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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2010 064 050 A1 der Anmelderin bekannt. Es umfasst ein in einem Steuerventilraum in einer Führungshülse axial verschiebbares Steuerventil. Das Steuerventil dient der Steuerung eines Kraftstoffflusses aus dem Steuerventilraum über einen Steuerventilsitz in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors, um damit den Druck in einem dem Steuerventilraum vorgeschalteten, und mit diesem hydraulisch verbundenen Steuerraum zu beeinflussen. In den Steuerraum taucht wiederum der eine Endbereich einer Düsennadel ein. Dadurch wird in bekannter Art und Weise das Abheben bzw. Senken der Düsennadelspitze auf ihren Dichtsitz beeinflusst, um in dem Injektorgehäuse des Kraftstoffinjektors ausgebildete Düsenöffnungen freizugeben bzw. zu verschließen. Die dem Steuerventilsitz abgewandte Stirnfläche des Steuerventils ist über eine Ablaufbohrung druckentlastet und die Führungshülse sitzt auf dem Boden des Steuerventilraums mit ihrer Stirnfläche auf. Es ist erforderlich, dass zwischen der auf dem Boden des Steuerventilraums aufliegenden Stirnfläche der Führungshülse und dem die Führungshülse radial umgebenden Steuerventilraum eine hydraulische Dichtheit gewährleistet ist, um zu vermeiden, dass unter relativ hohem Druck stehender Kraftstoff die dem Steuerventilsitz gegenüberliegende Stirnfläche des Steuerventils mit Druck beaufschlagt. Die bekannte Führungshülse weist an beiden Stirnseiten jeweils eine Innenfase und eine Außenfase auf, die unterschiedliche Dimensionierungen haben.
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Darüber hinaus ist es aus der Praxis bekannt, die Stirnfläche der Führungshülse auf der dem Steuerventilsitz abgewandten, d.h. auf der einer Drosselplatte zugewandten Seite nicht eben auszubilden, sondern mit einer radial umlaufenden Schräge, so dass die Führungshülse am Bodenbereich mit einer Beißkante aufsitzt. Dadurch werden lokal sehr hohe Flächenpressungen mit entsprechend hoher Dichtheit am Bodenbereich des Steuerventilraums ermöglicht, die jedoch auch mit einer plastischen Verformung des Materials des Bodenbereichs einhergeht. Problematisch dabei ist, dass durch die angesprochene plastische Verformung bei einem seitlichen Versatz der seitlich um ein geringes Maß beweglich angeordneten Führungshülse Undichtigkeiten an der Beißkante erzeugt werden können. Darüber hinaus können im Kraftstoff befindliche harte Partikel in den Bereich zwischen der Führungshülse und dem Boden des Steuerventilraums gelangen, was ebenfalls zu Undichtigkeiten, und somit zu einer Leckage von Kraftstoff in Richtung zu der Rückablaufbohrung führt.
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Aus der
DE 10 2008 001 330 A1 der Anmelderin ist es darüber hinaus bekannt, die dem Boden des Steuerventilraums zugewandten Seite der Führungshülse mit einem geringeren Außendurchmesser auszubilden als auf der dem Steuerventilsitz zugewandten Seite. Dadurch wird ein Freiraum für eine in den Steuerventilraum mündende, vom Steuerraum kommende Zulaufbohrung geschaffen. Bei der Montage der Führungshülse muss diese dadurch jedoch stets in einer bestimmten Richtung eingeführt werden, um die gewünschte Funktion des Steuerventils zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Führungshülse für das Steuerventilglied in unterschiedlichen Einbaulagen montiert werden kann, ohne dass es dadurch zu Funktionsbeeinträchtigungen des Kraftstoffeinspritzventils bzw. des Steuerventils kommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs dadurch gelöst, dass die beiden Innenfasen der Führungshülse identisch und die beiden Außenfasen der Führungshülse identisch ausgebildet sind. Dadurch kann die Führungshülse in beide Richtungen montiert werden, so dass Fehler bei der Montage der Führungshülse ausgeschlossen werden können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in den Unteransprüchen aufgeführt. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In ganz bevorzugter Ausgestaltung der Führungshülse und des Steuerventilraums ist es vorgesehen, dass die beiden Stirnseiten der Führungshülse und der Bodenbereich des Steuerventilraums eben ausgebildet sind. Dadurch wird die Neigung zu Undichtigkeiten bei einem seitlichen Versatz der Führungshülse innerhalb des Steuerventilraums minimiert, da die Flächenpressung im Bodenbereich zwischen der Führungshülse und dem Bodenbereich über die gesamte Auflagefläche der Führungshülse konstant gehalten wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Innenfase um einen ersten Winkel zum Bodenbereich angeordnet ist, der geringer ist als ein zweiter Winkel, um den die Außenfase zum Bodenbereich angeordnet ist. Somit dient die Innenfase im Wesentlichen lediglich zum problemlosen Einführen des Steuerventils in die Führungshülse, während durch die einen größeren Winkel aufweisende Außenfase es ermöglicht wird, einen Freiraum auszubilden, in die eine in einer Drosselplatte ausgebildete Bohrung, die Verbindung mit einem Steuerraum hat, in dem Steuerventilraum mündet.
