Beschreibung
Einspritzventil für Brennkraftmaschinen
An Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, werden hohe Anforderungen gestellt. Brennkraftmaschinen sollen eine hohe Leistung liefern bei gleichzeitig geringem Kraftsto fverbrauch, geringen Abgasemissionen und ruhigem lauf. Das Erfüllen dieser Anforderungen hängt stark ab von der Gemischaufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Verbrennungsräumen der Brennkraftmaschine. Für die Gemisch— au bereitung steht, insbesondere bei hohen Drehzahlen, nur ein sehr kurzer Zeitraum von wenigen Millisekunden zur Verfügung. Bei der Direkteinspritzung zum Beispiel von Dieselkraftstoff in die Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine wird, um die Gemischaufbereitung abhängig von der Last zu verbessern, beispielsweise mehrmals kurz hintereinander Kraftstoff zugemessen, bevor die Zündung erfolgt, um in den kurzen für die Einspritzung zur Verfügung stehenden Zeiträumen eine genügend große Menge Kraftstoff zumessen und in den Verbrennungsräumen der Brennkraftmaschine verteilen zu können, wird der Kraftstoff unter sehr hohem Druck, zum Beispiel mehr als 1500 bar, eingespritzt. Während des Einspritz organges kommt es zu einem Druckverlust innerhalb des Einspritz— ventils, da der Kraftstoff nicht genügend schnell nachfließen kann. Das kann dazu führen, dass nur durch eine verlängerte Öffnungszeit des Ventils die gewünschte Kraf Stoffmenge zugemessen und das gewünschte Luft/Kraftstoff—Gemisch im Verbren— nungsraum der Brennkraftmaschine hergestellt werden kann. Durch ein größeres Kraftstoffvolumen innerhalb des Einspritzventils kann den Druckeinbrüchen entgegengewirkt werden. Allerdings ist der zur Verfügung stehende Platz innerhalb des Einspritzventils begrenzt, so dass die Querschnitte der Kra stoffleitungen nicht oder nur sehr wenig vergrößert werden können, um den Kraftstoffnachfluss zu verbessern. Insbesondere bei Hochdruckleitungen und Hochdruckbohrungen ist außerdem zu berücksichtigen, dass diese eine Mindestwandstärke
nicht unterschreiten dürfen, damit ein sicherer und zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden kann.
Aufgrund der erforderlichen Hochdruckfestigkeit des Einspritzventils und aus produktionstechnischen Gründen werden Einspritzventile aus mehreren Körpern und/oder Scheiben zusammengesetzt, die meist in axialer Richtung dichtend aneinander grenzen. Die dichtende Wirkung wird durch Aufeinanderpressen der Körper erreicht. Dazu müssen die Kontaktflächen der Körper präzise gefertigt werden, um eine gute Dichtwir— kung sicherstellen zu können. Innerhalb der Körper sind Bohrungen und/oder Ausnehmungen eingebracht, die sich, abhängig von ihrer Aufgabe, durch mehr als einen Körper erstrecken können. So sind regelmäßig Bohrungen zur Aufnahme einer Du— sennadel vorgesehen. Ferner sind regelmäßig Bohrungen zum Zuführen von Kraftstoff vorgesehen. Die Bohrungen und/oder Ausnehmungen müssen präzise zueinander ausgerichtet und die Körper in dieser Lage fixiert werden, so dass möglichst keine unerwünschten Kanten oder beispielsweise den Kraftstofffluss drosselnde Überdeckungen an den aneinandergrenzenden Flächen der Körper entstehen. Solche unerwünschten Kanten oder Uberdeckungen können bei sehr hohen Kraftstoffdrücken den Verschleiß beschleunigen und die Dichtwirkung der Flächenpressung beeinträchtigen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, in dem Bohrungen auf einfache Weise zentrierbar sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche . Vorteilha te Weiterbildungen der Er indung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil, das mindestens einen ersten Körper und einen zweiten Körper hat, in denen jeweils mindestens eine Bohrung ausgebildet ist, und mindestens eine Zentriervorrichtung, die jeweils ei-
ne Bohrung des ersten Körpers mit einer Bohrung des zweiten Körpers auf eine gemeinsame Achse zentriert. Die Zentriervorrichtung ist in beide zentrierte Bohrungen eingebracht und ist so ausgebildet und angeordnet, dass die mittels der Zentriervorrichtung zentrierten Bohrungen miteinander kommunizieren können. Dies hat den Vorteil, dass die Körper des Ein— spritzventils auf einfache Weise präzise zueinander ausgerichtet und in ihrer Lage fixiert werden können. Dadurch, dass die zentrierten Bohrungen miteinander kommunizieren können, ist die Durchleitung von Gasen, Flüssigkeiten, einer Du— sennadel oder anderen Komponenten des Einspritzventils möglich.
