WO2012034748A1

WO2012034748A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: WO2012034748A1
Application number: PCT/EP2011/062513
Authority: WO
Inventors: Andreas Gruenberger; Marco Stieber; Dieter Junger; Jens-Peter Nagel; Michael Kurrle; Udo Schaich
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-03-22
Also published as: DE102010040874A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst ein Steuerventil (20) und einen Steuerraum (17), wobei der Steuerraum (17) über eine Drosselbohrung (18) mit einem Ventilraum (21) des Steuerventils (20) verbunden ist. Dabei sind in dem Ventilraum (21) ein Ventilbolzen (29) und ein Federelement (35) angeordnet. Ferner weist der Ventilbolzen (29) einen Ventilkörper (30) auf, der mit einer Ventilsitzfläche (27) zu einem Dichtsitz (31) zusammen wirkt. Dabei ist in dem Ventilraum (21) eine Dichthülse (25) angeordnet, in der der Ventilbolzen (29) geführt ist. Ferner ist das Federelement (35) seitlich neben dem Ventilkörper (30) des Ventilbolzens (29) vorbeigeführt. Außerdem stützt sich das Federelement (35) einerseits im Bereich der Ventilsitzfläche (27) und andererseits an der Dichthülse (25) ab. Hierdurch ist der Ventilraum (21) mit einem relativ geringen verbleibenden Volumen ausführbar. Hierdurch kann ein Bypass eingespart werden und es wird trotzdem ein schnelles Schließverhalten beim Ansteuern einer Düsennadel (15) ermöglicht.

Description

Beschreibung

Titel

Brennstoffeinspritzventil Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere einen Injektor für

Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden,

selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 103 53 169 A1 ist ein Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen bekannt. Der bekannte Injektor weist einen in einem

Injektorkörper angeordneten Piezoaktor auf, der ein in einer Ventilplatte aufgenommenes Steuerventil betätigt. Ferner ist ein Düsenkörper vorgesehen, an dessen brennraumseitigen Ende ein Düsenaustritt ausgebildet ist. Eine Düsennadel ist in einer Längsausnehmung des Düsenkörpers axial beweglich beziehungsweise betätigbar angeordnet. Ferner ist eine das rückwärtige, vom Düsenaustritt abgewandte Ende der Längsausnehmung abschließende, zwischen Düsenkörper und Steuerventil angeordnete Drosselscheibe vorgesehen, die einen Öffnungsanschlag für die Düsennadel bildet. Die Drosselscheibe wirkt hierbei mit der rückseitigen, vom Düsenaustritt abgewandten Stirnfläche der Düsennadel zusammen und begrenzt damit den Öffnungshub der Düsennadel. Ferner ist ein Steuerraum zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche und der Drosselscheibe ausgebildet, der mit einem der Kraftstoffzuführung dienenden Druckanschluss in hydraulischer Verbindung steht. Im Injektorkörper ist ein zylindrischer Haltekörper angeordnet, der einen Übersetzerkolben und die das Steuerventil enthaltende Ventilplatte aufnimmt. In einem Ventilraum des

Steuerventils ist ein Ventilbolzen mit einem Ventilkörper angeordnet. Der Ventilbolzen mit dem Ventilkörper weist eine pilzförmige Ausgestaltung auf. Hierbei wird der Ventilkörper von einer Ventilfeder gegen eine Ventilsitzfläche beaufschlagt. Der Ventilraum wird einerseits über eine Drosselbohrung, die als Zu- und Ablaufdrossel dient, mit dem

Steuerraum verbunden. Zum anderen wird der Ventilraum des Steuerventils über eine als Bypass dienende Bohrung mit einem unter Hochdruck stehenden Brennstoffraum verbunden. Die Bypass-Bohrung ist hierbei durch Betätigen des Ventilbolzens

verschließbar.

Der aus der DE 103 53 169 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass ein relativ großes Volumen des Ventilraums erforderlich ist, um die im Ventilraum vorgesehenen

Komponenten des Steuerventils aufzunehmen. Hierdurch ergibt sich eine entsprechend große Rückflussmenge an Brennstoff zu einem Niederdruckrücklauf. Diese rückfließende Brennstoffmenge muss aus dem Hochdruck wieder aufgefüllt werden. Dies verschlechtert den Wirkungsgrad und macht eine entsprechend leistungsfähige Hochdruckpumpe erforderlich. Außerdem ist die Bypass-Bohrung erforderlich, um ein ausreichend schnelles Schließverhalten beim Betätigen der Düsennadel zu erzielen.

Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung des Steuerventils ermöglicht ist.

Insbesondere können eine Leistungsanforderung an eine Hochdruckpumpe verringert und auch ohne einen Bypass ein schnelles Schließverhalten ermöglicht werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.

