DE10001099A1 - Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit Druckerhöhung im Steuerraum - Google Patents
Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit Druckerhöhung im SteuerraumInfo
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Abstract
Es wird ein Steuerventil (15) für Injektoren von Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei dem ein Teil des Stellwegs des Stellglieds (45) zur Druckerhöhung im Steuerraum (11) dient. Dadurch werden die Schließzeiten der Düsennadel (19) reduziert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für den Injektor
eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Injektor
für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 15.
Im Zuge fortschreitender technischer Entwicklung ist man
bestrebt, die Steuerventile von Injektoren und die
Injektoren selbst möglichst kompakt zu bauen und
gleichzeitig kurze Schließzeiten zu realisieren. Aus der EP 0 740 068 A2
ist ein Injektor bekannt, bei dem der
Steuerraum von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt
wird. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauweise erzielen.
Allerdings verringert sich die Schließgeschwindigkeit der
Düsennadel durch diese Maßnahme, da eine Überkompensation
der hydraulischen Kräfte in Richtung der Schließbewegung
der Düsennadel nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil
für einen Injektor bereitzustellen, welches kompakt baut
und hohe Schließgeschwindigkeiten der Einspritzdüse
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein
Steuerventil für den Injektor eines
Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit
einem Gehäuse, wobei das Steuerventil ein Stellglied
aufweist und von einem Aktor betätigt wird, wobei mittels
des Steuerventils eine hydraulische Verbindung zwischen
einem Kraftstoffrücklauf und einem Steuerraum des Injektors
herstellbar ist, wobei das Stellglied mit einem Druckkolben
in Wirkverbindung steht, wobei der Druckkolben den
Steuerraum von dem Steuerventil hydraulisch trennt, bevor
eine Schaltstellung des Steuerventils erreicht wird, die
den Steuerraum von dem Steuerventil hydraulisch trennt und
wobei der verbleibende Stellweg des Steuerventils bis zum
Erreichen dieser Schaltstellung der Druckerhöhung im
Steuerraum durch den Druckkolben dient.
Das erfindungsgemäße Steuerventil hat den Vorteil, dass mit
Hilfe eines Teils der Stellbewegung des Steuerventils
Verdrängungsarbeit im Steuerraum verrichtet wird und somit
der Druck im Steuerraum durch die Stellbewegung erhöht
wird. Dadurch ergibt sich ein steilerer Druckanstieg im
Steuerraum beim Schließen des Steuerventils und somit auch
ein steilerer Anstieg der auf die Düsennadel wirkenden
Schließkraft. Infolgedessen verkürzt sich die Schließdauer.
Durch die verkürzte Schließdauer können Voreinspritzmengen
präziser zugemessen werden, und auch die Steuerung der
Haupteinspritzung kann genauer und mit größeren
Freiheitsgraden erfolgen.
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Stellglied und eine Bohrung des Gehäuses einen Ringraum
bilden, dessen erstes Ende mit dem Kraftstoffrücklauf
hydraulisch in Verbindung steht und dessen zweites Ende mit
dem Steuerraum hydraulisch in Verbindung steht, und dass
das Stellglied mittels eines in einer ersten
Führungsbohrung geführten Stößels axial verschiebbar ist
und Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum
aufweist. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das
Stellglied Mittel zum Abdichten des Ringraums vom
Kraftstoffrücklauf auf, so dass das erfindungsgemäße
Steuerventil auf der Basis eines 2/2-Steuerventils oder auf
der Basis eines 2/3-Steuerventils realisierbar ist.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Druckkolben an dem dem Stößel abgewandten Ende des
Stellglieds mit diesem verbunden ist, dass koaxial zur
ersten Führungsbohrung am entgegengesetzten Ende des
Ringraums eine zweite Führungsbohrung mit Steuerkante
vorhanden ist, und dass die zweite Führungsbohrung,
beginnend an der Steuerkante, vom Druckkolben verschließbar
ist, so dass die Verdrängungsarbeit im Steuerraum auf
einfache und wirksame Weise mit der Stellbewegung des
Steuerventils gekoppelt ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die
Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Kraftstoffrücklauf
und/oder die Mittel zum Abdichten des Ringraums vom
Steuerraum je einen koaxial zur Längsachse des Stößels
angeordneten kegelstumpfförmigen Dichtkegel auf, so dass
über die gesamte Lebensdauer des Steuerventils eine gute
Dichtwirkung erzielt wird.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass
zwischen der Bohrung sowie Steuerraum und
Kraftstoffrücklauf Dichtflächen ausgebildet sind, die mit
den Mitteln zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum
und/oder den Mitteln zum Abdichten des Ringraums vom
Kraftstoffrücklauf zusammenwirken, so dass sich eine
einfache und platzsparende Anordnung der Dichtflächen
ergibt.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
eine Schließfeder vorhanden ist, die auf das Stellglied in
der Betätigungsrichtung des Aktors einwirkt, so dass auch
bei fehlendem Systemdruck das Steuerventil stets eine
definierte Schaltstellung einnimmt.
