-
Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6.
-
Stand der Technik
-
Brennstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art sind auch als Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt. Sie 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.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 225 167 A1 ist ein Kraftstoffzumessventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse bekannt, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einem im Gehäuse ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt. Im Gehäuse ist ferner ein Gasraum ausgebildet, der die Düsennadel abschnittsweise umgibt und der durch das Öffnen des Dichtsitzes mit wenigstens einer Eindüsöffnung verbindbar ist. Weiterhin ist ein mit flüssigem Kraftstoff befüllbarer Raum vorhanden, der dem Gasraum abgewandt die Düsennadel umgibt. Zur Vereinfachung der Ansteuerung wird vorgeschlagen, den flüssigen und den gasförmigen Kraftstoff in einem einzigen Vorgang in den Brennraum einzubringen. Hierzu wird eine Leckage des flüssigen Kraftstoffs in den Gasraum über einen Leckagespalt zugelassen, so dass beim Öffnen der Düsennadel Gas aus dem Gasraum über die Einspritzöffnungen in einen Brennraum strömt und dabei den innerhalb des Gasraums vorhandenen flüssigen Kraftstoff mitreißt. Der Leckagespalt ist dabei derart bemessen, dass durch die Eindüsung des gasförmigen Kraftstoffs eine solche Menge an flüssigem Kraftstoff in den Brennraum gelangt, dass die Zündfähigkeit des Gemisches auf das gewünschte Maß angehoben wird. Um bei Bedarf eine größere Menge des flüssigen Kraftstoffs in den Brennraum einzubringen, ist eine weitere Düsennadel vorgesehen, die in einer Bohrung der ersten Düsennadel zum Freigeben und Verschließen mindestens einer weiteren Einspritzöffnung hubbeweglich geführt ist. Zur Steuerung der Hubbewegungen der beiden Düsennadeln ist jeweils ein Steuerventil vorgesehen, so dass der Aufbau des Kraftstoffzumessventils nicht minder komplex als bei einem herkömmlichen Dual-Fuel-Injektor ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vermischung des gasförmigen und des flüssigen Brennstoffs vor der Einspritzung zu verhindern, so dass diese sauber getrennt voneinander einspritzbar sind.
-
Zur Lösung der Aufgabe werden die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper sowie ein erstes und ein zweites Ventilglied, wobei das erste Ventilglied in einer Bohrung des Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen und zur Aufnahme des zweiten Ventilglieds zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt ist. Im Düsenkörper ist ein Dichtsitz für das erste Ventilglied ausgebildet. Erfindungsgemäß schließt an den Dichtsitz in Hauptströmungsrichtung, und zwar unmittelbar oder mittelbar, ein weiterer Dichtsitz an, der bei einem Hub des ersten Ventilglieds zeitversetzt öffnet, wobei eine hydraulische Verbindung der Bohrung mit mindestens einer im Düsenkörper ausgebildeten Einspritzöffnung erst bei geöffnetem ersten und zweiten Dichtsitz hergestellt ist.
-
Dadurch, dass bei der vorgeschlagenen Düsenbaugruppe die beiden Dichtsitze zeitversetzt öffnen und eine Strömungsverbindung der Bohrung mit der mindestens einen Einspritzöffnung erst dann hergestellt ist, wenn beide Dichtsitze geöffnet sind, wird die Einspritzung des in der Bohrung des Düsenkörpers befindlichen Brennstoffs verzögert. Die Verzögerung kann dazu genutzt werden, das zweite Ventilglied in eine Schließstellung zu überführen, so dass dieses sicher geschlossen ist bevor das erste Ventilglied öffnet.
-
Vorzugsweise steuert das erste Ventilglied die Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs. Das zweite Ventilglied steuert demnach die Einspritzung des flüssigen Brennstoffs. Dient der flüssige Brennstoff der Zündung des gasförmigen Brennstoffs, wird der flüssige Brennstoff als Piloteinspritzung zeitlich vor dem gasförmigen Brennstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. In diesem Fall ist ein verzögertes Öffnen des ersten Ventilglieds besonders wünschenswert.