Vorteilhaft ist es, dass das Federelement den Ventilkörper im Bereich der Ventilfläche hintergreift und dass das Federelement einerseits an der Ventilsitzfläche abgestützt ist. Hierdurch kann eine zuverlässige Abstützung des Federelements an der Ventilsitzfläche erfolgen, wobei eine Optimierung der Ausgestaltung des Ventilraums möglich ist, um ein möglichst kleines Restvolumen zu gewährleisten. Hierdurch kann auch ohne Bypass ein rasches Schließverhalten einer Düsennadel des Brennstoffeinspritzventils durch einen raschen Druckaufbau im Steuerraum erzielt werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass das Federelement mehrere Längsschlitze aufweist, die zumindest im Bereich des Ventilkörpers an dem Federelement ausgestaltet sind. Über die Längsschlitze wird ein Brennstofffluss zu einem Dichtsitz zwischen dem Ventilkörper und der Ventilsitzfläche ermöglicht. Möglich ist es auch, dass das Federelement mehrere Umfangsschlitze aufweist, die zumindest im Bereich des Ventilkörpers vorgesehen sind. Über diese Umfangsschlitze ist dann ein Brennstofffluss zu dem Dichtsitz ermöglicht. Außerdem kann durch eine geeignete Ausgestaltung der Umfangsschlitze, insbesondere durch eine knochenförmige Ausgestaltung der Umfangsschlitze, eine vorteilhafte

Federwirkung erzielt werden, die eine gewünschte Vorspannkraft auf die Dichthülse ausübt.

Vorteilhaft ist es, dass die Abiaufbohrung an einer der Ventilsitzfläche gegenüberliegenden Zulaufseite des Ventilraums in den Ventilraum mündet, dass an einer Außenseite der Dichthülse ein ringförmiger Brennstoffspalt ausgebildet ist, über den Brennstoff von der Abiaufbohrung zu der Ventilsitzfläche führbar ist, dass die Dichthülse eine mittige

Führungsbohrung aufweist, in der der Ventilbolzen geführt ist, dass zwischen dem

Ventilbolzen und der Führungsbohrung der Dichthülse ein Radialspalt gebildet ist und dass zumindest im Bereich der Zulaufseite des Ventilraums ein minimaler Radialspalt

vorgegeben ist. Über den Brennstoffspalt ist eine Beaufschlagung der Dichthülse in radialer Richtung möglich. Andererseits baut sich über die Führungsbohrung ein gewisser Druck auf. Durch den minimalen Randspalt im Bereich der Zulaufseite des Ventilraums wird bei einem hohen Brennstoffdruck im Ventilraum eine erhebliche Reduzierung der

Leckagemenge ermöglicht. Hierbei wirken im Bereich des minimalen Radialspalts hohe Druckkräfte auf die Dichthülse aus der Abiaufbohrung. Der minimale Radialspalt ist so gewählt, dass das Mindestspiel für eine erforderliche Klemmfreiheit zwischen der

Dichthülse und dem Ventilbolzen besteht. In vorteilhafter Weise umfasst die Dichthülse an der Zulaufseite eine Stirnseite mit einer Beißkante. Dadurch ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Radialspalt und der Abiaufbohrung beziehungsweise der Außenseite der Dichthülse im Bereich der Zulaufseite des Ventilraums gewährleistet. Vorteilhaft ist es, dass ein druckentlasteter Raum vorgesehen ist, der an eine der

Ventilsitzfläche gegenüberliegende Zulaufseite des Ventilraums angrenzt, wobei der in der Dichthülse geführte Ventilbolzen von dem druckentlasteten Raum her druckentlastet ist. Hierdurch ist ein vorteilhafter Kraftausgleich bezüglich des Ventilbolzen mit dem

Ventilkörper erzielbar. Die erforderlichen Öffnungs- und Schließkräfte können dadurch reduziert werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass in dem druckentlasteten Raum ein Hubanschlag vorgesehen ist, der einen Öffnungshub des Ventilkörpers des Ventilbolzens in Bezug auf die

Ventilsitzfläche begrenzt. Hierdurch kann ein dauerhaft stabiler Hubanschlag gewährleistet werden. Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass der Hubanschlag an einem Anschlagbolzen ausgestaltet ist und dass der Anschlagbolzen schwenkbar in dem druckentlasteten Raum gelagert ist. Dadurch wird eine parallele Anordnung des Hubanschlags relativ zu einer Stirnfläche des Anschlagbolzens gewährleistet. Möglich ist es auch, dass der Hubanschlag des Anschlagbolzens durch eine Kugelkappe des Anschlagbolzens gebildet ist oder dass der Ventilbolzen eine dem Hubanschlag zugewandte Kugelkappe aufweist. Hierdurch ist ebenfalls ein Toleranzausgleich möglich. Der Kugelradius ist hierbei in Bezug auf die Herzsche Pressbedingung vorgegeben.

Ferner ist es vorteilhaft, dass eine in dem druckentlasteten Raum angeordnete

Einstellscheibe vorgesehen ist, die eine Einstellung des Öffnungshubs des Ventilkörpers ermöglicht. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass ein in dem druckentlasteten Raum angeordnetes Federelement vorgesehen ist, das die Einstellscheibe gegen den Ventilkörper beaufschlagt. Durch eine definierte Festlegung der Dicke der Einstellscheibe kann somit eine Hubeinstellung erfolgen, wodurch insbesondere durch eine Auswahlgruppe ein Toleranzausgleich möglich ist. Die Einstellscheibe kann beispielsweise als Blechstanzteil ausgebildet sein. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende

Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen

Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein Federelement des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 ein Federelement des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspntzventils entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6A den in Fig. 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspntzventils entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 6B den in Fig. 6A mit X bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen Darstellung;

Fig. 7 den in Fig. 6A mit VII bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen Darstellung; Fig. 8A den in Fig. 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils in einer schematischen Darstellung entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel bei einem maximalen Brennstoffdruck und

Fig. 8B den in Fig. 8A mit Y bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen Darstellung.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des

Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common- Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in das eine Drosselplatte 3 und ein Ventilstück 4 eingesetzt sind. Ferner ist das Gehäuse 2 mit einem Düsenkörper 5 verbunden. Außerdem ist ein Injektorkörper 6 vorgesehen, der mit dem Gehäuse 2 verbunden ist.

