DE102009055135A1

DE102009055135A1 - Leckagefreier Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102009055135A1
Application number: DE200910055135
Authority: DE
Inventors: Thilo 70825 Kreher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2011076465A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper 1, in dem eine Ventilnadel 2 längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einer an der Ventilnadel 2 ausgebildeten Ventilnadelspitze 5 mit einem Ventilsitz 6 des Ventilkörpers 1 zusammenwirkt, der einen zwischen Ventilkörperl und Ventilnadel 2 gebildeten kraftstoffbefüllten Druckraum 4 begrenzt, wobei durch das Zusammenwirken der Ventilnadelspitze 5 mit dem Ventilsitz 6 ein Kraftstoffstrom zu zumindest einer Einspritzöffnung 7 ermöglicht oder unterbrochen wird, wobei der Kraftstoff dem Druckraum 4 kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird und wobei in dem Druckraum 4 zwischen der Ventil 3 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor bereitgestellt, bei dem ein der Schließvorgang der Ventilnadel 2 durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schließdrossel 3 optimiert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schließdrossel 3 in den Ventilkörper 1 eingelassen ist. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht, da die Schließdrossel 3 nicht mehr in einen separat zu erzeugenden Bund an der Ventilnadel 2 einzuarbeiten ist sondern gegebenenfalls zusammen mit anderen Bearbeitungsvorgängen in den Ventilkörper 2 eingearbeitet wird.

Description

Stand der Technik
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper, in dem eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einer an der Ventilnadel ausgebildeten Ventilnadelspitze mit einem Ventilsitz des Ventilkörpers zusammenwirkt, der einen zwischen Ventilkörper und Ventilnadel gebildeten kraftstoffbefüllten Druckraum begrenzt, wobei durch das Zusammenwirken der Ventilnadelspitze mit dem Ventilsitz ein Kraftstoffstrom zu zumindest einer Einspritzöffnung ermöglicht oder unterbrochen wird, wobei der Kraftstoff dem Druckraum kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird und wobei in dem Druckraum zwischen der Ventilnadel und dem Ventilkörper eine Schließdrossel ausgebildet ist.
Stand der Technik
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2007 032 741 A1 bekannt. Der in diesem Dokument beschriebene Kraftstoffinjektor ist leckagefrei für hohe Einspritzdrücke ausgeführt, indem auf eine Niederdruckstufe verzichtet wird. Damit stehen für das Schließen der Ventilnadel jedoch nur geringe Kräfte zur Verfügung, was die Fähigkeit zur Einspritzung kleiner Kraftstoffmengen vermindert. Dieser Nachteil lässt sich nur schwer kompensieren, beispielsweise durch die Verwendung von entsprechend schnell schaltenden Steuerventilen, was jedoch teuer und aufwendig ist. Daher wird beim Gegenstand dieses Dokuments eine permanente und konstante Schließkraft auf die Ventilnadel erzeugt, indem zwischen der Ventilnadel und dem Ventilkörper in dem Druckraum eine scharfkantige Spaltdrossel ausgebildet ist. Die Spaltdrossel ist durch einen separat in die Ventilnadel eingearbeiteten Bund ausgebildet, der an seinem äußeren Rand eine scharfe Kante aufweist, so dass zwischen der Kante des Bundes und dem Ventilkörper die scharfkantige umlaufende und somit einen Ringspalt bildende Spaltdrossel gebildet ist. Zusätzlich kann der Bund darüberhinaus seitliche Anschliffe aufweisen.
Alternativ zu der zuvor beschriebenen Ausgestaltung kann auch eine Entlastungsbohrung in Form einer Schließdrossel vorgesehen werden, wobei eine solche Bohrung in einem separaten Bauteil in Form einer Drosselplatte eingearbeitet wird. Eine solche Drosselplatte stellt aufgrund des separaten Bauteils einen erhöhten Bauaufwand dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftstoffnjektor bereitzustellen, bei dem ein der Schließvorgang der Ventilnadel durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schließdrossel optimiert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schließdrossel in den Ventilkörper eingelassen ist. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht, da die Schließdrossel nicht mehr in einen separat zu erzeugenden Bund an der Ventilnadel einzuarbeiten ist sondern gegebenenfalls zusammen mit anderen Bearbeitungsvorgängen in den Ventilkörper eingearbeitet wird. Dabei kann die Schließdrossel beliebig, beispielsweise segmentförmig ausgebildet sein. Wichtig ist nur, dass durch die Schließdrossel eine genau definierte Kraftstoffmenge strömt. Die Strömungsmenge und damit das Schließverhalten ist des Kraftstoffinjektors ist durch diese Ausgestaltung gegenüber dem Stand der Technik verbessert beziehungsweise präzisiert.