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Um den von der Innenfase im Bereich der Auflagefläche im Steuerventilraum gebildeten Freiraum zu nutzen, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Bodenbereich des Steuerventilraums von einer Drosselplatte gebildet ist, in der eine mit einem Niederdruckbereich verbundene Rücklaufbohrung ausgebildet ist, wobei die Rücklaufbohrung im Bereich der Innenfase der Führungshülse und/oder im Bereich einer Fase des schaftförmigen Bereichs des Steuerventilglieds mündet.
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Bevorzugt findet die erfindungsgemäße Führungshülse bei Einspritzsystem Verwendung, die einen relativ hohen Druck, beispielsweise einen Druck von mehr als 2000bar aufweisen. Dadurch werden selbst bei den relativ hohen Drücken relativ geringe Flächenpressungen zwischen der Führungshülse und dem Bodenbereich des Steuerventilraums eingehalten, so dass es zu keinen plastischen Verformungen an der Stirnfläche der Führungshülse bzw. dem ihr zugewandten Bodenbereich des Steuerventilraums kommt.
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Die Oberflächen der Stirnflächen der Führungshülse stellen relativ geringe Anforderungen hinsichtlich ihrer Rauhigkeit. Daher ist es in fertigungstechnisch vorteilhafter, weil relativ kostengünstig realisierbarer Art und Weise vorgesehen, dass die Stirnseiten der Führungshülse durch Drehen oder Schleifen oberflächenbearbeitet sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigt in:
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1 den einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten unteren Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt und
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2 den Bereich des Steuerventilraums bei dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß 1 in vergrößerter Darstellung, ebenfalls im Längsschnitt.
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Gleiche Bauteile, bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist der einem nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandte untere Endbereich eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils 10 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 findet bevorzugt Verwendung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen und ist Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems. Bevorzugt findet das Kraftstoffeinspritzsystem 10 Verwendung bei Systemdrücken, die mehr als 2000bar betragen.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist ein Ventilgehäuse 11 auf, das einen Düsenkörper 12 und eine Haltekörper 13 umfasst. Zwischen dem Düsenkörper 12 und dem Haltekörper 13 sind eine Drosselplatte 14 und ein Ventilkörper 15 angeordnet. Der Düsenkörper 12 ist unter axialer Zwischenlage der Drosselplatte 14 und des Ventilkörpers 15 mittels einer Düsenspannmutter 16 axial mit dem Haltekörper 13 verspannt.
