DE102011002955A1

DE102011002955A1 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102011002955A1
Application number: DE201110002955
Authority: DE
Inventors: Peter Storch; Udo Lux; Andreas Huber; Marco Stieber; Dieter Junger; Guenter Aumueller; Michael Kurrle; Harald Beuschel; Bernd Menze; Andreas Peisker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-07-26
Also published as: EP2479418B1; EP2479418A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, umfasst ein Steuerventil (25) und einen Steuerraum (17). Dabei ist der Steuerraum (17) über einen Ablaufkanal (22) mit einem Ventilraum (24) des Steuerventils (25) verbunden. Ferner weist das Steuerventil (25) einen Ventilbolzen (26) mit einem in dem Ventilraum (24) angeordneten Ventilkörper (27) auf. Der Ventilkörper (27) wirkt einerseits mit einer ersten Ventilsitzfläche (37) zu einem ersten Dichtsitz zusammen, über den eine Verbindung des Ventilraums (24) mit einem druckentlasteten Raum (41) steuerbar ist. Ferner wirkt der Ventilkörper (27) andererseits mit einer zweiten Ventilsitzfläche (46) zu einem zweiten Dichtsitz zusammen, über den eine Verbindung des Ventilraums (24) mit einem Hochdruckkanal (12) steuerbar ist.

Description

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 brennraumseitigem Ende ein Düsenaustritt ausgebildet ist. Eine Düsennadel ist in einer Längsausnehmung des Düsenkörpers axial beweglich beziehungsweise betätigbar angeordnet. Außerdem ist eine das rückwärtige, vom Düsenaustritt abgewandte Ende der Längsausnehmung abschließende, zwischen Düsenkörper und Steuerventil angeordnete Drosselscheibe vorgesehen. Die Drosselscheibe bildet einen Öffnungsanschlag für die Düsennadel. Die Drosselscheibe wirkt hierbei mit der rückseitigen, vom Düsenaustritt abgewandten Stirnfläche der Düsennadel zusammen, so dass der Öffnungshub der Düsennadel begrenzt ist. Außerdem ist ein Steuerraum zwischen der rückwärtigen Düsennadel-Stirnfläche und der Drosselscheibe ausgebildet, der mit einem Druckanschluss zur Kraftstoffzuführung in hydraulischer Verbindung steht. Des weiteren ist im Injektorkörper ein zylindrischer Haltekörper angeordnet, der einen Übersetzerkolben und eine Ventilplatte aufnimmt, die das Steuerventil enthält. In einem Ventilraum des Steuerventils ist ein Ventilbolzen mit einem Ventilkörper angeordnet. Der Ventilbolzen weist eine pilzförmige Ausgestaltung auf. Hierbei wird der Ventilkörper von einer im Ventilraum angeordneten Ventilfeder gegen eine Ventilsitzfläche beaufschlagt. Der Ventilraum ist einerseits über eine Drosselbohrung, die als Zu- und Ablaufdrossel dient, mit dem Steuerraum verbunden. Andererseits wird der Ventilraum 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 wirkt sich ungünstig auf den Wirkungsgrad aus und macht eine entsprechend leistungsfähige Hochdruckpumpe erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung des Steuerventils ermöglicht ist. Insbesondere kann ein Volumen des Ventilraums reduziert werden, die Leistungsanforderungen an eine Hochdruckpumpe können verringert werden und es kann ein verbessertes Öffnungs- und Schließverhalten erzielt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Um bei servogesteuerten Brennstoffeinspritzventilen, insbesondere Piezoinjektoren, ein schnelles Düsennadelschließen zu erreichen, muss der Ventilraumdruck schnell erhöht werden. Der Druckanstieg hängt vom Ventilraumvolumen, der Kraftstoffkompressibilität und dem Volumenstrom ab. Da die Kraftstoffkompressibilität eine Konstante ist, kann ein schnellerer Druckaufbau bei vorgegebenem Ventilraumvolumen nur durch einen höheren Zufluss erreicht werden. Dies kann über einen Bypass erfolgen. Allerdings erhöht sich im Falle einer nicht geschalteten Bypassmenge auch die Steuermenge mit zunehmender Einspritzmenge und mit höherer Vor- und Nacheinspritzanzahl. Hierdurch erhöht sich auch die Temperatur des Aktors und die Temperatur des Kraftstoffrücklaufsystems.
In vorteilhafter Weise kann die Ventilfeder aus dem Ventilraum verlegt werden. In Kombination mit einer direkten Anbindung des Ablaufkanals mit dem Ventilraum, beispielsweise durch eine kammernahe Zulauftasche, kann ein sehr kleines Ventilraumvolumen erzielt werden. Der Ablaufkanal kann hierbei als gedrosselter Ablaufkanal ausgestaltet sein. Über die beiden Dichtsitze ist eine gegenphasige Ventilansteuerung möglich, wobei gegenphasig zur Öffnung des Ventilraums zu einem Niederdruckraum eine Verbindung mit dem Hochdruckkanal möglich ist, so dass der Ventilraumdruck rasch ansteigt. Hierbei kann der Steuerraum zusätzlich zu einer Befüllung über eine Zulaufdrossel oder dergleichen von dem rückwärts durchströmten Ablaufkanal versorgt werden.
Somit kann erreicht werden, dass die Düsennadel schnell schließt, wodurch eine Kleinstmengenfähigkeit des Brennstoffeinspritzventils deutlich verbessert ist und gleichzeitig die maximale Einspritzmenge pro Einspritzzeit erhöht wird. Hierdurch kann beispielsweise eine spezifische Motorleistung der Brennkraftmaschine erhöht werden.
Ferner kann eine deutliche Reduzierung der Bypassmenge, die von dem Hochdruckkanal in den Ventilraum geführt wird, erreicht werden, wodurch die Förderleistung der Hochdruckpumpe entsprechend reduziert werden kann. Durch den Einsatz einer Hochdruckpumpe mit geringerer Förderleistung kann das Antriebsmoment reduziert werden, wodurch der Antriebsstrang der Brennkraftmaschine nur geringere Anforderungen erfüllen muss. Ferner kann auch eine kostengünstigere Hochdruckpumpe verwendet werden. Gleichzeitig wird auch die Pumpenantriebsleistung reduziert, so dass sich der Wirkungsgrad verbessert.
Durch die reduzierte Steuermenge ergeben sich weitere Vorteile. Beispielsweise können Druckschwingungen im Rücklaufsystem verringert werden, wodurch die Kavitationsneigung reduziert wird. Außerdem kann durch die geringere Mengenentnahme aus dem Hochdruckkanal der Düsendruck erhöht werden. Ferner wird die Rücklauftemperatur reduziert, was sich günstig auf die Aktorhaltbarkeit auswirkt und geringere Werkstoffanforderungen für das Rücklaufsystem, insbesondere eine Rücklaufleitung, zur Folge hat.