Vorteile der Erfindung
In Weiterbildung der Erfindung ist die Schließdrossel eine Ringspaltdrossel. Eine Ringspaltdrossel ist mit geringem Fertigungsaufwand präzise und kostengünstig zu fertigen. Dabei weist die Ringspaltdrossel beziehungsweise genauso die Schließdrossel eine genau definierte Längserstreckung und Tiefe auf, wobei die Tiefe den (bei einer beliebig ausgebildeten Schließdrossel sich gegebenenfalls ändernden, bei einer Ringspaltdrossel konstanten) Abstand zwischen der Ventilnadel und dem Ventilkörper bezeichnet. Diese geometrische Ausgestaltung definiert den Druckabfall des Kraftstoffs entlang der Schließdrossel beziehungsweise der Ringspaltdrossel und beeinflusst somit das Schließverhalten der Ventilnadel.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wirkt die Schließdrossel direkt oder indirekt mit einem Führungsbereich des Ventilkörpers zusammen. Konkret kann die Schließdrossel oberhalb, innerhalb oder unterhalb des Führungsbereichs angeordnet sein. Eine Auswahl erfolgt nach beispielsweise fertigungstechnischen und/oder hydraulischen Gesichtspunkten. Insbesondere eine Anordnung oberhalb oder unterhalb des Führungsbereichs bietet fertigungstechnische Vorteile.
In Weiterbildung der Erfindung schließt an die Schließdrossel ein Ringraum mit einem gegenüber der Schließdrossel größeren Durchmesser an. Dieser Ringraum, der vorteilhaft in einem Arbeitsschritt vor der Fertigung der Schließdrossel in den Ventilkörper eingearbeitet wird, definiert eine exakte Längserstreckung der Schließdrossel und die Schließdrossel beziehungsweise insbesondere die Ringspaltdrossel kann durch eine Drehbearbeitung oder einen Schleifvorgang einfach gefertigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt an den Ringraum der Führungsbereich an, der wiederum in vorteilhafter Ausgestaltung mit einem Ventilnadelführungsbereich der Ventilnadel zusammenwirkt. In diesem Bereich ist folglich die Ventilnadel exakt geführt. Hierbei weist der Ventilnadelführungsbereich zumindest eine, vorzugsweise aber drei auf dem Umfang des Ventilnadelführungsbereichs verteilt angeordnete Strömungsaussparung(en) auf, durch die der Kraftstoff in Richtung zu der Ventilnadelspitze geführt wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Ringraum über eine Fase mit dem Führungsbereich verbunden ist. Eine solche Fase ist zunächst einmal problemlos zu fertigen und mit einer solchen Fase ist die Längserstreckung der Schließdrossel genau einstellbar.
Dabei wirkt in weiterer Ausgestaltung die Fase mit einem rotationssymetrischen Bereich, der als Verteilungsnut fungiert, in der Ventilnadel zusammen. Dadurch wird das direkte Einfließen des Kraftstoffs in die Strömungsaussparungen verhindert beziehungsweise erschwert. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Geschwindigkeitsverteilung der Kraftstoffströmung insbesondere unterhalb des Ventilnadelführungsbereichs.
Durch das Zusammenwirken der Fase mit dem rotationssymetrischen Bereich wird idealerweise eine Strömungsumlenkung der Kraftstoffströmung bewirkt, was die zuvor ausgeführten Vorteile begünstigt.
Schließlich ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Durchmesser und die Längserstreckung der Schließdrossel einfacher gegenüber dem Stand der Technik messbar. Dadurch kann die Qualitätskontrolle vereinfacht und verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, wobei in der Zeichnungsbeschreibung ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer in einem Ventilkörper längs verschiebbar angeordneten Ventilnadel und einer in dem Ventilkörper eingelassenen Schließdrossel und
2 eine Detailansicht des Kraftstoffinjektors im Bereich der Schließdrossel.
