EP2824310A1

EP2824310A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP2824310A1
Application number: EP20140169376
Authority: EP
Inventors: Christian Berg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: EP2824310B1; DE102013213460A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 22, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel 3 durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz 21 zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung 20 öffnet und schließt. Auf der Düsennadel 3 ist eine Drosselhülse 10 längsverschiebbar geführt, wobei bei Anlage der Düsennadel 3 an den Düsennadelsitz 21 die Drosselhülse 10 gegen eine Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 verspannt ist, und wobei die Düsennadel 3 bei ihrer Öffnungshubbewegung mit einem Düsennadelabsatz 30 an der Drosselhülse 10 zur Anlage kommt und diese von der Abdichtfläche 25 abhebt und dadurch einen Spalt zwischen Drosselhülse 10 und Abdichtfläche 25 aufsteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird.

Stand der Technik

Kraftstoffeinspritzventile, wie sie vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Einspritzsystemen, die nach dem sogenannten Common-Rail-Prinzip arbeiten, wird mittels einer Hochdruckpumpe verdichteter Kraftstoff in einem Rail zur Verfügung gestellt und mittels Injektoren bzw. Kraftstoffeinspritzventilen in die jeweiligen Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einspritzung wird mittels einer in einem Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils angeordneten Düsennadel gesteuert, die eine Längsbewegung ausführt und dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 060 552 A1 ist bekannt, dass der Einspritzverlauf von Kraftstoffeinspritzventilen abhängig vom Düsennadelhub im Hinblick auf eine optimale Verbrennung durch die Verwendung von zwei Drosselverbindungen geformt werden kann, die beide in einer düsennadelsitznahen Führungshülse ausgebildet sind. Dazu wird eine erste Drosselverbindung verwendet, deren Wirkung dauerhaft über den Düsennadelhub konstant bleibt. Zusätzlich wird eine zweite Drosselverbindung verwendet, deren Wirkung abhängig vom Hub der Düsennadel ist, so dass sie bei der Öffnungshubbewegung der Düsennadel erst ab einem bestimmten Hub der Düsennadel zugeschaltet wird.
Beim bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist die Drosselwirkung am Ende des Öffnungsvorganges der Düsennadel sehr stark. Weiterhin breiten sich am Ende des Schließvorgangs der Düsennadel aufgrund der Drosselung am Düsennadelsitz Druckwellen, sogenannte Hochdrucküberschwinger, über den gesamten Druckraum aus, die zu einer Lebensdauerreduzierung vor allem des Düsenkörpers führen. Weiterhin muss die bekannte düsennadelsitznahe Drosselhülse aufgrund der Bauraumbeschränkungen vergleichsweise klein ausgeführt werden, so dass es zu Festigkeitsproblemen kommt. Darüber hinaus ist die hubabhängige Drosselwirkung anfällig gegenüber Fertigungstoleranzen innerhalb der Toleranzkette von Düsenkörper, Düsennadel und Führungshülse.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber die Vorteile auf, dass es eine Einspritzverlaufsformung mit großen Durchflussmengen am Ende des Öffnungsvorgangs der Düsennadel realisieren kann. Weiterhin ist die Lebensdauer von Drosselverbund und Düsenkörper erhöht. Darüber hinaus ist das Einspritzverhalten robust gegenüber Fertigungstoleranzen.
Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil einen Düsenkörper mit einem darin ausgebildeten Druckraum auf, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und schließt, wobei die Düsennadel durch den Druck in einem Steuerraum eine in Richtung des Düsennadelsitzes gerichtete Schließkraft erfährt. Auf der Düsennadel ist eine Drosselhülse längsverschiebbar geführt, wobei bei Anlage der Düsennadel an den Düsennadelsitz die Drosselhülse gegen eine Abdichtfläche des Düsenkörpers verspannt ist. Bei ihrer Öffnungshubbewegung kommt die Düsennadel mit einem Düsennadelabsatz an der Drosselhülse zur Anlage und hebt diese von der Abdichtfläche ab. Dadurch wird ein Spalt zwischen Drosselhülse und Abdichtfläche aufgesteuert.
Durch diese Ausführung kann der Strömungsquerschnitt an der Drosselhülse während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel ab dem Zeitpunkt des Eingriffs von Düsennadelabsatz mit Drosselhülse stark vergrößert werden. Einspritzverlaufsformungen mit großen Durchflussmengen am Ende des Öffnungsvorgangs der Düsennadel können erzielt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung des Kraftstoffeinspritzventils ist die Drosselhülse im düsennadelsitzfernen Bereich des Druckraums angeordnet ist. Durch diese Anordnung werden weniger Hochdrucküberschwinger am Düsennadelsitz erzeugt, da bereits ein Großteil des Strömungsimpulses an der Drosselhülse vernichtet wird, so dass die Druckbelastung am Düsennadelsitz und im Düsenkörper kleiner ist. Dadurch wird die Lebensdauer des Düsenkörpers erhöht.
Durch die Anordnung der Drosselhülse im düsennadelsitzfernen und damit breiteren Bereich des Druckraums kann die Drosselhülse massiv ausgeführt werden, was auch deren Lebensdauer gegenüber einer düsennadelsitznahen Anordnung erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Düsennadelabsatz als separates Teil in Form eines Mitnehmerrings ausgeführt und ortsfest auf der Düsennadel angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der genau definierte Hub h der Düsennadel während der Öffnungshubbewegung, zu dem der Mitnehmerring in Eingriff mit der Drosselhülse kommen soll, während der Montage eingestellt werden kann. Dazu wird der Mitnehmerring exakt auf der Düsennadel positioniert. Fertigungstoleranzen können so bereits während der Montage ausgeglichen werden.
