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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, wie es vorzugsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von schnelllaufenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen Verwendung findet.
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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil aus, mit dem Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume von Brennkraftmaschinen eingespritzt werden kann. Solche Kraftstoffeinspritzventile sind beispielsweise aus der
DE 10 2007 005 574 A1 bekannt und umfassen ein Gehäuse, in dem ein Druckraum ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Innerhalb des Druckraums ist eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Dabei wird die Düsennadel von einer Düsenfeder in Schließrichtung beaufschlagt, wobei die eigentliche Steuerung der Längsbewegung durch einen variablen Druck in einem Steuerraum bewirkt wird, den die Düsennadel mit ihrem dem Düsensitz abgewandten Ende begrenzt. Wird der Druck in diesem Steuerraum abgesenkt, so bewegt sich die Düsennadel, angetrieben durch den hydraulischen Druck innerhalb des Druckraumes, vom Düsensitz weg und gibt die Einspritzöffnungen frei. Die Öffnungsbewegung der Düsennadel setzt sich dabei solange fort, bis die Düsennadel an einem Hubanschlag zur Anlage kommt, falls nicht der Druck im Steuerraum vor Erreichen des Hubanschlags wieder soweit erhöht wird, dass die Öffnungsbewegung der Düsennadel gestoppt wird. Kommt die Düsennadel am Hubanschlag zur Anlage, so bewirkt dies einen Kraftimpuls auf die entsprechende Anschlagfläche, was zum einen zu einem Impulseintrag und damit zu einer entsprechenden Geräuschentwicklung führt, die insbesondere bei der Anwendung des Kraftstoffeinspritzventils in einem Kraftfahrzeug unerwünscht ist. Zum anderen kommt es an der Anschlagfläche zu Verschleiß, der über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils zu einer Veränderung des Maximalhubs führt und damit zu einer Änderung der Öffnungscharakteristik des Kraftstoffeinspritzventils. Auch dies ist unerwünscht, da es zu einer reduzierten Genauigkeit bei der Kraftstoffzumessung führt, die – neben der Regulierung des Einspritzdrucks – durch eine Variation der Öffnungsdauer des Kraftstoffeinspritzventils erreicht wird.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Kraftstoffeinspritzventil eine geringere Geräuschemission hat und darüber hinaus einen konstanten Öffnungshub über die gesamte Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils ermöglicht. Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil ein Gehäuse auf, in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum ausgebildet ist mit einer darin längsverschiebbar angeordneten Düsennadel, die mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Die Düsennadel wird von einer Düsenfeder in Richtung des Düsensitzes mit einer Schließkraft beaufschlagt, wobei sich die Düsenfeder mit einem Ende zumindest mittelbar an der Düsennadel und mit dem anderen Ende an einer im Druckraum angeordneten Zwischenscheibe abstützt, wobei in der Zwischenscheibe eine von der Düsennadel durchsetzte Öffnung ausgebildet ist. Im Druckraum ist weiterhin eine Dämpfungsfeder unter Druckvorspannung angeordnet, die die Zwischenscheibe in Richtung des Düsensitzes mit einer Kraft beaufschlagt, die der Kraft der Düsenfeder entgegenwirkt, wobei die Zwischenscheibe einen Hubanschlag für die Düsennadel bildet. Die Zwischenscheibe im Druckraum ist entgegen der Kraft der Dämpfungsfeder beweglich angeordnet, sodass bei Anlage der Düsennadel an der Zwischenscheibe diese eine Ausweichbewegung entgegen der Kraft der Dämpfungsfeder ausführen kann. Dadurch wird der Aufschlag der Düsennadel auf der Zwischenscheibe und damit auf dem Hubanschlag gedämpft, was zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt und zu einer mechanischen Entlastung am Hubanschlag der Düsennadel, die die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils verlängert.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zwischenscheibe so angeordnet, dass sie bei Anlage der Düsennadel eine Bewegung in Öffnungsrichtung der Düsennadel ausführen kann, was zu der bereits erwähnten Dämpfungswirkung führt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung begrenzt die Düsennadel mit ihrem dem Düsensitz abgewandten Ende einen Steuerraum, der von einer Hülse umgeben ist. Die Dämpfungsfeder ist vorteilhafterweise zwischen dieser Hülse und der Zwischenscheibe unter Druckvorspannung angeordnet, wodurch ein kompakter Aufbau erreichbar ist, während die eigentliche Steuerung der Düsennadel in vorteilhafter und bekannter Weise durch Regulierung des Kraftstoffdrucks innerhalb des Steuerraums durchgeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Düsennadel ein Federteller angeordnet, an dem sich die Düsenfeder abstützt, und der sich seinerseits an einer Schulter der Düsennadel abstützt. Durch die Form und die Dicke des Federtellers ist es unmöglich, die Kraft der Düsenfeder einzustellen und so die Schließkraft auf die Düsennadel in dem gewünschten Bereich zu regulieren. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn am Federteller eine Anschlagfläche ausgebildet ist, die beim Öffnungshub der Düsennadel am Hubanschlag der Zwischenscheibe zur Anlage kommt. Dies erlaubt es, durch einfachen Austausch des Federtellers den Hub der Düsennadel bis zum Erreichen des Anschlags an der Zwischenscheibe einzustellen, ohne dass die gesamte Düsennadel verändert oder ausgetauscht werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Zwischenscheibe wenigstens eine Bohrung ausgebildet, durch die Kraftstoff innerhalb des Druckraums fließen kann. Da die Zwischenscheibe ein Hindernis für den im Druckraum fließenden Kraftstoff darstellt, kann durch diese Bohrungen erreicht ein ungedrosselter Zufluss des Kraftstoffs zu den Einspritzöffnungen in einfacher Weise erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dämpfungsfeder oder die Düsenfeder als eine die Düsennadel umgebende Schraubendruckfeder ausgebildet. Solche Federn sind einfach und kostengünstig herstellbar und einfach zu montieren, wobei sich die Federkonstante in einem weiten Bereich variieren lässt.
