WO2012113588A1 - Ventil für eine komponente eines kraftstoffeinspritzsystems sowie kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2012113588A1
WO2012113588A1 PCT/EP2012/050239 EP2012050239W WO2012113588A1 WO 2012113588 A1 WO2012113588 A1 WO 2012113588A1 EP 2012050239 W EP2012050239 W EP 2012050239W WO 2012113588 A1 WO2012113588 A1 WO 2012113588A1
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valve
valve member
annular groove
gap
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PCT/EP2012/050239
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Matthias Schnell
Michael Domhan
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M45/02Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086Having more than one injection-valve controlling discharge orifices

Definitions

  • the invention relates to a valve for a component of a fuel injection system, in particular of a common rail injection system, having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a fuel injector for a fuel injection system, in particular a common fuel injection system. Rail injection system, with such a valve.
  • valves are used in various components, in which, for example, designed as a valve needle hubbewavonliches valve member is guided over a formed in a valve body guide with very close game.
  • the clearance for minimizing the leakage is selected to be as small as possible.
  • FIGS. 1a and 1b the undesirable deposit formation on the example of a lifting valve member 1 designed as a valve needle is shown, which is accommodated in a guide 8 of a valve body 7.
  • the arrow indicates the direction of movement 18 of the valve member 1.
  • the valve limb 1 At a corresponding movement, the valve limb 1, however, prevented by a coating 17 formed on the valve member 1.
  • the pad 17 may form below the guide 8 (see FIG. 1 a), so that the valve member 1 is stuck in its lower end position, or it may form above the guide 8 (see FIGS ), so that the valve member 1 is stuck in its upper end position.
  • the invention has for its object to provide a valve for a component of a fuel injection system with a liftable guided valve member, which is as insensitive to a deposit formation in the guide region of the valve member.
  • the proposed valve comprises a hubbeweglich guided valve member, the lifting movement causes a discharge of a pressure chamber when lifting a formed on the valve member sealing surface of a valve seat.
  • a peripheral surface of the valve member acts together with a guide formed in a valve body or a guide member received in the valve member forming a guide gap.
  • the guide gap experiences a radial widening in at least one end section through an annular groove formed in the valve member, in the guide or in the guide element, which extends in the axial direction beyond the guide gap.
  • the annular groove is thus formed in a particularly critical with respect to an undesirable deposit formation area, namely in an end portion of the guide gap between the valve member and the guide or the guide member received in the valve member.
  • the annular groove can prevent jamming of the valve member due to the radial widening of the guide gap.
  • the annular groove preferably extends at least by a stroke corresponding to the stroke of the valve member h beyond the guide gap.
  • the valve member is a liftably guided in the guide of the valve body valve needle.
  • the annular groove is formed on the outer peripheral side on the valve needle or on the inner peripheral side in the region of the guide. This means that the annular groove can be formed both on the movable valve member and on the fixed valve body. If the annular groove is formed, for example, on the valve needle, this leads to the release of a valve needle area, which dips into the guide when the valve is opened. Due to the release, a coating forming in this area can not hinder the movement of the valve needle.
  • the valve member is a valve sleeve receiving the guide element.
  • the annular groove is preferably formed on the outer peripheral side of the guide element.
  • the guide element may be, for example, an anchoring needle or an anchor bolt of an armature arrangement of a solenoid valve.
  • a valve with a liftable valve member and a guide or a guide element is further proposed, in which the guide gap between the valve member and the guide or the guide element is a guide play ⁇ possesses.
  • the annular groove has a depth t which is greater than the guide clearance of the guide gap. Further preferably, the depth t is five to fifty times the guide play. This ensures that a coating, for example, the Strength of the guide game has, the movement of the valve member is not hampered.
  • the annular groove has a width b which is greater than or at least equal to the depth t.
  • the width b is less than sixty times the depth t.
  • the annular groove should preferably extend beyond the guide gap at least by the distance h corresponding to the stroke.
  • the annular groove preferably has parallel groove flanks, which furthermore preferably extend perpendicular to the respective peripheral surface. Along the line of intersection of the groove flanks with the peripheral surface, ring edges delimiting the annular groove thus form whose boundary surfaces enclose an angle of 90 °.
  • the annular groove widens toward the bottom of the groove. This means that the groove flanks do not run perpendicular to the peripheral surface, but undercut the ring edges. The boundary surfaces of the annular edges thus enclose an angle ⁇ 90 °.
  • At least one annular edge delimiting the annular groove has an edge radius r ⁇ 0.5 mm or a chamfer ⁇ 0.2 mm.
  • the annular groove extends in at least one end position of the valve member by a measure Ü in the guide gap or beyond the guide gap.