Vorteilhafterweise ist die Zentriervorrichtung eine Hülse. Eine hülsenförmige Zentriervorrichtung ist einfach verwendbar und billig verfügbar und eignet sich deshalb sehr gut für die Massenproduktion.
Vorteilhafterweise ist die Zentriervorrichtung ein Spiralspannstift. Dieser ist ebenfalls billig und einfach verwendbar und für die Massenfertigung geeignet. Außerdem werden geringe Anforderungen an die Präzision der zu zentrierenden Bohrungen gestellt, da sich der Spiralspannstift bis zu einem bestimmten Grad flexibel an den Bohrungsquerschnitt anpassen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Ξinspritz- ventils ist die Zentriervorrichtung dichtend zu der Wandung der jeweiligen zentrierten Bohrung angeordnet . Dies hat den Vorteil, dass die Zentriervorrichtung zusätzlich eine Dicht— funktion besitzt . Ferner können so auch die Anforderung an die Präzision der Kontak flächen zwischen den Körpern sinken, da die Kontaktflächen nicht mehr dichten müssen. Durch den Wegfall der aufwändigen Bearbeitungsschritte für die Kontakt- flachen zwischen den Körpern kann das Ξinspritzventil einfacher und billiger produziert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat die Zentriervorrichtung mindestens eine Beißkante, die auch als Schneidkante oder Verformungskante bezeichnet werden kann. Diese hat den Vorteil, dass sie auf einfache Weise eine gute Dichtwirkung erzielen kann. Die Beißkante der Zentriervorrichtung wird während der Montage des Einspritzventils auf den Körper gepresst und erzielt durch Verformung ihre dichtende Wirkung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Zentriervorrichtung mindestens einen Dichtring. Auf diese Weise kann ebenfalls einfach eine gute Dichtwirkung erzielt werden. Der Dichtring kann zwischen die Zentriervorrichtung und den Körper gebracht werden, vorzugsweise an einem oder an beiden axialen Enden der Zentriervorrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zentriervorrichtung in die zentrierte Bohrung des ersten Körpers und/oder die zentrierte Bohrung des zweiten Körpers einge- presst. Dadurch wird eine sehr gute Dichtwirkung und eine belastbare Verbindung erzielt und außerdem die Montage vereinfacht .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat die Zentriervorrichtung in axialer Richtung mindestens zwei unterschiedliche innere und/oder äußere Durchmesser. Dies ermöglicht die Zentrierung von Bohrungen, die unterschiedlich große Durchmesser haben. Durch eine größere Querschnittsfläche kann das Kraft— stoffvolumen in dem Einspritzventil dort vergrößert werden, wo genügend Platz für eine Bohrung mit größerem Durchmesser in dem Einspritzventil ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat das Einspritzventil mindestens einen dritten Körper, der zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper angeordnet ist und in dem mindestens eine Bohrung ausgebildet ist und die Zentriervorrichtung so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie eine Bohrung des
dritten Körpers auf die gemeinsame Achse zentriert und sich durch diese Bohrung des dritten Körpers erstreckt. Der Vorteil ist, dass auf diese Weise mehr als zwei Körper präzise zueinander ausgerichtet werden können und dass eine Dichtung nur in dem ersten und in dem zweiten Körper erforderlich ist. Da die Zentriervorrichtung in dem dritten Körper keine Dichtfunktion haben muss, ist es von Vorteil, den Durchmesser der Bohrung in dem dritten Körper geringfügig größer auszubilden als den äußeren Durchmesser der Zentriervorrichtung, so dass die Zentriervorrichtung ein wenig Spiel in der Bohrung hat. Dies erleichtert die Montage. Alternativ kann die Zentriervorrichtung beispielsweise auch in die Bohrung des dritten Körpers eingepresst sein.
Vorteilhafterweise weist die zentrierte Bohrung des ersten Körpers und/oder die zentrierte Bohrung des zweiten Körpers in dem Bereich, in dem die Zentriervorrichtung eingebracht ist, einen größeren Querschnitt auf als in dem Bereich, in dem die Zentriervorrichtung nicht eingebracht ist. Wenn die Zentriervorrichtung so ausgebildet und in die zentrierte Bohrung eingebracht ist, dass sie mit ihrer Innenfläche die Bohrung fortsetzt, die Zentriervorrichtung also bezogen auf die Bohrung in radialer Richtung in den Körper versenkt ist, dann können dadurch störende Kanten im Kraftsto ffluss vermieden werden, die den Kraftstoff luss drosseln und insbesondere bei sehr hohen Drücken den Verschleiß beschleunigen können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt des Einspritzventils, Figur 2 a, b, c, d vier Ausführungsformen der Zentriervorrichtung, eingebracht in das Einspritzventil, und Figur 3 a, b, c zwei weitere Ausführungsformen der Zentriervorrichtung.