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Zeichnung
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
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1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil in geschlossener Stellung,
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2 eine Zwischenstellung bei geöffneter Düsennadel, bei der die Düsennadel an der Zwischenscheibe aufgesetzt hat und
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3 den maximalen Hub der Zwischenscheibe und ebenso maximalen Hub der Düsennadel, wobei 2 und 3 die gleiche Darstellung aufweisen wie 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 3 und einen Düsenkörper 4 umfasst, die getrennt durch eine Dichtscheibe 7 aneinander anliegen. Hierbei werden der Haltekörper 3 und der Düsenkörper 4 durch eine Spanneinrichtung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, gegeneinander verpresst, sodass ein flüssigkeitsdichter Verband zwischen dem Haltekörper 3 und dem Düsenkörper 4 erreicht wird. Im Gehäuse 1 ist ein Druckraum 2 ausgebildet, der über eine Hochdruckbohrung 6, die im Haltekörper 3 ausgebildet ist, mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Weiterhin ist im Druckraum 2 eine kolbenförmige Düsennadel 5 längsbeweglich angeordnet, die eine Dichtfläche 10 aufweist, mit der sie mit einem Düsensitz 8 zusammenwirkt, der das brennraumseitige Ende des Druckraums 2 begrenzt. Vom Düsensitz 8 gehen mehrere Einspritzöffnungen 9 aus, die die Düsennadel 5 bei Anlage mit der Dichtfläche 10 auf dem Düsensitz 8 verschließt, sodass kein Kraftstoff aus dem Druckraum 5 in die Einspritzöffnungen 9 gelangt.
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Das düsensitzabgewandte Ende der Düsennadel 5 ist in einer Hülse 15 geführt, die zusammen mit der Düsennadel 5 und einem Steuerkörper 20 einen Steuerraum 17 begrenzt. Im Steuerkörper 20 ist eine Steuervorrichtung enthalten, über die der Kraftstoffdruck innerhalb des Steuerraums 17 reguliert werden kann, beispielsweise indem der Steuerraum 17 mit einem Niederdruckraum zeitweise verbunden wird oder indem mittels eines beweglichen Kolbens das Volumen und damit der Druck verändert wird.
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Da die Dichtscheibe 7 einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Haltekörper 3 und der Düsenkörper 4, wird zwischen dem Haltekörper 3 und dem Düsenkörper 4 eine Ringnut 13 gebildet. In der Ringnut 13 ist eine Zwischenscheibe 12 angeordnet, deren Dicke geringer ist als die axiale Ausdehnung der Ringnut 13, sodass zwischen der Zwischenscheibe 12 und dem Haltekörper 3 bei Anlage am Düsenkörper 4 ein Abstand hD verbleibt. Die Zwischenscheibe 12 ist als Ringscheibe ausgeführt und weist mittig eine Öffnung 14 auf, die von der Düsennadel 5 durchsetzt ist. Darüber hinaus sind in der Zwischenscheibe 12 eine oder mehrere Bohrungen 16 ausgebildet, die einen Kraftstofffluss innerhalb des Druckraums 2 ermöglichen, wobei die Durchmesser und die Anzahl der Bohrungen 16 so ausgelegt sind, dass eine drosselfreie Strömung des Kraftstoffs innerhalb des Druckraums 2 durch die Bohrungen 16 möglich ist.
