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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 40 03 228 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Brennstofffilter am zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils in den Brennstoffeinlassstutzen eingepresst ist. Dieser Brennstofffilter ist am Umfang beispielsweise mit einem Messingring versehen, der mit der Wandung des Brennstoffeinlassstutzens die Paarung beim Einpressen des Brennstofffilters bildet. Der Messingring umgibt einen ringförmigen Kunststoffmassivabschnitt des Grundkörpers des Brennstofffilters, von dem aus z.B. drei Stege in Längsrichtung bis zu einem gemeinsamen Bodenabschnitt verlaufen, von denen das eigentliche Siebgewebe in diesen Teilbereichen umspritzt ist. Eine Einstellhülse stromabwärts des Brennstofffilters dient zur Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder.
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Bekannt sind desweiteren bereits Brennstoffeinspritzventile, bei denen die Einstellhülse und der Brennstofffilter als ein so genanntes Kombibauteil vorliegen, also die beiden Funktionen der Einstellung der Federvorspannung einer an der Einstellhülse anliegenden Rückstellfeder und die Filterung des einströmenden Brennstoffs in einem Bauteil integriert sind (
US 5,335,863 A ,
US 6,434,822 B1 ,
EP 1 296 057 B1 ,
EP 2 426 351 A1 ,
EP 1 377 747 A1 ). Alle bekannten Lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass ein Pressbereich im Bereich der Einstellhülse vorgesehen ist, der mit der Wandung des sie umgebenden Anschlussstutzens eine Presspassung eingeht, die so eng gewählt ist, dass über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils die Federspannung konstant gehalten bleibt, also ein Verrutschen der Einstellhülse ausgeschlossen ist.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass ein Einstellelement als Kombibauteil im Brennstoffzulauf eingesetzt ist, dass eine hohe Funktionsintegration (Einstellung der Federkraft der Rückstellfeder, Filterung des Brennstoffs) in sich vereint, wobei das Einstellelement von einer Hülse nach außen hin gebildet ist, wobei die Hülse einen Bodenbereich besitzt, in dem ein als eigenständiges Einbauteil ausgebildetes Filterelement mit einem Fortsatz passgenau gehalten ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, dass der Bodenbereich der Hülse einen mittleren, sich axial erstreckenden Verlängerungsbereich aufweist, in dem das Filterelement mit seinem Fortsatz einfach und kostengünstig eingepasst ist. Das Filterelement kann in seiner Position im Verlängerungsbereich der Hülse auf einfache Art und Weise gesichert sein. Für die Sicherung des Filterelements im Verlängerungsbereich der Hülse eignet sich insbesondere eine Pressverbindung, bei der für die beiden Bauteilpartner aufgrund ihrer Paarungsdurchmesser eine Presspassung vorliegt. Eine zusätzliche Sicherung des Fortsatzes des Filterelements im Bodenbereich der Hülse kann in vorteilhafter Weise mittels Warmbördeln, Verstemmen oder Kleben erfolgen.
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Außerdem kann der Verlängerungsbereich des Bodenbereichs der Hülse als Führung für eine Rückstellfeder dienen, die sich am Bodenbereich abstützt.
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In vorteilhafter Art und Weise ist die Hülse becherförmig ausgeführt, wobei neben dem Bodenbereich ein weitgehend zylindrischer Mantelbereich vorgesehen ist. Der Fortsatz ist Teil eines Kunststoff-Rahmenteils des Filterelements, der im Bodenbereich der Hülse gehalten ist, während das Kunststoff-Rahmenteil des Filterelements in einem Pressbereich im Mantelbereich der Hülse ebenfalls befestigt ist.