Vorteilhafterweise ist der Mitnehmerring über einen Pressverband mit der Düsennadel kraftschlüssig verbunden. Durch ein definiertes Übermaß zwischen dem Außendurchmesser der Düsennadel und dem Innendurchmesser des Mitnehmerrings entsteht eine Flächenpressung im Kontakt. Das Übermaß muss so gewählt werden, dass während der gesamten Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils die Haftreibung zwischen Düsennadel und Mitnehmerring so groß ist, dass keine Relativverschiebung in axialer Richtung zwischen den beiden Teilen stattfinden kann.
In vorteilhafter Weise ist die Drosselhülse durch eine Feder gegen die Abdichtfläche vorgespannt, wenn die Düsennadel in Anlage an den Düsennadelsitz steht, also zu Beginn der Öffnungshubbewegung der Düsennadel. Wenn die Düsennadel bei ihrer Öffnungshubbewegung mit dem Düsennadelabsatz bzw. Mitnehmerring an der Drosselhülse zur Anlage kommt und diese von der Abdichtfläche abhebt, also ab dem Hub h, ist die Drosselhülse durch die Feder gegen den Düsennadelabsatz bzw. Mitnehmerring vorgespannt. Dadurch kann die Vorspannkraft auf die Drosselhülse in einfacher Weise aufgebracht werden, um zu jedem Zeitpunkt der Hubbewegung der Düsennadel eine definierte und fixierte Lage der Drosselhülse zu gewährleisten.
Vorteilhaft ist zwischen der Drosselhülse und der Feder ein Federteller angeordnet, an dem die Feder anliegt. So kann die von der Feder ausgeübte Vorspannkraft auf die Drosselhülse gleichmäßig auf ihren Umfang verteilt aufgebracht werden.
In vorteilhafter Weise wird die Feder so angeordnet, dass sie die Düsennadel umgibt. Dadurch wird eine bauraumsparende Anordnung der Feder erzielt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist zumindest ein Drosselanschliff an der Drosselhülse ausgebildet, der einen Durchflussquerschnitt bei Anlage der Drosselhülse an die Abdichtfläche bildet, so dass Kraftstoff im Druckraum durch den Durchflussquerschnitt zu der Einspritzöffnung nachströmen kann. So wird ein Leerlaufen des Druckraums stromabwärts der Drosselhülse verhindert. Durch die Integration dieser zusätzlichen über einen Teil des Öffnungshubs der Düsennadel konstanten Drosselfunktion in der Drosselhülse wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Drosselanschliff auf der äußeren Mantelfläche der Düsennadel im Bereich des Pressverbandes von Mitnehmerring und Düsennadel ausgebildet. Dadurch wird ein Durchflussquerschnitt gebildet, der gegenüber Fertigungstoleranzen sehr robust ist, weil nur die Toleranzen des Drosselanschliffs selbst betrachtet werden müssen und nicht noch zusätzlich die Toleranzen der Abdichtfläche des Düsenkörpers.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung ist der Drosselanschliff auf der inneren Mantelfläche des Mitnehmerrings im Bereich des Pressverbandes von Mitnehmerring und Düsennadel ausgebildet. Dadurch wird ein Durchflussquerschnitt gebildet, der gegenüber Fertigungstoleranzen sehr robust ist, weil nur die Toleranzen des Drosselanschliffs selbst betrachtet werden müssen und nicht noch zusätzlich die Toleranzen der Abdichtfläche des Düsenkörpers. Desweiteren kann der Mitnehmerring aus einem verglichen mit der Düsennadel weicheren Material gefertigt werden; eine Bearbeitung des Mitnehmerrings zur Fertigung der Drosselanschliffe ist daher einfacher durchzuführen als eine Bearbeitung der härteren Düsennadel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist zumindest eine Hülsenbohrung in der Drosselhülse ausgebildet ist, so dass bei Anlage der Drosselhülse an der Abdichtfläche Kraftstoff im Druckraum durch die Hülsenbohrung zu der Einspritzöffnung nachströmen kann. Gegenüber den Drosselanschliffen der vorhergehenden Ausführungen ist die Hülsenbohrung nicht auf der Mantelfläche eines Bauteils angeordnet und beeinflusst dementsprechend auch nicht die Oberflächen benachbarter Bauteile, z.B. durch erhöhten Verschleiß aufgrund ausgebildeter Kanten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die am Düsenkörper ausgebildete Abdichtfläche in Richtung des Düsennadelsitzes verjüngend ausgebildet, vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 45° bis 90°, insbesondere 70°. So wird zum einen bei Anlage der Drosselhülse an der Abdichtfläche eine gute Dichtwirkung erzielt, zum anderen ergibt sich bei abgehobener Drosselhülse eine vorteilhafte Strömungsgeometrie. Die entsprechende Kontaktfläche an der Drosselhülse ist vorzugsweise mit einem geringfügig abweichenden Öffnungswinkel von ca. ± 0,5° ausgeführt, so dass sich bei Anlage ohne Krafteinwirkung eine umlaufende Dichtkante zwischen Drosselhülse und Düsenkörper ergibt. Für eine außendichtende Ausführung wird die Kontaktfläche an der Drosselhülse mit einem um ca. 0,5° größeren Öffnungswinkel versehen, für eine innendichtende Ausführung mit einem um ca. 0,5° kleineren Öffnungswinkel als der Öffnungswinkel der Abdichtfläche.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Düsennadel an ihrem dem Düsennadelsitz abgewandten Ende in einer Hülse geführt, die den Steuerraum gegen den Druckraum abgrenzt. Idealerweise dient die Hülse der Feder, die die Drosselhülse vorspannt, als Anlage. Dadurch kann die Hülse auch gegen eine Ventilplatte vorgespannt werden und so eine optimale Trennung von Steuer- und Druckraum erzielt werden, bei gleichzeitigem Einsparen von zusätzlichen Bauteilen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem in einem Düsenkörper ausgebildeten Druckraum, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und schließt, weist eine Drosselhülse auf, die auf der Düsennadel längsverschiebbar geführt ist. Bei Anlage der Düsennadel an den Düsennadelsitz ist die Drosselhülse gegen eine Abdichtfläche des Düsenkörpers verspannt ist. Die Düsennadel kommt bei ihrer Öffnungshubbewegung mit einem auf der Düsennadel als Pressverband angeordneten Mitnehmerring an der Drosselhülse zur Anlage und hebt diese von der Abdichtfläche ab und steuert dadurch einen Spalt zwischen Drosselhülse und Abdichtfläche auf.
Das Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

