Einspritzventil mit in seiner Öffnungsposition anschlagsfrei abbremsbarer Ventilnadel

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung, eine im Gehäuse linearbewegliche Ventilnadel, wobei die Ventilnadel in einer ersten Endposition die zumindest eine Spritzöffnung verschließt und in der zweiten Endposition einen maximalen Durchfluss des Brennstoffs durch die zumindest eine Spritzöffnung ermöglicht, und einen Aktor zum Bewegen der Ventilnadel zwischen den beiden Endpositionen, wobei die Ventilnadel zur zweiten Endposition hin anschlagsfrei abbremsbar ist und in der zweiten Endposition an keinem Anschlag anliegt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum.

[0002] Vorbekannte Einspritzventile, insbesondere Magneteinspritzventile, für Brennkraftmaschinen weisen eine linear bewegbare Ventilnadel auf, die je nach ihrer Stellung eine Spritzöffnung öffnet oder schließt. Dabei ist für die Ventilnadel ein Anschlag vorhanden, der den Öffnungsweg der Ventilnadel begrenzt. Figur 1 zeigt ein Diagramm, indem auf der vertikalen Achse eine Masse 1 des eingespritzten Brennstoffs aufgetragen ist. Auf der horizontalen Achse ist eine Ansteuerdauer 2 der Ventilnadel aufgetragen. Das Diagramm zeigt einen Massenverlauf 3 der eingespritzten Masse 1 an Brennstoff über der Ansteuerdauer 2. Des Weiteren sind ein Teilhubbereich 4, ein Übergangsbereich 5 und ein Vollhubbereich 6 gekennzeichnet. Bei sehr kurzen Öffnungszeiten im Teilhubbereich 4 wird der Anschlag der Ventilnadel nicht erreicht. Bei längeren Öffnungszeiten im Vollhubbereich 6 liegt die Ventilnadel, nachdem sie den Anschlag erreicht hat und solange Spannung am entsprechenden Aktuator für die Ventilnadel anliegt, am Anschlag an. Zwischen dem Teilhubbereich 4 und dem Vollhubbereich 6 befindet sich der Übergangsbereich 5. In diesem Übergangsbereich 5 wird die Ventilnadel vom Anschlag zurückgeprellt und bewegt sich somit mit erhöhter Geschwindigkeit in Schließrichtung. Dies führt im Übergangsbereich bei vorbekannten Einspritzventilen zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Abnahme im Masseverlauf 3.

Offenbarung der Erfindung

[0003] Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es nun, insbesondere bei einer über den tatsächlichen Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkt geregelten Ansteuerung der Ventilnadel, im Übergangsbereich ein Abfallen des Masseverlaufs zu vermeiden. Durch das erfindungsgemäße Einspritzventil ohne den axialen Ventilnadelanschlag erhöht sich die Menge an eingespritztem Brennstoff stetig im Verlauf der Ansteuerungsdauer. Dies führt zu einem günstigen Regelverhalten. Die Störungen im Übergangsbereich entfallen dabei. Diese Vorteile werden erreicht durch ein Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung. Über diese zumindest eine Spritzöffnung wird der Brennstoff vom Einspritzventil in den entsprechenden Brennraum eingespritzt. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. In dem Gehäuse ist eine linear bewegliche Ventilnadel vorgesehen, wobei die Ventilnadel in einer ersten Endposition die zumindest eine Spritzöffnung verschließt und in der zweiten Endposition einen maximalen Durchfluss des Brennstoffs durch die zumindest eine Spritzöffnung ermöglicht. Des Weiteren ist ein Aktor zum Bewegen der Ventilnadel zwischen den beiden Endpositionen vorgesehen. Das Einspritzventil ist dabei so ausgebildet, dass die Ventilnadel zur zweiten Endposition hin anschlagsfrei abbremsbar ist und in der zweiten Endposition an keinem, gegenüber dem Gehäuse ortsfesten Anschlag anliegt. Insbesondere entfällt erfindungsgemäß der vorbekannte axiale Endanschlag in der zweiten Endposition für die Ventilnadel. Dadurch wird vermieden, dass in einem Übergangsbereich zwischen einem Teilhubbereich und einem Vollhubbereich die Ventilnadel an dem axialen Anschlag abprallt.

[0004] Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

[0005] Bevorzugt ist eine Bremseinrichtung zum anschlagsfreien Abbremsen der Ventilnadel an der zweiten Endposition vorgesehen. Mittels dieser Bremseinrichtung wird die Ventilnadel kurz vor Erreichen der zweiten Endposition über eine gewisse Nietstrecke hinweg abgebremst, so dass die Ventilnadel in der zweiten Endposition zum Stillstand kommt, ohne an einem axialen Anschlag anzuschlagen.

[0006] Bevorzugt umfasst diese Bremseinrichtung eine Feder. Die Feder wird besonders bevorzugt als Spiralfeder ausgebildet und befindet sich auf einer der Spritzöffnung abgewandten Seite der Ventilnadel im Gehäuse. Kurz vor Erreichen der zweiten Endposition läuft die Ventilnadel auf diese Feder auf und wird somit abgebremst. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Feder als progressive Feder ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise durch eine variable Gestaltung der einzelnen Steigungen der Spiralfeder möglich.

