DE102012210625A1

DE102012210625A1 - Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102012210625A1
Application number: DE201210210625
Authority: DE
Inventors: Henning Kreschel; Holger Rapp; Johannes Schill
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2013-12-24
Also published as: FR2992396A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, umfassend einen in einem Ventilraum (1) aufgenommenen Ventilbolzen (2), der über eine Dichthülse (3) hubbeweglich geführt und in Richtung eines Ventilsitzes (4) von der Federkraft einer Feder (5) beaufschlagt ist, wobei die Dichthülse (3) zur Abdichtung des Ventilraums (1) gegenüber einem Niederdruckraum (6) an einer Drosselplatte (7) abgestützt und zum Ausgleich von Toleranzen gegenüber der Drosselplatte (7) in radialer Richtung verschiebbar ist. Erfindungsgemäß weist die Dichthülse (3) außenumfangseitig eine wenigstens eine Rille (8) ausbildende Profilierung (9) auf, welche den Ventilraum (1) in radialer Richtung erweitert. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem solchen Schaltventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil 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 Schaltventil.
Stand der Technik
Ein Schaltventil der vorstehend genannten Art dient der Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel eines Kraftstoffinjektors, über deren Hubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung des Kraftstoffinjektors freigebbar oder verschließbar ist. In Schließstellung des Schaltventils wird ein Steuerdruck in einem Steuerraum aufgebaut, welcher die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt. In Offenstellung des Schaltventils wird der Steuerraum entlastet, so dass die Düsennadel öffnet. Die Betätigung des Steuerventils erfolgt über eine Aktoreinheit des Kraftstoffinjektors.
Ein gattungsgemäßes Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 001 099 A1 hervor. Dieses umfasst ein in einer Dichthülse axial geführtes Ventilglied, das in axialer Richtung von der Federkraft eines ersten Federelementes beaufschlagt ist. Das erste Federelement ist hierzu einerseits am Ventilglied, andererseits an der Dichthülse abgestützt. Bei dem ersten Federelement handelt es sich um eine Schraubendruckfeder, über welche nicht nur eine Axialkraft, sondern auch eine Torsionskraft auf die Dichthülse übertragen wird, so dass die Gefahr einer Lageveränderung der Dichthülse im Betrieb des Kraftstoffinjektors besteht. In diesem Fall ist die Führungsfunktion der Dichthülse nicht mehr gewährleistet. Um eine Lageveränderung der Dichthülse zu verhindern, wird daher in dieser Druckschrift ein weiteres Federelement vorgeschlagen, das die Dichthülse zumindest teilweise umgibt und diese zur Lagefixierung mit einer Druckkraft in axialer und/oder radialer Richtung beaufschlagt.
Im Betrieb des Kraftstoffinjektors wird die Dichthülse von Kraftstoff umströmt, welcher zu einer ungleichen Druckverteilung am Umfang der Dichthülse und damit zu einer radialen Verschiebung der Dichthülse führen kann. Die am Umfang der Dichthülse wirkenden dynamischen Drücke lassen sich dabei nach der Formel p_dyn = 0,5·ρ·v² berechnen, wobei ρ die Dichte des Fluids bzw. Kraftstoffs und v die Geschwindigkeit des Fluids ist. Eine ungleiche Druckverteilung am Umfang der Dichthülse führt zu Querkräften, die wiederum eine Lageveränderung der Dichthülse, insbesondere in radialer Richtung bewirken können. Um die Führungs- und Dichtfunktion der Dichthülse sicherzustellen, gilt es daher die auf die Dichthülse wirkenden Querkräfte zu minimieren.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schaltventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einem solchen Schaltventil beansprucht.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor umfasst einen in einem Ventilraum aufgenommenen Ventilbolzen, der über eine Dichthülse hubbeweglich geführt und in Richtung eines Ventilsitzes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt ist. Die Dichthülse ist dabei zur Abdichtung des Ventilraums gegenüber einem Niederdruckraum an einer Drosselplatte abgestützt und zum Ausgleich von Toleranzen gegenüber der Drosselplatte in radialer Richtung verschiebbar. Erfindungsgemäß weist die Dichthülse außenumfangseitig eine wenigstens eine Rille ausbildende Profilierung auf, welche den Ventilraum in radialer Richtung erweitert. Die radiale Erweiterung des Ventilraumes bewirkt nach der Formel v = Q/A eine lokale Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit, wobei sich mit der Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit v auch der die Dichthülse beaufschlagende dynamische Druck p_dyn verringert. Dies wiederum hat zur Folge, dass die auf die Dichthülse wirkenden Querkräfte reduziert werden, wodurch einer radialen Verschiebung der Dichthülse entgegen gewirkt wird. Somit ist auch die Führungs- und Dichtfunktion der Dichthülse gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rille umlaufend ausgebildet. Die Rille bildet auf diese Weise einen Ringkanal aus, welcher einen Strömungsausgleich und damit eine gleichmäßige Druckverteilung in Umfangsrichtung bewirkt. Eine gleichmäßige Druckverteilung in Umfangsrichtung wirkt ebenfalls einer Lageverschiebung der Dichthülse in radialer Richtung entgegen.