Ausführungsform der Erfindung
Der in den Figuren ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor mit einer in einem Ventilkörper 1 längsverschiebbaren Ventilnadel 2 ist insbesondere zur Verwendung bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestaltet. Dabei ist der Kraftstoffinjektor geeignet, auch kleine Kraftstoffeinspritzmengen, die im Rahmen einer Voreinspritzung zur Erreichung niedriger Emissionswerte dosiert werden müssen, präzise zu steuern. Eine Schließdrossel 3 gewährleistet bei Kraftstoffinjektoren ohne Druckstufe ein stabiles Schließen der Ventilnadel 2. Durch die Schließdrossel 3 wird beim Schließvorgang der Ventilnadel 2 in dem Druckraum 4 oberhalb der Schließdrossel 3 ein höherer hydraulischer Druck als in dem Druckraum 4 unterhalb der Schließdrossel 3 aufgebaut, der den Schließvorgang unterstützt und beschleunigt.
Ausweislich der 1 weist der Ventilkörper 1 einen mit einer Ventilnadelspitze 5 zusammenwirkenden Ventilsitz 6 auf, der mit zumindest einer Einspritzöffnung 7, durch den Kraftstoff in einem Brennraum einer zugehörigen Zylinder-Kolben-Einheit der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann, zusammenwirkt. Der dem Rail des Common-Rail-Einspritzsystems unter hohem Druck (bis zu 3.000 bar) entnommene Kraftstoff wird der zumindest einen Einspritzöffnung 7 durch den Druckraum 4 in Form einer Spaltausbildung zwischen der Ventilnadel 2 und dem Ventilkörper 1 und weiterhin durch die Schließdrossel 3 sowie einem Ventilnadelführungsbereich 8 gesteuert zugeführt.
Die Steuerung übernimmt normalerweise ein nicht dargestelltes und auf eine Ventilkugel einwirkendes Aktormodul, wobei die Ventilkugel mit einem in einem Haltekörper des Aktormoduls eingearbeiteten Sitz zusammenwirkt. Der Sitz ist über eine Verbindungsleitung mit einem Steuerraum, der seinerseits über eine Zulaufdrossel mit dem Rail strömungsverbunden ist, verschaltet. Der Steuerraum ist gegenüberliegend zu der Ventilnadelspitze 5 endseitig der Ventilnadel 2 in dem Ventilkörper 1 zusammenwirkend mit dem Haltekörper angeordnet. In einer Schaltstellung des Aktormoduls hebt die Ventilkugel von dem Sitz ab und der auf die steuerraumseitige Stirnfläche der Ventilnadel 2 wirkende hydraulische Druck in dem Steuerraum wird durch Abführung von Kraftstoff durch die Verbindungsleitung und weiter über eine an den Ventilsitz anschließende Abführleitung in dem Haltekörper abgesenkt. In diesem Schaltzustand wird die Ventilnadel 2 von dem weiterhin angenähert unter Raildruck an einer Druckschulter 9 der Ventilnadel 2 anstehenden Kraftstoff gegen die Kraft einer Ventilnadelfeder in Richtung zu dem Haltekörper bewegt und die Ventilnadelspitze 5 hebt von dem Ventilsitz 6 ab. Der Kraftstoff wird dann durch die zumindest eine Einspritzöffnung 7 in den Brennraum eingespritzt. Wird das Aktormodul in seine zweite Schaltposition bewegt, wird die Ventilkugel auf den Sitz bewegt und in den Steuerraum durch die Zulaufdrossel aus dem Rail einströmender Kraftstoff erhöht den hydraulischen Druck in dem Steuerraum. Die Ventilnadelspitze 5 wird wieder auf den Ventilsitz 6 gedrückt. Der Einspritzvorgang wird somit beendet.
