EP1991774A1 - Brennstoffeinspritzventil - Google Patents

Brennstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1991774A1
EP1991774A1 EP07703953A EP07703953A EP1991774A1 EP 1991774 A1 EP1991774 A1 EP 1991774A1 EP 07703953 A EP07703953 A EP 07703953A EP 07703953 A EP07703953 A EP 07703953A EP 1991774 A1 EP1991774 A1 EP 1991774A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
corrugated spring
spring
injection valve
Prior art date
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Granted
Application number
EP07703953A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1991774B1 (de
Inventor
Uwe Bruetsch
Dietmar Uhlmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1991774A1 publication Critical patent/EP1991774A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1991774B1 publication Critical patent/EP1991774B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-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
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other 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
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/26—Fuel-injection apparatus with elastically deformable elements other than coil springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control 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 valve for controlling fluids is known.
  • a control chamber is provided, which is connected via an inlet throttle with a high-pressure region and an outlet throttle with a valve chamber.
  • the valve chamber is connected on the one hand via a bypass directly to the high pressure area and on the other hand to a low pressure area.
  • a valve pin can release or close the passage to the low-pressure region on a seat, wherein it also closes the bypass in the fully opened state.
  • 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 on a sealing edge is reduced to the low pressure region. Damage to the seat, for example due to cavitation, can also be prevented or reduced.
  • the valve has a valve seat body which cooperates to close the connection between the valve chamber and the low-pressure region via the drain opening with a sealing cone of the valve pin to a sealing seat.
  • the sealing seat between the sealing cone and the valve seat body is formed on a sealing edge of the valve seat body, wherein the corrugated spring presses the sealing cone uniformly against the sealing edge.
  • the valve seat body is preferably part of a valve plate.
  • Fuel injection valve allows and the occurrence of cavitation is prevented at the seat to the low pressure area.
  • the corrugated spring has at least one slot-shaped recess extending in an axial direction.
  • the spring rate can be reduced in order to enable a soft configuration of the wave spring.
  • the recess allows a flow of fuel through, so that fuel (fuel), which flows through the bypass channel (bypass) in the valve chamber, can pass substantially unhindered into the valve chamber. It is particularly advantageous that a plurality of such recesses are provided, which are distributed uniformly over a circumference of the corrugated spring to prevent the occurrence of shear forces.
  • the corrugated spring can also have one or more groove-shaped recesses on one or both end faces, which allow the flow of fuel from the interior of the corrugated spring into the remaining valve space.
  • one or more groove-shaped recesses may also be provided a wave-shaped configuration of the front side, a serrated end face or the like.
  • the corrugated spring has a plurality of bulbous sections on which the corrugated spring is curved radially outward.
  • the bulbous sections allow a compression of the wave spring, wherein by the number and the configuration of the bulbous sections, a default of the spring rate is possible.
  • the corrugated spring may also have one or more straight portions at which a diameter of the corrugated spring changes, that is, which extend at least partially in the radial direction. These straight portions may also be radially oriented in the unloaded state and allow a further reduction of the spring rate in order to achieve a soft configuration of the wave spring. R. 311747
  • the corrugated spring can essentially be formed from a sleeve-shaped metal sheet having, for example, a sheet thickness of 0.1 mm, 0.15 mm or 0.2 mm.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows the detail of the fuel injection valve of the first exemplary embodiment, designated by II in FIG. 1, in further detail;
  • FIG. 3 shows the section of a wave spring designated III in FIG. 2 according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows a section through the wave spring shown in Fig. 2 along the section line designated IV and
  • Fig. 5 is a corrugated spring according to the side view shown in Fig. 2 according to a third embodiment of the invention.
  • 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 be used in particular as an injector for R. 311747
  • Fuel injection systems of mixture compression, self-igniting internal combustion engines are used.
  • 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 housing 2, which is connected to a nozzle body 3.
  • the nozzle body 3 is connected by means of a nozzle lock nut 5 with a holding body 26 of the housing 2.
  • a needle seat 4 is formed, which cooperates with a nozzle needle 6 to a sealing seat.
  • the nozzle needle 6 is formed so that it encloses a control chamber 9 at a side facing away from the sealing seat with a sleeve 7 and a throttle plate 8.
  • the fuel injection valve 1 is located in the control chamber 9 under a certain pressure standing fuel.
  • a fuel inlet port 12 is provided, which is connectable by means of a suitable fuel line with a common rail or the like, wherein the fuel inlet 12 is connected via a provided in the interior of the valve housing 2 fuel passage 13 with the fuel space 10.
  • the fuel chamber 10 and the fuel channel 13 are part of a high-pressure region 14, in which in the operation of the fuel injection valve 1 is provided under high pressure fuel.
