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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 100 24 703 A1 ist eine Einspritzanordnung für ein Kraftstoff-Speichereinspritzsystem einer Verbrennungsmaschine bekannt. Bei der bekannten Einspritzanordnung wird durch eine Vorspannfeder und die Einwirkung des in der Ventilsteuerkammer herrschenden Drucks auf eine Nadelstirnfläche einer Düsennadel eine axial zum Brennraum hin gerichtete Schließkraft auf die Düsennadel ausgeübt. Dieser Schließkraft wirkt axial eine Öffnungskraft entgegen, die infolge der Einwirkung des in dem Ringraum herrschenden Drucks auf eine an der Düsennadel ausgebildete Stufenfläche auf die Düsennadel ausgeübt wird. Befindet sich das Absperrventil in seiner Sperrstellung und ist der Kraftstoffabfluss durch den Ablaufkanal somit gesperrt, ist im stationären Zustand die Schließkraft größer als die Öffnungskraft, weshalb die Düsennadel dann ihre Schließstellung einnimmt. Wird das Absperrventil daraufhin geöffnet, fließt Kraftstoff aus der Ventilsteuerkammer ab. Die Durchflussquerschnitte der stets offenen Zulaufdrossel und der Ablaufdrossel sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Zufluss durch die Zulaufdrossel geringer als der Abfluss durch den Ablaufkanal ist und demnach ein Nettoabfluss von Kraftstoff resultiert. Der folgende Druckabfall in der Ventilsteuerkammer bewirkt, dass die Schließkraft unter die Öffnungskraft sinkt und die Düsennadel vom Nadelsitz nach innen abhebt. Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Absperrventil wieder in seine Sperrstellung gebracht. Dies sperrt den Kraftstoffabfluss durch den Ablaufkanal. Durch die Zulaufdrossel fließt weiterhin Kraftstoff aus dem Federraum in die Ventilsteuerkammer und der Druck in der Ventilsteuerkammer steigt wieder an. Sobald der Druck in der Ventilsteuerkammer ein Niveau erreicht, bei dem die Schließkraft größer als die Öffnungskraft ist, geht die Düsennadel in ihre Schließstellung, was den Kraftstoffaustritt aus der Düsenlochanordnung stoppt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils verbessert werden kann. Speziell kann die Funktionsweise hinsichtlich der Betätigung einer Düsennadel verbessert werden.
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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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Bei der Ausgestaltung eines Brennstoffeinspritzventils ist es denkbar, dass die Öffnungsbewegung der Düsennadel beispielsweise durch Anschlagen an einer Ventilplatte beziehungsweise einem Ventilstück begrenzt ist. Solch ein Anschlagen ist beispielsweise auch an einer Führungsplatte im Bereich der Düse denkbar. Hierbei auftretende Fertigungstoleranzen führen jedoch zu unterschiedlichen Begrenzungen, das heißt zu unterschiedlich großen maximal möglichen Öffnungshüben.
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Eine vorteilhafte Ausführung eines Düsennadelhubanschlags mittels des Einstellelements, insbesondere einer Einstellscheibe, hat funktionelle, fertigungstechnische und festigkeitsmäßige Vorteile. Die Abstützung des Einstellelements kann hierbei zumindest mittelbar an einer Planfläche des Führungsteils beziehungsweise eines Ventilstücks, das das Führungsteil umfasst, erfolgen. Die vorzugsweise als Langnadel ausgestaltete Düsennadel fährt hierbei an das Einstellelement. Als funktioneller Vorteil ergibt sich beispielsweise, dass keine Fluiddrosselung in der Endposition auftritt, da ein gewisses Steuerraumvolumen gewährleistet werden kann. Als fertigungstechnischer Vorteil ergibt sich beispielsweise, dass eine einfache Zentralbohrung realisiert werden kann. Als festigkeitsmäßiger Vorteil ergibt sich beispielsweise, dass ein kleiner Zentralbohrungsdurchmesser im Injektorkörper ausreicht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vorgeschlagene Ausführung des Düsennadelhubanschlags in einfacher Weise bei bestehenden Konzepten realisiert werden kann, so dass der konstruktive Aufwand zur Realisierung gering ist.
