-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem
Druck gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Derartige Einspritzvorrichtungen
werden beispielsweise bei Common-Rail-Systemen zur Einspritzung
von Kraftstoffen in einen Brennerraum verwendet. Eine derartige
Einspritzvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 198 23 939 A1 bekannt.
Die bekannte Einspritzvorrichtung umfasst einen Düsenkörper und
eine im Düsenkörper angeordnete
Düsennadel.
Die Düsennadel
wird von einem Betätigungselement
betätigt,
um wenigstens ein Spritzloch zum Einspritzen von Kraftstoff freizugeben
bzw. zu verschließen.
Die Düsennadel
ist dabei an einem hinteren Teil im Düsenkörper an einem Führungsschaft
geführt. Eine
zweite Führung
ist im Bereich nahe den Einspritzlöchern mittels einer Führungshülse ausgebildet.
Dadurch kann eine genaue Führung
der Düsennadel
und somit auch eine genaue Bemessung von Kraftstoffeinspritzmengen
erreicht werden. Eine Verbindung zwischen einem Steuerraum und dem
vorderen Bereich der Einspritzdüse
wird dabei durch axial verlaufende Nuten erreicht, welche an der
Innenseite der Führungshülse ausgebildet
sind.
-
Die oben beschriebene Führungshülse weist im
Vergleich mit anderen Lösungen
zur doppelten Führung
der Düsennadel,
wie beispielsweise einer zweiten Führung durch einen Bereich mit
größerem Durchmesser
nahe den Einspritzlöchern,
große
Vorteile auf, da keine aufwändige
Führungsflächen in
der Bohrung des Düsenkörpers hergestellt
werden müssen.
Derartige Führungsflächen sind
aufgrund der Tiefe der Bohrung im Düsenkörper und den dadurch erforderlichen
großen
Werkzeuglängen
nicht bzw. nur mit höchstem
Aufwand mit der geforderten Genauigkeit herstellbar. Bei der Verwendung
der zweiten Führung
durch die Führungshülse hat
sich jedoch als problematisch herausgestellt, dass aufgrund der hohen
Drücke
zu beiden Seiten der Führungshülse ein
langsames Kriechen des Hochdrucks zwischen die Düsennnadel und die Führungshülse auftreten kann.
Dadurch kann es zu Aufweitungen zwischen der Führungshülse und der Düsennadel
kommen, so dass die Führungsgenauigkeit
beeinträchtigt
wird und die bekannten Probleme hinsichtlich der ungenauen Einspritzmengen
auftreten können.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff
unter hohem Druck bereitzustellen, welche eine einfach aufgebaute
und kostengünstige
Führung
mittels einer Führungshülse ermöglicht und
Beeinträchtigungen
während
des Betriebes verhindern kann. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein einfaches Montageverfahren für die Einspritzvorrichtung
anzugeben.
-
Diese Aufgaben werden durch eine
Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw.
ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die
Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung zur
Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck ist derart aufgebaut,
dass die Führungshülse, welche die
zweite Führung
der Düsennadel
bereitstellt, Aussparungen aufweist, um im Bereich der Führungshülse einen
Druckausgleich zu ermöglichen.
Durch die Aussparungen in der Führungshülse werden
große Bereiche
der Führungshülse ebenfalls
mit dem an der Düsennadel
bzw. der Führungshülse anliegenden
Einspritzdruck beaufschlagt, so dass das unter hohem Druck stehende
Fluid keine Möglichkeit
hat, in den Spalt zwischen der Führungshülse und
der Düsennadel
hineinzukriechen und diesen Spalt aufzuweiten. Mit anderen Worten
sorgt der in den Aussparungen in der Führungshülse vorhandene Fluiddruck dafür, dass
keine Verformungen an der Führungshülse auftreten
können,
so dass die geometrischen Abmessungen der Führungshülse auch bei dem beispielsweise
bei Common-Rail-Systemen verwendeten hohen Druck unverändert bleiben.
-
Um eine einfache Herstellbarkeit
der Aussparungen in der Führungshülse zu ermöglichen, sind
diese Aussparungen vorzugsweise als Bohrungen in der Führungshülse ausgebildet.
