Titel

Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs, Kraftstoffeinspritzventil

Die Erfindung betrifft eine Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen

Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer solchen

Düsenbaugruppe.

Kraftstoffeinspritzventile der vorstehend genannten Art sind auch als

Zweikraftstoffinjektoren oder Dual-Fuel-Injektoren bekannt. Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 012 450 AI ist beispielhaft ein

Zweikraftstoffinjektor bekannt, der in der Lage ist, selektiv zwei unterschiedliche Kraftstoffe wie Dieselkraftstoff und Erdgas einzuspritzen bzw. einzudüsen. Hierzu umfasst der Zweikraftstoffinjektor eine erste und eine zweite Ventilnadel. Die erste

Ventilnadel, über deren Hubbewegung erste Spritzlöcher freigebbar und verschließbar sind, ist in der zweiten Ventilnadel hubbeweglich geführt. Die zweite Ventilnadel ist hierzu als Hohlnadel ausgebildet. Über die zweite Ventilnadel sind weitere Spritzlöcher freigebbar bzw. verschließbar. Sämtliche Spritzlöcher sind in einem Düsenkörper ausgebildet, der die Ventilnadeln umgibt und zugleich jeweils einen Dichtsitz für die beiden Ventilnadeln ausbildet. Um die beiden Kraftstoffe voneinander zu trennen, ist zwischen den beiden Ventilnadeln ein Kraftstoffseparator in Form einer Hülse vorgesehen, die in axialer Richtung gegen den Düsenkörper vorgespannt ist. Auf diese Weise wird die Vermischung von Dieselkraftstoff und gasförmigem Kraftstoff an der Düsenspitze minimiert. Denn wird dem Erdgas im Wege der Leckage eine für die Verbrennung signifikante Menge Dieselkraftstoff beigemischt, verändert sich der Brennwert des über den Gaspfad einzubringenden Brennstoffvolumens. Eine geringe Leckage von Dieselkraftstoff in den Gasbereich ist dagegen erwünscht, da der Dieselkraftstoff aufgrund seiner deutlich größeren Viskosität als Schmiermittel wirkt und einer erhöhten Abnutzung an den empfindlichen Oberflächen der Gasventilanordnung entgegen wirkt. Die Leckage erfolgt über eine Spaltführung, über welche die Ventilnadel für den gasförmigen Kraftstoff im Düsenkörper geführt ist. Da der Druck des Dieselkraftstoffs höher als der Druck des gasförmigen Kraftstoffs ist, wird zugleich verhindert, dass gasförmiger Kraftstoff über die Spaltführung in den Bereich für den Dieselkraftstoff gelangt.

Liegt der Druck des Dieselkraftstoffs deutlich über dem des gasförmigen Kraftstoffs, beispielweise um den reinen Dieselbetrieb einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen, besteht zusätzlich die Gefahr, dass der über die Spaltführung in den Gasbereich gelangende Dieselkraftstoff zu einem ungewollten Öffnen der Ventilnadel für den gasförmigen Kraftstoff führt. Dies gilt es zu verhindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düsenbaugruppe für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Kraftstoffs mit einer verbesserten Medientrennung anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Düsenbaugruppe mit den Merkmalen des

Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit einer solchen Düsenbaugruppe angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die für ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper mit einem Führungsabschnitt, über den ein erstes Einspritzventilglied hubbeweglich geführt ist. Der Führungsabschnitt trennt dabei einen mit dem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbaren ersten Druckraum von einem mit dem flüssigen Kraftstoff beaufschlagbaren zweiten Druckraum, durch welche das erste Einspritzventilglied hindurch geführt ist. Erfindungsgemäß ist im zweiten Druckraum eine hubbewegliche Dichtscheibe aufgenommen, die mittels eines federelastischen hülsenförmigen Dichtelements, das einerseits fluiddicht mit der Dichtscheibe andererseits fluiddicht mit dem Düsenkörper verbunden ist, in Richtung einer außenumfangseitig am ersten Einspritzventilglied ausgebildeten Dichtfläche axial vorgespannt ist.

Die an der Dichtfläche anliegende Dichtscheibe verhindert somit gemeinsam mit dem federelastischen hülsenförmigen Dichtelement, dass flüssiger Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum über den Führungsabschnitt in den ersten Druckraum und damit in den Gasbereich gelangt. Auf diese Weise wird eine effektivere Abdichtung als allein über die Spaltführung im Führungsabschnitt erreicht. Die Vorspannkraft des federelastischen hülsenförmigen Dichtelements dient dabei als Dichtkraft, welche die Dichtscheibe in Anlage mit der Dichtfläche am Einspritzventilglied hält, und zwar selbst dann wenn das Einspritzventilglied eine Hubbewegung ausführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das federelastische hülsenförmige Dichtelement als gefalteter oder gewellter Metallbalg ausgebildet. Zum Einen kann über einen gefalteten oder gewellten Metallbalg in einfacher Weise die erforderliche Vorspannkraft auf die Dichtscheibe aufgebracht werden. Zum Anderen erweist sich ein gefalteter oder gewellter Metallbalg als ausreichend fest gegenüber den anliegenden Kraftstoff drücken.