  • the control chamber 9 is connected via an inlet throttle 15 to the fuel passage 13 of the high-pressure region 14. Furthermore, the control chamber 9 is connected via a discharge throttle 16 with a valve chamber 17 of a valve 18.
  • the valve 18 is preferably designed as a switching valve 18.
  • a bypass channel 19 is provided, via which the fuel chamber 10 of the high pressure region 14, bypassing the inlet throttle 15, the control chamber 9 and the outlet throttle 16 is directly connected to the valve chamber 17.
  • the bypass channel 19 is a bypass 19, which may be configured in particular as a bypass bore 19.
  • the valve 18 has a valve pin 24 with a pin portion 20 and a sealing cone 22, a corrugated spring 21 which surrounds the pin portion 20 circumferentially, and a valve seat body 23 which cooperates with the sealing cone 22 to a sealing seat.
  • the valve seat body 23 is formed on a valve plate 25.
  • the fuel injection valve 1 has a piezoelectric actuator 30 arranged in the interior of the housing 2, which is in operative connection with the valve pin 24 via a hydraulic coupler 31, which may be configured in particular as a stroke transmission device 31.
  • a piezoelectric actuator 30 arranged in the interior of the housing 2, which is in operative connection with the valve pin 24 via a hydraulic coupler 31, which may be configured in particular as a stroke transmission device 31.
  • the sealing seat formed between the sealing cone 22 and the valve seat body 23 of the valve plate 25 is opened, so that a pressure of the fuel in the control valve chamber 17 drops, whereby fuel flows from the control chamber 9 via the outlet throttle 16 in the valve chamber 17.
  • the pressure in the control chamber 9 is reduced, so that fuel is injected from the fuel chamber 10 via the injection hole 11.
  • Fuel injection valve 1 so that the injection process is terminated.
  • the valve 18 allows an advantageous specification of the course of the injection, even for short injection times.
  • Fig. 2 shows the designated in Fig. 1 with Il section of the fuel injection valve 1 in more detail.
  • the bolt portion 20 of the valve pin 24 is provided inside the valve space 17.
  • the sealing cone 22 of the valve pin 24 is partially provided within the valve chamber 17 and closes in the starting position shown in FIG. 2, a drain opening
  • valve 36 is connected. From the valve chamber 17 in the low pressure region 36 flowing fuel can be passed, for example via a return line in a tank of the internal combustion engine. In the initial position shown, a sealing seat is formed between the sealing cone 22 and a sealing edge 37 formed on the valve seat body 23 of the valve plate 25 in order to close the drain opening 35.
  • the sealing cone 22 of the valve pin 24 abuts against a cylindrical projection 38 on a connecting element 39 of the hydraulic coupler 31.
  • the wave spring 21 has bulbous portions 50, 51, 52, on which the wave spring 21 is curved radially outward.
  • the bulbous portions 50, 51, 52 allow a compression of the wave spring 21, wherein the spring rate by the configuration and the number of bulbous portions 50, 51, 52 can be predetermined within certain limits.
  • the corrugated spring 21 has in the initial position shown in FIG. 2, an installation height Hl, which is smaller than an initial height HO (FIG. 3), so that a bias voltage of the corrugated spring 21 is reached, by means of the corrugated spring 21, the valve pin 24 in the Direction 40 applied with a closing force.
  • this closing force is directed in the direction of an axis 53 of the valve 18, wherein the sealing edge 37 is configured radially symmetrically to the axis 53.
  • the sealing edge 37 is loaded by the sealing cone 22 only in the direction of the axis 53 and not with an additional transverse force.
  • a gap width 54 is chosen to be as small as possible in order to maximize the symmetrical position of the wave spring
  • Fig. 3 shows the designated in Fig. 2 with III section of a wave spring 21 according to a second embodiment of the invention.
  • the corrugated spring 21 is shown in a developed position in which the corrugated spring 21 is relieved.
  • the corrugated spring 21 has an initial height HO, which is defined as the distance between the end faces 44, 45.
  • the corrugated spring 21 is formed from a thin sheet having a wall thickness 55.
  • the wall thickness 55 may be 0.1 mm, 0.15 mm or 0.2 mm, for example.
  • the wave spring 21 has straight portions 56, 57, 58, 59 oriented perpendicular to the axial direction 40 so that the diameter of the wave spring 21 changes along each of the straight portions 56, 57, 58, 59.
  • the straight sections 56, 57, 58, 59 may also be partially oriented in the direction 40.
  • the spring rate of the wave spring 21 can be reduced. This applies correspondingly to the straight sections 57, 58, 59, wherein all the straight sections 56, 57, 58, 59 preferably have the same length 60. Between the straight sections 56, 57 is a bulbous section
  • the spring rate of the wave spring 21 can be specified.