-
Besonders bevorzugt sind in der Führungshülse Durchgangsbohrungen
zur Durchleitung des Kraftstoffes zur Spitze der Düsennadel
vorgesehen. Diese Durchgangsbohrungen haben somit neben der Funktion
des Durchleitens des Kraftstoffs auch noch die Funktion eines Druckausgleichs
im Bereich der Führungshülse, so
dass kein Kraftstoff in den Spalt zwischen der Führungshülse und der Düsennadel
in großem
Ausmaß eindringen
kann und zu einer Aufweitung des Spaltes mit den bekannten Nachteilen hinsichtlich
der Führung
der Nadel auftreten kann.
-
Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Aussparungen in
der Führungshülse als
ringförmig
vollständig
umlaufende Nuten oder als nur abschnittsweise umlaufende Nuten ausgebildet.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
sind vorzugsweise durchgehende Längsnuten
in Längsrichtung
der Hülse
an der Innenseite der Führungshülse zur
Kraftstoffversorgung ausgebildet. Somit wird der Kraftstoff in diese
Längsnuten
durch die Führungshülse entlang
der Außenseite
der Nadel entlanggeführt.
Ein Druckausgleich erfolgt durch die an der Außenseite der Führungshülse angeordneten
umlaufenden Nuten. Weiter bevorzugt sind die Nuten zum Druckausgleich
an beiden Enden in Axialrichtung der Führungshülse ausgebildet.
-
Gemäß einer anderen bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Aussparungen in
der Führungshülse als
Sackbohrungen ausgebildet oder die Aussparungen sind als durchgehende
Bohrungen in der Führungshülse ausgebildet, wobei
die durchgehenden Bohrungen in montiertem Zustand an ei nem Absatz
am Düsenkörper anliegen, so
dass im montierten Zustand ebenfalls eine Sackbohrung ausgebildet
ist.
-
Vorzugsweise sind an der Innenseite
der Führungshülse eine
oder mehrere Längsnuten
für eine
Kraftstoffzufuhr ausgebildet. Somit wird der Kraftstoff in den Längsnuten
in der Führungshülse entlang
der Außenseite
der Düsennadel
in Richtung der Einspritzlöcher
transportiert. Um bei einer derartigen Ausbildung der Führungshülse mit
am inneren Umfang der Führungshülse liegenden
Kraftstoffnuten in optimaler Weise eine Aufweitung des Spaltes zwischen
der Düsennadel
und der Führungshülse zu verhindern,
sind die Aussparungen zum Druckausgleich in der Führungshülse vorzugsweise
an den Bereichen der Führungshülse angeordnet,
welche zwischen den Kraftstoffnuten liegen.
-
Weiter bevorzugt ist die Führungshülse im Düsenkörper mittels
Kleben oder mittels Verstemmen befestigt.
-
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem ein Klebstoff an der Außenseite
der an der Düsennadel
formatierten Führungshülse aufgetragen
wird und/oder bei dem Klebstoff weiterhin an einem Bereich in einer
Aufnahmebohrung im Düsenkörper aufgetragen
wird, an welchem in montiertem Zustand die Führungshülse angeordnet ist, liegt darin,
dass durch das Verkleben der Hülse
auch kleinere Ungenauigkeiten beispielsweise aufgrund von Toleranzabweichungen
o. ä. ausgeglichen
werden können.
Dadurch kann eine besonders genaue Führung der Düsennadel erreicht werden.
-
Nachfolgend werden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine
schematische Schnittansicht in vergrößertem Maßstab der in 1 gezeigten Einspritzvorrichtung,
-
3 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 2,
-
4 eine
schematische Teilschnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
5 eine
schematische Teilschnittansicht einer Führungshülse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
6 eine
schematische Teilschnittansicht einer Einspritzvorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
-
7 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B von 6,
-
8 eine
schematische Teilquerschnittsansicht einer Führungshülse gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, und
-
9 eine
schematische Teilschnittansicht der in 8 gezeigten Einspritzvorrichtung.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 1 bis 3 eine Einspritzvorrichtung 1 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Einspritzvorrichtung 1 einen
Düsenkörper 2 und
eine Düsennadel 3.
Im Düsenkörper 2 sind
mehrere Spritzlöcher 4 ausgebildet,
welche eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
ermöglichen.
Die Düsennadel 3 wird
dabei in bekannter Weise über
einen Aktuator betätigt
und gibt einen Dichtsitz 12 frei bzw. dichtet an diesem
ab. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird ebenfalls in
bekannter Weise über
eine Hochdruckleitung 13 zu einem Steuerraum 14 und
von dort zur Spitze der Düsennadel 3 zugeführt.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, wird die Düsennadel 3 an
ihrem oberen Ende an einem ersten Führungsbereich 6 und
an ihrem unteren Ende an einem zweiten Führungsbereich 7 doppelt
geführt.
