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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff, welche beim Öffnen und/oder Schließen einen Rückprall eines Ventilglieds vermeidet.
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Vorrichtungen zur Einspritzung von Kraftstoff sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein großes Problem hierbei besteht darin, dass bei einem Öffnungs- und/oder Schließvorgang ein Zurückprallen eines Ventilglieds auftreten kann. Derartige Vorgänge werden auch als "Preller" bezeichnet. Während eines Schließvorgangs öffnet sich durch das Auftreten des Prellens das Ventilglied wieder, so dass eine kleine Menge Kraftstoff unerwünscht zusätzlich eingespritzt wird. Preller können jedoch auch beim Öffnen eines Ventils auftreten, wenn beispielsweise das Ventil vollständig geöffnet werden soll und das Ventil von einem Anschlag zurückprallt und somit ein Austrittsquerschnitt wieder kurzzeitig reduziert. Eine Möglichkeit, ein Zurückprallen des Ventilglieds zu vermeiden, ist beispielsweise eine bewegte Masse zu reduzieren. Hierdurch können jedoch insbesondere beim Schließen des Ventils Preller nicht vollständig vermieden werden. Um zukünftig insbesondere eine weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zu erreichen, müssen Schaltzeiten für Ventile noch exakter eingehalten werden, was zu noch kürzeren Schaltzeiten bzw. zu einem mehrmaligen Öffnen und Schließen des Ventils während eines Einspritzzyklusses führt. Es währe daher wünschenswert, eine Einspritzvorrichtung bereitzustellen, welche das Auftreten derartiger Preller vermeiden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Zurückprallen eines Ventilglieds während des Öffnens und/oder Schließens der Einspritzvorrichtung vermieden werden kann. Hierdurch ist eine exakte Kraftstoffzumessung möglich, und es können genaue Schaltzeiten auch bei einem mehrmaligen Einspritzen pro Zyklus erhalten werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Einspritzvorrichtung eine Prellervermeidungsvorrichtung mit einem abgeschlossenen Hohlraum aufweist. Im Hohlraum ist ein loses Material angeordnet, wobei das lose Material den Hohlraum nur teilweise ausfüllt. Dabei ist das lose Material im Hohlraum bewegbar. Während eines Öffnungs- und/oder Schließvorgangs wird nun das lose Material aufgrund der Massenträgheit in einem Bereich des Hohlraums gesammelt, welcher entgegen der Bewegungsrichtung liegt. Bei einem Aufprall, beispielsweise, wenn ein Ventilglied an einem Ventilsitz schließt, wird das lose Material aufgrund der Massenträgheit zeitlich verzögert in Bewegungsrichtung in den Bereich des Hohlraums bewegt, welcher in Bewegungsrichtung liegt. Hierdurch trifft loses Material auf eine Innenwand des Hohlraums und ein Zurückprallen des bewegten Bauteils wird vermieden. Ferner kann durch die Erfindung ein maximaler Einschlagimpuls des bewegten Bauteils reduziert werden, wodurch sich Geräusch und Verschleiß verringern. Somit können durch die Erfindung sehr hohe Kraftspitzen während eines Aufschlags vermieden werden, so dass eine rückschlagfreie Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff bereitgestellt werden kann.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist der Hohlraum in einem Ventilglied angeordnet. Die Form des Ventilglieds ist dabei beliebig und kann beispielsweise eine Ventilnadel oder ein kugel- oder kegelförmiges Ventilschließglied sein.
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Besonders bevorzugt ist der Hohlraum an einem in Schließrichtung liegenden Ende des Ventilglieds angeordnet. Hierdurch kann ein Rückprallen in unmittelbarer Nähe des Aufschlagorts vermieden werden.
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Bevorzugt umfasst das Ventilglied eine Ventilnadel und der Hohlraum ist in der Ventilnadel angeordnet. Die Ventilnadel kann dabei beispielsweise einen rohrförmigen, abgetrennten Teilbereich aufweisen, welcher als Hohlraum fungiert. Die Verwendung einer hohlen Ventilnadel hat ferner den Vorteil, dass eine bewegte Masse reduziert wird, wodurch ein Einschlagimpuls verringert wird. Alternativ ist das Ventilglied eine Ventilkugel, wobei der Hohlraum in der Ventilkugel angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei die Ventilkugel an einer Ventilnadel angeordnet, wobei die Ventilnadel nicht zwingend auch hohl ausgebildet sein muss.
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Weiter bevorzugt ist der Hohlraum in einem mit dem Ventilglied verbundenen Bauteil, insbesondere einem Anker, angeordnet. Alternativ umfasst die Prellervermeidungsvorrichtung mehrere, mit losem Füllmaterial gefüllte Hohlräume.
