PatentDe  


Dokumentenidentifikation EP1650427 20.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001650427
Titel Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Schuerg, Stefan, 71636, Ludwigsburg, DE;
Stoecklein, Wolfgang, 70176, Stuttgart, DE;
Rapp, Holger, 71254, Ditzingen, DE
DE-Aktenzeichen 502005001871
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 11.10.2005
EP-Aktenzeichen 051094142
EP-Offenlegungsdatum 26.04.2006
EP date of grant 07.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F02M 45/08(2006.01)A, F, I, 20060323, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 47/02(2006.01)A, L, I, 20060323, B, H, EP   F02M 59/46(2006.01)A, L, I, 20060323, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil aus, wie es beispielsweise aus der Schrift DE 103 38 228 A1 bekannt ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen weist einen Ventilkörper auf, in dem eine Ventilaußennadel und darin eine längsverschiebbar geführte Ventilinnennadel angeordnet sind. Sowohl die Ventilaußennadel als auch die Ventilinnennadel wirken mit einem Ventilsitz zusammen und steuern dadurch die Öffnung jeweils wenigstens einer Einspritzöffnung. Geben die Ventilnadeln durch ihre Längsbewegung die jeweiligen Einspritzöffnungen frei, so wird Kraftstoff aus dem Druckraum durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum der entsprechenden Brennkraftmaschine eingespritzt.

Die Ventilnadeln begrenzen durch ihre dem Ventilsitz abgewandten Stirnseiten einen Steuerraum, in welchen über eine innere Zulaufdrossel und eine äußere Zulaufdrossel Kraftstoff unter hohem Druck eingeleitet werden kann. Um eine gute Steuerung der Öffnung der beiden Ventilnadeln zu erreichen, verschließt die Ventilinnennadel bei ihrer Öffnungshubbewegung dann, wenn sie mit ihrer Stirnseite an einem Anschlag ankommt, die innere Zulaufdrossel und vermindert dadurch den Zufluss von Kraftstoff unter hohem Druck in den Steuerraum, da jetzt nur noch die äußere Zulaufdrossel geöffnet ist. Dies ermöglicht es, auch nur eine der beiden Ventilnadeln aufzusteuern, während die andere in ihrer Schließstellung verbleibt. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dann nur durch einen Teil der Einspritzöffnungen, was gerade im Teillastbereich günstigere Bedingungen im Brennraum ergibt.

Das aus der DE 103 38 228 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzventil arbeitet in der Weise, dass bei Anlage der Ventilaußennadel und der Ventilinnennadel am jeweiligen Anschlag der Steuerraum in einen äußeren Teilraum und einen inneren Teilraum getrennt wird. Sowohl der innere Teilraum als auch der äußere Teilraum sind über jeweils eine Ablaufdrossel mit einem Steuerventil verbunden, so dass sich über den Ablauf der Druck im Steuerraum und damit auch der Druck in den jeweiligen Teilräumen einstellen lässt. Hierbei ist es nachteilig, dass zwei Ablaufdrosseln ausgebildet werden müssen, die jeweils sehr aufwendig in der Fertigung sind, da sie mit sehr hoher Präzision herzustellen sind. Darüber hinaus ermöglicht die dort gezeigte Steuerung nicht das Öffnen der Ventilinnennadel vor der Ventilaußennadel, was jedoch häufig gewünscht ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfmdungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass eine genaue Steuerung des Öffnungshubs sowohl der Ventilinnennadel als auch der Ventilaußennadel präzise und mit geringem Aufwand möglich ist. Hierzu ist der Steuerraum über genau eine Ablaufdrossel mit einem Ventilraum eines Steuerventils verbunden, wobei der Ventilraum seinerseits durch das Steuerventil mit einem Leckölraum verbindbar ist, in dem ein entsprechend niedrigerer Druck herrscht. Durch eine geeignete Ansteuerung des Steuerventils lassen sich Druckverhältnisse im Steuerraum erzeugen, die es erlauben, entweder nur die Ventilinnennadel oder die Ventilinnennadel zusammen mit der Ventilaußennadel zu öffnen und so entweder durch einen Teil oder durch sämtliche Einspritzöffnungen Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird der Steuerraum durch die Anlage der Ventilinnennadel an einer entsprechenden Drosselscheibe, die die innere Zulaufdrossel beinhaltet, in einen inneren Teilraum, der durch die Stirnseite der Ventilinnennadel und die Drosselscheibe begrenzt ist, und einen äußeren Teilraum getrennt. Hierdurch lässt sich der Druck in den beiden Teilräumen gezielt einstellen, so dass sich die Öffnungsdynamik der Ventilaußennadel gezielt steuern lässt. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn die beiden Teilräume hydraulisch voneinander getrennt sind und wenn die Ablaufdrossel nur den äußeren Teilraum mit dem Ventilraum verbindet. Dies erhöht die Steuerbarkeit bei der Öffnung der Ventilaußennadel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet das Steuerventil einen Ventilraum, in dem ein Ventilelement angeordnet ist, das durch einen Aktor bewegt werden kann. Hierbei kann das Ventilelement wenigstens zwei Schaltstellungen annehmen, wobei in einer ersten Schaltstellung die Verbindung des Ventilraums mit dem Leckölraum unterbrochen ist, während diese Verbindung in einer zweiten Schaltstellung des Ventilelements geöffnet ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Ausgestaltung, bei der in den Ventilraum eine zusätzliche Bypass-Drossel mündet, über die der Ventilraum mit einem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils verbindbar ist. Das Ventilelement verschließt hierbei in seiner zweiten Schaltposition die Bypass-Drossel, während diese in der ersten Schaltstellung freigegeben ist, so dass der Ventilraum nicht nur über die Ablaufdrossel mit dem Steuerraum, sondern auch mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist. Dies ermöglicht einen schnellen Druckaufbau im Ventilraum, nachdem dieser über die Verbindung zum Leckölraum druckentlastet worden ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Ausgestaltung, bei der das Ventilelement eine kreisrunde Dichtfläche aufweist, deren Durchmesser zumindest näherungsweise dem Durchmesser der Einmündung der Bypass-Drossel in den Ventilraum entspricht. Die sich dadurch ergebenden hydraulischen Verhältnisse an der Einmündung der Bypass-Drossel in den Ventilraum ermöglichen es, das Ventilelement beispielsweise mittels eines Piezo-Aktors in eine beliebige Zwischenstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung zu fahren, ohne dass hydraulische Kräfte auf das Ventilelement auftreten, die eine solche Steuerbarkeit beeinträchtigen könnten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventilaußennadel in einem ventilsitzabgewandten Bereich in einer Hülse geführt, die den Steuerraum nach außen begrenzt. In der Hülse ist die äußere Zulaufdrossel ausgebildet, über die der Steuerraum mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist. Eine solche Hülse ist als separates Teil einfach und kostengünstig herstellbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mündet die innere Zulaufdrossel dann, wenn die Ventilinnennadel mit ihrer Stirnseite in der Öffnungsposition am Anschlag anliegt, in eine an der Stirnseite der Ventilinnennadel ausgebildete Ausnehmung. Die Ausnehmung ist ihrerseits über die äußere Zulaufdrossel, die in der Ventilinnennadel ausgebildet ist, mit dem zweiten Teilraum des Steuerraums verbunden. Dies kommt dann zum Tragen, wenn die Ventilinnennadel in ihrer Öffnungsposition ist und der äußere Teilraum über diese äußere Zulaufdrossel mit Kraftstoff befüllt wird. Die Ausbildung der äußeren Zulaufdrossel in der Ventilinnennadel bietet den Vorteil, das die Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils einfacher herzustellen ist, da eine Zulaufdrossel an der leicht zugänglichen Ventilinnennadel ausgebildet wird, was kostengünstiger und mit höherer Präzision herstellbar ist, als entsprechende Ausnehmungen im Ventilkörper.

Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt:

Figur 1
einen Längsschnitt durch ein erfmdungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
Figur 2
zeigt den Verlauf des Drucks im Steuerraum zusammen mit dem Verlauf des Hubs des Ventilelements und des Nadelhubs,
Figur 3
dieselbe Darstellung wie Figur 2 in einem anderen Betriebsmodus,
Figur 4
ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei nur der Bereich des Steuerraums schematisch dargestellt ist,
Figur 5
ein weiteres Ausführungsbeispiel in derselben Darstellung wie Figur 4 und
Figur 6
den Verlauf der auf das Ventilelement wirkenden Kraft über den Hub des Ventilelements.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 1, eine Drosselscheibe 2, eine Ventilscheibe 4 und einen Haltekörper 6 auf. Diese Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils sind in dieser Reihenfolge angeordnet und werden durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte mechanische Spannvorrichtung gegeneinander gepresst. Im Ventilkörper 1 ist ein Druckraum 3 ausgebildet, der über einen, in der Drosselscheibe 2 und der Ventilscheibe 4 und dem Haltekörper 6 verlaufenden Zulaufkanal 12 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Druckraum 3 wird am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffeinspritzventils von einem konischen Ventilsitz 14 begrenzt, von dem äußere Einspritzöffnungen 20 und innere Einspritzöffnungen 22 ausgehen. Die inneren Einspritzöffnungen 22 weisen in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen geringeren Durchmesser auf als die äußeren Einspritzöffnungen 20, jedoch können diese Verhältnisse auch umgekehrt sein.

