DE102016204053A1

DE102016204053A1 - Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs, Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102016204053A1
Application number: DE102016204053.7A
Authority: DE
Inventors: Jochen Wessner; Martin Katz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Also published as: WO2017153173A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (1), der einen ersten Ventilsitz (2) für eine erste Ventilnadel (3) sowie einen zweiten Ventilsitz (4) für eine konzentrisch zur ersten Ventilnadel (3) angeordnete und als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel (5) ausbildet. Erfindungsgemäß ist zur Ausbildung eines mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbaren, ringförmigen Druckraums (6), in dem die als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel (5) aufgenommen ist, der Düsenkörper (1) zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Düsenbaugruppe.
Kraftstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art werden auch Zweikraftstoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren genannt.
Stand der Technik
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 012 450 A1 geht beispielhaft ein Zweikraftstoffinjektor hervor, mittels dessen selektiv zwei unterschiedliche Kraftstoffe, beispielsweise Diesel und Flüssigerdgas, einspritzbar sind. Der Zweikraftstoffinjektor umfasst hierzu eine erste und eine zweite Ventilnadel. Die erste Ventilnadel, über deren Hubbewegung erste Spritzlöcher freigebbar und verschließbar sind, ist in der zweiten Ventilnadel hubbeweglich geführt. Die zweite Ventilnadel ist hierzu als Hohlnadel ausgebildet. Über die Hubbewegung der zweiten Ventilnadel sind weitere Spritzlöcher freigebbar bzw. verschließbar. Sämtliche Spritzlöcher sind in einem Düsenkörper ausgebildet, der die beiden Ventilnadeln umgibt und zugleich Dichtsitze für die Ventilnadeln ausbildet. Um eine Vermischung der unterschiedlichen Kraftstoffe zu verhindern, ist zwischen den Ventilnadeln ein Kraftstoffseparator in Form einer Hülse angeordnet, die in axialer Richtung gegen den Düsenkörper vorgespannt ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Medientrennung in einer Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs zu optimieren.
Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Die für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper, der einen ersten Ventilsitz für eine erste Ventilnadel sowie einen zweiten Ventilsitz für eine konzentrisch zur ersten Ventilnadel angeordnete und als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel ausbildet. Erfindungsgemäß ist der Düsenkörper zur Ausbildung eines mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbaren, ringförmigen Druckraums, in dem die als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel aufgenommen ist, zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt.
Durch die doppelwandige Ausführung des Düsenkörpers kann eine fluiddichte und damit sichere Medientrennung bewirkt werden. Denn der mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbare Druckraum ist sowohl radial außen, als auch radial innen von einem Wandabschnitt des Düsenkörpers eingefasst. Die beiden Wandabschnitte erstrecken sich hierzu bevorzugt über die gesamte Höhe des Druckraums.
Zur Realisierung des doppelwandigen Düsenkörpers kann dieser ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein den Druckraum radial innen begrenzender Wandabschnitt durch ein hülsenförmiges Teil ausgebildet sein, das mit mindestens einem weiteren Teil des Düsenkörpers stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Bevorzugt ist der ringförmige Druckraum über einen radial innen liegenden Wandabschnitt des Düsenkörpers von einem mit dem flüssigen Kraftstoff beaufschlagbaren Druckraum getrennt, in dem die erste Ventilnadel aufgenommen ist. Durch den radial innen liegenden Wandabschnitt des Düsenkörpers wird somit eine räumliche Trennung bewirkt. Radial außen am Wandabschnitt liegt Gasdruck an. Radial innen wird der Wandabschnitt vom Druck des flüssigen Kraftstoffs beaufschlagt. Auf diese Weise wird eine in radialer Richtung kompakt bauende Anordnung erreicht.
Des Weiteren bevorzugt wird der mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbare, ringförmige Druckraum in axialer Richtung von einer Platte begrenzt, die in einem sitzfernen Bereich an den Düsenkörper angesetzt ist. Der ringförmige Druckraum ist somit allseitig umschlossen, was sich ebenfalls günstig im Hinblick auf eine sichere Medientrennung auswirkt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Platte eine als Durchgangsbohrung ausgebildete zentrale Ausnehmung aufweist, durch welche die erste Ventilnadel hindurchgeführt ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass Schaltkräfte auf die erste Ventilnadel übertragbar sind. Beispielsweise kann das durch die Platte hindurchgeführte Ende der Ventilnadel eine Stirnfläche aufweisen, die einen Steuerraum begrenzt, in dem ein veränderbarer Steuerdruck herrscht, so dass hierüber die Ventilnadel indirekt schaltbar ist. Alternativ kann die erste Ventilnadel aber auch direkt über einen Aktor schaltbar sein.