Anlegen der Düsennadel mit der Düsennadelspitze an den Düsennadelsitz des Düsenkörpers.
Aufstecken des Mitnehmers auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel. Typischerweise weist die Düsennadel an diesem Ende einen Konus bzw. eine Fase auf, die das Aufstecken und spätere Einpressen erleichtert.
Aufstecken einer Hublehre auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel. Die Hublehre besitzt die Höhe h des definierten Hubes, ab dem im Betrieb während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel der Mitnehmerring in Eingriff mit der Drosselhülse kommen soll.
Aufstecken der Drosselhülse auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel.
Aufstecken einer Montageeinheit auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel.
Verschieben des Verbandes aus Montageeinheit, Drosselhülse, Hublehre und Mitnehmerring auf der Düsennadel entlang ihrer Längsachse in Richtung des Düsennadelsitzes. Montageeinheit, Drosselhülse und Hublehre weisen ein Spiel zum Außendurchmesser der Düsennadel auf; die erforderliche Axialkraft des Aufpressvorgangs bestimmt sich somit aus der Reibungskraft des Pressverbandes von Düsennadel zu Mitnehmerring. Der Aufpressvorgang ist beendet sobald die Drosselhülse in Anschlag zur Abdichtfläche des Düsenkörpers steht; dies kann in einem kraftgesteuerten Montageprozess durch einen schlagartigen Anstieg der axialen Aufpresskraft festgestellt werden.
Abziehen von Montageeinheit, Drosselhülse und Hublehre von der Düsennadel.
Aufstecken der Drosselhülse auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel.