Die Elastizität des Metallbalgs ermöglicht ferner den Ausgleich etwaiger fertigungs- und/oder montagebedingten Toleranzen. Insbesondere hilft die Elastizität des Metallbalgs eventuelle axiale Toleranzen auszugleichen. Darüber hinaus erlaubt die Elastizität des Metallbalgs das Ausrichten der Dichtscheibe gegenüber der am Einspritzventilglied ausgebildeten Dichtfläche, so dass etwaige Parallelitätsfehler korrigierbar sind. Vorteilhafterweise ist hierzu die am Einspritzventilglied ausgebildete Dichtfläche als Flachsitz ausgeführt. Zur Ausbildung der Dichtfläche kann beispielsweise das Einspritzventilglied einen Bundabschnitt oder einen Absatz aufweisen. Ferner bevorzugt ist die fluiddichte Verbindung des federelastischen hülsenförmigen Dichtelements mit der Dichtscheibe und/oder dem Düsenkörper durch eine

Schweißverbindung hergestellt. Die Schweißverbindung kann durch eine umlaufende Schweißnaht geschaffen werden, die eine hohe Dichtigkeit der Verbindung gewährleistet. Vorzugsweise ist das federelastische hülsenförmige Dichtelement sowohl mit dem Düsenkörper als auch mit der Dichtscheibe verschweißt.

Die Schweißnaht an der Dichtscheibe kann dabei in der Weise platziert werden, dass sie auf einem Durchmesser zu liegen kommt, der im Wesentlichen dem Durchmesser des Dichtsitzes der Dichtscheibe entspricht, so dass die Dichtscheibe weitgehend druckausgeglichen ist. In diesem Fall wird die Dichtscheibe unabhängig von den jeweiligen Kraftstoffdrücken durch die Vorspannkraft des federelastischen hülsenförmigen Dichtelements gegen die Dichtfläche am Einspritzventilglied gedrückt.

Über die konkrete Positionierung der Schweißnaht zur Verbindung des Dichtelements mit der Dichthülse kann aber auch eine zusätzlich auf die Dichtscheibe wirkende hydraulische oder pneumatische Kraft erzeugt werden, die in die eine oder andere Richtung wirkt. Beispielsweise kann die Schweißnaht auf einem Durchmesser positioniert werden, der kleiner als der Durchmesser des Dichtsitzes der Dichtscheibe ist, so dass auf die Dichtscheibe eine zusätzliche hydraulische Druckkraft in Richtung der am Einspritzventilglied ausgebildeten Dichtfläche wirkt, falls der Druck des flüssigen Kraftstoffs größer als der Druck des gasförmigen Kraftstoffs ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Düsenkörper oder ein mit dem Düsenkörper verbundenes Körperbauteil eine Anschlagfläche zur Begrenzung des Hubs der Dichtscheibe ausbildet. Der Düsenkörper oder das Körperbauteil bilden somit einen Hubanschlag für die Dichtscheibe aus, der eine Trennung der Dichtscheibe von der Dichtfläche bewirkt, wenn das Einspritzventilglied über den Hub der Dichtscheibe hinaus öffnet. Das heißt, dass der Hub der Dichtscheibe kleiner als der Hub des ersten Einspritzventilglieds bzw. die dichtende Anlage der Dichtscheibe an der Dichtfläche vom Hub des ersten Einspritzventilglieds abhängig ist. Im Falle der Trennung der Dichtscheibe von der Dichtfläche ist die Dichtwirkung aufgehoben und flüssiger Kraftstoff vermag in die Spaltführung des Führungsabschnitts des Düsenkörpers zu gelangen, um dort die gewünschte Schmierung zu bewirken. Des Weiteren bevorzugt ist der mit dem flüssigen Kraftstoff beaufschlagbare zweite Druckraum in Abhängigkeit vom Hub des ersten Einspritzventilglieds mit einem

Zulaufbereich für den flüssigen Kraftstoff verbindbar. Über die Verbindung mit dem Zulaufbereich ist sichergestellt, dass im zweiten Druckraum der gleiche Druck wie im Zulaufbereich herrscht. Vorzugsweise ist die Verbindung dann hegestellt, wenn die Dichtscheibe an der Dichtfläche des Einspritzventilglieds und nicht an der Anschlagfläche anliegt, die den Hubanschlag für die Dichtscheibe ausbildet. Liegt die Dichtscheibe an der Anschlagfläche an, ist die Verbindung zweitweise unterbrochen. Stattdessen ist vorzugsweise eine Verbindung des Zulaufbereichs mit der Spaltführung des Führungsabschnitts hergestellt, so dass der als Schmiermittel dienende flüssige Kraftstoff unmittelbar dem Zulaufbereich entnehmbar ist.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das erste Einspritzventilglied mit einem im

Düsenkörper ausgebildeten Dichtsitz zusammenwirkt und in Richtung des Dichtsitzes axial vorgespannt ist. Die Vorspannung in axialer Richtung wird vorzugsweise über die Federkraft einer Feder bewirkt. Die Federkraft der Feder ist dabei größer als die Vorspannkraft des federelastischen hülsenförmigen Dichtelements zu wählen, um ein sicheres Schließen zu gewährleisten.

