DE102014215450A1 - Fluid-Einspritzvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Düsenkörper, wobei innerhalb des Düsenkörpers eine erste Düsennadel angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel als Hohlnadel ausgebildet ist, wobei innerhalb der ersten Düsennadel zumindest eine zweite Düsennadel angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel und die zweite Düsennadel axial verschiebbar sind, wobei die zweite Düsennadel die Ventilnadel eines Magnetventils darstellt, wobei die zweite Düsennadel als zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet ist, so dass eine axiale Bewegung der zweiten Düsennadel über das Magnetventil ohne hydraulische Übersetzung steuerbar ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
  • Stand der Technik
  • Über Einspritzvorrichtungen jeglicher Art wird Wärmekraftmaschinen der benötigte Kraftstoff für die innere Verbrennung zugeführt. Der Kraftstoff wird dabei von einer Pumpe auf Systemdruck gebracht und der Einspritzvorrichtung zugeführt.
  • Eine Einspritzvorrichtung umfasst im Allgemeinen einen Düsenkörper und eine Düsennadel, wobei im Düsenkörper Spritzöffnungen vorgesehen sind durch die Kraftstoff in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Spritzöffnungen werden durch eine Hub-Bewegung der Düsennadel freigegeben oder verschlossen. Die Steuerung der Düsennadel-Bewegung (Hub-Bewegung) erfolgt im Regelfall über einen Druckabfall und/oder Druckanstieg innerhalb eines oder mehrerer Steuerräume.
  • Bei einem Verbrennungsmotor beeinflusst der zeitliche Verlauf der eingespritzten Kraftstoffmenge (Einspritzverlauf) wesentlich den Ablauf der Kraftstoffverbrennung und somit den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoff-Emissionen. Je nach Betriebszustand (Teillastbereich oder Volllastbereich) des Verbrennungsmotors ist es für heutige Einspritzvorrichtungen daher erforderlich die Möglichkeit der Einspritzverlaufsformung zu bieten – eine ideale Einspritzvorrichtung ermöglicht die freie Wählbarkeit des Einspritzverlaufs in verschiedenen zeitlichen Ausprägungen. So ist im Teillastbereich des Verbrennungsmotors beispielsweise eine Einspritzvorrichtung mit reduziertem Durchfluss erwünscht um die Einspritzmenge über einen längeren Zeitraum und bei möglichst hohem Druck abzusetzen (bessere Zerstäubung).
  • Nach allgemeinem Stand der Technik begegnet man dem Problem der Einspritzverlaufsformung über eine Einspritzvorrichtung mit zwei Düsennadeln, die zwei vom Durchfluss unterschiedliche Spritzöffnungsreihen freigeben oder verschließen. Die getrennte Ansteuerung der beiden Düsennadeln ohne großen konstruktiven Aufwand stellt dabei eine Herausforderung dar.
  • So beschreibt die DE 102 05 970 A1 eine sogenannte Variodüse – der Kraftstoffinjektor umfasst zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, denen eine innere und koaxial eine äußere Düsennadel zugeordnet ist. Die Düsennadeln geben druckabhängig ansteuerbar unterschiedliche Einspritzquerschnitte frei. Der äußeren und der inneren Düsennadel ist jeweils ein Steuerkolben zugeordnet, die jeweils auf einen mit Kraftstoff gefüllten hydraulischen Raum einwirken, so dass die hydraulischen Räume als aktiv beschaltete Steuerräume wirken. Die beiden Steuerräume sind über einen Verbindungskanal miteinander verbunden. Der Steuerraum der äußeren Düsennadel ist über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruck-Rücklaufsystem verbindbar. Der Verbindungskanal ist so bemessen, dass beim Öffnen der Ablaufdrossel zuerst der Druck im Steuerraum der äußeren Düsennadel und nach zeitlicher Verzögerung der Druck im Steuerraum der inneren Düsennadel abfällt. Eine flexible und voneinander unabhängige Ansteuerung der inneren und der äußeren Düsennadel ist derart nicht möglich.