Vorteilhaft ist es, dass in einer ersten Schaltstellung des Ventilkörpers der erste Dichtsitz geschlossen ist und der zweite Dichtsitz geöffnet ist, dass in einer zweiten Schaltstellung des Ventilkörpers der erste Dichtsitz geöffnet ist und der zweite Dichtsitz geschlossen ist und dass ein Aktor vorgesehen ist, der zum Verstellen des Ventilkörpers aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung dient. Speziell kann der Aktor als piezoelektrischer Aktor ausgestaltet sein. Hierdurch ist eine gegenphasige Ansteuerung möglich, was insbesondere ein rasches Schließen der Düsennadel des Brennstoffeinspritzventils, die über den Druck im Steuerraum betätigbar ist, ermöglicht.
Vorteilhaft ist es, dass eine erste Ventilsitzfläche vorgesehen ist, dass der Ventilkörper eine der ersten Ventilsitzfläche zugeordnete Dichtkante aufweist und dass die Dichtkante des Ventilkörpers mit der ersten Ventilsitzfläche zu dem ersten Dichtsitz zusammenwirkt. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass die erste Ventilsitzfläche als zumindest im Wesentlichen ebene erste Ventilsitzfläche ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass die erste Ventilsitzfläche zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Ventilachse des Steuerventils orientiert ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass die erste Ventilsitzfläche an einer Sitzplatte ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann ein Flachventilsitz am ersten Dichtsitz ausgestaltet sein. Dies erleichtert insbesondere eine Zentrierung der einzelnen Bauteile, insbesondere der Sitzplatte mit der ersten Ventilsitzfläche in Bezug auf eine Führung des Ventilkörpers.
Vorteilhaft ist es, dass eine zweite Ventilsitzfläche vorgesehen ist, dass der Ventilkörper eine der zweiten Ventilsitzfläche zugeordnete Dichtfläche aufweist und dass die Dichtfläche des Ventilkörpers mit der zweiten Ventilsitzfläche zu dem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt. Über den zweiten Dichtsitz kann hierbei gewissermaßen ein Bypass geschaltet werden. Dabei ist ferner vorteilhaft, dass an der zweiten Ventilsitzfläche eine Dichtkante ausgestaltet ist und dass die Dichtfläche des Ventilkörpers mit der Dichtkante der zweiten Ventilsitzfläche zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt. Vorteilhaft ist es auch, dass die Dichtfläche des Ventilkörpers als zumindest näherungsweise konische Dichtfläche ausgestaltet ist. Hierdurch ist eine gewisse Zentrierung des Ventilkörpers des Ventilbolzens in Bezug auf die Dichtkante an der zweiten Ventilsitzfläche ermöglicht. Dies ermöglicht auch eine zuverlässige Abdichtung einerseits sowohl an dem ersten Dichtsitz als auch andererseits an dem zweiten Dichtsitz. Hierdurch ergibt sich ein günstiges Schaltverhalten, das insbesondere kurze Schaltzeiten zur Betätigung der Düsennadel ermöglicht.
In vorteilhafter Weise ist die zweite Ventilsitzfläche an einer Ventilplatte ausgestaltet. Hierdurch ergibt sich ein kompakter Aufbau des Steuerventils mit einer reduzierten Anzahl an Komponenten. Hierdurch vereinfacht sich auch die Montage des Brennstoffeinspritzventils.
Möglich ist es allerdings auch, dass eine Führungshülse vorgesehen ist, dass der Ventilbolzen in der Führungshülse geführt ist und dass die zweite Ventilsitzfläche an der Führungshülse ausgestaltet ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass eine Ventilplatte vorgesehen ist, dass die Ventilplatte eine Ausnehmung aufweist, dass die Führungshülse in der Ausnehmung der Ventilplatte angeordnet ist, dass eine an der Ventilplatte anliegende Drosselplatte vorgesehen ist, dass die Führungshülse eine einer Seite der Drosselplatte zugeordnete Beißkante aufweist, dass die Führungshülse mit ihrer Beißkante mit der Seite der Drosselplatte zusammenwirkt und dass ein Überstand der Beißkante in Bezug auf die Seite der Drosselplatte vorgegeben ist. Hierbei kann die Führungshülse mit einem Presssitz, in der Ventilplatte druckdicht angeordnet sein. Die Abdichtung der Führungshülse zur Drosselplatte wird hierbei über die Beißkante sichergestellt, welche im betriebsbereiten Zustand eine Pressung aufweist, die über derjenigen liegt, welche durch die Injektorverschraubung in den Plattenverband eingeleitet wird. Dies kann beispielsweise durch einen definierten Montageüberstand von etwa 2 μm bis etwa 4 μm erreicht werden.
Möglich ist auch eine Abdichtung der Führungshülse gegenüber der Drosselplatte durch eine Ringfläche, die in einer Ebene zur Ventilplattendichtfläche angeordnet ist und im betriebsbereiten Zustand eine Pressung aufweist, die mit steigendem Brennstoffdruck infolge der resultierenden Druckkraft und dadurch Wölbung der Drosselplatte in Richtung Ventilplatte ansteigt und somit der steigenden Dichtheitsbelastung Rechnung trägt. Dies wird durch die auf der Düsenseite gegenüber der Ventilplattenseite größere druckbeaufschlagte Drosselplattenfläche erreicht.
Somit ist es auch vorteilhaft, dass eine Ventilplatte vorgesehen ist, dass die Ventilplatte eine Ausnehmung aufweist, dass die Führungshülse in der Ausnehmung der Ventilplatte angeordnet ist, dass die an der Ventilplatte anliegende Drosselplatte vorgesehen ist, dass die Führungshülse die einer Dichtfläche der Drosselplatte zugeordnete Ringfläche aufweist und dass die Führungshülse mit ihrer Ringfläche mit der Dichtfläche der Drosselplatte zusammenwirkt.
Vorteilhaft ist es außerdem, dass der Ventilraum des Steuerventils als zumindest im Wesentlichen ringförmiger Ventilraum ausgestaltet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass eine Höhe des Ventilraums zumindest im Wesentlichen durch einen axialen Abstand des ersten Dichtsitzes an der ersten Ventilsitzfläche zu dem zweiten Dichtsitz an der zweiten Ventilsitzfläche bestimmt ist. Hierdurch kann ein Volumen des Ventilraums optimiert werden. Speziell kann ein relativ kleines Volumen des Ventilraums vorgegeben sein. Hierdurch kann die abgesteuerte Brennstoffmenge optimiert werden.
Das Brennstoffeinspritzventil kann auch auf eine der folgenden Weisen ausgestaltet sein und gegebenenfalls auf geeignete Weise weitergebildet werden.