In der beschriebenen Weise ist der Pressverband von Düsennadel und Mitnehmerring als Längspressverband ausgeführt, der Mitnehmerring wird in einfacher Fertigungsweise mechanisch auf die Düsennadel aufgepresst.
Die Höhe der Hublehre entspricht genau dem definierten Hub h, ab dem im Betrieb während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel der Mitnehmerring in Eingriff mit der Drosselhülse kommt. Dieser Hub h kann mit dem vorgestellten Verfahren sehr genau eingestellt werden.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, wobei nur die wesentlichen Bereiche schematisch gezeigt sind.
Fig.2 zeigt den mit II bezeichneten Ausschnitt der Fig.1 eines weiteren Ausführungsbeispiels.
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens.

Beschreibung

Fig.1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 im Längsschnitt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 22 auf, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel 3 wirkt an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende, der Düsennadelspitze 35, mit einem Düsennadelsitz 21 zusammen und kann dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen 20 im Düsenkörper 2 öffnen oder verschließen, über die Kraftstoff in den Brennraum einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Der Druckraum 22 ist über einen im Düsenkörper 2 ausgebildeten Hochdruckkanal 23 mit einer nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle, üblicherweise einem Common Rail, verbunden, die unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zur Verfügung stellt.
An dem dem Brennraum entgegengesetzten Ende der Düsennadel 3 ist ein Steuerraum 6 ausgebildet, über dessen Druck die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 3 gesteuert wird in der Weise, dass bei Druckabsenkung im Steuerraum 6 die Düsennadel 3 vom Düsennadelsitz 21 abhebt und so die Einspritzöffnungen 20 freigibt und bei Druckanstieg im Steuerraum 6 die Düsennadel 3 gegen den Düsennadelsitz 21 gedrückt wird und die Einspritzöffnungen 20 verschließt. Die Druckänderung des Steuerraums 6 erfolgt durch eine in einer Ventilplatte 4 ausgebildete Zulaufbohrung 40, über die gesteuert von einem nicht dargestellten Steuerventil unter Hochdruck stehender Kraftstoff zu- oder abgeführt werden kann.
Der Steuerraum 6 wird radial durch eine Hülse 5 begrenzt, die gleichzeitig die Düsennadel 3 axial führt.
Im Druckraum 22 stromabwärts des Hochdruckkanals 23 ist ein Drosselverbund 9 die Düsennadel 3 radial umgebend angeordnet. Der Drosselverbund 9 besteht aus einer Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2, einer Drosselhülse 10, einem Mitnehmerring 30, der Düsennadel 3, einem Federteller 16 und einer Feder 17.
Auf der äußeren Mantelfläche der Drosselhülse 10 sind Drosselanschliffe 11 ausgebildet, die einen vom Hub der Düsennadel 3 unabhängigen Strömungsquerschnitt bilden, so dass ein Leerlaufen des Druckraums 22 zwischen Drosselverbund 9 und Düsennadelsitz 21 vermieden wird. Um diese Funktion zu erfüllen, können die Drosselanschliffe 11 jedoch auch auf der Düsennadel 3, dem Mitnehmerring 30 oder der inneren Mantelfläche der Drosselhülse 10 ausgebildet sein.
Die Funktionsweise des Drosselverbunds 9 ist wie folgt: Liegt die Düsennadel 3 mit ihrer Düsennadelspitze 35 am Düsennadelsitz 21 an, dann ist die Drosselhülse 10 zwischen der Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 auf der einen Seite und dem Federteller 16 auf der anderen Seite vorgespannt. Die Vorspannkraft wirkt von der mit dem Düsenkörper 2 fest verbundenen Ventilplatte 4 über die Hülse 5, die Feder 17 und den Federteller 16 auf die Drosselhülse 10 ein. Ein Kraftstofffluss durch den Drosselverbund 9 erfolgt nur durch den Strömungsquerschnitt, der zwischen den Drosselanschliffen 11 und der Abdichtfläche 25 ausgebildet ist.
