DE102004030447A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1) mit einem Einspritzventil (8), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (8) eine äußere Ventilnadel (11) (oder Nadel oder Ventilkolben) aufweist, die rohrförmig ist und eine innere Ventilnadel (20) (oder Nadel, Ventilkolben) koaxial umgibt, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigeben von Einspritzöffnungen (12) ausgebildet ist, wobei die äußere Ventilnadel (11) im Betrieb in Abhängigkeit von ihrer Stellung die Zufuhr von Kraftstoff zu dem unteren Endbereich der inneren Ventilnadel (20) freigibt oder drosselt, wobei eine Steuerkammer (35) vorgesehen ist, die im Betrieb von einer Hochdruckleitung (5) für Kraftstoff her gefüllt wird, und wobei ein Steuerventil (40) vorgesehen ist, das für seine Betätigung mit einem Aktor (38) gekoppelt ist und das zur Beeinflussung des Drucks in der Steuerkammer (35) dient, und wobei das obere Ende der äußeren Ventilnadel (11) und der inneren Ventilnadel (20) eine untere Begrenzung der Steuerkammer (35) bildet und die Stellung der Ventilnadeln (11, 20) jeweils in Abhängigkeit vom Druck in ihrem unteren Endbereich und dem Druck in der Steuerkammer (35) hubgesteuert ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (40) als 3/3-Wege-Ventil ausgebildet ist, von dem ein dritter Anschluss (65) über eine Abflussdrossel (A-Drossel) mit der Steuerkammer verbunden ist, ein zweiter Anschluss (60) über eine erste Zuflussdrossel (61) mit einer bei Betrieb ...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Ein bekannter CR-Injektor mit KVD-Düse der Anmelderin wird über ein 2/3-Wege-Ventil und eine Ablaufsteuerung gesteuert. Die KVD-Düse (KVD = Koaxial-Vario-Düse) hat eine so genannte erste Ventilnadel oder äußere Ventilnadel, die im wesentlichen die Form eines kreiszylindrischen Hohlzylinders hat und koaxial eine so genannte zweite Ventilnadel oder innere Ventilnadel umgibt, die im wesentlichen bolzenförmig ist und mit ihrem im wesentlichen kegelförmigen unteren Endbereich Einspritzöffnungen für in einen Verbrennungsmotor einzuspritzenden Kraftstoff öffnet beziehungsweise verschließt. Die äußere Ventilnadel dient zur Steuerung des an die innere Ventilnadel gelangenden Drucks des Kraftstoffs. Die zylindrische Außenfläche der inneren Ventilnadel und die zylindrische Innenfläche der äußeren Ventilnadel berühren sich. Die oberen Endflächen der beiden Ventilnadeln bilden Kolbenflächen, die in eine gemeinsame Steuerkammer eingreifen. Die Steuerkammer wird vom CR-Druck her gefüllt (CR-Druck = Common-Rail-Druck). Bei hohem Druck in der Steuerkammer sind die beiden Ventilnadeln in ihrer unteren Endstellung und geschlossen. Wenn der Druck in der Steuerkammer abnimmt, so bewegt sich auf Grund des Flächenverhältnisses der Kolbenflächen der Ventilnadeln in der Steuerkammer und der Flächen der Druckstufen am jeweiligen unteren Ende (unter Berücksichtigung etwa vorhandener, auf die Ventilnadeln wirkender Federn) die äußere Ventilnadel zuerst nach oben und gibt den Druck des Kraftstoffs frei, der somit zu diesem Zeitpunkt zunächst noch von einer Dichtkante der inneren Ventilnadel aufgenommen wird, so dass zunächst noch keine Einspritzung erfolgt. Wenn der Druck in der Steuerkammer weiter abnimmt, so öffnet sich die innere Ventilnadel. Die Steuerung des Drucks in der Steuerkammer erfolgt durch ein Steuerventil, das den Druck in der Steuerkammer durch Ablassen von Kraftstoff über eine Ablaufdrossel (A-Drossel) steuert. Das Steuerventil ist bei der bekannten Anordnung ein 2/3-Wege-Ventil.
- Bei der bekannten Anordnung wird eine Mehrfachansteuerung für die Einspritzvorrichtung benötigt; andernfalls würde bei einem Druckanstieg in der Steuerkammer stets die äußere Ventilnadel zuerst schließen und zwangsläufig das Schließen der inneren Ventilnadel veranlassen.
- Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gestattet es durch die Verwendung eines 3/3-Wege-Ventils und einer Reihenschaltung von Drosseln, die zwei Ventilnadeln gestuft mit einer einzigen Ansteuerung zu öffnen.
- Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
die einzige Figur die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung. - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 ist nicht maßstäblich. Insbesondere können die Außendurchmesser der beiden Ventilnadeln in der Praxis relativ zueinander andere Größen haben. Die in1 gezeigte Einspritzvorrichtung1 wird im Betrieb von einem Hochdruckspeicher (Common Rail)3 über eine Hochdruckleitung5 mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Die Einspritzvorrichtung1 weist ein Einspritzventil8 auf. Dieses enthält in einem Gehäuse9 einen mit der Hochdruckleitung10 verbundenen ringförmigen Raum10 , und radial innerhalb von diesem eine so genannte äußere Ventilnadel11 (auch erste Ventilnadel genannt), die im wesentlichen als Hohlzylinder mit rundem Querschnitt ausgebildet ist. In ihrem unteren (d. h. den Einspritzöffnungen12 zugewandten) Bereich ist die äußere Ventilnadel11 zunächst bei14 relativ steil kegelstumpfförmig verjüngt und geht bei einem eine Dichtkante15 bildenden Knick in einen schwächer geneigten kegelförmigen Abschnitt16 über. Der Abschnitt14 bildet bei geschlossener äußerer Ventilnadel11 eine Druckstufe. Eine innere Ventilnadel20 ist großenteils als runder Vollzylinder ausgebildet und in ihrem unteren Endbereich zunächst bei22 steiler kegelstumpfförmig verjüngt und schließlich bei24 mit schwächerer Neigung kegelförmig verjüngt. Der Übergang zwischen den verjüngten Teil22 und24 bildet eine Dichtkante26 , mit der die innere Ventilnadel20 in geschlossenen Zustand an einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses9 dichtend anliegt. - Das Gehäuse
9 ist von einer Kanalplatte30 abgedeckt, in der verschiedene Kanäle untergebracht sind. An der Außenfläche der äußeren Ventilnadel11 ist eine Hülse32 verschiebbar geführt, die durch eine an der äußeren Ventilnadel11 abgestützte Druckfeder33 nach oben vorgespannt ist und an der Unterseite der Kanalplatte30 mit einer scharfen Kante (Beißkante) dichtend anliegt. Der Raum, der von der Hülse32 umschlossen ist und mit der Unterseite34 der Kanalplatte30 in Verbindung steht, bildet eine Steuerkammer35 . Diese wird von der Hochdruckleitung5 her gefüllt und durch ein Steuerventil40 von Druck entlastet. Dieses wird mittels eines Aktors38 über eine Schubstange39 betätigt. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung5 ist bei geöffneter äußerer Ventilnadel11 und geschlossener innerer Ventilnadel20 mit der Dichtkante26 in Verbindung. Ist die äußere Ventilnadel11 geschlossen, so gelang der Kraftstoff unter hohem Druck aus der Leitung5 nur bis zur Dichtkante15 . - Durch die Verhältnisse der Querschnittsflächen der äußeren Ventilnadel
11 und der inneren Ventilnadel20 sowie der Druckstufen14 und22 ist dafür gesorgt, dass die äußere Ventilnadel11 sich bei einer relativ kleinen Druckdifferenz zwischen den Drücken an ihrem unteren Endbereich und in der Steuerkammer35 nach oben bewegt. Wird der Druck in der Steuerkammer35 noch weiter abgesenkt, so bewegt sich die innere Ventilnadel20 nach oben und gibt den Weg für den Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen12 frei. Bei der gezeigten Konstruktion nehmen die Ventilnadeln stets eine der zwei möglichen Endstellungen ein. - Das Steuerventil
40 enthält ein bewegliches Ventilelement42 , das einen Ventilteller43 und einen mit diesem fest verbundenen Ventilschaft44 aufweist. Das Ventilteil42 ist durch eine Feder46 in Richtung auf einen ersten Ventilsitz47 vorgespannt. An dem Ventilsitz47 liegt der Ventilteller42 dann dichtend an, wenn der Aktor38 nicht bestromt ist. Der Aktor38 ist im Beispiel ein Piezoaktor, der nur im bestromten Zustand auf die Schubstange39 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Bei stromlosem Aktor38 ist wegen der soeben geschilderten Anlage am Ventilsitz47 der Weg für Kraftstoff aus einem Innenraum50 des Steuerventils40 zu einem ersten Anschluss51 des Steuerventils40 versperrt. Vom ersten Anschluss51 führt ein gedrosselter Abflusskanal52 zu einem Leckageanschluss53 , allgemein zu einem Bereich niedrigen Drucks, der viel niedriger ist als der CR-Druck. - Der Ventilschaft