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Vorteilhaft ist es, dass das Einstellelement den axialen Hub der Düsennadel so begrenzt, dass stets die gesamte Stirnfläche den Steuerraum mit einem nicht verschwindenden Steuerraumvolumen begrenzt. Somit wird ein Anschlagen der Stirnfläche an einem Gegenstück, insbesondere einem Ventilstück, das das Führungsteil umfasst, verhindert.
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Hierbei kann zusätzlich ein gewisses Mindestvolumen für den Steuerraum vorgegeben sein. Dadurch wird das Schaltverhalten verbessert, da das Ein- und Ausströmen von Brennstoff in den Steuerraum verbessert ist.
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Vorteilhaft ist es auch, dass das Einstellelement als scheiben- und/oder ring- und/oder hülsenförmiges Einstellelement ausgestaltet ist. Hierdurch ist eine robuste und dennoch kostengünstige Ausgestaltung des Einstellelements möglich. Außerdem kann solch ein Einstellelement in vorteilhafter Weise die Düsennadel umschließen, wobei das Einstellelement axial an dem Führungsteil abgestützt ist. Hierdurch ist eine zuverlässige Positionierung des Einstellelements an der Düsennadel möglich. Außerdem kann eine plane Abstützung an dem Führungsteil realisiert werden, bei der ein denkbarer Verschleiß reduziert ist.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Düsennadel eine Anschlagfläche aufweist, die zum Begrenzen des axialen Hubs der Düsennadel zumindest mittelbar mit dem Einstellelement zusammen wirkt. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die Anschlagfläche an einem Bund oder an einem Absatz der Düsennadel ausgestaltet ist. Durch die Anschlagfläche der Düsennadel wird ein planer Anschlag an dem Einstellelement ermöglicht. Hierdurch kann zum einen eine präzise Hubbegrenzung realisiert werden und zum anderen kann ein Verschleiß reduziert beziehungsweise eine verschleißunempfindliche Ausgestaltung realisiert werden. Durch die Ausgestaltung der Anschlagfläche an dem Bund oder dem Absatz ist eine konstruktiv einfache und robuste Realisierung möglich.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Düsennadel im Bereich des Einstellelements einen an die Anschlagfläche angrenzenden, umfänglichen Einstich aufweist. Hierdurch wird eine zuverlässige und gleichmäßige Anlage zwischen dem Einstellelement und der Anschlagfläche ermöglicht.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass ein Ventilstück vorgesehen ist, das das Führungsteil umfasst, dass das Führungsteil eine Sacklochbohrung aufweist, die sich durch das Führungsteil erstreckt, dass die Stirnfläche der Düsennadel in der Sacklochbohrung den Steuerraum begrenzt und dass das Einstellelement den axialen Hub der Düsennadel so begrenzt, dass die Stirnfläche der Düsennadel stets durch den Steuerraum von einer Bodenfläche der Sacklochbohrung beabstandet ist. Hierdurch wird eine Anlage der Stirnfläche der Düsennadel an der Bodenfläche der Sacklochbohrung auch bei einem maximalen Hub der Düsennadel verhindert. Hierdurch können unerwünschte Effekte, die das Ein- beziehungsweise Ausströmen von Brennstoff in den Steuerraum beeinträchtigen, verhindert werden. Somit ist ein verbessertes Schaltverhalten ermöglicht.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass ein Steuerventil vorgesehen ist, das zum Steuern einer in den Steuerraum mündenden Ablaufdrossel dient. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Düsennadel als Langnadel ausgestaltet ist und dass ein Zufuhrkanal zum Zuführen von unter hohem Druck stehenden Brennstoff in einen Düsenraum, in dem die Düsennadel angeordnet ist, zwischen dem Einstellelement und einem düsennahen Ende der Düsennadel in den Düsenraum mündet. Hierdurch ist eine drosselfreie oder zumindest weitgehend ungedrosselte Zuführung des Brennstoffs vom Zulauf bis zur Düse möglich.