  • Another way to specify the spring rate of the wave spring 21, consists in the choice of an inclination angle 64 by which the straight portion 59 is inclined relative to the direction 40. Through the selected in Fig. 3 inclination angle 64 of about 90 ° while a more soft design of the wave spring 21 is achieved.
  • An arcuate portion 65, over which the bulbous portion 51 extends, is preferably selected so that the straight portion 58 extends upward at the same angle in the direction 40 as the straight portion 59. It is advantageous to have the most uniform possible configuration Wave spring 21, so that even with corrugated springs 21 with more than two bulbous sections 50,
  • the spring rate of the corrugated spring 21 can therefore be specified within a wide range, with boundary conditions such as the available valve chamber 17 can be considered.
  • the biasing force of the wave spring 21 is determined by the difference between the output length HO and the installation length Hl.
  • the corrugated spring 21 can be additionally set to at least reduce a decrease in the biasing force over the life of the fuel injection valve 1.
  • the setting of the corrugated spring 21 can be done, for example, by applying the corrugated spring 21 with 1.3 to 1.5 times the biasing force.
  • a diameter 67 of the wave spring 21 is preferably only slightly larger than a diameter 68 (FIG. 2) of FIG R. 311747
  • Bolt portion 20 of the valve pin 24 is selected to minimize the gap width 54 between the corrugated spring 21 and the bolt portion 20 of the valve pin 24.
  • Fig. 4 shows a section through the corrugated spring 21 along the section line indicated in Fig. 2 with IV.
  • the corrugated spring 21 has groove-shaped recesses 42, 42 A, 42 B, 42 C, which are distributed uniformly over a circumference of the corrugated spring 21.
  • a length 69 and a height 70 (FIG. 2) of the groove-shaped recess 42 and correspondingly of the recesses 42 A, 42 B, 42 C are selected so that the required for the functioning of the valve 18 flow of fuel from the interior 46 in the remaining part of the valve chamber 17 is possible.
  • Fig. 5 shows a corrugated spring 21 in a side view corresponding to the view shown in Fig. 2, according to a third embodiment of the invention.
  • the corrugated spring 21 has in this embodiment, four bulbous portions 49, 50, 51, 52.
  • the wave spring 21 In the region of the end face 44, the wave spring 21 has an annular portion 75 and in the region of the end face 45, the wave spring 21 has an annular portion 76.
  • slot-shaped recesses 77, 78, 79 are formed, which extend in the installed state of the wave spring in the direction of the axis 53.
  • the slot-shaped recesses each have the height 80 and a width corresponding to the width 81 of the slot-shaped recess 78.
  • a total of six slot-shaped recesses 77, 78, 79 are provided, of which only the slot-shaped recesses 77, 78, 79 are designated.
  • the further slot-shaped recesses lie behind the slot-shaped recesses 77, 78, 79, so that a symmetrical arrangement of the slot-shaped recesses 77, 78, 79 with respect to the axis 53 results.
  • the spring rate of the wave spring 21 can be reduced.
  • the slot-shaped recesses 77, 78, 79 allow fuel flow from the interior 46 into the remaining valve space 17 (FIG. 2), so that the groove-shaped recesses 42, 42A, 42B shown in FIGS. 2, 3 and 4, 42C and 43 can be omitted.
  • the corrugated spring 21 may also be designed wave-shaped or sawtooth-shaped.
  • a seamlessly drawn tube segment made of a steel sheet or the like, which has the required initial height HO and a wall thickness 55, can be introduced into a radially symmetrical tool with a wavy contour.
  • a deformation of the corrugated spring 21 can be achieved, in which the predetermined by the tool contour is adopted.
  • the recesses 42, 43, 77, 78, 79 can be introduced after the shaping by means of laser processing.
  • the end faces 44, 45 of the corrugated spring 21 can, if necessary because of the flatness requirements, be reground.

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Description

R. 311747
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 Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten bekannt. Dabei ist ein Steuerraum vorgesehen, der über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckbereich und über eine Ablaufdrossel mit einem Ventilraum verbunden ist. Ferner ist der Ventilraum einerseits über einen Bypass direkt mit dem Hochdruckbereich und andererseits mit einem Niederdruckbereich verbunden. Ein Ventilbolzen kann dabei den Durchlass zum Niederdruckbereich an einem Sitz freigeben beziehungsweise verschließen, wobei es im vollständig geöffneten Zustand zusätzlich den Bypass verschließt.
