DE10006111A1

DE10006111A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE10006111A1
Application number: DE10006111A
Authority: DE
Inventors: Karl Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2001-08-30
Also published as: WO2001059289A3; EP1177374A1; JP2003522881A; DE50106008D1; WO2001059289A2; BR0104462A; US20020134852A1; CZ20013656A3; EP1177374B1

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (10), einem darin ausgebildeten Steuerdruckraum (16), der an einer Seite von einem Betätigungsteil (14) für eine Düsennadel (12) verschlossen ist, die von einem Betätigungsteil gesteuert zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschiebbar ist, einem Zulauf (18) zum Steuerdruckraum und mit einem Ablauf (20) aus dem Steuerdruckraum, der von einem Steuerventil (24) gesteuert wird, soll ein Teilöffnungshub der Düsennadel ermöglicht werden, bei dem die eingespritzte Kraftstoffmenge mit hoher Präzision dosiert wird. Zu diesem Zweck ist ein verschiebbarer Drosselkolben (32) vorgesehen, der in einer ersten Stellung einen Teilöffnungshub der Düsennadel aus der Schließstellung entgegen einem geringen Widerstand ermöglicht und in einer zweiten Stellung einen sich an den Teilöffnungshub anschließenden restlichen Öffnungshub der Düsennadel (12) in die Öffnungsstellung nur entgegen einem höheren Widerstand ermöglicht.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper, einem darin ausgebildeten Steuerdruckraum, der an einer Seite von einem Betätigungs teil für eine Düsennadel verschlossen ist, die von dem Betätigungsteil gesteuert zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschiebbar ist, ei nem Zulauf zum Steuerdruckraum und mit einem Ablauf aus dem Steuerdruck raum, der von einem Steuerventil gesteuert wird.

Ein solches Steuerventil ist beispielsweise aus der DE 197 27 896 A1 bekannt und dient dazu, das Öffnen einer Düsennadel des Einspritzventils hervorzurufen, um Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.

Die Düsennadel wird permanent mit einem Druck beaufschlagt, der die Düsenna del vom zugeordneten Ventilsitz abzuheben sucht. Dieser Öffnungskraft wirkt eine Schließkraft entgegen, die in dem Steuerdruckraum auf das Betätigungsteil aus geübt wird. Solange der Druck im Steuerdruckraum auf einem hohen Niveau ge halten wird, ist die dort erzeugte Schließkraft höher als die auf die Düsennadel einwirkende Öffnungskraft, so daß das Betätigungsteil in der Schließstellung und folglich die Düsennadel geschlossen bleibt. Wenn dagegen der Druck im Steuer druckraum und folglich auch die dort erzeugte Schließkraft absinkt, gelingt es der Öffnungskraft, das Betätigungsteil in die Öffnungsstellung zu verschieben, wodurch die Düsennadel vom Ventilsitz abheben kann. Es kann nun Kraftstoff ein gespritzt werden.

Der Druck im Steuerdruckraum wird von dem Steuerventil gesteuert, indem der Ablauf geschlossen oder geöffnet wird. Wenn durch Schließen des Ablaufs das dem Steuerdruckraum zugeführte Medium, üblicherweise Kraftstoff, aufgestaut wird, wird im Steuerdruckraum ein hoher Druck erzeugt, der die Düsennadel in einem geschlossenen Zustand hält. Wenn dagegen das Steuerventil den Ablauf öffnet, sinkt der Druck im Steuerdruckraum ab, so daß die Düsennadel öffnen kann.

