DE29708369U1

DE29708369U1 - Steuerbares Einspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung an Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE29708369U1
Application number: DE29708369U
Authority: DE
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2007-05-10
Also published as: JPH1113577A; US5979790A; DE19803910A1

Description

Bezeichnung: Steuerbares Einspritzventil für die

Kraftstoffeinspritzung an Brennkraftmaschinen
Beschreibung
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Die Kraftstoffeinspritzung bei Kolbenbrennkraftmaschinen erfolgt vielfach in der Weise, daß die Kraftstoffeinspritzventile der einzelnen Zylinder an einen gemeinsamen Druckspeicher angeschlossen sind und über diesen mit Kraftstoff gespeist werden. Die Einspritzventile sind jeweils mit einer Düsennadel versehen, durch die die Einspritzbohrungen der Düsen geöffnet und geschlossen werden können und die mit einem ansteuerbaren Stellantrieb in Verbindung steht. Die Düsennadel ist hierbei einem Flüssigkeitsdruck von beispielsweise 1500 bar ausgesetzt, so daß zur Erzielung kurzer und reproduzierbarer Steuerzeiten hinsichtlich des Öffnungs- und Schließvorganges zwischen der Düsennadel und dem Stellantrieb üblicherweise ein Druckausgleichskolben angeordnet ist, so daß die Düsennadel mit verringerter Druckbelastung bewegt werden kann. Mittels eines Steuerventils wird der Druckausgleichskolben je nach Schaltstellung des Steuerventils mit dem Druckspeicher oder einer Kraftstoffrückführleitung verbunden. Hierbei ist dafür Sorge zu tragen, daß das Steuerventil seinerseits gegenüber dem Druckspeicher, der Kraftstof frückführleitung und dem Druckausgleichskolben druckentlastet ausgelegt werden muß Bisher bekannte Ventilanordnung wiesen jedoch hierbei den Nachteil auf, daß während des Schaltvorganges kurzzeitig das Steuerventil eine Zwischenstellung einnimmt, so daß die Hochdruckseite unmittelbar mit der Niederdruckseite des Systems in Verbindung steht. Dies führt im Druckspeicher zu nicht mehr vernachlässigbaren Druckabfällen im Takte der Schaltbewegung. Da bei einem Mehrzylindermotor mehrere Kraftstoffeinspritzventile vorhanden sind, ergeben sich Druckwechsel im

Druckspeicher in der Frequenz der Taktfolge aller Einspritzventile. Derartige Wellenvorgänge in der Druckbeaufschlagung beeinflussen jedoch das Schaltverhalten des Ventils und können hier zu nicht reproduzierbaren Werten hinsichtlich der Einspritzzeit und der Einspritzmenge an den einzelnen Ventilen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges steuerbares Einspritzventil so auszugestalten, daß derartige Wellenvorgänge im Drucksystem vermieden, oder doch so minimiert werden, daß eine einwandfreie Funktion des Kraftstoffeinspritzventils gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein steuerbares Einspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung an Kolbenbrennkraftmaschinen, mit einem Ventilkörper, der mit einer Druckmittelzuleitung versehen ist und der eine Einspritzdüse aufweist, die durch eine im Ventilkörper axial bewegbar geführte und durch eine Schließfeder in Schließstellung gehaltene Ventilnadel offenbar ist, wobei die Düsennadel einerseits mit einem Öffnerkolben verbunden ist, der über die Druckfluidzuleitung vom Druckfluid in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und andererseits mit einem Druckausgleichskolben verbunden ist, der über ein mit einem Stellantrieb in Verbindung stehendes Steuerventil mit Steuerschieber wahlweise mit der Druckfluidzuleitung und einer Fluidableitung verbindbar ist, wobei in der Fluidableitung eine Drossel angeordnet ist. Durch die Anordnung einer Drossel in der Fluidableitung des Steuerventils ist gewährleistet, daß bei der Bewegung des Steuerschiebers, bei der kurzfristig die Druckfluidzuleitung und die Fluidableitung in direkter Verbindung stehen, der Abfluß des Fluids durch die Drosselwirkung minimiert und damit verzögert wird, so daß der Druckabfall auf der Druck-