Um das Schalten der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Ventilnadel zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Platte mindestens eine als Durchgangsbohrung ausgebildete dezentrale Ausnehmung aufweist, durch welche ein stiftförmiger Ansatz der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Ventilnadel oder ein stiftförmiges Kraftübertragungselement hindurchgeführt ist. Das Schalten der Hohlnadel wird demnach über mindestens einen durch die Platte geführten Stift bewirkt, der mit der Hohlnadel verbunden oder zumindest in Kontakt mit der Hohlnadel bringbar ist. Da der Stift gegenüber der Hohlnadel einen deutlich reduzierten Außendurchmesser besitzt, verringert sich auch die Spaltfläche, über die eine Leckage stattfinden könnte. Folglich wird die Leckage von flüssigem Kraftstoff in den Gasbereich reduziert. Da der Druck des flüssigen Kraftstoffs in der Regel höher als der Gasdruck ist, besteht die Gefahr einer Leckage in umgekehrter Richtung nicht.
Anstelle eines einzigen stiftförmigen Ansatzes bzw. eines einzigen stiftförmigen Kraftübertragungselements können auch mehrere stiftförmige Ansätze bzw. stiftförmige Kraftübertragungselemente vorgesehen sein, die dann vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, um die Hohlnadel möglichst gleichmäßig zu belasten. Auf diese Weise kann einer Kipplage der Hohlnadel entgegen gewirkt werden.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Platte mindestens eine als Sacklochbohrung ausgebildete dezentrale Ausnehmung aufweist, in welcher ein Führungszapfen der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Ventilnadel aufgenommen ist. Über den mindestens einen in die Sacklochbohrung eingreifenden Führungszapfen kann eine Führung der Ventilnadel bewirkt werden, die ebenfalls einer Kipplage entgegenwirkt.
Anstelle eines Führungszapfens kann die als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel auch einen sich nach radial außen und/oder nach radial innen erstreckenden Bundabschnitt aufweisen, über den die zweite Ventilnadel im Düsenkörper hubbeweglich geführt ist. In der Platte ausgebildete Sacklochbohrungen zur Aufnahme der Führungszapfen können somit ebenfalls entfallen, so dass die Fertigung der Düsenbaugruppe vereinfacht wird.
Damit der Bundabschnitt die Zuführung von gasförmigem Kraftstoff in Richtung des Ventilsitzes nicht behindert, weist dieser bevorzugt mindestens eine Ausnehmung, beispielsweise in Form einer Axialbohrung, einer Längsnut und/oder eines Anschliffs, auf.
In den ringförmigen Druckraum gelangt der gasförmige Kraftstoff bevorzugt über mindestens einen seitlich angeordneten Gaskanal, der über eine in der Platte ausgebildete Ausnehmung mit dem ringförmigen Druckraum verbunden ist. Die Platte weist in diesem Fall mindestens eine weitere Ausnehmung auf.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Düsenkörper mittels einer Düsenspannmutter mit der Platte und/oder mit einem weiteren Körperbauteil axial verspannt ist. Durch das axiale Verspannen wird eine Axialkraft aufgebracht, die zugleich als Dichtkraft dient, so dass der ringförmige Druckraum fluiddicht nach außen abgedichtet ist.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe vorgeschlagen, da hier die Vorteile der Erfindung besonders gut zum Tragen kommen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe und
2 eine Draufsicht auf die Platte der Düsenbaugruppe der 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in der 1 dargestellte Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper 1, in dem zwei konzentrisch zueinander liegende Druckräume 6, 8 ausgebildet sind. Der Düsenkörper 1 ist hierzu doppelwandig ausgeführt, so dass beide Druckräume 6, 8 über einen Wandabschnitt 7 fluiddicht voneinander getrennt sind. Der innen liegende Druckraum 8 ist mit flüssigem Kraftstoff, der außenliegende ringförmige Druckraum 6 mit gasförmigem Kraftstoff beaufschlagbar. Jeder Druckraum 6, 8 ist über Einspritzöffnungen 18, 19 mit einem Brennraum 20 verbindbar. Über in den Druckräumen 6, 8 aufgenommene Ventilnadeln 3, 5, die mit Ventilsitzen 2, 4 zusammenwirken, sind die Einspritzöffnungen 18, 19 steuerbar.
