Titel

Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Derartige Brennstoffeinspritzventile sind auch als Doppelbrennstoffinjektoren, Zweistoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt.

Stand der Technik

Brennstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art weisen in der Regel zwei ineinander geführte hubbewegliche Düsennadeln zum Freigeben und Verschließen von

Einspritzöffnungen für die unterschiedlichen Brennstoffe auf. Die Ansteuerung ist vergleichsweise aufwendig, da für jede Düsennadel ein Steuerventil vorhanden sein muss. Ferner müssen beide Steuerventile zeitlich genau aufeinander abgestimmt sein. Aus der WO 2016/145518 AI geht beispielhaft ein Dual-Fuel-Injektor mit zwei koaxial angeordneten Düsennadeln zum Einspritzen eines gasförmigen und eines flüssigen Brennstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hervor, wobei die äußere, als Hohlnadel ausgeführte Düsennadel der Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs dient. Auf den brennraumabgewandten Stirnflächen beider Düsennadeln lastet jeweils ein Steuerdruck, der in einem der jeweiligen Düsennadel zugeordneten Steuerraum herrscht und mittels eines Steuerventils veränderbar ist, so dass die an der Düsennadel anliegenden Kräfte ein Öffnen erlauben oder die Düsennadel geschlossen halten. Vorteilhafterweise herrscht bei geschlossener Düsennadel ein weitgehendes Kräftegleichgewicht, so dass nur eine geringe Kraft zum Öffnen der Düsennadel erforderlich ist. Ferner ist ein kleines Steuerraumvolumen von Vorteil, um die Absteuermengen gering zu halten. Beide Maßnahmen tragen zur Verbesserung der Schaltdynamik bei.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, das eine hohe Schaltdynamik besitzt und zudem bauraumoptimiert ist. Darüber hinaus soll das Brennstoffeinspritzventil einfach und kostengünstig zu fertigen sein.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den

Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Das zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Brennstoffeinspritzventil umfasst ein in einer zentralen Bohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommenes erstes Ventilglied und ein in einer zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds

hubbeweglich aufgenommenes zweites Ventilglied, wobei jedem Ventilglied ein Steuerraum zur hydraulischen Steuerung sowie eine Feder zur axialen Vorspannung in Richtung eines Dichtsitzes zugeordnet ist. Erfindungsgemäß sind die beiden

Steuerräume axial versetzt zueinander angeordnet und die Federn sind in einem gemeinsamen Federraum aufgenommen.

Durch die axial versetzte Anordnung der Steuerräume kann ein Ventilglied kürzer als das andere ausgeführt werden. Mit der Verkürzung sinkt die Massenträgheit des Ventilglieds. Zugleich wird die Schaltdynamik erhöht. Ferner kann der Einschlagimpuls im Dichtsitz verringert werden.

Mit der Verkürzung eines Ventilglieds wird zudem ein Freiraum geschaffen, der als Federraum zur Aufnahme der beiden Federn dienen kann. Auf diese Weise wird insbe- sondere ein in radialer Richtung kompaktbauendes Brennstoffeinspritzventil geschaffen. Werden darüber hinaus die beiden Federn ineinander liegend angeordnet, kann ferner eine in axialer Richtung besonders kompaktbauende Anordnung erzielt werden.

Durch die Anordnung der den Ventilgliedern zugeordneten Federn in einem gemeinsamen Federraum, kann ferner das Volumen der den Ventilgliedern zugeordneten Steuerräume verkleinert werden. Denn diese müssen nicht mehr zur Aufnahme einer Feder geeignet sein. Dies hat zur Folge, dass die Absteuermenge sinkt und die Schaltdynamik weiter steigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Ventilglied zur Begrenzung des ihm zugeordneten Steuerraums aus dem ersten Ventilglied

herausgeführt. Das heißt, dass bevorzugt das erste Ventilglied kürzer als das zweite Ventilglied ausgeführt ist. In diesem Fall kann die Länge des ersten Ventilglieds derart gewählt werden, dass sich ein günstiges Verhältnis Länge zu Durchmesser im Hinblick auf den Fertigungsprozess, insbesondere auf die Innenbearbeitung zur Ausbildung einer Führung und/oder des Dichtsitzes für das zweite Ventilglied, ergibt. Dadurch wird die Fertigung des Brennstoffeinspritzventils vereinfacht.

Des Weiteren bevorzugt wird der dem ersten Ventilglied zugeordnete Steuerraum radial außen vom Düsenkörper begrenzt. Das heißt, dass auf eine Hülse zur Begrenzung des Steuerraums verzichtet wird, so dass eine besonders schmale Bauform realisierbar ist.

Vorzugsweise sind der dem ersten Ventilglied zugeordnete Steuerraum und der Federraum durch ein plattenförmiges Bauteil getrennt, das von einer Bundhülse durchsetzt ist, mittels welcher die Vorspannkraft der dem ersten Ventilglied zugeordneten Feder übertragbar ist. Die Vorspannkraft der Feder wird demnach mittelbar über die Bundhülse auf das erste Ventilglied übertragen. Die Bundhülse überbrückt somit einen axialen Abstand, der zwischen dem ersten Ventilglied und der Feder besteht.