Im Druckraum 3 ist eine Ventilaußennadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die im wesentlichen eine Hülsenform aufweist und die an ihren ventilsitzseitigen Ende eine äußere Dichtfläche 24 aufweist. Die Ventilaußennadel 5 wirkt mit ihrer äußeren Dichtfläche 24 mit dem Ventilsitz 14 zusammen und verschließt hierbei durch Anlage am Ventilsitz 14 die äußeren Einspritzöffnungen 20 so, dass die äußeren Einspritzöffnungen 20 sowohl gegen den Innenbereich an der Ventilaußennadel 5, als auch gegen deren Außenbereich abgedichtet sind. Die Ventilaußennadel 5 wird in einem mittleren Abschnitt an der Wand des Druckraums 3 geführt, wobei über Ausnehmungen 19 sichergestellt ist, dass der stromaufwärtige und der stromabwärtige Teil des Druckraums 3 hydraulisch miteinander verbunden sind, um einen Kraftstoffstrom zu den Einspritzöffnungen 20, 22 zu ermöglichen. Am ventilsitzabgewandten Ende ist die Ventilaußennadel 5 von einer Hülse 16 umgeben, die sich an einem Ende an der Drosselscheibe 2 abstützt und die am anderen Ende von einer Schließfeder 17 beaufschlagt wird, die die Hülse 16 gegen die Drosselscheibe 2 drückt. Die Schließfeder 17 stützt sich hierbei an einem an der Ventilaußennadel 5 ausgebildeten Absatz 18 ab und weist eine Druckvorspannung auf, so dass in jeder Lage der Ventilaußennadel 5 eine entsprechende Kraft auf die Hülse 16 und entsprechend auf die Ventilaußennadel 5 ausgeübt wird. Durch die Schließfeder 17 wird so auch die Ventilaußennadel 5 gegen den Ventilsitz 14 gepresst, wenn nicht weitere Kräfte wirken.

In der Ventilaußennadel 5 ist eine Ventilinnennadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die im wesentlichen kolbenförmig ausgebildet ist und in die im ventilsitzabgewandten Abschnitt der Ventilaußennadel 5 geführt ist. Die Ventilinnennadel 7 verjüngt sich, ausgehend vom geführten Abschnitt unter Bildung einer inneren Druckschulter 30 und geht an ihrem ventilsitzseitigen Ende in eine innere Dichtfläche 26 über, mit der die Ventilinnennadel 7 so mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkt, dass bei Anlage der Ventilinnennadel 7 auf dem Ventilsitz 14 die inneren Einspritzöffnungen 22 verschlossen werden. Der zwischen der Ventilinnennadel 7 und der Ventilaußennadel 5 ausgebildete Zwischenraum 9 ist über eine in der Ventilaußennadel 5 ausgebildete Verbindungsdrossel 11 mit dem Druckraum 3 verbunden, so dass dann, wenn die Ventilinnennadel 7 vom Ventilsitz 14 abgehoben hat, Kraftstoff aus dem Druckraum 3 über die Verbindungsdrossel 11 in den Zwischenraum 9 strömt und von dort über die inneren Einspritzöffnungen 22 in den Brennraum eingespritzt wird.

Die Ventilinnennadel 7 weist an ihrem ventilsitzabgewandten Ende eine innere Stirnfläche 34 auf, ebenso wie die Ventilaußennadel 5 eine äußere Stirnfläche 36 aufweist. Die Stirnflächen 34, 36 der Ventilnadeln 5,7 begrenzen zusammen mit der Hülse 16 und der Drosselscheibe 2 einen Steuerraum 27, wobei je nach Druck im Steuerraum 27 eine hydraulische Kraft in Richtung des Ventilsitzes 14 auf die Ventilinnennadel 7 und die Ventilaußennadel 5 ausgeübt wird. Der Steuerraum 27 ist über eine innere Zulaufdrossel 40 und eine äußere Zulaufdrossel 42 mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils verbunden, wobei der Hochdruckbereich den Druckraum 3 und den Zulaufkanal 12 umfasst, in denen stets ein hoher, vorgegebener Kraftstoffdruck herrscht. Der Steuerraum 27 ist darüber hinaus über eine Ablaufdrossel 44 mit einem Ventilraum 51 eines Steuerventils 50 verbunden. Der Ventilraum 51 ist seinerseits über eine Leckölverbindung 54 mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölraum verbindbar und andererseits über eine Bypass-Drossel 46 mit dem Druckraum 3, wobei die Bypass-Drossel 46 eine Einlassöffnung 146 im Ventilraum 51 bildet. Im Ventilraum 51 ist ein Ventilelement 52 angeordnet, das mit einem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten, elektrisch betriebenen Aktor verbunden ist. Dieser Aktor kann beispielsweise ein Piezo-Aktor sein, der es erlaubt, das Ventilelement 52 im Ventilraum 51 so zu bewegen, dass es zwischen einer ersten Schaltposition, bei der die Leckölverbindung 54 verschlossen wird, und einer zweiten Schaltposition, in der die Bypass-Drossel 46 verschlossen und die Leckölverbindung 54 geöffnet wird, hin und her bewegt werden kann. Wird ein Piezo-Aktor verwendet, so lässt sich auch jede Stellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung des Ventilelements 52 anfahren. Das Ventilelement 52 weist hierbei eine Stirnseite 53 auf, die der Einlassöffnung 146 der Bypass-Drossel 46 gegenüberliegt. Liegt die Stirnseite 53 auf der Drosselscheibe 2 auf, so wird die Einlassöffnung 146 verschlossen, während sie ansonsten durch das Ventilelement 52 freigegeben ist.

