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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Zumessen eines Fluids, insbesondere ein Brennstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen vorzugsweise eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
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Aus der
DE 10 2013 225 834 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt. Das bekannte Brennstoffeinspritzventil umfasst eine Ventilnadel mit einem Ventilschließkörper, der mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, und einen an der Ventilnadel angeordneten Anker. In einem Zulaufkanal eines Zulaufstutzens ist ein Einstellelement zum Einstellen der Federkraft einer Rückstellfeder angeordnet. Das hülsenförmige Einstellelement umfasst im Inneren ein Filterelement zum Filtern des abzuspritzenden Fluids sowie ein Drosselelement mit einer einen deutlich geringeren Durchmesser als den Durchmesser des stromaufwärts verlaufenden Zulaufkanals aufweisenden Drosselbohrung.
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Bekannt ist aus der
US 7,617,991 B2 des Weiteren eine Lösung, bei der zulaufseitig unmittelbar im Einlass eines Zulaufstutzens eines Einspritzventils ein Filter in den Fluidweg eingebaut ist, in den ein scheibenförmiges Drosselelement mit integriert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine verbesserte, weil in der Herstellung sehr kostengünstige Lösung zur Integration einer Drosselbohrung im Zulauf des Ventils realisiert ist. In besonders vorteilhafter Weise ist die Drosselbohrung mittig bzw. zentral in axialer Richtung entlang der Längsachse des Ventils gesehen in einem Zulaufstutzen des Ventils, der einen Teil eines Ventilgehäuses bildet, ausgeformt. In besonders vorteilhafter Weise kann ein solcher Zulaufstutzen sehr effizient und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere kann eine Bearbeitungsmaschine zum Einsatz kommen, die sechs Spindeln aufweist, wobei für die Ausformung und Bearbeitung der Drosselbohrung kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Drosselbohrung zentrisch über die axiale Länge des Zulaufstutzens betrachtet auszuformen, wobei für die zentrale Anordnung der Drosselbohrung im Inneren des Zulaufstutzens gilt, dass der Zulaufstutzen eine erste Länge L1 von der zulaufseitigen Stirnseite des Zulaufstutzens bis zum Beginn der Drosselbohrung hat und eine zweite Länge L2 vom Ende der Drosselbohrung bis zur ablaufseitigen Stirnseite des Zulaufstutzens definiert ist, wobei L2 = 0,8 - 1,6 x L1 gilt.
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Von Vorteil ist es, dass im Zulaufstutzen ein Zulaufkanal vorgesehen ist und die Übergänge des Zulaufkanals stromaufwärts und stromabwärts der Drosselbohrung jeweils derart geschrägt ausgestaltet sind, dass ein Konuswinkel des Zulaufkanals von ca. 80° bis 140° vorliegt.
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Figurenliste
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung gemäß dem Stand der Technik;
- 2 ein zulaufseitiges Ende eines Ventils in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung in einer denkbaren alternativen Ausführung;
- 3 ein Ventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 4 den in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt bzw. einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zulaufstutzen des Ventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ventil 1 zum Zumessen eines Fluids in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung gemäß dem Stand der Technik. Das Ventil 1 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil 1 ausgebildet sein. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist eine Brennstoffeinspritzanlage, bei der solche Brennstoffeinspritzventile 1 als Hochdruckeinspritzventile ausgebildet sind und zur direkten Einspritzung von Brennstoff in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine dienen. Besonders eignet sich die Ausgestaltung des Ventils 1 für flüssige Fluide, insbesondere flüssige Brennstoffe, wie Benzin oder Diesel, oder für flüssige Gemische mit zumindest einem Brennstoff.
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Das Ventil 1 weist einen elektromagnetischen Aktuator 2 auf, der eine Magnetspule 3, einen Anker 4 und einen Innenpol 5 umfasst. Beim Bestromen der Magnetspule 3 wird ein Magnetkreis über ein Ventilgehäuse 6, den Anker 4 und den Innenpol 5 geschlossen, wodurch eine Betätigung des Ankers 4 in einer Öffnungsrichtung 7 entlang einer Längsachse 8 des Ventils 1 erfolgt. Das Ventilgehäuse 6 umfasst mehrere Gehäuseteile, z.B. einen langgestreckten Ventilsitzträger 10, einen mit dem Ventilsitzträger 10 verbundenen Ventilsitzkörper 11 und einen stromaufwärtigen Zulaufstutzen 12.