In dem Injektorkörper 6 ist eine Hochdruckbohrung 7 ausgestaltet, die in eine weitere Hochdruckbohrung 8 des Ventilstücks 4 übergeht. An einer Seite 9 des Ventilstücks 4 weist die Hochdruckbohrung 8 einen erweiterten Teil 10 auf, von dem eine Verbindungsbohrung 1 1 und eine Drosselbohrung 12 mit einer Zulaufdrossel 13 abzweigen, die in der

Drosselplatte 3 ausgestaltet sind. Die Verbindungsbohrung 1 1 mündet in einen

Brennstoffraum 14 des Düsenkörpers 5.

In dem Brennstoffraum 14 ist eine Düsennadel 15 angeordnet, die abschnittsweise von einer Hülse 16 umschlossen ist. Zwischen der Drosselplatte 3, der Düsennadel 15 und der Hülse 16 ist ein Steuerraum 17 ausgestaltet. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 wird Brennstoff über die Hochdruckbohrung 8 und die Verbindungsbohrung 1 1 in den Brenn stoff räum 14 geführt. Außerdem wird Brennstoff über die Zulaufdrossel 13 aus der Hochdruckbohrung 7 abgezweigt und in den Steuerraum 17 geführt. Über den Druck des Brennstoffs im Steuerraum 17 wird die Düsennadel 15 angesteuert. Bei einem hohen Druck des Brennstoffs im Steuerraum 17 wird in der Regel ein Schließen der Düsennadel 15 bewirkt, während bei einem niedrigen Druck im Steuerraum 17 ein Öffnen der Düsennadel 15 bewirkt wird.

In der Drosselplatte 3 ist eine Drosselbohrung 18 mit einer Ablaufdrossel 19 ausgestaltet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem ein Steuerventil 20 auf, über das ein Brennstofffluss durch die Drosselbohrung 18 gesteuert werden kann. Wenn über das Steuerventil 20 die Drosselbohrung 18 freigegeben wird, so dass Brennstoff über die

Drosselbohrung 18 abfließt, dann fällt der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 17 ab, was zu einer Betätigung der Düsennadel 15 führt. Wird umgekehrt der Abfluss von Brennstoff über die Drosselbohrung 18 gesperrt, dann baut sich der Druck des Brennstoffs im

Steuerraum 17 auf, wodurch die Düsennadel 15 geschlossen und geschlossen gehalten wird. Eine Abstimmung ist hierbei über die Drosselwirkung der Zulaufdrossel 13 und die Drosselwirkung der Ablaufdrossel 19 möglich.

Das Steuerventil 20 weist einen Ventilraum 21 auf, der einen abschnittsweise

zylinderförmigen Teil 22 und einen Anschlussteil 23 umfasst, wobei die Drosselbohrung 18 in den Anschlussteil 23 mündet. Der Ventilraum 21 ist in dem Ventilstück 4 ausgestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 17 über die Drosselbohrung 18 mit dem Ventilraum 21 verbunden. Allerdings kann die Verbindung auch über eine andere

Abiaufbohrung 18 erfolgen, die beispielsweise einen konstanten Durchmesser aufweist. In dem Ventilraum 21 ist eine Dichthülse 25 des Steuerventils 20 angeordnet. Zwischen der

Dichthülse 25 und einer Wand 26 des Ventilraums 21 verbleibt ein ringförmiger

Brennstoffspalt 26. An dem Ventilstück 4 ist eine Ventilsitzfläche 27 ausgestaltet. Über den Brennstoffspalt 26 gelangt der Brennstoff aus dem Anschlussteil 23 zu der Ventilsitzfläche 27. Die Dichthülse 25 weist eine Führungsbohrung 28 auf, in der ein Ventilbolzen 29 geführt ist. Der Ventilbolzen 29 des Steuerventils 20 weist einen Ventilkörper 30 auf, der mit der

Ventilsitzfläche 27 zu einem Dichtsitz 31 zusammen wirkt. Über den geöffneten Dichtsitz 31 kann bei betätigtem Ventilbolzen 29 der Brennstoff in einen Niederdruckraum 32 abfließen. Hierbei ist ein Kopplerkolben 33 vorgesehen, der über einen Aktor 34 betätigbar ist. Der Aktor 34 kann als piezoelektrischer Aktor 34 oder als Magnetaktor 34 ausgestaltet sein.

In dem Ventilraum 21 ist außerdem ein Federelement 35 angeordnet. Das Federelement 35 umschließt den Ventilkörper 30 des Ventilbolzens 29 abschnittsweise. In diesem

Ausführungsbeispiel hintergreift das Federelement 35 den Ventilkörper 30 im Bereich der Ventilsitzfläche 27. Die Dichthülse 25 weist einen Absatz 36 auf. Das Federelement 35 stützt sich einerseits an der Ventilsitzfläche 27 des Ventilstücks 4 und andererseits an dem Absatz 36 der Dichthülse 25 ab. Hierbei beaufschlagt das Federelement 35 die Dichthülse 25 in einer Richtung 37. Hierdurch wird die Dichthülse 25 gegen eine Stirnseite 38 der Drosselplatte 3 beaufschlagt. Beim Betätigen des Ventilkörpers 30 mittels des

Kopplerkolbens 33 wird der Ventilbolzen 29 mit dem Ventilkörper 30 in der Richtung 37 verstellt.