  • the measure Ü is preferably at least the simple guide game.
  • the stroke of the valve member and the width b of the annular groove are further preferred to be selected such that the stroke takes place within the range of the annular groove, so that there is always an overlap of the annular groove with an annular gap delimiting the guide gap on the circumferential surface opposite the annular groove.
  • a fuel injector for a fuel injection system in particular a common rail injection system, with a valve according to the invention vorge beat.
  • the valve can serve, for example, as a control valve for controlling a nozzle needle of the injector.
  • the valve can serve as an injection valve for the injection of fuel. This means that the injector itself is designed as a valve according to the invention.
  • the nozzle body then forms the valve body and the nozzle needle, the valve member in the liftable guided valve member.
  • 1a, b are each a longitudinal section through the guide region of a valve member of a valve known from the prior art
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the guide region of a valve member of a first valve according to the invention
  • 3a-c are each a longitudinal section through the guide region of a valve member of a second valve according to the invention
  • 4a-c are each a longitudinal section through the guide region of a valve member, a third valve according to the invention.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a fifth valve according to the invention
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a first fuel injector according to the invention
  • Fig. 8 is a longitudinal section through a second fuel injector according to the invention.
  • valve member 1 of the valve according to the invention shown in Fig. 2 at its outer peripheral surface 5, which with the guide. 8 forming a guide gap 10 cooperating, an annular groove 13.
  • the annular groove 13 has perpendicular to the outer peripheral surface 5 and a groove bottom 15 extending groove flanks 14, wherein the arrangement of the annular groove 13 with a width b and a depth t in such a way that they are in a first end position of the valve member 1 by a measure Üi in the guide gap 10 extends and extending into a second end position of the valve member 1 by an amount T 2 over the guide gap 10 addition.
  • the valve member 1 executes a stroke h corresponding to the dimension h. That is, the stroke of the valve member 1 within the width b of the annular groove 13 is completed.
  • the guide gap 10 undergoes a radial widening in an upper end section 11, which prevents jamming of the valve member 1 during a deposit formation on the valve member 1 and / or on the valve body 7.
  • the direction of movement 18 of the present needle-shaped valve member 1 when opening is indicated by the arrow.
  • the radial widening of the guide gap 10 can also be provided via the annular groove 13 in a lower end section 12.
  • the direction of movement 18 of the needle-shaped valve member 1 during opening is then reversed (see FIGS. 3a and 3b).
  • the annular groove 13 also has parallel groove flanks 14 and a groove bottom 15 here.
  • the annular groove 13 may have a cross-section which widens toward the groove bottom 15.
  • the annular groove 13 bounding annular edges 16 would then be undercut by the groove flanks 14.
  • FIGS. 3b and 3c which shows the valve member 1 in its two end positions, the annular groove 13 prevents jamming of the valve member 1 when a lifting movement is carried out.
  • valve member 1 By the release of the valve member 1 via the annular groove 13 prevents the valve body 7 and / or on Valve member 1 adhering pads 17, which are thicker than the guide play between the valve member 1 and the guide 8 of the valve body 7, hinder the movement of the valve member 1 upwards.
  • FIGS. 4a to 4c The example of a valve according to the invention shown in FIGS. 4a to 4c has a sleeve-shaped lift-movable valve member 1, in which a guide element 9 is accommodated.
  • an inner peripheral surface 6 of the sleeve-shaped valve member 1 interacts with the guide element 9 to form a guide gap 10.
  • the annular groove 13 is formed on the guide element 9, so that the guide gap 10 undergoes a radial expansion in its upper end portion 11.
  • To open the sleeve-shaped valve member moves upward (see direction of movement 18 indicated by arrow).
  • the annular groove 13 can prevent jamming of the valve member 1.
  • the further valve according to the invention shown in FIG. 5 is designed as a solenoid valve and comprises a coil arrangement 19, which cooperates with an armature 20.
  • the armature 20 is connected to a valve member 1 which is guided in a liftable manner via a guide 8 formed in a valve body 7.
  • the valve member 1 is shown in the closed position, wherein a formed on the valve member 1 conical sealing surface 3 sealingly cooperates with a formed in the valve body 7 valve seat 4, so that in a pressure chamber 2, a pressure build-up is possible.
  • the valve member 1 is guided over a pin-like projection in the guide 8, wherein the valve member 1 in the region between the pin-like projection and the sealing surface 3 has a reduced diameter.
  • the pin-like projection of the valve member 1 interacts with the guide 8 of the valve body 7 a guide gap 10 forming together.
  • the guide gap 10 experiences in an upper end portion 11 formed by an annular groove 13 formed within the guide 8, a radial expansion, which counteracts jamming of the valve member 1 when performing a stroke movement caused by pads 17 in the guide region of the valve member 1.