Diesbzüglich wird ein Brennstoffeinspritzventil, insbesondere ein Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Steuerventil und einem Steuerraum angegeben, wobei der Steuerraum über einen Ablaufkanal mit einem Ventilraum des Steuerventils verbunden ist, wobei das Steuerventil eine Führungshülse in einer Ausnehmung aufnimmt, wobei die Führungshülse zu mindestens auf einem Teil des Umfangs mit Brennstoffhochdruck beaufschlagt ist, wobei ein Ventilbolzen in der Führungshülse geführt ist und wobei der Ventilbolzen einen im Ventilraum angeordneten Ventilkörper aufweist.
Eine mögliche Weiterbildung dieses Brennstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper einerseits mit einer ersten Ventilsitzfläche zu einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums mit einem druckentlasteten Raum steuerbar ist, und dass der Ventilkörper andererseits mit einer zweiten Ventilfläche zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums mit einem Hochdruckkanal steuerbar ist.
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:
1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
3 den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
4 den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem Fertigungszustand;
5 den in 4 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels im Betrieb;
6 ein Brennstoffeinspritzventil in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 den in 6 mit VII bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des zweiten Ausführungsbeispiels;
7A den in 7 dargestellten Auschnitt des Brennstoffeinspritzventils in einer weiteren möglichen Ausgestaltung;
8 eine auszugsweise Darstellung des in 7 dargestellten Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei niedrigem Druck;
9 den in 8 mit IX bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des zweiten Ausführungsbeispiels bei niedrigem Druck;
10 den in 8 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des zweiten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei hohem Druck und
11 den in 10 mit XI bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils des zweiten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei hohem Druck.
Ausführungsformen der Erfindung
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 Gehäuseteile 2, 3 auf, die über eine Düsenspannmutter 4 miteinander verbunden sind. In dem Gehäuseteil 2, das als Düsenkörper ausgestaltet ist, ist ein Brennstoffraum 5 ausgestaltet. In dem Brennstoffraum 5 ist eine Nadelhülse 6 angeordnet, die eine Düsennadel 7 im Bereich ihrer Stirnfläche 8 umschließt.
Außerdem sind eine Sitzplatte 9, eine Ventilplatte 10 und eine Drosselplatte 11 vorgesehen.
Durch die Sitzplatte 9, die Ventilplatte 10 und die Drosselplatte 11 ist ein Hochdruckkanal 12 mit Kanalabschnitten 13, 14, 15 geführt. Über den Hochdruckkanal 12 wird der Brennstoffraum 5 im Betrieb mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff gefüllt. Die Nadelhülse 6 stützt sich an einer Seite 16 der Drosselplatte 11 ab. Innerhalb der Nadelhülse 6 ist zwischen der Seite 16 der Drosselplatte 11 und der Stirnfläche 8 der Düsennadel 7 ein Steuerraum 17 begrenzt. Der Steuerraum 17 ist gegenüber dem Brennstoffraum 5 abgedichtet.
Zwischen den Kanalabschnitten 14, 15 des Hochdruckkanals 12 zweigt ein Zulaufkanal 18 mit einer Zulaufdrossel 19 ab. Der Zulaufkanal 18 mündet einerseits in dem Hochdruckkanal 12 und andererseits in den Steuerraum 17. Hierdurch wird der Steuerraum 17 mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff befüllt.
Zwischen dem Kanalabschnitt 14 und dem Kanalabschnitt 15 des Hochdruckkanals 12 zweigt außerdem ein Füllkanal 20 von dem Hochdruckkanal 12 ab. Der Füllkanal 20 mündet hierbei in einen Ringraum 21. Der Ringraum 21 ist somit mit dem Hochdruckkanal 12 verbunden.
Außerdem ist ein Ablaufkanal 22 mit einer Ablaufdrossel 23 vorgesehen. Der Ablaufkanal 22 mündet einerseits in den Steuerraum 17 und andererseits in einen ringförmigen Ventilraum 24 eines Steuerventils 25.
Das Steuerventil 25 umfasst einen Ventilbolzen 26. Der Ventilbolzen 26 weist einen Ventilkörper 27 auf, der im Ventilraum 24 angeordnet ist. Hierdurch bleibt ein zumindest näherungsweise ringförmiger Ventilraum 24 frei.
Im Folgenden ist das Brennstoffeinspritzventil 1 des ersten Ausführungsbeispiels auch unter Bezugnahme auf die 2 und 3 weiter beschrieben. 2 zeigt hierbei den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels. 3 zeigt den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Ventilbolzen 26 des Steuerventils 25 ist über einen Aktor 28 betätigbar, wie es durch den Doppelpfeil 29 veranschaulicht ist. Der Aktor 28 kann beispielsweise als piezoelektrischer Aktor ausgestaltet sein.
Das Steuerventil 25 weist eine Ventilachse 30 auf. Der Ventilbolzen 26 mit dem Ventilkörper 27 ist entlang der Ventilachse 30 von dem Aktor 28 verstellbar.
Im unbestromten Zustand des Aktors 28 befindet sich der Ventilbolzen 26 auf Grund des Kraftüberschusses einer Ventilfeder 35 gegenüber einer Kopplerfeder 36 in einer oberen Ruhelage, in der ein erster Dichtsitz zwischen dem Ventilkörper 27 und der Sitzplatte 9 geschlossen ist. Hierbei wirkt der Ventilkörper 27 mit einer ersten Ventilsitzfläche 37, die an der Sitzplatte 9 ausgestaltet ist, zusammen. Das Steuerventil 25 weist eine Achse 38 auf, entlang der der Ventilbolzen 26 mittels des Aktors 28 verstellbar ist. Hierbei ist der Ventilbolzen 26 entlang der Achse 38 geführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Ventilsitzfläche 37 senkrecht zu der Achse 38 orientiert. Hierbei ist die erste Ventilsitzfläche 37 als ebene erste Ventilsitzfläche 37 ausgestaltet. Außerdem ist an dem Ventilkörper 27 eine der ersten Ventilsitzfläche 37 zugeordnete Dichtkante 39 ausgebildet, die mit der ersten Ventilsitzfläche 37 zusammenwirkt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Dichtkante 39 durch zwei Kegel ausgebildet. Die zugeordnete erste Ventilsitzfläche 37 ist plan ausgestaltet. Hierbei ist die erste Ventilsitzfläche 37 an einer Seite 40 der Sitzplatte 9 vorgesehen. Der gebildete erste Dichtsitz weist einen Dichtdurchmesser 41' auf. Mit dem Dichtdurchmesser 41' ist der Ventilraum 24 gegenüber einem druckentlasteten Raum 41 abgedichtet. Der druckentlastete Raum 41 kann mit einem Niederdruckrücklauf verbunden sein. Die Kegelflächen, die in ihrer Verschneidung die Dichtkante 39 ausbilden, weisen Winkel 42, 43 auf. Die äußere Kegelfläche weist hierbei einen Winkel 42 im Bereich von etwa 10° bis etwa 20° auf. Die innere Kegelfläche weist einen Winkel 43 im Bereich von etwa 1° bis etwa 2° auf.
