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WO2007098985A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

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Publication number
WO2007098985A1
WO2007098985A1 PCT/EP2007/050451 EP2007050451W WO2007098985A1 WO 2007098985 A1 WO2007098985 A1 WO 2007098985A1 EP 2007050451 W EP2007050451 W EP 2007050451W WO 2007098985 A1 WO2007098985 A1 WO 2007098985A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
fuel injection
chamber
ball element
pin
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/050451
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Bruetsch
Dietmar Uhlmann
Christoph Radsak
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2007098985A1 publication Critical patent/WO2007098985A1/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045Three-way valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for fuel injection systems of internal combustion engines. Specifically, the invention relates to an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines.
  • a fuel injection valve in which an actuator by means of a valve controls the pressure in a control chamber, wherein in response to the pressure in the control chamber actuation of a valve needle for spraying of fuel.
  • the control chamber is connected via an inlet throttle with a high-pressure region and an outlet throttle with a valve chamber of the valve.
  • the valve chamber is connected via a bypass directly to the high pressure area.
  • a valve pin serves to control the passage via the bypass and at the same time controls a passage to a low pressure area. To control the passage from the valve space to the low pressure area, the valve pin cooperates with a seat.
  • the fuel injection valve known from DE 101 45 862 A1 has the disadvantage that, in the unpressurized state, the seat may not be completely closed to the low-pressure region by means of the valve pin. As a result, the pressure build-up in the valve chamber during commissioning of the fuel injection valve can be delayed because part of the fuel to Low pressure area drains off. It is conceivable that a valve spring is used, which adjusts the valve pin in a desired starting position. However, such a valve spring has the disadvantage that lateral forces occur that cause undesirable wear on the seat. In a partial open position of the valve may also damage the seat, in particular by cavitation caused.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the valve pin is at least substantially applied without transverse forces or with vanishing transverse forces in the direction of the starting position, so that wear of a sealing edge or the like is reduced to the low pressure region. Damage to the seat, for example due to cavitation, can also be prevented or reduced.
  • the valve which may be configured in particular as a switching valve, having a valve pin which cooperates to close the connection between the valve chamber and the low-pressure region via the drain opening with the ball element of the valve pin to a sealing seat.
  • the sealing seat between the ball element and the valve seat body is preferably formed on a sealing edge of the control valve seat body, wherein the spring element uniformly urges the ball element by means of the bolt part of the valve pin against the sealing edge. Due to the uniform loading of the sealing edge in particular punctual loads of the sealing edge, as they can occur at shear forces prevented, so that wear of the valve seat body is prevented, especially in the region of the sealing edge.
  • the sealing edge can be designed simply by the configuration of the ball element as at least partially spherical ball element, since in particular a precise compliance with a specific seat geometry due to the ball seat is not required. Furthermore, the diameter of the sealing edge can be easily adapted to the existing requirements.
  • the ball element of the valve pin is pressed into the recess of the bolt part of the valve pin facing the outlet opening. Characterized a phase shift in the movement of the ball member and the bolt member is prevented during the actuation of the valve pin, so that a reliable operation of the control valve is ensured. This is particularly advantageous in combination with a spring element which is also firmly connected to the bolt part.
  • the actuator acts in an advantageous manner via an actuating element on the ball element of the valve pin, wherein a contact surface of the actuating element bears against the ball element.
  • the contact surface of the actuating element and the surface of the ball element facing the contact surface are adapted to each other.
  • a planar configuration of the contact surface and a planar configuration of the ball element adapted thereto on the side of the contact surface of the actuating element by a flat flattening are advantageous.
  • This configuration allows within certain limits a radial degree of freedom between the actuating element and the ball element, wherein a cost-effective design with certain tolerances is possible.
  • the contact surface of the actuating element as a matched to the geometry of the ball element, concave contact surface. It is possible that the ball element is designed as a solid ball, which allows a cost-effective design of the control valve.
  • the spring element has a sleeve-shaped end portion which encloses a peripheral step of the bolt part of the valve pin circumferentially.
  • a fixed connection may be formed by pressing the sleeve-shaped end portion of the spring element on the peripheral step of the bolt part. Due to the peripheral step, a centering of the spring element is ensured with respect to the bolt part, so that the occurrence of transverse forces is prevented.
  • the fixed connection prevents phase shifts in the oscillatory movement of the bolt part and spring element, so that the function of the valve is improved.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Fuel injection valve in a partial schematic sectional view.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a fuel injection valve 1 of the invention in a partial, schematic sectional view.
  • the fuel injection valve 1 can serve, in particular, as an injector for fuel injection systems of mixture-compression, self-igniting internal combustion engines.