Das Federelement 35 weist mehrere Längsschlitze 39 auf, von denen zur Vereinfachung der Darstellung nur der Längsschlitz 39 gekennzeichnet ist. Der Längsschlitz 39 erstreckt sich zumindest im Bereich des Ventilkörpers 30 durch das Federelement 35. Durch den Längsschlitz 39 wird zum einen eine gewisse Elastizität des Federelements 35 ermöglicht. Zum anderen dienen die Längsschlitze 39 als Durchführungen für den Brennstoff, um diesen aus dem Brennstoffspalt 26 weiter zu dem Dichtsitz 31 zu führen.

In der Drosselplatte 3 ist ein druckentlasteter Raum 45 ausgestaltet, der an eine der Ventilsitzfläche 27 gegenüberliegende Zulaufseite 23 des Ventilraums 21 angrenzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zulaufseite 23 durch das Anschlussteil 23 vorgegeben. Von dem druckentlasteten Raum 45 her ist der in der Dichthülse 25 geführte Ventilbolzen 29 druckentlastet. Somit ist der Ventilbolzen 29 mit dem Ventilkörper 30 sowohl von der Seite des Niederdruckraums 32 als auch von der Seite des druckentlasteten Raums 45 druckentlastet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der druckentlastete Raum 45 über eine Entlastungsbohrung 46 mit dem Niederdruck verbunden. In dem druckentlasteten Raum 45 ist ein Anschlagbolzen 47 angeordnet, der einen

Hubanschlag 48 für den Ventilbolzen 29 bildet. Der Anschlagbolzen 47 ist hierbei schwenkbar in dem druckentlasteten Raum 45 gelagert.

Ferner ist in dem druckentlasteten Raum 45 ein Federelement 49 angeordnet, das in diesem Ausführungsbeispiel als Ventilfeder 49 ausgestaltet ist. Zwischen der Ventilfeder 49 und der Dichthülse 45 ist eine Einstellscheibe 50 angeordnet, die eine Durchgangsbohrung 51 aufweist. Ein Zapfen 52 des Ventilbolzen 29 greift in die Durchgangsbohrung 51 der Einstellscheibe 50 ein. Hierbei ist die Einstellscheibe 50 an einem Bund 53 des

Ventilbolzens 29 abgestützt. In Abhängigkeit von einer Dicke der Einstellscheibe 50 ist ein Abstand zwischen der Einstellscheibe 50 und dem Hubanschlag 48 des Anschlagbolzens 47 definiert, der einen Öffnungshub des Ventilkörpers 30 vorgibt. Somit kann über die Einstellscheibe 50 eine Einstellung des Öffnungshubs des Ventilkörpers 30 erzielt werden. Eine Parallelität zwischen der Einstellscheibe 50 und dem ebenen Hubanschlag 48 des Anschlagbolzens 47 ist in diesem Ausführungsbeispiel über die schwenkbare Lagerung des Anschlagbolzens 47 gewährleistet. Speziell kann eine kardanische Lagerung durch ein Kugelsegment 54, das in einer Kugelkalotte 55 gelagert ist, realisiert sein. Der

Anschlagbolzen 47 wird hierbei durch die Ventilfeder 49 in der Lagerstelle gehalten.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein Restvolumen des Ventilraums 21 sehr klein ist. Hierdurch kann das Steuerventil 20 ein schnelles Schaltverhalten gewährleisten, ohne dass ein Bypass erforderlich ist. Somit kann ein Bypass, über den unter hohem Druck stehender Brennstoff beispielsweise aus dem Brennstoffraum 14 direkt in den Ventilraum 21 geführt wird, eingespart werden. Außerdem wird hierdurch eine von dem Steuerventil 20 abgesteuerte Brennstoffmenge reduziert, was sich günstig auf den Wirkungsgrad auswirkt.

Somit kann bei dem servogesteuerten Brennstoffeinspritzventil 1 ein schnelles

Düsennadelschließen der Düsennadel 15 erreicht werden. Der Druckanstieg ist hierbei in der Regel proportional zum Volumen des Ventilraums 21 , der Kraftstoffkompressibilität und dem Volumenstrom. Da die Kraftstoffkompressibilität eine Konstante ist und eine Erhöhung des Volumenstroms, beispielsweise über einen Bypass, mit Nachteilen behaftet ist, ist die Reduzierung des Volumens des Ventilraums 21 besonders vorteilhaft. Dies wird durch die bauraumoptimierte Ausgestaltung des Federelements 35 erzielt. Hierdurch kann auch einer Erhöhung der Temperaturbelastung des Aktors 34 und des übrigen

Brennstoffrücklaufsystems entgegen gewirkt werden.