  • FIG. 6 Another designed as a solenoid valve according to the invention valve is shown in FIG. 6.
  • the armature 20 is connected to a sleeve-shaped valve member 1, the inner circumferential surface 6 of which is provided with a bolt-shaped guide element 9 of a NEN guide gap 10 cooperating forming.
  • a bolt-shaped guide element 9 of a NEN guide gap 10 cooperating forming.
  • the bolt-shaped guide element 9 has, in the region of the upper end section 11 of the guide gap 10, an annular groove 13 through which the guide gap 10 undergoes a radial widening.
  • FIG. 7 is a first fuel according to the invention! to remove the ejector, which has a solenoid valve as a control valve.
  • the solenoid valve comprises a coil arrangement 19, which cooperates with a liftable armature 20 in such a way that, when the coil arrangement 19 is energized, the armature 20 moves in the direction of the coil arrangement 19 due to a magnetic field that builds up. If the energization of the coil assembly 19 is completed, the armature 20 is returned by a spring 21 to its original position.
  • the armature 20 is connected to a sleeve-shaped valve member 1, the sealing surface 3 is lifted during a lifting movement of the armature 20 of a valve seat 4, so that a pressure chamber 2 is relieved.
  • the pressure chamber 2 is connected via a throttle 22 to a control chamber 23, so that with opening of the valve and the pressure in the control chamber 23 drops.
  • This allows an opening stroke of a nozzle needle 24, which limits the control chamber 23 with an end face.
  • the opening stroke of the nozzle needle 24 releases at least one injection opening 25 formed in a nozzle body 26.
  • the sleeve-shaped valve member 1 of the solenoid valve is pressure-balanced, since there are substantially no hydraulic forces acting in the axial direction on the valve member 1.
  • the danger of a deposit formation in the guide region of the valve member 1 is particularly high in the case of pressure-balanced valves.
  • the guide area comprises the inner peripheral surface 6 of the sleeve-shaped valve member 1 and a bolt-shaped guide element 9 accommodated in the valve member 1.
  • an annular groove 13 is formed on the guide element 9. The annular groove 13 extends from the guide area to the upper end of the guide element.
  • FIG. 8 A modification of the fuel! Njektors of FIG. 7 is shown in FIG. 8. It also has a solenoid valve as a control valve, wherein the solenoid valve in turn comprises a coil assembly 19 and an armature 20 connected to a sleeve-shaped valve member 1. To guide the valve member 1, this takes a bolt-shaped Guide element 9. Between the guide member 9 and the valve member 1, a guide gap 10 is formed, which undergoes a radial extension via an annular groove 13 formed in the guide element 9 in an upper end portion 11. To the annular groove 13 of the guide element 9 is followed in the axial direction, a section of increased diameter.
  • FIG. 9 is another fuel according to the invention! to remove the ejector.
  • the nozzle needle 24 forms the valve member 1, which is guided in a guide 8 of the valve body 7 and the nozzle body 26 hubbeweglich.
  • a sealing surface 3 of the nozzle needle 24 lifts off from a valve seat 4 and in this way establishes a hydraulic connection between a pressure chamber 2 and at least one injection opening 25.
  • a guide gap 10 is formed between the nozzle needle 24 and the guide 8.
  • the guide gap 10 undergoes a radial widening by means of an annular groove 13 formed in an outer peripheral surface 5 of the nozzle needle 24. This prevents adhering to the nozzle needle 24 or on the nozzle body 26 pads cause jamming of the nozzle needle 24 in carrying out a lifting movement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend ein hubbeweglich geführtes Ventilglied (1), dessen Hubbewegung eine Entlastung eines Druckraumes (2) bei Abheben einer am Ventilglied (1) ausgebildeten Dichtfläche (3) von einem Ventilsitz (4) bewirkt, wobei eine Umfangsfläche (5, 6) des Ventilgliedes (1) mit einer in einem Ventilkörper (7) ausgebildeten Führung (8) oder einem im Ventilglied (1) aufgenommenen Führungselement (9) einen Führungsspalt (10) bildend zusammenwirkt. Erfindungsgemäß erfährt der Führungsspalt (10) in wenigstens einem Endabschnitt (11, 12) eine radiale Aufweitung durch eine im Ventilglied (1), in der Führung (8) oder im Führungselement (9) ausgebildeten Ringnut (13), welche sich in axialer Richtung über den Führungsspalt (10) hinaus erstreckt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einem solchen Ventil.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil für eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems sowie Kraftstoffinjektor Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem solchen Ventil.