  • the fuel injection valve 1 is suitable for commercial vehicles or passenger cars.
  • a preferred use of the fuel injection valve 1 is for a fuel injection system with a common rail, the diesel fuel under high pressure leads to a plurality of fuel injection valves 1.
  • the fuel injection valve 1 according to the invention is also suitable for other applications.
  • the fuel injection valve 1 has a multi-part valve housing 2, which is connected to a nozzle body 3.
  • a nozzle retaining nut 5 is screwed to a holding body 26 of the housing 2 in order to connect the nozzle body 3 to the housing 2.
  • a needle seat 4 formed on the nozzle body 3 interacts with a nozzle needle 6 to form a sealing seat.
  • the nozzle needle 6 closes at a distal end of the sealing seat with a sleeve 7 and a throttle plate 8 a control chamber 9 a.
  • In the operation of the fuel injection valve 1 is located in the control chamber 9 under a certain pressure standing fuel.
  • the fuel injection valve 1 also has a fuel inlet nozzle 12 shown in simplified form, which can be connected to a common rail or the like by means of a suitable fuel line.
  • the fuel passes into a fuel channel 13 provided in the interior of the housing 2 via the fuel inlet connection 12 and into the fuel chamber 10.
  • the fuel channel 13 and the fuel chamber 10 form a high-pressure region 14 in which high-pressure fuel is provided during operation of the fuel injection valve 1 is.
  • the control chamber 9 is connected on the one hand via an inlet throttle 15 to the fuel passage 13 of the high-pressure region 14. On the other hand, the control chamber 9 via an outlet throttle 16 with a valve chamber 17 of a valve
  • the valve 18 is preferably designed as a switching valve 18. Via a bypass channel 19, a connection of the fuel chamber 10 of the high-pressure region 14 with the control valve chamber 17, bypassing the inlet throttle 15, the control chamber 9 and the outlet throttle 16 is possible.
  • the bypass channel 19 is designed as a bypass 19 and in particular as a bypass bore 19. The inlet throttle 15, the outlet throttle 16 and the bypass channel
  • the valve 18 is disposed within a valve plate 20 of the fuel injection valve 1.
  • the valve 18 has a valve pin 21 and a spring element 22.
  • the valve pin 21 comprises a ball element 23 and a pin part 24, wherein the ball element 23 is pressed into the pin part 24.
  • the ball element 23 of the valve pin 21 cooperates with a valve seat body 25, which is formed on the valve plate 20, to form a sealing seat.
  • the fuel injection valve 1 also has a piezoelectric actuator 30 which is arranged in the interior of the housing 2 and which is connected via a hydraulic coupler 31, which in particular acts as a stroke transmission device 31 can be configured, with the valve pin 21 via an actuating element 32 of the hydraulic coupler 31 is in operative connection.
  • the valve pin 21 is adjusted against the force of the spring element 22 by means of the actuating element 32 so that the seal formed between the ball member 23 and the valve seat body 25 is opened, whereby a pressure of the fuel in the valve chamber 17 drops and fuel from the Control chamber 9 flows via the outlet throttle 16 in the valve chamber 17. In this case, the pressure in the control chamber 9 is reduced, whereby it comes to injecting fuel from the fuel chamber 10 via the nozzle opening 11.
  • Fig. 2 shows the designated in Fig. 1 with Il section of the fuel injection valve 1 in more detail.
  • a connection between the valve chamber 17 and a low-pressure region 40 via a drain opening 41 can be opened and closed by means of the valve pin 21, wherein the ball element 23 rests in the closed state against a sealing edge 42 which is provided on the valve seat body 25.
  • a bolt part 24 of the valve pin 21 is arranged within the valve chamber 17 and has a drain opening 41 facing recess 43 into which the ball element 23 is inserted. In this case, the ball element 23 is pressed into the recess 43 of the bolt part 24 in order to achieve a firm connection between the ball element 23 and the bolt part 24.
  • the bolt part 24 also has a peripheral step 44, on the spring element 22 is pressed with a sleeve-shaped end portion 45.
  • a centering of the spring element 22 with respect to an axis 46 of the bolt part 24 of the valve pin 21 is achieved, whereby the uniform application of the sealing edge 42 is improved due to the force of the spring element 22.
  • a phase shift in the oscillatory movement of the bolt part 24 and the spring element 22 is excluded by the connection between the sleeve-shaped end portion 45 of the spring element 22 and the peripheral step 44 of the bolt part 24. As a result, the operation of the valve 18 is further improved.