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Mit sehr geringen Kosten und zudem einfach herstellbar ist ein Drosselabschnitt mit einer Drosselbohrung zulaufseitig unmittelbar in der Anschlusshülse des Brennstoffeinspritzventils mitintegriert, durch den eine erhebliche Geräuschreduzierung gegenüber Brennstoffeinspritzventilen ähnlicher Bauart und vergleichbarer konstruktiver Ausgestaltung erzielbar.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 einen axialen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventil im Bereich II in 1 mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Einstellelements,
- 3 ein erstes Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung,
- 4 eine Unteransicht des Einstellelements gemäß der Ansicht der 3,
- 5 das Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung in einer gegenüber der 3 um 90° gedrehten Ansicht,
- 6 eine Unteransicht des Einstellelements gemäß der Ansicht der 5,
- 7 ein zweites Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung analog der Ansicht von 3,
- 8 eine Unteransicht des Einstellelements gemäß der Ansicht der 7,
- 9 ein drittes Einstellelement gemäß 2 in einer Schnittdarstellung analog der Ansicht von 3 und
- 10 eine Unteransicht des Einstellelements gemäß der Ansicht der 9.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Bevor anhand der 2 bis 10 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils näher beschrieben werden, soll zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst anhand von 1 ein bereits bekanntes Brennstoffeinspritzventil bezüglich seiner wesentlichen Bauteile kurz erläutert werden.
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Das in 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 ist durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet. Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt und auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden. Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 geführt, welche scheibenförmig ausgeführt ist. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15. Stromaufwärts der Einstellscheibe 15 befindet sich ein Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht wird.
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In der oberen Ventilnadelführung 14, im Anker 20 und an einem unteren Führungselement 36 verlaufen Brennstoffkanäle 30, 31 und 32. Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung und durch eine weitere Dichtung 37 gegen einen nicht weiter dargestellten Zylinderkopf abgedichtet. Zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 ist eine Vorhubfeder 38 angeordnet, welche den Anker 20 im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 in Anlage an dem zweiten Flansch 34 hält. Die Federkonstante der Vorhubfeder 38 ist dabei wesentlich kleiner als die Federkonstante der Rückstellfeder 23.
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Im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von der Rückstellfeder 23 und der Vorhubfeder 38 entgegen seiner Hubrichtung so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 zunächst entgegen der Federkraft der Vorhubfeder 38 in Hubrichtung bewegt, wobei ein Ankerfreiweg durch den Abstand zwischen dem ersten Flansch 21 und dem Anker 20 vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs nimmt der Anker 20 den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 23 ebenfalls in Hubrichtung mit. Der Anker 20 durchläuft dabei einen Gesamthub, der der Höhe des Arbeitsspaltes 27 zwischen dem Anker 20 und dem Innenpol 13 entspricht. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über die Brennstoffkanäle 30 bis 32 geführte Brennstoff wird durch die Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird. Die Vorhubfeder 38 beaufschlagt den Anker 20 dann wiederum so, dass dieser nicht von dem zweiten Flansch 34 zurückprellt, sondern ohne Anschlagspreller in den Ruhezustand zurückkehrt.
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Der Innenpol 13 ist zum Zulaufende des Brennstoffeinspritzventils 1 hin hülsenförmig ausgeführt und bildet insofern in diesem Bereich eine Anschlusshülse 40. Die Anschlusshülse 40 kann auch als separates Bauteil unabhängig vom Innenpol 13 ausgeformt sein, in die dann z.B. der Innenpol 13 eingepasst ist. Im Bereich der Anschlusshülse 40 ist das Filterelement 25 eingebracht, das der Herausfiltrierung solcher Partikel im Brennstoff dient, die ansonsten zu Funktionsbeeinträchtigungen an den relevanten Ventilbauteilen wie dem Dichtsitz führen könnten.
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Der elektromagnetische Kreis kann z.B. auch durch einen Piezoaktor oder einen magnetostriktiven Aktor als Aktuator ersetzt werden.
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2 zeigt in einer auszugsweisen axialen Schnittdarstellung ungefähr den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 50, das als Kombibauteil ausgeführt ist und zumindest die Funktionen der Einstellhülse 24 und des Filterelements 25 vereint. Zusätzlich kann das Kombibauteil noch eine dritte Funktion erfüllen, indem ein Drosselelement 52 mitintegriert ist, das eine einen geringen Durchmesser aufweisende Drosselbohrung 54 aufweist. In der konkret dargestellten Ausführung ist allerdings ein Drosselabschnitt 52 mit der Drosselbohrung 54 zulaufseitig unmittelbar in der Anschlusshülse 40 mitintegriert. Das Einstellelement 50 besteht aus wenigstens zwei Einzelteilen. So bildet die äußere Ummantelung des Einstellelements 50 eine metallene Hülse 51, die weitgehend zylindrisch ausgeführt ist, allerdings auch einen Bodenbereich 53 umfasst, an dem sich die Rückstellfeder 23 abstützen kann, und mittels Tiefziehen hergestellt ist. Die dünnwandige Hülse 51 ist dabei erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass abströmseitig im Bodenbereich 53 ein Filterelement 62 mit einem Fortsatz 66 passgenau gehalten ist. In vorteilhafter Art und Weise weist der Bodenbereich 53 der Hülse 51 einen mittleren, sich axial erstreckenden Verlängerungsbereich 55 auf, in dem das Filterelement 62 mit seinem Fortsatz 66 eingepasst ist. Der Verlängerungsbereich 55 wird dabei von einem in Axialrichtung gesehen recht kurzen Bördelbund gebildet.