Stand der Technik
In aktuellen Common-Rail-Einspritzsystemen werden in verschiedenen Komponenten Ventile eingesetzt, bei dem beispielsweise ein als Ventilnadel ausgebildetes hubbe- wegliches Ventilglied über eine in einem Ventilkörper ausgebildete Führung mit sehr engem Spiel geführt wird. Insbesondere bei druckausgeglichenen Ventilen, das heißt bei Ventilen, an deren Ventilglied in Schließstellung im Wesentlichen keine in Bewegungsrichtung des Ventilgliedes wirksame hydraulische Kraft anliegt, wird das Spiel zur Minimierung der Leckage möglichst klein gewählt. Da sich bei Verwendung bestimmter Kraftstoffsorten und/oder bei hohen Temperaturen an den jeweiligen Führungsflächen
Beläge aufgrund Kraftstoffablagerungen bilden können, kann die Beweglichkeit des Ventilgliedes eingeschränkt sein. Bei druckausgeglichenen Ventilen entstehen im Bereich der Führung bedingt durch den Druckabbau von Raildruck auf Rücklaufdruck besonders hohe Temperaturen, so dass dort die Belagbildung besonders kritisch ist.
In den Fig. la und lb ist die unerwünschte Belagbildung an dem Beispiel eines als Ventilnadel ausgeführten hubbeweglichen Ventilgliedes 1 dargestellt, das in einer Führung 8 eines Ventilkörpers 7 aufgenommen ist. Der Pfeil deutet die Bewegungsrichtung 18 des Ventilgliedes 1 an. An einer entsprechenden Bewegung wird das Ventil- glied 1 jedoch durch einen sich am Ventilglied 1 gebildeten Belag 17 gehindert. In Abhängigkeit von der konkreten Ausführungsform des Ventils kann sich der Belag 17 unterhalb der Führung 8 bilden (siehe Fig. la), so dass das Ventilglied 1 in seiner unteren Endlage klemmt, oder er kann sich oberhalb der Führung 8 bilden (siehe Fig. lb), so dass das Ventilglied 1 in seiner oberen Endlage klemmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventil für eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem hubbeweglich geführten Ventilglied zu schaffen, das möglichst unempfindlich gegenüber einer Belagbildung im Führungsbereich des Ventilgliedes ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftstoff! njektor mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Offenbarung der Erfindung
Das vorgeschlagene Ventil umfasst ein hubbeweglich geführtes Ventilglied, dessen Hubbewegung eine Entlastung eines Druckraumes bei Abheben einer am Ventilglied ausgebildeten Dichtfläche von einem Ventilsitz bewirkt. Eine Umfangsfläche des Ventilgliedes wirkt dabei mit einer in einem Ventilkörper ausgebildeten Führung oder einem im Ventilglied aufgenommenen Führungselement einen Führungsspalt bildend zusammen. Erfindungsgemäß erfährt der Führungsspalt in wenigstens einem Endabschnitt eine radiale Aufweitung durch eine im Ventilglied, in der Führung oder im Führungselement ausgebildete Ringnut, welche sich in axialer Richtung über den Führungsspalt hinaus erstreckt. Die Ringnut ist somit in einem im Hinblick auf eine unerwünschte Belagbildung besonders kritischen Bereich ausgebildet, nämlich in einem Endabschnitt des Führungsspaltes zwischen dem Ventilglied und der Führung bzw. dem im Ventilglied aufgenommenen Führungselement. Kommt es dort zu einer Belagbildung, kann die Ringnut aufgrund der radialen Aufweitung des Führungsspaltes ein Verklemmen des Ventilgliedes verhindern. Dadurch, dass sich die Ringnut zudem über den Führungsspalt hinaus erstreckt, bleibt der jeweilige Endabschnitt des Führungsspaltes auch bei einer Hubbewegung des Ventilgliedes erweitert. Um ein Verklemmen über den gesamten Hub des Ventilgliedes zu verhindern, erstreckt sich die Ringnut bevorzugt wenigstens um ein dem Hub des Ventilgliedes entsprechendes Maß h über den Führungsspalt hinaus.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilglied eine in der Führung des Ventilkörpers hubbeweglich geführte Ventilnadel. Die Ringnut ist dabei außenumfangsseitig an der Ventilnadel oder innenumfangsseitig im Bereich der Führung ausgebildet. Das heißt, dass die Ringnut sowohl am beweglichen Ventilglied als auch am feststehenden Ventilkörper ausgebildet sein kann. Ist die Ringnut beispielsweise an der Ventilnadel ausgebildet, führt dies zur Freistellung eines Ventilnadelbereichs, der beim Öffnen des Ventils in die Führung eintaucht. Aufgrund der Freistellung kann ein sich in diesem Bereich bildender Belag die Bewegung der Ventilnadel nicht behindern.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilglied eine das Führungselement aufnehmende Ventilhülse. Die Ringnut ist dabei bevorzugt außenumfangsseitig am Führungselement ausgebildet. Das Führungselement kann beispielsweise eine Ankernadel oder ein Ankerbolzen einer Ankeranordnung eines Magnetventils sein. Durch die Ringnut am Führungselement ist eine den Führungsspalt begrenzende Innenumfangsfläche der Ventilhülse freigelegt, so dass ein sich an der Ventilhülse bildender Belag bis in den Führungsspalt hinein ziehen kann. Indem sich die Ringnut jedoch über den Führungsspalt hinaus erstreckt, bleibt ein ausreichender Bewegungsraum für die Ventilhülse erhalten. Entsprechendes gilt in Bezug auf einen sich am Führungselement ausbildenden Belag.