  • Die DE 10 2004 038 189 A1 beschreibt beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit direkt ansteuerbaren Düsennadeln. Der Kraftstoffinjektor der Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst eine innere Düsennadel und eine dazu koaxial angeordnete äußere Düsennadel, wobei jeweils eine Düsennadel einer Lochreihe von Einspritzdüsen zugeordnet ist und die innere und äußere Düsennadel die Einspritzdüsen freigeben oder verschließen. Der äußeren Düsennadel ist ein Steuerraum und ein Dämpfungskolben zugeordnet, der inneren Düsennadel ein weiterer Steuerraum. Zur Ansteuerung der äußeren und der inneren Düsennadel sind jeweils getrennte Schaltventile vorgesehen. Dadurch wird eine flexible Ansteuerung beider Düsennadeln bei vereinfachtem konstruktiven Aufwand und geringem Bauraumbedarf möglich.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Ausführung einer Fluid-Einspritzvorrichtung vorzuschlagen, die eine flexible und voneinander unabhängige Steuerung von zwei Düsennadeln ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Düsenkörper, wobei innerhalb des Düsenkörpers eine erste Düsennadel angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel als Hohlnadel ausgebildet ist, wobei innerhalb der ersten Düsennadel zumindest eine zweite Düsennadel angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel und die zweite Düsennadel axial verschiebbar sind, wobei die zweite Düsennadel die Ventilnadel eines Magnetventils darstellt, wobei die zweite Düsennadel als zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet ist, so dass eine axiale Bewegung der zweiten Düsennadel über das Magnetventil ohne hydraulische Übersetzung steuerbar ist.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Fluid-Einspritzvorrichtung einen Düsenkörper, wobei innerhalb des Düsenkörpers zumindest eine erste Düsennadel angeordnet ist. Die erste Düsennadel ist als Hohlnadel ausgeführt. Innerhalb der ersten Düsennadel ist koaxial eine zweite Düsennadel angeordnet. Beide Düsennadeln können eine axiale Bewegung ausführen.
  • Erfindungsgemäß stellt die zweite Düsennadel die Ventilnadel eines Magnetventils dar und ist als druckausgeglichene oder zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet. Die axiale Bewegung der zweiten Düsennadel ist somit direkt über das Magnetventil ohne hydraulische Übersetzung steuerbar.
  • Die zweite Düsennadel ist druckausgeglichen oder zumindest teilweise druckausgeglichen ausgebildet. Der Vorteil einer derartigen Düsennadel ist, dass mittels niedrigerer Kräfte eine Bewegung der Düsennadel erreichbar ist.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die axiale Bewegung der ersten Düsennadel über einen Druckanstieg und/oder Druckabfall in einem Steuerraum gesteuert. Der Druck innerhalb des Steuerraums ist dabei vorzugsweise über zumindest eine Zulaufdrossel und zumindest eine Ablaufdrossel einstellbar.
  • Nach der vorliegenden Erfindung sind die erste Düsennadel und die zweite Düsennadel somit getrennt voneinander steuerbar. Derart kann eine völlig flexible Einspritzverlaufsformung realisiert werden.
  • Vorzugsweise wird über die axiale Bewegung der ersten Düsennadel eine erste Spritzlochreihe freigegeben oder verschlossen und über die axiale Bewegung der zweiten Düsennadel eine zweite Spritzlochreihe freigegeben oder verschlossen. Durch die getrennt voneinander mögliche Steuerung der axialen Bewegung der ersten Düsennadel und/oder der zweiten Düsennadel können die erste Spritzlochreihe sowie die zweite Spritzlochreihe unabhängig voneinander freigegeben oder verschlossen werden.
  • Die zweite Spritzlochreihe weist bevorzugt kleinere Bohrungsdurchmesser als die erste Spritzlochreihe auf. Somit können über die zweite Spritzlochreihe kleinere Fluid-Einspritzmengen freigegeben werden und über die erste Spritzlochreihe größere Fluid-Einspritzmengen freigegeben werden.
