EP2627891B1 - Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff - Google Patents

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EP2627891B1
EP2627891B1 EP11758220.5A EP11758220A EP2627891B1 EP 2627891 B1 EP2627891 B1 EP 2627891B1 EP 11758220 A EP11758220 A EP 11758220A EP 2627891 B1 EP2627891 B1 EP 2627891B1
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EP
European Patent Office
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valve
holding body
valve needle
valve body
region
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EP11758220.5A
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Martin Mueller
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M61/168—Assembling; Disassembling; Manufacturing; Adjusting

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for injecting fuel having an improved and less expensive construction.
  • EP1731754A discloses such an injector.
  • the fuel injection device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has a much simpler and cheaper construction. This results in very large potential savings in mass production. Furthermore, a simpler installation is possible.
  • the device has an outwardly opening valve needle, which is actuated by a piezoelectric actuator having.
  • a valve body having a first passage opening and a holding body connected to the valve body are provided with a second passage opening.
  • the valve needle is arranged in both passage openings.
  • the valve body also has a first guide region for guiding the valve needle.
  • the first passage opening in the valve body is provided such that the passage opening has no undercut.
  • the elongated through hole is formed such that no groove-shaped recesses or the like are provided in the through hole.
  • the passage opening can be made from one side, for example by means of a multi-stage drilling process, quickly and inexpensively.
  • a valve seat and the guide region of the valve needle can be ground in one clamping from one side of the passage opening. In this case, in particular a complex, two-sided grinding process can be avoided.
  • the device comprises a sleeve arranged in the holding body with a second guide region on which the valve needle is guided.
  • the second guide region is preferably arranged in the dry region of the device, so that no corrosion-resistant material has to be used for this purpose.
  • the apparatus includes a bellows for sealing a fuel-filled area of a dry, fuel-free area of the apparatus.
  • a first end of the bellows is arranged directly on the valve needle.
  • the bellows is more preferably made of a single-layer metal material, so that it is particularly inexpensive.
  • a second end of the bellows is attached to the socket arranged on the holding body.
  • the device comprises a return element, which is supported on the holding body.
  • the return element is preferably a cylindrical spring.
  • the restoring element is further preferably arranged in the dry region of the device. More preferably, the restoring element is supported on a plate element, which is fastened to the valve needle.
  • the plate element is preferably arranged at the opposite end of the injection side of the valve needle.
  • the holding body according to the invention has a first contact surface and the valve body has a second contact surface.
  • the two contact surfaces touch each other and are arranged perpendicular to a central axis of the device.
  • a flat contact between the valve body and the holding body is achieved, whereby a simple and secure connection of the two components is possible.
  • the holding body and / or the valve body has a centering collar in order to simplify the assembly even further.
  • the valve body in the axial direction of the device has a length which is smaller than a length of the holding body.
  • the length of the valve body is smaller than that of the holding body by more than half.
  • the valve needle comprises a third guide section, which are guided on a common guide area with the first guide section in the valve body.
  • the guide region in the valve body is formed over a certain axial length, so that the two guide sections are guided on the valve needle on the guide area.
  • the device comprises a cylindrical annular flow region, which is arranged between the first guide region on the valve body and a fuel outlet.
  • a cross-sectional area of the annular flow area is approximately twice as large, preferably exactly twice as large as a cylindrical annular exit area at the fuel outlet.
  • the cylinder-shaped flow region according to the invention makes it possible to stabilize the fuel flow when the valve is open, since due to the provision of the first guide regions, a slight turbulence of the fuel flow can occur. This can be throttled in the cylindrical flow area. Since the exit area at the fuel outlet is approximately half the size of the cross-sectional area of the cylindrical annular flow area, further throttling takes place at the outlet, whereby a precisely defined shape of the spray is obtained.
  • a length of the cylindrical annular flow region is selected such that the length is approximately two to five times, preferably four times as long as a width of the cylindrical annular flow region, the width being defined as the radial distance between the needle and the passage opening of the valve body at the flow region. In this way it can be ensured that the cylindrical annular flow region is long enough to obtain the desired stabilization of the fuel flow when the valve is open.
  • FIGS. 1 and 2 a device 1 for injecting fuel according to a first embodiment of the invention described in detail.
  • the device 1 for injecting fuel comprises a piezoelectric actuator 2, which is connected to an outwardly opening valve needle 3.
  • the valve needle 3 is a one-piece component, which is arranged in a valve body 4 and a holding body 5.