Dabei liegt der erste Führungsbereich 6 unmittelbar
zwischen dem Düsenkörper 2 und
der Düsennadel 3. Der
zweite Führungsbereich 7 wird
dabei zwischen einer Hülse 5 und
der Düsennadel 3 gebildet.
-
Die Hülse 5 ist im Detail
in 2 und 3 dargestellt. Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, weist
die Hülse 5 mehrere
Aussparungen zum Druckausgleich in Form von Bohrungen 8 auf
sowie mehrere Nuten 9 für
eine Kraftstoffzufuhr in Richtung der Spritzlöcher 4 der Einspritzvorrichtung 1.
Genauer sind vier Längsnuten 9 für eine Kraftstoffzufuhr
ausgebildet, welche an der Innenseite der Hülse 5 in jeweils gleichem
Abstand zueinander angeordnet sind. Die Düsennadel 3 wird dabei
an der Innenseite der Hülse 5 in
den Bereichen zwischen den Nuten 9 geführt, welche als Zylindermantelabschnitte
ausgebildet sind.
-
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sind die Bohrungen 8 zum
Druckausgleich als Durchgangsbohrungen ausgebildet, wobei die Hülse 5 an einem
ringförmigen
Absatz 11 des Düsenkörpers 2 aufliegt.
Somit enden die Durchgangsbohrungen 8 am ringförmigen Absatz 11 des
Düsenkörpers 2 als Sackbohrungen.
Die Hülse 5 ist
mittels eines Klebstoffs 10 im Düsenkörper 2 fest verklebt.
Es sei angemerkt, dass an Stelle des Verklebens beispielsweise auch
ein Verstemmen oder andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar sind.
-
Wie aus 3 ersichtlich ist, sind die Bohrungen 8 für den Druckausgleich
entlang des Umfangs der Hülse 5 an
den Bereichen angeordnet, welche zwischen den Nuten 9 zur
Kraftstoffzufuhr liegen. Aufgrund der hohen Drücke bei der Kraftstoffeinspritzung
besteht bei den. bisher verwendeten Hülsen zur Führung die Gefahr, dass der
Kraftstoff ausgehend von dem oberen oder unteren Ende der Hülse bzw. den
Nuten 9 zur Kraftstoffzufuhr in die Führungsbereiche zwischen die
Hülse 5 und
die Düsennadel 3 kriecht
und die Führungsbereiche
aufweitet. Dies wird durch die erfindungsgemäßen Bohrungen 8 zum Druckausgleich
verhindert, da in diesen Bohrungen 8 der gleiche Druck
wie in den Nuten 9 bzw. an den Enden der Hülse 5 anliegt.
Somit wirkt der in den Bohrungen 8 vorhandene Druck der
Aufweitung der Hülse
an der Düsennadel
entgegen. Hierzu sind die Bohrungen 8 jeweils in der Mitte
zwischen zwei benachbarten Nuten 9 zur Kraftstoffzufuhr
angeordnet.
-
Somit weist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung 1 durch
die zweifache Führung
im ersten Führungsbereich 6 und
im zweiten Führungsbereich 7 ein
hervorragendes Betriebsverhalten auf und kann höchste Genauigkeit hinsichtlich
der Einspritzmengen über
seine Lebensdauer gewährleisten.
Dabei ist die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung
sehr kostengünstig
herstellbar, da für
den zweiten Führungsbereich 7 keine
aufwändigen
Nachbearbeitungen zur Herstellung einer Führung am Düsenkörper 2 notwendig sind,
sondern die Düsennadel 3 mit
der Hülse 5 außerhalb
des Düsenkörpers gepaart
werden kann. Ein weiterer Vorteil bei dem Verkleben der Hülse 5 in
dem Düsenkörper 2 ergibt
sich dadurch, dass, wenn die Düsennadel 3 außerhalb
des Düsenkörpers 2 mit
der Hülse 5 gepaart
wird und anschließend
beide Bauteile gemeinsam in den Düsenkörper 2 eingeführt werden
und die Hülse
im Düsenkörper 2 verklebt
wird, durch den Vorgang des Verklebens auch kleinere Ungenauigkeiten
in Folge von unerwünschten
Additionen von Toleranzabweichungen durch das Einkleben ausgeglichen
werden können.
Somit kann eine exakte Führung
der Düsennadel 3 in
Axialrichtung X-X erhalten werden.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 4 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei sind gleiche bzw.
funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten
Ausführungsbeispiel
bezeichnet.
