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Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil zur intermittierenden Brennstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
Ein solches Einspritzventil ist in der EP 426 205 A2 offenbart
Einen wesentlichen Einfluss auf das Emissions-, Verbrauchs- und Leistungsverhalten eines Dieselmotors hat die Brennstoffeinspntzvornchtung Typisch für die heute noch weit verbreiteten
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nstik von der Motordrehzahl und-last Der Einspritzzeitpunkt wird dabei bestimmt vom Druckimpuls,
der vom nockenwellengetriebenen Pumpenkolben erzeugt wird und eine federbelastete Düsennadel offnet Somit ist bei derartigen Brennstoffeinspntzvornchtungen eine Variation der Einspntzcharakteristik unabhängig vom Drehzahl- und Lastmveau des Dieselmotors pnnzipbedingt nicht möglich.
Erst mit der Entwicklung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die nach dem Pnnzip der Speichereinspritzpumpe arbeiten, erlauben eine flexiblere Einspritzcharaktenstik Bei den aus der DE 32 27 742 C2 und EP 426 205 B1 bekannten Speichereinspritzpumpen wird der Brennstoff von einer motorunabhängigen Hochdruckpumpe auf Hochdruck gebracht und einem Hochdruckspeicher zugefuhrt, wovon er dann von einem elektronisch gesteuerten Einspritzventil in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird Aufgrund der funktionellen und zeitlichen Trennung des Einspritz- und Pumpvorganges kann nun der Einspritzzeitpunkt und der Einspntzdruck unabhangig von der Motordrehzahl variiert werden, so dass die hierdurch erzielbare Leistungs- und Wirkungs- gradoptimierung zu einer Reduzierung der Abgasemissionen fuhrt.
Wesentliches Schlüsselelement bei der Zumessung der Einspritzmenge während eines zeitlich definierten Emspritzmtervalles ist das Einspritzventil das elektromagnetisch gesteuert Einspritzbeginn und-ende vorgibt
Eine präzise Funktion des Einspritzventils ist somit Voraussetzung fur ein zeitlich exaktes Schliessen und Öffnen der Düsennadel, die die Einspritzöffnungen zum Brennraum schliesst bzw freigibt und somit bei einem gegebenen Brennstoffdruck die erforderliche Brennstoffmenge je Einspritzintervall bemisst Um mit geringen Steuerkräften die Schliess- und Öffnungsbewegung der Düsennadel zu steuern wird gemäss der EP 426 205 A2 die Düsennadel nicht unmittelbar vom Elektromagneten bewegt, sondern von einem in einem Steuerraum herrschenden Brennstoffdruck betätigt.
Um die Düsennadel in ihrer Schliessstellung zu halten, steht der Steuerraum über Kanäle mit dem unter Hochdruck stehenden Brennstoffemlass des Einspritzventils in Leitungsverbindung Soll die Dusennadel nun die Einspntzöffnungen freigeben, so wird der Steuerraum über eine Abflussöffnung drucklos gemacht, in dem ein Stellglied des Elektromagnetventils die Abflussoffnung freigibt Während dieser Phase schliesst ein Ventilkorper, der gegenuber dem Kolben federvorgespannt ist, die Kanäle ab, da kanalseitig uber die Abflussoffnung ebenfalls ein Druckabfall entsteht Durch die Öffnungsbewegung der Düsennadel verdrangt der Kolben Brennstoff aus der Zwischenkammer über eine Leitungsverbindung im Ventilkorper durch die Abflussoffnung Je nachdem wie schnell der Brennstoff aus der Zwischenkammer über die Abflussöffnung abfliessen kann,
erfolgt eine schnellere oder langsamere Öffnungsbewegung der Düsennadel Die Schliessbewegung der Düsennadel wird eingeleitet, indem das Stellglied die Abflussöffnung verschliesst und somit ein Druckanstieg in den Kanälen erfolgt, der wiederum den Ventilkorper zur Öffnung der Kanäle veranlassen soll, so dass die Zwischenkammer über den Brennstoffeinlass gefullt wird und die Düsennadel in Schliessstellung gedrückt wird.