-
Wird - wie bei der vorgeschlagenen Düsenbaugruppe - ein verzögertes Öffnen des ersten Ventilglieds gegenüber dem zweiten Ventilglied allein durch konstruktive Maßnahmen erreicht, kann die Ansteuerung der beiden Ventilglieder vereinfacht werden. Insbesondere kann - wie nachfolgend an dem ferner beanspruchten Brennstoffeinspritzventil gezeigt - die Ansteuerung beider Ventilglieder mittels eines einzigen Aktors bewirkt werden. Zugleich ist über die konstruktive Auslegung der Düsenbaugruppe eine sichere Trennung der beiden Brennstoffe gewährleistet.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der weitere im Düsenkörper ausgebildete Dichtsitz des ersten Ventilglieds als Schiebersitz ausgebildet. Das heißt, dass das Öffnen und Schließen des weiteren Dichtsitzes über eine axiale Verschiebung des ersten Ventilglieds gegenüber dem Düsenkörper bewirkt wird. Der als Schiebersitz ausgebildete weitere Dichtsitz wirkt dabei mit einer zylinderförmigen Dichtkontur des ersten Ventilglieds zusammen, so dass eine hydraulische Verbindung der Bohrung mit der mindestens einen Einspritzöffnung erst nach einem definierten Hub h des ersten Ventilglieds herstellbar ist. Die Abmessung der am ersten Ventilglied ausgebildeten zylinderförmigen Dichtkontur in axialer Richtung gibt dabei den Hub h vor.
-
Das heißt, dass die zur Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs erforderliche Strömungsverbindung der im Düsenkörper ausgebildeten Bohrung mit der mindestens einen Einspritzöffnung erst nach einem definierten Hub des ersten Ventilglieds hergestellt ist. Die Zeit, die das erste Ventilglied für den Hub benötigt, wird idealerweise zum Schließen des zweiten Ventilglieds genutzt, so dass dieses sicher geschlossen ist, wenn das erste Ventilglied öffnet. Ferner kann die Bewegung des ersten Ventilglieds zum Schließen des zweiten Ventilglieds genutzt werden.
-
Um eine Strömungsverbindung bzw. eine hydraulische Verbindung der im Düsenkörper ausgebildeten Bohrung mit der mindestens einen Einspritzöffnung des Düsenkörpers herzustellen, ist vorzugsweise im ersten Ventilglied eine Geometrie ausgebildet. Die Geometrie bildet einen Strömungskanal aus, wenn das erste Ventilglied geöffnet ist. Vorzugsweise ist die Geometrie als Umfangsnut ausgeführt, so dass über den Umfang verteilt angeordnete Einspritzöffnungen des Düsenkörpers gleichmäßig angeströmt werden. Die Umfangsnut schließt vorzugsweise unmittelbar an die zylinderförmige Dichtkontur des ersten Ventilglieds an bzw. ist innerhalb der zylinderförmigen Dichtkontur des ersten Ventilglieds ausgebildet.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Bohrung des Düsenkörpers mindestens einen konisch geformten Abschnitt zur Ausbildung des ersten Dichtsitzes aufweist. Der erste Dichtsitz bildet demnach gemeinsam mit dem ersten Ventilglied ein klassisches Sitzventil aus. Das erste Ventilglied weist hierzu bevorzugt eine mit dem ersten Dichtsitz zusammenwirkende konisch geformte Dichtkontur auf.