  • the valve body 4 has a first passage opening 40 and the holding body 5 has a second passage opening 50.
  • a valve seat 13 is arranged, on which the valve needle 3 rests in the closed state.
  • a first guide region 11 for guiding the valve needle 3 is arranged adjacent to the valve seat 13 in the passage opening 40.
  • the valve needle 3 is further guided on a second guide portion 12, which is provided on an inner periphery of a bush 6.
  • valve needle 3 has a second guide section 32. It should be noted that the guide portions 31, 32 and the guide portions 11 and 12 have been machined by a finishing method to have an excellent slidability.
  • the bush 6 is connected to the holding body 5 by means of a welded connection 16 and is partially inserted into the holding body 5.
  • the device 1 further comprises a corrugated bellows 9, which is made of a single-layered metal material. How out FIG. 1 can be seen, the corrugated bellows 9 is welded to a first end 9a by means of a welded joint 14 directly to the valve needle 3. A second, opposite end 9b of the corrugated bellows 9 is welded to the bushing 6 by means of a welded joint 15. In this case, the socket 6 has a small shoulder to safely receive the second end 9a.
  • the corrugated bellows 9 divides the injector into a wet region 20, on which fuel is present, and a dry region 21, which is fuel-free.
  • the device 1 further comprises a return spring 7, which is supported with one end on the holding body 5 and supported at its other end to a spring plate 8.
  • the spring plate 8 is fastened by means of a welded connection 17 directly to the valve needle 3.
  • the reference numeral 10 denotes a filter through which the fuel, as indicated by the arrow A, is supplied.
  • the fuel is then guided along the bellows 9 and the front portion of the valve needle 3 to the valve seat 13.
  • the valve needle in Region of the first guide portion 31 recesses 33 provided so that the fuel is applied directly to the valve seat 13.
  • a centering collar 42 is further formed on the valve body 4. How out FIG. 1 it can be seen, the centering collar 42 is inserted into the second through hole 50 of the holding body 5.
  • a first contact surface 41 and on the holding body 5 a second contact surface 51 is further formed on the valve body 4, which are each aligned perpendicular to the axial direction XX. This results in a planar contact surface between the valve body 4 and the holding body 5, so that a connection between the valve body 4 and holding body 5 can be made by means of a welded joint 18.
  • a cylindrical annular flow region 62 is arranged on the valve body 4 between the first guide region 11 and a fuel outlet 61.
  • the cylindrical annular flow region 62 is formed between the needle 3 and the passage opening 40 of the valve body 4.
  • the cylindrical annular flow region 62 in this case has an annular surface C.
  • an annular surface D is perpendicular to the flow direction with the valve fully open between the valve needle 3 and the valve seat 13, wherein the annular surface D is about half as large as the annular surface C.
  • a length L of the cylindrical annular flow region 62 is about four times The width is the radial distance between the needle and the wall surface of the passage opening 40 at the flow area 62.
  • the function of the injector according to the invention is as follows. If an injection takes place, the piezoelectric actuator 2 is activated, whereby the valve needle 3 is moved in the direction of the arrow B and lifts off from the valve seat 13. Fuel can thereby be injected through the opened injector. The movement The valve needle 3 takes place counter to the spring force of the return spring 7, which is biased by the stroke of the valve needle 3. If the injection is terminated again, the piezoelectric actuator is deactivated again and the injector is automatically returned to the in. By the biased return spring 7 FIG. 1 shown reset initial position and the valve needle 3 is located on the valve seat 13 firmly and seals there in a known manner.
  • an outwardly opening injector can be provided, which in particular has a simplified and less expensive construction than in the prior art.
  • a length L1 of the valve body 4 in the axial direction XX is smaller than a length L2 of the holding body 5 in the axial direction XX.
  • a short and simply shaped valve body 4 can be provided, wherein the through-hole 40 is formed in the valve body 4 without an undercut.
  • the through hole can be made very easily.
  • the sealing seat 13 and the first guide portion 11 on the valve body 4 are immediately adjacent to each other, a production of these surfaces can be carried out in a clamping from the same side.
  • valve body 4 As in the prior art, two separate guide surfaces need not be machined on the valve body 4, which significantly increases the cost of manufacturing the valve body 4.
  • the side directed towards the holding body 5 of the valve body 4 can be produced inexpensively by means of a turning operation.
  • the closing force of the return spring 7 can be adjusted in a simple manner by fixing the spring plate 8 at a corresponding position on the valve needle 3.
