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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 40 03 228 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Brennstofffilter am zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in den Brennstoffeinlassstutzen eingepresst ist. Dieser Brennstofffilter ist am Umfang beispielsweise mit einem Messingring versehen, der mit der Wandung des Brennstoffeinlassstutzens die Paarung beim Einpressen des Brennstofffilters bildet. Der Messingring umgibt einen ringförmigen Kunststoffmassivabschnitt des Grundkörpers des Brennstofffilters, von dem aus z.B. drei Stege in Längsrichtung bis zu einem gemeinsamen Bodenabschnitt verlaufen, von denen das eigentliche Siebgewebe in diesen Teilbereichen umspritzt ist. Eine Einstellhülse stromabwärts des Brennstofffilters dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder.
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Bekannt sind desweiteren bereits Brennstoffeinspritzventile, bei denen die Einstellhülse und der Brennstofffilter als ein so genanntes Kombibauteil vorliegen, also die beiden Funktionen der Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder und die Filterung des einströmenden Brennstoffs in einem Bauteil integriert sind (
US 5,335,863 A ,
US 6,434,822 B1 ,
EP 1 296 057 B1 ,
EP 2 426 351 A1 ,
EP 1 377 747 A1 ). Alle bekannten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Pressbereich im Bereich der Einstellhülse vorgesehen ist, der mit der Wandung des sie umgebenden Anschlussstutzens eine Presspassung eingeht, die so eng gewählt ist, dass über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die Federspannung konstant gehalten bleibt, also ein Verrutschen der Einstellhülse ausgeschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein Einstellelement als Kombibauteil im Brennstoffzulauf eingesetzt ist, dass eine hohe Funktionsintegration (Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder, Filterung des Brennstoffs, Dämpfung von Druckpulsationen) in sich vereint, wobei das Einstellelement von einer Hülse nach außen hin gebildet ist, die mehrere Einlegeteile in ihrem Inneren aufnehmen und sicher und geschützt umschließen kann.
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Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist umfasst das Einstellelement ein scheibenförmiges Drosselelement mit einer integrierten Drosselbohrung, das für eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung sorgt, und ein Filterelement. Vor der Montage des Einstellelements können diese Einlegeteile zusammen mit einem erfindungsgemäß angeordneten Federelement eine vormontierte Baueinheit bilden. Mit Hilfe des Federelements wird in vorteilhafter Weise spätestens im eingebauten Zustand in der Hülse eine axiale Vorspannung auf die Einlegeteile aufgebracht.
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Zusätzlich wird eine Robustheitssteigerung durch ein gefedert montiertes Drosselelement im Einstellelement erzielt. Die Pulsationen und Schwingungen, mit denen das Drosselelement belastet wird, können in vorteilhafter Weise durch das Federelement aufgefangen werden, wodurch wiederum die Bördelung am Ringkragen der Hülse entlastet wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1 mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einstellelements und 3 das Einstellelement in einer Schnittdarstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 2 und 3 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
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In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet. Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
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Der Innenpol 13 ist zum Zulaufende des Brennstoffeinspritzventils 1 hin hülsenförmig ausgeführt und bildet insofern in diesem Bereich eine Anschlusshülse 40. Die Anschlusshülse 40 kann auch als separates Bauteil unabhängig vom Innenpol 13 ausgeformt sein, in die dann z.B. der Innenpol 13 eingepasst ist. Im Bereich der Anschlusshülse 40 ist das Filterelement 25 eingebracht, das der Herausfiltrierung solcher Partikel im Brennstoff dient, die ansonsten zu Funktionsbeeinträchtigungen an den relevanten Ventilbauteilen wie dem Dichtsitz führen könnten.
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Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
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2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50, das als Kombibauteil ausgeführt ist und zumindest die Funktionen der Einstellhülse 24 und des Filterelements 25 vereint. Das Einstellelement 50 besteht dabei nochmals aus mehreren Einzelteilen. So bildet die äußere Ummantelung des Einstellelements 50 eine metallene Hülse 51, die z.B. mehrfach gestuft ausgeführt ist und mittels Tiefziehen hergestellt ist. Die dünnwandige Hülse 51 weist dabei z.B. in einem zulaufseitigen Abschnitt einen radial vergrößerten Bereich 61 auf, der den durchmessergrößten Bereich des Einstellelements 50 darstellt. In axialer Richtung schließt sich daran ein durchmesserkleinerer Bereich an, der als Pressbereich 55 dient. Der axial darauffolgende abströmseitige Abschnitt ist der durchmesserkleinste Bereich 62 des Einstellelements 50, der aber nur geringfügig kleiner im Außendurchmesser ist als der Pressbereich 55.