Bei einer anderen Ausführungsform ist das Gehäuse
zweiteilig ausgeführt, so dass Herstellung und Montage
erleichtert werden.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das
Steuerventil ein 2/3-Steuerventil ist, so dass die
Bemessung kleinster Voreinspritzmengen verbessert wird und
gleichzeitig große Haupteinspritzmengen möglich sind.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung begrenzen die
dem Stellglied abgewandte Stirnseite des Stößels und ein
von dem Aktor betätigter Kolben einen flüssigkeitsgefüllten
Druckraum eines hydraulischen Übersetzers, so dass Stellweg
und Stellkraft des Aktors an die Erfordernisse des
erfindungsgemäßen Steuerventils; bzw. des Injektors
angepasst werden können.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Aktor ein
Piezoaktor, so dass große Stellkräfte und ein schnelles
Ansprechen gewährleistet sind.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist das
Stellglied rotationssymmetrisch, insbesondere im
Wesentlichen zylindrisch, oder ist das Stellglied
kugelförmig ausgebildet und sind die Mittel zum Abdichten
des Ringraums vom Kraftstoffrücklauf und/oder die Mittel
zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum auf der
Kugeloberfläche verlaufende Dichtlinien, so dass je nach
Betriebsbedingungen ein geeignetes Stellglied verfügbar
ist.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass
das Kraftstoffeinspritzsystem ein Common-Rail-
Einspritzsystem ist, so dass die Vorteile des
erfindungsgemäßen Steuerventils auch diesen
Einspritzsystemen zugute kommen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch erfindungsgemäß
gelöst durch einen Injektor für ein
Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem
Gehäuse und mit einem von einem Aktor betätigten
Steuerventil, wobei mittels des Steuerventils eine
hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffrücklauf
und einem Steuerraum des Injektors herstellbar ist und
wobei das Steuerventil ein Steuerventil nach einem der
vorhergehenden Ansprüche ist. Dieser Injektor weist die
zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile auf.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Steuerraum von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt
wird, so dass sich eine besonders kompakte Bauweise des
Injektors ergibt und die Schließzeiten des
erfindungsgemäßen Injektors trotzdem sehr kurz sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der
nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den
Ansprüchen entnehmbar. Es zeigen:
Fig. 1: einen schematisiert dargestellten Injektor;
Fig. 2: eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Steuerventils im Schnitt und
Fig. 3: den Druckverlauf im Steuerraum sowie die
zugehörigen Steuerventilstellungen zweier
erfindungsgemäßer Ausführungsformen.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Injektor 1 dargestellt.
Über einen nicht dargestellten Hochdruckanschluss wird
Kraftstoff über einen Zulaufkanal 5 zu einer Einspritzdüse
7 sowie über eine Zulaufdrossel 9 in einen Steuerraum 11
geführt. Der Steuerraum 11 ist über einen nur angedeuteten
Abflusskanal mit Ablaufdrossel 13 und über ein schamtisch
dargestelltes Steuerventil 15 mittelbar mit einem
Kraftstoffrücklauf 17 verbunden.
