatte 8 und die Drosselplatte 9 werden von einem Haltekörper 10 und einem Düsenkörper 11 eingefasst, die über eine Düsenspannmutter 12 miteinander verspannt sind. Der Haltekörper 10, die Ventilpatte 8 und die Drosselplatte 9 werden von einer Hochdruckbohrung 13 durchsetzt, über welche der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wenigstens einer im Düsenkörper 11 ausgebildeten Einspritzöffnung (nicht dargestellt) zugeführt wird.
-
In der Ventilplatte 8 ist ein Ventilraum 1 ausgebildet, in dem ein in einer Dichthülse 2 hubbeweglich geführter Ventilbolzen 3 aufgenommen ist. Die Dichthülse 2 dichtet den Ventilraum 1 gegenüber einem Niederdruckraum 14 ab, der in der Drosselplatte 9 ausgebildet ist. Dadurch wird der Ventilbolzen 3 an der in der Dichthülse 2 aufgenommenen Stirnfläche lediglich von Niederdruck beaufschlagt, so dass die am Ventilbolzen 3 anliegenden in axialer Richtung wirksamen hydraulischen Kräfte in Schließstellung des Ventilbolzens 3 im Wesentlichen ausgeglichen sind. Demzufolge kann die Kraft eines zur Betätigung des Steuerventils vorgesehenen Aktors, der in einem innerhalb des Haltkörpers 10 ausgebildeten Aktoraufnahmeraum 15 einsetzbar ist, reduziert werden.
-
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird der Ventilbolzen 3 in Schließstellung über die Federkraft einer Ventilfeder 4 in Anlage mit einem Ventilsitz 5 gehalten. Als Ventilfeder 4 dient eine herkömmliche Schraubenfeder, deren Höhe HF 2,4 mm beträgt. Zur Aufnahme der Ventilfeder weist der Ventilraum 1 einen Bereich mit einem verringerten Innendurchmesser D4 = 3,37 mm auf.
-
Das in der 3 dargestellte erfindungsgemäße Steuerventil weist eine Wellfeder als Ventilfeder 4 auf. Zugleich weist die Dichthülse 2 einen axial angesetzten Abschnitt 6 zur Verlängerung der Dichthülse auf, so dass die als Wellfeder ausgebildete Ventilfeder 4 und die verlängerte Dichthülse 2 100% bauraumkompatibel zur herkömmlichen Lösung entsprechend der 2 sind. Der axial angesetzte Abschnitt 6 der Dichthülse 2 verlängert zudem eine Führungsbohrung 7, die als Spaltdichtung ausgeführt ist, um den Ventilraum 1 gegenüber dem in der Drosselplatte 9 ausgebildeten Niederdruckraum 14 abzudichten (entsprechend 1). Die Höhe HS der Spaltdichtung beträgt vorliegend etwa 5,0 mm. Eine herkömmliche Dichthülse, wie beispielsweise in der 2 dargestellt, weist lediglich eine Höhe HS von etwa 2,9 mm auf. Somit wird die Spaltdichtung – unter Beibehaltung der ursprünglichen Bauraumabmessungen – um etwa 70% bis 75% ihrer herkömmlichen Länge verlängert. Die über die Führungsbohrung 7 austretende Leckagemenge kann dadurch deutlich reduziert werden. Der Durchmesser D1 der Führungsbohrung 7 beträgt vorliegend 1,6 mm. Zudem wird durch die verkürzte Ausführung der Ventilfeder 4 und die verlängerte Ausführung der Dichthülse 2 das Volumen des Ventilraums 1 deutlich minimiert.
-
Der axial angesetzte Abschnitt 6 besitzt einen gegenüber dem Außendurchmesser D2 der Dichthülse 2 verringerten Außendurchmesser D3, der vorliegend 0,3, 2 mm beträgt. Somit kann das vorgeschlagene Steuerventil in den in einer Ventilplatte 8 ausgebildeten Ventilraum 1 eines ansonsten herkömmlichen Injektors eingesetzt werden (siehe 1).
-
Wie den 4 bis 6 zu entnehmen ist, ist die Ventilfeder als Wellfeder mit Dreipunktauflage ausgebildet. Das heißt, dass die Wellfeder jeweils drei im Winkelabstand α = 120° zueinander beabstandete Kontaktpunkte 16, 17 mit einer am Ventilbolzen 3 ausgebildeten Stützfläche 18 und mit einer an der Dichthülse 2 ausgebildeten Stützfläche 19 aufweist. Die Kontaktpunkte 16, 17 sind wiederum um einen Winkel β = 60° versetzt zueinander angeordnet. Die wenigen Kontaktpunkte ermöglichen die Ausbildung einer Ventilfeder 4 mit einer geringen Federsteifigkeit.
-
Die Höhe HF der Ventilfeder 4 entspricht dem axialen Abstand der am Ventilbolzen 3 und an der Dichthülse 2 ausgebildeten Stützflächen 18, 19 zueinander und beträgt vorliegend 0,35 mm. Dies ist eine deutliche Reduzierung gegenüber der Höhe HF einer herkömmlichen als Schraubenfeder ausgebildeten Ventilfeder 4 (siehe 2, Höhe HF = 2,4 mm). Die Wellfeder weist zudem einen Außendurchmesser DA = 2,6 mm und einen Innendurchmesser D1 = 2,0 mm auf. Die Breite B der Wellfeder des dargestellten erfindungsgemäßen Steuerventils beträgt demnach 0,3 mm. Die Wellfeder wurde zudem als Stanz/Biegeteil aus einem Blech hergestellt, dessen Stärke s zwischen 0,05 mm und 0,1 mm liegt.
-
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 102008001330 A1 [0003]