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In der tiefgezogenen Hülse 51 befindet sich ein aus Kunststoff gespritzter Siebkorb 53, der den Grundkörper eines integrierten Filters bildet. Der Kunststoff des Siebkorbs 53 ist vorzugsweise ein organischer polymerer hochtemperaturfester Thermoplast, wie z.B. Polyether Ether Ketone (PEEK) oder Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyamide (PA) bzw. Polyphtalamide (PPA). In idealer Weise wird der Siebkorb 53 mittels Kunststoffspritzgießen hergestellt. Im Inneren des Kunststoff-Grundkörpers des Einstellelements 50 ist ein Filtergewebe 52 als Filterelement eingebracht, das im Kunststoffspritzgussprozess ebenfalls als Einlegeteil in das Werkzeug mit eingelegt werden kann. Dieses schlauchartige Filtergewebe 52 kann aus PEEK bestehen oder bevorzugt aus einem metallischen Gewebewerkstoff, was für eine zusätzliche Stützwirkung und eine erhöhte Robustheit des Siebkorbs 53 sorgt. Der Siebkorb 53 des Filters besitzt einen oberen durchmesservergrößerten Aufnahmebereich 58, der in geeigneter Weise formschlüssig in den radial vergrößerten Bereich 61 der Hülse 51 eingesetzt werden kann, so dass ein Verrutschen des Siebkorbs 53 innerhalb der Hülse 51 ausgeschlossen ist. Auch über die anderen Bereiche 55, 62 füllt der Siebkorb 53 das Innere der Hülse 51 weitgehend aus, wobei sich der Siebkorb 53 an seinem abströmseitigen Ende an einem Bodenbereich 59 der Hülse 51 abstützen kann. Der Siebkorb 53 wird von mehreren, wenigstens zwei stegartigen Stützteilen des Filter-Grundkörpers gebildet.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von > 100 bar versorgt werden, hat sich gezeigt, dass es im Betrieb zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommt, die als z.T. störend empfunden werden kann. Eine wirksame Geräuschreduzierung erfolgt dadurch, dass im Zulaufbereich des Einstellelements 50 eine Drosselbohrung 54 vorgesehen ist, die einen Öffnungsquerschnitt besitzt, der um ein Vielfaches kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Anschlusshülse 40 bzw. des Innenpols 13. Die Drosselbohrung 54 besitzt dabei z.B. einen Durchmesser von 0,4 mm bis 1,5 mm je nach Öffnungsweite der Anschlusshülse 40. Mit Hilfe der Drosselbohrung 54 kann eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Brennstoffeinspritzventils erfolgen. Die Drosselbohrung 54 ist in einem eigenständigen Einlegeteil eingebracht, das als scheibenförmiges Drosselelement 56 ausgeführt ist und auf den Siebkorb 53 an dessen zulaufseitiger Stirnseite aufgelegt ist. Das Drosselelement 56 ist insofern ebenfalls im radial vergrößerten Bereich 61 der dünnwandigen Hülse 51 untergebracht.
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Erfindungsgemäß ist im Inneren der Hülse 51 ein Federelement 57 angeordnet, wobei das Federelement 57 bereits vor der Montage des Drosselelements 56 bzw. des Siebkorbs 53 in der Hülse 51 an dieser Baugruppe vorgesehen werden kann. Zur sicheren und vereinfachten Montage bilden Federelement 57, Drosselelement 56 und Filterelement 52, 53 dann eine vormontierte Baueinheit, wobei mittels eines nicht gezeigten Werkzeugs diese Baueinheit zusammengehalten wird und das Federelement 57 bereits eine axiale Vorspannkraft auf die Einlegeteile aufbringen kann. Allerdings lassen sich die Einlegeteile Filterelement 52, 53 und Drosselelement 56 sowie das Federelement 57 auch einzeln in die Hülse 51 stecken. In vorteilhafter Weise wird das Federelement 57 auf die flache Oberseite des Drosselelements 56 aufgelegt. Auf diese Weise können das Drosselelement 56 und der Siebkorb 53 des Filterelements im fertig montierten Zustand des Einstellelements 50 immer unter axialer Vorspannung gehalten werden. Das Federelement 57 sorgt dabei zugleich für eine zentrische Montage des Drosselelements 56 am Filterelement 52, 53.