44 enthält eine in ihm verlaufende Bohrung, die von einer ebenen Unterseite54 des Ventilschafts zur zylindrischen Seitenwand des Ventilschafts verläuft und in der eine Drossel55 (Z2-Drossel) angeordnet ist. Wenn der Ventilschaft44 nicht an der Unterseite56 des Innenraums50 anliegt, ist die Drossel55 wirkungslos, da dann ihre beiden Enden mit dem Innenraum50 unmittelbar verbunden sind. - Zusätzlich zu dem ersten Anschluss
51 weist das Steuerventil40 an seiner Unterseite einen zweiten Anschluss60 auf, der über eine Drossel61 (erste Zuflussdrossel, Z1-Drossel) mit der Hochdruckleitung5 verbunden ist. Außerdem weist das Steuerventil40 ebenfalls an seiner Unterseite einen dritten Anschluss65 auf, der über eine Drossel66 (Abflussdrossel, A-Drossel) und einen im Inneren der Kanalplatte30 angeordneten Kanal67 mit der Steuerkammer35 verbunden ist. - Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Das Steuerventil40 wird über den Aktor38 angesteuert. Mit dem Steuerventil sollen die zwei Ventilnadeln11 und20 der Einspritzvorrichtung gesteuert werden. Bei geschlossenen Ventilnadeln herrscht in der Steuerkammer35 CR-Druck Hochdruck, Common-Rail-Druck), der dadurch hergestellt wird, dass bei gesperrtem Steuerventil (Ventilteller43 abdichtend am Ventilsitz47 ) von der Hochdruckleitung5 über die Drossel61 , den Innenraum50 des Steuerventils und die Drossel66 Kraftstoff in die Steuerkammer35 gelangt. Zum Steuern der Ventilnadeln in Öffnungsrichtung muss in der Steuerkammer35 der CR-Druck so weit abgesenkt werden, dass die Ventilnadeln mit ihrer jeweiligen Druckstufe14 bzw.22 öffnen. Die Druckstufen sind so ausgelegt, dass die äußere Ventilnadel11 mit einer kleineren Druckdifferenz öffnet als die innere Ventilnadel20 . Soll die äußere Ventilnadel11 geöffnet werden, so wird das Ventilteil42 des Steuerventils in eine Mittelstellung gebracht, in der weder der Ventilteller43 am Sitz47 noch die Unterseite des Ventilschafts44 an der Unterseite56 des Innenraums50 anliegt. Auf diese Weise ist nur die Z1-Drossel61 und A-Drossel66 wirksam, und der Druck in der Steuerkammer35 ist gegenüber dem CR-Druck um den Faktor A/Z1 (Verhältnis der Durchflussmenge) abgesenkt. Durch den ersten Anschluss51 fließt dabei Kraftstoff gedrosselt ab; der Druck im Innenraum50 kann nicht auf Leckagedruck absinken. Soll der Druck in der Steuerkammer35 weiter abgesenkt werden, so wird durch entsprechende Ansteuerung mittels des Aktors38 der Ventilschaft44 zum Anschlag mit der Unterseite56 des Innenraums50 gebracht und nun ist der zweite Anschluss60 mit dem Innenraum50 nur über die in Serie geschalteten zwei Z-Drosseln61 ,55 (Z1-Drossel und Z2-Drossel) in Verbindung. Daher sinkt der Druck in der Steuerkammer35 nun auf einen Wert ab, der dem CR-Druck multipliziert mit dem Faktor A/(Z1 + Z2) gleich ist. Zum Schließen beider Ventilnadeln wird das Steuerventil40 nach oben geschlossen, wo es am Ventilsitz47 schließt. - Somit kann mit der beschriebenen Einspritzvorrichtung ohne Mehrfachansteuerung, das heißt mit einer einzigen konstanten Ansteuerung eines als 3/3-Wege-Ventils ausgebildeten Steuerventils die äußere Ventilnadel
11 geöffnet werden, bei einer anderen Ansteuerung zusätzlich die innere Ventilnadel20 . Mit der Erfindung kann daher ein KVD-Ventil ohne Mehrfachansteuerung gesteuert werden. Bei den Teilen der Einspritzvorrichtung, die sich unterhalb der Kanalplatte30 befinden, handelt es sich im Wesentlichen um von dem eingangs genannten KVD-Ventil bekannte Elemente. - Die Z2-Drossel
55 ist kleiner (sie hat einen kleineren Strömungswiderstand) als die an der Hochdruckleitung5 angeschlossene Z1-Drossel61 .