seite des Systems minimiert wird und die Entstehung von Druckwellen praktisch vermieden ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Steuerschieber des Steuerventils in einem Schiebergehäuse geführt ist und mit dem Stellantrieb in Verbindung steht sowie zwei Kolben aufweist, die gleiche Kolbenflächen besitzen und die jeweils in einem Druckraum geführt sind, wobei der eine Druckraum mit der Druckfluidzuleitung und der andere Druckraum mit der Fluidableitung in Verbindung steht und daß die beiden Druckräume in einen Überleitungsraum übergehen, der mit einer Verbindungsleitung mit dem Druckausgleichskolben in Verbindung steht, wobei die Übergänge der Druckräume Dichtkanten bilden, und daß im Überleitungsraum ein mit den beiden Kolben verbundener Sperrkolben angeordnet ist, der je nach Stellung des Steuerschiebers an der einen oder der anderen Dichtkante anliegt und den entsprechenden Druckraum gegenüber dem Überleitungsraum abdichtet und daß die Drossel in der Fluidableitung des einen Druckraumes angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, daß der Steuerschieber druckentlastet geführt ist und daß entsprechend der Bemessung der Drossel in dem kurzen Zeitraum, in dem der Sperrkolben weder an der einen Dichtkante noch an der anderen Dichtkante anliegt, also eine unmittelbare Verbindung zwischen der Druckfluidzuleitung und der Fluidableitung besteht, nur eine geringe Menge des Fluids von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite ablaufen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schiebergehäuse zweiteilig ausgebildet ist, wobei jeder Teil einen Druckraum aufweist und daß der Überleitungsraum durch eine auswechselbare Scheibe begrenzt wird, gegen die beide Gehäuseteile angedrückt sind. Damit be-

steht die Möglichkeit, durch die Zwischenlage von Scheiben unterschiedlicher Dicke den Hub des Sperrkolbens an jeweils vorgegebene Bedingungen anzupassen. Die auswechselbare Scheibe bildet zugleich die Dichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen und begrenzt mit ihrem inneren Umfang den Überleitungsraum.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Gehäuseteile hülsenartig ineinandergesteckt sind und daß zwischen beiden Gehäuseteilen eine auswechselbare Zwischenlage zur Einstellung des Abstandes der beiden Dichtkanten zueinander angeordnet ist und daß die den Überleitungsraum begrenzende Scheibe aus einem elastisch verformbaren Material besteht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die den Überleitungsraum begrenzende Scheibe nur noch Dichtfunktion besitzt und daher aus einem entsprechend weichen Material ausgelegt werden kann und die Funktion der Einstellung des Abstandes der beiden Dichtkanten zueinander über die Zwischenlagen erfolgt.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Prinzip

skizze eines Einspritzventils,

Fig. 2 in einem Teillängsschnitt durch den

Bereich des Steuerventils eine spezielle Ausführungsform.

Das in Fig. 1 dargestellte Einspritzventil besteht im wesentlichen aus einem Ventilkörper 1, der eine Einspritzdüse 2 mit Düsenöffnung 3 aufweist. Im Ventilkörper 1 ist eine Düsennadel 4 axial bewegbar geführt, die in der in

der Zeichnung wiedergegebenen Schaltstellung die Düsenöffnung mit ihrer als Ventil wirkenden Düsennadelspitze 5 verschließt.

Die Düsennadel 4 ist einerseits mit einem Öffnerkolben 6 und andererseits mit einem Druckausgleichskolben 7 und eine Schließfeder 8 verbunden.

Der Düsennadel 4 ist mit Abstand zur Düsenöffnung 3 ein Ringraum 9 zugeordnet, in den eine Druckfluidzuleitung 10 einmündet, die mit einem Druckspeicher in Verbindung steht, so daß bei Öffnung der Düsennadel 4 Druckfluid, beispielsweise Kraftstoff, aus dem Druckspeicher über die Düsenöffnung 3 in den entsprechenden Arbeitsraum eintreten kann.

