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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind auch als Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt.
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Stand der Technik
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Brennstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art weisen in der Regel zwei ineinander geführte hubbewegliche Düsennadeln zum Freigeben und Verschließen von Einspritzöffnungen für die unterschiedlichen Brennstoffe auf. Die Ansteuerung ist vergleichsweise aufwendig, da für jede Düsennadel ein Steuerventil vorhanden sein muss. Ferner müssen beide Steuerventile zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein.
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Aus der Patentschrift
US 8 800 529 B2 ist beispielhaft ein Dual-Fuel-Injektor mit konzentrisch angeordneten Düsennadeln bekannt, wobei eine äußere Nadel, die der Steuerung eines gasförmigen Brennstoffs dient, eine innere Nadel zur Steuerung eines flüssigen Brennstoffs umgibt. Die Nadeln sind jeweils über eine Feder in Richtung eines Dichtsitzes axial vorgespannt. Ferner liegt an den Nadeln ein Steuerdruck an, der über ein Steuerventil veränderbar ist. Um beide Nadel unabhängig voneinander steuern zu können, ist jeder Nadel ein eigener Steuerraum sowie ein eigenes Steuerventil zur Veränderung des im jeweiligen Steuerraum herrschenden Steuerdrucks zugeordnet.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltdynamik und/oder die Schaltqualität eines Brennstoffeinspritzventils zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Brennstoffeinspritzventil umfasst ein in einer zentralen Bohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommenes erstes Ventilglied und ein in einer zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds hubbeweglich aufgenommenes zweites Ventilglied, wobei dem zweiten Ventilglied ein Steuerraum sowie eine Feder zur Vorspannung in Richtung eines Dichtsitzes zugeordnet sind. Erfindungsgemäß ist die dem zweiten Ventilglied zugeordnete Feder einerseits unmittelbar oder mittelbar an dem zweiten Ventilglied und andererseits an einer Hülse abgestützt, welche zur radialen Begrenzung des Steuerraums einen Endabschnitt des zweiten Ventilglieds umgibt. Die Hülse, die Feder und das zweite Ventilglied sind dabei vollständig in der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds aufgenommen.
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Da die dem zweiten Ventilglied zugeordnete Feder einerseits am zweiten Ventilglied, andererseits an der das zweite Ventilglied umgebenden Hülse abgestützt ist, welche zugleich den dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraum in radialer Richtung begrenzt, kommt die Feder außerhalb des Steuerraums zu liegen. Der Steuerraum kann demnach verkleinert werden, was ein geringeres hydraulisches Volumen zur Folge hat. Entsprechend reduziert sich der Effekt der Kompressibilität im hydraulischen Volumen, was zu einem verbesserten Ansprechverhalten des zweiten Ventilglieds und damit zu einer verbesserten Schaltdynamik führt. Ferner wird eine Verbesserung der Schaltqualität erreicht, da in einem kleineren hydraulischen Volumen der Einfluss von Druckschwingungen geringer ist.
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Um die Montage des Brennstoffeinspritzventils zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass das erste Ventilglied mehrteilig ausgeführt ist und ein als Hohlnadel ausgeführtes Teil sowie ein als Verschlusselement ausgeführtes Teil umfasst, das mit dem ersten Teil fest verbunden ist. Denn vor dem Verbinden der beiden Teile können in einfacher Weise das zweite Ventilglied, die ihm zugeordnete Feder und die Hülse in die zentrale Bohrung des ersten Ventilglieds eingesetzt werden. Die mehrteilige Ausführung vereinfacht zudem die Herstellung des Dichtsitzes für das zweite Ventilglied innerhalb der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds, da die Zugänglichkeit der Bohrung verbessert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung begrenzt das erste Ventilglied gemeinsam mit dem zweiten Ventilglied und der Hülse den dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraum, so dass eine besonders kompaktbauende Anordnung erreicht wird. Vorzugsweise wird das als Verschlusselement ausgeführte Teil des ersten Ventilglieds zur Begrenzung des Steuerraums eingesetzt.