Zuerst wird die Funktionsweise und der Betriebsmodus für den Fall beschrieben, dass nur durch die inneren Einspritzöffnungen 22 Kraftstoff eingespritzt werden soll. Das Ventilelement 52 befindet sich zu Beginn in der ersten Schaltstellung, bei der die Leckölverbindung 54 verschlossen wird. Dadurch ist einerseits der Ventilraum 51 über die Bypass-Drossel 46 mit dem Kraftstoffdruck im Druckraum 3 geflutet und andererseits herrscht im Steuerraum 27 ebenfalls der hohe Druck aus dem Zulaufkanal 12 bzw. dem Druckraum 3, da er über die innere Zulaufdrossel 40 und die äußere Zulaufdrossel 42 damit verbunden ist. Durch den Druck im Steuerraum 27 ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die äußere Stirnfläche 36 der Ventilaußennadel 5 und ebenso auf die innere Stirnfläche 34 der Ventilinnennadel 7, so dass beide Ventilnadeln 5,7 gegen den Ventilsitz 14 gedrückt werden und so die äußeren Einspritzöffnungen 20 bzw. die inneren Einspritzöffnungen 22 verschließen. Durch die Verbindungsdrossel 11 und die Ausnehmungen 19 herrscht sowohl im Druckraum 3, als auch im Zwischenraum 9 ein gleichmäßig hoher Kraftstoffdruck. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird über den Aktor das Ventilelement 52 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung gefahren, so dass die Leckölverbindung 54 geöffnet wird, während gleichzeitig die Bypass-Drossel 46 verschlossen wird. Dadurch sinkt der Druck im Ventilraum 51 ab und damit wegen der Ablaufdrossel 44 auch im Steuerraum 27. Dieser Vorgang ist in Figur 2 dargestellt, wo der Druck ps im Steuerraum 27 gegen die Zeit t abgetragen ist. Ebenso ist in der mittleren Kurve der Hub hv des Ventilelements 51 gegen die Zeit t abgetragen. Der Zeitpunkt, zu dem das Ventilelement 51 bewegt wird und der Einspritzzyklus beginnt, ist t0 bezeichnet. Wie bereits erwähnt, nimmt der Druck p, ausgehend vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 ab, wo er den Druck poe1 erreicht. Dies entspricht dem Öffnungsdruck der Ventilinnennadel 7, also dem Druck, zu dem die öffnenden hydraulischen Kräfte auf die innere Druckschulter 30 und auf Teile der inneren Dichtfläche 26 ausreichen, den Schließdruck, der durch die hydraulischen Kräfte im Steuerraum 27 auf die innere Stirnfläche 34 ausgeübt wird, zu überwinden. Die Ventilinnennadel 7 bewegt sich vom Ventilsitz 14 weg und gibt die inneren Einspritzöffnungen 22 frei, die mit Kraftstoff aus dem Zwischenraum 9 versorgt werden. Durch die Bewegung der Ventilinnennadel 7 in den Steuerraum 27 hinein steigt dort der Druck wieder an, was in Figur 2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 dargestellt ist. Ganz unten ist auch der Hub hi der Ventilinnennadel 7 dargestellt, der zum Zeitpunkt t2 sein Maximum erreicht, das bedeutet, dass die Ventilinnennadel 7 an ihrem Anschlag angelangt ist, also an der Drosselscheibe 2. Die innere Stirnfläche 34 der Ventilinnennadel 7 ist hierbei strukturiert ausgebildet und weist einen Dichtbereich 38 auf, der als Ringkante ausgebildet ist. Bei Anlage der Ventilinnennadel 7 an der Drosselscheibe 2 wird der Steuerraum 27 so in einen inneren Teilraum 127 und einen äußeren Teilraum 227 getrennt, wobei der innere Teilraum 127 durch den innerhalb des Dichtbereichs 38 liegenden Teil der inneren Stirnfläche 34 und die Drosselscheibe 2 begrenzt wird, während der äußere Teilraum 227 den restlichen Steuerraum 27 umfasst. Die innere Zulaufdrossel 40 wird also durch die Anlage der Ventilinnennadel 7 an der Drosselscheibe 2 vom äußeren Teilraum 227 hydraulisch getrennt. Im inneren Teilraum 127 wird über die innere Zulaufdrossel 40 sofort wieder der Druck im Zulaufkanal 12 eingestellt. Da wegen einer Anfasung 28 an der Ventilinnennadel 7 jedoch nur eine Teilfläche der inneren Stirnfläche 34 von dem vollen Kraftstoffdruck beaufschlagt ist, reicht der erniedrigte Druck im äußeren Teilraum 227 aus, die Ventilinnennadel 7 in ihrer Öffnungsstellung zu halten.

Zum Zeitpunkt t2 wird das Steuerventil 50 erneut betätigt, indem das Ventilelement 52 in eine Zwischenstellung fährt, d.h. zwischen die erste und die zweite Schaltstellung. Dadurch wird die Bypass-Drossel 46 etwas geöffnet, während die Leckölverbindung 54 etwas geschlossen wird. Da im Ventilraum 51 nach wie vor ein niedrigerer Druck herrscht als im Zulaufkanal 12, sinkt der Druck im äußeren Teilraum 227 wieder ab und erreicht nach einer gewissen Zeit einen Druck p2, der zwar so niedrig ist, dass die Ventilinnennadel 7 in ihrer Öffnungsstellung verharrt, während die Ventilaußennadel 5 durch den hydraulischen Druck im äußeren Teilraum 227 nach wie vor in ihrer Schließstellung gehalten wird. Soll die Einspritzung beendet werden, so wird das Steuerventil 50 erneut betätigt und das Ventilelement 52 fährt zurück in seine erste Schaltstellung. Über die Bypass-Drossel 46 baut sich sehr rasch wieder ein hoher Kraftstoffdruck im Ventilraum 51 auf und über die äußere Zulaufdrossel 52 und die jetzt dem Zulauf dienende Ablaufdrossel 44 auch im äußeren Teilraum 227. Dadurch erhöht sich wiederum die hydraulische Kraft auf die Anfasung 28, so dass die Ventilinnennadel 7 zurück in ihre Schließstellung gedrückt wird.