Da die Vorteile der Erfindung insbesondere bei Ventilen mit kleinem Führungsspiel zum Tragen kommt, wird ferner ein Ventil mit einem hubbeweglichen Ventilglied und einer Führung bzw. einem Führungselement vorgeschlagen, bei welchem der Führungsspalt zwischen dem Ventilglied und der Führung bzw. dem Führungselement ein Führungsspiel < 10 μηι besitzt.
Vorzugsweise besitzt die Ringnut eine Tiefe t, die größer als das Führungsspiel des Führungsspalts ist. Weiterhin vorzugsweise beträgt die Tiefe t das fünf- bis fünfzigfache des Führungsspiels. Dadurch ist sichergestellt, dass ein Belag, der beispielsweise die Stärke des Führungsspiels besitzt, die Bewegung des Ventilgliedes nicht zu behindern vermag.
Des Weiteren vorzugsweise besitzt die Ringnut eine Breite b, die größer als oder zumindest gleich groß wie die Tiefe t ist. Vorzugsweise beträgt die Breite b weniger als das sechzigfache der Tiefe t. Die Ringnut sollte sich dabei bevorzugt wenigstens um das dem Hub entsprechende Maß h über den Führungsspalt hinaus erstrecken. Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, dass ein Verklemmen des Ventilgliedes über den gesamten Hubbereich verhindert wird.
Die Ringnut besitzt bevorzugt parallel verlaufende Nutflanken, die weiterhin bevorzugt senkrecht zur jeweiligen Umfangsfläche verlaufen. Entlang der Schnittlinie der Nutflanken mit der Umfangsfläche bilden sich somit die Ringnut begrenzende Ringkanten aus, deren Begrenzungsflächen einen Winkel von 90° umschließen. Alternativ wird vorgeschlagen, dass sich die Ringnut zum Nutgrund hin aufweitet. Das heißt, dass die Nutflanken nicht senkrecht zur Umfangsfläche verlaufen, sondern die Ringkanten hinterschneiden. Die Begrenzungsflächen der Ringkanten umschließen demnach einen Winkel < 90°. Durch eine möglichst scharfkantige Ausführung der die Ringnut begrenzenden Ringkanten können die Einflüsse von Belägen im Bereich der Kante gering gehalten werden.
Vorteilhafterweise besitzt demnach wenigstens eine die Ringnut begrenzende Ringkante einen Kantenradius r < 0,5 mm oder eine Fase < 0,2 mm.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass sich die Ringnut in wenigstens einer Endlage des Ventilgliedes um ein Maß Ü in den Führungsspalt hinein oder über den Führungsspalt hinaus erstreckt. Das Maß Ü beträgt dabei vorzugsweise mindestens das einfache Führungsspiel. Der Hub des Ventilgliedes und die Breite b der Ringnut sind weiterhin bevorzugt derart zu wählen, dass der Hub innerhalb des Bereiches der Ringnut erfolgt, so dass stets eine Überdeckung der Ringnut mit einer den Führungsspalt begrenzenden Ringkante an der der Ringnut gegenüberliegenden Umfangsfläche gegeben ist.