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Weiterhin bevorzugt ist die Hülse über die unmittelbar oder mittelbar am zweiten Ventilglied abgestützte Feder gegen das erste Ventilglied axial vorgespannt. Die axiale Vorspannung der Hülse hält diese in Kontakt mit dem ersten Ventilglied, wenn das zweite Ventilglied sich in Richtung seines Dichtsitzes bewegt. Zugleich wird über die Vorspannung eine Dichtkraft bewirkt, die den Steuerraum nach außen abdichtet. Ferner tragen die an der Hülse anliegenden hydraulischen Druckverhältnisse zur Abdichtung des Steuerraums bei, da zusätzlich zur Federvorspannung die Hülse außenseitig von Hochdruck beaufschlagt ist. Im Steuerraum herrscht demgegenüber ein variabler Steuerdruck, der zumindest bei geöffnetem Steuerventil geringer als der außen anliegende hydraulische Druck ist. Vorzugsweise ist die Hülse gegen das als Verschlusselement ausgeführte Teil des ersten Ventilglieds axial vorgespannt. Die Einstellung der Vorspannkraft kann dann in einfacher Weise mit der Montage des als Verschlusselement ausgeführten Teils vorgenommen werden.
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Ferner bevorzugt ist der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum über mindestens eine Steuerleitung mit einem Ablaufkanal und/oder einer Ablaufdrossel verbunden. Der Ablaufkanal und/oder die Ablaufdrossel ermöglichen die Anbindung des Steuerraums an ein Steuerventil, so dass der Steuerraum über den Ablaufkanal und/oder die Ablaufdrossel entlastbar ist, um den am Ventilglied anliegenden Steuerdruck zu mindern. Vorzugsweise ist die mindestens eine Steuerleitung im ersten Ventilglied ausgebildet. Der Ablaufkanal und/oder die Ablaufdrossel können dann außerhalb des ersten Ventilglieds angeordnet sein. Sofern das als Verschlusselement ausgeführte Teil des ersten Ventilglieds den Steuerraum begrenzt, ist zumindest eine Steuerleitung in diesem Teil ausgebildet.
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Zur Befüllung des dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraums wird vorgeschlagen, dass dieser über einen Zulaufkanal und/oder eine Zulaufdrossel mit der im ersten Ventilglied ausgebildeten zentralen Bohrung verbunden ist. Der in der zentralen Bohrung vorhandene Brennstoff kann dann zugleich als Steuermedium eingesetzt werden. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Dieselkraftstoff handeln, wobei andere Brennstoffe ebenfalls denkbar sind. Dieselkraftstoff besitzt den Vorteil, dass er selbstzündend ist und somit auch zum Zünden des weiteren Brennstoffs einsetzbar ist.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist bzw. sind der Zulaufkanal und/oder die Zulaufdrossel im zweiten Ventilglied ausgebildet. Hierzu kann im zweiten Ventilglied mindestens eine den Steuerraum mit der zentralen Bohrung verbindende Ausnehmung, insbesondere Bohrung, ausgebildet sein. Um die Verbindung des Steuerraus mit der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds herzustellen, kann die mindestens eine Bohrung insbesondere axial und/oder radial verlaufend ausgebildet sein.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Zulaufdrossel als Spaltdrossel ausgeführt und zwischen der Hülse und dem zweiten Ventilglied angeordnet ist. Ein Zulaufkanal ist in diesem Fall verzichtbar, da der Steuerraum lediglich durch die Spaltdrossel von der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds getrennt ist. Durch Wegfall des Zulaufkanals kann das Volumen des Steuerraums weiter reduziert werden. Ferner wird die Herstellung des Brennstoffeinspritzventils vereinfacht.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass am zweiten Ventilglied ein ringförmiger Absatz zur unmittelbaren oder mittelbaren Abstützung der Feder ausgebildet ist, über deren Federkraft das zweite Ventilglied in Richtung seines Dichtsitzes vorgespannt ist. Sofern die Feder mittelbar, beispielsweise über einen Federteller und/oder eine Einstellscheibe, am ringförmigen Absatz abgestützt ist, kann der Federteller bzw. die Einstellscheibe zur formschlüssigen Verbindung mit dem zweiten Ventilglied auf den ringförmigen Absatz aufgelegt werden.