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Der Anker 4 ist an einer Ventilnadel 15 angeordnet, wobei in dieser Ausgestaltung eine fliegende Lagerung des Ankers 4 an der Ventilnadel 15 realisiert ist. Hierfür ist an der Ventilnadel 15 einerseits ein erstes oberes Anschlagelement 16 vorgesehen, das ortsfest an der Ventilnadel 15 angeordnet ist. Das Anschlagelement 16 kann dabei z.B. mittels einer Schweißnaht an der Ventilnadel 15 oder durch Aufpressen auf die Ventilnadel 15 mit der Ventilnadel 15 fest verbunden sein. Andererseits ist ein zweites unteres Anschlagelement 17 vorgesehen, das unabhängig von der Ventilnadel 15 im Ventilgehäuse 6 eingebracht ist. Das zweite Anschlagelement 17 ist dabei scheibenförmig ausgeführt, in Strömungsrichtung des Fluids in das Ventilgehäuse 6 einbringbar und auf einer Schulter 18 des Ventilgehäuses 6, insbesondere des Ventilsitzträgers 10, ohne Stoffschluss aufgelegt. Die Anschlagelemente 16, 17 sind so an der Ventilnadel 15 bzw. am Ventilgehäuse 6 angeordnet, dass für den Anker 4 ein Ankerfreiweg 20 zwischen den Anschlagelementen 16, 17 vorgegeben ist.
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Im Ausgangszustand liegt der Anker 4 an dem zweiten unteren Anschlagelement 17 an. Bei einer Betätigung des Ankers 4 durchläuft der Anker 4 zunächst den Ankerfreiweg 20, bis der Anker 4 an dem ersten oberen Anschlagelement 16 anschlägt. Anschließend nimmt der Anker 4 die Ventilnadel 15 in der Öffnungsrichtung 7 mit. Hierdurch steht ein größerer Öffnungsimpuls zur Verfügung, um das Ventil 1 zu öffnen. Beim Öffnen des Ventils 1 hebt sich ein mit der Ventilnadel 15 verbundener Ventilschließkörper 21 von einer an dem Ventilsitzkörper 11 ausgebildeten Ventilsitzfläche 22 ab, so dass ein zwischen dem Ventilschließkörper 21 und der Ventilsitzfläche 22 gebildeter Dichtsitz 23 geöffnet wird. Dann kann ein Fluid, insbesondere ein Brennstoff, aus einem Innenraum 24 des Ventilgehäuses 6 durch in dem Ventilsitzkörper 11 vorgesehene Abspritzöffnungen 25 in einen Raum 27, insbesondere einen Brennraum 27 einer Brennkraftmaschine, eingespritzt werden.
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Beim Öffnen des Ventils 1 schlägt der Anker 4 dann an einer unteren Anschlagfläche 28 an, die in dieser Ausgestaltung an dem Innenpol 5 ausgestaltet ist. Die Anschlagfläche 28 begrenzt die Bewegung des Ankers 4 relativ zu dem Ventilgehäuse 6. Zum Schließen des Ventils 1 wird die Magnetspule 3 stromlos geschaltet, so dass die Ventilnadel 15 von einer Rückstellfeder 30 wieder in die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung verstellt wird. Im geschlossenen Zustand wird die in der 1 dargestellte Ausgangsstellung des Ankers 4, bei der der Anker 4 an der Anschlagfläche des unteren Anschlagelements 17 anliegt, über eine Ankerfreiwegfeder 31 gewährleistet.
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Somit ist die Ventilnadel 15 von dem Aktuator 2 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 30 betätigbar, um das Ventil 1 zu öffnen. Beim Öffnen und anschließenden Schließen des Ventils 1 erfolgt eine Führung der Ventilnadel 15. Die obere Führung der Ventilnadel 15 kann dabei mittels des oberen Anschlagelements 16, das z.B. mit einer kugeligen Außenkontur versehen ist, erfolgen, während die untere Führung der Ventilnadel 15 durch geeignete Führungsstrukturen im Ventilsitzkörper 11 realisiert sein kann.