Um in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen unterschiedliche Kraftstoffmengen einspritzen zu können, ist es wünschenswert, daß die Düsenna del einen kontrollierten Teilöffnungshub ausführen kann, also einen Hub, der klei ner ist als ein vollständiger Öffnungshub aus der Schließstellung in die Öff nungsstellung. Der Verlauf und die Größe eines solchen Teilöffnungshubes hängt insbesondere ab von der Drosselwirkung des Zulaufs zum Steuerdruckraum so wie des Ablaufs aus dem Steuerdruckraum, vom Druckaufbau an den verschiede nen Stellen der Düse, der Temperatur, den bewegten Massen und vor allem der Reibung an den bewegten Teilen. Aufgrund der Vielzahl der Parameter ergibt sich bei einem Teilöffnungshub üblicherweise eine vergleichsweise große Streuung der Einspritzmenge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffeinspritzventil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Einspritzmenge bei ei nem Teilöffnungshub der Düsennadel präziser kontrolliert werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß sich am Ende des Teilöffnungs hubes der Düsennadel ein erheblicher Anstieg des Widerstandes ergibt, der einem weiteren Öffnen der Düsennadel entgegenwirkt. Daher ergibt sich eine mar kanten Schwelle zwischen einer geringeren Öffnungskraft, die nur zu einem Teil öffnungshub der Düsennadel führt, und einer höheren Öffnungskraft, die zu einem vollständigen Öffnungshub der Düsennadel führt, was einen präzisen, teilgeöffne ten Zustand der Düsennadel ermöglicht.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Drosselkolben im Ablauf vom Steuerdruckraum angeordnet ist und mit einer Drosselbohrung versehen ist, wobei der Übergang des Drosselkolbens von der ersten in die zweite Stellung dadurch definiert ist, daß der Drosselkolben an ei nem Anschlag in Anlage gelangt. Bei dieser Ausführungsform wird der Drossel kolben während des Teilöffnungshubes von dem aus dem Steuerdruckraum ab fließenden Fluid verstellt. Solange der Drosselkolben nicht an dem Anschlag an liegt, wird dem Abfließen des Fluids aus dem Steuerdruckraum nur ein ver gleichsweise geringer Widerstand entgegengesetzt; erst nachdem der Drossel kolben an dem Anschlag anliegt, ist das Fluid, das den Steuerdruckraum verläßt, gezwungen, durch die Drosselbohrung zu strömen. Dadurch wird einem weiteren Öffnungshub der Düsennadel ein höherer Widerstand entgegengesetzt. Die Grö ße des Teilöffnungshubes der Düsennadel kann bei dieser Ausführungsform mit geringem Aufwand durch geeignete Auswahl des Querschnittes des Drosselkol bens sowie des möglichen Hubes bis zum Anschlag eingestellt werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Drosselkolben zwischen dem Betätigungsteil und der Düsennadel angeordnet ist und mit einer Nut versehen ist, die mit einer Steuerkante zusammenwirkt, wobei der Übergang des Drosselkolbens von der ersten in die zweite Stellung dadurch definiert ist, daß die Steuerkante mit der Nut in Überlappung gelangt. Bei dieser Ausführungsform bildet der Drosselkolben einen Schieber, der durch Verschlie ßen der Nut einen Abfluß aus einem Raum verschließt, in den die Düsennadel hineinragt und aus dem sie bei einem weiteren Öffnen Fluid verdrängen muß. Die Größe des Teilöffnungshubes kann somit unmittelbar bestimmt werden durch den bei geschlossener Düsennadel vorliegenden Abstand zwischen dem Ende der Nut und der Steuerkante.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 in einer vergrößerten Ansicht einen Teil des Kraftstoffeinspritzventils von Fig. 1;

Fig. 3 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Fig. 2 einen Ausschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin dung; und

Fig. 4 in einer vergrößerten Ansicht entsprechend dem Ausschnitt IV von Fig. 1 einen Ausschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil mit Steuerventil (siehe Fig. 2) gezeigt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 10 auf, in welchem eine Düsennadel 12 verschiebbar angebracht ist. Die Düsennadel 12 steuert das Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine. Der zugeführte Kraftstoff übt auf die Düsennadel 12 eine Öffnungskraft aus, welche die Düsennadel sowie ein Betätigungsteil 14, an dem sich die Düsennadel 12 abstützt, zu einem Steuerdruckraum 16 hin zu ver stellen sucht.