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Insbesondere bei Hochdruckeinspritzventilen, die z.B. mit einem Brennstoffdruck von weit > 100 bar versorgt werden, hat sich gezeigt, dass es im Betrieb zu einer erheblichen Geräuschentwicklung kommt, die als z.T. störend empfunden werden kann. Eine wirksame Geräuschreduzierung erfolgt dadurch, dass im Zuströmbereich der Anschlusshülse 40 der Drosselabschnitt 52 mit der Drosselbohrung 54 vorgesehen ist, die einen Öffnungsquerschnitt besitzt, der um ein Vielfaches kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Anschlusshülse 40 bzw. des Innenpols 13. Die Drosselbohrung 54 besitzt dabei z.B. einen Durchmesser von 0,4 mm bis 1,5 mm. Mit Hilfe der Drosselbohrung 54 kann eine gezielte Dämpfung von Druckpulsationen im Inneren des Brennstoffeinspritzventils erfolgen.
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In der 3 ist ein erstes Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung dargestellt. In der tiefgezogenen Hülse 51 ist das Filterelement 62 integriert, das z.B. aus einem Rahmenteil aus spritzgegossenem Kunststoff und einem Filtergewebe gebildet ist, wobei das Rahmenteil in der Hülse 51, insbesondere in einem Pressbereich 56 der Hülse 51 befestigt ist. Der Pressbereich 56 der Hülse 51 liegt dabei z.B. in einem oberen Teil eines zylindrischen Mantelbereichs 59 der Hülse 51, der aufgrund einer kleinen Stufe 60 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser des unteren Teils des Mantelbereichs 59 der Hülse 51. Das z.B. tiefgezogene Metallgewebe des Filterelements 62 ist dabei in das Kunststoff-Rahmenteil mit eingegossen, so dass ein einteiliges Filterelement 62 vorliegt, das in die Hülse 51 einbringbar ist. Das Rahmenteil korrespondiert mit dem Pressbereich 56 der Hülse 51 zur sicheren und zuverlässigen Befestigung des Filterelements 62 und besitzt zudem noch drei längs verlaufende Rahmenstege, die dem Filterelement 62 die notwendige Stabilität verleihen.
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Zusätzlich wird aber das Filterelement 62 mit Hilfe seines Fortsatzes 66 im Verlängerungsbereich 55 des Bodenbereichs 53 der Hülse 51 zentriert und gehalten. Das Filterelement 62 wird z.B. derart in die Hülse 51 eingebracht, dass es zumindest mit einem Teilbereich rund um den Fortsatz 66 von innen am Bodenbereich 53 der Hülse 51 aufsteht. Dieser Stützdurchmesser ist entsprechend größer als der Durchmesser des Verlängerungsbereichs 55 der Hülse 51. Im eingesetzten Zustand steht der Fortsatz 66 des Filterelements 62 axial aus dem Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 heraus. Im Bodenbereich 53 sind mehrere Durchgangsöffnungen 61 vorgesehen, durch die der gefilterte Brennstoff austreten kann. Am dem Bodenbereich 53 gegenüberliegenden stromaufwärtigen Ende besitzt die Hülse 51 z.B. einen umgebördelten Ringkragen 73. Dieser aufgebördelte Ringkragen 73 ist besonders geeignet, um ein Werkzeug zum Einpressen der Hülse 51 optimal angreifen zu lassen. Der Ringkragen 73 kann dabei eine radiale Ausdehnung aufweisen, die zwischen Faktor 0,5 und 3 der Wandstärke der Hülse 51 im Mantelbereich 59 entspricht.