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Die Düsennadel 5 weist eine Schulter 25 auf, an der ein Federteller 24 anliegt. Der Federteller 24 ist dabei im Wesentlichen als einseitig offener Hohlzylinder ausgebildet und umgibt weitgehend eine Düsenfeder 22, die unter Druckvorspannung zwischen dem Federteller 24 und der Zwischenscheibe 12 angeordnet ist. Durch die Spannung der Düsenfeder 22 wird eine Schließkraft auf die Düsennadel 5 in Richtung des Düsensitzes 8 ausgeübt, wobei die Gegenkraft von der Zwischenscheibe 12 aufgenommen wird. Weiterhin ist die Zwischenscheibe 12 durch eine Dämpfungsfeder 30 beaufschlagt, die zwischen der Hülse 15 und der Zwischenscheibe 12 unter Zwischenlage einer Einstellscheibe 32 angeordnet ist. Dabei ist die Kraft der Dämpfungsfeder 30 der Kraft der Düsenfeder 22 entgegen gerichtet und so bemessen, dass die Kraft der Dämpfungsfeder 30 größer als die der Düsenfeder 22 ist, sodass die Zwischenscheibe 12 in Schließstellung des Kraftstoffeinspritzventils in Anlage am Düsenkörper 4 ist, sodass zwischen der Zwischenscheibe 12 und dem Haltekörper 3 ein Abstand hD verbleibt. Weiterhin ist die Größe des Federtellers 24 so bemessen, dass zwischen der am Federteller 24 ausgebildeten Anschlagfläche 27 und dem Hubanschlag 28 an der Zwischenscheibe 12 ein Abstand hN verbleibt.
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Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Zu Beginn der Einspritzung befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil in der Stellung, wie sie 1 zeigt, d. h. im Steuerraum 17 herrscht der gleiche hohe Kraftstoffdruck wie im Druckraum 2, sodass die Düsennadel 5, bedingt durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 17 und im sonstigen Druckraum 2, gegen den Düsensitz 8 gepresst wird und dabei die Einspritzöffnungen 9 verschließt. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird mittels einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten und im Steuerkörper 20 angeordneten Steuervorrichtung der Druck im Steuerraum 17 abgesenkt, sodass sich entsprechend der hydraulische Druck auf die düsensitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 5 verringert. Angetrieben durch den hydraulischen Druck auf die Düsennadel 5 innerhalb des Druckraums 2 bewegt sich diese daraufhin vom Düsensitz 8 weg und gibt die Einspritzöffnungen 9 frei, sodass Kraftstoff aus dem Druckraum 2 zwischen der Dichtfläche 10 der Düsennadel 5 und dem Düsensitz 8 hindurch zu den Einspritzöffnungen 9 strömen kann. Durch die Bewegung der Düsennadel 5 vom Düsensitz 8 weg bewegt sich auch der Federteller 24 entgegen der Kraft der Düsenfeder 22 solange, bis die Anschlagfläche 27 des Federtellers 24 nach Durchfahren des Hubs hN an der Hubanschlagfläche 28 der Zwischenscheibe 12 zur Anlage kommt. Die weitere Hubbewegung der Düsennadel 5 erfolgt nun entgegen der Kraft der Dämpfungsfeder 30, indem die Zwischenscheibe 12 in Richtung des Haltekörpers 3 bewegt wird und dabei einen Teil der kinetischen Energie, die die Düsennadel 5 durch ihre Öffnungsbewegung aufweist, aufnimmt und dadurch die Dämpfungsfeder 30 verformt. Die Öffnungsbewegung der Düsennadel 5 wird dann gedämpft und mit geringerer Geschwindigkeit fortgesetzt, bis die Zwischenscheibe 12 nach Durchfahren eines Hubs hD am Haltekörper 3 zur Anlage kommt. Zum Schließen der Düsennadel 5 wird der Kraftstoffdruck im Steuerraum 17 erneut erhöht, sodass durch den hydraulischen Druck die Düsennadel 5 zurück in ihre Schließstellung in Anlage an den Düsensitz 8 gefahren wird. Die Zwischenscheibe 12 folgt dabei der Bewegung der Düsennadel 5 bzw. des Federtellers 24, wobei sich nach Durchfahren des Hubs hD der Federteller 24 wieder von der Zwischenscheibe 12 löst.
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2 zeigt die Anlage der Federteller 24 an der Zwischenscheibe 12, also den Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, nachdem die Düsennadel 5 den Hub hN durchfahren hat. 3 zeigt die Endstellung der Düsennadel, bei der die Zwischenscheibe 12 in Anlage am Haltekörper 3 gelangt ist.
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Die Düsennadel 5 muss nicht zwangsläufig den gesamten Hub hN + hD durchfahren. Es ist auch ein sogenannter ballistischer Betrieb möglich, bei dem der Druck im Steuerraum 17 zu einem Zeitpunkt wieder erhöht wird, zu dem die Düsennadel 5 noch nicht den vollen Öffnungshub durchfahren hat, sodass der weitere Hub der Düsennadel durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 17 gebremst und zum Stillstand gebracht wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die Zwischenscheibe 12 am Haltekörper 3 anschlägt und nur einen Teil des Hubs hD durchfährt, den sie maximal durchfahren kann. Dieser Betrieb ermöglicht eine weitere Reduzierung der Geräuschentwicklung, da kein Anschlag der Zwischenscheibe 12 am Haltekörper 3 mehr erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007005574 A1 [0002]