  • the position of the sealing edge 42 with respect to a predetermined ideal position with respect to a predetermined axis 46 of the valve pin 41 may be both slightly offset radially and slightly inclined. Due to the planar configuration of both the contact surface 51 of the actuating element 32 and the flat flattening 52 of the ball member 23, a certain displacement of the axis 46 of the valve pin 21 in a radial direction is possible.
  • the hydraulic coupler 31 is preferably designed so that when actuated actuator 30 at least largely unpressurized concerns the actuator 32 to the ball member 23, so that due to the flexible design of the spring member 22 has a certain inclination of the pin member 24 with respect to the axis 46 is allowed to close the ball seat formed between the ball member 23 and the sealing edge 42.
  • the described embodiment allows tolerance compensation at least within certain limits. In this case, certain wear and tear, which occur during the life of the fuel injection valve 1, can be compensated.
  • FIG. 3 shows the valve pin 21 of the valve 18 shown in FIG. 2 and the actuating element 32 in an excerpted, partially sectioned illustration according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the contact surface 51 on the fully spherical geometry of the ball member 23 adapted concave contact surface 51.
  • the contact surface 51 bears against the surface 53 of the ball element 23 when the valve pin 21 is actuated.
  • the ball element 23 can thereby be configured as a solid ball and is therefore inexpensive to produce.
  • the Vorstehin 61 and / or the total height 60 can be determined to adjust a valve lift of the valve 18 individually.
  • An initial length HO of the spring element 22 pressed onto the circumferential step 44 is selected to be somewhat greater than an installation length H 1 (FIG. 2) in order to ensure a certain prestressing of the spring element 22.
  • the pin member 24 may also be configured so that it is guided with a side surface 63 on an inner wall 64 of the valve chamber 17, wherein suitable longitudinal grooves are provided in the region of the side surface 63 on the pin member 24 to a flow of fuel in the direction of the discharge opening 41 to allow.
  • the ball element 23 may be cylindrically shaped, in particular in the region of the recess 43, in order to allow a rotation-proof press-fitting of the ball element 23 into the recess 43 of the bolt part 24.

Landscapes

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist einen Aktor (30) auf, der über eine Hubübersetzungseinrichtung (31) und ein Ventil (18) den Druck in einem Steuerraum (9) steuert. Dabei weist das Ventil (18) einen Ventilbolzen (21) und ein Federelement (22) auf. Der Ventilbolzen (21) umfasst einen Bolzenteil (24) und ein Kugelelement (23), das in eine Ausnehmung (43) des Bolzenteils 24 eingepresst ist. Durch das Federelement (22) wird das Kugelelement (23) mittels des Bolzenteils (24) gegen eine Dichtkante (42) des Ventils (18) gepresst. Dabei ermöglicht das Kugelelement (23) einen zuverlässigen Betrieb des Ventils (18).

Description

Beschreibung
Titel Brennstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Speziell betrifft die Erfindung einen Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 101 45 862 Al ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem ein Aktor mittels eines Ventils den Druck in einem Steuerraum steuert, wobei in Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum eine Betätigung einer Ventilnadel zum Abspritzen von Brennstoff erfolgt. Dabei ist der Steuerraum über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckbereich und über eine Ablaufdrossel mit einem Ventilraum des Ventils verbunden. Ferner ist der Ventilraum über einen Bypass direkt mit dem Hochdruckbereich verbunden. Ein Ventilbolzen dient zum Steuern des Durchlasses über den Bypass und steuert gleichzeitig einen Durchlass zu einem Niederdruckbereich. Zum Steuern des Durchlasses aus dem Ventilraum zum Niederdruckbereich wirkt der Ventilbolzen mit einem Sitz zusammen.
