Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem kopfseitig angeordneten
Schaltventil. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
[0002] Aus der
DE 199 56 522 A1 ist ein Injektor zum Einspritzen eines unter hohem Druck stehenden Fluids mittels
einer Düse bekannt. Der bekannte Injektorkörper umfasst eine Hochdruckzulaufleitung
sowie einen drucklosen Ablauf. Ferner enthält der Injektorkörper ein Magnetventil,
welches zur Ansteuerung der Düse dient. In dem Injektorkörper ist eine sich axial
erstreckende Hülse bewegbar aufgenommen, deren eine Stirnseite mittels eines Ventils
ansteuerbar ist und deren andere Stirnseite einen Steuerraum begrenzt, in welchen
ein Abzweig eines Hochdruckzulaufs mündet.
[0003] Der aus der
DE 199 56 522 A1 bekannte Injektor hat den Nachteil, dass die Ausgestaltung relativ aufwändig ist.
Speziell hat in einem Durchmesserbereich, der sich im Injektorkörper von einer Ablaufdrossel
im oberen Bereich zu einem Kegelsitzanschlag im Bereich der Düse erstreckt, die Hülse
im Injektorkörper ein Spiel von mehr als 0,01 mm, wobei der Durchmesser der Bohrung
in der sich axial erstreckenden Hülse im Bereich von 1,5 mm liegt. Und in dem sich
vom Kegelsitzanschlag bis zur Hülsenstirnseite erstreckenden Durchmesserbereich ist
die Hülse annähernd spielfrei gelagert und zwar mit einem Spiel von weniger als 0,01
mm, was sehr hohe Anforderungen an die Rundlaufgenauigkeit und die Bearbeitungsgüte
des Hülsenbauteils stellt.
Offenbarung der Erfindung
[0004] Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1
hat den Vorteil, dass die Herstellbarkeit, insbesondere in Bezug auf eine Steuerraumbohrung,
verbessert ist, wobei eine kopfseitige Anordnung des Schaltventils in dem Brennstoffeinspritzventil
möglich ist.
[0005] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
des im Anspruchs 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
[0006] Vorteilhaft ist es, dass das Füllstück zumindest abschnittsweise stabförmig ausgestaltet
ist und dass sich das Füllstück zumindest abschnittsweise durch die Steuerraumbohrung
des Haltekörpers erstreckt. Dabei kann das Füllstück in der Steuerraumbohrung abschnittsweise
einen drei- oder mehreckigen Querschnitt aufweisen, so dass eine oder mehrere Haltekanten
gebildet sind. Mit der Haltekante kann das Füllstück eine Presspassung mit der Steuerraumbohrung
bilden, um eine zuverlässige Befestigung des Füllstücks in der Steuerraumbohrung zu
erzielen. Dadurch ist das Füllstück in axialer Richtung fixiert.
[0007] Andererseits kann es auch vorteilhaft sein, dass das Füllstück in der Steuerraumbohrung
axial verschiebbar ist. Dies hat den Vorteil, dass sich Druckänderungen, die von dem
Schaltventil zum Ansteuern der Düsennadel erzeugt sind, auch oder sogar im Wesentlichen
in einer Verschiebung des Füllstücks in der Steuerraumbohrung auswirken. Dadurch kann
eine Drosselwirkung reduziert werden, die auftritt, wenn sich die Druckänderung durch
den Spalt zwischen dem Füllstück und der Steuerraumbohrung fortpflanzt.
[0008] Dabei ist besonders vorteilhaft eine Dimensionierung, bei der der Durchmesser der
Steuerraumbohrung eine ähnliche oder dieselbe Größe aufweist wie der Durchmesser jenes
Teils der Düsennadel, der in den Steuerraum eintaucht, wobei zudem das Füllstück in
der Steuerraumbohrung axial verschiebbar angeordnet ist und sich im Ruhezustand nicht
an einem oberen Anschlag befindet. In diesem Fall entsteht beim Öffnen und Schließen
der Düsennadel nur ein geringer oder gar kein Volumenstrom in dem schmalen Spalt zwischen
dem Füllstück und der Innenwand der Steuerraumbohrung, sondern das Füllstück bewegt
sich analog zur Düsennadel nach oben und unten, so dass nur wenig oder gar kein Brennstoff
vom düsenseitig des Füllstücks befindlichen Teil des Steuerraums in den steuerventilseitig
befindlichen Teil oder umgekehrt verbracht werden muss. Somit unterbleiben auch Drosseleffekte
in dem schmalen Spalt zwischen der Innenwand der Steuerraumbohrung und dem Füllstück
und der Druck im Steuerraum kann weitgehend als einheitlich betrachtet werden.