  • the corrugated bellows 9 is arranged completely in the holding body 5.
  • the corrugated bellows 9 can be inexpensively provided as a single-layer metal element, since in the holding body 5 sufficient space for the arrangement of the corrugated bellows 9 is present.
  • a bellows 9 can thereby be used, which is relatively long in the axial direction XX. In this way, the corrugated bellows 9 can have a multiplicity of waves in order to absorb the bending loads acting on it sufficiently.
  • the bushing 6 can be used, which also has an enlarged length in the axial direction XX. This allows a distance between the welded joint 16 to the holding body 5 and the second guide portion 32 are designed to be larger. This makes it possible that the bushing 6 can be tempered, because there is no hardness drop at the guide area by the welding process. The tempered bushing has less wear, especially when lateral forces act on the valve needle 3.
  • the spring plate 8 is very inexpensive to produce as a simple deep-drawn part. In this case, in particular, a spring centering collar on the spring plate can be dispensed with.
  • the injector according to the invention thus has a number of improvements, which overall allow a significant cost savings in the manufacture of the injector.
  • the provision of the undercut-free valve body 4 reduces the manufacturing costs significantly.
  • FIG. 3 a device 1 for injecting fuel according to a second embodiment of the invention described in detail. Identical or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the device of the second exemplary embodiment has a third guide section 34 on the valve needle 3. How out FIG. 3 is apparent, the third guide portion 34 adjacent to the first guide portion 31 is arranged. At the third guide section 34, the valve needle 3 is guided on the valve body 4 as in the first guide section 31. For this purpose, the first guide portion 11 is extended in the passage opening 40 of the valve body in the axial direction XX. In this way, although an extended first guide portion 11 must be provided in the through hole 40, but the valve needle 3 is aligned better in particular near the valve seat 13 to the central axis.
  • a seat gap between the valve needle 3 and the valve seat 13 may be more uniform circumferentially, whereby the ejected fuel spray is more uniform over the circumference.
  • the guide regions Due to the small distance between the first and third guide region 31, 33 in the valve body 4, however, the guide regions can be ground inexpensively, as in the first exemplary embodiment, in a clamping from the seat side.
  • One Another difference from the first embodiment lies in the connection between the valve body 4 and the holding body 5.
  • a centering collar 52 is provided both on the valve body 4 and a centering collar 52 on the holding body 5.
  • a clearance fit or a press fit may be provided between the centering collar 42 and the centering collar 52.
  • the centering collar 52 of the holding body 5 heats up more than the radially inner centering collar 42 of the valve body 4, because the centering collar 52 is thin-walled compared to the centering collar 42. As the components cool, therefore, the centering collar 52 of the holding body 5 shrinks more than the valve body 4. As a result, the valve body 4 is pulled onto the axial contact surface 51 on the holding body 5 and therefore aligns very accurately. Since the welding operation is relatively far away from the contact surfaces 41, 51 in the axial direction XX, different welding distortions along the circumference, if at all, have a very slight effect on a non-axial alignment of the valve body 4 with the holding body 5.

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Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem verbesserten und kostengünstigeren Aufbau.
  • Im Bereich der Kraftstoff-Direkteinspritzung werden zunehmend auch Piezo-Injektoren mit nach außen öffnender Ventilnadel verwendet. Hierbei hat sich herausgestellt, dass einerseits die exakte Führung der Ventilnadel sichergestellt werden muss und andererseits eine sichere und langlebige Abdichtung zwischen einem mit Kraftstoff gefüllten Bereich und einem trockenen (kraftstofffreien) Bereich des Injektors sichergestellt werden muss.