Bei einer Bestromung des Aktors 28 wird ein Kopplerkolben 44 betätigt, der auf eine Stirnseite 45 des Ventilbolzens 26 einwirkt und beim Erreichen einer gewissen Öffnungskraft den Ventilbolzen 26 verstellt. Hierbei hebt der Ventilkörper 27 des Ventilbolzens 26 mit seiner Dichtkante 39 von der ersten Ventilsitzfläche 37 ab, so dass der erste Dichtsitz geöffnet wird. Am ersten Dichtsitz wird somit ein hubabhängiger Strömungsquerschnitt zwischen dem druckentlasteten Raum 41 und dem Ventilraum 24 freigegeben, über den Brennstoff aus dem Ventilraum 24 in den druckentlasteten Raum 41 abfließen kann.
Der Strömungsquerschnitt am ersten Dichtsitz nimmt solange zu, bis der Ventilbolzen 26 mit seinem Ventilkörper 27 an einer zweiten Ventilsitzfläche 46 in Anlage gelangt. Die zweite Ventilsitzfläche 46 ist in diesem Ausführungsbeispiel als kegelförmige zweite Ventilsitzfläche 46 ausgestaltet. Hierbei ist an der zweiten Ventilsitzfläche 46 eine Dichtkante 47 ausgestaltet. Ferner ist an dem Ventilkörper 27 eine Dichtfläche 48 ausgebildet, die im Bereich der zweiten Ventilsitzfläche 46 und der Dichtkante 47 zumindest näherungsweise konisch ausgestaltet ist. Die Dichtfläche 48 des Ventilkörpers 27 ist hierbei von der Dichtkante 39 des Ventilkörpers 27 abgewandt. Dadurch ist an dem Ventilkörper 27 einerseits der erste Dichtsitz zwischen der Dichtkante 39 und der ersten Ventilsitzfläche 37 gebildet, während andererseits ein zweiter Dichtsitz zwischen der Dichtfläche 48 und der Dichtkante 47 gebildet ist. Wenn der Ventilkörper 27 bei einem maximalen Betätigungsweg an der zweiten Ventilsitzfläche 46 anliegt, dann ist der zweite Dichtsitz geschlossen, während der erste Dichtsitz mit einem maximalen Strömungsquerschnitt geöffnet ist. Ein Ventilhub 49 ist hierbei geometrisch durch das axiale Abstandsmaß zwischen der Dichtkante 39 an dem Ventilkörper 27 und der Dichtfläche 48 vorgegeben.
Die zweite Ventilsitzfläche 46 ist vorzugsweise als konische Ventilsitzfläche 46 ausgestaltet, die sich im Querschnitt geradlinig bis zu der Dichtkante 47 erstreckt. Entsprechend ist auch die Dichtfläche 48 als konische Dichtfläche 48 ausgestaltet, die sich im Bereich der Dichtkante 47 im Querschnitt geradlinig über die Dichtkante 47 hinaus erstreckt. Im Bereich der Dichtkante 47 ist vorzugsweise eine geringfügige Vertiefung vorgesehen, die vorwiegend konzentrische Riefen aufweist.
Über den zweiten Dichtsitz ist eine Verbindung des Ventilraums 24 mit einem Ringspalt 50 steuerbar. Der Ringspalt 50 ist hierbei mit dem Füllkanal 20 verbunden, so dass sich im Betrieb im Ringspalt 50 unter hohem Druck stehender Brennstoff befindet.
Bei geöffnetem ersten Dichtsitz und geschlossenem zweiten Dichtsitz besteht einerseits eine Verbindung des Ventilraums 24 mit dem druckentlasteten Raum 41, während andererseits die Verbindung des Ventilraums 24 mit dem Ringspalt 50 und somit dem Hochdruckkanal 12 gesperrt ist. Somit fließt Brennstoff aus dem Ventilraum 24 in den druckentlasteten Raum 41 ab, so dass der Druck im Ventilraum 24 bis zu einem niedrigeren Gleichgewichtsdruck abnimmt. Dementsprechend strömt Brennstoff aus dem Steuerraum 17 über den gedrosselten Ablaufkanal 22 in den Ventilraum 24 nach. Somit nimmt auch der Druck im Steuerraum 17 ab. Der Zulauf des Brennstoffs in den Ventilraum 24 kann hierbei über eine Zulauftasche 51 erzielt werden, die in der Sitzplatte 9 ausgestaltet ist. Hierdurch werden spannungserhöhende Verschneidungen vermieden. Die Zulauftasche 51 geht in einen Ringstich über, der eine gleichmäßige Einströmung sicherstellt und auch die erste Ventilsitzfläche 37 von der übrigen Anlagefläche der Sitzplatte 9 an ihrer Seite 40 trennt, wodurch eine Herstellung vereinfacht ist.
Durch den verringerten Druck im Steuerraum 17, der auf die Stirnfläche 8 einwirkt, nimmt auch die hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 7 ab, so dass es zum Öffnen der Düsennadel 7 kommt. Dadurch kann Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
Das Steuerventil 25 weist zwei verschiedene Funktionen auf. Eine Funktion ist die eigentliche Steuerventilfunktion, die über den ersten Dichtsitz zwischen dem Ventilkörper 27 und der ersten Ventilsitzfläche 37 vermittelt ist. Die andere Funktion ist eine Bypassventilfunktion, die über den zweiten Dichtsitz zwischen dem Ventilkörper 27 und der zweiten Ventilsitzfläche 46 vermittelt ist. Während der Bewegung des Ventilbolzens 26 sind sowohl der erste Dichtsitz als auch der zweite Dichtsitz geöffnet. Somit ermöglicht das Steuerventil 25 eine gleichzeitige Öffnung sowohl in Bezug auf die eigentliche Steuerventilfunktion als auch in Bezug auf die Bypassventilfunktion. Hierbei wird eine gewisse Teilmenge des Brennstoffs aus dem Hochdruckbereich, insbesondere dem Ringspalt 50, über den ersten Dichtsitz, den Ventilraum 24 und den zweiten Dichtsitz direkt in den druckentlasteten Raum 41 abgesteuert. Da die Bewegung des Ventilbolzens 26 allerdings sehr schnell ausgeführt werden kann und somit nur über eine kurze Zeit beide Dichtsitze offen sind, ist diese zusätzlich abgesteuerte Brennstoffmenge sehr gering.