Um die Düsennadel 4 öffnen und schließen zu können, ist im Einspritzventil ein Steuerventil 11 vorgesehen, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zweckmäßig gleichachsig zur Düsennadel 4 angeordnet ist. Das Steuerventil 11 steht über eine Zweigleitung 12 mit der Druckfluidzuleitung 10 und dadurch mit dem Druckspeicher in Verbindung. Über eine Fluidableitung 13 steht das Steuerventil 11 mit einer Niederdruckfluidleitung 14 in Verbindung.

Das Steuerventil 11 wird im wesentlichen gebildet durch einen Steuerschieber 15, der mit zwei Kolben 16 und 17 mit gleicher Kolbenfläche versehen ist und die jeweils in einem Druckraum 18 und 19 geführt sind. Die beiden Druckräume 18 und 19 gehen in einen Überleitungsraum 20 über, wobei der Übergangsbereich jeweils als Dichtkante 21 und 22 ausgebildet ist.

Zwischen den beiden Kolben 16 und 17 ist ein Sperrkolben 23 angeordnet, der je nach Stellung des Steuerschiebers 15 an der einen oder der anderen der beiden Dichtkanten 21 oder 22 anliegt und den entsprechenden Druckraum 18 oder 19 gegenüber dem Überleitungsraum 20 abdichtet.

Der Druckraum 18 steht hierbei über eine Druckfluidzuleitung 12 mit dem Druckspeicher in Verbindung, während der Druckraum 19 über die Fluidableitung 13 mit der Niederdruckseite in Verbindung steht. Der Überleitungsraum 20 steht mit einem Überleitungskanal 24 mit dem Druckausgleichskolben 7 der Düsennadel 4 in Verbindung. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß der jeweils verwendete Begriff "Kolben" immer auch einen entsprechenden Druckraum mit umschließt, wie in Fig. 1 ersichtlich, auch wenn dies nicht immer ausdrücklich erwähnt ist.

Der aus den Kolben 16, 17 und 23 im wesentlichen gebildete Steuerschieber 15 des Steuerventils 11 steht an seinem der Düsenbohrung 3 abgekehrten Ende mit einem hier nicht näher dargestellten Stellantrieb in Verbindung, der auf das freie Ende des Steuerschiebers wirkt. Der Stellantrieb kann hierbei unmittelbar mechanisch, magnetisch oder auch hydraulisch auf den Steuerschieber einwirken. Derartige Stellantriebe sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden.

Der Steuerschieber weist auf seiner dem Stellantrieb abgekehrten Seite eine Rückstellfeder 25 auf, die bei kraftlosgesetztem Stellantrieb den Sperrkolben 23 an die Dichtkante 22 des Druckraumes 19 andrückt. Hierdurch wird bewirkt, daß über die Druckfluidzuleitung 12, den Druckraum 19 und den Überleitungskanal 24 der Druckausgleichskolben 7 mit Hochdruck beaufschlagt wird. Da gleichzeitig der Öffnerkolben 6 der Düsennadel 4 mit dem gleichen Druck be-

aufschlagt wird, ist sichergestellt, daß die Düsennadel 4 über die Schließfeder 8 in ihrer Schließstellung druckentlastet gehalten wird.

Wird nun über den Stellantrieb der Sperrkolben 23 in der hier dargestellten Schaltstellung an der Dichtkante 21 des Druckraumes 18 zur Anlage gebracht, dann wird der Überleitungsraum 20 gegenüber der Druckfluidzuleitung 12 abgesperrt und gleichzeitig über den Druckraum 19 und die Fluidableitung 13 mit der Niederdruckseite in Verbindung gesetzt. Damit steht auch der Kolben 7 über den Überleitungskanal 24 mit der Niederdruckseite in Verbindung. Dies hat zur Folge, daß der Öffnerkolben 6 unter Hochdruckeinfluß gegen die Kraft der Schließfeder 8 angehoben wird, so daß die Spitze 5 der Düsennadel 4 die Düsenöffnung 3 freigibt.