Soll durch sämtliche Einspritzöffnungen 20, 22 Kraftstoff eingespritzt werden, so wird das Ventilelement 52 ebenfalls zu Beginn der Einspritzung von der ersten in die zweite Schaltstellung gefahren. Der Verlauf von Druck ps, Hub hv des Ventilelements 51, Hub hi der Ventilinnennadel 7 und Hub ha der Ventilaußennadel 5 ist in Figur 3 dargestellt. Der Verlauf bis zum Zeitpunkt t2 entspricht dem Verlauf, der bereits bei der Einspritzung durch die inneren Einspritzöffnungen 22 dargestellt wurde. Zum Zeitpunkt t2 wird das Steuerventil 50 jetzt jedoch nicht betätigt, sondern bleibt in seiner zweiten Schaltstellung. Dadurch sinkt der Druck ps im äußeren Teilraum 227 weiter unterhalb des Öffnungsdrucks poe2 der Ventilaußennadel 5 ab, so dass sich nun auf die Ventilaußennadel 5 durch die hydraulischen Kräfte auch die äußere Druckschulter 32 und auf Teile der äußeren Druckfläche 24 vom Ventilsitz 14 wegbewegt und die äußeren Einspritzöffnungen 20 freigibt. Der Zeitpunkt, zu dem sich die Ventilaußennadel 5 in Bewegung setzt, ist in der Figur 3 mit t2' bezeichnet. Nach einer gewissen Zeit erreicht die Ventilaußennadel 5 ihren maximalen Hub, das heißt, dass sie in Anlage an der Drosselscheibe 2 kommt. Die äußere Stirnfläche 36 der Ventilaußennadel 5 ist hierbei leicht angeschrägt, so dass die äußere Stirnfläche 36 nach wie vor vom Kraftstoffdruck des äußeren Teilraums 227 beaufschlagt bleibt. Zur Beendigung der Einspritzung wird das Ventilelement 52 zurück in die erste Schaltstellung gefahren und der Kraftstoffdruck baut sich im Steuerraum 27 erneut auf und drückt die Ventilinnennadel 7 und die Ventilaußennadel 5 zurück in ihre jeweilige Schließstellung.

Die Position der äußeren Zulaufdrossel 42 kann auch variiert werden. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, wobei nur der Bereich des Steuerraums 27 dargestellt ist. Die äußere Zulaufdrossel 42 ist hierbei in der Hülse 16 ausgebildet und verbindet so direkt den Druckraum 3 mit dem Steuerraum 27. Die äußere Stirnfläche 36 ist, anders als bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1, so angeschrägt, dass an der Innenkante der äußeren Stirnfläche 36 eine Kante entsteht, die in Öffnungsstellung der Ventilaußennadel 5 an der Drosselscheibe 2 anliegt. Hierbei muss darauf geachtet werden, in der Drosselscheibe 2 eine entsprechende Ausnehmung vorzusehen, so dass die Ablaufdrossel 44 sowohl mit dem äußeren Teilraum 227, als auch in dem inneren Teilraum 127 in Verbindung bleibt.

In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die zweite Zulaufdrossel 42 in der Ventilinnennadel 7 ausgebildet ist. Hierzu ist an der inneren Stirnfläche 34 eine Ausnehmung 47 ausgebildet, die die Form einer Sackbohrung hat. Von der Ausnehmung 47 geht die äußere Zulaufdrossel 42 radial nach außen und verbindet so bei Anlage der Ventilinnennadel 7 am Anschlag, also an der Drosselscheibe 2, den inneren Teilraum 127 mit dem äußeren Teilraum 227. Die Befüllung des äußeren Teilraums 227 erfolgt also durch die in Reihe geschalteten Drosseln, nämlich die innere Zulaufdrossel 40 und die äußere Zulaufdrossel 42. Ansonsten ist die Funktion sowohl des in Figur 4 dargestellten, als auch des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels wie oben beschrieben.

In Figur 6 ist die Kraft F auf das Ventilelement 52 durch die hydraulischen Kräfte im Ventilraum 51 dargestellt gegenüber dem Hub hv des Ventilelements 52, wobei ein Hub von hv = 0 der ersten Schaltstellung entspricht. Mit I ist der Verlauf der Kraft F über den Hub hv bezeichnet, wie er sich ergibt, wenn die kreisrunde Stirnseite 53 des Ventilelements 52 deutlich größer ist als der Durchmesser der Mündung 146 der Bypass-Drossel 46. Um die notwendige Maximalkraft Fmax zu erreichen, die notwendig ist, um das Ventilelement 52 aus der ersten Schaltstellung herauszubewegen, muss eine Spannung U1 an den Piezo-Aktor angelegt werden, der hier das Ventilelement 52 bewegen soll. Wie am Verlauf der Kurve I erkennbar nimmt die zur Bewegung des Ventilelements 52 nötige Kraft F aufgrund der hydraulischen Verhältnisse im Ventilraum 51 mit dem Hub hv stärker ab als die Kraft des Piezo-Aktors. Dadurch bewegt sich das Ventilelement 52, ohne dass der Piezo-Aktor eingreifen könnte, weiter bis zur Endstellung he, was praktisch der zweiten Schaltstellung entspricht. Ein Zwischenhub des Ventilelements 52 lässt sich somit nur in dem Bereich einstellen, der in der Figur 6 mit A bezeichnet ist.