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In dem Düsenkörper 12 ist eine Düsennadel 20 auf- und abbeweglich geführt. Die Düsennadel 20 bildet mit einer Innenwand des Düsenkörpers 12 in der in der 1 dargestellten Schließstellung im Bereich ihrer Nadelspitze einen Dichtsitz 21 aus. In dieser Stellung werden im Düsenkörper 12 ausgebildete Einspritzöffnungen 22 verschlossen bzw. ein Durchtritt von Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 22 verhindert. Der den Einspritzöffnungen 22 gegenüberliegende Bereich des Düsenkörpers 12 bildet einen Hochdruckraum 23 aus, in dem sich unter Hochdruck (Raildruck) befindlicher Kraftstoff befindet. Hierzu hat der Hochdruckraum 23 über eine in dem Haltekörper 13, der Drosselplatte 14 und dem Ventilkörper 15 ausgebildete Zulaufbohrung 24 Verbindung mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, insbesondere mit dem angesprochen Rail des Common-Rail-Einspritzsystems. Um den Hochdruckraum 23 mit dem Bereich der Einspritzöffnungen 22 hydraulisch zu verbinden, damit Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 23 in den Bereich der Einspritzöffnungen 22 gelangt, ist ein radialer Führungsbereich der Düsennadel 20 mit Abflachungen 25 ausgestattet, die ein Durchströmen von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 23 in Richtung zu den Einspritzöffnungen 22 ermöglichen. Der in dem Hochdruckraum 23 angeordnete Endbereich 26 der Düsennadel 20 ist von einer Hülse 27 radial umfasst, die an der ihr zugewandten Stirnfläche der Drosselplatte 14 dichtend anliegt. Hierzu dient eine Druckfeder 28, die sich zwischen der Hülse 27 einerseits, und einem gegen eine Stufe 29 der Düsennadel 20 anliegenden Haltering 30 abstützt.
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Von der in der Hülse 27 eintauchenden Stirnfläche des Endbereichs 26 der Düsennadel 20, der radial umlaufenden Wand der Hülse 27 sowie der Drosselplatte 14 ist ein Steuerraum 32 ausgebildet, der mittels einer Abzweigbohrung 33 über die Zulaufbohrung 24 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Steuerraum 32 ist weiterhin über eine Ablaufbohrung 34 mit einem in dem Ventilkörper 15 ausgebildeten Steuerventilraum 35 hydraulisch verbunden.
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Der Steuerventilraum 35 dient der Aufnahme eines Steuerventils 37, das auf der der Drosselplatte 14 zugewandten Seite einen schaftförmigen Bereich 38 aufweist, an dem sich ein pilzförmiger Bereich 39 anschließt. Mittels des pilzförmigen Bereichs 39 wird ein in dem Ventilkörper 15 ausgebildeter Steuerventilsitz 40 verschlossen bzw. geöffnet. Hierzu wirkt die dem schaftförmigen Bereich 38 gegenüberliegende Stirnfläche des pilzförmigen Bereichs 39 auf bekannte Art und Weise mit einem hydraulischen Koppler 42 zusammen, der in einem Leckölraum 43 des Haltekörpers 13 angeordnet ist. Der Leckölraum 43 hat wiederum Verbindung zu einem nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf.
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Der schaftförmige Bereich 38 des Steuerventils 37 ist innerhalb des Steuerventilraums 35 radial von einer Führungshülse 45 umfasst. Die Führungshülse 45 dient der Führung des Steuerventils 37 bei einer Auf- bzw. Abwärtsbewegung des Steuerventils 37. Daher ist zwischen dem Innendurchmesser bzw. der Innenwand der Führungshülse 45 und dem schaftförmigen Bereich 38 lediglich ein der Führung dienendes minimales Radialspiel ausgebildet, das insbesondere Leckageverluste aus dem unter relativ hohem Druck stehenden Steuerventilraum 35 in Richtung zu der dem pilzförmigen Bereich 39 gegenüberliegenden Stirnfläche des Steuerventils 37 minimiert bzw. vermeidet.
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Wie am besten anhand der 2 erkennbar ist, ist in der Drosselplatte 14 eine Rücklaufbohrung 46 ausgebildet, die im Bereich des schaftförmigen Bereichs 38 bzw. der Führungshülse 45 mündet, und die ebenfalls mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch verbunden ist. Zwischen der der Drosselplatte 14 abgewandten oberen Stirnfläche der Führungshülse 45 und der Unterseite des pilzförmigen Bereichs 39 stützt sich eine weitere Druckfeder 47 ab, die den pilzförmigen Bereich 39 in Richtung des Steuerventilsites 40 und die Führungshülse 45 gegen den Bodenbereich 48 des Steuerventilraums 35, der von der Drosselplatte 14 gebildet wird, drückt.