[0009] Bei dieser Ausgestaltung kann das Füllstück nur in die Steuerraumbohrung eingelegt
werden, so dass es darin axial verschiebbar bleibt.
[0010] Vorteilhaft ist es, dass ein Federelement vorgesehen ist, dass das Füllstück einen
Absatz aufweist, dass das Füllstück an seinem Absatz an einer düsenkörperseitigen
Stufe der Steuerraumbohrung anliegt und dass das Federelement das Füllstück gegen
die düsenkörperseitige Stufe presst. Dadurch kann das Füllstück mit der Vorspannung
des Federelements beaufschlagt werden, um eine axiale Fixierung des Füllstücks zu
erzielen. Dabei kann sich das Federelement an der Stirnfläche der Düsennadel abstützen,
wodurch zusätzlich eine Beaufschlagung der Düsennadel möglich ist, die gegebenenfalls
eine Rückstellkraft auf die Düsennadel ausübt.
[0011] Vorteilhaft ist es auch, dass eine Düsenfeder vorgesehen ist, die einerseits an einer
Stufe der Steuerraumbohrung und andererseits an einem Absatz des Füllstücks abgestützt
ist, und dass die Düsenfeder das Füllstück gegen die Stirnfläche der Düsennadel presst.
Dadurch kann eine Anlage des Füllstücks an der Düsennadel erzielt werden. Dadurch
ist eine vorteilhafte Kraftübertragung von dem axial bewegbaren Füllstück auf die
Düsennadel möglich. Außerdem kann die Düsenfeder eine Rückstellkraft auf die Düsennadel
zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils ausüben.
[0012] Vorteilhaft ist es, dass ein Steuerraumrohr vorgesehen ist, das zumindest teilweise
in der Steuerraumbohrung angeordnet ist, dass das Steuerraumrohr die Steuerraumbohrung
in einen das Steuerraumrohr umgebenden Hochdruckteil und einen innerhalb des Steuerraumrohrs
vorgesehenen Steuerraumteil aufteilt, der den Steuerraum bildet, und dass das Füllstück
in dem Steuerraumteil der Steuerraumbohrung angeordnet ist. Dabei kann die Düsennadel
in dem Steuerraumrohr geführt sein. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass das Steuerraumrohr
von einer Düsenfeder beaufschlagt ist, die sich einerseits an dem Steuerraumrohr und
andererseits an der Düsennadel abstützt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend
einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils
entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 einen auszugsweisen Schnitt durch das in Fig. 3 dargestellte Brennstoffeinspritzventil
entlang der mit IV bezeichneten Schnittlinie und
Fig. 5 ein Brennstoffeinspritzventil in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
[0014] Fig. 1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer schematischen Schnittdarstellung
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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.
[0015] Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein mehrteiliges Ventilgehäuse 2 auf, das in
diesem Ausführungsbeispiel einen Düsenkörper 3, einen Haltekörper 4 und einen kopfseitigen
Gehäuseteil 5 umfasst. Dabei sind der Düsenkörper 3, der Haltekörper 4 und der kopfseitige
Gehäuseteil 5 auf geeignete Weise miteinander verbunden. Der Haltekörper 4 ist im
montierten Zustand zumindest teilweise innerhalb einer Bohrung einer Brennkraftmaschine
angeordnet. Der kopfseitige Gehäuseteil 5 ist außerhalb der Bohrung angeordnet, so
dass er relativ groß ausgestaltet sein kann. Dadurch ergeben sich günstige Einbauverhältnisse
für Komponenten des Brennstoffeinspritzventils 1, die in dem kopfseitigen Gehäuseteil
5 vorgesehen sind. In dem kopfseitigen Gehäuseteil 5 ist insbesondere ein Schaltventil
6 angeordnet, das einen Magnetaktor, einen Piezoaktor oder ein anderes Betätigungselement
aufweisen kann.