-
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Hülse 5 mit
mehreren Bohrungen 16 (in 4 ist
nur eine gestrichelt dargestellt) ausgebildet, welche die Kraftstoffzufuhr
durch die Hülse
in Richtung des Spritzlochs 4 bereitstellen. Weiterhin
ist die Hülse 5 mit
einer ringförmigen
Nut 15 ausgebildet, welche die Aussparung für den Druckausgleich
zwischen der Hülse 5 und
der Düsennadel 3 bereitstellt.
Durch die Ausbildung der umlaufenden Nut 15 gewährleistet
die Hülse 5 dieses
Ausführungsbeispiels,
dass zumindest am oberen Bereich der Hülse ein Druckausgleich zwischen
der Hülse 5 und
der Düsennadel 3 erfolgt. Dies
gewährleistet
eine ausreichende Führungslänge der
Düsennadel 3 an
der Hülse 5,
so dass eine exakte Führung
der Düsennadel
gewährleistet
ist.
-
In 5 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Hülse dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
entspricht im wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum
vierten Ausführungsbeispiel
zusätzlich
zu der oberen Nut 15 zum Druckausgleich noch eine untere Nut 17 zum
Druckausgleich zwischen der Hülse
und der Düsennadel 3 angeordnet
ist. Durch die Ausbildung mit zwei Nuten 15, 17 zum
Druckausgleich ist gewährleistet,
dass die Hülse
sowohl an ihrem oberen Endbereich als auch an ihrem unteren Endbereich
ständig
an der Düsennadel 3 angelegt
und somit keine Aufweitung zwischen der Hülse und der Düsennadel
auftritt, welche die Führung
der Düsennadel
negativ beeinflussen könnte.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 6 und 7 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem vierten
Ausführungsbei spiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional
gleiche Teile wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet
sind.
-
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel
weist die Hülse 5 des
vierten Ausführungsbeispiels
Nuten 9 zur Kraftstoffzufuhr in Richtung des Spritzlochs 4 auf.
Die Nuten 9 sind wieder am inneren Umfang der Hülse 5 ausgebildet.
Um einen Druckausgleich im Bereich des oberen Endes der Hülse 5 zu
ermöglichen,
ist am Außenumfang
der Hülse 5 eine
ringförmige
Nut 18 ausgebildet. Die ringförmige Nut 18 weist
dabei eine Tiefe von ungefähr
der Hälfte
der Hülse 5 auf.
An der anderen verbleibenden Hälfte
am Außenumfang
der Hülse 5 ist
die Hülse 5 wieder
mittels eines Klebstoffs 10 an dem Düsenkörper 2 verklebt. Damit
erfolgt am oberen Ende der Hülse 5 der erfindungsgemäße Druckausgleich.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme
auf die 8 und 9 eine Einspritzvorrichtung
gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei wiederum gleiche Teile
mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
bezeichnet sind.
-
Im Unterschied zu den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen
sind beim fünften
Ausführungsbeispiel
keine zusätzlichen
Nuten bzw. Bohrungen für
einen Druckausgleich vorgesehen, sondern in der Hülse 5 sind
Durchgangsbohrungen 19 ausgebildet, welche sowohl die Funktion
des Zuführens
von Kraftstoff zur Spitze der Düsennadel übernehmen
als auch die Funktion des Druckausgleichs zwischen der Hülse 5 und
der Düsennadel 3.
Hierzu sind eine Vielzahl von Bohrungen 19 in gleichmäßigen Abständen in
Umfangsrichtung verteilt in der Hülse 5 ausgebildet,
wobei die Bohrungen 19 im Vollmaterial der Hülse gebildet
ist. Durch diese Vielzahl von Durchgangsbohrungen 19 mit
Abständen
von ca. dem doppelten Durchmesser der Bohrungen voneinander, welche ständig mit
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt sind, wird verhindert,
dass sich der Führungsbereich 7 zwischen
der Düsennadel 3 und
der Hülse 5 aufweitet,
da durch die Bohrungen 19 ständig eine Kraft entgegen der
möglichen
Aufweitung erzeugt wird.
-
Es sei angemerkt, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Beispielsweise ist es auch denkbar, dass Nuten zur Kraftstoffzufuhr
in der Düsennadel 3 ausgebildet
sind, wobei die in der Hülse gebildeten
Aussparungen die Druckausgleichsfunktion übernehmen.
-
Die vorhergehende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.