  • EP1731754A offenbart einen solchen Injektor.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie einen deutlich einfacheren und kostengünstigeren Aufbau aufweist. Hierdurch ergeben sich sehr große Einsparpotentiale bei der Serienfertigung. Ferner wird auch eine einfachere Montage möglich. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung eine nach außen öffnende Ventilnadel, welche von einem Piezoaktor betätigt wird, aufweist. Ferner sind ein Ventilkörper mit einer ersten Durchgangsöffnung und ein mit dem Ventilkörper verbundener Haltekörper mit einer zweiten Durchgangsöffnung vorgesehen. Die Ventilnadel ist dabei in beiden Durchgangsöffnungen angeordnet. Der Ventilkörper umfasst neben einem Ventilsitz auch einen ersten Führungsbereich zum Führen der Ventilnadel. Hierbei ist die erste Durchgangsöffnung im Ventilkörper derart vorgesehen, dass die Durchgangsöffnung keine Hinterschneidung aufweist. Mit anderen Worten, ist die längliche Durchgangsöffnung derart gebildet, dass keine nutförmigen Ausnehmungen oder Ähnliches in der Durchgangsöffnung vorhanden sind. Hierdurch kann die Durchgangsöffnung von einer Seite z.B. mittels eines mehrstufigen Bohrverfahrens, schnell und kostengünstig hergestellt werden. Ferner kann bevorzugt auch ein Ventilsitz und der Führungsbereich der Ventilnadel in einer Aufspannung von einer Seite der Durchgangsöffnung geschliffen werden. Hierbei kann insbesondere ein aufwendiger, zweiseitiger Schleifprozess vermieden werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine im Haltekörper angeordnete Buchse mit einem zweiten Führungsbereich, an welchem die Ventilnadel geführt ist. Der zweite Führungsbereich ist hierbei vorzugsweise im trockenen Bereich der Vorrichtung angeordnet, so dass kein korrosionsbeständiges Material hierfür verwendet werden muss.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung einen Balg zur Abdichtung eines mit Kraftstoff gefüllten Bereichs von einem trockenen, kraftstofffreien Bereich der Vorrichtung. Hierbei ist ein erstes Ende des Balgs direkt an der Ventilnadel angeordnet. Hierdurch kann die Teilezahl reduziert werden, da an der Ventilnadel kein zusätzlicher Ring o.ä. zur Befestigung des Balgs vorgesehen werden muss. Der Balg ist weiter bevorzugt aus einem einlagigen Metallmaterial hergestellt, so dass er besonders kostengünstig ist. Weiter bevorzugt ist ein zweites Ende des Balgs an der am Haltekörper angeordneten Buchse befestigt. Somit ist es möglich, dass schon eine Vormontage der Bauteile Ventilnadel, Balg und Buchse vorgesehen werden kann, welche dann als Baugruppe in die Vorrichtung montiert werden kann.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung ein Rückstellelement, welches sich am Haltekörper abstützt. Das Rückstellelement ist vorzugsweise eine Zylinderfeder. Das Rückstellelement ist dabei weiter bevorzugt im trockenen Bereich der Vorrichtung angeordnet. Weiter bevorzugt stützt sich das Rückstellelement an einem Tellerelement ab, welches an der Ventilnadel befestigt ist. Das Tellerelement ist vorzugsweise am entgegengesetzten Ende der Einspritzseite der Ventilnadel angeordnet.
  • Für eine besonders einfache und schnelle Montage weist der Haltekörper erfindungsgemäß eine erste Kontaktfläche und der Ventilkörper eine zweite Kontaktfläche auf. Die beiden Kontaktflächen berühren einander und sind senkrecht zu einer Mittelachse der Vorrichtung angeordnet. Hierdurch wird eine flächige Anlage zwischen dem Ventilkörper und dem Haltekörper erreicht, wodurch eine einfache und sichere Verbindung der beiden Bauteile möglich ist. Dabei weist der Haltekörper und/oder der Ventilkörper einen Zentrierbund auf, um die Montage noch weiter zu vereinfachen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Ventilkörper in Axialrichtung der Vorrichtung eine Länge auf, welche kleiner ist als eine Länge des Haltekörpers. Vorzugsweise ist die Länge des Ventilkörpers dabei um mehr als die Hälfte kleiner als die des Haltekörpers.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Ventilnadel einen dritten Führungsabschnitt, welcher auf einem gemeinsamen Führungsbereich mit dem ersten Führungsabschnitt im Ventilkörper geführt werden. Der Führungsbereich im Ventilkörper ist dabei über eine gewisse axiale Länge ausgebildet, so dass die beiden Führungsabschnitte an der Ventilnadel auf dem Führungsbereich geführt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen zylinderringförmigen Strömungsbereich, welcher zwischen dem ersten Führungsbereich am Ventilkörper und einem Kraftstoffaustritt angeordnet ist. Hierbei ist eine Querschnittsfläche des ringförmigen Strömungsbereichs ungefähr doppelt so groß, vorzugsweise genau doppelt so groß, wie eine zylinderringförmige Austrittsfläche am Kraftstoffaustritt. Der erfindungsgemäße zylinderringförmige Strömungsbereich ermöglicht dabei eine Verstetigung der Kraftstoffströmung bei geöffnetem Ventil, da aufgrund des Vorsehens der ersten Führungsbereiche eine leichte Verwirbelung des Kraftstoffstroms auftreten kann. Diese kann im zylinderringförmigen Strömungsbereich gedrosselt werden. Da die Austrittsfläche am Kraftstoffaustritt ungefähr halb so groß ist wie die Querschnittsfläche des zylinderringförmigen Strömungsbereichs, erfolgt eine weitere Drosselung am Austritt, wodurch eine exakt definierte Form des Sprays erhalten wird.