[0016] Das Ventilgehäuse 2 des Brennstoffeinspritzventils 1 weist einen Brennstoffzulauf
7 auf, der beispielsweise mit einem Common-Rail verbunden ist. Von dem Brennstoffzulauf
7 zweigt ein Brennstoffkanal 8 ab, der durch den Haltekörper 4 geführt ist und in
einen weiteren Brennstoffkanal 9 in dem Düsenkörper 3 mündet. In dem Düsenkörper 3
ist ein Brennstoffraum 10 ausgebildet, der über die Brennstoffkanäle 8, 9 im Betrieb
mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt wird. Der Düsenkörper 3 weist eine
Ventilsitzfläche 11 auf, die mit einem Ventilschließkörper 12 einer in dem Düsenkörper
3 angeordneten Düsennadel 13 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei einem Öffnen der
Düsennadel 13 entlang einer Achse 14 wird der Dichtsitz freigegeben, so dass Brennstoff
aus dem Brennstoffraum 10 über zumindest eine Düsenöffnung 15 abgespritzt wird. Die
Betätigung der Düsennadel 13 ist im Folgenden im weiteren Detail beschrieben.
[0017] Der Haltekörper 4 weist eine Steuerraumbohrung 20 auf, die sich entlang der Achse
14 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Haltekörpers 4 erstreckt. Dabei ist
am kopfseitigen Ende der Steuerraumbohrung 20 eine Zulaufdrossel 21 vorgesehen, über
die Brennstoff aus dem Brennstoffzulauf 7 in die Steuerraumbohrung 20 führbar ist.
Außerdem ist eine Ablaufdrossel 22 vorgesehen. Die Ablaufdrossel 22 ist über das in
dem kopfseitigen Gehäuseteil 5 angeordnete Schaltventil 6 mit einem Brennstoffrücklauf
23 verbindbar, der zu einem Tank 24 führt. Die Verbindung ist dabei über das Schaltventil
6 steuerbar.
[0018] Die Düsennadel 13 weist eine Stirnfläche 25 auf, die zusammen mit der Steuerraumbohrung
20 einen Steuerraum 26 begrenzt. Dabei ist in einem kopfseitigen Teil 27 des Steuerraums
26 ein Zufluss von der Zulaufdrossel 21 und ein Abfluss von Brennstoff über die Ablaufdrossel
22 gegeben. In dem Steuerraum 26 ist ein Füllstück 30 angeordnet, das sich fast über
die gesamte Länge der Steuerraumbohrung 20 erstreckt. Zwischen der Steuerraumbohrung
20 und dem Füllstück 30 ist ein ringspaltförmiger Teil 28 des Steuerraums 26 ausgebildet.
Ferner weist der Steuerraum 26 einen düsenseitigen Teil 29 auf. Durch das Füllstück
30 ist das mit Brennstoff gefüllte Volumen der Steuerraumbohrung 20 erheblich reduziert.
Das Füllstück 30 ist aus einem Feststoff, vorzugsweise aus einem Stahl, ausgebildet.
Da das Kompressionsmodul von Stahl erheblich größer ist als das Kompressionsmodul
von Dieselbrennstoff oder dergleichen, trägt das Füllstück 30 praktisch nicht zur
Elastizität des Steuerraums 26 bei. Dadurch kann auch bei einem relativ großen räumlichen
Abstand zwischen dem in dem kopfseitigen Gehäuseteil 5 angeordneten Schaltventil 6
und der im Düsenkörper 3 angeordneten Düsennadel 13 eine steife Anbindung der Düsennadel
13 an das Schaltventil 6 ohne direkte mechanische Kraftübertragung erreicht werden.