Das aus der DE 101 45 862 Al bekannte Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten hat den Nachteil, dass im drucklosen Zustand der Sitz zum Niederdruckbereich mittels des Ventilbolzens gegebenenfalls nicht vollständig geschlossen ist. Beim Aufbau des Druckes im Ventil kann es daher zu einer gewissen Verzögerung kommen, bis eine Betriebsbereitschaft eintritt. Hierbei ist es denkbar, dass eine Ventilfeder eingesetzt wird, die den Ventilbolzen in eine gewünschte Ausgangsstellung verstellt. Eine Ventilfeder hat jedoch den Nachteil, dass R. 311747
2
Querkräfte auftreten, so dass ein unerwünschter Verschleiß am Sitz auftritt und gegebenenfalls eine Beschädigung des Sitzes, insbesondere durch Kavitation, verursacht wird.
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 an einer Dichtkante 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 es, dass das Ventil einen Ventilsitzkörper aufweist, der zum Schließen der Verbindung zwischen dem Ventilraum und dem Niederdruckbereich über die Abflussöffnung mit einem Dichtkegel des Ventilbolzens zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Dichtsitz zwischen dem Dichtkegel und dem Ventilsitzkörper an einer Dichtkante des Ventilsitzkörpers ausgebildet, wobei die Wellfeder den Dichtkegel gleichmäßig gegen die Dichtkante presst. Der Ventilsitzkörper ist vorzugsweise Teil einer Ventilplatte. Dadurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Dichtkante erreicht, wobei insbesondere eine punktuelle Belastung der Dichtkante, wie sie bei Querkräften auftreten kann, verhindert ist, so dass ein Verschleiß des Ventilbolzens oder des Ventilsitzkörpers speziell im Bereich der Dichtkante verhindert ist. Dadurch ist der Ventilraum im Ausgangszustand zuverlässig gegenüber dem Niederdruckbereich verschlossen, so dass ein rascher Druckaufbau beim Inbetriebsetzen des R. 311747
3
Brennstoffeinspritzventils ermöglicht und das Auftreten von Kavitation am Sitz zum Niederdruckbereich verhindert ist.
Vorteilhaft ist es, dass die Wellfeder zumindest eine in einer axialen Richtung verlaufende schlitzförmige Aussparung aufweist. Dadurch kann zum einen die Federrate verringert werden, um eine weiche Ausgestaltung der Wellfeder zu ermöglichen. Zum anderen ermöglicht die Aussparung ein Durchströmen von Brennstoff, so dass Brennstoff (Kraftstoff), der über den Umgehungskanal (Bypass) in den Ventilraum fließt, im Wesentlichen ungehindert in den Ventilraum gelangen kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass mehrere solcher Aussparungen vorgesehen sind, wobei diese gleichmäßig über einen Umfang der Wellfeder verteilt sind, um das Auftreten von Querkräften zu verhindern.
Die Wellfeder kann auch an einer oder beiden Stirnseiten jeweils eine oder mehrere nutförmige Aussparungen aufweisen, die den Brennstofffluss aus dem Inneren der Wellfeder in den übrigen Ventilraum ermöglichen. Anstelle einer oder mehrerer nutförmiger Aussparungen kann auch eine wellenförmige Ausgestaltung der Stirnseite, eine gezackte Stirnseite oder dergleichen vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist es, dass die Wellfeder mehrere bauchförmige Abschnitte aufweist, an denen die Wellfeder radial nach außen gewölbt ist. Die bauchförmigen Abschnitte ermöglichen ein Einfedern der Wellfeder, wobei durch die Anzahl und die Ausgestaltung der bauchförmigen Abschnitte eine Vorgabe der Federrate möglich ist. Dabei kann die Wellfeder auch einen oder mehrere gerade Abschnitte aufweisen, an denen sich ein Durchmesser der Wellfeder ändert, das heißt, die zumindest teilweise in radialer Richtung verlaufen. Diese geraden Abschnitte können im unbelasteten Zustand auch radial orientiert sein und ermöglichen eine weitere Verringerung der Federrate, um eine weiche Ausgestaltung der Wellfeder zu erreichen. R. 311747
4
Die Wellfeder kann im Wesentlichen aus einem hülsenförmigen Metallblech gebildet sein, das beispielsweise eine Blechstärke von 0,1 mm, 0,15 mm oder 0,2 mm aufweist.