Da jedoch auch Brennstoff uber die im Ventilkorper ausgebildete Leitungsverbindung in den Steuerraum nachfliessen kann, erfolgt unter bestimmten Betriebszuständen eine unpräzise Öffnungsbewegung des Ventilkorpers, was eine verzogerte Schhessbewegung der Düsennadel zur Folge haben kann Eine exakte Dosierung der Brennstoffmenge lasst sich dann nicht mehr gewährleisten
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzventil anzugeben, welches uber den gesamten Betriebsbereich hinweg ein kontrolliertes Schliessen und Öffnen der Einspritzoffnungen zum Brennraum ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst
Das erfindungsgemässe Einspritzventil hat den Vorteil, dass durch Ausbildung eines Sperrventils in der Leitungsverbindung ein Brennstoffstrom nur noch aus dem Steuerraum heraus über die Leitungsverbindung zur Abflussoffnung erfolgen kann Ein Einfliessen von Brennstoff in den Steuer-
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raum kann somit nur noch bei öffnendem Ventilkörper über die Kanäle erfolgen, wodurch eine funktionale Trennung der Brennstoffströme für die Schliess- und Öffnungsbewegung der Düsennadel ermöglicht wird.
Da die Leitungsverbindung im Ventilkörper bei der Schliessbewegung der Düsennadel bzw. beim Offnen der Kanäle durch den Ventilkörper durch das Sperrventil geschlossen bleibt, kann die Leitungsverbindung in dieser Phase die Funktion des Ventilkörpers nicht mehr beeinflussen. Die Schliessbewegung der Düsennadel wird somit ausschliesslich für das Nachfliessen von Brennstoff über die Kanäle in den Steuerraum kontrolliert. Somit wird eine exakte Bemessung der einzuspritzenden Brennstoffmenge gewährleistet. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a einen Längsschnitt eines Details eines Einspritzventils mit Sperrventil mit plattenförmigem Schliessglied im Ruhezustand,
Fig. 1b das Einspritzventil gemäss Fig. 1a während des Öffnungsvorganges,
Fig. 1c das Einspritzventil gemäss Fig. 1a beim Schliessvorgang der Düsennadel,
Fig 2a einen Längsschnitt eines Details eines Einspritzventils mit einem ausserhalb des Ventilkörpers gelegenen Sperrventil,
Fig. 2b einen Längsschnitt eines Details eines Einspritzventils mit Sperrventil in Kugelbauweise und
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Einspritzventils mit Darstellung der Düsennadel.
Der in den Fig. 1a bis 1c gezeigte Abschnitt eines elektromagnetisch betätigten Einspritzventils 1 dient zur Steuerung des Druckes innerhalb eines Steuerraums 2, der am Ende eines Kolbens 3 gelegen ist Über den auf den Kolben 3 wirkenden Druck erfolgt die Betätigung einer mit dem Kolben 3 verbundenen Düsennadel 4 (siehe Fig. 3) in eine Offenstellung und in eine Schliessstellung. In Fig. 3 ist die Düsennadel 4 in einer Schliessstellung gezeigt, bei der sie gegen einen mit Einspritzöffnungen 5 versehenen Düsennadelsitz 6 angedrückt wird.
In ihrer Offenstellung gibt die Düsennadel 4 die Einspritzöffnungen 5 frei, so dass Brennstoff über einen Brennstoffeinlass 7 des Einspritzventils 1 unter Hochdruck in den Brennraum einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine eingespritzt wird Ausgelöst wird der Schliess- und Öffnungsvorgang von einem elektromagnetisch betätigten Stellglied 8, welches in koaxialer Verlängerung des Kolbens 3 bzw. der Düsennadel 4 im Ventilgehäuse 9 angeordnet ist und eine Abflussöffnung 10 schliesst und öffnet Des weiteren ist im Ventilgehäuse 9 zwischen dem Stellglied 8 und dem Kolben 3 ein gehäusefestes Ventilstück 11 vorgesehen, welches stellgliedseitig die Abflussöffnung 10 aufweist und bei dem kolbenseitig der Steuerraum 2 angrenzt.
Eine koaxial zur Ventillängsachse sich erstreckende Zwischenkammer 12 ist im Ventilstück 11 ausgebildet und endet einerseits in der Abflussöffnung 10 und mündet anderseits in den Steuerraum 2 Über eine erste Drosselbohrung 13a ist die Zwischenkammer 12 mit dem Brennstoffeinlass 7 des Ventilgehäuses 9 verbunden, so dass der Steuerraum 2 über die Zwischenkammer 12 und über im Ventilstück 11 ausgebildete Kanäle 14 bei der Schliessbewegung des Kolbens 3 mit Brennstoff gefüllt werden kann. Des weiteren soll die Drosselbohrung 13a durch eine entsprechende Querschnittsgestaltung verhindern, dass über den Brennstoffeinlass 7 und über die Abflussöffnung 10 zu viel Kraftstoff abfliesst, was eine unnötige Entleerung des nicht weiter dargestellten Hochdruck-Brennstoffspeichers, über welchen der Brennstoffeinlass 7 versorgt wird, bedeuten würde.