[0019] Durch Öffnen der Ablaufdrossel 22 fällt der Druck im kopfseitigen Teil 27 des Steuerraums
26 ab, wobei dieser Druckabfall auf Grund des reduzierten Volumens des Steuerraums
26 relativ direkt zu einem Druckabfall im düsenseitigen Teil 29 des Steuerraums 26
führt. Durch den Druckabfall im Bereich der Stirnfläche 25 wird die in Richtung des
Dichtsitzes wirkende Schließkraft der Düsennadel 13 erheblich reduziert, so dass sich
die Düsennadel 13 aus ihrem Sitz hebt und Brennstoff über die Düsenöffnung 15 abgespritzt
wird.
[0020] Nach dem Schließen der Ablaufdrossel 22 mittels des Schaltventils 6 baut sich der
Druck im kopfseitigen Teil 27 und somit auch im düsenseitigen Teil 29 des Steuerraums
26 wieder auf. Dadurch wirkt über die Stirnfläche 25 der Düsennadel 13 eine Schließkraft,
die von der Kraft einer im düsenseitigen Teil 29 des Steuerraums 26 angeordneten Düsenfeder
35 unterstützt wird. Die Düsenfeder 35 gewährleistet dabei auch eine axiale Fixierung
des Füllstücks 30. Hierfür weist das Füllstück 30 einen Absatz 36 auf, der an einer
düsenkörperseitigen Stufe 37 der Steuerraumbohrung 20 anliegt. Die Düsenfeder 35 presst
den Absatz 36 gegen die düsenkörperseitige Stufe 37. Um den Durchfluss aus dem ringspaltförmigen
Teil 28 des Steuerraums 26 in den düsenseitigen Teil 29 des Steuerraums 26 zu gewährleisten,
ist zumindest eine Durchlassöffnung in Form einer Aussparung oder dergleichen an der
Stufe 37 vorgesehen.
[0021] Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
weist das Füllstück 30 ein Kopfteil 39 auf, an dem ein Absatz 36 vorgesehen ist. Dabei
liegt eine Düsenfeder 35 einerseits an der düsenkörperseitigen Stufe 37 der Steuerraumbohrung
20 und andererseits an dem Absatz 36 des Kopfteils 39 des Füllstücks 30 an. Dadurch
wird das Füllstück 30 mit seinem Kopfteil 39 gegen die Stirnfläche 25 der Düsennadel
13 gepresst. Das Füllstück 30 ist axial verschiebbar angeordnet, so dass es der Bewegung
der Düsennadel 13 folgt. Die Düsenfeder 35 beaufschlagt dabei die Düsennadel 13 in
Richtung auf die Ventilsitzfläche 11.
[0022] Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Füllstück 30 an
einem unteren Anschlag positioniert sein, der in diesem Ausführungsbeispiel durch
die Stirnfläche 25 der Düsennadel 13 gegeben ist.
[0023] Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt eines Brennstoffeinspritzventils
1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
weist das Füllstück 30 zumindest einen Abschnitt 40 auf, in dem zumindest eine Kante
41 an dem Füllstück 30 ausgebildet ist. Mit der Kante 41 ist das Füllstück 30 dabei
gegen die Steuerraumbohrung 20 gepresst, so dass eine Fixierung des Füllstücks 30
in axialer Richtung, das heißt entlang der Achse 14, gegeben ist.
[0024] Fig. 4 zeigt den in Fig. 3 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils
1 des dritten Ausführungsbeispiels. Das Füllstück 30 weist in dem Abschnitt 40 einen
dreieckigen Querschnitt auf, so dass die Kanten 41, 42, 43 gebildet sind. Im Bereich
der Kanten 41, 42, 43 ist dabei eine Presspassung zwischen dem Füllstück 30 und der
Steuerraumbohrung gebildet. Der Abschnitt 40 kann beispielsweise durch Anschliffe
an dem Füllstück 30 ausgestaltet werden.