Claims (2)
- Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (
1 ) mit einem Einspritzventil (8 ), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (8 ) eine äußere Ventilnadel (11 ) (oder Nadel oder Ventilkolben) aufweist, die rohrförmig ist und eine innere Ventilnadel (20 ) (oder Nadel, Ventilkolben) koaxial umgibt, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigegeben von Einspritzöffnungen (12 ) ausgebildet ist, wobei die äußere Ventilnadel (11 ) im Betrieb in Abhängigkeit von ihrer Stellung die Zufuhr von Kraftstoff zu dem unteren Endbereich der inneren Ventilnadel (20 ) freigibt oder drosselt, wobei eine Steuerkammer (35 ) vorgesehen ist, die im Betrieb von einer Hochdruckleitung (5 ) für Kraftstoff her gefüllt wird, und wobei ein Steuerventil (40 ) vorgesehen ist, das für seine Bestätigung mit einem Aktor (38 ) gekoppelt ist und das zur Beeinflussung des Drucks in der Steuerkammer (35 ) dient, und wobei das obere Ende der äußeren Ventilnadel (11 ) und der inneren Ventilnadel (20 ) eine untere Begrenzung der Steuerkammer (35 ) bildet und die Stellung der Ventilnadeln (11 ,20 ) jeweils in Abhängigkeit vom Druck in ihrem unteren Endbereich und dem Druck in der Steuerkammer (35 ) hubgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (40 ) als 3/3-Wege-Ventil ausgebildet ist, von dem ein dritter Anschluss (65 ) über eine Abflussdrossel (A-Drossel) mit der Steuerkammer verbunden ist, ein zweiter Anschluss (60 ) über eine erste Zuflussdrossel (61 ) mit einer bei Betrieb Kraftstoff unter hohem Druck führenden Leitung verbunden ist, und von dem ein erster Anschluss (51 ) gedrosselt mit einem Bereich niedrigen Drucks verbunden ist, wobei bei einer ersten Stellung des Steuerventils nur dessen dritter (65 ) und zweiter (60 ) Anschluss miteinander verbunden sind, bei einer zweiten Stellung des Steuerventils dessen drei Anschlüsse miteinander verbunden sind, und bei einer dritten Stellung des Steuerventils der zweite Anschluss (60 ) über eine in Reihe zur ersten Zuflussdrossel (61 ) verlaufende zweite Zuflussdrossel (55 ) im Steuerventil mit dem dritten Anschluss (65 ) und mit dem ersten Anschluss (51 ) verbunden ist, wobei in der ersten und zweiten Stellung der Druck am ersten Anschluss (51 ) höher ist als der genannte niedrige Druck. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (
40 ) ein durch eine Feder (46 ) gegen einen Ventilsitz (47 ) vorgespanntes Ventilteil (42 ) aufweist, das in seiner Schließstellung den ersten Anschluss (51 ) verschließt, dass an dem Ventilteil die zweite Zuflussdrossel (55 ) angeordnet ist, dass in der ersten Stellung und zweiten Stellung des Steuerventils die zweite Zuflussdrossel mit keinem der Anschlüsse des Steuerventils verbunden ist, und in der dritten Stellung des Steuerventils die zweite Zuflussdrossel innerhalb des Steuerventils mit dessen zweitem Anschluss verbunden ist, wobei das andere Ende der zweiten Zuflussdrossel mit einem Innenraum (50 ) des Steuerventils in Verbindung steht, und daher mit dem ersten Anschluss (51 ) und mit dem dritten Anschluss (65 ) des Steuerventils in Verbindung steht.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |
Effective date: 20110625 |