-
Vorzugsweise wird der mindestens eine konisch geformte Abschnitt der Bohrung des Düsenkörpers durch eine ringförmige Kontur begrenzt, die den ersten Dichtsitz ausbildet. Über die ringförmige Kontur bzw. ringförmige Dichtkante kann eine hohe Dichtkraft realisiert werden.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das zweite Ventilglied zum Freigeben und Verschließen mindestens einer im ersten Ventilglied ausgebildeten Einspritzöffnung mit einem im ersten Ventilglied ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt. Das Schließen des zweiten Ventilglieds kann in diesem Fall durch einen Hub des ersten Ventilglieds bewirkt werden. Der im ersten Ventilglied ausgebildete Dichtsitz für das zweite Ventilglied ist vorzugsweise konisch geformt, so dass beim Schließen eine Selbstzentrierung des zweiten Ventilglieds in Bezug auf den Dichtsitz erfolgt.
-
Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Brennstoffeinspritzventil zeichnet sich durch eine erfindungsgemäße Düsenbaugruppe aus. Dabei ist jedem Ventilglied ein Steuerraum zugeordnet, der über eine Zulaufdrossel mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und über ein Ventil entlastbar ist. Das heißt, dass zur Steuerung beider Ventilglieder jeweils der flüssige Brennstoff als Steuermedium einsetzbar ist.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die der Entlastung der Steuerräume dienenden Ventile hintereinandergeschaltet sind und nur ein Aktor vorgesehen ist, über den das Ventil direkt betätigbar ist, das der Entlastung des dem zweiten Ventilglied zugeordneten Steuerraum dient. Durch das Hintereinanderschalten der beiden Ventile kann ein zeitlich versetztes Öffnen der Ventilglieder mit nur einem Aktor bewirkt werden, beispielsweise, um eine Piloteinspritzung mit flüssigem Brennstoff und eine nachfolgende Haupteinspritzung mit gasförmigem Brennstoff zu realisieren.
-
Vorzugsweise wird das Ventil, das der Entlastung des dem ersten Ventilglied zugeordneten Steuerraums dient, über das Ventil gesteuert, das direkt über den Aktor betätigbar ist. Auf diese Weise wird eine kaskadenartige Ansteuerung erreicht, die ein zeitlich versetztes Öffnen der beiden Ventilglieder ermöglicht.
-
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Aktor ein Magnetaktor oder ein Piezoaktor ist. Derartige Aktoren sind für den Einsatz in einem Brennstoffeinspritzventil bekannt, so dass hierauf zurückgegriffen werden kann.
-
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 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil mit der Düsenbaugruppe der 1.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
Die in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Düsenbaugruppe 1 weist einen Düsenkörper 2 mit einer zentralen Bohrung 5 auf, in welcher ein erstes Ventilglied 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Das Ventilglied 3 ist zumindest abschnittsweise als Hohlnadel ausgeführt und nimmt ein zweites hubbewegliches Ventilglied 4 auf. Über die Hubbewegung des zweiten Ventilglieds 4 sind Einspritzöffnungen 11 freigebbar, über die ein flüssiger Brennstoff einspritzbar ist. Das zweite Ventilglied 4 wirkt hierbei mit einem im ersten Ventilglied 3 ausgebildeten Dichtsitz 12 zusammen. Das erste Ventilglied 3 dient der Steuerung von Einspritzöffnungen 8, die im Düsenkörper 2 ausgebildet sind und der Einspritzung eines gasförmigen Brennstoffs dienen, der über den flüssigen Brennstoff gezündet wird. Der flüssige Brennstoff wird hierzu zeitlich vor dem gasförmigen Brennstoff eingespritzt.