Zwischen dem Ventilkörper 1 und der Ventilnadel 2 ist in einem oberen ventilnadelfederseitigen Bereich ein Ringspalt als Teil der Spaltausbildung beziehungsweise des Druckraums 4 gebildet, in den – wie ausgeführt – der unter Raildruck stehende Kraftstoff einströmt. Anschließend an den oberen Teil des Druckraums 4 weist der Ventilkörper 1 einen in die Schließdrossel 3 auslaufenden Übergangsbereich 10 auf. An die Schließdrossel 3 schließt dann ein in den Ventilkörper 1 eingelassener Ringraum 11 an, der einen gegenüber der Schließdrossel 3 größeren Durchmesser aufweist. Der Ringraum 11 wird vorzugsweise vor der Fertigung der Schließdrossel 3 in den Ventilkörper 1 eingearbeitet. Dadurch kann dann die Schließdrossel 3 beispielsweise durch einen Schleifvorgang sehr präzise in den Ventilkörper 1 eingearbeitet werden, wobei dabei das Bearbeitungswerkzeug problemlos bis in den Ringraum 11 hineinreichen kann. Anschließend an den Ringraum 11 ist in den Ventilkörper 1 ein Führungsbereich 12 eingearbeitet, der mit dem Ventilnadelführungsbereich 8 zusammenwirkt. In den Ventilnadelführungsbereich 8 sind strichliniert dargestellte Strömungsaussparungen 13 eingearbeitet, beispielsweise eingeschliffen. Über diese Strömungsaussparungen 13 gelangt der einzuspritzende Kraftstoff von dem oberen Druckraum 4 über den unteren Druckraum 4 letztendlich zu der Einspritzöffnung 7.
Der Ringraum 11 ist über eine Fase 14 mit dem Führungsbereich 12 verbunden. In Höhe der Fase 14 ist weiterhin in die Ventilnadel 2 eine als rotationssymmetrischer Bereich 15 ausgebildete Verteilungsnut eingearbeitet.
Die Detailansicht gemäß 2 zeigt den Kraftstoffinjektor im Bereich der Schließdrossel 3 und des rotationssymmetrischen Bereichs 15, wobei hier ergänzend zu der Darstellung gemäß 1 der Strömungsverlauf 16 des Kraftstoffs dargestellt ist. Der dargestellte Strömungsverlauf 16 beruhigt die Kraftstoffströmung und verteilt den Kraftstoff über den rotationssymmetrischen Bereich 15 auf die drei auf dem Umfang der Ventilnadel 2 verteilt angeordneten Strömungsaussparungen 13.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007032741 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Ventilnadel (2) längsverschiebbar angeordnet ist, die mit einer an der Ventilnadel (2) ausgebildeten Ventilnadelspitze (5) mit einem Ventilsitz (6) des Ventilkörpers (1) zusammenwirkt, der einen zwischen Ventilkörper (1) und Ventilnadel (2) gebildeten kraftstoffbefüllten Druckraum (4) begrenzt, wobei durch das Zusammenwirken der Ventilnadelspitze (5) mit dem Ventilsitz (6) ein Kraftstoffstrom zu wenigstens einer Einspritzöffnung (7) ermöglicht oder unterbrochen wird, wobei der Kraftstoff dem Druckraum (4) kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt wird und wobei in dem Druckraum (4) zwischen der Ventilnadel (2) und dem Ventilkörper (1) eine Schließdrossel (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdrossel (3) in den Ventilkörper (1) eingelassen ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdrossel (3) eine Ringspaltdrossel ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdrossel (3) direkt oder indirekt mit einem Führungsbereich (12) zusammenwirkt.
Kraftstoffinjektor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Schließdrossel (3) ein Ringraum (11) mit einem gegenüber der Schließdrossel (3) größeren Durchmesser anschließt.
Kraftstoffinjektor nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ringraum (11) der Führungsbereich (12) anschließt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (11) über eine Fase (14) mit dem Führungsbereich (12) verbunden ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (14) mit einem rotationssymetrischen Bereich (15) in der Ventilnadel (2) zusammenwirkt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (14) zusammenwirkend mit dem rotationssymetrischen Bereich (15) eine Strömungsumlenkung der Kraftstoffströmung bewirkt.
Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den rotationssymetrischen Bereich (15) ein mit dem Führungsbereich (12) zusammenwirkender Ventilnadelführungsbereich (8) der Ventilnadel (2) anschließt.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den der Ventilnadelführungsbereich (8) zumindest eine Strömungsaussparung (13) aufweist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei Strömungsaussparungen (13) auf dem Umfang des Ventilnadelführungsbereichs (8) verteilt angeordnet sind.