Daher wird nach kurzer Zeit ein ausreichender Druckabfall im Steuerraum 17 erzielt, so dass die Düsennadel 7 relativ schnell zum Öffnen angesteuert werden kann. Die Düsennadel 7 setzt hierbei ihre Öffnungsbewegung mit der Geschwindigkeit fort, die durch den Durchfluss der vorzugsweise kavitierend ausgelegten Abflussdrossel 23 und der Zulaufdrossel 19 bestimmt wird. Wenn der Aktor 28 entladen wird und der Ventilbolzen 26 durch die über eine Federscheibe 52 wirkende Ventilfederkraft der Ventilfeder 35 sowie einer unterstützend wirkenden hydraulischen Schließkraft in die Ausgangsstellung zurückgestellt wird, in der der erste Dichtsitz geschlossen ist und der zweite Dichtsitz geöffnet ist, dann steigt der Druck im Ventilraum 24 wieder an.
Mit dem Abheben der Dichtfläche 48 des Ventilkörpers 27 von der zweiten Ventilsitzfläche 46 strömt Brennstoff aus dem Hochdruckbereich über den Füllkanal 20 und den Ringspalt 50 in den Ventilraum 24. Je nach Auslegung des Brennstoffeinspritzventils 1, insbesondere des Steuerventils 25, kann Brennstoff aus dem Steuerraum 17 über den Ablaufkanal 22 in den Ventilraum 24 zufließen. Da das Ventilraumvolumen des Ventilraums 24 sehr klein vorgegeben sein kann, kommt es hierdurch zu einem sehr schnellen Druckanstieg im Ventilraum 24. Dementsprechend steigt auch der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 17 rasch an. Hierbei kann der Brennstoff über die Zulaufdrossel 19 in den Steuerraum 17 zugeführt werden.
Wenn hierbei der gleiche Druck im Ventilraum 24 wie auch im Steuerraum 17 erreicht wird, dann kann der Brennstoff auch über den Füllkanal 20 sowie rückwärts über den Ablaufkanal 22 in den Steuerraum 17 fließen, so dass der Druckaufbau im Steuerraum 17 weiter beschleunigt wird. Hierdurch wird ein sehr schnelles Schließen der Düsennadel 7 erzielt.
Somit kann der Sitzdrosselbereich der Düselnadel 7 schnell durchlaufen werden, was zu einer besseren Gemischaufbereitung führt. Weiterhin kann eine steile Fließflanke der Einspritzrate erzielt werden, welche die Gesamtmenge an Brennstoff in der maximalen Einspritzzeit erhöht. Dies ergibt eine hohe spezifische Leistung.
Die Ausgestaltung des Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist im Folgenden auch unter Bezugnahem auf die 4 und 5 weiter beschrieben. 4 zeigt den in 1 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 in einem Fertigungszustand beziehungsweise bei einem relativ niedrigen Druck. 5 zeigt den in 4 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des ersten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei einem relativ hohen Druck. Die Öffnungs- und Schließkraft zum Betätigen des Ventilbolzens 26 mit dem Ventilkörpers 27 kann in vorteilhafter Weise reduziert werden, so dass eine Betätigungskraft verringert ist. Hierfür wird der Ventilbolzen 26 in einer Führungshülse 25 geführt, die in die Ventilplatte 10 eingepresst ist, wie es in der 1 dargestellt ist. Die Führungshülse 55 weist eine Ringfläche 56 auf. Die Ringfläche 56 ist hierbei an einer Stirnseite der Führungshülse 55 vorgesehen, die der Drosselplatte 11 zugewandt ist. Die Ringfläche 56 der Führungshülse 55 liegt an der Drosselplatte 11 an und ist gegen die Dichtfläche der Drosselplatte 11 mit einer Dichtkraft beaufschlagt, so dass ein Federraum 57, in dem die Ventilfeder 35 angeordnet ist, von dem hochdruckführenden Bereichen abgedichtet ist. Dadurch ist die in dem Federraum 57 angeordnete Stirnfläche 58 des Ventilbolzens 56 mit dem Rücklaufdruck beaufschlagt. Der Federraum 57 ist hierfür mittels einer Entlastungsbohrung 59 mit dem druckentlasteten Raum 41 beziehungsweise einer Rücklaufleitung oder dergleichen verbunden. Andererseits wirkt von der Stirnseite 45 des Ventilbolzens 26 her bis zum Dichtdurchmesser 41' ebenfalls der Rücklaufdruck des druckentlasteten Raums 41. Somit sind die hydraulischen Druckwirkkräfte auf den Ventilbolzen 26 deutlich reduziert, wodurch die Öffnungs- und Schließkräfte auch bei hohem Druck gering sind.
Um im betätigten Zustand den zweiten Dichtsitz zuverlässig zu schließen und eine ausreichende Abdichtung in Bezug auf den hohen Druck im Ringspalt 50 zu erzielen, ist eine gewisse Haltekraft erforderlich. Diese notwendige Haltekraft, mit der der Ventilkörper 27 gegen die zweite Ventilsitzfläche 46 gedrückt wird, kann reduziert werden, indem ein Dichtdurchmesser 60 mit einer kleinen Durchmesserdifferenz zu einem Führungsdurchmesser 61 der Führungshülse 55 ausgeführt ist. Denn hierdurch ergibt sich eine sehr kleine Druckwirkfläche.
Die Ventilbolzenführung des Ventilbolzens 26 an dem Führungsdurchmesser 61 der Führungshülse 55 ist so ausgestaltet, dass die Führung mit einem sehr kleinen Spiel und einem definierten Abstand zur Stirnseite der Drosselplatte 11 erfolgt. Hierbei ist ein Führungsspiel über einen Radialspalt 26 zwischen dem Ventilbolzen 26 und der Führungshülse 55 so vorgegeben, dass an einem Spalteintritt 63 und an einem Spaltaustritt 64 ein erforderliches Mindestspiel für eine Klemmfreiheit bei allen Betriebsdrücken besteht. Dazwischen ist die Fertigungsvorzugsform vorzugsweise so festgelegt, dass das Spiel gleich oder größer ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass durch Verformungen in Folge der Druckverlaufsunterschiede zwischen einer Außenseite der Führungshülse 55 und einer Innenseite der Führungshülse 55 der kleinste Betriebsspalt immer am drosselplattenseitigen Spaltaustritt 64 liegt.
4 veranschaulicht die Führungssituation für relativ niedrige Raildrücke. Der als Radialspalt 62 ausgestaltete Führungsspalt 62 ist vom Spalteintritt 63 zum Spaltaustritt 64 hin verjüngt ausgestaltet, da eine Dichthülsenverformung durch die Druckkräfte nicht oder nur in geringem Ausmaß erfolgt. Dies entspricht dem Fertigungszustand. Dadurch stellt sich auf Grund der Laminarströmung entlang des Führungsspalts 62 ein näherungsweise linear fallender Druckverlauf ein. Entlang der Dichthülsenaußenseite ergibt sich ein konstanter Druckverlauf. Im Ausgangszustand ist somit eine radiale Spaltbreite 65 am Spalteintritt 63 größer vorgegeben als eine radiale Spaltbreite 66 am Spaltaustritt 64.