Vorteilhafterweise ist in einer Axialbohrung des ersten Einspritzventilglieds ein nadeiförmiges zweites Einspritzventilglied hubbeweglich aufgenommen, über dessen Hubbewegung mindestens eine im ersten Einspritzventilglied ausgebildete

Einspritzöffnung freigebbar und verschließbar ist. Während das erste Einspritzventilglied vorzugsweise die Einspritzung des gasförmigen Kraftstoffs steuert, kann über das zweite Einspritzventilglied die Einspritzung des flüssigen Kraftstoffs gesteuert werden, und zwar in der Weise, das auch ein reiner Dieselbetrieb einer Brennkraftmaschine möglich ist.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasförmigen und/oder flüssigen Kraftstoffs in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düsenbaugruppe

vorgeschlagen, da hier die Vorteile der Erfindung besonders gut zum Tragen kommen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Düsenbaugruppe in Schließstellung und

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch die Düsenbaugruppe der Fig. 1 in Offenstellung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 dargestellte Düsenbaugruppe umfasst einen Düsenkörper 1, in dem ein mit einem gasförmigen Kraftstoff beaufschlagbarer erster Druckraum 4 sowie ein mit einem flüssigen Kraftstoff beaufschlagbarer zweiter Druckraum 5 ausgebildet sind. Beide Druckräume 4, 5 sind über einen Führungsabschnitt 2 getrennt, welcher der hubbeweglichen Führung eines mit einem Dichtsitz 12 zusammenwirkenden Einspritzventilglieds 3 dient. Bei einer Hubbewegung des Einspritzventilglieds 3 öffnet der Dichtsitz 12 und gasförmiger Kraftstoff wird über den Dichtsitz 12 in einen Brennraum 16 eingespritzt (siehe Fig. 2). Die Zuführung des gasförmigen Kraftstoffs in den Druckraum 4 erfolgt über seitlich angeordnete Zuführkanäle 17.

Im Einspritzventilglied 3 ist eine Axialbohrung 13 ausgebildet, in der ein weiteres Einspritzventilglied 14 hubbeweglich aufgenommen ist. Über die Hubbewegung des weiteren Einspritzventilglieds 14 sind Einspritzöffnungen 15 freigebbar, über welche der flüssige Kraftstoff aus der Axialbohrung 13 in den Brennraum 16 einspritzbar ist. Der Zulauf von flüssigem Kraftstoff in die Axialbohrung 13 erfolgt über einen Zulaufbereich 11, der in den Fig. 1 und 2 nur andeutungsweise dargestellt ist.

In der Schaltstellung, die in der Fig. 1 dargestellt ist, ist der Zulaufbereich 11 ferner mit dem Druckraum 5 verbunden, so dass im Druckraum 5 der gleiche Druck wie im Zulaufbereich 11 herrscht. Dieser liegt in der Regel oberhalb des Drucks, der im ersten Druckraum 4 herrscht. Um eine Leckage des flüssigen Kraftstoffs aus dem Druckraum 5 über den Führungsabschnitt 2 in den Druckraum 4 zu verhindern, ist eine Abdichtung vorgesehen, die eine im Druckraum 5 hubbeweglich aufgenommene Dicht- scheibe 6 und ein federelastisches hülsenförmiges Dichtelement 7 in Form eines Metallbalgs umfasst. Der Metallbalg, der einerseits mit dem Düsenkörper 1, andererseits mit der Dichtscheibe 6 fluiddicht verbunden ist, drückt die Dichtscheibe 6 gegen eine Dichtfläche 8, die an einem Bundabschnitt 18 des ersten Einspritzventilglieds 3 ausge- bildet ist. Öffnet das Einspritzventilglied 3, so folgt die Dichtscheibe 6 der Bewegung des Einspritzventilglieds 3, jedoch nur bis sie an einer Anschlagfläche 10 anschlägt, die vorliegend an einem plattenförmigen Körperbauteil 9 ausgebildet ist (siehe Fig. 2). Unabhängig von der Dichtscheibe 6 vermag das Einspritzventilglied 3 seinen Hub fortzusetzen. Währenddessen besteht eine Anbindung des Zulaufbereichs 11 an den Füh- rungsabschnitt 2, so dass flüssiger Kraftstoff in den Führungsabschnitt 2 gelangt und eine Schmierung bewirkt, die den Verschleiß im Bereich der Führung mindert.