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;
Fig. 3 den in Fig. 2 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Wellfeder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Wellfeder entlang der mit IV bezeichneten Schnittlinie und
Fig. 5 eine Wellfeder entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Seitenansicht gemäß einem dritten 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 R. 311747
5
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 Gehäuse 2 auf, das mit einem Düsenkörper 3 verbunden ist. Der Düsenkörper 3 ist dabei mittels einer Düsenspannmutter 5 mit einem Haltekörper 26 des Gehäuses 2 verbunden. An dem Düsenkörper 3 ist ein Nadelsitz 4 ausgebildet, der mit einer Düsennadel 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist die Düsennadel 6 so ausgebildet, dass sie an einem dem Dichtsitz abgewandten Ende mit einer Hülse 7 und einer Drosselplatte 8 einen Steuerraum 9 einschließt. 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 des Düsenkörpers 3 gebildete Dichtsitz öffnet, so dass Brennstoff aus einem Brennstoffraum 10 über den geöffneten Dichtsitz und zumindest ein Spritzloch 11 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgespritzt wird. Ferner ist ein Brennstoffeinlassstutzen 12 vorgesehen, der mittels einer geeigneten Brennstoffleitung mit einem Common- Rail oder dergleichen verbindbar ist, wobei der Brennstoffeinlassstutzen 12 über einen im Inneren des Ventilgehäuses 2 vorgesehenen Brennstoffkanal 13 mit dem Brennstoff räum 10 verbunden ist. Der Brennstoffraum 10 und der Brennstoffkanal 13 sind Teil eines Hochdruckbereichs 14, in dem im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 unter hohem Druck stehender Brennstoff vorgesehen ist. R. 311747
6
Der Steuerraum 9 ist über eine Zulaufdrossel 15 mit dem Brennstoffkanal 13 des Hochdruckbereichs 14 verbunden. Ferner 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. Außerdem ist ein Umgehungskanal 19 vorgesehen, über den der Brennstoffraum 10 des Hochdruckbereichs 14 unter Umgehung der Zulaufdrossel 15, des Steuerraums 9 und der Ablaufdrossel 16 direkt mit dem Ventilraum 17 verbindbar ist. Der Umgehungskanal 19 ist ein Bypass 19, der insbesondere als Bypassbohrung 19 ausgestaltet sein kann. Das Ventil 18 weist einen Ventilbolzen 24 mit einem Bolzenabschnitt 20 und einem Dichtkegel 22, eine Wellfeder 21, die den Bolzenabschnitt 20 umfänglich umschließt, und einen Ventilsitzkörper 23 auf, der mit dem Dichtkegel 22 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilsitzkörper 23 an einer Ventilplatte 25 ausgebildet. Der Aufbau und die Ausgestaltung des Ventils 18 ist anhand der Fig. 2 im Detail weiter beschrieben.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist 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 24 in Wirkverbindung steht. Beim Betätigen des Aktors 30 wird der zwischen dem Dichtkegel 22 und dem Ventilsitzkörper 23 der Ventilplatte 25 gebildete Dichtsitz geöffnet, so dass ein Druck des Brennstoffs im Steuerventilraum 17 abfällt, wodurch Brennstoff aus dem Steuerraum 9 über die Ablaufdrossel 16 in den Ventilraum 17 nachströmt. Dadurch wird der Druck im Steuerraum 9 verringert, so dass Brennstoff aus dem Brennstoffraum 10 über das Spritzloch 11 eingespritzt wird. Beim Zurückstellen des Ventilbolzens 24 in eine Ausgangsstellung, in der der zwischen dem Steuerventilschließkörper 22 und dem Steuerventilsitzkörper 23 gebildete Dichtsitz geschlossen ist, kann Brennstoff aus dem Hochdruckbereich über den Umgehungskanal 19 in den Ventilraum 17 einfließen, wodurch der Druck im Ventilraum 17 rasch ansteigt. Dabei kann es auch zu einem Rückfluss von Brennstoff aus dem Ventilraum 17 in den Steuerraum 9 kommen. Der bedingte Anstieg des Druckes im Steuerraum 9 führt dann zum Schließen des R. 311747
7
Brennstoffeinspritzventils 1, so dass der Einspritzvorgang beendet wird. 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. Der Bolzenabschnitt 20 des Ventilbolzens 24 ist innerhalb des Ventilraums 17 vorgesehen. Der Dichtkegel 22 des Ventilbolzens 24 ist teilweise innerhalb des Ventilraums 17 vorgesehen und verschließt in der in der Fig. 2 dargestellten Ausgangsstellung eine Abflussöffnung
