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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, wobei die Hülse einen Bodenbereich besitzt, in dem abströmseitig als eigenständiges Bauteil ein Drosselelement eingebracht ist.
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Mit sehr geringen Zusatzkosten und zudem einfach herstellbar ist durch das Einbringen des Drosselelements mit einer integrierten Drosselbohrung in dem Einstellelement eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar.
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Da das Drosselelement mit einer Drosselbohrung stromabwärts des ebenfalls in der Hülse eingebrachten Filterelements am Bodenbereich der Hülse angeordnet ist, besteht keine Gefahr der Verschmutzung oder Verstopfung der Drosselbohrung. Da das Kombibauteil im Brennstoffzulauf in einer festgelegten definierten Position eingepresst ist, ist auch für das Drosselelement eine Positionsänderung ausgeschlossen.
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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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Besonders vorteilhaft ist es, dass der Bodenbereich der Hülse einen mittleren, sich axial erstreckenden Verlängerungsbereich aufweist, in dem das Drosselelement einfach und kostengünstig eingepasst ist. Das Drosselelement kann in seiner Position im Verlängerungsbereich der Hülse auf einfache Art und Weise gesichert sein. Für die Sicherung des Drosselelements im Verlängerungsbereich der Hülse eignen sich eine Schweißnaht oder mehrere Schweißpunkte und/oder das Umbördeln der Hülse.
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Da in idealer Weise in dem Einstellelement ein Filterelement integriert ist, ist die höchste denkbare Funktionsintegration an dem erfindungsgemäßen Einstellelement vorgenommen.
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Außerdem kann der Verlängerungsbereich des Bodenbereichs der Hülse als Führung für eine Rückstellfeder dienen.
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Figurenliste
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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,
- 3 ein erstes Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder,
- 4 das Einstellelement in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3,
- 5 das Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder in einer gegenüber der 3 um 90° gedrehten Ansicht,
- 6 ein zweites Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder analog der Ansicht von 3,
- 7 ein drittes Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder analog der Ansicht von 3 und
- 8 ein viertes Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder analog der Ansicht von 3.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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.
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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 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 ist dabei erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass abströmseitig im Bodenbereich 53 das weitere eigenständige Bauteil Drosselelement 52 eingebracht ist. In vorteilhafter Art und Weise weist der Bodenbereich 53 der Hülse 51 einen mittleren, sich axial erstreckenden Verlängerungsbereich 55 auf, in dem das Drosselelement 52 eingepasst ist.
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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 in einem Pressbereich 56 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 56 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.
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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 Abströmbereich 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.
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In der 3 ist ein erstes Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit der Rückstellfeder 23 dargestellt. Das Filterelement 62 wird z.B. derart in die Hülse 51 eingebracht, dass es zumindest mit Teilbereichen am Bodenbereich 53 aufsteht. Dies wird in der 5 ersichtlich, die das Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit der Rückstellfeder 23 in einer gegenüber der 3 um 90° gedrehten Ansicht zeigt. Zwei um 180° gegenüberstehende Teilbereiche des Rahmenteils des Filterelements 62 stehen dabei auf dem Bodenbereich 53 auf. Um ein Verrutschen des Filterelements 62 zu verhindern und eine axiale Fixierung zu erreichen, ist zulaufseitig in die Hülse 51 noch ein Klemmring 57 eingebracht. Der Einpressvorgang des Filterelements 62 kann dabei gleich mit dem Klemmring 57 zusammen vorgenommen werden. Eine feste Verbindung des Klemmrings 57, der aufgrund seines Schlitzes 58 mit einer radialen Vorspannung in die Hülse 51 eingebracht wird, mit der Hülse 51 kann beispielsweise über eine Schweißnaht oder mehrere Schweißpunkte 59 erzielt werden. 4 zeigt das Einstellelement 50 in einer Schnittdarstellung in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in 3, aus der insbesondere der Schlitz 58 im Klemmring 57 deutlich hervorgeht. Der Klemmring 57 ist z.B. aus einem Federstahl mit einer Festigkeit von > 800 N/mm2 hergestellt, wie z.B. 1.4310. Die Wandstärke des Klemmrings 57 beträgt zwischen 0,4 und 0,8 mm.
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Da das Drosselelement 52 mit der Drosselbohrung 54 stromabwärts des Filterelements 62 am Bodenbereich 53 der Hülse 51 angeordnet ist, besteht keine Gefahr der Verschmutzung oder Verstopfung der Drosselbohrung 54. Das Drosselelement 52 ist z.B. ein zylindrisches Einsatzteil, dessen Drosselbohrung 54 an den beiden axialen Enden jeweils angefast ist. Der mittlere, sich axial erstreckende Verlängerungsbereich 55 ist als Teil der Hülse 51 so mit seiner inneren Öffnung ausgeformt, dass das Drosselelement 52 in ihn einpressbar ist. Durch Umbördeln des unteren Endes des Verlängerungsbereichs 55 der Hülse 51 kann das Drosselelement 52 in seiner axialen Position gesichert sein. Der Durchmesser der inneren Öffnung des Verlängerungsbereichs 55 der Hülse 51 beträgt z.B. 2 +/- 0,5 mm. Der Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 sollte idealerweise in seiner axialen Erstreckung mindestens 1,5 bis 2 mm aufweisen. Entsprechend liegt die Länge der Drosselbohrung 54 des Drosselelements 52 im Bereich von 1 bis 3 mm. Das Drosselelement 52 ist z.B. ein Drehteil, wobei der Werkstoff dafür eine Festigkeit von > 900 N/mm2 wie z.B. gehärteter X90 besitzt. Der mittlere, sich axial erstreckende Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 kann außen auch als Führung für die Rückstellfeder 23 dienen.
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Die weiteren Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nur geringfügig von der Ausführung gemäß 3 bis 5. 6 zeigt ein zweites Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder 23 analog der Ansicht von 3. Das Drosselelement 52 wird hier noch zusätzlich mit einer Schweißnaht oder mehreren Schweißpunkten 60 im Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 gegen axiales Verschieben gesichert. In der 7 ist ein drittes Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder 23 analog der Ansicht von 3 dargestellt. Hier ist der Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 verkürzt ausgeführt, so dass das Drosselelement 52 stromabwärts aus dem Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 heraussteht. Das Einpressen des Drosselelements 52 ist dadurch erleichtert; allerdings ist durch die reduzierte Presslänge des Drosselelements 52 auch die Haltekraft reduziert. Im in 8 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel ist ein viertes Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung zusammen mit einer Rückstellfeder 23 analog der Ansicht von 3 gezeigt, bei dem das Drosselelement 52 kein Drehteil ist. Alternativ kann nämlich das Drosselelement 52 auch als Tiefziehteil hergestellt werden. Dabei wird das Drosselelement 52 z.B. mit einem bauchigen Abschnitt ausgeführt, der dann in einen korrespondierenden, ebenfalls gewölbten Abschnitt des Verlängerungsbereichs 55 der Hülse 51 eingepasst werden kann. Ein solches tiefgezogenes Drosselelement 52 kann sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Drosselbohrung 54 kann außerdem in ihrer Länge und Öffnungsweite sehr variabel gestaltet werden.
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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]