Des weiteren ist kolbenseitig am Zwischenventilstück 11 ein Ventilsitz 15 für einen im Steuerraum 2 axial beweglich geführten Ventilkörper 16 ausgebildet. Der Ventilkörper 16 wirkt mit dem Ventilsitz 15 zusammen, um die im Ventilsitz 15 mündenden Kanäle 14 und die Zwischenkammer 12 zum Steuerraum 2 hin zu schliessen und zu öffnen. In seiner wie in Fig. 1a und 1b gezeigten Schliessstellung wird der Ventilkörper 16 durch eine am Kolben 3 anliegende Druckfeder 17 gegen den Ventilsitz 15 angedrückt. Um ein Abfliessen des Brennstoffes aus dem Steuerraum 2 bei der Öffnungsbewegung des Kolbens 3 über die Zwischenkammer 12 und die Abflussöffnung 10 zu erlauben, ist im Ventilkörper 16 eine koaxiale Leitungsverbindung 18 mit zweiter Drosselbohrung 13b vorgesehen.
In Ruhestellung und bei der Schliessbewegung des Kolbens 3 bleibt die Leitungsverbindung 18 durch ein Sperrventil 19 gesperrt bzw. unterbrochen, so dass ein Nachfliessen von Brennstoff aus der Zwischenkammer 12 über die Leitungsverbindung 18 und über die zweite Drosselbohrung 13b in den Steuerraum 2 unterbunden wird In den Fig.
1a bis 1c ist das Sperrventil 19 als in Schliessstellung federbelastete Ventilplatte 20 im Ventilkörper 16 ausgeführt
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und spart somit durch Ausrichtung der Ventilplatte 20 quer zur Ventillängsachse an Bauhöhe Die Ventilplatte 20 ist in einer radialen Ausweitung der Leitungsverbindung 18 axial beweglich geführt und weist einen radialen Spalt 21 auf, über den Brennstoff bei der Öffnungsbewegung des Kolbens 3 vom Steuerraum 2 über die zweite Drosselbewegung 13b in die Zwischenkammer 12 abfliessen kann Ist der Druck, der zwischenraumseitig auf die Ventilplatte 20 wirkt, grösser als der steuerraumseitig wirkende, so liegt die Ventilplatte 20 flachig auf einer Schliessflache 22 auf und schliesst somit die zweite Drosselbohrung 13b ab Für die Öffnungsbewegung des Kolbens 3 ist die Ausführung der zweiten Drosselbohrung 13b wesentlich.
da diese den Volumenstrom aus dem Steuerraum 2 bestimmt und somit die Schnelligkeit der Öffnungsbewegung beeinflusst Durch Ausbildung der Kanale 14 als dritte Drosselbohrungen 13c kann durch Abstimmung mit der ersten Drosselbohrung 13a Einfluss auf die Schliessgeschwindigkeit des Kolbens 3 genommen werden, da über diese ein Wiederbefüllen des Steuerraums 2 mit Brennstoff erfolgt.
Der in Fig. 1b gezeigte Öffnungsvorgang läuft wie folgt ab Das durch Magnetkraft angehobene Stellglied 8 gibt die Abflussöffnung 10 frei, so dass über die Drosselbohrungen 13a und 13b der Brennstoff, insbesondere aus dem Steuerraum 2 in ein druckloses Rucklaufsystem abfliessen kann Ein auf die Düsennadel 4 wirkender Brennstoffdruck erzeugt eine nach oben gerichtete Kraft, welche auf den Kolben übertragen wird und zur Verdrängungsbewegung des Kolbens 3 im Steuerraum 2 führt Dabei fliesst das vom Kolben 3 im Steuerraum 2 verdrangte Brennstoffvolumen über die zweite Drosselbohrung 13b und uber die Zwischenkammer 12 durch die Abflussoffnung 10 ab Sobald die Düsennadel 4 von ihrem Dusennadelsitz 6 abhebt, erfolgt die Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum
Das Einspritzende wird herbeigefuhrt.
indem der Elektromagnet abgeschaltet wird, so dass das Stellglied 8 die Abflussöffnung 10 wieder verschliesst Das bei der Öffnungsbewegung geöffnete Sperrventil 19 wird nun durch den wieder ansteigenden Brennstoffdruck geschlossen, so dass eine zum Kolben 3 hin gerichtete Kraft den Ventilkörper 16 vom Ventilsitz 15 abheben und die Kanäle 14 sowie die Zwischenkammer 12 zum Steuerraum 2 hin freigeben kann Der nun schnell ansteigende Druck im Steuerraum 2 bewirkt über den Kolben 3 eine Schliessbewegung der Düsennadel 4 Sobald der Brennstoffdruck im Steuerraum 2 und in der Zwischenkammer 12 gleich ist, wird der Ventilkorper 16 von der Druckfeder 17 wieder auf den Ventilsitz 15 angedruckt, wie dies fur die Ruhestellung in Fig.