35 des Ventilraums 17, über die der Ventilraum 17 mit einem Niederdruckbereich
36 verbunden ist. Aus dem Ventilraum 17 in den Niederdruckbereich 36 fließender Brennstoff kann beispielsweise über eine Rückführleitung in einen Tank der Brennkraftmaschine geleitet werden. In der dargestellten Ausgangsstellung ist zwischen dem Dichtkegel 22 und einer an dem Ventilsitzkörper 23 der Ventilplatte 25 ausgebildeten Dichtkante 37 ein Dichtsitz gebildet, um die Abflussöffnung 35 zu verschließen. Der Dichtkegel 22 des Ventilbolzens 24 liegt an einem zylindrischen Ansatz 38 an einem Verbindungselement 39 des hydraulischen Kopplers 31 an. Bei einer Betätigung des hydraulischen Kopplers 31 mittels des Aktors 30 erfolgt eine Verstellung des Ventilbolzens 24 entgegen der Kraft der Wellfeder 21, die den Dichtkegel 22 in einer Richtung 40 mit einer Schließkraft beaufschlagt. Dadurch wird der zwischen dem Dichtkegel 22 und dem Ventilsitzkörper 23 gebildete Dichtsitz geöffnet und zugleich eine Öffnung 41 des Umgehungskanals 19 verschlossen, so dass der Druck des Brennstoffs im Ventilraum 17 abnimmt. Nach der Betätigung des Ventilbolzens 24 mittels des hydraulischen Kopplers 31 erfolgt auf Grund der Kraft der Wellfeder 21 eine Rückstellung des Ventilbolzens 24 in der Richtung 40 in die in der Fig. 2 gezeigte Ausgangsstellung. Dabei wird die Öffnung 41 des Umgehungskanals 19 wieder freigegeben, so dass Brennstoff in den Ventilraum 17 einfließen kann. Dabei ermöglichen nutförmige Aussparungen 42, 43, die an Stirnseiten 44, 45 der Wellfeder 21 vorgesehen sind, eine Strömung des Brennstoffs aus einem Innenraum 46 der Wellfeder 21, der zwischen der Wellfeder 21 und dem Ventilbolzen 20 vorgesehen ist. Die Strömung des Brennstoffs durch die R. 311747
8 nutförmige Aussparung 43 ist dabei durch eine Einkerbung 47 des Ventilbolzens
20 im Bereich der Stirnseite 45 der Wellfeder 21 verbessert.
Die Wellfeder 21 weist bauchförmige Abschnitte 50, 51, 52 auf, an denen die Wellfeder 21 radial nach außen gewölbt ist. Die bauchförmigen Abschnitte 50, 51, 52 ermöglichen ein Einfedern der Wellfeder 21, wobei die Federrate durch die Ausgestaltung und die Anzahl der bauchförmigen Abschnitte 50, 51, 52 innerhalb gewisser Grenzen vorgebbar ist. Die Wellfeder 21 hat in der in der Fig. 2 gezeigten Ausgangsstellung eine Einbauhöhe Hl, die kleiner als eine Ausgangshöhe HO (Fig. 3) ist, so dass eine Vorspannung der Wellfeder 21 erreicht ist, mittels der die Wellfeder 21 den Ventilbolzen 24 in der Richtung 40 mit einer Schließkraft beaufschlagt. Durch die weitgehend symmetrische Ausgestaltung der Wellfeder 21 ist diese Schließkraft in Richtung einer Achse 53 des Ventils 18 gerichtet, wobei die Dichtkante 37 radialsymmetrisch zu der Achse 53 ausgestaltet ist. Somit wird die Dichtkante 37 durch den Dichtkegel 22 nur in Richtung der Achse 53 und nicht mit einer zusätzlichen Querkraft belastet. Eine Spaltbreite 54 ist möglichst klein gewählt, um eine möglichst symmetrische Lage der Wellfeder
21 bezüglich der Achse 53 zu erreichen. Dadurch ist eine gleichmäßige Belastung der Dichtkante 37 über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 gewährleistet.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Wellfeder 21 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wellfeder 21 ist dabei in einer ausgebauten Lage dargestellt, in der die Wellfeder 21 entlastet ist. Die Wellfeder 21 hat eine Ausgangshöhe HO, die als Abstand zwischen den Stirnseiten 44, 45 definiert ist. Die Wellfeder 21 ist aus einem dünnen Blech gebildet, das eine Wandstärke 55 aufweist. Die Wandstärke 55 kann beispielsweise 0,1 mm, 0,15 mm oder 0,2 mm betragen. Die Wellfeder 21 weist gerade Abschnitte 56, 57, 58, 59 auf, die senkrecht zur axialen Richtung 40 orientiert sind, so dass sich der Durchmesser der Wellfeder 21 entlang jedes der geraden Abschnitte 56, 57, 58, 59 ändert. Die geraden Abschnitte 56, 57, 58, 59 können auch teilweise in der Richtung 40 orientiert sein. Durch die Wahl einer R. 311747