Wird der Druck im Steuerraum 6 abgesenkt, beginnt die Düsennadel 3 mit ihrer Öffnungshubbewegung, hebt vom Düsennadelsitz 21 ab und gibt die Einspritzöffnungen 20 frei; der Einspritzprozess von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine beginnt. Bis zu einem Öffnungshub h der Düsennadel 3 wird die Drosselhülse 10 durch die Vorspannkraft der Feder 17 gegen die Abdichtfläche 25 gedrückt; der Strömungsquerschnitt, definiert durch Drosselanschliffe 11 und Abdichtfläche 25, bleibt konstant.
Bei dem Öffnungshub h kommt der mit der Düsennadel 3 durch einen Pressverband fest verbundene Mitnehmerring 30 formschlüssig mit der Drosselhülse 10 in Eingriff und hebt die Drosselhülse 10 von der Abdichtfläche 25 ab. Dadurch wird ein Spalt zwischen Drosselhülse 10 und Düsenkörper 2 aufgesteuert. Mit zunehmender Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 wird der Spalt vergrößert und so die Drosselwirkung des Drosselverbunds 9 verringert.
Vor Beginn der Schließbewegung am Ende des Einspritzprozesses ist die Drosselhülse 10 durch den Mitnehmerring 30 und die Feder 17 fixiert; zwischen Abdichtfläche 25 und Drosselhülse 10 befindet sich ein Spalt. Der Drosselverbund 9 weist einen vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt auf, der zum einen aus dem Spalt zwischen Abdichtfläche 25 und Drosselhülse 10 besteht und zum anderen aus dem Strömungsquerschnitt, der durch die Drosselanschliffe 11 definiert wird.
Der Druck im Steuerraum 6 wird anschließend wieder erhöht, so dass die Düsennadel 3 mit ihrer Schließbewegung in Richtung des Düsennadelsitzes 21 beginnt, während der sich der Spalt zwischen Abdichtfläche 25 und Drosselhülse 10 verringert. Bis zum Restschließhub h steht der Mitnehmerring 30 in Eingriff mit der Drosselhülse 10. Beim Restschließhub h kommt es zum Kontakt zwischen Drosselhülse 10 und Düsenkörper 2 an der Abdichtfläche 25; der Spalt zwischen Drosselhülse 10 und Abdichtfläche 25 wird geschlossen, so dass nur noch der Strömungsquerschnitt bestehen bleibt, der durch die Drosselanschliffe 11 definiert wird. Gleichzeitig wird der Eingriff zwischen Mitnehmerring 30 und Drosselhülse 10 aufgehoben, so dass die Drosselhülse 10 zwischen der Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 und dem Federteller 16 durch die Feder 17 verspannt ist. Am Ende der Schließbewegung wird die Düsennadel 3 mit ihrer Düsennadelspitze 35 gegen den Düsennadelsitz 21 gedrückt und verschließt so die Einspritzöffnungen 20 wieder. Es gelangt kein Kraftstoff mehr in den Brennraum.
Zusammenfassend beschreibt die dargestellte Ausführungsform eine hubvariable Drossel- bzw. Ventilfunktion zwischen Abdichtfläche 25 und Drosselhülse 10, die folgende Bereiche aufweist:

Bereich 1: Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 von ihrer Anlage am Düsennadelsitz 21 bis zu einem definierten Hub h: die Drosselhülse 10 steht in Anlage zur Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 und wird durch die Feder 17 mit der Abdichtfläche 25 verspannt. Es findet kein Kraftstofffluss durch die Drosselstelle statt.
Bereich 2: Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 vom Hub h bis zu ihrem maximalen Hub: ein Spalt zwischen der Drosselhülse 10 und der Abdichtfläche 25 wird aufgesteuert und definiert so den Strömungsquerschnitt der Drosselstelle, der mit zunehmenden Hub größer wird. Die Feder 17 verspannt die Drosselhülse 10 gegen den Düsennadelabsatz 30 bzw. den Mitnehmerring 30. Kraftstoff fließt durch die Drosselstelle.