Der Steuerraum 11 wird von einer Düsennadel 19 begrenzt.
Die Düsennadel 19 verhindert, dass der unter Druck stehende
Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den nicht
dargestellten Brennraum fließt. Die Düsennadel 19 weist
eine Querschnittsänderung 23 von einem größeren Durchmesser
25 auf einen kleineren Durchmesser 27 auf. Mit ihrem
größeren Durchmesser 25 ist die Düsennadel 19 in einem
Gehäuse 29 geführt. Die Querschnittsänderung 23 begrenzt
einen Druckraum 31 der Einspritzdüse 7.
Bei geschlossener Ablaufdrossel 13 ist die auf eine
Stirnfläche 33 der Düsennadel 19 wirkende hydraulische
Kraft größer als die auf die Querschnittsänderung 23
wirkende hydraulische Kraft, weil die Stirnfläche 33 der
Düsennadel 19 größer als die Ringfläche der
Querschnittsänderung 23 ist. Infolgedessen wird die
Düsennadel 19 in einen Düsennadelsitz 35 gepresst und
dichtet den Zulaufkanal 5 zum nicht dargestellten Brennraum
ab.
Wenn die nicht dargestellte Hochdruckpumpe des
Kraftstoffeinspritzsystems nicht angetrieben wird, weil der
Motor steht, dann schließt eine nicht dargestellte
Düsenfeder die Einspritzdüse 7 bzw. den Injektor 1.
Wenn das Steuerventil 15 geöffnet wird, strömt Kraftstoff
vom Steuerraum 11 in den Kraftstoffrücklauf. Dadurch sinkt
der Druck im Steuerraum 11 und die auf die Stirnfläche 33
der Düsennadel 19 wirkende hydraulische Kraft nimmt ab.
Sobald diese hydraulische Kraft kleiner ist als die auf die
Querschnittsänderung 23 wirkende hydraulische Kraft, öffnet
die Düsennadel 19, so dass der Kraftstoff durch die nicht
dargestellten Spritzlöcher der Einspritzdüse 7 in den
Brennraum gelangen kann. Diese indirekte Ansteuerung der
Düsennadel 19 über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem
ist notwendig, weil die zum schnellen Öffnen der Düsennadel
19 benötigten großen Kräfte mit dem Steuerventil 15 nicht
direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zu der
in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte
sogenannte "Steuermenge" gelangt über die Zulaufdrossel 9,
den Steuerraum 11 und das Steuerventil 15 in den
Kraftstoffrücklauf 17.
Zusätzlich zur Steuermenge entsteht auch noch an der
Düsennadelführung eine Leckage. Die Steuer- und die
Leckagemengen werden über den Kraftstoffrücklauf 17 wieder
in den nicht dargestellten Kraftstoffbehälter
zurückgeführt. Zwischen den Einspritzungen ist das das
Steuerventil 15 und damit auch die Einspritzdüse 7
verschlossen. Betätigt wird das Steuerventil 15 durch einen
schematisch dargestellten Aktor 37. Zwischen Steuerventil
15 und Aktor 37 kann ein nicht dargestellter hydraulischer
Druckübersetzer vorhanden sein.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Steuerventils 15. In dem Gehäuse 29 ist eine Bohrung 41
vorgesehen. Koaxial zur Bohrung 41 ist eine erste
Führungsbohrung 43 vorhanden. In der Bohrung 41 ist ein
Stellglied 45 angeordnet, welches einen Bund 47, einen
Druckkolben 49 sowie einen ersten Dichtkegel 51 und einen
zweiten Dichtkegel 53 aufweist. Die Bohrung 41 und der Bund
47 bilden einen Ringraum 54. Durch eine geeignete
Dimensionierung kann der Ringraum 54 die Funktion der
Ablaufdrossel übernehmen. In der ersten Führungsbohrung 43
ist ein Stößel 55 geführt, der mit dem Stellglied 45
verbunden ist. Der Druckkolben 57 ist auf der dem Stößel 55
gegenüberliegenden Seite des Stellglieds 45 angeordnet.