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Das als Verschlusselement ausgeführte Teil des ersten Ventilglieds weist vorteilhafterweise einen Ringbund auf. An dem Ringbund kann die dem ersten Ventilglied zugeordnete Feder abgestützt werden. Ferner erleichtert der Ringbund die Verbindung des als Verschlusselement ausgeführten Teils mit dem als Hohlnadel ausgeführten Teil des ersten Ventilglieds. Bevorzugt ist der Ringbund gegenüber beiden Stirnflächen des als Verschlusselements ausgeführten Teils zurückgesetzt, so dass das Verschlusselement einerseits einen in die Hohlnadel eingreifenden Abschnitt und andererseits einen in die Feder eingreifenden Abschnitt aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraums und
- 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfasst einen Düsenkörper 2 mit einer zentralen Bohrung 1, die mit dem gasförmigen Brennstoff beaufschlagbar ist. In der zentralen Bohrung 1 ist ein erstes Ventilglied 3 aufgenommen und hubbeweglich geführt. Ein zweites Ventilglied 5 ist in einer zentralen Bohrung 4 des ersten Ventilglieds 3 aufgenommen und hubbeweglich geführt. Die zentrale Bohrung 4 des ersten Ventilglieds 3 ist mit dem flüssigen Brennstoff beaufschlagbar.
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Das erste Ventilglied 3 wirkt mit einem ersten Dichtsitz 10 zusammen, der durch den Düsenkörper 2 ausgebildet wird. Hebt das erste Ventilglied 3 vom Dichtsitz 10 ab, werden Spritzlöcher 28 freigegeben, über welche der gasförmige Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird.
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Das zweite Ventilglied 5 wirkt mit einem Dichtsitz 11 zusammen, der im ersten Ventilglied 3 ausgebildet ist. Hebt das zweite Ventilglied 5 vom Dichtsitz 11 ab, werden im ersten Ventilglied 3 ausgebildete Spritzlöcher 29 zur Einspritzung des flüssigen Brennstoffs freigegeben.
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Jedem Ventilglied 3, 5 ist ein Steuerraum 6, 7 zugeordnet, wobei jeder Steuerraum 6, 7 über ein ihm zugeordnetes Steuerventil 22, 23 entlastbar ist. Bei einer Entlastung sinkt der Steuerdruck im Steuerraum 6, 7 und das jeweilige Ventilglied 3, 5 vermag entgegen der Federkraft einer Feder 8, 9, mittels welcher das Ventilglied 3, 5 gegen den Dichtsitz 10, 11 axial vorgespannt ist, zu öffnen. Die dem ersten Ventilglied 3 zugeordnete Feder 8 ist in dem zugehörigen Steuerraum 6 aufgenommen und einerseits am ersten Ventilglied 3, andererseits an einer Drosselplatte 30 abgestützt, die an den Düsenkörper 2 axial angesetzt ist. Die dem zweiten Ventilglied 5 zugeordnete Feder 9 ist außerhalb des zugehörigen Steuerraums 7 angeordnet und einerseits an einem ringförmigen Absatz 18 des zweiten Ventilglieds 5, andererseits an einer Hülse 12 abgestützt, welche den zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilglied 3, 5 ausgebildeten Steuerraum 7 in radialer Richtung begrenzt. Auf diese Weise kann das Volumen des Steuerraums 7 vergleichsweise klein gehalten werden, was eine Verbesserung der Schaltdynamik und der Schaltqualität zur Folge hat.