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Der Fortsatz 66 des Filterelements 62 und der Verlängerungsbereich 55 der Hülse 51 gehen vorzugsweise eine Pressverbindung ein. Dabei kann das Pressübermaß zwischen Außendurchmesser des Fortsatzes 66 und Innendurchmesser des Verlängerungsbereichs 55 zwischen ca. 0,04 und 0,2 mm betragen. Eine zusätzliche Sicherung kann über Warmbördeln, Verstemmen oder Kleben erzielt werden.
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4 zeigt eine Unteransicht des Einstellelements 50 gemäß der Ansicht der 3, aus der ersichtlich wird, dass die beispielsweise drei Durchgangsöffnungen 61 im Bodenbereich 53 ausgebildet sind, die eine nierenförmige Kontur besitzen. Allerdings ist es auch denkbar, eine andere Anzahl von Durchgangsöffnungen 61 zwischen eins und zehn zu wählen, bei denen auch die Form von der nierenförmigen Kontur abweichen kann (z.B. rund, oval, mehreckig).
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In 5 ist das Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung in einer gegenüber der 3 um 90° gedrehten Ansicht dargestellt. Dabei werden die offenen Filterseiten erkennbar. Mit dem Pfeil 65 ist schematisch der Strömungsverlauf des Brennstoffs von der Innenseite des Filterelements 62 zur Außenseite des Filterelements 62 innerhalb der Hülse 51 bis hin zu den Durchgangsöffnungen 61 im Bodenbereich 53 angezeigt. Während also 3 das Rahmenteil aus spritzgegossenem Kunststoff mit seinen drei längs verlaufenden Rahmenstegen verdeutlicht, zeigt 5 die dazwischen liegenden eigentlichen Filterbereiche des Filtergewebes. In 6, die eine Unteransicht des Einstellelements 50 gemäß der Ansicht der 5 zeigt, sind die Durchgangsöffnungen 61 um 45° verdreht zu erkennen.
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Um in vorteilhafter Weise eine sichere Montage des Filterelements 62 innerhalb der Hülse 51 und speziell im Verlängerungsbereich 55 des Bodenbereichs 53 mit dem Fortsatz 66 des Filterelements 62 mit reduzierten Einpresskräften zu erzielen, werden weitere alternative Lösungen der erfindungsgemäßen Anordnung vorgeschlagen. So zeigt 7 ein zweites Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung analog der Ansicht von 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Fortsatz 66 des Filterelements 62 umfänglich ausgeformte Quetschrippen 75 auf. Diese wellenartig ausgeformten Quetschrippen 75 am Fortsatz 66 können sich beim Einpressen des Fortsatzes 66 im Verlängerungsbereich 55 verformen, so dass sie für eine optimale Pressung im Verlängerungsbereich 55 sorgen. 8 zeigt eine entsprechende Unteransicht des Einstellelements 50 gemäß der Ansicht der 7, aus der der Verlauf der Quetschrippen 75 am Fortsatz 66 des Filterelements 62 deutlich wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind z.B. sechs Quetschrippen 75 über den Umfang vorgesehen.
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9 zeigt noch ein drittes Einstellelement 50 gemäß 2 in einer Schnittdarstellung analog der Ansicht von 3. Auch diese in 9 dargestellte Ausführungsform dient in vorteilhafter Weise dazu, eine sichere Montage des Filterelements 62 innerhalb der Hülse 51 und speziell im Verlängerungsbereich 55 des Bodenbereichs 53 mit dem Fortsatz 66 des Filterelements 62 mit reduzierten Einpresskräften zu erzielen. Der Fortsatz 66 weist hier nun eine Sackbohrung 76 auf, die von unten im Fortsatz 66 eingebracht ist. Diese Sackbohrung 76 kann eine solche axiale Länge besitzen, dass sie bis in den Erstreckungsbereich des Mantelbereichs 59 der Hülse 51 hineinreicht. Alternativ zur Sackbohrung 76 kann auch im Fortsatz 66 ein quer verlaufender Schlitz eingebracht sein. 10 zeigt eine Unteransicht des Einstellelements 50 gemäß der Ansicht der 9.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch bei einer Vielzahl anderer Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen im Vergleich zu der in 1 gezeigten Bauform des Brennstoffeinspritzventils realisierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4003228 A1 [0002]
- US 5335863 A [0003]
- US 6434822 B1 [0003]
- EP 1296057 B1 [0003]
- EP 2426351 A1 [0003]
- EP 1377747 A1 [0003]