Die Querschnittform der wenigstens einen Rille kann beliebig gewählt werden. Bevorzugt besitzt die Rille eine runde, ovale oder eckige, beispielsweise V-förmige oder trapezförmige, Querschnittsform. Besonders bevorzugt wird eine Querschnittsform mit einer kleinen Querschnittsfläche, da hierdurch das Ventilraumvolumen nur eine unwesentliche Volumenvergrößerung erfährt. Dies wirkt sich vorteilhaft in Bezug auf schnelle Schaltzeiten des Schaltventils aus. Demzufolge sollte auch die Anzahl der Rillen der Profilierung vorzugsweise klein gewählt werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Rillen 2, 3 oder 4 betragen.
Sofern die Profilierung mehrere Rillen umfasst, wird vorgeschlagen, dass diese in gleichem axialem Abstand zueinander angeordnet sind. Eine gleichmäßige Profilierung fördert ebenfalls eine gleichmäßige Druckverteilung an der Dichthülse. Dabei kann die Profilierung derart ausgebildet sein, dass Rille an Rille liegt. Die Dichthülse besitzt dann eine Art Riffelung im Bereich ihrer Außenumfangsfläche.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Profilierung eine Wellenform, welche mittels Drehen oder Schleifen besonders einfach herzustellen ist.
Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Profilierung zu wenigstens einer Stirnfläche der Dichthülse axial beabstandet ist. Das heißt, dass sich die Profilierung bevorzugt nicht über die gesamte Außenumfangsfläche der Dichthülse erstreckt. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass das Ventilraumvolumen nicht unnötig vergrößert wird. Ferner kann die Anordnung der Profilierung asymmetrisch in Bezug auf die Längsachse der Dichthülse erfolgen.
Vorteilhafterweise ist eine der Drosselplatte zugewandte Stirnfläche der Dichthülse mit einer Beißkante versehen. Dadurch wird die Dichtkraft erhöht bzw. die Dichtwirkung verbessert. Die andere Stirnfläche der Dichthülse kann demgegenüber flach ausgebildet sein und auf diese Weise eine Aufstandsfläche für die an der Dichthülse abgestützte Feder ausbilden.
Schließlich wird ein Kraftstoffinjektor mit einem erfindungsgemäßen Schaltventil beansprucht, wobei in der Drosselplatte eine in den Ventilraum mündende Ablaufdrossel und/oder Fülldrossel ausgebildet ist bzw. sind. Hier kommen die Vorteile eines erfindungsgemäßen Schaltventils besonders zum Tragen, da die in den Ventilraum mündende Ablauf- und/oder Fülldrossel zu einer nicht homogenen Strömung im Ventilraum beitragen. Die Profilierung der Außenumfangsfläche der Dichthülse bewirkt eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit und damit einer Reduzierung des die Dichthülse beaufschlagenden dynamischen Drucks, so dass etwaige auf die Dichthülse wirkende Querkräfte verringert werden. Bei Ausbildung einer Profilierung mit wenigstens einer umlaufenden Rille wird zudem ein Ringkanal ausgebildet, welcher eine Homogenisierung der Strömung bewirkt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schaltventil.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das in der Zeichnung dargestellte Schaltventil umfasst einen in einem Ventilraum 1 aufgenommenen Ventilbolzen 2, welcher über eine ebenfalls im Ventilraum 1 aufgenommenen Dichthülse 3 hubbeweglich geführt ist. Die Dichthülse 3 dichtet den Ventilraum 1 gegenüber einem Niederdruckraum 6 ab, welcher in axialer Richtung von einer Stirnfläche des Ventilbolzens 2 und einer Drosselplatte 7 eines Kraftstoffinjektors begrenzt wird. Das Schaltventil ist demnach weitgehend druckausgeglichen bzw. druckkraftreduziert.
Der Ventilraum 1 ist in einer an der Drosselplatte 7 anliegenden Ventilplatte 17 ausgebildet und läuft in einen kegelförmigen Ventilsitz 4 aus. Der Ventilbolzen 2 wird in Richtung der Ventilsitzes 4 von der Federkraft einer Feder 5 beaufschlagt, welche einerseits am Ventilbolzen 2 und andererseits an der Dichthülse 3 abgestützt ist. Die Federkraft der Feder 5 dient demnach ferner als Dichtkraft, welche die Dichthülse 3 in Anlage mit der Drosselplatte 7 hält. Zur Erhöhung der Dichtkraft ist eine der Drosselplatte 7 zugewandte Stirnfläche 10 der Dichthülse mit einer Beißkante 12 versehen. Die der Drosselplatte 7 abgewandte Stirnfläche 11 der Dichthülse 3 ist demgegenüber zur Ausbildung einer Federaufstandsfläche im Wesentlichen eben ausgebildet.