Da nun während der Schaltbewegung des Steuerschiebers 15 kurzzeitig die Hochdruckseite {Druckfluidzuleitung 12) mit der Niederdruckseite (Fluidableitung 13) in Verbindung steht und dadurch ein unmittelbarer Abfluß des Druckfluids zur Niederdruckseite möglich ist, wird in der Fluidablaufleitung 13 eine Drossel 26 angeordnet, die entsprechend ihrer Auslegung den unmittelbaren Abfluß des Druckfluids aus dem Hochdrucksystem verringert, bis der Sperrkolben 23 an der Dichtkante 21 zu Anlage gekommen ist und dann das Fluid unter dem Einfluß der auf den Öffnerkolben 6 wirkenden Hochdruckseite zur Niederdruckseite abfließen kann. Da auch der Ausfluß aus dem Raum oberhalb des Druckausgleichskolbens verringert wird, wird die Öffnungsbewegung der Düsennadel gebremst.

Der abflußverzögernde Einfluß der Drossel 26 tritt auch dann auf, wenn bei einer Rückstellung des Steuerschiebers 15 sich der Sperrkolben 23 zur anderen Seite hin bewegt

und der Druckausgleichskolben 7 der Düsennadel 4 wieder mit dem Hochdruck des Druckspeichers beaufschlagt wird. Durch die Einwirkung der Drossel ist somit sichergestellt, daß während der Schaltbewegung keine spürbaren Druckabfäl-Ie im Hochdruckbereich auftreten, die sonst zu wellenartigen Druckstößen im Fluidsystem führen würden. Die Schließbewegung der Düsennadel wird durch die Drossel nicht verzögert.

Der auf der druckabgekehrten Seite des Kolbens 17 befindliche Auf&eegr;ahmeraum für die Rückstellfeder 25 steht über eine Leckfluidleitung 27 ebenfalls mit dem Niederdrucksystem in Verbindung.

Anhand von Fig. 2 wird in einem größeren Maßstab der Bereich des Steuerventils eines Einspritzventils näher erläutert. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf die Beschreibung der Prinzipdarstellung gem. Fig. 1 verwiesen werden kann. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist für das Steuerventil 11 ein zweitteiliges Schiebergehäuse vorgesehen, das durch zwei im wesentlichen hülsenförmig ausgebildete Teilgehäuse 11.1 und 11.2 gebildet wird. Das Teilgehäuse 11.1 nimmt zugleich den Druckausgleichskolben 7 der Düsennadel 4 auf.

Das Teilgehäuse 11.2 ist in eine entsprechende Ausnehmung des Teilgehäuses 11.1 eingesteckt, wobei zwischen den beiden Teilgehäusen eine auswechselbare Scheibe 28 angeordnet ist, die zugleich den ÜberIeitungsraum 20 begrenzt. Die Scheibe 28 kann aus einem nichtverformbaren Material hergestellt sein, so daß durch die Dicke der Scheibe zugleich der Abstand der beiden Dichtkanten 21 und 22 zueinander und damit auch der Hubweg des Sperrkolbens 23 definiert ist. Die Scheibe 28 übernimmt hierbei zugleich auch Dichtfunktion.

In der hier dargestellten Ausgestaltung ist die Scheibe jedoch aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt und zwischen den beiden Gehäuseteilen 11.1 und 11.2 eine Zwischenlage 29 aus einem nichtverformbaren Material vorgesehen. Hierbei wird über die vorgebbare Dicke der Zwischenlage 29 der Abstand der Dichtkanten 21 und 22 zueinander und damit der Weg des Sperrkolbens 23 eingestellt, während die Scheibe 28 aus einem elastischen Material besteht und lediglich Dichtfunktion besitzt.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Stellantrieb ein piezo-elektrischer Aktuator 30 vorgesehen, der auf eine Membran 31 wirkt. Die Membran 31 begrenzt einen Fluidraum 32 mit geringem Füllvolumen, der über einen Überleitungskanal 33 mit einem Druckraum 34 in Verbindung steht. Ein Druckhalteventil 35 staut die Leckage am Kolben 16 des Steuerschiebers 15 auf, so daß der Druck im Druckraum 34 über die Leckagespalte zwischen dem Druckhalteventil 35 und dem Druckraum 34 aufrechterhalten wird. Der Druckraum 34 kann auch über eine hier nicht näher dargestellte Überleitung und ein hier ebenfalls nicht näher dargestelltes Rückschlagventil mit dem vor dem Druckhalteventil 35 aufgestauten Druck verbunden werden, so daß Flüssigkeitsverluste im Druckraum 34 jeweils ausgeglichen werden können.