  • Weiter bevorzugt ist eine Länge des zylinderringförmigen Strömungsbereichs derart gewählt, dass die Länge ungefähr zwei bis fünf Mal, vorzugsweise vier Mal so lang ist wie eine Breite des zylinderringförmigen Strömungsbereichs, wobei die Breite definiert ist als radialer Abstand der Nadel zur Durchgangsöffnung des Ventilkörpers am Strömungsbereich. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der zylinderringförmige Strömungsbereich lang genug ist, um die gewünschte Verstetigung des Kraftstoffstroms bei geöffnetem Ventil zu erhalten.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • Figur 1
    eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    Figur 2
    eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Vorrichtung während eines Einspritzvorgangs, und
    Figur 3
    eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Vorrichtung 1 zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 zum Einspritzen von Kraftstoff einen Piezoaktor 2, der mit einer nach außen öffnenden Ventilnadel 3 verbunden ist. Die Ventilnadel 3 ist ein einstückiges Bauteil, welches in einem Ventilkörper 4 und einem Haltekörper 5 angeordnet ist. Hierbei weist der Ventilkörper 4 eine erste Durchgangsöffnung 40 auf und der Haltekörper 5 weist eine zweite Durchgangsöffnung 50 auf. Am Ventilkörper 4 ist ein Ventilsitz 13 angeordnet, an welchem die Ventilnadel 3 im geschlossenen Zustand anliegt. Hierbei ist benachbart zum Ventilsitz 13 in der Durchgangsöffnung 40 ein erster Führungsbereich 11 zur Führung der Ventilnadel 3 angeordnet. Die Ventilnadel 3 ist weiterhin an einem zweiten Führungsbereich 12 geführt, welcher an einem inneren Umfang einer Buchse 6 vorgesehen ist. In diesem Bereich weist die Ventilnadel 3 einen zweiten Führungsabschnitt 32 auf. Es sei angemerkt, dass die Führungsabschnitte 31, 32 sowie die Führungsbereiche 11 und 12 mittels eines Feinbearbeitungsverfahrens bearbeitet wurden, um eine exzellente Gleitfähigkeit aufzuweisen. Die Buchse 6 ist mittels einer Schweißverbindung 16 mit dem Haltekörper 5 verbunden und ist teilweise in den Haltekörper 5 eingeführt.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst ferner einen Wellbalg 9, welcher aus einem einlagigen Metallmaterial hergestellt ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Wellbalg 9 mit einem ersten Ende 9a mittels einer Schweißverbindung 14 direkt auf die Ventilnadel 3 geschweißt. Ein zweites, gegenüberliegendes Ende 9b des Wellbalgs 9 ist mittels einer Schweißverbindung 15 an die Buchse 6 geschweißt. Hierbei weist die Buchse 6 einen kleinen Absatz auf, um das zweite Ende 9a sicher aufzunehmen. Der Wellbalg 9 unterteilt dabei den Injektor in einen nassen Bereich 20, an welchem Kraftstoff vorhanden ist, und einen trockenen Bereich 21, welcher kraftstofffrei ist.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Rückstellfeder 7, welche sich mit einem Ende am Haltekörper 5 abstützt und mit ihrem anderen Ende an einem Federteller 8 abstützt. Der Federteller 8 ist mittels einer Schweißverbindung 17 direkt an der Ventilnadel 3 befestigt. Dadurch sind an der Ventilnadel, ausgehend von der Einspritzseite am Ventilsitz 13, zuerst ein erster Führungsabschnitt 31, dann ein durch den Wellbalg 9 bereitgestellter Abdichtbereich und anschließend ein zweiter Führungsabschnitt 32 ausgebildet. Die Rückstellfeder 7 greift dann im Anschluss an den zweiten Führungsabschnitt 32 an der Ventilnadel 3 an.
  • Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Filter, durch welchen der Kraftstoff, wie durch den Pfeil A angedeutet, zugeführt wird. Der Kraftstoff wird dann entlang des Wellbalgs 9 und des vorderen Bereichs der Ventilnadel 3 zum Ventilsitz 13 geführt. Hierbei sind an der Ventilnadel im Bereich des ersten Führungsabschnitts 31 Ausnehmungen 33 vorgesehen, damit der Kraftstoff unmittelbar am Ventilsitz 13 anliegt.
  • Für eine schnelle Montage ist am Ventilkörper 4 ferner ein Zentrierbund 42 ausgebildet. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Zentrierbund 42 in die zweite Durchgangsöffnung 50 des Haltekörpers 5 eingeführt. Dabei ist weiterhin am Ventilkörper 4 eine erste Kontaktfläche 41 und am Haltekörper 5 eine zweite Kontaktfläche 51 ausgebildet, welche jeweils senkrecht zur Axialrichtung X-X ausgerichtet sind. Hierdurch ergibt sich eine ebene Anlagefläche zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Haltekörper 5, so dass eine Verbindung zwischen Ventilkörper 4 und Haltekörper 5 mittels einer Schweißverbindung 18 hergestellt werden kann.
  • Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist am Ventilkörper 4 zwischen dem ersten Führungsbereich 11 und einem Kraftstoffaustritt 61 ein zylinderringförmiger Strömungsbereich 62 angeordnet. Der zylinderringförmige Strömungsbereich 62 ist dabei zwischen der Nadel 3 und der Durchgangsöffnung 40 des Ventilkörpers 4 gebildet. Der zylinderringförmige Strömungsbereich 62 weist dabei eine Ringfläche C auf. Wie weiter aus Figur 2 ersichtlich ist, ist eine Ringfläche D senkrecht zur Strömungsrichtung bei vollständig geöffnetem Ventil zwischen der Ventilnadel 3 und dem Ventilsitz 13 vorhanden, wobei die Ringfläche D ungefähr halb so groß ist wie die Ringfläche C. Ferner ist eine Länge L des zylinderringförmigen Strömungsbereichs 62 ungefähr vier Mal so groß wie eine Breite des zylinderringförmigen Strömungsbereichs 62. Die Breite ist dabei der radiale Abstand zwischen der Nadel und der Wandfläche der Durchgangsöffnung 40 am Strömungsbereich 62. Durch das Vorsehen des zylinderringförmigen Strömungsbereichs 62 kann somit bei vollständig geöffnetem Ventil eine verbesserte Strömung mit reduzierten Verwirbelungen erreicht werden, so dass ein Spray, in Figur 2 durch "S" gekennzeichnet, in definierter Weise ausgespritzt werden kann. An der Ventilnadel 3 ist ferner ein Radius R am Übergang zum zylinderringförmigen Bereich gebildet.
  • Die Funktion des erfindungsgemäßen Injektors ist dabei wie folgt. Soll eine Einspritzung erfolgen, wird der Piezoaktor 2 aktiviert, wodurch die Ventilnadel 3 in Richtung des Pfeils B bewegt wird und vom Ventilsitz 13 abhebt. Kraftstoff kann dadurch durch den geöffneten Injektor eingespritzt werden. Die Bewegung der Ventilnadel 3 erfolgt dabei entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 7, welche durch den Hub der Ventilnadel 3 vorgespannt wird. Soll die Einspritzung wieder beendet werden, wird der Piezoaktor wieder deaktiviert und der Injektor wird automatisch durch die vorgespannte Rückstellfeder 7 wieder in die in Figur 1 gezeigte Ausgangsstellung zurückgestellt und die Ventilnadel 3 liegt am Ventilsitz 13 fest an und dichtet dort in bekannter Weise ab.
  • Somit kann erfindungsgemäß ein nach außen öffnender Injektor bereitgestellt werden, welcher insbesondere einen vereinfachten und kostengünstigeren Aufbau als im Stand der Technik aufweist. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist eine Länge L1 des Ventilkörpers 4 in Axialrichtung X-X kleiner als eine Länge L2 des Haltekörpers 5 in Axialrichtung X-X. Somit kann ein kurzer und einfach geformter Ventilkörper 4 bereitgestellt werden, wobei die Durchgangsöffnung 40 im Ventilkörper 4 ohne einen Hinterschnitt gebildet ist. Dadurch kann insbesondere die Durchgangsbohrung sehr einfach hergestellt werden. Da ferner der Dichtsitz 13 und der erste Führungsbereich 11 am Ventilkörper 4 unmittelbar benachbart zueinander sind, kann auch eine Herstellung dieser Flächen in einer Aufspannung von der gleichen Seite her erfolgen. Somit müssen nicht, wie im Stand der Technik, zwei separate Führungsflächen am Ventilkörper 4 bearbeitet werden, was die Herstellung des Ventilkörpers 4 signifikant verteuert. Erfindungsgemäß kann die zum Haltekörper 5 gerichtete Seite des Ventilkörpers 4 kostengünstig mittels einer Drehbearbeitung hergestellt werden.