Figur 1 zeigt einen Teil eines Einspritzventils, das einen Ventilkörper 1, einen Injektorkörper 2, eine Anschlagscheibe 3 und einen Düsenkörper 4 urαfasst. Die Körper werden von einer Düsenspannmutter 5 umschlossen und fixiert. In den Körpern sind Bohrungen und Ausnehmungen eingebracht.
Durch zwei Hochdruckbohrungen 6 wird Kraftstoff unter hohem Druck sowohl in eine Hochdruckkammer 7 als auch durch eine Drossel 8 in einen Steuerraum 9 geleitet. Ein Piezoaktuator 10 wirkt in axialer Richtung auf einen Ventilkolben 11, der einen Ventilpilz 12 von einem Ventilsitz abhebt, wenn der Piezoaktuator 10 so angesteuert wird, dass er sich axial verlängert, so dass Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 in einen Niederdruckkreis abfließen kann. Wird der Piezoaktuator 10 so angesteuert, dass er sich axial verkürzt, drückt eine Ventilfeder 13 den Ventilpilz 12 gegen den Ventilsitz und versperrt so den Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 9, so dass über die Hochdruckbohrung 6 und die Drossel 8 in dem Steuerraum 9 ein hoher Kraftstoffdruck aufgebaut wird. Dieser Kraftstoffdruck wirkt auf die Endfläche eines Steuerkolbens 14, so dass eine Düsennadel 15 in axialer Richtung gegen einen Ventilsitz im Düsenkörper 4 gedrückt wird und eine Einspritzdüse 16 verschließt. Wird der Piezoaktuator 10 so angesteuert, dass er sich axial verlängert, dann sinkt der Druck in dem Steuerraum 9 durch Abfluss von Kraftstoff in den Niederdruckkreis und die Düsennadel 15 wird -aufgrund des hohen Kraftstoffdrucks, der auf die Kanten der Düsennadel 15 in der Hochdruckkammer 7 und an der Spitze der Düsennadel 15 einwirkt, von dem Ventilsitz abgehoben. Der Kraftstoff strömt dann durch die Einspritzdüse 16 in den Verbrennungsraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine. Wird der Piezoaktuator 10 dann so angesteuert, dass er sich axial verkürzt, dann kann sich in dem Steuerraum 9 wieder ein hoher Kraftstoffdruck aufbauen, so dass der Steuerkolben 14 die Düsennadel 15 wieder in die Position bewegt, in der die Einspritzdüse 16 verschlossen ist. Eine Düsenfeder 17 verhindert eine Kraftstoff- zumessung, wenn kein ausreichender Kraftstoffdruck besteht,
beispielsweise in Betriebspausen der Brennkraftmaschine. Eine Abiaufbohrung 18 führt in den Bereich der Düsenfeder 17 eindringenden Kraftstoff in den Niederdruckkreis ab.
In Figur 2 a, b, c und d sind vier Ausführungsformen einer Zentriervorrichtung 19 dargestellt. In einem ersten Körper 20 ist eine Bohrung 21 und in einem zweiten Körper 22 ist eine Bohrung 23 eingebracht, die mittels der Zentriervorrichtung
19 zueinander ausgerichtet sind. Den Bohrungen 21, 23 entsprechen beispielsweise die in Figur 1 gezeigten Hochdruckbohrungen 6 oder die Ablaufbohrung 18, sie können aber ebenso beispielsweise eine Düsennadel 15 aufnehmen. Der erste Körper
20 ist beispielsweise der Ventilkörper 1, der Injektorkörper 2 oder die Anschlagscheibe 3 und der zweite Körper 22 ist beispielsweise entsprechend der Injektorkörper 2, die Anschlagscheibe 3 oder der Düsenkörper 4. Vorteilhafterweise ist in dem ersten Körper 20 eine Ausnehmung 24 und in dem zweiten Körper 22 eine Ausnehmung 25 ausgebildet, die beispielsweise als koaxiale Bohrungen mit einem größeren Durchmesser ausgeführt werden können. Die Ausnehmung 24 und die Ausnehmung 25 sind vorzugsweise so ausgeführt, dass jeweils der Querschnitt der Bohrung 21 im ersten Körper 20 und die Bohrung 23 im zweiten Körper 22 so vergrößert ist, dass sie die Zentriervorrichtung aufnehmen können. Die Zentriervorrichtung 19 ist vorzugsweise so in die Ausnehmung 24 im ersten Körper 20 und in die Ausnehmung 25 in dem zweiten Körper 22 eingebracht, dass störende Kanten vermieden werden, d.h. der Innenradius der Zentriervorrichtung dem Innenradius der Bohrungen 21, 23 entspricht. Dies kann den Verschleiß an der Zentriervorrichtung 19 und/oder den Körpern 20, 22 verringern, der aufgrund der bei den EinspritzVorgängen erzeugten Hochdruckpulsationen entstehen kann.