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Somit kann eine einfache Fertigung eines Ventilkolbenendes der Düsennadel und einer Ventilstückinnengeometrie erfolgen. Außerdem ist eine vereinfachte Montage möglich. Ferner kann eine Drosselung des Brennstoffs vom Zulauf bis zur Düse vermieden werden. Es kann auch ein größerer Gestaltungsfreiraum zur Optimierung der Festigkeit des Injektorkörpers ermöglicht werden. Außerdem ist der Einsatz in vorangegangenen Injektorgenerationen prinzipiell möglich. Ferner kann das Funktionsprinzip des Brennstoffeinspritzventils prinzipiell beibehalten werden.
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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 Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils in einem geschlossenen Zustand und
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3 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils in einem geöffneten Zustand bei einem maximalen Hub.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein 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. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist einen Injektorkörper 2, einen Düsenkörper 3 und eine Spannmutter 4 auf, die den Düsenkörper 3 mit dem Injektorkörper 2 verbindet. An einem von dem Düsenkörper 3 abgewandten Ende des Injektorkörpers 2 ist eine Betätigungseinrichtung 5 in den Injektorkörper 2 eingesetzt. Die Betätigungseinrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Magnetaktor 5 ausgestaltet. Der Magnetaktor 5 dient zum Betätigen eines Steuerventils 6.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist eine Düsennadel 7 auf, die als Langnadel 7 ausgestaltet ist. Die Düsennadel 7 erstreckt sich hierbei durch eine gemeinsame, axiale Bohrung 8, die abschnittsweise in dem Injektorkörper 2 und abschnittsweise in dem Düsenkörper 3 ausgestaltet ist. An einem Ende ist die Bohrung 8 durch ein Ventilstück 9 begrenzt. Über einen in dem Injektorkörper 2 ausgestalteten Zufuhrkanal 10 wird im Betrieb unter hohem Druck stehender Brennstoff in einen Düsenraum 11 geführt, in dem die Düsennadel 7 angeordnet ist. Der Düsenraum 11 ist hierbei durch die Bohrung 8 gebildet.
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An dem Injektorkörper 2 ist ein geeigneter Zulauf 12 ausgestaltet, um den Brennstoff über den Zufuhrkanal 10 in den Düsenraum 11 zu leiten. Hierbei mündet der Zufuhrkanal 10 zwischen dem Ventilstück 9 und einem düsennahen Ende 13 der Düsennadel 7 beziehungsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 in den Düsenraum 11.
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Das Ventilstück 9 weist ein Führungsteil 15 auf. Ein zylinderförmiger Kolbenabschnitt 16 der Düsennadel 7 ist in dem Führungsteil 15 axial, das heißt entlang einer Achse 17 des Brennstoffeinspritzventils 1, geführt. Zwischen dem Kolbenabschnitt 16 der Düsennadel 7 und dem Ventilstück 9 ist ein Steuerraum 18 ausgebildet. Der Steuerraum 18 wird hierbei einerseits von einer Stirnfläche 19 des Kolbenabschnitts 16 der Düsennadel 7 und andererseits durch eine Bodenfläche 20 des Ventilstücks 9 begrenzt. Die Stirnfläche 19 des Kolbenabschnitts 16 und die Bodenfläche 20 des Ventilstücks 9 sind hierbei einander zugewandt. Die Bodenfläche 20 ist hierbei die Bodenfläche 20 einer innerhalb des Führungsteils 15 gebildeten Sacklochbohrung 21, in der der Kolbenabschnitt 16 geführt ist.
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Die Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 und 3 weiter beschrieben.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1. Hierbei zeigt die 2 eine Schaltstellung, in der die Düsennadel 7 geschlossen ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Einstellelement 22 auf. An dem Führungsteil 15 des Ventilstücks 9 ist eine ebene Anlagefläche 23 ausgestaltet, die senkrecht zu der Achse 17 orientiert ist. Ferner ist an dem Einstellelement 22 eine ebene Stirnfläche 24 ausgestaltet, die ebenfalls senkrecht zu der Achse 17 orientiert ist. Das Einstellelement 22 liegt mit seiner Stirnfläche 24 an der Anlagefläche 23 des Führungsteils 15 an.