  • Weiter kann erfindungsgemäß auf einfache Weise die Schließkraft der Rückstellfeder 7 eingestellt werden, indem der Federteller 8 an einer entsprechenden Position an der Ventilnadel 3 befestigt wird. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Wellbalg 9 vollständig im Haltekörper 5 angeordnet. Durch diese Anordnung ist es möglich, dass der Wellbalg 9 kostengünstig als einlagiges Metallelement vorgesehen werden kann, da im Haltekörper 5 ausreichender Raum zur Anordnung des Wellbalgs 9 vorhanden ist. Insbesondere kann dadurch ein Wellbalg 9 verwendet werden, welcher in Axialrichtung X-X relativ lang ist. Hierdurch kann der Wellbalg 9 eine Vielzahl von Wellen aufweisen, um die auf ihn einwirkenden Biegebelastungen ausreichend aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass erfindungsgemäß die Buchse 6 verwendet werden kann, welche in Axialrichtung X-X ebenfalls eine vergrößerte Länge aufweist. Hierdurch kann ein Abstand zwischen der Schweißverbindung 16 zum Haltekörper 5 und dem zweiten Führungsabschnitt 32 größer ausgelegt werden. Hierdurch ist es möglich, dass die Buchse 6 vergütet werden kann, weil sich durch den Schweißvorgang kein Härteabfall am Führungsbereich ergibt. Die vergütete Buchse weist dabei weniger Verschleiß auf, insbesondere, wenn Querkräfte auf die Ventilnadel 3 wirken. Der Federteller 8 ist sehr kostengünstig als einfaches Tiefziehteil herstellbar. Hierbei kann insbesondere auf einen Federzentrierbund am Federteller verzichtet werden.
  • Gegenüber dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Injektor somit eine Vielzahl von Verbesserungen auf, welche insgesamt eine deutliche Kosteneinsparung bei der Herstellung des Injektors ermöglichen. Insbesondere das Vorsehen des hinterschneidungsfreien Ventilkörpers 4 senkt die Herstellungskosten signifikant.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 3 eine Vorrichtung 1 zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels an der Ventilnadel 3 einen dritten Führungsabschnitt 34 auf. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist der dritte Führungsabschnitt 34 benachbart zum ersten Führungsabschnitt 31 angeordnet. Am dritten Führungsabschnitt 34 wird die Ventilnadel 3 dabei wie beim ersten Führungsabschnitt 31 am Ventilkörper 4 geführt. Hierzu ist der erste Führungsbereich 11 in der Durchgangsöffnung 40 des Ventilkörpers in Axialrichtung X-X verlängert. Hierdurch muss zwar ein verlängerter erster Führungsbereich 11 in der Durchgangsöffnung 40 vorgesehen werden, allerdings wird die Ventilnadel 3 insbesondere nahe dem Ventilsitz 13 besser zur Mittelachse ausgerichtet. Somit kann wiederum in einem geöffneten Zustand der Vorrichtung ein Sitzspalt zwischen der Ventilnadel 3 und dem Ventilsitz 13 über den Umfang gleichförmiger sein, wodurch auch das ausgestoßene Kraftstoffspray über den Umfang gleichförmiger ist. Durch den geringen Abstand des ersten und dritten Führungsbereichs 31, 33 im Ventilkörper 4 können die Führungsbereiche jedoch wie im ersten Ausführungsbeispiel in einer Aufspannung von der Sitzseite her kostengünstig geschliffen werden. Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel liegt in der Verbindung zwischen Ventilkörper 4 und Haltekörper 5. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist sowohl am Ventilkörper 4 ein Zentrierbund 42 als auch am Haltekörper 5 ein Zentrierbund 52 vorgesehen. Hierbei kann zwischen dem Zentrierbund 42 und dem Zentrierbund 52 eine Spielpassung oder eine Presspassung vorgesehen werden. Bei der Herstellung der Schweißverbindung 18 zwischen dem Ventilkörper 4 und dem Haltekörper 5 erwärmt sich insbesondere der Zentrierbund 52 des Haltekörpers 5 mehr als der radial weiter innenliegende Zentrierbund 42 des Ventilkörpers 4, weil der Zentrierbund 52 im Vergleich zum Zentrierbund 42 dünnwandiger ist. Beim Abkühlen der Bauteile schrumpft daher der Zentrierbund 52 des Haltekörpers 5 mehr als der Ventilkörper 4. Hierdurch wird der Ventilkörper 4 auf die axiale Kontaktfläche 51 am Haltekörper 5 gezogen und richtet sich daher sehr genau aus. Da der Schweißvorgang relativ weit von den Kontaktflächen 41, 51 in Axialrichtung X-X entfernt ist, wirken sich unterschiedliche Schweißverzüge entlang des Umfangs, wenn überhaupt, nur in sehr geringer Weise auf eine nicht axiale Ausrichtung von Ventilkörper 4 zum Haltekörper 5 aus.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff, umfassend:
    - eine nach außen öffnende Ventilnadel (3),
    - einen mit der Ventilnadel (3) verbundenen Piezoaktor (2),
    - einen Ventilkörper (4) mit einer ersten Durchgangsöffnung (40), und
    - einen mit dem Ventilkörper (4) verbundenen Haltekörper (5) mit einer zweiten Durchgangsöffnung (50),
    - wobei der Ventilkörper (4) einen Ventilsitz (13) und einen ersten Führungsbereich (11) zum Führen der Ventilnadel (3) aufweist,
    - wobei die Ventilnadel (3) im Ventilkörper (4) und im Haltekörper (5) angeordnet ist, und
    - wobei die erste Durchgangsöffnung (40) im Ventilkörper (4) ohne Hinterschneidung ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ventilkörper (4) eine Kontaktfläche (41) und der Haltekörper (5) eine Kontaktfläche (51) aufweisen, wobei die beiden Kontaktflächen (41, 51) einander berühren und senkrecht zu einer Mittelachse (X-X) der Vorrichtung angeordnet sind und sowohl am Ventilkörper (4) ein Zentrierbund (42) als auch am Haltekörper (5) ein Zentrierbund (52) vorgesehen sind, wobei der radial äußere Zentrierbund (52) am Haltekörper (5) im Vergleich zum radial inneren Zentrierbund (42) des Ventilkörpers (4) dünnwandiger ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Führungsbereich (12), an welchem die Ventilnadel (3) geführt ist, welcher an einer im Haltekörper (5) angeordneten Buchse (6) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Wellbalg (9) zur Abdichtung eines mit Kraftstoff gefüllten Bereichs (20) von einem kraftstofffreien Bereich (21), wobei ein erstes Ende (9a) des Wellbalgs (9) direkt an der Ventilnadel (3) befestigt ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbalg (9) aus einem einlagigen Metallmaterial hergestellt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ende (9b) des Wellbalgs (9) an der im Haltekörper (5) angeordneten Buchse (6) befestigt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Rückstellelement (7), welches sich einerends am Haltekörper (5) abstützt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ferner umfassend ein vorzugsweise aus Blech tiefgezogenes Tellerelement (8), welches direkt an der Ventilnadel (3) befestigt ist und an welchem sich das Rückstellelement (7) abstützt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) eine Länge (L1) aufweist, welche kleiner ist als eine Länge (L2) des Haltekörpers (5), vorzugsweise um mehr als die Hälfte kleiner.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (3) einen dritten Führungsabschnitt (34) aufweist, welcher benachbart zum ersten Führungsabschnitt (31) angeordnet ist, wobei der erste und dritte Führungsabschnitt (31, 34) auf einem gemeinsamen Führungsbereich (11) geführt sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zylinderringförmigen Strömungsbereich (62), welcher zwischen dem ersten Führungsbereich (11) und dem Ventilsitz (13) angeordnet ist, wobei eine Fläche (C) des zylinderringförmigen Strömungsbereichs (62) ungefähr doppelt so groß ist wie eine zylinderringförmige Austrittsfläche (D) am Ventilsitz (13) bei vollständig geöffneter Ventilnadel (3).
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderringförmige Strömungsbereich (62) eine Länge (L) aufweist, welche ungefähr zwei bis fünf Mal, vorzugsweise vier Mal, so lang ist, wie eine Breite des zylinderringförmigen Strömungsbereichs (62).
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