Der Bund der Bundhülse ist vorzugsweise federraumseitig angeordnet, so dass er als Federhalter eingesetzt werden kann. Im Übrigen kann die Hülse einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweisen, mit dem sie das plattenförmige Bauteil durchsetzt und am ersten Ventilglied abgestützt ist. Dadurch geht nur wenig hydraulisch wirksame Fläche am Ventilglied verloren, so dass der Außendurchmesser klein gehalten werden kann.

Ferner bevorzugt ist das zweite Ventilglied durch die Bundhülse hindurchgeführt, wobei zwischen der Bundhülse und dem zweiten Ventilglied ein Ringraum ausgebildet wird, der mit der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds verbunden ist. Über den Ringraum kann somit der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds Brennstoff zugeführt werden. Zugleich wird über die Bundhülse eine Trennung der zentralen Bohrung vom Steuerraum des ersten Ventilglieds bewirkt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum radial außen von einer Dichthülse begrenzt wird, die einen Endabschnitt des zweiten Ventilglieds umgibt. Da das zweite Ventilglied das erste Ventilglied überragt, ist in radialer Richtung ausreichend Raum für die Anordnung der Dichthülse vorhanden. Zudem kann mittels der Dichthülse das Steuerraumvolumen klein gehalten werden. Die Dichthülse ist vorzugsweise im Federraum aufgenommen. In diesem Fall kann die dem zweiten Ventilglied zugeordnete Feder zur axialen Vorspannung der Dichthülse gegen ein Körperbauteil des Brennstoffeinspritzventils verwendet werden, so dass keine weitere Feder erforderlich ist.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der dem zweiten Ventilglied zugeordnete Steuerraum über mindestens eine im zweiten Ventilglied ausgebildete Zulaufbohrung befüllbar ist bzw. befüllt wird. Der Zulauf in Richtung Steuerraum erfolgt somit durch das zweite Ventilglied hindurch. Beispielsweise kann im zweiten Ventilglied eine in den Steuerraum mündende axial verlaufende Zulaufbohrung ausgebildet sein, die über mindestens eine radial verlaufende Zulaufbohrung an den Federraum, an den Ringraum oder an die zentrale Bohrung des ersten Ventilglieds angebunden ist. Hierbei handelt es sich um Räume, die im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils vorzugsweise mit dem flüssigen Brennstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff, befüllt sind. Die zentrale Bohrung im Düsenkörper ist demgegenüber bevorzugt mit dem gasförmigen Brennstoff befüllt. Um die beiden Brennstoffe innerhalb des Düsenkörpers wirksam zu trennen, wird vorgeschlagen, dass das erste Ventilglied einen Führungsabschnitt mit einer Ringnut aufweist, die über einen Verbindungskanal mit der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds verbunden ist. Die Ringnut ist somit mit dem Brennstoff aus der zentralen Bohrung des ersten Ventilglieds befüllt, beispielsweise Dieselkraftstoff, so dass einer Leckage in Richtung der zentralen Bohrung des Düsenkörpers, die mit dem anderen Brennstoff befüllt ist, entgegengewirkt wird. Bevorzugt wird dabei die Ringnut radial außen vom Düsenkörper begrenzt. Dieser übernimmt demnach auch die Führung des ersten Ventilglieds, so dass die gewünschte schmale Bauform beibehalten wird.

Wie bereits erwähnt, ist vorzugsweise über das erste Ventilglied die Einspritzung des gasförmigen Brennstoffs und über das zweite Ventilglied die Einspritzung des flüssigen Brennstoffs steuerbar. Der flüssige Brennstoff kann dann zugleich als Steuermedium eingesetzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Das in der Fig. 1 dargestellte Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffs in einen Brennraum einer

Brennkraftmaschine umfasst einen Düsenkörper 2 mit einer zentralen Bohrung 1, in der ein erstes Ventilglied 3 hubbeweglich aufgenommen ist. Das erste Ventilglied 3 weist ebenfalls eine zentrale Bohrung 4 auf. In dieser ist ein zweites Ventilglied 5

hubbeweglich geführt. Die zentrale Bohrung 4 des ersten Ventilglieds 3 ist mit flüssigem Brennstoff beaufschlagbar und die zentrale Bohrung 1 des Düsenkörpers 2 ist mit gasförmigem Brennstoff beaufschlagbar. Über eine Hubbewegung des ersten Ventilglieds 3 ist demnach der gasförmige Brennstoff in den Brennraum einbringbar, während die Einspritzung des flüssigen Brennstoffs über eine Hubbewegung des zweiten Ventilglieds 5 bewirkt wird. Das erste Ventilglied 3 wirkt mit einem ersten Dichtsitz 10 zusammen, der durch den Düsenkörper 2 ausgebildet wird. Hebt das erste Ventilglied 3 vom Dichtsitz 10 ab, gibt es Einspritzöffnungen (nicht dargestellt) frei, über den der gasförmige Brennstoff in den Brennraum eingebracht wird.