Zwischen Ringraum 54 und Ablaufkanal mit Ablaufdrossel 13
ist eine als Stufenbohrung ausgeführte zweite
Führungsbohrung 59 vorgesehen. Der Absatz der zweiten
Führungsbohrung 59 stellt eine mit dem Druckkolben 49
zusammenwirkende Steuerkante 61 dar. Wenn der Druckkolben
49 so weit in die zweite Führungsbohrung 59 bewegt wird,
dass er mit seinem größeren Durchmesser die Steuerkante 61
erreicht, wird die hydraulische Verbindung zwischen
Steuerraum 11 und Kraftstoffrücklauf 17 unterbrochen.
Zwischen der Bohrung 41 und der zweiten Führungsbohrung 59
ist in dem Gehäuse 29 ein erster Dichtsitz 63 ausgebildet,
der mit dem ersten Dichtkegel 51 den Ringraum 54 vom
Steuerraum 11 hydraulisch trennen kann. Der zweite
Dichtkegel 53 kann zusammen mit einem zwischen Bohrung 41
und Kraftstoffrücklauf 17 angeordneten zweiten Dichtsitz
65, den Ringraum 54 vom Kraftstoffrücklauf 17 hydraulisch
trennen.
Im Steuerraum 11 ist eine Düsenfeder 67 vorgesehen, die
dafür sorgt, dass auch bei fehlendem Kraftstoffdruck die
Einspritzdüse 7 geschlossen bleibt.
Betätigt wird das Steuerventil durch einen nicht
dargestellten Aktor, der auf den Stößel 55 einwirkt.
Eine Schließfeder 75 stützt sich auf der einen Seite gegen
einen Absatz 77 des Gehäuses 29 und auf der anderen Seite
über einen Seeger-Ring 79 gegen den Stößel 55 ab. Durch die
Schließfeder 75 ist sichergestellt, dass das Stellglied 45
auch bei fehlendem Druck im Steuerraum 11 in eine erste
Schaltstellung a gebracht wird. Außerdem ist der Aktor nur
auf Druck belastet, was insbesondere bei der Verwendung von
Piezo-Aktoren wichtig ist, da diese Aktoren nur zuverlässig
auf Druck arbeiten.
Das erfindungsgemäße Steuerventil 15 wird kann als 2/2-
Steuerventil oder 2/3-Steuerventil eingesetzt werden.
Nachfolgend wird zunächst die Funktionsweise des
erfindungsgemäßen Steuerventils 15 mit drei
Schaltstellungen beschrieben.
In der ersten Schaltstellung a sitzt der zweite Dichtkegel
53 auf dem zweiten Dichtsitz 65 auf und der
Kraftstoffrücklauf 17 wird von dem Ringraum 54 hydraulisch
getrennt.
In der zweiten Schaltstellung b sitzt der erste Dichtkegel
51 auf dem ersten Dichtsitz 63 auf und der Steuerraum 11
wird von dem Ringraum 54 hydraulisch getrennt.
In beiden Schaltstellungen a und b sind der Steuerraum 11
und Kraftstoffrücklauf 17 hydraulisch getrennt; d. h. die
Einspritzdüse 7 ist geschlossen.
Beim Übergang von erster Schaltstellung a zu zweiter
Schaltstellung b ist für kurze Zeit eine hydraulische
Verbindung zwischen Steuerraum 11 und Kraftstoffrücklauf 17
vorhanden; d. h. der Druck im Steuerraum 11 bricht
mindestens teilweise zusammen und die Einspritzdüse 7
öffnet kurzzeitig. Dieses kurzzeitige Öffnen wird für eine
Voreinspritzung genutzt. Die Voreinspritzmenge und -dauer
kann durch die Auslegung des Aktors und des Ablaufkanals
mit Ablaufdrossel 13, bzw. des Ringraums 54 mit großer
Wiederholgenauigkeit konstruktiv festgelegt werden.