Das aus der DE 101 45 862 Al bekannte Brennstoffeinspritzventil hat den Nachteil, dass im drucklosen Zustand der Sitz zum Niederdruckbereich mittels des Ventilbolzens gegebenenfalls nicht vollständig geschlossen ist. Dadurch kann sich der Druckaufbau im Ventilraum beim Inbetriebnehmen des Brennstoffeinspritzventils verzögern, da ein Teil des Brennstoffs zum Niederdruckbereich abfließt. Hierbei ist es denkbar, dass eine Ventilfeder eingesetzt wird, die den Ventilbolzen in eine gewünschte Ausgangsstellung verstellt. Eine solche Ventilfeder hat allerdings den Nachteil, dass Querkräfte auftreten, die einen unerwünschten Verschleiß am Sitz verursachen. Bei einer teilweisen Offenstellung des Ventils kann außerdem eine Beschädigung des Sitzes, insbesondere durch Kavitation, verursacht werden.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der Ventilbolzen zumindest im Wesentlichen ohne Querkräfte oder mit verschwindenden Querkräften in Richtung der Ausgangsstellung beaufschlagt ist, so dass ein Verschleiß einer Dichtkante oder dergleichen zum Niederdruckbereich verringert ist. Beschädigungen am Sitz, beispielsweise durch Kavitation, können ebenfalls verhindert oder verringert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
Vorteilhaft ist, dass das Ventil, das insbesondere als Schaltventil ausgestaltet sein kann, einen Ventilbolzen aufweist, der zum Schließen der Verbindung zwischen dem Ventilraum und dem Niederdruckbereich über die Abflussöffnung mit dem Kugelelement des Ventilbolzens zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Dichtsitz zwischen dem Kugelelement und dem Ventilsitzkörper vorzugsweise an einer Dichtkante des Steuerventilsitzkörpers gebildet, wobei das Federelement das Kugelelement mittels des Bolzenteils des Ventilbolzens gleichmäßig gegen die Dichtkante beaufschlagt. Durch die gleichmäßige Beaufschlagung der Dichtkante werden insbesondere punktuelle Belastungen der Dichtkante, wie sie bei Querkräften auftreten können, verhindert, so dass ein Verschleiß des Ventilsitzkörpers speziell im Bereich der Dichtkante verhindert ist. Außerdem ist ein zuverlässiges Verschließen der Verbindung zwischen dem Ventilraum und dem Niederdruckbereich gewährleistet, wodurch ein rascher Druckaufbau beim Inbetriebsetzen des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht und das Auftreten von Kavitation am Sitz zum Niederdruckbereich verhindert ist. Ferner kann die Dichtkante durch die Ausgestaltung des Kugelelements als zumindest teilweise kugelförmiges Kugelelement einfach ausgestaltet werden, da insbesondere eine präzise Einhaltung einer speziellen Sitzgeometrie auf Grund des Kugelsitzes nicht erforderlich ist. Ferner kann der Durchmesser der Dichtkante einfach an die bestehenden Anforderungen angepasst werden.
In vorteilhafter Weise ist das Kugelelement des Ventilbolzens in die der Abflussöffnung zugewandte Ausnehmung des Bolzenteils des Ventilbolzens eingepresst. Dadurch wird bei der Betätigung des Ventilbolzens eine Phasenverschiebung in der Bewegung des Kugelelements und des Bolzenteils verhindert, so dass eine zuverlässige Funktion des Steuerventils gewährleistet ist. Dies ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem Federelement, das ebenfalls mit dem Bolzenteil fest verbunden ist.
Zum Betätigen des Steuerventilglieds wirkt der Aktor in vorteilhafter Weise über ein Betätigungselement auf das Kugelelement des Ventilbolzens ein, wobei eine Anlagefläche des Betätigungselements an dem Kugelelement anliegt. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Anlagefläche des Betätigungselements und die der Anlagefläche zugewandte Oberfläche des Kugelelements aneinander angepasst sind. Vorteilhaft sind beispielsweise eine ebene Ausgestaltung der Anlagefläche und eine darauf angepasste ebene Ausgestaltung des Kugelelements auf der Seite der Anlagefläche des Betätigungselements durch eine ebene Abflachung. Diese Ausgestaltung ermöglicht innerhalb gewisser Grenzen einen radialen Freiheitsgrad zwischen dem Betätigungselement und dem Kugelelement, wobei eine kostengünstige Ausführung mit gewissen Toleranzen ermöglicht ist. Vorteilhaft ist auch eine Ausgestaltung der Anlagefläche des Betätigungselements als eine an die Geometrie des Kugelelements angepasst, konkave Anlagefläche. Dabei ist es möglich, dass das Kugelelement als Vollkugel ausgebildet ist, was eine kostengünstige Ausgestaltung des Steuerventils ermöglicht.
Vorteilhaft ist es, dass das Federelement einen hülsenförmigen Endabschnitt aufweist, der eine umlaufende Stufe des Bolzenteils des Ventilbolzens umfänglich umschließt. Dabei kann eine feste Verbindung durch Aufpressen des hülsenförmigen Endabschnitts des Federelements auf die umlaufende Stufe des Bolzenteils ausgebildet sein. Durch die umlaufende Stufe wird eine Zentrierung des Federelements bezüglich des Bolzenteils gewährleistet, so dass das Auftreten von Querkräften verhindert ist. Durch die feste Verbindung werden Phasenverschiebungen in der Schwingungsbewegung von Bolzenteil und Federelement verhindert, so dass die Funktion des Ventils verbessert ist.
Zeichnung
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 erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils in einer auszugsweisen schematischen Schnittdarstellung.