Darüber hinaus wird ein Kraftstoff injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Ventil vorge- schlagen. Das Ventil kann beispielsweise als Steuerventil zur Ansteuerung einer Düsennadel des Injektors dienen. Darüber hinaus kann das Ventil als Einspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff dienen. Das heißt, dass der Injektor selbst als erfindungsgemäßes Ventil ausgebildet ist. Der Düsenkörper bildet dann den Ventilkörper und die Düsennadel das im Ventilkörper hubbeweglich geführte Ventilglied aus.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1a, b jeweils einen Längsschnitt durch den Führungsbereich eines Ventilgliedes eines aus dem Stand der Technik bekannten Ventils,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Führungsbereich eines Ventilgliedes eines ersten erfindungsgemäßen Ventils,
Fig. 3a-c jeweils einen Längsschnitt durch den Führungsbereich eines Ventilgliedes eines zweiten erfindungsgemäßen Ventils,
Fig. 4a-c jeweils einen Längsschnitt durch den Führungsbereich eines Ventilgliedes ein dritten erfindungsgemäßes Ventils,
Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein viertes erfindungsgemäßes Ventil,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein fünftes erfindungsgemäßes Ventil,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor und
Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Zwecks Vermeidung von Wiederholungen wird im Hinblick auf die Figuren 1a und 1 b auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Um bei einer Belagbildung entsprechend der Figuren la und lb ein Verklemmen des nadeiförmigen hubbeweglichen Ventilgliedes 1 in der Führung 8 des Ventilkörpers 7 zu verhindern, weist das Ventilglied 1 des in der Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ventils an seiner Außenumfangsfläche 5, welche mit der Führung 8 einen Führungsspalt 10 bildend zusammenwirkt, eine Ringnut 13 auf. Die Ringnut 13 besitzt senkrecht zur Außenumfangsfläche 5 und einem Nutgrund 15 verlaufende Nutflanken 14, wobei die Anordnung der Ringnut 13 mit einer Breite b und einer Tiefe t in der Weise erfolgt, dass sie in einer ersten Endlage des Ventilgliedes 1 sich um ein Maß Üi in den Führungsspalt 10 hinein erstreckt und in einer zweiten Endlage des Ventilgliedes 1 sich um ein Maß Ü2 über den Führungsspalt 10 hinaus erstreckt. Beim Wechsel von einer Endlage in die andere führt das Ventilglied 1 einen dem Maß h entsprechenden Hub aus. Das heißt, dass der Hub des Ventilgliedes 1 innerhalb der Breite b der Ringnut 13 vollzogen wird. Durch die Ringnut 13 erfährt der Führungsspalt 10 in einem oberen Endabschnitt 11 eine radiale Aufweitung, welche ein Verklemmen des Ventilgliedes 1 bei einer Belagbildung am Ventilglied 1 und/oder am Ventilkörper 7 verhindert. Die Bewegungsrichtung 18 des vorliegend nadeiförmigen Ventilgliedes 1 beim Öffnen wird durch den Pfeil angezeigt.
In Abhängigkeit von der konkreten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils kann die radiale Aufweitung des Führungsspalts 10 über die Ringnut 13 auch in einem unteren Endabschnitt 12 vorgesehen sein. Die Bewegungsrichtung 18 des nadeiförmigen Ventilgliedes 1 beim Öffnen ist dann umgekehrt (siehe Fig. 3a und 3b). Die Ringnut 13 weist auch hier parallele Nutflanken 14 und einen Nutgrund 15 auf. Alternativ kann die Ringnut 13 einen Querschnitt aufweisen, der sich zum Nutgrund 15 hin aufweitet. Die Ringnut 13 begrenzende Ringkanten 16 würden dann von den Nutflanken 14 hinterschnitten. Wie den Fig. 3b und 3c zu entnehmen ist, welche das Ventilglied 1 in seinen beiden Endlagen zeigt, verhindert die Ringnut 13 ein Verklemmen des Ventilgliedes 1 bei Ausführen einer Hubbewegung. Durch die Freistellung des Ventilgliedes 1 über die Ringnut 13 wird verhindert, dass am Ventilkörper 7 und/oder am Ventilglied 1 anhaftende Beläge 17, die dicker sind als das Führungsspiel zwischen dem Ventilglied 1 und der Führung 8 des Ventilkörpers 7, die Bewegung des Ventilgliedes 1 nach oben behindern.
Das in den Fig. 4a bis 4c dargestellte Beispiel eines erfindungsgemäßen Ventils weist ein hülsenförmiges hubbewegliches Ventilglied 1 auf, in welchem ein Führungselement 9 aufgenommen ist. Vorliegend wirkt eine Innenumfangsfläche 6 des hülsenför- migen Ventilgliedes 1 mit dem Führungselement 9 einen Führungsspalt 10 bildend zusammen. Die Ringnut 13 ist am Führungselement 9 ausgebildet, so dass der Führungsspalt 10 in seinem oberen Endabschnitt 11 eine radiale Aufweitung erfährt. Zum Öffnen bewegt sich das hülsenförmige Ventilglied nach oben (siehe durch Pfeil angedeutete Bewegungsrichtung 18). Bei der Bildung von Belägen 17 am hülsenförmigen Ventilglied 1 und/oder am Führungselement 9 vermag die Ringnut 13 ein Verklemmen des Ventilgliedes 1 zu verhindern.