Durch den Entfall der Bypassmenge kann auch die abgesteuerte Brennstoffmenge reduziert werden, so dass die Förderleistung einer Hochdruckpumpe entsprechend reduziert werden kann. Durch den Einsatz einer Hochdruckpumpe mit geringerer Förderleistung kann somit auch das Antriebsmoment reduziert werden, wodurch der Antriebsstrang des Motors geringere Anforderungen erfüllen muss, oder es kann auch eine kostengünstigere

Hochdruckpumpe verwendet werden. Außerdem wird die Pumpenantriebsleistung reduziert, so dass der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors steigt.

Weitere Vorteile der reduzierten Steuermenge sind eine Verringerung der

Druckschwingungen im Rücklaufsystem, wodurch die Kavitationsneigung reduziert werden kann und eine Erhöhung des Düsendrucks durch die geringere Mengenentnahme aus dem Brenn stoff räum 14 und somit dem Hochdruckbereich möglich ist. Ferner kann eine

Reduzierung der Rücklauftemperatur erzielt werden, was eine thermische Belastung des Aktors 34 verringert und somit die Aktorhaltbarkeit verbessert. Ferner können die

Werkstoffanforderungen an die Rücklaufleitung reduziert werden. Durch den über die Einstellscheibe 50 einstellbaren Öffnungshub bezüglich des

Hubanschlags 48 ergeben sich weitere Vorteile. Es wird eine getrennte Herstellbarkeit der Einzelteile ermöglicht, so dass eine Verkettung der Längenmaße entfällt. Außerdem können Sitzbeschichtungstoleranzen über die Einstellscheibe 50 ausgeglichen werden. Außerdem können Einstelltoleranzen bezüglich des Hubanschlags 48 reduziert werden.

Ein weiterer Toleranzausgleich wird ermöglicht, indem der Zapfen 52 des Ventilbolzens 29 mit kleinem Spiel in die zentrische Durchgangsbohrung 51 der Einstellscheibe 50 eingreift. Hierdurch ist eine vorteilhafte Führung der Einstellscheibe 50 gewährleistet.

Beim Betätigen des Ventilkörpers 30 ergibt sich somit ein definierter Öffnungsquerschnitt am Dichtsitz 31 , so dass eine gewisse Menge des Brennstoffs aus dem Ventilraum 21 abfließt. Durch den Druckabfall im Ventilraum 21 strömt eine entsprechende

Brennstoffmenge aus dem Steuerraum 17 über die Abiaufbohrung 18 nach, so dass der Druck im Steuerraum 17 sinkt und die Düsennadel 17 von ihrem Düsensitz abhebt und den Düsenquerschnitt freigibt. Die Düsennadel 15 setzt ihre Bewegung mit der Geschwindigkeit fort, die durch den Durchfluss der kavitierend ausgelegten Ablaufdrossel 19 bestimmt wird, bis der Aktor 34 den Ventilbolzen 29 wieder frei gibt und der Ventilbolzen 29 durch die auf die Einstellscheibe 50 wirkende Ventilfederkraft der Ventilfeder 49 und die hydraulische Schließkraft in den Ventilsitz an der Ventilsitzfläche 27 gedrückt wird und damit den Dichtsitz 31 wieder schließt. Der Druck im Ventilraum 21 steigt auf Grund des geringen Ventilraumvolumens durch die zufließende Menge aus dem Steuerraum 17 wieder sehr schnell an, so dass auch der Druck im Steuerraum 17 durch die über die Zulaufdrossel 13 zuströmende Brennstoffmenge wieder schnell ansteigt und daher auch die Düsennadel 15 schnell schließt. Dadurch kann der Drosselbereich der Düsennadel 15 schnell durchlaufen werden, was zu einer besseren Gemischaufbereitung führt. Außerdem ergibt sich eine steile Schließflanke der Einspritzrate, welche die Gesamtmenge in der maximalen

Einspritzzeit erhöht und somit eine hohe spezifische Leistung ermöglicht.

Die Öffnungs- und Schließkraft zum Betätigen des Ventilkörpers 30 ist durch eine vorteilhafte Führung des Ventilbolzens 29 in der Führungsbohrung 28 weiter reduziert. Hierbei ist der Ventilbolzen 29 in der Führungsbohrung 28 mit einem sehr kleinen Spiel geführt und zusätzlich ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Dichthülse 25 und der Stirnseite 38 der Drosselplatte 3 gebildet. Hierbei ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Radialspalts 56 zwischen dem Ventilbolzen 29 und der Führungsbohrung 28 der Dichthülse 25 vorgesehen. Dies ist auch anhand der Fig. 6A, 6B, 7, 8A, 8B näher beschrieben. Fig. 2 zeigt das Federelement 35 des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Dichtkraft für die Dichthülse 25 ergibt sich durch eine Überlagerung der hydraulischen Druckkraft und einer Federkraft des Federelements 35, welches sich tangential an der Übergangskontur des Ventilraums 21 abstützt. Die Abstützung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel hierbei an der

Ventilsitzfläche 27 des Ventilstücks 4. Die Vorspannung des Federelements 35 wird hierbei axial auf den Absatz 36 der Dichthülse 25 übertragen. Der Absatz 36 der Dichthülse 25 ist so ausgestaltet, dass ein ausreichendes radiales Spiel zum Federelement 35 vorhanden ist, um ein Zentrieren der Dichthülse 25 durch den Ventilsitz des Ventilkörpers 30 zu

ermöglichen. Die Übergangskontur des Ventilraums 21 , insbesondere die Kontur der