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In einem Zulaufkanal 54, der sich entlang der Längsachse 8 durch den Zulaufstutzen 12 erstreckt, ist ein Einstellelement 55 angeordnet. Die Rückstellfeder 30 ist mit ihrem oberen Ende an dem Einstellelement 55 abgestützt, so dass das Einstellelement 55 der Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder 30 dient. Ferner ist die Rückstellfeder 30 mit ihrem unteren Ende mittels eines Stützelements 58 an dem oberen Anschlagelement 16 und somit an der Ventilnadel 15 abgestützt. Das hülsenförmige Einstellelement 55 umfasst des Weiteren im Inneren ein Filterelement 56 zum Filtern des abzuspritzenden Fluids sowie ein Drosselelement 57 mit einer einen deutlich geringeren Durchmesser als den Durchmesser des stromaufwärts verlaufenden Zulaufkanals 54 aufweisenden Drosselbohrung 59.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von > 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 Ventils 1 eine Drosselbohrung 59 vorgesehen ist, die einen geringen Öffnungsquerschnitt besitzt. Mit Hilfe der Drosselbohrung 59 kann eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Ventils, insbesondere des Brennstoffeinspritzventils erfolgen.
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2 zeigt ein zulaufseitiges Ende eines Ventils 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung in einer denkbaren alternativen Ausführung. Bei dieser Ausführung ist die Drosselbohrung 59 unmittelbar im stromaufwärtigen Zulaufstutzen 12 integriert, und zwar unmittelbar im stromaufwärtigen Endbereich des Zulaufstutzens 12 noch oberhalb eines der Abdichtung des Ventils 1 gegenüber einer Zulaufleitung oder eines Anschlussstutzens einer Verteilerleitung („Railtasse“) dienenden Dichtrings 61, der am Außenumfang des Zulaufstutzens 12 angebracht ist. Bei einer solchen Ausführung strömt das abzugebende Fluid also unmittelbar über die Drosselbohrung 59 des Zulaufstutzens 12 in das Ventil ein. Auf ein zusätzliches Drosselelement 57, wie in 1 im Einstellelement 55 integriert, kann verzichtet werden. Allerdings ist die Ausformung einer solchen Drosselbohrung 59 an dieser Stelle aufwendig und kompliziert bezüglich des Einsatzes eines Bearbeitungswerkzeugs.
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3 zeigt ein Ventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Zulaufstutzen 12.
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4 zeigt den in 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt bzw. den erfindungsgemäß ausgestalteten Zulaufstutzen 12 des Ventils 1 als Einzelbauteil. Der Zulaufstutzen 12 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass er in axialer Richtung entlang der Längsachse 8 des Ventils 1 gesehen in einem mittleren Bereich, insbesondere zentrisch über die axiale Länge des Zulaufstutzens 12 betrachtet, eine Drosselbohrung 59 aufweist. Der Zulaufkanal 54 im Inneren des Zulaufstutzens 12 weist stromaufwärts der Drosselbohrung 59 z.B. einen Durchmesser von ca. 1,5 mm auf, während der Zulaufkanal 54 im Inneren des Zulaufstutzens 12 stromabwärts der Drosselbohrung 59 z.B. einen Durchmesser von ca. 2,5 mm besitzt. Vom Zulaufkanal 54 stromaufwärts der Drosselbohrung 59 ausgehend verjüngt sich die Drosselbohrung 59 auf einen Durchmesser von ca. 0,4 mm. Je nach Auslegung kann die Drosselbohrung 59 auch einen Durchmesser von bis zu 1 mm aufweisen. Die axiale Länge der Drosselbohrung 59 beträgt z.B. zwischen 1,4 mm und 2,4 mm. Die Übergänge des Zulaufkanals 54 stromaufwärts und stromabwärts der Drosselbohrung 59 sind jeweils derart geschrägt ausgestaltet, dass ein Konuswinkel α des Zulaufkanals 54 von ca. 80° bis 140° vorliegt.
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In besonders vorteilhafter Weise kann ein solcher Zulaufstutzen 12 sehr effizient und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere kann eine Bearbeitungsmaschine zum Einsatz kommen, die sechs Spindeln aufweist, wobei für die Ausformung und Bearbeitung der Drosselbohrung 59 kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist. Für die zentrale Anordnung der Drosselbohrung 59 im Inneren des Zulaufstutzens 12 soll in idealer Weise gelten, dass der Zulaufstutzen 12 eine erste Länge L1 von der zulaufseitigen Stirnseite 65 des Zulaufstutzens 12 bis zum Beginn der Drosselbohrung 59 hat und eine zweite Länge L2 vom Ende der Drosselbohrung 59 bis zur ablaufseitigen Stirnseite 66 des Zulaufstutzens 12 definiert ist, wobei L2 = 0,8 - 1,6 x L1 gilt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 3 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 102013225834 A1 [0002]
- US 7617991 B2 [0003]