Das in der Fig. 5 dargestellte weitere erfindungsgemäße Ventil ist als Magnetventil ausgelegt und umfasst eine Spulenanordnung 19, welche mit einem Anker 20 zusammenwirkt. Der Anker 20 ist mit einem Ventilglied 1 verbunden, das über eine in einem Ventilkörper 7 ausgebildete Führung 8 hubbeweglich geführt ist. In Fig. 5 ist das Ventilglied 1 in Schließstellung dargestellt, wobei eine am Ventilglied 1 ausgebildete konisch verlaufende Dichtfläche 3 mit einem im Ventilkörper 7 ausgebildeten Ventilsitz 4 dichtend zusammenwirkt, so dass in einem Druckraum 2 ein Druckaufbau möglich ist. Das Ventilglied 1 ist über einen zapfenartigen Ansatz in der Führung 8 geführt, wobei das Ventilglied 1 im Bereich zwischen dem zapfenartigen Ansatz und der Dichtfläche 3 einen verringerten Durchmesser besitzt. Der zapfenartige Ansatz des Ventilgliedes 1 wirkt mit der Führung 8 des Ventilkörpers 7 einen Führungsspalt 10 bildend zusammen. Der Führungsspalt 10 erfährt in einem oberen Endabschnitt 11 durch eine innerhalb der Führung 8 ausgebildete Ringnut 13 eine radiale Aufweitung, welche einem Verklemmen des Ventilgliedes 1 bei Ausführen einer Hubbewegung bedingt durch Beläge 17 im Führungsbereich des Ventilgliedes 1 entgegen wirkt.
Ein weiteres als Magnetventil ausgebildetes erfindungsgemäßes Ventil ist in der Fig. 6 dargestellt. Der Anker 20 ist vorliegend mit einem hülsenförmigen Ventilglied 1 verbunden, dessen Innenumfangsfläche 6 mit einem bolzenförmigen Führungselement 9 ei- nen Führungsspalt 10 bildend zusammenwirkt. In einem oberen Endabschnitt (11) des Führungsspalts 10 kann es zu einer Belagbildung kommen. Um die Bewegung es hül- senförmigen Ventilgliedes 1 nicht zu behindern, weist das bolzenförmige Führungselement 9 im Bereich des oberen Endabschnitts 11 des Führungsspalts 10 eine Ringnut 13 auf, durch welche der Führungsspalt 10 eine radiale Aufweitung erfährt.
Der Fig. 7 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor zu entnehmen, welcher ein Magnetventil als Steuerventil besitzt. Das Magnetventil umfasst eine Spulenanordnung 19, welche mit einem hubbeweglichen Anker 20 in der Weise zusammenwirkt, dass bei einer Bestromung der Spulenanordnung 19 sich der Anker 20 aufgrund eines sich aufbauenden Magnetfeldes in Richtung der Spulenanordnung 19 bewegt. Wird die Bestromung der Spulenanordnung 19 beendet, wird der Anker 20 über eine Feder 21 in seine Ausgangslage zurückgestellt. Der Anker 20 ist mit einem hülsenförmigen Ventilglied 1 verbunden, dessen Dichtfläche 3 bei einer Hubbewegung des Ankers 20 von einem Ventilsitz 4 angehoben wird, so dass ein Druckraum 2 entlastet wird. Der Druckraum 2 ist über eine Drossel 22 mit einem Steuerraum 23 verbunden, so dass mit Öffnen des Ventils auch der Druck im Steuerraum 23 abfällt. Dies ermöglicht einen Öffnungshub einer Düsennadel 24, welche mit einer Stirnfläche den Steuerraum 23 begrenzt. Durch den Öffnungshub der Düsennadel 24 wird wenigstens eine in einem Düsenkörper 26 ausgebildete Einspritzöffnung 25 freigegeben. In Schließstellung ist das hülsenförmige Ventilglied 1 des Magnetventils druckausgeglichen, da im Wesentlichen keine in axialer Richtung wirksamen hydraulischen Kräfte am Ventilglied 1 anliegen. Wie bereits erwähnt ist bei druckausgeglichenen Ventilen die Gefahr einer Belagbildung im Führungsbereich des Ventilgliedes 1 besonders hoch. Der Führungsbereich umfasst vorliegend die Innenumfangsfläche 6 des hülsenförmigen Ventilgliedes 1 und einen im Ventilglied 1 aufgenommenes bolzenförmiges Führungselement 9. Damit eine Belagbildung im Führungsbereich nicht die Bewegung des Ventilgliedes 1 behindert, ist am Führungselement 9 eine Ringnut 13 ausgebildet. Die Ringnut 13 erstreckt sich vom Führungsbereich bis an das obere Ende des Führungselementes 9.