-
Um sicherzustellen, dass sich die beiden Brennstoffe erst im Brennraum einer Brennkraftmaschine, das heißt nach dem Einspritzen vermischen, öffnet das erste Ventilglied 3 verzögert, und zwar erst dann, wenn das zweite Ventilglied 4 wieder geschlossen ist. Das erste Ventilglied 3 wirkt hierzu mit einem ersten Dichtsitz 6 und einem zweiten Dichtsitz 7 zusammen, die beide durch den Düsenkörper 2 ausgebildet werden. Öffnet der erste Dichtsitz 6 ist zunächst noch keine hydraulische Verbindung der im Düsenkörper 2 ausgebildeten Bohrung 5 mit den Einspritzöffnungen 8 hergestellt. Denn der zweite Dichtsitz 7 ist als Schiebersitz ausgeführt, der erst nach einem Hub h des ersten Ventilglieds 3 öffnet. Erst dann ist eine hydraulische Verbindung der Bohrung 5 mit den Einspritzöffnungen 8 über eine im ersten Ventilglied 3 ausgebildete Geometrie 10 in Form einer Umfangsnut hergestellt, die an eine zylinderförmige Dichtfläche 9 des ersten Ventilglieds 3 anschließt. Der Hub h des ersten Ventilglieds 3 stellt sicher, dass das zweite Ventilglied 4 geschlossen ist bevor das erste Ventilglied 3 öffnet.
-
Wie beispielhaft in der 2 dargestellt, ist die Düsenbaugruppe 1 der 1 bevorzugt in einem Brennstoffeinspritzventil verbaut, das nur einen Aktor 19 zur Betätigung beider Ventilglieder 3, 4 aufweist. Der Aktor 19, der vorliegend als Magnetaktor ausgeführt ist, wirkt hierzu direkt auf ein Ventil 18 ein, das der Entlastung eines Steuerraums 14 dient, der dem zweiten Ventilglied 4 zugeordnet ist. Mit der Entlastung des Steuerraums 14 bewegt sich das zweite Ventilglied 4 nach oben bis es an einen federbelasteten Anschlagkörper 21 anschlägt. Mit Anschlagen des zweiten Ventilglieds 4 am Anschlagkörper 21 sinkt das Druckniveau im Steuerraum 14 auf ein zweites Druckniveau ab. Zugleich wird ein Betätigungselement 20 eines weiteren Ventils 17 entlastet, das somit öffnet und eine Entlastung eines Steuerraums 13 bewirkt, welcher dem ersten Ventilglied 3 zugeordnet ist. In der Folge öffnet auch das erste Ventilglied 3, wobei es zunächst vom Dichtsitz 6 abhebt. Der Schiebersitz 7 bleibt jedoch geschlossen, bis der Hub h durchfahren ist. Dabei schlägt das erste Ventilglied 3 am zweiten Ventilglied 4 an, so dass das zweite Ventilglied 4 den Dichtsitz 12 wieder verschließt. Erst dann öffnet das erste Ventilglied 3, indem über die Umfangsnut 10 eine Strömungsverbindung der Bohrung 5 mit den Einspritzöffnungen 8 hergestellt wird und der gasförmige Brennstoff wird über die Einspritzöffnungen 8 in den Brennraum eingespritzt.
-
Zum Beenden der Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs wird die Aktivierung des Aktors 19 beendet. Dies führt zum Schließen des Ventils 18, so dass hierüber kein flüssiger Brennstoff aus dem Steuerraum 14 mehr abströmen kann. Zugleich wird der Steuerraum 14 über eine Zulaufdrossel 16 mit frischem flüssigen Brennstoff befüllt, so dass der Druck im Steuerraum 14 wieder ansteigt. Der Druckanstieg bewirkt einen Schließdruck auf das Betätigungselement 20, das somit das weitere Ventil 17 schließt. In der Folge steigt auch der Druck im Steuerraum 13 wieder an, da dieser über eine Zulaufdrossel 15 mit frischem flüssigen Brennstoff befüllt wird. Der Druckanstieg in den Steuerräumen 13 und 14 bewirkt in Verbindung mit der Federkraft von Federn 22 und 23, mittels welcher die beiden Ventilglieder 3, 4 in Schließrichtung vorgespannt sind, dass beide Ventilglieder 3, 4 in ihre Ausgangsposition zurückgestellt werden.
-
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 102014225167 A1 [0003]
