-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
-
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.
-
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.
-
Vorteile der Erfindung
-
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, wobei die Hülse einen Pressbereich besitzt, der durch mehrere voneinander beabstandete, umfänglich angeordnete und ausgeformte Teilpressbereiche gebildet ist.
-
Mit Hilfe der über den Umfang der Hülse verteilten Sicken bzw. der dadurch radial nach außen stehenden Teilpressbereiche erhöht sich in vorteilhafter Weise deutlich die radiale Elastizität der Hülse im Pressbereich. Auch bei hohen Einspritzdrücken von ca. 500 bar ist dadurch eine immer ausreichende Presskraft zwischen Einstellelement und Anschlussstutzen oder Innenpol gegeben.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
-
Besonders vorteilhaft ist es, zusätzlich zu dem Pressbereich einen weiteren zweiten Pressbereich an der Hülse vorzusehen, wobei sich dieser weitere zweite Pressbereich am stromabwärtigen Ende des Einstellelements befindet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass kein ungefilterter Brennstoff in das Brennstoffeinspritzventil stromabwärts des Einstellelements gelangen kann.
-
In besonders vorteilhafter Weise ist der zweite Pressbereich durch eine am Einstellelement ausgeformte Ringsicke gebildet, die dafür sorgt, dass ein umlaufender und radial nach außen stehender Wulst eine Abdichtung nach radial außen vornimmt.
-
Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist durch das Einbringen eines zusätzlichen Drosselelements mit einer integrierten Drosselbohrung in dem Einstellelement eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar.
-
Da in idealer Weise in dem Einstellelement ein Filterelement integriert ist, ist die höchste denkbare Funktionsintegration an dem erfindungsgemäßen Einstellelement vorgenommen.
-
Figurenliste
-
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,
- 3 ein erstes Einstellelement gemäß 2 in einer Draufsicht,
- 4 das Einstellelement in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3,
- 5 das Einstellelement in einer Seitenansicht,
- 6 das Einstellelement in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5,
- 7 das erste Einstellelement in einer alternativen Einbausituation in einem Anschlussstutzen oder Innenpol eines Brennstoffeinspritzventils und
- 8 ein zweites Einstellelement in einer dritten Einbausituation in einem Anschlussstutzen oder Innenpol eines Brennstoffeinspritzventils.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
Bevor anhand der 2 bis 8 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
-
2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ungefähr 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. Zusätzlich kann das Kombibauteil in idealer Weise noch eine dritte Funktion erfüllen, indem ein Drosselelement 52 mitintegriert ist, das eine einen geringen Durchmesser aufweisende Drosselbohrung 54 aufweist. Das Einstellelement 50 besteht insofern aus drei Einzelteilen. So bildet die äußere Ummantelung des Einstellelements 50 eine metallene Hülse 51, die weitgehend zylindrisch ausgeführt ist, allerdings auch einen Bodenbereich 53 umfasst, an dem sich die Rückstellfeder 23 abstützen kann, und mittels Tiefziehen hergestellt ist. Die dünnwandige Hülse 51 weist dabei erfindungsgemäß in einem axial mittleren Abschnitt einen radial geringfügig vergrößerten Bereich auf, der als Pressbereich 55 dient und aus mehreren Teilpressbereichen besteht.
-
In der tiefgezogenen Hülse 51 ist ein Filterelement 62 integriert, das z.B. aus einem Rahmenteil aus spritzgegossenem Kunststoff und einem Filtergewebe gebildet ist, wobei das Rahmenteil in der Hülse 51, insbesondere im Pressbereich 55 der Hülse 51 befestigt ist. Das z.B. tiefgezogene Metallgewebe des Filterelements 62 ist dabei in das Kunststoff-Rahmenteil mit eingegossen, so dass ein einteiliges Filterelement 62 vorliegt, das in die Hülse 51 einbringbar ist. Das Rahmenteil korrespondiert mit dem Pressbereich 55 der Hülse 51 zur sicheren und zuverlässigen Befestigung des Filterelements 62 und besitzt zudem noch drei längs verlaufende Rahmenstege, die dem Filterelement 62 die notwendige Stabilität verleihen.
-
Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von weit > 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 das Drosselelement 52 mit der 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. Das Drosselelement 52 ist als eigenständiges Einlegeteil ausgeführt, das in der Hülse 51 durch Schweißen fest eingebracht ist.
-
In der 3 ist ein erstes Einstellelement 50 mit seiner Hülse 51 gemäß 2 in einer Draufsicht dargestellt. In der Draufsicht wird deutlich, dass über den Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Sicken 56 eingeprägt sind, die dazu führen, dass entsprechend der Anzahl der Sicken 56 mehrere radial nach außen stehende Teilpressbereiche 57 über den Umfang der weitgehend zylindrischen Hülse 51 überstehen.