Fig. 2 den in Fig. 1 mit Il bezeichneten Ausschnitt des
Brennstoffeinspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels in weiterem Detail und Fig. 3 das in Fig. 2 gezeigte Steuerventilglied und ein Betätigungselement in einer teilweisen Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer teilweisen, schematischen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für Nutzkraftwagen oder Personenkraftwagen. 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 ein aus mehreren Teilen bestehendes Ventilgehäuse 2 auf, das mit einem Düsenkörper 3 verbunden ist. Dabei ist eine Düsenspannmutter 5 mit einem Haltekörper 26 des Gehäuses 2 verschraubt, um den Düsenkörper 3 mit dem Gehäuse 2 zu verbinden. Ein an dem Düsenkörper 3 ausgebildeter Nadelsitz 4 wirkt mit einer Düsennadel 6 zu einem Dichtsitz zusammen. Die Düsennadel 6 schließt an einem dem Dichtsitz abgewandten Ende mit einer Hülse 7 und einer Drosselplatte 8 einen Steuerraum 9 ein. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich im Steuerraum 9 unter einem gewissen Druck stehender Brennstoff. In Abhängigkeit von dem im Steuerraum 9 herrschenden Druck des Brennstoffs erfolgt eine Betätigung der Düsennadel 6, wobei sich bei einem niedrigen Druck im Steuerraum 9 der zwischen der Düsennadel 6 und dem Nadelsitz 4 gebildete Dichtsitz öffnet, so dass Brennstoff aus einem Brennstoff räum 10 über den geöffneten Dichtsitz und zumindest ein Spritzloch 11 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgespritzt wird. Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem einen vereinfacht dargestellten Brennstoffeinlassstutzen 12 auf, der mittels einer geeigneten Brennstoffleitung mit einem Common-Rail oder dergleichen verbindbar ist. Über den Brennstoffeinlassstutzen 12 gelangt der Brennstoff in einen im Inneren des Gehäuses 2 vorgesehenen Brennstoffkanal 13 und aus diesen in den Brennstoffraum 10. Der Brennstoffkanal 13 und der Brennstoffraum 10 bilden einen Hochdruckbereich 14, in dem im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 unter hohem Druck stehender Brennstoff vorgesehen ist.
Der Steuerraum 9 ist einerseits über eine Zulaufdrossel 15 mit dem Brennstoffkanal 13 des Hochdruckbereichs 14 verbunden. Andererseits ist der Steuerraum 9 über eine Ablaufdrossel 16 mit einem Ventilraum 17 eines Ventils
18 verbunden. Das Ventil 18 ist vorzugsweise als Schaltventil 18 ausgestaltet. Über einen Umgehungskanal 19 ist eine Verbindung des Brennstoffraums 10 des Hochdruckbereichs 14 mit dem Steuerventilraum 17 unter Umgehung der Zulaufdrossel 15, des Steuerraums 9 und der Ablaufdrossel 16 möglich. Der Umgehungskanal 19 ist als Bypass 19 und insbesondere als Bypassbohrung 19 ausgebildet. Die Zulaufdrossel 15, die Ablaufdrossel 16 und der Umgehungskanal
19 sind in der Drosselplatte 8 ausgebildet.
Das Ventil 18 ist innerhalb einer Ventilplatte 20 des Brennstoffeinspritzventils 1 angeordnet. Das Ventil 18 weist einen Ventilbolzen 21 und ein Federelement 22 auf. Der Ventilbolzen 21 umfasst ein Kugelelement 23 und ein Bolzenteil 24, wobei das Kugelelement 23 in das Bolzenteil 24 eingepresst ist. Das Kugelelement 23 des Ventilbolzens 21 wirkt mit einem Ventilsitzkörper 25, der an der Ventilplatte 20 ausgebildet ist, zu einem Dichtsitz zusammen. Der Aufbau und die Ausgestaltung des Ventils 18 sind anhand der Fig. 2 im Detail weiter beschrieben.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem einen im Inneren des Gehäuses 2 angeordneten piezoelektrischen Aktor 30 auf, der über einen hydraulischen Koppler 31, welcher insbesondere als Hubübersetzungseinrichtung 31 ausgestaltet sein kann, mit dem Ventilbolzen 21 über ein Betätigungselement 32 des hydraulischen Kopplers 31 in Wirkverbindung steht. Beim Betätigen des Aktors 30 wird der Ventilbolzen 21 entgegen der Kraft des Federelements 22 mittels des Betätigungselements 32 verstellt, so dass der zwischen dem Kugelelement 23 und dem Ventilsitzkörper 25 gebildete Dichtsitz geöffnet wird, wodurch ein Druck des Brennstoffs im Ventilraum 17 abfällt und Brennstoff aus dem Steuerraum 9 über die Ablaufdrossel 16 in den Ventilraum 17 nachströmt. Dabei wird der Druck im Steuerraum 9 verringert, wodurch es zum Einspritzen von Brennstoff aus dem Brennstoffraum 10 über die Düsenöffnung 11 kommt. Beim Zurückstellen des Ventilbolzens 24 und insbesondere des in den Bolzenteil 24 eingepressten Kugelelements 23 des Ventilbolzens 24 mittels der Kraft des Federelements 22 in die Ausgangsstellung, in der der zwischen dem Kugelelement 23 und dem Ventilsitzkörper 25 gebildete Dichtsitz geschlossen ist, strömt Brennstoff aus dem Hochdruckbereich 14 über den Umgehungskanal 19 in den Ventilraum 17 ein, so dass der Druck im Ventilraum 17 rasch ansteigt. Dabei kann es auch zu einem Rückfluss von Brennstoff aus dem Ventilraum 17 in den Steuerraum 9 über die Ablaufdrossel 16 kommen. Der bedingte Anstieg des Druckes im Steuerraum 9 führt dann zum Schließen des Brennstoffeinspritzventils 1, so dass der Einspritzvorgang beendet ist. Das Ventil 18 ermöglicht eine vorteilhafte Vorgabe des Einspritzverlaufs auch für kurze Einspritzzeiten.