Zu beiden Bereichen ist eine konstante zweite Drosselfunktion parallel geschaltet, die stromabwärts vom Drosselverbund 9 ein Leerlaufen des Druckraums 22 verhindert. Die zweite Drosselfunktion wird durch den Strömungsquerschnitt der Drosselanschliffe 11 gebildet, der über die Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 konstant bleibt.
Fig.2 zeigt den mit II bezeichneten Ausschnitt der Fig.1 eines weiteren Ausführungsbeispiels des Drosselverbunds 9, bei dem anstelle von Anschliffen auf der äußeren Mantelfläche der Drosselhülse 10 zumindest eine Hülsenbohrung 12 verwendet wird. Der Durchmesser der Hülsenbohrung 12 bzw. die Summe der Durchmesser der Hülsenbohrungen 12 bestimmen den Strömungsquerschnitt der während Öffnungs- und Schließbewegung konstanten Drosselverbindung.
Weiterhin zeigt Fig.2 die Abdichtfläche 25 als Kegelausführung mit einem Öffnungswinkel von etwa 70°.
Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens: Es wird der Aufpressprozess des Mitnehmerrings 30 auf die Düsennadel 3 unter Einstellung des definierten Hubs h veranschaulicht, ab dem im Betrieb während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 der Mitnehmerring 30 in Eingriff mit der Drosselhülse 10 kommt.
Vom düsennadelsitzabgewandten Ende werden Mitnehmerring 30, eine Hublehre 50 und die Drosselhülse 10 auf die Düsennadel 3 aufgestreift. Anschließend wird eine Montageeinheit 60 aufgesetzt. Die Montageeinheit 60 wird kraftgesteuert in Richtung des Düsennadelsitzes 21 verschoben, bis die Drosselhülse 10 in Anlage zur Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 kommt. Mit dem Kontakt von Drosselhülse 10 zur Abdichtfläche 25 steigt die Aufpresskraft sprunghaft an und der kraftgesteuerte Aufpressprozess wird beendet.
Die Düsennadel ist so gestaltet, dass sie in einem Aufpressbereich 28, dem Bereich, in dem der Pressverband aus Mitnehmerring 30 und Düsennadel 3 nach der Montage sitzt, den größten Durchmesser bis zum düsennadelsitzabgewandten Ende aufweist. Das Übermaß zwischen Außendurchmesser der Düsennadel im Aufpressbereich 28 und Innendurchmesser des Mitnehmerrings 30 bestimmt dabei sowohl die Aufpresskraft in der Montage als auch die Haltekraft im späteren Betrieb. Hublehre 50 und Drosselhülse 10 sind mit einem Spiel zur Düsennadel 3 versehen und können dadurch nahezu reibungsfrei auf die Düsennadel 3 aufgeschoben werden. Die Höhe h der Hublehre 50 entspricht genau dem definierten Hub h, ab dem im Betrieb während der Öffnungshubbewegung der Düsennadel 3 der Mitnehmerring 30 in Eingriff mit der Drosselhülse 10 kommt.
Nach Beendigung des Aufpressprozesses des Mitnehmerrings 30 werden die Montageeinheit 60 und die Drosselhülse 10 von der Düsennadel 3 abgezogen, die Hublehre 50 entfernt und die Drosselhülse 10 wieder aufgesetzt. Anschließend wird mit den restlichen Montageschritten, z.B. Aufsetzen von Federteller und Feder, fortgefahren.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil 1 für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 22, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel 3 durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz 21 zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung 20 öffnet und schließt,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Düsennadel 3 eine Drosselhülse 10 längsverschiebbar geführt ist, wobei bei Anlage der Düsennadel 3 an den Düsennadelsitz 21 die Drosselhülse 10 gegen eine Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 verspannt ist, und wobei die Düsennadel 3 bei ihrer Öffnungshubbewegung mit einem Düsennadelabsatz 30 an der Drosselhülse 10 zur Anlage kommt und diese von der Abdichtfläche 25 abhebt und dadurch einen Spalt zwischen Drosselhülse 10 und Abdichtfläche 25 aufsteuert.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselhülse 10 im düsennadelsitzfernen Bereich des Druckraums 22 angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsennadelabsatz 30 an einem separaten Teil, einem Mitnehmerring 30, ausgeführt ist und ortsfest auf der Düsennadel 3 angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Mitnehmerring 30 und Düsennadel 3 als Pressverband ausgeführt ist.