-
Die axiale Erstreckung der durch die Sicken 56 ausgeformten Teilpressbereiche 57 macht 4 deutlich, die die Hülse 51 des Einstellelements 50 in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3 zeigt. Die Teilpressbereiche 57 sind in der dünnwandigen Hülse 51 z.B. in einem axial mittleren Abschnitt eingebracht, wobei die axiale Länge der Sicken 56 bzw. der Teilpressbereiche 57 ungefähr die Hälfte der axialen Gesamtlänge der Hülse 51 beträgt, so dass sich damit auch der Pressbereich 55 insgesamt über ungefähr die Hälft der Länge der Hülse 51 erstreckt.
-
Bei bekannten Einspritzventilen werden Einstellelemente 50 üblicherweise über den Gesamtumfang im Anschlussstutzen oder Innenpol eingepresst. Solche Einstellelemente besitzen dadurch im eingebauten Zustand eine kleine radiale Elastizität. Mit Hilfe der über den Umfang der Hülse 51 verteilten Sicken 56 bzw. der dadurch radial nach außen stehenden Teilpressbereiche 57 erhöht sich deutlich die radiale Elastizität der Hülse 51 im Pressbereich 55. Auch bei hohen Einspritzdrücken von ca. 500 bar ist dadurch eine immer ausreichende Presskraft zwischen Einstellelement 50 und Innenpol 13 gegeben.
-
In der 5 ist die erfindungsgemäße Hülse 51 des ersten Einstellelement 50 in einer Seitenansicht dargestellt, während 6 das Einstellelement 50 in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5 zeigt. Als Materialien für die Hülse 51 des Einstellelements 50 eignen sich rostfreie austenitische Edelstähle wie 1.4301 oder 1.4310 mit einer Festigkeit von > 800 N/mm2. Die Wandstärke der Hülse 51 beträgt z.B. zwischen 0,15 und 0,3 mm. Die Anzahl der Sicken 56 bzw. der Teilpressbereiche 57 sollte in vorteilhafter Weise zwischen vier und zwölf liegen. In der in den 3 bis 6 dargestellten Ausführung sind acht Sicken 56 bzw. Teilpressbereiche 57 ausgeformt. Eine Gleichbeabstandung der Sicken 56 bzw. der Teilpressbereiche 57 über den Umfang ist von Vorteil. Der radiale Überstand eines Teilpressbereiches 57 gegenüber der Außenwandung des zylindrischen Bereichs der Hülse 51 beträgt beispielsweise 0,05 bis 0,2 mm. Die Teilpressbereiche 57 haben z.B. eine axiale Länge von 3 bis 7 mm, eine umfängliche Breite von 0,8 bis 1,4 mm und einen Wölbungsradius von 0,3 bis 1 mm.
-
In der 7 ist das erste Einstellelement 50 in einer alternativen Einbausituation in einem Anschlussstutzen oder Innenpol 13 eines Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt. Bei dieser Ausführung ist die Hülse 51 des Einstellelements 50 außerhalb des ersten mittleren Pressbereichs 55 mit einem weiteren zweiten Pressbereich 65 versehen. Dieser weitere zweite Pressbereich 65 befindet sich am stromabwärtigen Ende des Einstellelements 50. Außerhalb des ersten Pressbereichs 55 ist die Hülse 51 weiterhin mit einer zylindrischen Kontur mit einem konstanten Außendurchmesser ausgebildet. Allerdings weist die innere Längsöffnung des Innenpols 13 eine Stufe 60 auf, ab der in stromabwärtiger Richtung gesehen eine Verringerung des Durchmessers der Längsöffnung des Innenpols 13 beginnt. In diesen durchmesserverringerten Abschnitt der Längsöffnung des Innenpols 13 kann der zweite Pressbereich 65 des Einstellelements 50 eintauchen und abdichten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass kein ungefilterter Brennstoff in das Brennstoffeinspritzventil 1 stromabwärts des Einstellelements 50 gelangen kann. Dieser zweite Pressbereich 65 hat beispielswiese eine Länge L von 0,5 bis 3 mm. Der zweite Pressbereich 65 besitzt ein maximales Spiel von < 30 µm und eine maximale Pressung von < 60 µm.
-
In der 8 ein zweites Einstellelement 50 in einer dritten Einbausituation in einem Anschlussstutzen oder Innenpol 13 eines Brennstoffeinspritzventils 1 dargestellt. Dabei wird der zweite Pressbereich 65 nicht durch eine Durchmesseranpassung der Längsöffnung im Innenpol 13 erzielt, sondern durch eine am Einstellelement 50 selbst ausgeformte Ringsicke 66, die dafür sorgt, dass ein umlaufender und radial nach außen stehender Wulst 67 die Abdichtung vornimmt. Auch hier gilt, dass der zweite Pressbereich 65 ein maximales Spiel von < 30 µm und eine maximale Pressung von < 60 µm besitzt. Der Wölbungsradius der Wulst beträgt beispielsweise 0,3 bis 1 mm.
-
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.
-
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 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