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit Il bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1 in weiterem Detail. Eine Verbindung zwischen dem Ventilraum 17 und einem Niederdruckbereich 40 über eine Abflussöffnung 41 kann mittels des Ventilbolzens 21 geöffnet und geschlossen werden, wobei das Kugelelement 23 im geschlossenen Zustand an einer Dichtkante 42 anliegt, die an dem Ventilsitzkörper 25 vorgesehen ist. Ein Bolzenteil 24 des Ventilbolzens 21 ist innerhalb des Ventilraums 17 angeordnet und weist eine der Abflussöffnung 41 zugewandte Ausnehmung 43 auf, in die das Kugelelement 23 eingesetzt ist. Dabei ist das Kugelelement 23 in die Ausnehmung 43 des Bolzenteils 24 eingepresst, um eine feste Verbindung zwischen dem Kugelelement 23 und dem Bolzenteil 24 zu erreichen. Der Bolzenteil 24 weist außerdem eine umlaufende Stufe 44 auf, auf die das Federelement 22 mit einem hülsenförmigen Endabschnitt 45 aufgepresst ist. Durch die umlaufende Stufe 44 wird zum einen eine Zentrierung des Federelements 22 bezüglich einer Achse 46 des Bolzenteils 24 des Ventilbolzens 21 erreicht, wodurch die gleichmäßige Beaufschlagung der Dichtkante 42 auf Grund der Kraft des Federelements 22 verbessert ist. Zum anderen wird durch die Verbindung zwischen dem hülsenförmigen Endabschnitt 45 des Federelements 22 und der umlaufenden Stufe 44 des Bolzenteils 24 eine Phasenverschiebung in der Schwingungsbewegung des Bolzenteils 24 und des Federelements 22 ausgeschlossen. Dadurch ist die Wirkungsweise des Ventils 18 weiter verbessert.
In dem in der Fig. 2 dargestellten Ausgangszustand, in dem der zwischen dem Kugelelement 23 und der Dichtkante 42 des Ventilsitzkörpers 25 gebildete Dichtsitz geschlossen ist, ist eine Öffnung 47 des Umgehungskanals 19 freigegeben, so dass die Verbindung zwischen dem Umgehungskanal 19 und dem Ventilraum 17 geöffnet ist, wobei Brennstoff aus dem Umgehungskanal 19 über in dem Federelement 22 vorgesehene Aussparungen 48, 49, von denen in der Fig. 2 zur Vereinfachung der Darstellung nur die Aussparungen 48, 49 gekennzeichnet sind, ermöglicht ist. Auf Grund der umlaufenden Stufe 44 ist außerdem ein Ringspalt 50 zwischen dem Federelement 22 und dem Bolzenteil 24 gebildet, der eine ungehinderte Kraftentfaltung des Federelements 22 ermöglicht.