Ventilsitzfläche 27, ist fertigungs- und festigkeitsbedingt vorzugsweise mit großen Radien ausgestaltet, so dass ein Kopfabschnitt 57 des Federelements 35 vorzugsweise kelchförmig ausgestaltet ist, so dass ein kleinstmögliches verbleibendes Volumen des Ventilraums 21 entsteht. Der Zufluss von Brennstoff zu dem Dichtsitz 31 wird über die Längsschlitze 39 gewährleistet, die sich axial erstrecken. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwölf

Längsschlitze 39 vorgesehen, die einen gleichmäßigen, ungedrosselten Zufluss bei einem kleinen hydraulischen Ventilraumvolumen ermöglichen. Das Federprinzip basiert darauf, dass die gebildeten Laschen 58, von denen in der Fig. 2 zur Vereinfachung der Darstellung nur die Lasche 58 gekennzeichnet ist, durch die Normalkraft am Berührpunkt nach innen gebogen werden und ein geschlossener Ring 59 des Federelements 39 die Torsion aufnimmt. In diesem Ausführungsbeispiel sind durch die zwölf Längsschlitze 39 zwölf Laschen 58 gebildet. Es ist jedoch auch eine andere Anzahl an Längsschlitzen 39 und Laschen 58 denkbar. Fig. 3 zeigt ein Federelement 35 des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. Das Federelement 35 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Ring 60 mit Umfangsschlitzen 61 , 62 auf, wobei in der Fig. 3 zur Vereinfachung der Darstellung nur die Umfangsschlitze 61 , 62 gekennzeichnet sind.

Hierdurch ist das Federelement 35 in Form einer Federhülse 35 ausgestaltet. Eine

Außenkante 63 des Federelements 35 ist abgerundet ausgestaltet, so dass sich das

Federelement 35 ohne Kerbwirkung an der gerundeten Übergangskontur des Ventilraums 21 abstützen kann. Die Strömungsführung des Brennstoffs erfolgt durch die

Umfangsschlitze 61 , 62. Durch einen ausreichenden Abstands des Rings 60 von dem Ventilkörper 30 wird hierbei ein Brennstofffluss zwischen dem Federelement 35 und dem Ventilkörper 30 ermöglicht. Hierdurch kann eine Drosselung vermieden werden. Das Federprinzip kann in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Kombination von axialen Biegebalken 64, 65 erzielt werden, so dass zwischen der Federhülse 35 und dem

Ventilstück 4 nur ein sehr kleiner Schlupf auftritt. Speziell kann ein Stützring 66, an dem die abgerundete Außenkante 63 ausgestaltet ist, weitgehend gleichmäßig an dem Ventilstück 4 anliegen. Zur weiteren Verkleinerung des Ventilraumvolumens können die Umfangsschlitze 61 , 62 als knochenförmige Umfangsschlitze 61 , 62 ausgestaltet sein. Hierdurch ist eine Volumenreduktion möglich, ohne dass die Steifigkeit des Federelements 35 nennenswert reduziert wird.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ventilbolzen 29 an seinem Zapfen 52 eine Kugelkappe 67 auf, die dem ebenen

Hubanschlag 48 des Anschlagbolzens 47 zugewandt ist. Hierdurch ergibt sich eine näherungsweise punktförmige Anlagestelle 68, mit der die Kugelkappe 67 an dem

Hubanschlag 48 anschlägt. Der Kugelradius der Kugelkappe 67 ist durch die Herzsche Pressbedingung vorgegeben. Um einen Kantenträger zu vermeiden, ist die Rechtwinkligkeit zwischen der ebenen Anschlagfläche 48 des Hubanschlags 48 und dem Ventilbolzen 29 in Abhängigkeit von einem Zapfen durchmesser des Zapfens 25 eingeschränkt. Die

Hubeinstellung kann hierbei über die Höhe des Zapfens 52 erfolgen. Die Scheibe 50 dient hierbei zur Abstützung der Ventilfeder 49, um eine Rückstellung des Ventilkörpers 30 zu gewährleisten. Fig. 5 zeigt den in Fig. 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Ventilbolzen 29 an einer dem Ventilbolzen 29 zugewandten ebenen Stirnseite 69 der Einstellscheibe 50 an. Eine von der Stirnseite 69 abgewandte weitere Stirnseite 70 der Einstellscheibe 50 ist dem Anschlagbolzen 47 zugewandt. Hierbei ist die Stirnseite 70 dem Hubanschlag 48 des Anschlagbolzens 47 zugewandt, der durch eine Kugelkappe 71 des Anschlagbolzens 47 gebildet ist. Hierdurch ist eine näherungsweise punktförmige

Anlagestelle 68 zwischen der Einstellscheibe 50 und der Kugelkappe 71 des

Anschlagbolzens 47 gebildet. Dadurch ist ein Kugel-Flächenkontakt 68 gebildet, der einen dauerhaft stabilen Hubanschlag 48 gewährleistet.