Wird der piezo-elektrische Aktuator 30 aktiviert, dann wird die Membran 31 um ein geringes Maß nach unten gedrückt, so daß über die Verdrängungswirkung der Membran das als Kolben ausgebildete Endstück 36 des Steuerschiebers gegen die Kraft der Rückstellfeder 25 so weit nach unten gedrückt wird, bis der Sperrkolben 23 an der Dichtkante 21 zur Anlage kommt. Wird der Aktuator inaktiviert, so wird der Druck im Fluidraum 32 und damit auch im Druckraum 34 durch die Freigabe des zuvor von der Membran ver-

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drängten Volumens abgesenkt und der Steuerschieber 15 von der Rückstellfeder 25 zuruckgesteltt, so daß der Druckausgleichskolben 7 der Düsennadel 4 wieder mit dem Hochdruck beaufschlagt wird.

Claims

H Ansprüche

1. Steuerbares Einspritzventil für die Kraftstoffeinspritzung an Brennkraftmaschinen, mit einem Ventilkörper (1), der mit einer Druckfluidzuleitung (10) versehen ist und der eine Einspritzdüse (3) aufweist, die durch eine im Ventilkörper axial bewegbar geführte und durch eine Schließfeder (8) in Schließstellung gehaltene Düsennadel (4) offenbar ist, wobei die Düsennadel (4) einerseits mit einem Öffnerkolben (6) verbunden ist, der über die Druckfluidzuleitung (10) vom Druckfluid in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und andererseits mit einem Druckausgleichskolben (7) verbunden ist, der über ein mit einem Stellantrieb in Verbindung stehendes Steuerventil (11) mit Steuerschieber (15) wahlweise mit der Druckfluidzuleitung (10) und einer Fluidableitung (13) verbindbar ist, wobei in der Fluidableitung (13) eine Drossel (26) angeordnet ist.

2. Steuerbares Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (15) des Steuerventils (11) in einem Schiebergehäuse geführt ist und mit dem Stellantrieb in Verbindung steht, sowie zwei Kolben (16, 17) aufweist, die gleiche Kolbenflächen besitzen und die jeweils in einem Druckraum (18, 19) geführt sind, wobei der eine Druckraum 18 mit der Druckfluidzuleitung (10) und der andere Druckraum (19) mit der Fluidableitung (13) in Verbindung steht und daß die beiden Druckräume (18, 19) in einen Überleitungsraum (20) übergehen, der mit einer Verbindungsleitung (24) mit dem Druckausgleichskolben (7) in Verbindung steht, wobei die Übergänge der Druckräume (18, 19) Dichtkanten (21, 22) bilden, und daß im Überleitungsraum (20) ein mit den beiden Kolben (16, 17) verbundener Sperrkolben (23) angeordnet ist, der je nach Stellung des Steuerschiebers an der einen oder der anderen Dichtkante (21, 22) anliegt und den entsprechenden Druckraum (18, 19)

gegenüber dem Überleituhgsraum (20) abdichtet und daß die Drossel (26) in der Fluidableitung (13) des einen Druckraumes (19) angeordnet ist.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebergehäuse zweiteilig ausgebildet ist, wobei jeder Teil (11,1, 11.2) einen Druckraum (18, 19) aufweist und daß der Überleitungsraum (20) durch eine auswechselbare Scheibe (28) begrenzt wird, gegen die die beiden Gehäuseteile (11.1, 11.2) angedrückt sind.

4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (11.1, 11.2) hülsenartig ineinandergesteckt sind und daß zwischen beiden Gehäuseteilen (11.1, 11.2) eine auswechselbare Zwischenlage (29) zur Einstellung des Abstandes der beiden Dichtkanten (21, 22) zueinander angeordnet ist und daß die den Überleitungsraum (20) begrenzende Scheibe (28) aus einem elastisch verformbaren Material besteht.