Die Medientrennung wird bei der dargestellten erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe nicht nur über den doppelwandig ausgeführten Düsenkörper 1 bewirkt, sondern ferner über eine Platte 9, die axial an den Düsenkörper 1 angesetzt ist und somit den ringförmigen Druckraum 6 begrenzt. Die Platte 9 ist mittels einer Düsenspannmutter 16 mit dem Düsenkörper 1 und einem weiteren Körperbauteil 17 axial verspannt, so dass ferner eine wirksame Abdichtung nach außen gewährleistet ist.
Im weiteren Körperbauteil 17 ist ein seitlicher Gaskanal 21 ausgebildet, der über eine Ausnehmung 22 der Platte 9 mit dem ringförmigen Druckraum 6 verbunden ist. Ferner weist die Platte 9 eine Ausnehmung 11 auf, durch welche ein stiftförmiges Kraftübertragungselement 12 zum Schalten der im ringförmigen Druckraum 6 aufgenommenen Ventilnadel 5 hindurch geführt ist (siehe 2).
Zur Führung der Ventilnadel 5 kann diese stirnseitig angeordnete Führungszapfen 14 aufweisen, die in Ausnehmungen 13 der Platte 9 eingreifen. Um den ringförmigen Druckraum 6 fluiddicht zu halten, sind die Ausnehmungen 13 vorzugsweise als Sacklochbohrungen ausgeführt. Eine Leckage kann demnach nur über die Ausnehmung 11 erfolgen, durch welche das Kraftübertragungselement 12 hindurchgeführt ist. Da der Außendurchmesser des Kraftübertragungselements 12 jedoch deutlich geringer als der Außendurchmesser der Ventilnadel 5 ist, wird die Leckage auf ein Minimum reduziert (siehe 2).
Die Führung der im Druckraum 6 aufgenommenen Ventilnadel 5 kann auch über einen Bundabschnitt 15 bewirkt werden, der in der 1 durch einen gestrichelten Umriss angedeutet ist.
Wie ferner den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die Platte 9 zudem eine zentrale Ausnehmung 10 auf, durch welche die im Druckraum 8 aufgenommene Ventilnadel 3 hindurchgeführt ist. Somit ist sichergestellt, dass auch Schaltkräfte auf die Ventilnadel 3 übertragbar sind.
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 102012012450 A1 [0003]

Claims

Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (1), der einen ersten Ventilsitz (2) für eine erste Ventilnadel (3) sowie einen zweiten Ventilsitz (4) für eine konzentrisch zur ersten Ventilnadel (3) angeordnete und als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel (5) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1) zur Ausbildung eines mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbaren, ringförmigen Druckraums (6), in dem die als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel (5) aufgenommen ist, zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Druckraum (6) über einen radial innen liegenden Wandabschnitt (7) des Düsenkörpers (1) von einem mit dem flüssigen Kraftstoff beaufschlagbaren Druckraum (8) getrennt ist, in dem die erste Ventilnadel (3) aufgenommen ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Druckraum (6) in axialer Richtung von einer Platte (9) begrenzt wird, die in einem sitzfernen Bereich an den Düsenkörper (1) angesetzt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9) eine als Durchgangsbohrung ausgebildete zentrale Ausnehmung (10) aufweist, durch welche die erste Ventilnadel (3) hindurchgeführt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9) mindestens eine als Durchgangsbohrung ausgebildete dezentrale Ausnehmung (11) aufweist, durch welche ein stiftförmiger Ansatz der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Ventilnadel (5) oder ein stiftförmiges Kraftübertragungselement (12) hindurchgeführt ist.
Düsenbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (9) mindestens eine als Sacklochbohrung ausgebildete dezentrale Ausnehmung (13) aufweist, in welcher ein Führungszapfen (14) der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Ventilnadel (5) aufgenommen ist.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hohlnadel ausgebildete zweite Ventilnadel (5) einen sich nach radial außen und/oder nach radial innen erstreckenden Bundabschnitt (15) aufweist, über den die zweite Ventilnadel (5) im Düsenkörper (1) hubbeweglich geführt ist.
Düsenbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bundabschnitt (15) mindestens eine Ausnehmung, beispielsweise in Form einer Axialbohrung, einer Längsnut und/oder eines Anschliffs, zur Ausbildung eines Strömungskanals aufweist.
Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1) mittels einer Düsenspannmutter (16) mit der Platte (9) und/oder mit einem weiteren Körperbauteil (17) axial verspannt ist.
Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer Düsenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.