Bei den anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen können auch Variationen von einer ebenen Ausgestaltung des Hubanschlags 48 des Anschlagbolzens 47 beziehungsweise der Stirnseite 70 der Einstellscheibe 50 vorgesehen sein. Speziell können leicht konkave Flächen ausgebildet sein. Die Hubeinstellung kann bei dem anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel auch über die Höhe des Anschlagbolzens 47 und bei dem anhand der Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel über die Dicke der

Einstellscheibe 50 und/oder die Höhe des Anschlagbolzens 47 vorgegeben sein. Die Einstellscheibe 50 ist vorzugsweise als Blechstanzteil ausgebildet. Fig. 6A zeigt den in Fig. 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiels. Ferner zeigt Fig. 6B den in Fig. 6A mit X bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen Darstellung. In den Fig. 6A, 6B ist ein Zustand veranschaulicht, in dem ein relativ niedriger Raildruck p_Rai| anliegt. Im Anschlussteil 23 befindet sich hierdurch Brennstoff unter einem Raildruck p_Rai|, der sehr viel kleiner ist als ein maximaler Raildruck pRaü max:

(1 ) PRail ^{< <:} PRail_max

Der Brennstoffdruck über den Brennstoffspalt 26 ist in der Fig. 6A durch Pfeile 72 veranschaulicht. Hierbei liegt über den gesamten Brennstoffspalt 26 ein näherungsweise konstanter Brennstoffdruck p an, so dass insbesondere im Bereich des Ventilkörpers 30 der Brennstoffdruck p besteht.

Die Ventilbolzenführung, die durch die Führungsbohrung 28 der Dichthülse 25 gegeben ist, ist mit einem sehr kleinen Spiel mit einem definierten Abstand LR_/V zur

drosselplattenseitigen Stirnfläche 73 der Dichthülse 25 ausgestaltet. Hierbei ist die Länge I_FW der Führungsaufweitung vorzugsweise in axialer Richtung innerhalb des Anschlussteils 23 ausgestaltet. Der Radialspalt 26 weist eine Spaltbreite s in radialer Richtung auf, die so gewählt ist, dass an einem Spalteintritt 74 und einem Spaltaustritt 75 ein Mindestspiel für eine Klemmfreiheit besteht. Dazwischen ist die Fertigungsvorzugsform zur Ausgestaltung des Radialspalts 56 vorzugsweise so festgelegt, dass die Spaltbreite s gleich oder größer als die minimale Spaltbreite am Spaltein- und -austritt 74 und 75 ist. Dadurch wird gewährleistet, dass durch die Verformung infolge der Druckverlaufsunterschiede zwischen einer Außenseite 76 der Dichthülse 25 und einer durch die Führungsbohrung 28 gegebenen Innenseite 28 der Dichthülse 25 der kleinste Betriebsspalt immer am drosselplattenseitigen Spaltaustritt 75 liegt. Bei niedrigen Raildrücken p_Raii, wie sie in der Fig. 6a und 6b veranschaulicht sind, ist der Radialspalt 56, der den Führungsspalt 56 darstellt, in der Richtung 37 mit konstanter Spaltbreite s ausgeführt. Hierdurch sind die Fläche der Führungsbohrung 28 und die Fläche der Außenseite 77 jeweils zylindermantelförmig ausgestaltet und koaxial zueinander orientiert. Der Radialspalt 56 ist somit näherungsweise hohlzylinderförmig ausgestaltet. Diese idealisierte Ausgestaltung ergibt sich, da die Verformung der Dichthülse 25 durch die niedrigen Druckkräfte gering ist. Somit ergibt sich eine Laminarströmung des Brennstoffs ausgehend von dem Spalteintritt 74 durch den Radialspalt 56 in der Richtung 37. Diese Laminarströmung entlang des Radialspalts 56 mit konstanter Spaltbreite s hat zumindest näherungsweise einen linear fallenden Druckverlauf zur Folge, der durch Pfeile 79 veranschaulicht ist. Andererseits ergibt sich in dem Brennstoffspalt 26 ein konstanter Druckverlauf. Eine Leckagemenge dQ ergibt sich somit zumindest näherungsweise aus der Spaltbreite s, einer Spaltlänge L und dem Druck p am Spalteintritt 74 entsprechend der Formel (2):

(2) dQ = (s³/L)^*p

Fig. 7 zeigt den in Fig. 6A mit VII bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel. Die Dichthülse 25 weist an ihrer

Stirnfläche 73, die der Stirnseite 38 der Drosselplatte 3 zugewandt ist, eine Beißkante 78 auf. Durch die Beißkante 78 ist eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Anschlussteil

23 des Ventilraums 21 und dem druckentlasteten Raum 45 (Fig. 1 ) gewährleistet.

Insbesondere ist eine Abdichtung bezüglich des Spaltaustritts 75 (Fig. 6A) gewährleistet. Die Dichthülse 25 wird mit ihrer Beißkante 78 gegen die Drosselplatte 3 mit einer Dichtkraft gepresst. Zusammen mit der Dichtwirkung des engen Radialspalts 56 wird somit ein niedriger Rücklaufdruck p_RL ermöglicht.

Fig. 8A zeigt den in Fig. 1 mit VI bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel bei einem maximalen Raildruck p_Rai| __max. Ferner zeigt Fig. 8B den in Fig. 8A mit Y bezeichneten Ausschnitt in einer schematischen Darstellung. Während bei niedrigem Raildruck p_Rai| ein Abbau des Drucks in dem

Radialspalt 56, wie es in der Fig. 6A durch die Pfeile 79 veranschaulicht ist, erfolgt, ergibt sich bei hohem Raildruck p_Rai| __max ein gleichmäßiger Druck des Brennstoffs über den Radialspalt 56. Außerdem verringert sich bei hohem Raildruck p_Rai| = p_raii_max ein

Innendurchmesser der Dichthülse 25 im Bereich des Spaltaustritts 75. Der Radialspalt 56 verengt sich hierbei drosselplattenseitig infolge der Druckkraftunterschiede, so dass der Radialspalt am Spaltaustritt 75 sehr eng wird und im Idealfall verschwindet, das heißt gegen Null geht. Die Leckagemenge nimmt dadurch ebenfalls extrem kleine Werte dQ an.