Das zweite Ventilglied 5 wirkt mit einem Dichtsitz 11 zusammen, der im ersten

Ventilglied 3 ausgebildet ist. Hebt das zweite Ventilglied 5 vom Dichtsitz 11 ab, werden im ersten Ventilglied 3 ausgebildete Einspritzöffnungen (nicht dargestellt) zur

Einspritzung des flüssigen Brennstoffs freigegeben.

Jedem Ventilglied 3, 5 ist ein Steuerraum 6, 7 zugeordnet, wobei jeder Steuerraum 6, 7 über ein Steuerventil (nicht dargestellt) entlastbar ist. Bei einer Entlastung sinkt der Steuerdruck im Steuerraum 6, 7 und das jeweilige Ventilglied 3, 5 vermag entgegen der Federkraft einer Feder 8, 9 mittels welcher das Ventilglied 3, 5 gegen den Dichtsitz 10, 11 axial vorgespannt ist, zu öffnen.

Beide Federn 10, 11 sind in einem gemeinsamen Federraum 12 aufgenommen, der das zweite Ventilglied 5 abschnittsweise umgibt. Die Feder 11 ist einerseits am zweiten Ventilglied 5, andererseits an einer Dichthülse 16 abgestützt, die den Steuerraum 7 radial begrenzt und somit vom Federraum 12 trennt. Die Feder 10 umgibt die Feder 11 und die Dichthülse 16 und ist einerseits an einem Körperbauteil 23, andererseits an einer Bundhülse 15 abgestützt, die einen axialen Abstand zwischen der Feder 10 und dem ersten Ventilglied 3 überbrückt. Denn das erste Ventilglied 3 ist deutlich kürzer als das zweite Ventilglied 5 ausgeführt. Die Vorspannkraft der Feder 10 wird demnach mittelbar über die Bundhülse 15 auf das erste Ventilglied 3 übertragen. Die Bundhülse 15 ist dabei durch ein plattenförmiges Bauteil 13 hindurchgeführt, das gemeinsam mit der Bundhülse 15, dem Düsenkörper 2 und dem ersten Ventilglied 3 den Steuerraum 6 begrenzt. Um den Zulauf und/oder Ablauf aus dem Steuerraum 6 sicherzustellen, kann in dem plattenförmigen Bauteil 13 mindestens eine Drossel ausgebildet sein (nicht dargestellt), so dass es sich bei dem plattenförmigen Bauteil 13 insbesondere um eine Drosselplatte handeln kann.

Um die Befüllung des Steuerraums 7 zu gewährleisten, der dem zweiten Ventilglied 5 zugeordnet ist, sind im zweiten Ventilglied 5 Zulaufbohrungen 17, 18 ausgebildet, wel- che den Steuerraum 7 mit dem Federraum 12 bzw. mit einem Ringraum 14 verbinden, der zwischen der Bundhülse 15 und dem zweiten Ventilglied 5 ausgebildet ist. Über den Ringraum 14 ist der Federraum 12 an die zentrale Bohrung 4 des ersten Ventilglieds 3 angebunden, so dass hierüber der Zulauf von Brennstoff in Richtung des Dichtsitzes 11 erfolgt.

Bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventil sind die beiden Steuerräume 6, 7 axial versetzt angeordnet, was die Möglichkeit eröffnet, das erste Ventilglied 3 verkürzt auszubilden. Dies wiederum ermöglicht eine besonders bau- raumoptimierte Ausführung des Brennstoffeinspritzventils. Denn durch die axial versetzte Anordnung der Feder 8 in einem Federraum 12 gemeinsam mit der Feder 9, kann eine besonders schmale Bauform realisiert werden, die kleine Absteuermengen begünstigt. Zugleich wird die Fertigung des ersten Ventilglieds 3, insbesondere der hie rin ausgebildeten zentralen Bohrung 4 einschließlich des Dichtsitzes 11 vereinfacht. Die Kürze des ersten Ventilglieds 3 verringert zudem die Massenträgheit, was sich günstig in Bezug auf eine hohe Schaltdynamik auswirkt.

Das erste Ventilglied 3 ist über einen Führungsabschnitt 19 unmittelbar im Düsenkörper 2 geführt. Eine im Führungsabschnitt 19 ausgebildete Ringnut 20, die über einen Verbindungskanal 21 mit der zentralen Bohrung 4 verbunden ist, verringert die Leckage im Führungsbereich 19, so dass eine wirksame Medientrennung erreicht wird. Eine weitere Dichtkraft wird über eine Düsenspannmutter 22 aufgebracht, mittels welcher der Düsenkörper 2 und das Körperbauteil 23 axial verspannt sind, so dass diese dichtend aneinander liegen.