Bei dem geschilderten Übergang von erster Schaltstellung a
zu zweiter Schaltstellung b wird ein Ventilhub c erreicht,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Druckkolben 49 und
die Steuerkante 61 den Steuerraum 11 gegenüber dem
Kraftstoffrücklauf abschließen. Während des verbleibenden
Ventilhubs bis zum Erreichen der Schaltstellung b wirkt der
Druckkolben 49 bezüglich des Steuerraums 11 wie der Kolben
einer Kolbenpumpe und erhöht den Druck im Steuerraum 11.
Durch die Druckerhöhung vergrößert sich auch die auf die
Düsennadel 19 wirkende Schließkraft, was zu einer
Verringerung der Schließdauer führt.
In der dritten Schaltstellung d nimmt das Stellglied 45
eine Zwischenstellung ein, in der erster Dichtkegel 51 und
zweiter Dichtkegel 53 nicht auf erstem Dichtsitz 63 oder
zweitem Dichtsitz 65 aufliegen. Die Einspritzung erfolgt im
Wesentlichen zeitgleich mit dem Zeitintervall innerhalb
dessen das Steuerventil 15 die Schaltstellung d einnimmt.
Wenn das erfindungsgemäße Steuerventil 15 als 2/2-
Steuerventil betrieben wird, nimmt es zwischen den
Einspritzungen die Schaltstellung b ein. Die
Voreinspritzung wird ausgelöst, indem für kurze Zeit die
Schaltstellung d und anschließend wieder die Schaltstellung
b angesteuert wird. Die Haupteinspritzung wird in gleicher
Weise ausgeführt, mit dem Unterschied, dass die
Öffnungsdauer der Einspritzdüse 7 größer ist.
Bei dieser Betriebsart wird sowohl nach Beendigung der
Voreinspritzung als auch nach Beendigung der
Haupteinspritzung die Schließdauer der Düsennadel 19 durch
den Druckkolben 49 in der oben geschilderten Weise
verringert.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen den
Schaltstellungen, bzw. dem Ventilhub des Steuerventils 15,
dem Hub 81 der Düsennadel 19 und dem Druck p im Steuerraum
11.
Die Fig. 3a stellt den Druck p im Steuerraum 11 über der
Zeit t dar. In Fig. 3b ist der zeitliche Verlauf des Hubs
81 der Düsennadel 19 aufgetragen und die Fig. 3c und 3d
geben die zugehörigen Schaltstellungen des Steuerventils 15
an. In Fig. 3c wird das Steuerventil 15 als 2/3-Ventil; in
Fig. 3d wird das Steuerventil 15 als 2/2-Ventil betrieben.
Nachfolgend wird zunächst die Funktionsweise des 2/3-
Steuerventils 15 beschrieben. Ausgehend von der ersten
Schaltstellung a in Fig. 3c wird das Steuerventil 15 vom
Aktor in die Schaltstellung d bewegt. Als Folge davon
bricht der Druck p ausgehend von pHD (siehe Fig. 3a) im
Steuerraum 11 zusammen. Sobald der Druck pO unterschritten
wird, verlässt die Düsennadel 19 den Düsennadelsitz 35 und
die Einspritzung beginnt. Dieser Vorgang ist aus der
Zusammenschau der Fig. 3a und 3b ersichtlich.
Am Ende der Einspitzung wird das Stellglied 45 des
Steuerventils 15 in eine mit e in Fig. 3c gekennzeichnete
Schaltstellung gebracht. In dieser Schaltstellung findet
eine Drosselung des Kraftstoffstroms vom Steuerraum 11 in
den Kraftstoffrücklauf 17 zwischen Druckkolben 49 und
Steuerkante 61 statt. Dadurch erhöht sich der Druck p im
Steuerraum 11, wie aus Fig. 3a ersichtlich ist.