Zur Betätigung des Ventilbolzens 21 mit dem eingepressten Kugelelement 23 erfolgt eine Beaufschlagung des Kugelelements 23 entgegen der Kraft des Federelements 22, wobei ein Betätigungselement 32 des hydraulischen Kopplers 31 an einer Anlagefläche 51 des Betätigungselements 32 auf eine ebene Abflachung 52 der Oberfläche 53 des Kugelelements 23 einwirkt. Durch die Betätigung des Ventilbolzens 21 wird der zwischen dem Kugelelement 23 und der Dichtkante 42 gebildete Dichtsitz geöffnet, so dass Brennstoff aus dem Ventilraum 17 über die Abflussöffnung 41 in den Niederdruckbereich 40 abströmen kann. Dabei wird gleichzeitig der Umgehungskanal 19 zumindest teilweise verschlossen, so dass das Nachfließen von Brennstoff aus dem Hochdruckbereich 14 über den Umgehungskanal 19 in den Ventilraum 17 zumindest verringert ist. Dadurch nimmt der Druck im Ventilraum 17 ab, so dass der Druck des Brennstoffs im Steuerraum 9 abnimmt und es zum Abspritzen von Brennstoff über das Spritzloch 11 aus dem Brennstoffeinspritzventil 1 kommt.
Nach der Betätigung des Ventilbolzens 21 mittels des Betätigungselements 32 des hydraulischen Kopplers 31 erfolgt auf Grund der Kraft des Federelements 22 eine Rückstellung des Ventilbolzens 21 in die in der Fig. 2 gezeigten Ausgangsstellung. Dabei wird die Abflussöffnung 41 verschlossen und die Öffnung 47 des Umgehungskanals 19 wieder freigegeben, so dass Brennstoff in den Ventilraum 17 einfließt und der Druck des Brennstoffs im Ventilraum 17 ansteigt. Dadurch wird der Einspritzvorgang beendet.
Im montierten Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 kann die Lage der Dichtkante 42 hinsichtlich einer vorgegebenen Idealposition in Bezug auf eine vorgegebene Achse 46 des Ventilbolzens 41 sowohl etwas radial versetzt als auch etwas geneigt sein. Durch die ebene Ausgestaltung sowohl der Anlagefläche 51 des Betätigungselements 32 als auch der ebenen Abflachung 52 des Kugelelements 23 ist eine gewisse Verschiebung der Achse 46 des Ventilbolzens 21 in einer radialen Richtung möglich. Außerdem ist der hydraulische Koppler 31 vorzugsweise so ausgestaltet, dass bei unbetätigtem Aktor 30 ein zumindest weitgehend druckloses Anliegen des Betätigungselements 32 an dem Kugelelement 23 erfolgt, so dass auf Grund der flexiblen Ausgestaltung des Federelements 22 eine gewisse Neigung des Bolzenteils 24 in Bezug auf die Achse 46 ermöglicht ist, um den zwischen dem Kugelelement 23 und der Dichtkante 42 gebildeten Kugelsitz zu schließen. Somit ermöglicht die beschriebene Ausgestaltung zumindest innerhalb gewisser Grenzen einen Toleranzausgleich. Dabei können auch gewisse Abnutzungen, die während der Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 auftreten, ausgeglichen werden.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 gezeigten Ventilbolzen 21 des Ventils 18 und das Betätigungselement 32 in einer auszugsweisen, teilweise geschnittenen Darstellung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Anlagefläche 51 eine an die vollkugelförmige Geometrie des Kugelelements 23 angepasste, konkave Anlagefläche 51 auf. Dadurch liegt die Anlagefläche 51 bei der Betätigung des Ventilbolzens 21 an der Oberfläche 53 des Kugelelements 23 an. Das Kugelelement 23 kann dadurch als Vollkugel ausgestaltet sein und ist somit kostengünstig herstellbar. Beim Einpressen des kugelförmigen Kugelelements 23 ergibt sich eine Gesamthöhe 60 des Ventilbolzens 21, so dass das Kugelelement 23 um eine Vorstehlänge 61 über eine Stirnfläche 62 des Bolzenteils 24 vorsteht. Zum Ausgleich gewisser Toleranzen beim Einpressen des Kugelelements 23 in die Ausnehmung 43 können die Vorstehlänge 61 und/oder die Gesamthöhe 60 ermittelt werden, um einen Ventilhub des Ventils 18 individuell einzustellen. Eine Ausgangslänge HO des auf die umlaufende Stufe 44 aufgepressten Federelements 22 ist etwas größer als eine Einbaulänge Hl (Fig. 2) gewählt, um eine gewisse Vorspannung des Federelements 22 zu gewährleisten. Diese Vorspannung bedingt im drucklosen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1, dass der Ventilbolzen 21 in die in der Fig. 2 dargestellte Ausgangslage verstellt wird, in der der zwischen dem Kugelelement 23 und der Dichtkante 42 ausgebildete Dichtsitz geschlossen ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann der Bolzenteil 24 auch so ausgestaltet sein, dass er mit einer Seitenfläche 63 an einer Innenwand 64 des Ventilraums 17 geführt ist, wobei geeignete Längsnuten im Bereich der Seitenfläche 63 an dem Bolzenteil 24 vorzusehen sind, um ein Strömen von Brennstoff in Richtung der Abflussöffnung 41 zu ermöglichen. Ferner kann das Kugelelement 23 insbesondere im Bereich der Ausnehmung 43 zylinderförmig ausgestaltet sein, um ein verdrehsicheres Einpressen des Kugelelements 23 in die Aussparung 43 des Bolzenteils 24 zu ermöglichen.