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselhülse 10 durch eine Feder 17 gegen die Abdichtfläche 25 vorgespannt ist, wenn die Düsennadel 3 in Anlage an den Düsennadelsitz 21 steht.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselhülse 10 durch eine Feder 17 gegen den Düsennadelabsatz 30 bzw. Mitnehmerring 30 vorgespannt ist, wenn die Düsennadel 3 bei ihrer Öffnungshubbewegung mit dem Düsennadelabsatz 30 bzw. Mitnehmerring 30 an der Drosselhülse 10 zur Anlage kommt und diese von der Abdichtfläche 25 abhebt.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Drosselhülse 10 und Feder 17 ein Federteller 16 angeordnet ist, an dem die Feder 17 anliegt.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder 17 die Düsennadel 3 umgibt.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drosselanschliff 11 an der Drosselhülse 10 ausgebildet ist, der einen Durchflussquerschnitt bei Anlage der Drosselhülse 10 an die Abdichtfläche 25 bildet, so dass Kraftstoff im Druckraum 10 durch den Durchflussquerschnitt zu der Einspritzöffnung 20 nachströmen kann.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drosselanschliff 11 auf der äußeren Mantelfläche der Düsennadel 3 im Bereich des Pressverbandes von Mitnehmerring 30 und Düsennadel 3 ausgebildet ist, der einen Durchflussquerschnitt bildet, so dass Kraftstoff im Druckraum 10 durch den Durchflussquerschnitt zu der Einspritzöffnung 20 nachströmen kann.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Drosselanschliff 11 auf der inneren Mantelfläche des Mitnehmerrings 30 im Bereich des Pressverbandes von Mitnehmerring 30 und Düsennadel 3 ausgebildet ist, der einen Durchflussquerschnitt bildet, so dass Kraftstoff im Druckraum 22 durch den Durchflussquerschnitt zu der Einspritzöffnung 20 nachströmen kann.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Hülsenbohrung 12 in der Drosselhülse 10 ausgebildet ist, so dass bei Anlage der Drosselhülse 10 an die Abdichtfläche 25 Kraftstoff im Druckraum 22 durch die Hülsenbohrung 12 zu der Einspritzöffnung 20 nachströmen kann.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtfläche 25 in Richtung des Düsennadelsitzes 21 verjüngend ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 45° bis 90°, insbesondere 70°.
Kraftstoffeinspritzventil 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel 3 an ihrem dem Düsennadelsitz 21 abgewandten Ende in einer Hülse 5 geführt ist und einen Steuerraum 6 begrenzt.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils 1 für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 22, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel 3 durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz 21 zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung 20 öffnet und schließt, wobei auf der Düsennadel 3 eine Drosselhülse 10 längsverschiebbar geführt ist, und wobei bei Anlage der Düsennadel 3 an den Düsennadelsitz 21 die Drosselhülse 10 gegen eine Abdichtfläche 25 des Düsenkörpers 2 verspannt ist, und wobei die Düsennadel 3 bei ihrer Öffnungshubbewegung mit einem auf der Düsennadel 3 als Pressverband angeordneten Mitnehmerring 30 an der Drosselhülse 10 zur Anlage kommt und diese von der Abdichtfläche 25 abhebt und dadurch einen Spalt zwischen Drosselhülse 10 und Abdichtfläche 25 aufsteuert,
durch folgende Schritte gekennzeichnet:
a) Anlegen der Düsennadel 3 mit der Düsennadelspitze 35 an den Düsennadelsitz 21 des Düsenkörpers 2.

b) Aufstecken des Mitnehmers 30 auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel 3.

c) Aufstecken einer Hublehre 50 auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel 3.

d) Aufstecken der Drosselhülse 10 auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel 3.

e) Aufstecken einer Montageeinheit 60 auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel 3.

f) Verschieben des Verbandes aus Montageeinheit 60, Drosselhülse 10, Hublehre 50 und Mitnehmerring 30 auf der Düsennadel 3 entlang ihrer Längsachse in Richtung des Düsennadelsitzes 21 gegen die Reibungskraft des Pressverbandes aus Düsennadel 3 und Mitnehmerring 30, bis die Drosselhülse 10 in Anschlag zur Abdichtfläche 25 steht.

g) Abziehen von Montageeinheit 60, Drosselhülse 10 und Hublehre 50 von der Düsennadel 3.

h) Aufstecken der Drosselhülse 10 auf das dem Düsennadelsitz abgewandte Ende der Düsennadel 3.