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Wird das Steuerventil 23 geöffnet, wird der dem zweiten Ventilglied 5 zugeordnete Steuerraum 7 über einen Ablaufkanal 14 und einer hierin ausgebildeten Ablaufdrossel 15 entlastet. Der Steuerdruck im Steuerraum 7 sinkt und das Ventilglied 5 vermag entgegen der Federkraft der Feder 9 zu öffnen. Mit Abheben vom Dichtsitz 11 werden die der Einspritzung des flüssigen Brennstoffs dienenden Spritzlöcher 29 freigegeben. Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Steuerventil 23 geschlossen, so dass sich erneut Druck im Steuerraum 9 aufbauen kann. Denn über einen Zulaufkanal 16 und eine hierin ausgebildete Zulaufdrossel 17 ist der Steuerraum 7 mit der zentralen Bohrung 4 verbunden, der mit flüssigem Brennstoff beaufschlagt ist. Mit ansteigendem Druck im Steuerraum 7 bewegt sich das Ventilglied 5 wieder nach unten, wobei die Federkraft der Feder 9 sowie die jeweils stirnseitig an der Hülse 12 anliegenden hydraulischen Druckverhältnisse die Hülse 12 in Kontakt mit dem ersten Ventilglied 3 halten. Hat das zweite Ventilglied 5 seinen Dichtsitz 11 erreicht, ist die Einspritzung beendet.
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Zur Freigabe der Spritzlöcher 28, über welche der gasförmige Brennstoff einspritzbar ist, wird das Steuerventil 22 geöffnet. Dies hat zur Folge, dass der dem ersten Ventilglied 3 zugeordnete Steuerraum 6 über einen Ablaufkanal 24 und eine hierin ausgebildete Ablaufdrossel 25 entlastet wird. Das erste Ventilglied 3 vermag somit entgegen der Federkraft der Feder 8 zu öffnen. Dabei hebt das erste Ventilglied 3 vom Dichtsitz 10 ab und gibt die Spritzlöcher 28 frei. Zum Beenden der Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs wird das Steuerventil 22 geschlossen. In der Folge baut sich erneut Druck im Steuerraum 6 auf, da dieser über einen Zulaufkanal 26 und eine hierin ausgebildete Zulaufdrossel 27 an einen Brennstoffzulauf 32 für den flüssigen Brennstoff angebunden ist. Die Versorgung der im Düsenkörper 2 ausgebildeten zentralen Bohrung 1 mit dem gasförmigen Brennstoff erfolgt über einen Brennstoffzulauf 31, der - wie auch der Brennstoffzulauf 32 für den flüssigen Brennstoff - seitlich geführt ist.
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Bis auf die Zulaufdrossel 17 sind sämtliche den Steuerräumen 6, 7 zugeordnete Drosseln zur Regelung des Zulaufs und/oder des Ablaufs in der Drosselplatte 30 ausgebildet. Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die Zulaufdrossel 17 gemeinsam mit dem Zulaufkanal 16 im zweiten Ventilglied 5 ausgebildet. Hierzu sind im zweiten Ventilglied 5 eine den Steuerraum 7 erweiternde Axialbohrung und eine in die zentrale Bohrung 4 mündende Radialbohrung ausgebildet.
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Um das Volumen des Steuerraums 7 weiter zu verringern, kann die Zulaufdrossel 17 auch als Spaltdrossel zwischen dem zweiten Ventilglied 5 und der Hülse 12 ausgebildet werden. Diese Ausführung ist in der 3 beispielhaft dargestellt. Auf einen Zulaufkanal 16 kann in diesem Fall verzichtet werden.
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Die Anbindung des Steuerraums 7 an den Ablaufkanal 14 erfolgt vorzugsweise über Steuerleitungen 13, die im ersten Ventilglied 3 ausgebildet sind. Die Steuerleitungen 13 erstecken sich durch mehrere Teile 3.1, 3.2 des ersten Ventilglieds 3, das vorliegend mehrteilig ausgeführt ist, um die Montage zu vereinfachen. Die Teile umfassen ein als Hohlnadel ausgeführtes Teil 3.1 sowie ein als Verschlusselement ausgeführtes Teil 3.2, das die zentrale Bohrung 4 nach außen verschließt. Das Verschlusselement ist über einen Ringbund 19, der gegenüber den beiden Stirnflächen 20, 21 zurückgesetzt ist an dem als Hohlnadel ausgeführten Teil 3.1 axial abgestützt. Zugleich bildet es einen Federteller zur Abstützung der Feder 8 aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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