Dem Steuerdruckraum 16 wird ebenfalls Kraftstoff zugeführt, der aufgrund des im Steuerdruckraum 16 herrschenden Drucks eine Schließkraft auf das Betätigungs teil 14 ausübt. Der Kraftstoff wird über einen Zulauf 18 bereitgestellt, und vom Steuerdruckraum 16 geht ein Ablauf 20 ab, der zu einer Steuerkammer 22 eines Steuerventils 24 führt. Für das Steuerventil 24 stellt der Ablauf 20 wiederum den Zulauf dar, und es ist ein Ablauf 26 vorgesehen, durch den der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 und der Steuerkammer 22 abfließen kann.

Das Steuerventil 24 weist in der Steuerkammer 22 eine Ventilnadel 28 auf, die mit einem Ventilsitz 30 zusammenwirkt. Wenn die Ventilnadel 28 am Ventilsitz 30 anliegt, ist das Steuerventil 24 geschlossen, so daß der über den Zulauf 18 der Steuerdruckraum 16 zugeführte Kraftstoff in dieser aufgestaut wird. Der auf diese Weise erzeugte hohe Druck übt auf das Betätigungsteil 14 eine Schließkraft auf, die größer ist als die auf die Düsennadel 12 wirkende Öffnungskraft. Das Betäti gungsteil 14 befindet sich somit in der Schließstellung, und das Kraftstoffein spritzventil ist geschlossen. Wenn dagegen die Ventilnadel 28 vom Ventilsitz 30 abgehoben wird, kann der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 über die Steu erkammer 22 und den Ablauf 26 abfließen, so daß der Druck im Steuerdruckraum absinkt. Die dann verringerte Schließkraft ermöglicht es dem Betätigungsteil, sich aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung zu verstellen, so daß die Düsen nadel öffnet. Es wird nun Kraftstoff eingespritzt.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 3 ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei dem Kraftstoffeinspritz ventil gemäß der ersten Ausführungsform ist im Ablauf vom Steuerdruckraum 16 ein Drosselkolben 32 angeordnet, der mit einer Drosselbohrung 34 versehen ist. Der Drosselkolben wird von einer Feder 36 in die in der Figur gezeigte Aus gangsstellung in Richtung zum Betätigungsteil 14 beaufschlagt. Der Drosselkol ben 32 ist in dem Ablauf 20 entgegen der Wirkung der Feder 36 um eine Strecke s verschiebbar; nach einer Verschiebung um den Hub s gelangt der Drosselkol ben 32 an einen Anschlag 38 in Anlage.

Das beschriebene Einspritzventil arbeitet in der folgenden Weise: Wenn die (in Fig. 3 nicht dargestellte) Ventilnadel vom Ventilsitz 30 abgehoben wird, kann das über den Zulauf 18 bereitgestellte Fluid aus dem Steuerdruckraum 16 aus strömen. Dabei wird der Drosselkolben 32 aus seiner in Fig. 3 gezeigten ersten Stellung entgegen der Wirkung der Feder 36 mitgenommen, da der Durchfluß durch die Drosselbohrung 34 zunächst vernachlässigt werden kann. Das aus dem Steuerdruckraum 16 abfließende Fluid ermöglicht dem Betätigungsteil 14, sich bezüglich Fig. 3 nach oben zu verstellen, so daß die Düsennadel öffnet.