Insbesondere kann die Leckagemenge dQ zumindest näherungsweise verschwinden. Der sich auf Grund der Laminarströmung einstellende Druckverlust entlang der Führung hat somit idealisiert einen rechteckigen Verlauf, wie es durch die Pfeile 79 in der Fig. 8A veranschaulicht ist. Durch eine geometrische Abstimmung des Außendurchmessers des Ventilbolzens 29, des Innendurchmessers der Dichthülse 25, des Außendurchmessers der Dichthülse 25, des Fertigungsspiels und der Länge L_Fw der Führungsaufweitung am Spaltaustritt 75 sowie der Länge L des Radialspalts 56 kann eine klemmfreie Führung bei gleichzeitig minimalster Leckagemenge erzielt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche

1 . Brennstoffeinspritzventil (1 ), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Steuerventil (20) und einem Steuerraum (17), wobei der Steuerraum (17) über eine Abiaufbohrung (18) mit einem Ventilraum (21 ) des Steuerventils (20) verbunden ist, wobei in dem Ventilraum (21 ) ein Ventilbolzen (29) und ein Federelement (35) angeordnet sind und wobei der Ventilbolzen (29) einen Ventilkörper (30) aufweist, der mit einer Ventilsitzfläche (27) zusammen wirkt, dadurch gekennzeichnet,

dass in dem Ventilraum (21 ) eine Dichthülse (25) angeordnet ist, in der der Ventilbolzen (29) geführt ist, dass das Federelement (35) seitlich neben dem Ventilkörper (30) des Ventilbolzens (29) vorbeigeführt ist und dass sich das Federelement (35) einerseits im Bereich der Ventilsitzfläche (27) und andererseits an der Dichthülse (35) abstützt.

2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Federelement (35) den Ventilkörper (30) im Bereich der Ventilsitzfläche (27) hintergreift und dass das Federelement (35) einerseits an der Ventilsitzfläche (27) abgestützt ist.

3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Federelement (35) mehrere Längsschlitze (39) aufweist, die zumindest im Bereich des Ventilkörpers (30) an dem Federelement (35) ausgestaltet sind,

oder

dass das Federelement (35) mehrere Umfangsschlitze (61 , 62) aufweist, die zumindest im Bereich des Ventilkörpers (30) vorgesehen sind.

4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Abiaufbohrung (18) an einer der Ventilsitzfläche (27) gegenüberliegenden

Zulaufseite (23) des Ventilraums (21 ) in den Ventilraum (21 ) mündet, dass an einer Außenseite (76) der Dichthülse (25) ein ringförmiger Brennstoffspalt (26) ausgebildet ist, über den Brennstoff von der Abiaufbohrung (18) zu der Ventilsitzfläche (27) führbar ist, dass die Dichthülse (25) eine mittige Führungsbohrung (28) aufweist, in der der Ventilbolzen (29) geführt ist, dass zwischen dem Ventilbolzen (29) und der Führungsbohrung (28) der Dichthülse (25) ein Radialspalt (56) gebildet ist und dass zumindest im Bereich der

Zulaufseite (23) des Ventilraums (21 ) ein minimaler Radialspalt (s) vorgegeben ist.

5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Dichthülse (25) an der Zulaufseite (23) eine Stirnseite (73) mit einer Beißkante (78) aufweist.

6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein druckentlasteter Raum (45) vorgesehen ist, der an eine der Ventilsitzfläche (27) gegenüberliegende Zulaufseite (23) des Ventilraums (21 ) angrenzt, und dass der in der Dichthülse (25) geführte Ventilbolzen (29) von dem druckentlasteten Raum (45) her druckentlastet ist.

7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass in dem druckentlasteten Raum (45) ein Hubanschlag (48) vorgesehen ist, der einen Öffnungshub des Ventilkörpers (30) des Ventilbolzens (29) in Bezug auf die Ventilsitzfläche (27) begrenzt.

8. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Hubanschlag (48) an einem Anschlagbolzen (47) ausgestaltet ist und

- dass der Anschlagbolzen (47) schwenkbar in dem druckentlasteten Raum (45) gelagert ist oder

- dass der Hubanschlag (48) des Anschlagbolzens (47) durch eine Kugelkappe (71 ) des Anschlagbolzens (47) gebildet ist oder

- dass der Ventilbolzen (29) eine dem Hubanschlag (48) zugewandte Kugelkappe (67) aufweist.

9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine in dem druckentlasteten Raum (45) angeordnete Einstellscheibe (50) vorgesehen ist, die eine Einstellung des Öffnungshubs des Ventilkörpers (30) ermöglicht.

10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein in dem druckentlasteten Raum (45) angeordnetes Federelement (49) vorgesehen ist, das die Einstellscheibe (50) gegen den Ventilkörper (30) beaufschlagt.