Wie es in der 5 dargestellt ist, verringert sich der Durchmesser der Führungshülse 55 infolge der Druckkraftunterschiede zunächst im Wesentlichen im Bereich des Spalteintritts 63, wenn der Raildruck ansteigt, da hier der Raildruck am Umfang voll wirksam ist. Eine Leckagemenge dQ bei konstanter radialer Spaltbreite s und vorgegebener Länge L der Führungshülse 55 ergibt sich dann näherungsweise als Produkt des Raildrucks p und eines Bruchteilswerts mit einem Zähler, der die dritte Potenz der radialen Spaltbreite s ist, und einem Nenner, der gleich der Länge L der Führungshülse 55 ist.
Ab einem mittleren Raildruck, beispielsweise zwischen etwa 120 MPa (1200 bar) und 160 MPa (1600 bar) erreicht der Raildruck p die konstruktiv festgelegte Pressung zwischen der Führungshülse 55 und der Ventilplatte 10, so dass in Abhängigkeit von der Anzahl und der axialen Erstreckung von ringförmigen Einstichen 67, 68 an der Außenseite der Führungshülse 55 sich in den Pressungsbereichen eine Druckunterwanderung einstellt. Bei weiter steigendem Raildruck ist in diesen Bereichen allein der Raildruck p wirksam. Da der Druckverlauf im Führungsspalt 62 in Richtung auf die Drosselplatte bis zum Entlastungsdruck abnimmt, ist es vorteilhaft, die Pressung zwischen der Führungshülse 55 und der Ventilplatte 10 in Richtung auf die Drosselplatte 11 ansteigen zu lassen. Idealer Weise ist der Pressungsverlauf so festgelegt, dass sich ab dieser Druckschwelle eine weitgehend gleichmäßige Führungsbuchsenverformung ergibt. Das Fertigungsführungsspiel und die Führungshülseneinschnürung sind jedoch so aufeinander abgestimmt, dass der Führungsspalt 62 drosselplattenseitig am kleinsten ist und in vorteilhafter Weise bei sehr hohem Raildruck sehr klein wird, wobei die Summe der Rundheitsfehler des Ventilbolzens 26 und der Führungshülse 55 zu beachten ist. Die Leckagemenge dQ nimmt dadurch ebenfalls extrem kleine Werte an. Der sich auf Grund der Laminarströmung einstellende Druckverlauf entlang des Führungsspalts 62 nimmt in diesem Fall einen annähernd rechteckigen Verlauf an, so dass sich ein selbst stabilisierender Zustand einstellt, der eine klemmfreie Führung bei gleichzeitig minimalster Leckagemenge gewährleistet. Dies ist auch anhand der 10 und 11 weiter beschrieben.
Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 des ersten Ausführungsbeispiels erfolgt die Führung des Ventilbolzens 26 in der Führungshülse 55, während die zweite Ventilsitzfläche 46 an der Ventilplatte 10 ausgestaltet ist.
6 zeigt ein Brennstoffventil 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ablaufkanal 22 Kanalabschnitte 70, 71, 72 auf. Hierbei erstreckt sich der Kanalabschnitt 70 des Ablaufkanals 22 durch die Drosselplatte 11. Der Kanalabschnitt 71 erstreckt sich durch die Ventilplatte 10. Ferner erstreckt sich der Kanalabschnitt 72 durch die Sitzplatte 9.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Führungshülse 55 einstückig mit einem Ventilsitzkörper 73 ausgestaltet. Hierbei sind radiale Bohrungen 74, 75 vorgesehen, um den Ringspalt 50 mit dem Hochdruckbereich zu verbinden. Der Ringspalt 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Ventilbolzen 26 und dem Ventilsitzkörper 73 ausgestaltet. Außerdem ist an dem Ventilsitzkörper 73 die zweite Ventilsitzfläche 46 mit der Dichtkante 47 ausgebildet. Da der Ventilbolzen in der einstückig mit dem Ventilsitzkörper 73 ausgebildeten Führungshülse 55 geführt ist, ist somit eine Zentrierung des Ventilkörpers 27 bezüglich der zweiten Ventilsitzfläche 46 gewährleistet. Da die erste Ventilsitzfläche 37 zudem als ebene erste Ventilsitzfläche 37 ausgestaltet ist, ist auch ein zuverlässiges Schließen des ersten Dichtsitzes gewährleistet. Durch die ebene Ausgestaltung der ersten Ventilsitzfläche 37 ist nämlich konstruktiv ein gewisser Toleranzausgleich gegeben.
Bei dieser Ausgestaltung ist eine einfache Fertigung und Montage möglich. Außerdem ist eine weitere Reduzierung einer Leckage möglich, da ein druckreduziertes Führungsspiel erzielt ist. Das druckreduzierte Führungsspiel wird hierbei durch einen hohlzylinderförmigen äußeren Ringspalt 76 erzielt, der die Führungshülse 55 an ihrer Außenseite umgibt und mit unter hohem Druck stehenden Brennstoff befüllbar ist. Dadurch werden die Druckkräfte des Brennstoffs über den gesamten Führungshülsenumfang voll wirksam.
Somit erstreckt sich bei dieser Ausgestaltung die Führungshülse 55 mit dem Ventilsitzkörper 73 axial durch die gesamte Ventilplatte 10. Auf der Seite des Aktors 28 ist die Führungshülse 55 durch einen Presssitz des Ventilsitzkörpers 73 in der Ventilplatte 10 druckdicht gefügt. Dabei schließt die der Sitzplatte 9 zugewandte Stirnseite 77 des Ventilsitzkörpers 73 bündig mit der Dichtfläche an der Sitzplatte 9 ab und bildet mit dieser eine gemeinsame Dichtfläche. Die gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Bohrungen 74, 75 dienen als Verbindungsbohrungen 74, 75, die die Zentralbohrung der Führungshülse 55 mit dem äußeren Ringspalt 76 verbinden.
Der äußere Ringspalt 76 erstreckt sich am gesamten Umfang der Führungshülse 55 von der Drosselplatte 11 bis etwas über die radialen Bohrungen 74, 75 hinaus. Eine radiale Breite des äußeren Ringspalts 76 ist hierbei so groß vorgegeben, dass über den sich ergebenden Querschnitt ein ungedrosselter Zulauf über den als Bypasskanal dienenden Füllkanal 20 möglich ist. Der Füllkanal 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Drosselplatte 11 ausgestaltet und weist eine gewisse Drosselung auf. Als Zulauf in den äußeren Ringspalt 76 dient eine seitliche Aussparung 78, die im Bereich der Dichtfläche in der Ventilplatte 10 ausgestaltet ist.