Dem Abfließen des Fluids aus dem Steuerdruckraum 16 wirkt so lange ein ver gleichsweise geringer Widerstand entgegen, bis der Drosselkolben 32 den Hub s zurückgelegt hat, so daß er an dem Anschlag 38 anliegt und sich in seiner zwei ten Stellung befindet. Wenn nun weiterhin Fluid aus dem Steuerdruckraum 16 abfließen soll, so daß das Betätigungsteil 14 weiter geöffnet werden kann, ist dies nur möglich, wenn das aus dem Steuerdruckraum abfließende Fluid unter Über windung des entsprechenden Strömungswiderstandes die Drosselbohrung 34 durchströmt. Dies ist innerhalb der gewünschten kurzen Öffnungszeit nur dann möglich, wenn eine entsprechend große Öffnungskraft auf die Düsennadel ein wirkt.

Der sich ergebende ausgeprägte Übergang von einem Zustand, in welchem einer Verschiebung von Fluid aus dem Steuerdruckraum 16 heraus nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt wird, zu einem Zustand, in welchem einer solchen Verschiebung ein hoher Widerstand entgegenwirkt, ermöglicht einen präzise de finierten Teilhub. Dieser Teilhub endet, sobald der Drosselkolben 32 am Anschlag 38 anliegt. Die Größe des Teilhubes kann dabei in einfacher Weise dadurch ab gestimmt werden, daß der Hub s und die Querschnittsfläche des Drosselkolbens 32 so gewählt werden, daß das dadurch definierte Volumen dem Volumen ent spricht, das bei dem gewünschten Teilöffnungshub von dem Betätigungsteil 14 aus dem Steuerdruckraum 16 verdrängt wird.

Ein vorteilhafter Nebeneffekt der beschriebenen Gestaltung besteht darin, daß das Schwingungsverhalten des Betätigungsteiles beeinflußt und damit das Ver schleißverhalten von Betätigungsteil und Düsennadel verbessert werden kann.

Abweichend von der gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, anstelle der Drosselbohrung einen Spalt zwischen der Außenwand des Drosselkolbens 32 und der Innenwand des Ablaufs 20 zu verwenden, der den entsprechenden Strö mungswiderstand für das aus dem Steuerdruckraum 16 abfließende Fluid bereit stellt.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 4 ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Für die Bauteile, die aus der vorangegangenen Beschreibung bekannt sind, werden dieselben Bezugszei chen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.

Bei dieser Ausführungsform ist der Drosselkolben 32 verschiebbar in einer Füh rungshülse 44 angeordnet, die in den Ventilkörper 10 zwischen dem Betätigungs teil 14 und der Düsennadel 12 eingepreßt ist. Der Drosselkolben 32 liegt mit sei nem bezüglich Fig. 4 unteren Ende direkt an der Düsennadel 12 an, während sich an seinem bezüglich Fig. 4 oberen Ende das Betätigungsteil 14 abstützt. Am Drosselkolben 32 stützt sich ferner eine Düsenfeder 42 ab, welche die Dü sennadel 12 in ihrer Schließstellung beaufschlagt. Da sich das Betätigungsteil nicht direkt an der Düsennadel abstützt, können keine Seitenkräfte vom Betäti gungsteil auf die Düsennadel übertragen werden.

Der Drosselkolben 32 ist mit einer Nut 44 versehen, die als eingeschliffene, ebe ne Fläche auf der Außenwandung des Drosselkolbens 32 ausgebildet ist. Die Nut 44 wirkt mit einer Steuerkante 46 zusammen, die durch den der Düsennadel 12 zugewandten Rand der Führungshülse 40 gebildet ist. Zwischen der Düsennadel und dem Rand der Führungshülse 40 ist ein Leckage-Sammelraum 48 angeord net, in den der Drosselkolben hineinragt.