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Das im Hohlraum befindliche Material ist vorzugsweise ein schüttfähiger Feststoff. Besonders bevorzugt ist der schüttfähige Feststoff dabei in Kugelform vorgesehen. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung weist der schüttfähige Feststoff eine beliebige Form und/oder eine ungleichmäßige Körnung auf. Der schüttfähige Feststoff ist vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff und kann auch ein Gemisch aus verschiedenen Materialien sein.
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Weiter bevorzugt ist der Hohlraum zu 30 bis 90 Vol.-%, und insbesondere 50 bis 80 Vol.-%, mit dem losen Material gefüllt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende Dämpfung eines Aufschlags möglich ist.
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Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff einen Magnetaktor. Alternativ kann als Aktor auch ein Piezoaktor vorgesehen werden.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teil jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Einspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geöffneten Zustand,
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2 eine Schnittansicht des Einspritzventils von 1 im geschlossenen Zustand,
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3 eine schematische Darstellung eines Ventilglieds für ein Einspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine schematische Darstellung eines Ventilglieds für ein Einspritzventil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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5 eine schematische Darstellung eines Ventilglieds für ein Einspritzventil gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 1 ein Ventilglied 10 mit einer hohlen Ventilnadel 11 und einer an einem Ende der Ventilnadel 11 angeordneten Kugel 12. Das Ventilglied 10 gibt an einem Ventilsitz 13 Spritzlöcher 14 frei bzw. verschließt diese. 1 zeigt dabei den geöffneten Zustand des Ventilglieds 10.
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Das Ventilglied 10 ist ferner mit einem Anker 17 fest verbunden und zur Bewegung des Ankers bzw. des Ventilglieds umfasst die Einspritzvorrichtung 1 einen Magnetaktor mit einem Innenpol 18, einer Spule 19 und einem Magnettopf 22. Bei Bestromung der Spule wird der Anker 17 in Richtung des Pfeils D zum Innenpol 18 gegen eine Kraft einer Rückstellfeder 20 bewegt. Mittels einer Einstellhülse 21 kann dabei eine Rückstellkraft der Rückstellfeder 20 eingestellt werden.
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Ferner umfasst die Einspritzvorrichtung 1 eine Prellervermeidungsvorrichtung 2. Die Prellervermeidungsvorrichtung 2 weist einen Hohlraum 3 auf, in welchem ein loses Material 4 angeordnet ist. Das lose Material 4 füllt dabei nicht den gesamten Hohlraum 3 auf, sondern es verbleibt ein freies Volumen 5 im Hohlraum.
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Das lose Material 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein schüttfähiger Feststoff, vorzugsweise Metallkugeln gleicher Größe. Der Hohlraum 3 ist durch Abtrennen eines hohlen Bereichs der hohlen Ventilnadel mittels eines Stopfens 15 gebildet. Der Stopfen 15 kann beispielsweise mittels Schweißen mit der hohlen Ventilnadel 11 verbunden werden. Ebenfalls kann die Kugel 12 über eine Schweißverbindung mit der hohlen Ventilnadel 11 verbunden werden.
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Die Prellervermeidungsvorrichtung 2 ermöglicht es, dass ein Rückschlag des Ventilglieds 10 nach einem Schließvorgang vermieden werden kann. Wie in 1 angedeutet, welche einen teilgeöffneten Zustand der Einspritzvorrichtung 1 zeigt, strömt Kraftstoff über einen hydraulischen Anschluss 23 in Richtung des Pfeils A durch den Innenpol 18 in die hohle Ventilnadel 11 ein. Aus der hohlen Ventilnadel 11 strömt der Kraftstoff über seitliche Durchströmungsöffnungen 16 (Pfeile B) zur Außenseite des Ventilglieds und an ausgenommenen Bereichen an der Kugel 12 des Ventilglieds 10 vorbei und wird über die Spritzlöcher 14 eingespritzt (Pfeile C).
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Wenn nun eine Einspritzung beendet werden soll, wird eine Bestromung der Spule 19 beendet und die Rückstellfeder 20 bewirkt, dass das Ventilglied 10 in axialer Richtung X-X in Richtung des Pfeils E bewegt wird. Hierdurch kommt die Kugel 12 mit dem Ventilsitz 13 in Kontakt und verschließt den Durchlass, so dass kein Kraftstoff mehr eingespritzt wird. Während des Schließvorgangs unterstützt auch der unter Druck stehende Kraftstoff noch den Schließvorgang, so dass das Ventilglied 10 mit einem gewissen Impuls auf den Ventilsitz 13 auftrifft. Aufgrund dieses Impulses tendiert das Ventilglied 10 dazu, zurückzuprellen. Durch die erfindungsgemäße Prellervermeidungsvorrichtung 2 wird jedoch mit einem geringen zeitlichen Verzug erreicht, dass das lose Füllmaterial 4 aufgrund seiner Trägheit auf die Oberfläche der Kugel 12 auftrifft, was in 2 durch die Pfeile M angedeutet ist. Hierdurch gibt das lose Füllmaterial 4 seine kinetische Energie ab, welche entgegen der Rückprellrichtung des Ventilglieds gerichtet ist und verhindert somit ein Zurückprallen des Ventilglieds.