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Zur sicheren Aufnahme des Drosselelements 56 ist die Hülse 51 oberhalb des Drosselelements 56 und des Federelements 57 umgebördelt, so dass ein Ringkragen 65 der Hülse 51 das Federelement 57 teilweise überdeckt. Das Drosselelement 56 wird so straff sitzend in die Hülse 51, insbesondere im zulaufseitigen Bereich 61, eingebracht, dass der Randbereich so weit abgedichtet ist, dass ein Bypass zu der Drosselbohrung 54 verhindert ist.
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Bei Entlastung der Bördelung kommt es zu einer gewissen Rückfederung des tiefgezogenen Blechmaterials im Bereich des Ringkragens 65, die zu einer ungewollten Lockerung des Drosselelements 56 führen könnte. Mit Hilfe des Federelements 57 wird durch die axiale Verspannung der Baueinheit jedoch der Festsitz des Drosselelements 56 in der Hülse 51 trotzdem garantiert. Zusätzlich wird eine Robustheitssteigerung durch ein gefedert montiertes Drosselelement 56 im Einstellelement 50 erzielt. Die Pulsationen und Schwingungen, mit denen das Drosselelement 56 belastet wird, können in vorteilhafter Weise durch das Federelement 57 aufgefangen werden, wodurch wiederum die Bördelung am Ringkragen 65 entlastet wird.
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Während des Montageprozesses wird das Einstellelement 50 in den Innenpol 13 geführt, wobei dann letztlich über den Pressbereich 55 die Rückstellfeder 23 auf ein gewünschtes Voreinpressmaß eingestellt wird. Bei der Montage der Anschlusshülse 40 wird die Anschlusshülse 40 über das hinausstehende obere Ende des Einstellelements 50 gesteckt. Nach dieser Montage und der Verschweißung der Anschlusshülse 40 am Innenpol 13 können schlussendlich durch Verschieben des Einstellelements 50 die dynamische Abspritzmenge und die Federkraft der Rückstellfeder 23 endgültig fest eingestellt werden.
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In 3 ist das Einstellelement 50 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Dabei wir die Ausbildung der Hülse 51 deutlich, die über ihre axiale Länge gesehen mehrere Bereiche 55, 61, 62 aufweist, die einen unterschiedlichen Außendurchmesser haben. Das Filterelement 52, 53 ist in der Hülse 51 hängend eingebracht. Das Drosselelement 56 ist scheibenförmig, jedoch gestuft ausgeführt und steht zulaufseitig aus der Hülse 51 über den Ringkragen 65 heraus. Der über den Ringkragen 65 hinausstehende zapfenartige Abschnitt 66 weist einen deutlich geringeren Außendurchmesser auf als den Außendurchmesser des innerhalb der Hülse 51 liegenden Abschnitts des Drosselelements 56. Die Sicherung des Drosselelements 56 ist über die Umbördelung gegeben. Aus Bauraumoptimierungsgründen kann eine solche Lösung besonders bevorzugt sein.
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Alternativ kann das Drosselelement 56 auch als eine einfache, präzis im Außen- und Innendurchmesser hergestellte Scheibe mit parallel verlaufenden Stirnseiten ausgeführt sein.
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Das Federelement 57 ist entweder, wie gezeigt, als Tellerfeder ausgeführt oder aber als Federscheibe, Wellscheibe, Elastomerfeder o.ä. Dabei können auch jeweils mehrere Federelemente 57 als gestapeltes Paket zum Einsatz kommen. Alternative Einbaupositionen für das wenigstens eine Federelement 57 können neben der in der 3 gezeigten Position zwischen Ringkragen 65 der Hülse 51 und Drosselelement 56 auch eine Position zwischen dem Drosselelement 56 und dem Filterelement 52, 53 und eine Position zwischen dem Filterelement 52, 53 und einer Schulter der Hülse 51 im Übergang vom Bereich 61 zum Bereich 55 sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 1 gezeigten Bauform des Brennstoffeinspritzventils realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