Wenn der Druck p im Steuerraum 11 ausreichend hoch ist,
wird das Stellglied 45 in die zweite Schaltstellung b
bewegt. Sobald das Steuerventil 15 den Ventilhub c erreicht
und der Druckkolben 49 den Steuerraum 11 gegen den
Kraftstoffrücklauf 17 an der Steuerkante 61 abdichtet,
wirkt der Druckkolben 49 wie eine Kolbenpumpe druckerhöhend
im Steuerraum 11. Die Schaltstellung e und der Ventilhub c
befinden sich in unmittelbarer Nähe zueinander, so dass sie
in der in Fig. 3c gewählten Auflösung nahezu identisch
sind. Die Verdrängungsarbeit des Druckkolbens 49 ist als
schraffierte Fläche 83 in Fig. 3a dargestellt. Die
durchgezogene Linie 85 stellt den Druckverlauf eines
Steuerventils nach dem Stand der Technik dar, während die
gestrichelte Linie 87 den Druckverlauf eines
erfindungsgemäßen Steuerventils 15 darstellt.
Die Verkürzung der Schließdauer des Injektors durch die
Druckerhöhung im Steuerraum 11 ist aus Fig. 3b entnehmbar.
Die durchgezogene Linie 89 stellt die Schließbewegung einer
Düsennadel eines Injektors nach dem Stand der Technik dar,
während die gestrichelte Linie 91 die Schließbewegung einer
Düsennadel eines erfindungsgemäßen Injektors 1 darstellt.
Die Verkürzung der Schließdauer des Injektors durch die
Druckerhöhung im Steuerraum 11 ist in Fig. 3b mit 93
bezeichnet.
Während des Übergangs zwischen beiden Schaltstellungen a
und b öffnet die Düsennadel 19 ein wenig und die
Voreinspritzmenge wird in den Brennraum eingespritzt. Um
die Voreinspritzmenge zu erhöhen kann das Steuerventil 15
während der Voreinpritzung auch kurzzeitig in der
Schaltstellung d verharren.
Die in Fig. 3 nicht dargestellte Haupteinspritzung erfolgt,
indem das Steuerventil von der zweiten Schaltstellung b in
die Schaltstellung d gesteuert wird. Diese Schaltstellung
wird solange aufrecht erhalten, bis die erforderliche
Einspritzmenge eingespritzt wurde. Danach wird die
Haupteinspritzung beendet, indem das Steuerventil in die
erste Schaltstellung a gebracht wird. Anhand dieses Ablaufs
wird auch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen
Steuerventils deutlich: Der Aktor muss lediglich beim
Übergang von der ersten Schalstellung a in die zweite
Schaltstellung b Arbeit gegen den Druck im Steuerraum 11
verrichten, so dass der Bedarf an Antriebsenergie sehr
gering ist. Außerdem führt der während dieses Übergangs
sinkende Druck im Steuerraum zu einer geringen
Leistunganforderung.
Wenn das Steuerventil 15 als 2/2-Steuerventil betrieben
wird, wird die Einspritzung ausgelöst, indem das
Steuerventil 15 von der Schaltstellung b in Fig. 3d in eine
Zwischenstellung f gebracht wird. Mit Überschreiten des
Ventilhubs c öffnet das Steuerventil 15 und der Druck p im
Steuerraum 11 bricht zusammen. Die Einspritzung wird
beendet, wenn das Steuerventil 15 von der Zwischenstellung
f wieder in die Schaltstellung b bewegt wird. Mit Erreichen
der Schaltstellung c dichtet der Druckkolben 49 den
Steuerraum 11 gegen den Kraftstoffrücklauf 17 an der
Steuerkante 61 ab und wirkt wie eine Kolbenpumpe
druckerhöhend im Steuerraum 11. Die Verdrängungsarbeit ist
in Fig. 3a als schraffierte Fläche 83 dargestellt. Die
durchgezogene Linie 85 stellt den Druckverlauf eines
Steuerventils nach dem Stand der Technik dar, während die
gestrichelte Linie 87 den Druckverlauf eines
erfindungsgemäßen Steuerventils 15 darstellt.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und
der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander
erfindungswesentlich sein.