Figur 2a zeigt eine hülsenför ige Zentriervorrichtung 19, Figur 2b zeigt eine gestufte Hülse, die eingesetzt werden kann, um Bohrungen verschiedener Durchmesser zueinander auszurichten. Es besteht ferner die Möglichkeit, auf die Ausnehmungen
24, 25 zu verzichten und die Zentriervorrichtung 19 direkt in die Bohrungen 21, 23 einzubringen.
Die Zentriervorrichtung 19 kann zusätzlich eine Dichtfunktion erfüllen. Die Dichtfunktion kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Zentriervorrichtung 19 in den ersten Körper 20 und/oder in den zweiten Körper 22 eingepresst ist. Ferner besteht die Möglichkeit, die Zentriervorrichtung 19 mit mindestens einem Dichtring 26 zu versehen (Figur 2c) . Dichtringe 26 werden vorzugsweise am oberen und/oder unteren axialen Ende der Zentriervorrichtung 19 angeordnet. Der Dichtring 26 kann auch als Dichtungsscheibe ausgeführt sein.
In Figur 2d ist ein dritter Körper 27 zwischen dem ersten Körper 20 und dem zweiten Körper 22 angeordnet. Der dritte Körper 27 hat eine Bohrung oder Ausnehmung 28, die so ausgebildet ist, dass sich die Zentriervorrichtung 19 durch die Ausnehmung 28 erstrecken kann. In Figur 1 ist der dritte Körper 27 beispielsweise der Injektorkörper 2, wenn der erste Körper 20 der Ventilkörper 1 und der zweite Körper 22 die Anschlagscheibe 3 ist, oder die Anschlagscheibe 3, wenn der erste Körper 20 der Injektorkörper 2 und der zweite Körper 22 der Düsenkörper 4 ist. Ferner können auch weitere Körper oder Scheiben mit geeigneten Ausnehmungen vorgesehen sein, durch die sich die Zentriervorrichtung 19 erstrecken kann.
Eine weitere Ausführungsform der Zentriervorrichtung 19 mit Dichtfunktion ist in Figur 3a dargestellt. Diese Zentriervorrichtung 19 hat eine Beißkante 29. Die Beißkante dichtet aufgrund einer Verformung, die während der Montage des Ein— spritzventils herbeigeführt wird.
Verschiedene Variationen und Kombinationen von Merkmalen für die Ausgestaltung der Zentriervorrichtung 19 sind möglich. So kann die Zentriervorrichtung 19 beispielsweise in den ersten Körper 20 eingepresst sein und in den zweiten Körper 22 die
Dichtfunktion mittels der Beißkante' 29 oder mittels Dichtring 26 erreichen.
In den Figuren 3b und 3c ist eine weitere Zentriervorrichtung 19 dargestellt, die als Spiralspannstift ausgeführt ist. Figur 3b zeigt eine seitliche Ansicht mit einer Längsachse 30 und Figur 3c zeigt eine Draufsicht des Spiralspannstifts. Der Spiralspannstift hat den Vorteil, dass die Anforderungen an die Präzision der Bohrungen 21, 23 und/oder der Ausnehmungen 24, 25, 28 gering sind, da Toleranzen aufgrund des variablen Durchmessers des Spiralspannstifts ausgeglichen werden können.
Das Einspritzventil kann auch mehr als die zwei in Figur 1 dargestellten Hochdruckbohrungen 6 oder auch nur eine Hochdruckbohrung 6 haben. Ebenso kann das Einspritzventil mehr oder weniger Körper und Scheiben umfassen als den Ventilkörper 1, den Injektorkörper 2, die Anschlagscheibe 3 und den Düsenkörper 4.
Die Bohrungen 21, 23 und/oder die Ausnehmungen 24, 25, 28 in dem ersten Körper 20, in dem zweiten Körper 22 und in dem dritten Körper 27 müssen nicht zylinderförmig sein. Ebenso uss die Zentriervorrichtung 19 nicht zylinderförmig sein. Mit der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung 19 können auch Bohrungen und/oder Ausnehmungen mit nicht—kreisförmiger Querschnittsfläche zueinander ausgerichtet werden.
Der Vorteil der Erfindung ist, dass je nach Ausführungsform eine Zentrierfunktion, eine Durchleitungsfunktion und die Dichtfunktion auf einfache Weise in der Zentriervorrichtung 19 kombiniert sind. Dadurch kann gegebenenfalls auf andere Maßnahmen zur Erzielung dieser Funktionen verzichtet werden, so dass Platz eingespart und die Produktion des Einspritzventils vereinfacht und dadurch billiger wird.