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Wie weiterhin am besten anhand der 2 erkennbar ist, weist die der Drosselplatte 14 zugewandte Stirnseite des schaftförmigen Bereichs 38 eine aus fertigungsbedingten Gründen gewünschte, radial umlaufende Fase 49 auf. Darüber hinaus weisen die beiden einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Führungshülse 45 erfindungsgemäß jeweils eine radial umlaufende Innenfase 51 sowie eine radial umlaufende Außenfase 52 auf. Hierbei ist der Winkel α, der zwischen der Drosselplatte 14 und der Innenfase 51 ausgebildet ist, kleiner als der Winkel β, der zwischen der Drosselplatte 14 und der Außenfase 52 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die beiden Innenfasen 51 und die beiden Außenfasen 52 an den beiden Stirnseiten der Führungshülse 45 jeweils identisch ausgebildet sind. Weiterhin ist es vorgesehen, dass sowohl der Bodenbereich 48 der Drosselplatte 14, als auch die beiden Stirnseiten 53, 54 der Führungshülse 45 jeweils als ebene Flächen ausgebildet sind. Die Stirnflächen 53, 54 der Führungshülse 45 können durch Drehen oder Schleifen oberflächenbearbeitet sein. Durch die Innenfase 51 und die Außenfase 52 der Führungshülse 45 werden im Bereich der Auflagefläche der Führungshülse 45 auf der Drosselplatte 14 zwei Durchmesser d1 und d2 ausgebildet. Weiterhin weist der schaftförmige Bereich 38 des Steuerventils 37 im Bereich der Führungshülse 45 einen Durchmesser dF auf. Innerhalb des Steuerventilraums 35 herrscht ein Steuerventilraumdruck pv. Somit ergibt sich eine maximale Flächenpressung aufgrund des in dem Steuerventilraum 35 herrschenden hydraulischen Drucks an der Aufstandsfläche der Führungshülse 45 auf der Drosselplatte 14 in Höhe von pV × (Л/4) × ((d2 2 – dF 2)/(d2 2 – d1 2))
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Wesentlich ist, dass durch die Flächenpressung lediglich eine elastische Verformung der einander zugewandten Flächen der Führungshülse 35 und der Drosselplatte 14 erzeugt wird. Wie weiterhin anhand der 2 erkennbar ist, mündet die Ablaufbohrung 34 in dem radialen Zwischenbereich zwischen der Außenfase 52 der Führungshülse 45 und der Wand des Steuerventilraums 35. Zwischen dem Außenumfang der Führungshülse 45 und dem Steuerventilraum 35 ist ein Radialspalt 55 ausgebildet, der eine (geringfügige) Bewegung der Führungshülse 45 in einer Ebene quer zur Längsachse 56 des Steuerventils 37 ermöglicht.
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In der in den 1 und 2 dargestellten Schließstellung der Düsennadel 20 wird diese von der Federkraft der Druckfeder 28 gegen den Dichtsitz 21 gedrückt. Hierbei herrscht innerhalb des Steuerraums 32 Hochdruck, da sich das Steuerventil 37 mit seinem pilzförmigen Bereich 39 ebenfalls in seiner Schließstellung befindet, in dem der pilzförmige Bereich 39 gegen den Steuerventilsitz 40 anliegt. Um ein Öffnen der Düsennadel 20 zu ermöglichen, damit Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 22 abgegeben werden kann, ist es erforderlich den hydraulischen Druck im Steuerraum 32 abzusenken. Hierzu wird über den hydraulischen Koppler 42 auf das Steuerventil 37 eine Kraft entgegen der Federkraft der weiteren Druckfeder 47 erzeugt, die den pilzförmigen Bereich 39 von dem Steuerventilsitz 40 abheben lässt. Dadurch kann Kraftstoff, der über die Ablaufbohrung 34 in den Steuerventilraum 35 gelangt, über den Steuerventilsitz 40 in Richtung zum Leckölraum 43 abströmen. Dieses Abströmen des Kraftstoffs in Richtung des Leckölraums 43 bewirkt eine gewünschte Druckminderung im Steuerraum 32, so dass die hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 20 reduziert wird.
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Das soweit beschriebene Kraftstoffeinspritzventil 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Insbesondere ist es für die Funktionalität des Kraftstoffeinspritzventils 10 nicht von Bedeutung, auf welche Art und Weise eine entsprechende Öffnungs- bzw. Schließkraft auf das Steuerventil 37 im Bereich des Steuerventilsitzes 40 erzeugt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010064050 A1 [0002]
- DE 102008001330 A1 [0004]