Weist die Stirnseite 53 hingegen in etwa den gleichen Durchmesser auf wie die Mündung 146 der Bypass-Drossel 46, so ergibt sich ein Verlauf zwischen Kraft F und Hub hv des Ventilelements 52, wie es der Kurve II entspricht. Nach Erreichen der Maximalkraft Fmax muss die Spannung am Piezo-Aktor weiter hochgeregelt werden, d.h. von der Spannung U1 auf eine Spannung U2 und darüber hinaus, um das Ventilelement 52 zwischen die erste und die zweite Schaltstellung zu bewegen. Dadurch lässt sich ein beliebiger Zwischenhub zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung einstellen, wenn beispielsweise für die Stellung des Ventilelements 52 zur Teileinspritzung ein Hub im Bereich &Dgr;h angefahren werden muss. Damit ist eine stabile Steuerung des Drucks im äußeren Teilraum 227 möglich. Im Prinzip lässt sich jede Stellung des Ventilelements 52 in dem Bereich anfahren, der in Figur 6 mit B bezeichnet ist.


Anspruch[de]
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Ventilaußennadel (5) und eine darin längsverschiebbar geführte Ventilinnennadel (7) angeordnet sind, wobei sowohl die Ventilaußennadel (5) als auch die Ventilinnennadel (7) mit einem Ventilsitz (14) zusammenwirken und durch eine Längsbewegung die Öffnung von jeweils wenigstens einer Einspritzöffnung (20; 22) steuern, und mit einem Steuerraum (27), der sowohl die ventilsitzabgewandte äußere Stirnfläche (36) der Ventilaußennadel (5) als auch die ventilsitzabgewandte innere Stirnfläche (34) der Ventilinnennadel (7) hydraulisch beaufschlagt, und mit einer inneren Zulaufdrossel (40) und einer äußeren Zulaufdrossel (42), über die unter hohem Druck stehender Kraftstoff in den Steuerraum (27) geleitet werden kann, wobei an der inneren Stirnfläche (34) der Ventilinnennadel (7) ein Dichtbereich (38) ausgebildet ist, mit dem die Ventilinnennadel (7) in einer Öffnungsstellung so an einem Anschlag anliegt, dass dadurch die innere Zulaufdrossel (40) gegen den restlichen Steuerraum (27) abgedichtet wird, wobei der Steuerraum (27) über genau eine Ablaufdrossel (44) mit einem Ventilraum (51) eines Steuerventils (50) verbunden ist, wobei der Ventilraum (51) mit einem Leckölraum verbunden ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem der Anschlag an einer den Steuerraum (27) begrenzenden Drosselscheibe (2) ausgebildet ist, in der die innere Zulaufdrossel (40) ausgebildet ist, wobei die Ventilinnennadel (7) durch Anlage an der Drosselscheibe (2) den Steuerraum (27) in einen inneren Teilraum (127), der durch die innere Stirnfläche (34) der Ventilinnennadel (7) und die Drosselscheibe (2) begrenzt ist, und in einen äußeren Teilraum (227), der den restlichen Steuerraum (27) umfasst, geteilt wird. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, bei dem der innere Teilraum (127) und der äußere Teilraum (227) in Öffnungsstellung der Ventilinnennadel (7) hydraulisch getrennt sind. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Ablaufdrossel (44) nur den äußeren Teilraum (227) mit dem Ventilraum (51) verbindet. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem das Steuerventil ein im Ventilraum (51) angeordnetes Ventilelement (52) aufweist, das in einer ersten Schaltstellung die Verbindung mit dem Leckölraum unterbricht, und in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung zum Leckölraum öffnet. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem in den Ventilraum eine Bypass-Drossel (46) mündet, über die der Ventilraum (51) mit einem Hochdruckbereich (3; 12) des Kraftstoffeinspritzventils verbindbar ist, und mit einem im Ventilraum (51) beweglich angeordneten Ventilelement (52), das in einer ersten Schaltstellung die Verbindung mit dem Leckölraum unterbricht, während die Bypass-Drossel (46) geöffnet ist, und das in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung mit dem Leckölraum öffnet, während die Bypass-Drossel (46) verschlossen wird, wobei die vom Steuerraum (27) zum Ventilraum (51) führende Ablaufdrossel (44) ständig geöffnet bleibt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, bei dem das Ventilelement (52) eine kreisrunde Dichtfläche (53) aufweist, die einer Einlassöffnung (146) der Bypass-Drossel (46) in den Ventilraum (51) gegenüberliegt und die in der zweiten Schaltstellung die Bypass-Drossel (46) verschließt, wobei der Durchmesser der kreisrunden Dichtfläche (53) und der Durchmesser der Einlassöffnung (146) zumindest annähernd gleich groß sind. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Ventilaußennadel (5) eine äußere Stirnfläche (36) aufweist, die angefast ist und dadurch die Form eines Kegelstumpfs aufweist, so dass an der äußeren Stirnfläche (46) ein Dichtbereich (38) ausgebildet wird. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, bei dem der Kraftstoffdruck im äußeren Teilraum (127) einen Teil der inneren Stirnfläche (34) der Ventilinnennadel (7) beaufschlagt. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Ventilaußennadel (5) in einer den Steuerraum (27) nach außen begrenzenden Hülse (16) geführt ist, wobei die äußere Zulaufdrossel (42) in der Hülse (16) ausgebildet ist. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Ventilinnennadel (7) an ihrer inneren Stirnfläche (34) eine Ausnehmung (47) aufweist, in die die innere Zulaufdrossel (40) in Öffnungsstellung der Ventilinnennadel (7) mündet, wenn die Ventilinnennadel (7) mit ihrem Dichtbereich (38) in der Öffnungsposition am Anschlag aufliegt, wobei die äußere Zulaufdrossel (42) in der Ventilinnennadel (5) ausgebildet ist und die Ausnehmung (47) mit dem zweiten Teilraum (227) verbindet.