1agezeigt ist
Fig 2a zeigt eine alternative Ausführung des Einspritzventils 1', bei dem die Leitungsverbindung 18' zwischen Zwischenkammer 12' und Steuerraum 2' ausserhalb des Ventilkorpers 16' ausgeführt ist. Hierzu umgeht die Leitungsverbindung 18' den Ventilkorper 16' gehauseseitig und mündet in den Steuerraum 2' in einer zwischen Kolben 3' und Ventilkörper 16' gelegenen Stelle Das Sperrventil 19' ist mit einer federbelasteten Kugel ausgeführt, die den Brennstoffstrom in Richtung zum Steuerraum 2 sperrt.
Zur Einstellung der Öffnungsgeschwindigkeit des Kolbens 3' ist die Leitungsverbindung 18' mit einer kalibrierten zweiten Drosselbohrung 13b' versehen
Eine dritte Ausführung des Einspritzventils 1" zeigt die Fig 2b. bei der das Sperrventil 19" im Gegensatz zur Ausführung nach den Fig 1a bis 1c statt mit einer Ventilplatte 20 mit einer im Ventilkorper 16" angeordneten Kugel 23" als Schliessglied versehen ist, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit des Sperrventils 19" gewährleistet ist Demgegenüber gewährleistet die Ausfuhrung nach Fig 2a eine sehr kompakte Gestaltung des Ventilkorpers 16', da das Sperrventil 19' ausserhalb des Ventilkörpers 16' ausgebildet ist
PATENTANSPRÜCHE :
1 Einspritzventil zur intermittierenden Brennstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brenn- kraftmaschine mit - einer im Ventilgehause (9) zwischen einer Schliess- und Offenstellung axial verschieblich geführten Düsennadel (4). die in Schliessstellung von einem Kolben (3) gegen einen mit
Einspritzöffnungen (5) versehenen Düsennadelsitz (6) angedrückt wird, - einem Steuerraum (2), der über einen oder mehrere abschliessbare, als Drosselkanale ausgebildete oder mit Drosseln (13c) versehene Kanäle (14) mit einem Brennstoffeinlass (7) des Einspritzventils (1) leitungsverbunden ist, wobei am Brennstoffeinlass (7) unter
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Druck stehender Kraftstoff bereitgestellt wird und der im Steuerraum (2) herrschende
Brennstoffdruck den Kolben (3) in Schliessstellung beaufschlagt, - einer in einem Ventilsitz (15) in den Steuerraum (2)
mündenden Zwischenkammer (12), die mit dem Brennstoffeinlass (7) und mit dem Steuerraum (2) leitungsverbunden ist (13a), (18), wobei die Leitungsverbindung eine Drossel (13b) enthält oder als Drosselkanal (18) ausgebildet ist und im weiteren die Zwischenkammer (12) eine von einem Stellglied (8) abschliessbare Abflussöffnung (10) aufweist, - einem Ventilkörper (16), der einerseits vom Brennstoffdruck des Steuerraums (2) gegen einen mit den Kanalmündungen versehenen Ventilsitz (15) in eine Verschlussstellung des
Ventilkörpers (16) und anderseits vom in den Kanälen (14) und in der Zwischenkammer (12) herrschenden Brennstoffdruck in Öffnungsstellung beaufschlagt wird, wobei zwischen dem Ventilkörper (16) und dem Kolben (3) eine Druckfeder (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungsverbindung (18) zwischen Steuerraum (2) und Zwischenkammer (12)
ein den Brennstoffstrom zum Steuerraum (2) hin abschliessen- des Sperrventil (19) vorgesehen ist.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsverbindung (18) mit Sperrventil (19) im Ventilkörper (16) ausgebildet ist, so dass die Zwischenkammer (12) über eine ventilsitzseitige Kammeröffnung mit dem Steuerraum (2) leitungsverbunden ist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (19) ein plattenförmiges Schliessglied (20) aufweist.
4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsverbindung (18) zwischen Steuerraum (2) und Zwischenkammer (12), den Ventilsitz (15) gehäuse- seitig umgehend, ausgebildet ist.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Sperrventil (19) als Kugelventil ausgeführt ist.
6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Leitungsverbindung zwischen Brennstoffeinlass (7) und Zwischenkammer (12) mit einer
Drossel (13a) versehen ist, die einen gegenüber den Kanälen (14) reduzierten Brennstoff- durchlass bewirkt.