Claims

Ansprüche
1. Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem Aktor (30), einem Ventil (18), das einen Ventilraum (17) und einen Ventilbolzen (21) aufweist, einem Steuerraum (9), der über eine Zulaufdrossel (15) mit einem Hochdruckbereich (14) verbunden ist, einer Ablaufdrossel (16), die den Steuerraum (9) mit dem Ventilraum (17) verbindet, einem Umgehungskanal (19), der den Ventilraum (17) mit dem Hochdruckbereich (14) verbindet, wobei der Ventilraum (17) eine Abflussöffnung (41) aufweist, über die der Ventilraum (17) mit einem Niederdruckbereich (40) verbunden ist, wobei der Ventilbolzen (21) zum Steuern eines Durchflusses von dem Hochdruckbereich (14) zu dem Ventilraum (17) durch den Umgehungskanal (19) und zum Steuern eines Durchflusses von dem Ventilraum (17) zu einem Niederdruckbereich (40) durch die Abflussöffnung (41) des Ventilraums (17) mittels des Aktors (30) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (21) einen Bolzenteil (24) und ein Kugelelement (23) aufweist, dass das Kugelelement (23) zumindest teilweise kugelförmig ausgestaltet ist, dass der Bolzenteil (24) eine der Abflussöffnung (41) zugewandte Ausnehmung (43) aufweist, in die das Kugelelement (23) eingesetzt ist, dass ein Federelement (22) vorgesehen ist, das den Bolzenteil (24) in Richtung einer Ausgangsstellung beaufschlagt, in der die Verbindung zwischen dem Ventilraum (17) und dem Niederdruckbereich (40) über die Abflussöffnung (41) mittels des Kugelelements (23) des Ventilbolzens (21) geschlossen ist und die Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich (14) und dem Ventilraum (17) über den Umgehungskanal (19) geöffnet ist.
2. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (18) einen Ventilsitzkörper (25) aufweist, der zum Schließen der Verbindung zwischen dem Ventilraum (17) und dem Niederdruckbereich (40) über die Abflussöffnung (41) mit dem Kugelelement (23) des Ventilbolzens (21) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz zwischen dem Kugelelement (23) und dem Ventilsitzkörper (25) an einer Dichtkante (42) des Ventilsitzkörpers (25) gebildet ist und dass das Federelement (22) das Kugelelement (23) mittels des Ventilbolzens (24) zumindest näherungsweise gleichmäßig gegen die Dichtkante (42) beaufschlagt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelelement (23) in die der Abflussöffnung (41) zugewandte Ausnehmung (43) des Bolzenteils (24) eingepresst ist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (30) zum Betätigen des Ventilbolzens (21) zumindest mittelbar ein Betätigungselement (32) betätigt, das eine Anlagefläche (51) aufweist, mittels der das Betätigungselement (32) zumindest zum Betätigen des Ventilbolzens (21) an dem Kugelelement (23) anliegt.
6. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (51) als zumindest im Wesentlichen ebene Anlagefläche (51) ausgestaltet ist und dass das Kugelelement (23) eine der Anlagefläche (51) zugewandte, zumindest im Wesentlichen ebene Abflachung (52) aufweist, wobei das Betätigungselement (32) zum Betätigen des Ventilbolzens (21) mit der Anlagefläche (51) des Betätigungselements (32) an der Abflachung (52) des Kugelelements (23) auf den Ventilbolzen (21) einwirkt.
7. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (51) als eine an die Geometrie des Kugelelements (23) angepasste, konkave Anlagefläche (51) ausgestaltet ist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) einen hülsenförmigen Endabschnitt (45) aufweist, dass der Bolzenteil (24) eine umlaufende Stufe (44) aufweist und dass der hülsenförmige Endabschnitt (45) die umlaufende Stufe (44) des Bolzenteils (24) umfänglich umschließt.
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) mit seinem hülsenförmigen Endabschnitt (45) auf die umlaufende Stufe (44) des Bolzenteils (24) gepresst ist.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (22) als zumindest im Wesentlichen hülsenförmiges Federelement (22) ausgestaltet ist und dass das hülsenförmige Federelement (22) zumindest eine Aussparung (48, 49) aufweist.
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