Bei dem in der 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in eine Ausnehmung 31 der Ventilplatte 10 die Führungshülse 55 eingesetzt, wobei die Ausnehmung 31 als durchgehende Ausnehmung 31 in der Ventilplatte 10 ausgestaltet ist. Hierbei ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Führungshülse 55 auch der Ventilsitzkörper 73 ausgestaltet, wodurch sich ein kompakter Aufbau ergibt. Die Führungshülse 55 ist in die Ausnehmung 31 der Ventilplatte 31 eingesetzt, wobei die Ausnehmung 31 als durchgehende Ausnehmung 31 in der Ventilplatte 10 ausgestaltet ist. Hierbei ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Führungshülse 55 auch der Ventilsitzkörper 73 ausgestaltet, wodurch sich ein kompakter Aufbau ergibt. Die Führungshülse 55 ist vorzugsweise in die Ausnehmung 31 der Ventilplatte 10 eingepresst.
Somit kann das Volumen des Ventilraums 24 optimiert werden. Speziell kann das Volumen des Ventilraums 24 auch sehr klein gewählt werden. Durch die ringförmige Ausgestaltung des Ventilraums 24 kann das Volumen des Ventilraums 24 in vorteilhafter Weise durch die Ausgestaltung des Ventilkörpers 27 vorgegeben werden. Speziell kann eine Höhe des Ventilkörpers 27 zumindest näherungsweise gleich einem axialen Abstand 32 zwischen dem ersten Dichtsitz und dem zweiten Dichtsitz sein. Dies ergibt sich, da die erste Ventilsitzfläche 37 senkrecht zu der Ventilachse 30 orientiert ist und die Dichtkante 47 weitgehend innenliegend an der zweiten Ventilsitzfläche 46 vorgesehen ist. Eine Höhe des Ventilraums 24 ist hierbei zumindest näherungsweise gleich dem axialen Abstand 32 oder zumindest im Wesentlichen durch den axialen Abstand 32 bestimmt. Um die Herstellung zu vereinfachen, können allerdings eine Zulauftasche 51 an der angrenzenden Sitzplatte 9 oder dergleichen vorgesehen sein, die ebenfalls zu dem Volumen des Ventilraums 24 beitragen.
7 zeigt den in 6 mit VII bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Abdichtung der Führungshülse 55 zur Drosselplatte 11 wird durch eine Beißkante 79 erzielt, die an der Führungshülse 55 ausgestaltet ist. Im betriebsbereiten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 weist die Beißkante 79 in Bezug auf die Drosselplatte 11 eine Pressung auf, die über derjenigen liegt, welche durch die Injektorverschraubung in den Plattenverband eingeleitet wird. Dies wird durch einen definierten Montageüberstand der Beißkante 79 gegenüber einer Dichtfläche 80 an der Drosselplatte 11 erzielt. Dieser Montageüberstand kann beispielsweise im Bereich von etwa 2 μm bis 4 μm liegen. Ein Beißkantendurchmesser der Beißkante 79 entspricht vorzugsweise zumindest näherungsweise einem Außendurchmesser der Führungshülse 55. Dadurch wird gewährleistet, dass axiale Druckkräfte im Betrieb die Beißkantenpressung nicht übermäßig vermindern. Außerdem wird die Beißkantenpressung durch Querkontraktionskräfte in Folge der an der Außen- und Innenseite der Führungshülse 55 wirkenden Druckkräfte verstärkt.
7A zeigt den in 7 dargestellten Auschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 in einer weiteren möglichen Ausgestaltung. Die Abdichtung der Führungshülse 55 zur Drosselplatte 11 wird durch eine Ringfläche 81 erzielt, die an der Führungshülse 55 ausgestaltet ist. Im betriebsbereiten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 weist die Ringfläche 81 in Bezug auf die Drosselplatte 11 eine Pressung auf, die mindestens derjenigen des Plattenverbandes entspricht. Dies wird dadurch erzielt, dass die Ringfläche 81 als kleine Fläche 81 ausgebildet ist und vorzugsweise zumindestens näherungsweise einem Außendurchmesser der Führungshülse 55 entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass axiale Druckkräfte die Ringflächenpressung im Betrieb nicht unzulässig vermindern. Weiterhin wird mit steigendem Brennstoffdruck die Pressung an der Ringfläche 81 erhöht, was dem Umstand Rechnung trägt, dass die Pressungsanforderungen mit dem Druck steigen. Dies wird durch die auf der Düsenseite gegenüber der Ventilplattenseite größere druckbeaufschlagte Drosselplattenfläche erreicht. In deren Folge wölbt die resultierende Druckkraft die Drosselplatte 11 in Richtung der Ventilplatte 10.
Die Führungshülse 55 liegt mit ihrer Ringfläche 81 an einer ventilplattenseitigen Fläche 80 der Drosselplatte 11 an. Die vorzugsweise ebene Ringfläche 81 der Führungshülse ist hierbei vorzugsweise parallel zu der vorzugsweise ebenen Fläche 80 der Drosselplatte 11 ausgestaltet.
Die Druckreduzierung des Führungsspiels für den Ventilbolzen 26 in der Führungshülse 55 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 8, 9, 10, 11 weiter beschrieben. 8 zeigt hierbei eine auszugsweise Darstellung des in 7 gezeigten Brennstoffeinspritzventils 1 des zweiten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei niedrigem Druck. 9 zeigt den in 8 mit IX bezeichneten Ausschnitt bei niedrigem Druck. 10 zeigt den in 8 dargestellten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 des zweiten Ausführungsbeispiels im Betrieb bei hohem Druck und 11 zeigt den in 10 mit XI bezeichneten Ausschnitt im Betrieb bei hohem Druck.
Bei niedrigen Raildrücken p ergibt sich eine Führungssituation, bei der der Führungsspalt 62 im Idealfall von dem Spalteintritt 63 bis zu dem Spaltaustritt 64 im Querschnitt parallel ausgestaltet ist, wie es in den 8 und 9 veranschaulicht ist. Diese Situation ergibt sich, wenn die Dichthülsenverformung durch die Druckkräfte noch gering ist, wodurch sich eine Laminarströmung entlang des Führungsspalts 62 mit näherungsweise linear fallendem Druckverlauf einstellt, wie es durch die Pfeile 85 veranschaulicht ist. Entlang der Führungshülsenaußenseite der Führungshülse 55 ergibt sich ein konstanter Druckverlauf, wie es durch die Pfeile 86 veranschaulicht ist. Die Leckagemenge dQ ergibt sich dann näherungsweise als Produkt aus dem Raildruck p und einem Bruchteilswert mit einem Zähler, der die dritte Potenz der Spaltbreite s ist, und einem Nenner, der gleich der Länge L der Führungshülse 55 ist. Der Raildruck p wirkt hierbei im Hochdruckbereich und somit beispielsweise auch in dem Ringspalt 50 und dem äußeren Ringspalt 76.