Eine Abwandlung des Kraftstoff! njektors der Fig. 7 ist in der Fig. 8 dargestellt. Er weist ebenfalls ein Magnetventil als Steuerventil auf, wobei das Magnetventil wiederum eine Spulenanordnung 19 und einen mit einem hülsenförmigen Ventilglied 1 verbundenen Anker 20 umfasst. Zur Führung des Ventilgliedes 1 nimmt dieses ein bolzenförmiges Führungselement 9 auf. Zwischen dem Führungselement 9 und dem Ventilglied 1 wird ein Führungsspalt 10 ausgebildet, welcher über eine im Führungselement 9 ausgebildete Ringnut 13 in einem oberen Endabschnitt 11 eine radiale Erweiterung erfährt. An die Ringnut 13 des Führungselementes 9 schließt sich in axialer Richtung ein Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser an.
Der Fig. 9 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor zu entnehmen. Bei dieser Ausführungsform bildet die Düsennadel 24 das Ventilglied 1 aus, das in einer Führung 8 des Ventilkörpers 7 bzw. des Düsenkörpers 26 hubbeweglich geführt ist. Bei einer Hubbewegung der Düsennadel 24 hebt eine Dichtfläche 3 der Düsennadel 24 von einem Ventilsitz 4 ab und stellt auf diese Weise eine hydraulische Verbindung zwischen einem Druckraum 2 und wenigstens einer Einspritzöffnung 25 her. Zwischen der Düsennadel 24 und der Führung 8 wird ein Führungsspalt 10 ausgebildet. In einem unteren Endabschnitt 11 erfährt der Führungsspalt 10 durch eine in einer Außenumfangs- fläche 5 der Düsennadel 24 ausgebildeten Ringnut 13 eine radiale Erweiterung. Diese verhindert, dass an der Düsennadel 24 oder an dem Düsenkörper 26 anhaftende Beläge zu einem Verklemmen der Düsennadel 24 bei Ausführen einer Hubbewegung führen.

Claims

Patentansprüche
1. Ventil für eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, umfassend ein hubbeweglich geführtes Ventilglied (1), dessen Hubbewegung eine Entlastung eines Druckraumes (2) bei Abheben einer am Ventilglied (1) ausgebildeten Dichtfläche (3) von einem Ventilsitz (4) bewirkt, wobei eine Umfangsfläche (5, 6) des Ventilgliedes (1) mit einer in einem Ventilkörper (7) ausgebildeten Führung (8) oder einem im Ventilglied (1) aufgenommenen Führungselement (9) einen Führungsspalt (10) bildend zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsspalt (10) in wenigstens einem Endabschnitt (11, 12) eine radiale Aufweitung durch eine im Ventilglied (1), in der Führung (8) oder im Führungselement (9) ausgebildeten Ringnut (13) erfährt, welche sich in axialer Richtung über den Führungsspalt (10) hinaus erstreckt.
2. Ventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1) eine in der Führung (8) des Ventilkörpers (7) hubbeweglich geführte Ventilnadel ist, wobei die Ringnut (13) außenumfangsseitig an der Ventilnadel oder innenumfangsseitig im Bereich der Führung (8) ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (1) eine das Führungselement (9) aufnehmende Ventilhülse ist, wobei die Ringnut (13) bevorzugt außenumfangsseitig am Führungselement (9) ausgebildet ist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsspalt (10) ein Führungsspiel < 10 μηι besitzt.
5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (13) eine Tiefe (t) besitzt, die größer als das Führungsspiel des Führungsspalts (10) ist und vorzugsweise das fünf- bis fünfzigfache des Führungsspiels beträgt.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (13) eine Breite (b) besitzt, die größer als oder zumindest gleich groß wie die Tiefe (t) ist und vorzugsweise weniger als das sechzigfache der Tiefe (t) beträgt.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (13) parallel verlaufende Nutflanken (14) besitzt oder sich zum Nutgrund (15) hin aufweitet.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine die Ringnut (13) begrenzende Ringkante (16) einen Kantenradius (r) < 0,5 mm oder eine Fase < 0,2 mm besitzt.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ringnut (13) in wenigstens einer Endlage des Ventilgliedes (1) um ein Maß Ü in den Führungsspalt hinein oder über den Führungsspalt hinaus erstreckt, wobei das Maß Ü vorzugsweise mindestens das einfache Führungsspiel beträgt.
10. Kraftstoff! njektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common- Rail- Einspritzsystem, mit einem Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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