[0007] Alternativ oder zusätzlich umfasst die Bremseinrichtung bevorzugt ein hydraulisches Polster. Dieses hydraulische Polster ist bevorzugt als eine mit Brennstoff gefüllte Kammer im Gehäuse des Einspritzventils ausgebildet. Bei einer Bewegung der Ventilnadel in Richtung der zweiten Endposition wird mittels der Bewegung der Ventilnadel das hydraulische Fluid, insbesondere der Brennstoff, im hydraulischen Polster verdrängt und somit die Ventilnadel abgebremst. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass beim Verdrängen des Brennstoffes aus dem hydraulischen Polster der Brennstoff über ein Drosselventil aus der Kammer ausgeleitet wird.

[0008] Bei Verwendung der Bremseinrichtung, ausgebildet als Feder und/oder ausgebildet als hydraulisches Polster, läuft die Ventilnadel bei Bewegung in Richtung der zweiten Endposition auf die Feder bzw. auf das hydraulische Polster auf. Hierbei wird erfindungsgemäß nicht von einem axialen Anschlag gesprochen, da die Feder bzw. das hydraulische Polster, auf das die Ventilnadel aufläuft, in Axialrichtung beweglich und flexibel ist. Insbesondere weist die verwendete Feder oder das hydraulische Polster auch nach Erreichen der zweiten Endposition noch eine gewisse Beweglichkeit bzw. Flexibilität in axialer Richtung auf.

[0009] Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Bremseinrichtung zum Ansteuern des Aktors ausgebildet ist und somit die Ventilnadel in der zweiten Endposition abbremsen kann.

[0010] Besonders bevorzugt ist das Einspritzventil als Magneteinspritzventil ausgebildet. Dementsprechend umfasst der Aktor eine Magnetspule zum Bewegen der Ventilnadel. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Bremseinrichtung die Magnetspule derart ansteuert, so dass eine Bremskraft auf die Ventilnadel wirkt. Dabei wird mittels einer speziellen Ansteuerkurve für die Magnetspule die Ventilnadel zur zweiten Endposition hin abgebremst.

[0011] Bevorzugt ist es auch vorgesehen, die verschiedenen Ausbildungen der Bremseinrichtung, beispielsweise die Feder, das hydraulische Polster und/oder das Ansteuern des Aktuators, miteinander zu kombinieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigt:

Figur 1

ein Diagramm mit einem Masseverlauf für ein Einspritzventil nach dem Stand der Technik,

Figur 2

ein Diagramm mit einem Masseverlauf für ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß dem Ausführungsbeispiel, und

Figur 3

ein erfindungsgemäßes Einspritzventil gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Ausführungsformen der Erfindung

[0013] Figur 2 zeigt für ein erfindungsgemäßes Einspritzventil 100, wie es in Figur 3 dargestellt ist, ein Diagramm mit dem Masseverlauf 3. Auf der vertikalen Achse ist die Masse 1 des eingespritzten Brennstoffes aufgezeichnet. Auf der horizontalen Achse ist die Ansteuerdauer 2 der Ventilnadel aufgezeichnet. Der Masseverlauf 3 zeigt den jeweiligen Massedurchfluss an Brennstoff durch die zumindest eine Spritzöffnung des Einspritzventils. Des Weiteren sind ein Teilhubbereich 4, ein Übergangsbereich 5 und ein Vollhubbereich 6 gekennzeichnet.

[0014] Wie einleitend beschrieben, schlagen die Ventilnadeln bei Einspritzventilen nach dem Stand der Technik in der zweiten Endposition gegen einen axialen, gegenüber dem Gehäuse ortsfesten Anschlag. Dadurch prallen die vorbekannten Ventilnadeln zurück und es entsteht der Knick im Masseverlauf 3 im Übergangsbereich 5 (siehe Figur 1).

[0015] Bei dem erfindungsgemäßen Einspritzventil entfällt der gegenüber dem Gehäuse ortsfeste axiale Anschlag in der zweiten Endposition der Ventilnadel. Dadurch wird das Rückprallen der Ventilnadel vermieden und es entsteht, wie in Figur 2 gezeigt, ein kontinuierlicher Anstieg des Masseverlaufs 3 über die gesamte Ansteuerdauer 2.

Ansprüche

1. Einspritzventil, insbesondere zum Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum, umfassend

- ein Gehäuse mit zumindest einer Spritzöffnung,

- eine im Gehäuse linearbewegliche Ventilnadel, wobei die Ventilnadel in einer ersten Endposition die zumindest eine Spritzöffnung verschließt und in der zweiten Endposition einen maximalen Durchfluss des Brennstoffs durch die zumindest eine Spritzöffnung ermöglicht, und

- einen Aktor zum Bewegen der Ventilnadel zwischen den beiden Endpositionen,

- wobei die Ventilnadel zur zweiten Endposition hin anschlagsfrei abbremsbar ist und in der zweiten Endposition an keinem Anschlag anliegt.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung zum anschlagsfreien Abbremsen der Ventilnadel an der zweiten Endposition.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung eine Feder umfasst.

4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Spiralfeder ausgebildet ist und sich auf einer der Spritzöffnung abgewandten Seite der Ventilnadel im Gehäuse befindet.

5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als progressive Feder ausgebildet ist.

6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung ein hydraulisches Polster umfasst.

7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Polster als mit Brennstoff gefüllte Kammer im Gehäuse ausgebildet ist.

8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung zum Ansteuern der Aktors ausgebildet ist.

9. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor eine Magnetspule zum Bewegen der Ventilnadel umfasst.

10. Einspritzventil nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung die Magnetspule derart ansteuert, sodass eine Bremskraft auf die Ventilnadel wirkt.

Zeichnung