Das beschriebene Einspritzventil arbeitet in der folgenden Weise: Wenn die im Steuerdruckraum auf das Betätigungsteil 14 ausgeübte Schließkraft nachläßt, hebt die auf die Düsennadel 12 einwirkende Öffnungskraft diese von ihrem Dü sensitz ab, so daß sie sich bezüglich Fig. 4 nach oben entgegen der Wirkung der Düsenfeder 42 verstellt. Dabei kann das in dem Leckage-Sammelraum 48 vorhandene Fluid, solange das untere Ende der Nut 44 unterhalb der Steuerkante liegt, durch die Nut 44 entweichen. Sobald der Drosselkolben 32 um den Hub s verschoben ist, verschließt die Steuerkante 46 die Nut 44, so daß das im Lecka ge-Sammelraum 48 vorhandene Fluid nur noch durch das Spiel zwischen dem Drosselkolben 32 und der Führungshülse 40 entweichen kann.

Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein starker Anstieg der notwendigen Öffnungskraft, nachdem die Düsennadel 12 einen Teilöffnungshub zurückgelegt hat und dementsprechend der Drosselkolben 32 von seiner ersten Stellung, in der die Nut 44 frei zugänglich ist, in seine zweite Stellung verschoben wurde, in der die Nut 44 von der Steuerkante 46 abgedeckt ist. Im Unterschied zur ersten Aus führungsform entspricht hier der Hub s, den der Drosselkolben 32 zurücklegt, bis die Steuerkante die Nut verschließt, exakt dem Teilöffnungshub der Düsennadel; bei der ersten Ausführungsform kann sich, wenn unterschiedliche Querschnitte für das Betätigungsteil 14 und den Drosselkolben 32 gewählt werden, eine hydrauli sche Übersetzung der Wegverhältnisse ergeben.

Bezugszeichenliste

10

Ventilkörper

12

Düsennadel

14

Betätigungsteil

16

Steuerdruckraum

18

Zulauf

20

Ablauf Steuerdruckraum

22

Steuerkammer

24

Steuerventil

26

Ablauf Steuerkammer

28

Ventilnadel

30

Ventilsitz

32

Drosselkolben

34

Drosselbohrung

36

Feder

38

Anschlag

40

Führungshülse

42

Düsenfeder

44

Nut

46

Steuerkante

48

Leckage-Sammelraum
s Hub

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (10), einem darin ausgebildeten Steuerdruckraum (16), der an einer Seite von einem Betätigungsteil (14) für eine Düsennadel (12) verschlossen ist, die von dem Betätigungsteil gesteuert zwi schen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verschiebbar ist, einem Zulauf (18) zum Steuerdruckraum und mit einem Ablauf (20) aus dem Steuer druckraum, der von einem Steuerventil (24) gesteuert wird, dadurch gekenn zeichnet, daß ein verschiebbarer Drosselkolben (32) vorgesehen ist, der in einer ersten Stellung einen Teilöffnungshub der Düsennadel aus der Schließstellung entgegen einem geringen Widerstand ermöglicht und in einer zweiten Stellung einen sich an den Teilöffnungshub anschließenden restlichen Öffnungshub der Düsennadel (12) in die Öffnungsstellung nur entgegen einem höheren Wider stand ermöglicht.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkol ben im Ablauf (20) vom Steuerdruckraum (16) angeordnet ist und mit einer Dros selbohrung (34) versehen ist, wobei der Übergang des Drosselkolbens von der ersten in die zweite Stellung dadurch definiert ist, daß der Drosselkolben an ei nem Anschlag (38) in Anlage gelangt.

3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (36) vorgesehen ist, die den Drosselkolben zum Betätigungsteil hin beaufschlagt.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkol ben (32) zwischen dem Betätigungsteil (14) und der Düsennadel (12) angeordnet ist und mit einer Nut (44) versehen ist, die mit einer Steuerkante (46) zusam menwirkt, wobei der Übergang des Drosselkolbens von der ersten in die zweite Stellung dadurch definiert ist, daß die Steuerkante (46) mit der Nut (44) in Über lappung gelangt.

5. Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (44) durch eine ebene Fläche gebildet ist, die in die Wandung des Drosselkolbens (32) eingeschliffen ist.

6. Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder meh rere Aussparungen in die Wandung des Drosselkolbens (32) eingebracht sind.