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Außerdem weist das Einstellelement 22 eine von der Stirnfläche 24 abgewandte, weitere ebene Stirnfläche 25 auf, die als Anschlagfläche 25 zur Hubbegrenzung dient. Eine axiale Höhe 26 des Einstellelements 22 kann hierbei zur Einstellung eines maximalen Hubs der Düsennadel 7 beziehungsweise zum Ausgleich von Toleranzen geeignet ausgewählt sein.
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Die Düsennadel 7 weist eine Anschlagfläche 27 auf, die an einem Absatz 28 oder Bund 28 ausgestaltet ist. Die Anschlagfläche 27 der Düsennadel 7 ist der Anschlagfläche 25 des Einstellelements 22 zugewandt. Hierbei sind die beiden Anschlagflächen 25, 27 senkrecht zu der Achse 17 orientiert.
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Für die Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils ist in diesem Ausführungsbeispiel außerdem eine Feder 29 vorgesehen, die sich zur Reduzierung der Anzahl der Bauteile ebenfalls an der als Anschlagfläche 25 dienenden Stirnfläche 25 des Einstellelements 22 abstützt. Hierdurch kann die Anzahl der benötigten Bauelemente optimiert werden.
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Die Düsennadel 7 weist im Bereich des Einstellelements 22 einen an die Anschlagfläche 27 angrenzenden, umfänglichen Einstich 35 auf.
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Das Einstellelement 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel als platten-, ring- und hülsenförmiges Einstellelement 22 ausgestaltet. Das Einstellelement 22 umschließt die Düsennadel 7 hierbei umfänglich. Hierdurch ist eine zuverlässige Positionierung des Einstellelements 22 relativ zu dem Führungsteil 15 gewährleistet.
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Ausgehend von der in der 2 dargestellten Stellung wird bei einem Öffnen der Düsennadel 7 eine Bewegung der Düsennadel 7 in einer Richtung 36 erzielt. Beim Erreichen eines maximalen Hubs der Düsennadel 7 in der Richtung 36 wird die in der 3 dargestellte Stellung erreicht.
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3 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 bei einem maximalen Hub der Düsennadel 7. Die Düsennadel 7 wird zum Öffnen in der Richtung (Öffnungsrichtung) 36 verstellt. Bei maximalem Hub gelangt die Anschlagfläche 27 der Düsennadel 7 in Anlage mit der Anschlagfläche 25 des Einstellelements 22. Hierdurch ist der Hub begrenzt. Die axiale Höhe 26 des Einstellelements 22 ist hierbei so gewählt, dass ein Abstand zwischen der Stirnfläche 19 des Kolbenabschnitts 16 der Düsennadel 7 und der Bodenfläche 22 der Sacklochbohrung 21 verbleibt. Hierdurch verbleibt auch ein gewisses Mindestvolumen des Steuerraums 18. Dadurch kann gegebenenfalls das Schaltverhalten verbessert werden.
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Somit begrenzt das Einstellelement 22 den axialen Hub der Düsennadel 7. Die Begrenzung erfolgt hierbei so, dass stets die gesamte Stirnfläche 19 der Düsennadel 7 den Steuerraum 18 mit einem nicht verschwindenden Steuerraumvolumen begrenzt.
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Durch den Einstich 35 an der Düsennadel 7 wird die Funktionsweise der Hubbegrenzung unterstützt, denn hierdurch wird stets ein ebenes Anliegen der Düsennadel 7 mit ihrer Anschlagfläche 27 an der Anschlagfläche 25 des Einstellelements 22 zur Hubbegrenzung erreicht.
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In diesem Ausführungsbeispiel steuert das Steuerventil 6 den Druck des Brennstoffs im Steuerraum 18 über eine Ablaufdrossel 40. Die Ablaufdrossel 40 erstreckt sich hierbei durch das Ventilstück 9 und mündet in den Steuerraum 18. Durch die gewählte Hubbegrenzung ist die Stirnfläche 19 der Düsennadel 7 stets durch den Steuerraum 18 von der Bodenfläche 20 der Sacklochbohrung 21 beabstandet. Hierdurch kann eine Beeinträchtigung einer Brennstoffströmung im Bereich der Mündung der Ablaufdrossel 40 in den Steuerraum 18 vermieden oder zumindest verringert werden.
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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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