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Dadurch kann erreicht werden, dass das Ventilglied 10 nicht nochmals kurz vom Ventilsitz 13 abhebt und zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird. Hierbei kann es auch zu einer Verdichtung des losen Füllmaterials 4 kommen und es tritt Reibung zwischen den einzelnen Teilchen des losen Füllmaterials 4 auf, wodurch auch ein Teil der kinetischen Energie in Wärme umgewandelt wird.
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Ferner wird durch die erfindungsgemäße Prellervermeidungsvorrichtung 2 eine Geräuscherzeugung beim Schließen sowie ein Verschleiß am Ventilsitz 13 reduziert. Somit kann ein rückschlagfreies Ventilglied bereitgestellt werden. Durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Prellervermeidungsvorrichtung wird ein Rückschlag auch bei einem Öffnen der Einspritzvorrichtung vermieden, wenn der Anker 17 gegen den Innenpol 18 anschlägt. Hier wirkt der gleiche Mechanismus wie beim Schließen des Ventilglieds, wobei das lose Füllmaterial 4 lediglich gegen den Stopfen 15 mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auftrifft und ein Rückprellen verhindert.
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Da ferner die Ventilnadel 11 in diesem Ausführungsbeispiel hohl ausgestaltet ist, weist das Ventilglied 10 auch nur eine geringe Masse auf, so dass eine bewegte Masse während des Öffnungs- und Schließvorgangs des Ventilglieds relativ gering ist. Auch hierdurch kann ein Aufschlagimpuls des Ventilglieds beim Öffnen und Schließen reduziert werden, was zusätzlich noch zu einer reduzierten Prellerneigung des Ventilglieds 10 beiträgt.
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Somit kann erfindungsgemäß die Funktion der Einspritzvorrichtung 1 verbessert werden und insbesondere auch eine Anzahl zulässiger Schaltvorgänge pro Einspritzvorgang erhöht werden. Darüber hinaus kann auch eine Lebensdauer der Einspritzvorrichtung deutlich vergrößert werden. Ferner sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Prellervermeidungsvorrichtung auch noch mit anderen Prellervermeidungsstrategien kombiniert werden kann, insbesondere Prellervermeidungsstrategien, bei denen der Magnetanker 17 nicht direkt mit dem Ventilglied verbunden ist.
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Die 3 bis 5 zeigen alternative bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei jeweils das Ventilglied 10 unterschiedlich gestaltet ist. Bei dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist an eine hohle Ventilnadel 11 eine hohle Kugel 12 angebracht, z.B. mittels Schweißen. Die hohle Kugel 12 stellt den Hohlraum 3 bereit, in welchem das lose Füllmaterial 4 und ein freies Volumen 5 vorhanden ist. Durch diese Maßnahme ist die Prellervermeidungsvorrichtung und das äußerste Ende des Ventilglieds 10 in Schließrichtung des Ventilglieds angeordnet. Hierdurch kann dem Impuls direkt am Ort seiner Entstehung entgegengewirkt werden.
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Das in 4 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel weist eine Ventilnadel 6 aus Vollmaterial auf. Kraftstoff wird über Bohrungen 7, welche im Anker 17 vorgesehen sind, zugeführt. Die Prellervermeidungsvorrichtung 2 ist wie in 3 in einer hohlen Kugel 12 vorgesehen.
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5 zeigt eine Prellervermeidungsvorrichtung 2 bei einer Einspritzvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist das Ventilglied 10 einstückig aus einem hohlen Ventilnadelbereich 11' und einem hohlen Kugelbereich 12' hergestellt. Der Hohlraum 3 der Prellervermeidungsvorrichtung 2 wird durch Einbringen eines Stopfens 15 in den hohlen Ventilnadelbereich 11' realisiert. Hierdurch entsteht wiederum ein Hohlraum 3 in dem hohlen Kugelbereich 12' und teilweise auch noch in dem hohlen Ventilnadelbereich 11'. Der Stopfen 15 kann beispielsweise mittels Schweißen oder Kleben oder dgl. im hohlen Ventilnadelbereich 11' fixiert werden.