Anspruch[en]
Fuel injection valve for internal combustion engines having a valve body (1), in which a valve outer needle (5) and a valve inner needle (7) which is guided in a longitudinally displaceable manner in the former are arranged, both the valve outer needle (5) and the valve inner needle (7) interacting with a valve seat (14) and, as a result of a longitudinal movement, controlling the opening of in each case at least one injection opening (20; 22), and having a control space (27) which hydraulically loads both the outer end face (36), which faces away from the valve seat, of the valve outer needle (5) and the inner end face (34), which faces away from the valve seat, of the valve inner needle (7), and having an inner inlet throttle (40) and an outer inlet throttle (42), via which highly pressurized fuel can be routed into the control space (27), a sealing region (38) being formed on the inner end face (34) of the valve inner needle (7), with which sealing region (38) the valve inner needle (7) bears against a stop in an open position in such a way that, as a result, the inner inlet throttle (40) is sealed with respect to the remaining control space (27), the control space (27) being connected to a valve space (51) of a control valve (50) via precisely one outlet throttle (44), the valve space (51) being connected to a leakage-oil space. Fuel injection valve according to Claim 1, in which the stop is formed on a throttle plate (2) which delimits the control space (27) and in which the inner inlet throttle (40) is formed, the valve inner needle (7) delimiting the control space (27) by contact with the throttle plate (2) into an inner part space (127) which is delimited by the inner end face (34) of the valve inner needle (7) and the throttle plate (2) and into an outer part space (227) which comprises the remaining control space (27). Fuel injection valve according to Claim 2, in which the inner part space (127) and the outer part space (227) are separated hydraulically in the open position of the valve inner needle (7). Fuel injection valve according to Claim 2 or 3, in which the outlet throttle (44) connects only the outer part space (227) to the valve space (51). Fuel injection valve according to Claim 1, in which the control valve has a valve element (52) which is arranged in the valve space (51), interrupts the connection to the leakage-oil space in a first switching position and opens the connection to the leakage-oil space in a second switching position. Fuel injection valve according to Claim 1, in which a bypass throttle (46) opens into the valve space, via which bypass throttle (46) the valve space (51) can be connected to a high-pressure region (3; 12) of the fuel injection valve, and having a valve element (52) which is arranged movably in the valve space (51), interrupts the connection to the leakage-oil space in a first switching position while the bypass throttle (46) is open, and opens the connection to the leakage-oil space in a second switching position while the bypass throttle (46) is closed, the outlet throttle (44) which leads from the control space (27) to the valve space (51) remaining continuously open. Fuel injection valve according to Claim 6, in which the valve element (52) has a circular sealing face (53) which lies opposite an inlet opening (146) of the bypass throttle (46) into the valve space (51) and closes the bypass throttle (46) in the second switching position, the diameter of the circular sealing face (53) and the diameter of the inlet opening (146) being at least approximately identically large. Fuel injection valve according to Claim 1, in which the valve outer needle (5) has an outer end face (36) which is bevelled and as a result has the shape of a truncated cone, with the result that a sealing region (38) is formed on the outer end face (46). Fuel injection valve according to Claim 2, in which the fuel pressure in the outer part space (127) loads a part of the inner end face (34) of the valve inner needle (7). Fuel injection valve according to Claim 1, in which the valve outer needle (5) is guided in a sleeve (16) which delimits the control space (27) to the outside, the outer inlet throttle (42) being formed in the sleeve (16). Fuel injection valve according to Claim 1, in which the valve inner needle (7) has a recess (47) on its inner end face (34), into which recess (47) the inner inlet throttle (40) opens in the open position of the valve inner needle (7) when the valve inner needle (7) rests with its sealing region (38) on the stop in the open position, the outer inlet throttle (42) being formed in the valve inner needle (5) and connecting the recess (47) to the second part space (227).
Anspruch[fr]
Injecteur de carburant pour des moteurs à combustion comportant un corps d'injecteur (1) logeant une aiguille extérieure (5) et dans celle-ci une aiguille intérieure (7) guidée en coulissement longitudinal,