  • Die erfindungsgemäße Fluid-Einspritzvorrichtung vereint somit die beiden Funktionen „flexible Einspritzverlaufsformung” und „variabler Düsendurchfluss”, wobei vor allem durch letztere Funktion im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine eine deutliche Optimierung im Bereich der Emissionsreduktion bedingt wird.
  • Sind sowohl die erste wie auch die zweite Spritzlochreihe zur Fluid-Einspritzung freigegeben, so wird beim Beenden der Fluid-Einspritzung zuerst die erste Spritzlochreihe über die erste Düsennadel verschlossen und danach, etwas zeitverzögert, die zweite Spritzlochreihe über die zweite Düsennadel verschlossen.
  • Die erste Düsennadel weist einen Dichtsitz, bevorzugt einen Kegelsitz, an der Innenseite des Düsenkörpers auf. Derart ist ein dichtes Verschließen der ersten Spritzlochreihe möglich.
  • Die zweite Düsennadel weist ebenso einen Dichtsitz, bevorzugt einen Schiebersitz oder einen Kegelsitz, an der Innenseite der ersten Düsennadel auf. Derart ist ein dichtes Verschließen der zweiten Spritzlochreihe möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist direkt auf die zweite Düsennadel ein Anker eines Elektromagneten des Magnetventils aufgesetzt.
  • Der Anker des Elektromagneten des Magnetventils ist vorzugsweise als Flachanker, wobei der Anker beispielsweise auf die zweite Düsennadel aufgepresst oder durch Formschluss gesichert wird, oder als Tauchanker ausgeführt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Fluid-Einspritzvorrichtung
  • 2 zeigt eine Detail-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Fluid-Einspritzvorrichtung
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • In 1 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Fluid-Einspritzvorrichtung 1 dargestellt. 2 zeigt eine Detailansicht der Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Fluid-Einspritzvorrichtung 1.
  • Die Fluid-Einspritzvorrichtung 1 umfasst einen Düsenkörper 2. Innerhalb des Düsenkörpers 2 ist zumindest eine erste Düsennadel 3 angeordnet. Die erste Düsennadel 3 ist als Hohlnadel ausgeführt und innerhalb der ersten Düsennadel 3 ist koaxial eine zweite Düsennadel 4 angeordnet.
  • Die erste Düsennadel 3 und die zweite Düsennadel 4 können eine axiale Bewegung ausführen. Die zweite Düsennadel 4 stellt die Ventilnadel eines Magnetventils 5 dar und ist als zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet. Die axiale Bewegung der zweiten Düsennadel 4 ist somit direkt über das Magnetventil 5 ohne hydraulische Übersetzung steuerbar.
  • Die axiale Bewegung der ersten Düsennadel 3 ist über einen Druckanstieg und/oder Druckabfall in einem Steuerraum 6 steuerbar. Der Druck innerhalb des Steuerraums 6 ist dabei über zumindest eine Zulaufdrossel 7 und zumindest eine Ablaufdrossel 8 einstellbar (2). Über die Zulaufdrossel 7 wird dem Steuerraum 6 Fluid hohen Drucks (Systemdruck) zugeführt und über die Ablaufdrossel 8 Fluid in einen Niederdruckbereich abgeführt. Die Ablaufdrossel 8 ist über ein Steuerventil steuerbar.
  • Die erste Düsennadel 3 und die zweite Düsennadel 4 sind somit getrennt voneinander steuerbar.
  • Über die axiale Bewegung der ersten Düsennadel 3 wird eine erste Spritzlochreihe 9 freigegeben oder verschlossen. Über die axiale Bewegung der zweiten Düsennadel 4 wird eine zweite Spritzlochreihe 10 freigegeben oder verschlossen. Durch die getrennt voneinander mögliche Steuerung der axialen Bewegung der ersten Düsennadel 3 über den Druck im Steuerraum 6 und/oder der zweiten Düsennadel 4 über das Magnetventil 5 können die erste Spritzlochreihe 9 sowie die zweite Spritzlochreihe 10 unabhängig voneinander freigegeben oder verschlossen werden.