Die Ventilplatte 17 und die Drosselplatte 7 werden von einem seitlich angeordneten Zulaufkanal 16 durchsetzt, in welchem im Bereich der Drosselplatte 7 eine Zulaufdrossel 15 ausgebildet ist. Über die Zulaufdrossel 15 erfolgt die Befüllung eines Steuerraums des Kraftstoffinjektors (nicht dargestellt) mit Kraftstoff. Über eine ebenfalls in der Drosselplatte 7 angeordnete Ablaufdrossel 13 ist der Steuerraum mit dem Ventilraum 1 verbindbar, so dass im Ventilraum 1 weitgehend der gleiche Druck wie im Steuerraum herrscht. Die Ablaufdrossel 13 mündet seitlich neben der Dichthülse 3 in den Ventilraum 1. Eine Fülldrossel 14, welche nach einer Entlastung eine schnelle Wiederbefüllung des Steuerraums und damit kurze Schaltzeiten bewirken soll, mündet ebenfalls seitlich neben der Dichthülse 3 in den Ventilraum 1, so dass im Betrieb des Kraftstoffinjektors inhomogene Strömungsverhältnisse im Ventilraum 1 herrschen. Diese können zur Folge haben, dass Querkräfte auf die Dichthülse 3 wirken und die Dichthülse 3 aufgrund der Querkräfte eine radiale Verschiebung erfährt. Die Dichthülse 3 kann dann ggf. nicht mehr ihre Führungs- und/oder Dichtfunktion erfüllen. Um die auf die Dichthülse 3 wirkenden Querkräfte zu verringern, weist die Dichthülse 3 des dargestellten erfindungsgemäßen Schaltventils eine außenumfangseitige, sich über einen unteren Teilabschnitt der Dichthülse 3 erstreckende, wellenförmige Profilierung 9 auf. Vorliegend wird die Profilierung 9 aus zwei umlaufenden, im Querschnitt teilkreisförmigen Rillen 8 gebildet, welche den Ventilraum 1 nach radial innen erweitern und auf diese Weise zu einer Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit im Ventilraum 1 beitragen. Ferner bilden die Rillen 8 Ringkanäle aus, welche einen Druckausgleich in Umfangsrichtung bewirken. Indem die Rillen 8 innerhalb der Außenumfangsfläche ausgebildet sind, d.h. beabstandet zur Stirnfläche 10, welche der Drosselplatte 7 zugewandt ist, bewirkt die Profilierung 9 keine Erhöhung der auf die Dichthülse 3 wirkenden Axialkraft. Ferner erfährt der Ventilraum 1 durch die Profilierung 9 der Dichthülse 3 nur eine vernachlässigbar geringe Volumenvergrößerung, welche die Schaltzeiten des Ventils nicht wesentlich beeinträchtigt. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln eine Verringerung der auf die Dichthülse 3 wirkenden Querkräfte, ferner eine Robustheitssteigerung des Schaltventils bewirkt.
Die in der einzigen Figur dargestellte Ausführungsform ist beispielhaft gewählt. Abwandlungen hiervon sind möglich und Bestandteil der Erfindung. Die Abwandlungen können insbesondere die Anordnung, die konkrete Ausgestaltung und die Anzahl der profilgebenden Rillen 8 der Dichthülse 3 betreffen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009001099 A1 [0003]

Claims

Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Kraftstoffinjektor, umfassend einen in einem Ventilraum (1) aufgenommenen Ventilbolzen (2), der über eine Dichthülse (3) hubbeweglich geführt und in Richtung eines Ventilsitzes (4) von der Federkraft einer Feder (5) beaufschlagt ist, wobei die Dichthülse (3) zur Abdichtung des Ventilraums (1) gegenüber einem Niederdruckraum (6) an einer Drosselplatte (7) abgestützt und zum Ausgleich von Toleranzen gegenüber der Drosselplatte (7) in radialer Richtung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (3) außenumfangseitig eine wenigstens eine Rille (8) ausbildende Profilierung (9) aufweist, welche den Ventilraum (1) in radialer Richtung erweitert.
Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (8) umlaufend ausgebildet ist.
Schaltventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rille (8) eine runde, ovale oder eckige, beispielsweise V-förmige oder trapezförmige, Querschnittsform besitzt.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (9) mehrere Rillen (8) umfasst, die in gleichem axialem Abstand zueinander angeordnet sind.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (9) eine Wellenform besitzt.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (9) zu wenigstens einer Stirnfläche (10, 11) der Dichthülse (3) axial beabstandet ist.
Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Drosselplatte (7) zugewandte Stirnfläche (10) der Dichthülse (3) mit einer Beißkante (12) versehen ist.
Kraftstoffinjektor mit einem Schaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Drosselplatte (7) eine in den Ventilraum (1) mündende Ablaufdrossel (13) und/oder Fülldrossel (14) ausgebildet ist bzw. sind.