Die Führungssituation bei sehr großen Raildrücken, insbesondere bei einem maximalen Raildruck, ist anhand der 10 und 11 veranschaulicht. Hierbei verringert sich bei hohem Raildruck der Durchmesser der Führungshülse 55 in Folge der Druckkraftunterschiede, die im Bereich des Spaltaustritts 64 in Richtung der Drosselplatte 11 zunehmen, so dass der Führungsspalt 62 am Spaltaustritt 64 sehr klein wird. Hierbei geht die Spaltbreite s am Spaltaustritt 64 gegen Null, wie es in der 11 veranschaulicht ist. Die Leckagemenge dQ nimmt hierdurch sehr kleine Werte an und ist näherungsweise gleich Null. Der sich auf Grund der Laminarströmung einstellende Druckverlauf entlang des Führungsspalts 62 nimmt einen annähernd rechteckigen Verlauf an, wie es durch die Pfeile 85 veranschaulicht ist. Durch die geometrische Abstimmung des Außendurchmessers, des Innendurchmessers, eines Fertigungsspiels und der Länge L der Führungsaufweitung kann eine klemmfreie Führung bei gleichzeitig minimalster Leckagemenge dQ erzielt werden.
Das Brennstoffeinspritzventil kann auch auf eine der folgenden Weisen ausgestaltet sein und gegebenenfalls auf geeignete Weise weitergebildet werden.
Diesbezüglich wird ein Brennstoffeinspritzventil 1, insbesondere ein Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Steuerventil 25 und einem Steuerraum 17 angegeben, wobei der Steuerraum 17 über einen Ablaufkanal 22 mit einem Ventilraum 24 des Steuerventils 25 verbunden ist, wobei das Steuerventil 25 eine Führungshülse 55 in einer Ausnehmung aufnimmt, wobei die Führungshülse zu mindestens auf einem Teil des Umfangs mit Brennstoffhochdruck beaufschlagt ist, wobei ein Ventilbolzen 26 in der Führungshülse geführt ist und wobei der Ventilbolzen 26 einen im Ventilraum angeordneten Ventilkörper 27 aufweist.
Eine mögliche Weiterbildung dieses Brennstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper 27 einerseits mit einer ersten Ventilsitzfläche 37 zu einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums 24 mit einem druckentlasteten Raum 41 steuerbar ist, und dass der Ventilkörper 27 andererseits mit einer zweiten Ventilfläche 46 zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums 24 mit einem Hochdruckkanal 12 steuerbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10353169 A1 [0002, 0003]

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Steuerventil (25) und einem Steuerraum (17), wobei der Steuerraum (17) über einen Ablaufkanal (22) mit einem Ventilraum (24) des Steuerventils (25) verbunden ist, wobei das Steuerventil (25) einen Ventilbolzen (26) mit einem in dem Ventilraum (24) angeordneten Ventilkörper (27) aufweist, wobei der Ventilkörper (27) einerseits mit einer ersten Ventilsitzfläche (37) zu einem ersten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums (24) mit einem druckentlasteten Raum (41) steuerbar ist und wobei der Ventilkörper (27) andererseits mit einer zweiten Ventilsitzfläche (46) zu einem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt, über den eine Verbindung des Ventilraums (24) mit einem Hochdruckkanal (12) steuerbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung des Ventilkörpers (27) der erste Dichtsitz geschlossen ist und der zweite Dichtsitz geöffnet ist, dass in einer zweiten Schaltstellung des Ventilkörpers (27) der erste Dichtsitz geöffnet ist und der zweite Dichtsitz geschlossen ist und dass ein Aktor (28) vorgesehen ist, der zum Verstellen des Ventilkörpers (27) aus der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung dient.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ventilsitzfläche (37) vorgesehen ist, dass der Ventilkörper (27) eine der ersten Ventilsitzfläche (37) zugeordnete Dichtkante (39) aufweist und dass die Dichtkante (39) des Ventilkörpers (27) mit der ersten Ventilsitzfläche (37) zu dem ersten Dichtsitz zusammenwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventilsitzfläche (37) als zumindest im Wesentlichen ebene erste Ventilsitzfläche (37) ausgestaltet ist und/oder dass die erste Ventilsitzfläche (37) zumindest näherungsweise senkrecht zu einer Ventilachse (30) des Steuerventils (25) orientiert ist und/oder dass die erste Ventilsitzfläche (37) an einer Sitzplatte (9) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ventilsitzfläche (46) vorgesehen ist, dass der Ventilkörper (27) eine der zweiten Ventilsitzfläche (46) zugeordnete Dichtfläche (48) aufweist und dass die Dichtfläche (48) des Ventilkörpers (27) mit der zweiten Ventilsitzfläche (46) zu dem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Ventilsitzfläche (46) eine Dichtkante (47) ausgestaltet ist und dass die Dichtfläche (48) des Ventilkörpers (27) mit der Dichtkante (47) der zweiten Ventilsitzfläche (46) zu dem zweiten Dichtsitz zusammenwirkt und/oder dass die Dichtfläche (48) des Ventilkörpers (27) als zumindest näherungsweise konische Dichtfläche (48) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventilsitzfläche (46) an einer Ventilplatte (10) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungshülse (55) vorgesehen ist, dass der Ventilbolzen (26) in der Führungshülse (55) geführt ist und dass die zweite Ventilsitzfläche (46) an der Führungshülse (55) ausgestaltet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilplatte (10) vorgesehen ist, dass die Ventilplatte (10) eine Ausnehmung (32) aufweist, dass die Führungshülse (55) in der Ausnehmung (32) der Ventilplatte (10) angeordnet ist, dass eine an der Ventilplatte (10) anliegende Drosselplatte (11) vorgesehen ist, dass die Führungshülse (55) eine einer Dichtfläche (80) der Drosselplatte (11) zugeordnete Beißkante (79) aufweist, dass die Führungshülse (55) mit ihrer Beißkante (79) mit der Dichtfläche (80) der Drosselplatte (11) zusammenwirkt und dass ein Überstand der Beißkante (79) in Bezug auf die Dichtfläche (80) der Drosselplatte (11) vorgegeben ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilplatte (10) vorgesehen ist, dass die Ventilplatte (10) eine Ausnehmung (32) aufweist, dass die Führungshülse (55) in der Ausnehmung (32) der Ventilplatte (10) angeordnet ist, dass eine an der Ventilplatte (10) anliegende Drosselplatte (11) vorgesehen ist, dass die Führungshülse (55) eine einer Dichtfläche (80) der Drosselplatte (11) zugeordnete Ringfläche (81) aufweist und dass die Führungshülse (55) mit ihrer Ringfläche (81) mit der Dichtfläche (80) der Drosselplatte (11) zusammenwirkt.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilraum (24) des Steuerventils (25) als zumindest im Wesentlichen ringförmiger Ventilraum (24) ausgestaltet ist und/oder dass eine Höhe (32) des Ventilraums (24) zumindest im Wesentlichen durch einen axialen Abstand (32) des ersten Dichtsitzes an der ersten Ventilsitzfläche (37) zu dem zweiten Dichtsitz an der zweiten Ventilsitzfläche (46) bestimmt ist.