9
Länge 60 des geraden Abschnitts 56 kann die Federrate der Wellfeder 21 verringert werden. Dies gilt entsprechend für die geraden Abschnitte 57, 58, 59, wobei alle geraden Abschnitte 56, 57, 58, 59 vorzugsweise die gleiche Länge 60 haben. Zwischen den geraden Abschnitten 56, 57 ist ein bauchförmiger Abschnitt
50 vorgesehen, der einen Krümmungsradius 61 aufweist. Ferner ist zwischen den geraden Abschnitten 58, 59 ein weiterer bauchförmiger Abschnitt 51 vorgesehen, der vorzugsweise den gleichen Krümmungsradius aufweist wie der bauchförmige Abschnitt 50. Zwischen den geraden Abschnitten 57, 58 ist ein nach innen gekrümmter Abschnitt 62 vorgesehen, der einen Krümmungsradius 63 hat. Durch die Wahl des Krümmungsradius 61 und des Krümmungsradius 63 kann die Federrate der Wellfeder 21 vorgegeben werden. Eine weitere Möglichkeit, die Federrate der Wellfeder 21 vorzugeben, besteht in der Wahl eines Neigungswinkels 64, um den der gerade Abschnitt 59 gegenüber der Richtung 40 geneigt ist. Durch den in der Fig. 3 gewählten Neigungswinkel 64 von etwa 90° wird dabei eine eher weiche Ausgestaltung der Wellfeder 21 erzielt. Ein Bogenabschnitt 65, über den sich der bauchförmige Abschnitt 51 erstreckt, ist vorzugsweise so gewählt, dass sich der gerade Abschnitt 58 mit dem gleichen Winkel in der Richtung 40 nach oben erstreckt, wie der gerade Abschnitt 59. Vorteilhaft ist dabei eine möglichst gleichmäßige Ausgestaltung der Wellfeder 21, so dass auch bei Wellfedern 21 mit mehr als zwei bauchförmigen Abschnitten 50,
51 der zwischen benachbarten bauchförmigen Abschnitten 50, 51 bestehende Abstand 66 jeweils gleich groß ist. Durch die konkrete Ausgestaltung der Wellfeder 21 kann die Federrate der Wellfeder 21 daher innerhalb eines großen Bereichs vorgegeben werden, wobei Randbedingungen wie der zur Verfügung stehende Ventilraum 17 berücksichtigt werden können. Die Vorspannkraft der Wellfeder 21 wird durch die Differenz zwischen der Ausgangslänge HO und der Einbaulänge Hl vorgegeben. Dabei kann die Wellfeder 21 zusätzlich gesetzt werden, um eine Abnahme der Vorspannkraft über die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils 1 zumindest zu verringern. Das Setzen der Wellfeder 21 kann beispielsweise durch Beaufschlagen der Wellfeder 21 mit dem 1,3- bis 1,5- fachen der Vorspannkraft erfolgen. Ein Durchmesser 67 der Wellfeder 21 ist vorzugsweise nur etwas größer als ein Durchmesser 68 (Fig. 2) des R. 311747
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Bolzenabschnitts 20 des Ventilbolzens 24 gewählt, um die Spaltbreite 54 zwischen der Wellfeder 21 und dem Bolzenabschnitt 20 des Ventilbolzens 24 zu minimieren.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Wellfeder 21 entlang der in Fig. 2 mit IV bezeichneten Schnittlinie. Die Wellfeder 21 weist nutförmige Aussparungen 42, 42A, 42B, 42C auf, die gleichmäßig über einen Umfang der Wellfeder 21 verteilt sind. Eine Länge 69 und eine Höhe 70 (Fig. 2) der nutförmigen Aussparung 42 und entsprechend auch der Aussparungen 42 A, 42 B, 42C sind so gewählt, dass der für die Funktionsfähigkeit des Ventils 18 erforderliche Durchfluss von Brennstoff aus dem Innenraum 46 in den übrigen Teil des Ventilraums 17 ermöglicht ist.
Fig. 5 zeigt eine Wellfeder 21 in einer Seitenansicht, die der in Fig. 2 dargestellten Ansicht entspricht, entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wellfeder 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel vier bauchförmige Abschnitte 49, 50, 51, 52 auf. Im Bereich der Stirnseite 44 weist die Wellfeder 21 einen ringförmigen Abschnitt 75 auf und im Bereich der Stirnseite 45 weist die Wellfeder 21 einen ringförmigen Abschnitt 76 auf. Zwischen den ringförmigen Abschnitten 75, 76 sind gleichmäßig über den Umfang der Wellfeder 21 verteilte schlitzförmige Aussparungen 77, 78, 79 ausgebildet, die im eingebauten Zustand der Wellfeder in Richtung der Achse 53 verlaufen. Die schlitzförmigen Aussparungen weisen jeweils die Höhe 80 und eine Breite auf, die der Breite 81 der schlitzförmigen Aussparung 78 entspricht.