Claims (16)
1. Steuerventil für den Injektor (1) eines
Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit
einem Gehäuse, wobei das Steuerventil (15) ein Stellglied
(45) aufweist und von einem Aktor (37) betätigt wird, wobei
mittels des Steuerventils (15) eine hydraulische Verbindung
zwischen einem Kraftstoffrücklauf (17) und einem Steuerraum
(11) des Injektors (1) herstellbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) mit einem
Druckkolben (49) in Wirkverbindung steht, dass der
Druckkolben (49) den Steuerraum (11) von dem Steuerventil
(15) hydraulisch trennt, bevor eine Schaltstellung (b) des
Steuerventils (15) erreicht wird, die den Steuerraum (11)
von dem Steuerventil (15) hydraulisch trennt, und dass der
verbleibende Stellweg des Steuerventils (15) bis zum
Erreichen dieser Schaltstellung (b) der Druckerhöhung im
Steuerraum (11) durch den Druckkolben (49) dient.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellglied (45) und eine Bohrung (41) des Gehäuses
(29) einen Ringraum (54) bilden, dessen erstes Ende mit dem
Kraftstoffrücklauf (17) hydraulisch in Verbindung steht und
dessen zweites Ende mit dem Steuerraum (11) hydraulisch in
Verbindung steht, und dass das Stellglied (45) mittels
eines in einer ersten Führungsbohrung (43) geführten
Stößels (55) axial verschiebbar ist und Mittel (51) zum
Abdichten des Ringraums (54) vom Steuerraum (11) aufweist.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) Mittel (53) zum
Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17)
aufweist.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckkolben (49) an dem dem Stößel
(55) abgewandten Ende des Stellglieds (45) mit diesem
verbunden ist, dass koaxial zur ersten Führungsbohrung (43)
am entgegengesetzten Ende des Ringraums (54) eine zweite
Führungsbohrung (59) mit Steuerkante (61) vorhanden ist,
und dass die zweite Führungsbohrung (59) beginnend an der
Steuerkante (61) vom Druckkolben (49) verschließbar ist.
5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mittel (53, 51) zum Abdichten des
Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17) und/oder die
Mittel (51) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Steuerraum
(11) je einen koaxial zur Längsachse des Stößels (55)
angeordneten kegelstumpfförmigen Dichtkegel (53, 51)
aufweisen.
6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der Bohrung (41) sowie
Steuerraum (11) und Kraftstoffrücklauf (17) Dichtflächen
(63, 65) ausgebildet sind, die mit den Mitteln (51) zum
Abdichten des Ringraums (54) vom Steuerraum (11) und/oder
den Mitteln (53) zum Abdichten des Ringraums (54) vom
Kraftstoffrücklauf (17) zusammenwirken.
7. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließfeder (75)
vorhanden ist, die auf das Stellglied (45) in der
Betätigungsrichtung des Aktors (37) einwirkt.
8. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (29) einteilig
ausgeführt ist.
9. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (15) ein 2/3-
Steuerventil ist.
10. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stellglied (45)
abgewandte Stirnseite des Stößels (55) und ein von dem
Aktor (37) betätigter Kolben einen flüssigkeitsgefüllten
Druckraum eines hydraulischen Übersetzers begrenzen.
11. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (37) ein Piezo-Aktor
ist.
12. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45)
rotationssymmetrisch, insbesondere im Wesentlichen
zylindrisch ist.
13. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45)
kugelförmig ausgebildet ist, und dass die Mittel (53) zum
Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17)
und/oder die Mittel (51) zum Abdichten des Ringraums (54)
vom Steuerraum (11) auf der Kugeloberfläche verlaufende
Dichtlinien sind.
14. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzsystem
ein Common-Rail-Einspritzsystem ist.
15. Injektor (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem für
Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (29) und mit einem
von einem Aktor (37) betätigten Steuerventil (15), wobei
mittels des Steuerventils (15) eine hydraulische Verbindung
zwischen einem Kraftstoffrücklauf (15) und einem Steuerraum
(11) des Injektors (1) herstellbar ist, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuerventil (15) ein Steuerventil
nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
16. Injektor (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuerraum (11) von einer Stirnfläche (33) der
Düsennadel (19) begrenzt wird.
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