  • Die zweite Spritzlochreihe 10 weist kleinere Bohrungsdurchmesser als die erste Spritzlochreihe 9 auf. Somit können über die zweite Spritzlochreihe 10 kleinere Fluid-Einspritzmengen freigegeben werden und über die erste Spritzlochreihe 9 größere Fluid-Einspritzmengen freigegeben werden.
  • Die die erste Düsennadel 3 weist einen Dichtsitz, bevorzugt einen Kegelsitz, an der Innenseite des Düsenkörpers 2 auf. Derart ist ein dichtes Verschließen der ersten Spritzlochreihe 9 möglich.
  • Die zweite Düsennadel 4 weist ebenso einen Dichtsitz, bevorzugt einen Schiebersitz oder einen Kegelsitz, an der Innenseite der ersten Düsennadel 3 auf. Derart ist ein dichtes Verschließen der zweiten Spritzlochreihe 10 möglich.
  • Direkt auf die zweite Düsennadel 4 ein Anker 11 eines Elektromagneten 12 des Magnetventils 5 aufgesetzt.
  • Der Anker 11 des Elektromagneten 12 des Magnetventils 5 ist in der in 1 dargestellten Schnittansicht als Flachanker ausgeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fluid-Einspritzvorrichtung
    2
    Düsenkörper
    3
    Erste Düsennadel
    4
    Zweite Düsennadel
    5
    Magnetventil
    6
    Steuerraum
    7
    Zulaufdrossel
    8
    Ablaufdrossel
    9
    Erste Spritzlochreihe
    10
    Zweite Spritzlochreihe
    11
    Anker
    12
    Elektromagnet
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10205970 A1 [0006]
    • DE 102004038189 A1 [0007]

Claims (9)

  1. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) für eine Verbrennungskraftmaschine umfassend einen Düsenkörper (2), wobei innerhalb des Düsenkörpers (2) eine erste Düsennadel (3) angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel (3) als Hohlnadel ausgebildet ist, wobei innerhalb der ersten Düsennadel (3) zumindest eine zweite Düsennadel (4) angeordnet ist, wobei die erste Düsennadel (3) und die zweite Düsennadel (4) axial verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (4) die Ventilnadel eines Magnetventils (5) darstellt, wobei die zweite Düsennadel (4) als zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet ist, so dass eine axiale Bewegung der zweiten Düsennadel (4) über das Magnetventil (5) ohne hydraulische Übersetzung steuerbar ist.
  2. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung der ersten Düsennadel (3) über einen Druckanstieg und/oder Druckabfall in einem Steuerraum (6) erfolgt, wobei ein Druck innerhalb des Steuerraums (6) über zumindest eine Zulaufdrossel (7) und zumindest eine Ablaufdrossel (8) einstellbar ist.
  3. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (3) und die zweite Düsennadel (4) getrennt voneinander steuerbar sind.
  4. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (3) eine erste Spritzlochreihe (9) steuert und die zweite Düsennadel (4) eine zweite Spritzlochreihe (10) steuert.
  5. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spritzlochreiche (10) kleinere Bohrungsdurchmesser als die erste Spritzlochreihe (9) aufweist.
  6. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (3) einen Kegelsitz aufweist.
  7. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (4) einen Schiebersitz oder einen Kegelsitz aufweist.
  8. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass direkt auf die zweite Düsennadel (4) ein Anker (11) eines Elektromagneten (12) des Magnetventils (5) aufgesetzt ist.
  9. Fluid-Einspritzvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (11) des Elektromagneten (12) des Magnetventils (5) als Flachanker oder als Tauchanker ausgeführt ist.
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