Es ist anzumerken, dass bei dem in der Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel insgesamt sechs schlitzförmige Aussparungen 77, 78, 79 vorgesehen sind, von denen nur die schlitzförmigen Aussparungen 77, 78, 79 bezeichnet sind. Die weiteren schlitzförmigen Aussparungen liegen hinter den schlitzförmigen Aussparungen 77, 78, 79, so dass sich eine symmetrische Anordnung der schlitzförmigen Aussparungen 77, 78, 79 bezüglich der Achse 53 ergibt. Durch die gleichmäßige Ausgestaltung der Wellfeder 21 wird eine Schließkraft der Wellfeder 21 erreicht, die in Richtung der Achse 53 gerichtet ist. R. 311747
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Durch die schlitzförmigen Aussparungen 77, 78, 79 kann zum einen die Federrate der Wellfeder 21 verringert werden. Zum anderen ermöglichen die schlitzförmigen Aussparungen 77, 78, 79 einen Brennstofffluss aus dem Innenraum 46 in den übrigen Ventilraum 17 (Fig. 2), so dass die in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigten nutförmigen Aussparungen 42, 42A, 42 B, 42C und 43 entfallen können.
Es ist anzumerken, dass auch weitere Ausgestaltungen der Wellfeder 21 denkbar sind, die einen Brennstofffluss aus dem Innenraum 46 in den übrigen Ventilraum 17 des Ventils 18 ermöglichen. Beispielsweise können die Stirnseiten 44, 45 auch wellenförmig oder sägezahnförmig ausgestaltet sein.
Zur Herstellung einer Wellfeder 21 kann ein nahtlos gezogenes Rohrsegment aus einem Stahlblech oder dergleichen, das die erforderliche Ausgangshöhe HO und eine Wandstärke 55 aufweist, in ein radialsymmetrisches Werkzeug mit wellenförmiger Kontur eingebracht werden. Durch Ausbilden eines Innendrucks mittels eines geeigneten Mediums im Innenraum 46 kann eine Umformung der Wellfeder 21 erzielt werden, bei der die von dem Werkzeug vorgegebene Kontur angenommen wird. Die Aussparungen 42, 43, 77, 78, 79 können nach der Umformung mittels Laserbearbeitung eingebracht werden. Die Stirnflächen 44, 45 der Wellfeder 21 können, falls dies auf Grund der Ebenheitsanforderungen erforderlich ist, nachgeschliffen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

R. 31174712Ansprüche
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 (24) 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 (35) aufweist, über die der Ventilraum (17) mit einem Niederdruckbereich (36) verbunden ist, wobei der Ventilbolzen (24) 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 dem Niederdruckbereich (36) durch die Abflussöffnung (35) des Ventilraums (17) mittels des Aktors (30) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (18) eine Wellfeder (21) aufweist, dass die Wellfeder (21) einen Bolzenabschnitt (20) des Ventilbolzens (24) umfänglich zumindest teilweise umschließt und dass die Wellfeder (21) den Ventilbolzen (24) in Richtung einer Ausgangsstellung beaufschlagt, in der die Verbindung zwischen dem Ventilraum (17) und dem Niederdruckbereich (36) über die Abflussöffnung (35) geschlossen 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 (23) aufweist, der zum Schließen der Verbindung zwischen dem Ventilraum (17) und dem Niederdruckbereich (36) R. 311747
13 über die Abflussöffnung (35) mit einem Dichtkegel (22) des Ventilbolzens (24) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
3. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz zwischen dem Dichtkegel (22) des Ventilbolzens (24) und dem Ventilsitzkörper (23) im Ausgangszustand an einer Dichtkante (37) des Ventilsitzkörpers (23) gebildet ist und dass die Wellfeder (21) den Dichtkegel (22) des Ventilbolzens (24) zumindest näherungsweise gleichmäßig gegen die Dichtkante (37) beaufschlagt.
4. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) zumindest eine in einer axialen Richtung verlaufende Aussparung (77, 78, 79) aufweist.
5. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (77, 78, 79) als schlitzförmige Aussparung (77, 78, 79) ausgebildet ist.
6. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) mehrere Aussparungen (77, 78, 79) aufweist, die jeweils in einer axialen Richtung verlaufen und dass die Aussparungen (77, 78, 79) gleichmäßig über einen Umfang der Wellfeder (21) verteilt sind.
7. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) an einer Stirnseite (44, 45) zumindest eine nutförmige Aussparung (42, 43) aufweist.
8. Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) mehrere bauchförmige Abschnitte (49, 50, 51, 52) aufweist, an denen die Wellfeder (21) radial nach außen gewölbt ist. R. 311747
14
9. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) zumindest einen im entlasteten Zustand der Wellfeder (21) zumindest im Wesentlichen geraden Abschnitt (56, 57, 58, 59) aufweist, der so ausgestaltet ist, dass sich ein Durchmesser der Wellfeder (21) entlang des geraden Abschnitts (56, 57, 58, 59) ändert.
10. Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellfeder (21) aus einem hülsenförmigen Metallblech gebildet ist.
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