[0025] Fig. 5 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer schematischen Schnittdarstellung
entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Steuerraumrohr 50 vorgesehen. Das Steuerraumrohr 50 ist in dem Haltekörper
4 des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Dabei ist das Steuerraumrohr 50 in die Steuerraumbohrung
20 eingebracht, wobei das Steuerraumrohr 50 die Steuerraumbohrung 50 in einen das
Steuerraumrohr 50 umgebenden Hochdruckteil 51, der ringspaltförmig ausgestaltet ist,
und einen innerhalb des Steuerraumrohrs 50 vorgesehenen Steuerraumteil aufteilt, der
den Steuerraum 26 bildet. Ferner ist innerhalb des Steuerraumrohres 50, das heißt
in dem Steuerraum 26, das Füllstück 30 angeordnet. Das Füllstück 30 ist dabei im Wesentlichen
stabförmig und zylindrisch ausgestaltet. Zwischen dem Füllstück 30 und dem Steuerraumrohr
50 ist ein ringspaltförmiger Teil 28 des Steuerraums 26 gebildet. Somit ist das für
den Brennstoff verbleibende Volumen des Steuerraumteils der Steuerraumbohrung 20 im
Inneren des Steuerraumrohrs 50 erheblich reduziert, so dass sich auch bei einem relativ
langen Steuerraumrohr 50 ein relativ kleines Volumen des Steuerraums 26 ergibt.
[0026] Die Zulaufdrossel 21, über die unter hohem Druck stehender Brennstoff in den kopfseitigen
Teil 27 des Steuerraums 26 einströmen kann, ist in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich
des kopfseitigen Teils 27 in dem Steuerraumrohr 50 ausgestaltet. Dies kann beispielsweise
durch eine Bohrung in dem Steuerraumrohr 50 erfolgen.
[0027] In diesem Ausführungsbeispiel weist die Düsennadel 13 einen Druckzapfen 52 auf, mit
dem die Düsennadel 13 in dem Steuerraumrohr 50 axial geführt ist. Dabei ist der Druckzapfen
52 einteilig mit der Düsennadel 13 ausgestaltet. Ferner ist die Düsenfeder 35 auf
den Druckzapfen 52 aufgefügt. Dabei stützt sich die Düsenfeder 35 einerseits an dem
Steuerraumrohr 50 und andererseits an der Düsennadel 13 ab. Der Druck des Brennstoffes
im Steuerraum 26 wirkt im Bereich des düsenseitigen Teils 29 des Steuerraums 26 auf
die Stirnfläche 25 der Düsennadel 13, die in diesem Ausführungsbeispiel durch die
Stirnfläche 25 des Druckzapfens 52 gebildet ist.
[0028] Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen
von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Schaltventil
(6), das in einem kopfseitigen Gehäuseteil (5)angeordnet ist, einem Düsenkörper (3),
der über einen Haltekörper (4) mit dem kopfseitigen Gehäuseteil(5) verbunden ist,
und einer in dem Düsenkörper (3) angeordneten Düsennadel (13), wobei der Haltekörper
(4) eine Steuerraumbohrung (20) aufweist, wobei die Steuerraumbohrung (20) und eine
Stirnfläche (25) der Düsennadel (13) einen Steuerraum (26) begrenzen und wobei in
dem Steuerraum (26) ein Füllstück (30) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Steuerraumrohr (50) vorgesehen ist, das zumindest teilweise in der Steuerraumbohrung
(20) angeordnet ist, dass das Steuerraumrohr (50) die Steuerraumbohrung (20) in einen
das Steuerraumrohr (50) umgebenden Hochdruckteil (51) und einen innerhalb des Steuerraumrohrs
(50) vorgesehenen Steuerraumteil aufteilt, der den Steuerraum (26) bildet, und dass
das Füllstück (30) in dem Steuerraumteil der Steuerraumbohrung (20) angeordnet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (30) zumindest abschnittsweise stabförmig ausgestaltet ist und dass
sich das Füllstück (30) zumindest abschnittsweise durch die Steuerraumbohrung (20)
des Haltekörpers (4) erstreckt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (30) in der Steuerraumbohrung (20) axial verschiebbar ist.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerraumrohr (50) von einer Düsenfeder (35) beaufschlagt ist, die sich einerseits
an dem Steuerraumrohr (50) und andererseits an der Düsennadel (13) abstützt.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (12) in ihrem oberen Bereich mit einem Führungsdurchmesser ausgebildet
ist und dass sie an diesem oberen Bereich in dem Steuerraumrohr (50) geführt ist.