à la fois l'aiguille extérieure (5) et l'aiguille intérieure (7) coopérant avec un siège de soupape (14) et un mouvement longitudinal commande l'ouverture d'au moins un orifice d'injection (20, 22)

une chambre de commande (27) sollicitant hydrauliquement à la fois la surface frontale extérieure (36) opposée au siège de soupape de l'aiguille extérieure (5) et aussi la surface frontale intérieure (34) opposée au siège de soupape de l'aiguille intérieure (7), et un organe d'étranglement d'alimentation (40) intérieur et un organe d'étranglement d'alimentation (42), extérieur, par lesquels le carburant a pression élevée peut arriver dans la chambre de commande (27),

la surface frontale intérieure (34) de l'aiguille intérieure (7) ayant une zone d'étanchéité (38) par laquelle l'aiguille intérieure (7) vient en position d'ouverture contre une butée de façon que l'organe d'étranglement d'alimentation intérieur (40) soit rendu étanche par rapport au restant de la chambre de commande (27),

la chambre de commande (27) est reliée précisément par un organe d'étranglement de sortie (44) à une chambre de soupape (51) d'une soupape de commande (50), la chambre de soupape (51) pouvant être reliée à une chambre d'huile de fuite.
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

la butée est réalisée sur le disque d'étranglement (2) délimitant la chambre de commande (27), disque dans lequel est réalisé l'organe d'étranglement d'alimentation, intérieur (40),

l'aiguille intérieure (7) divisant, par appui contre le disque d'étranglement (2), la chambre de commande (27) en une chambre partielle intérieure (127) délimitée par la surface frontale intérieure (34) de l'aiguille intérieure (7) et le disque d'étranglement (2) et en une chambre partielle extérieure (227) correspondant au reste de la chambre de commande (27).
Injecteur de carburant selon la revendication 2,

selon lequel

la chambre partielle intérieure (127) et la chambre partielle extérieure (227) sont séparées hydrauliquement en position d'ouverture de l'aiguille intérieure d'injecteur (7).
Injecteur de carburant selon la revendication 2 ou 3,

selon lequel

l'organe d'étranglement de sortie (44) est relié par la chambre partielle extérieure (227) à la chambre de soupape (51).
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

la soupape de commande comporte un élément de soupape (52) prévu dans la chambre de soupape (51), cet élément coupant la liaison avec la chambre de liquide de fuite dans une première position de commutation et ouvrant la liaison avec la chambre de liquide de fuite dans une seconde position de commutation.
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

un organe d'étranglement de dérivation (46) débouche dans la chambre de soupape, et peut relier la chambre de soupape (541) à la zone de haute pression (3 ; 12) de l'injecteur de carburant et un élément de soupape (52) installé de manière mobile dans la chambre de soupape (51) coupe la communication avec la chambre de liquide de fuite dans une première position de commutation, l'organe d'étranglement de dérivation (46) étant ouvert et dans une seconde position de commutation, il ouvre la liaison avec la chambre de liquide de fuite alors que l'organe d'étranglement de dérivation (46) est fermé, l'organe d'étranglement de sortie (44) reliant la chambre de commande (27) à la chambre de soupape (51) restant en permanence ouvert.
Injecteur de carburant selon la revendication 6,

selon lequel

l'élément de soupape (52) a une surface d'étanchéité (53) circulaire en regard d'un orifice d'entrée (146) de l'organe d'étranglement de dérivation (46) débouchant dans la chambre de soupape (51) et qui ferme l'organe d'étranglement de dérivation (46) dans la seconde position de commutation, le diamètre de la surface d'étanchéité circulaire (53) et le diamètre de l'orifice d'entrée (146) étant au moins sensiblement identiques.
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

l'aiguille extérieure (5) a une surface frontale extérieure (36) avec un congé et ainsi elle présente la forme d'un cône arrondi pour former une zone d'étanchéité (38) au niveau de la surface frontale extérieure (36).
Injecteur de carburant selon la revendication 2,

selon lequel

la pression du carburant dans la chambre partielle extérieure (127) sollicite une partie de la surface frontale intérieure (34) de l'aiguille intérieure (7) de l'injecteur.
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

l'aiguille extérieure (5) est guidée dans un manchon (16) délimitant la chambre de commande (27) vers l'extérieur et l'organe d'étranglement d'alimentation (42) extérieur est réalisé dans le manchon (16).
Injecteur de carburant selon la revendication 1,

selon lequel

l'aiguille intérieure (7) présente une cavité (47) au niveau de sa surface frontale intérieure (34) dans laquelle débouche l'organe d'étranglement d'alimentation intérieur (40) en position d'ouverture de l'aiguille intérieure (7) lorsque cette aiguille intérieure (7) vient en appui contre la butée avec sa zone d'étanchéité (38) en position d'ouverture,

l'organe d'étranglement d'alimentation extérieur (42) étant réalisé dans l'aiguille intérieure (5) et il relie la cavité (47) à la seconde chambre partielle (227).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com