DE10038996A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Abstract

Um bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse, mit einem axial beweglichen Ventilglied zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung und mit einem in Schließrichtung des Ventilgliedes wirkenden Stößel, der in einer Bohrung eines in das Ventilgehäuse eingesetzten Ventilstücks geführt wird und in dem Ventilstück einen Steuerdruckraum einschließt, welcher über einen mit wenigstens einer Zulaufdrossel versehenen, radial aus dem Steuerdruckraum abzweigenden Zulaufkanel mit einem Kraftstoffhochdruckanschluß und über einen von einem Steuerventilglied verschließbaren, eine Ablaufdrossel aufweisenden Ablaufkanal mit einem Kraftstoffniederdruckanschluß verbindbar ist, den Kraftstoffdurchfluß durch die Zulaufdrossel einstellen zu können, wird vorgeschlagen, daß in einer radial zur Achse der Bohrung verlaufenden Durchgangsöffnung des Ventilgehäuses ein von außerhalb des Ventilgehäuses bewegliches und fixierbares Stellglied angeordnet ist, das mit einer dem Steuerdruckraum zugewandten Drosselnadel in eine Zulauföffnung des Zulaufkanals zur Einstellung des Durchflußquerschnitts des Zulaufkanals einführbar ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil, welches auch als Injektor bezeichnet wird, ist beispielsweise aus der DE 196 50 865 A1 bekannt und wird in Kraftstoffeinspritzanlagen ver­ wandt, die mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher ausgerüstet sind. Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil wird eine Ventilnadel über einen Stößel von in einem Steuerdruckraum herrschenden Kraftstoffdruck in Schließrichtung belastet. Der Steuerdruckraum ist in einem in das Ventilgehäuse eingesetz­ ten Ventilstück angeordnet und über einen mit einer Zulauf­ drossel versehenen Zulaufkanal mit einem Kraftstoffhochdruck­ anschluß und über einen mit einer Ablaufdrossel versehenen Ablaufkanal mit einem Kraftstoffniederdruckanschluß verbun­ den. Mit einem Steuerventilglied eines. Steuerventils, welches als Antrieb beispielsweise einen Magnetsteller oder einen Piezosteller hat, kann der Ablaufkanal geschlossen und geöff­ net werden und so der Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum für die einzelnen Betätigungsvorgänge der Ventilnadel gesteuert werden. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel wird bei geöffnetem Ablaufkanal durch den Durchflußunterschied zwi­ schen Zulaufdrossel und Ablaufdrossel und damit letztlich durch das Größenverhältnis von Zulauf- und Ablaufdrossel be­ stimmt. Daher müssen die Zulaufdrossel und die Ablaufdrossel mit sehr großer Präzision in dem Ventilstück ausgebildet wer­ den. Liegen die geometrischen Abmessungen der Zulaufdrossel nicht innerhalb der geforderten Genauigkeit, so muß das Kraftstoffeinspritzventil demontiert und beispielsweise ein neues Ventilstück mit angepaßter Zulaufdrossel gefertigt wer­ den oder durch eine Hubveränderung des Steuerventilgliedes der Kraftstoffabfluß aus dem Steuerdruckraum angepaßt werden.

Vorteile der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 werden diese Nach­ teile vermieden.

Dies wird durch ein in einer Durchgangsöffnung des Ventilge­ häuses angeordnetes, von außerhalb des Ventilgehäuses beweg­ liches und fixierbares Stellglied erreicht, das mit einer dem Steuerdruckraum zugewandten Drosselnadel in eine Zulauföff­ nung des Zulaufkanals einführbar ist. Durch das von außerhalb des Ventilgehäuses einstellbare Stellglied kann in einfacher Weise der Durchflußunterschied zwischen Zulauf- und Ablauf­ drossel und damit die Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel eingestellt werden. So kann beispielsweise vorteilhaft bei einer Nachjustage des Injektors bei festgestellten Abweichun­ gen vom vorgegebenen Kraftstoffdurchfluß zwischen Zulauf- und Ablaufdrossel mittels des von außen betätigbaren Stellgliedes durch schrittweises Einführen oder Entfernen der Drosselnadel aus der Zulauföffnung des Zulaufkanals der Durchflußquer­ schnitt im Zulaufkanal und damit die Strömungseigenschaften des in den Steuerdruckraum einlaufenden Kraftstoffs einge­ stellt werden. Das Kraftstoffeinspritzventil muß hierfür nicht völlig zerlegt werden. Das erfindungsgemäße Kraftstoff­ einspritzventil erlaubt somit eine einfache Nachjustage bei Mengenabweichungen im Prüffeld.

Weiterentwicklungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfin­ dung werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Stellglied in die Durch­ gangsöffnung des Ventilgehäuses einschraubbar ist. Durch ein­ faches Einschrauben des Stellgliedes in die Durchgangsöffnung kann die Drosselnadel auf sehr einfache Weise präzise in die Zulauföffnung des Zulaufkanals eingeführt werden. Ebenso leicht kann durch eine Drehung des Stellgliedes in entgegen­ gesetzter Richtung die Drosselnadel aus der Zulauföffnung ein Stück weit entfernt werden.

Vorteilhaft kann die das Stellglied aufnehmende Durchgangs­ öffnung über einen zwischen dem Ventilgehäuse und dem Stell­ glied angeordneten Dichtring abgedichtet werden, der mit dem schraubbaren Stellglied gegen eine Dichtfläche des Ventilge­ häuses angedrückt wird.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Zulauföffnung des Zulaufkanals konusförmig ausgebil­ det ist.

Besonders vorteilhaft ist es, den Durchflußquerschnitt im Zu­ laufkanal mit einer kegelförmig ausgebildete Drosselnadel einzustellen. Durch die sich von der Kegelspitze aus vergrö­ ßernde Querschnittfläche der Drosselnadel wird der Durchfluß­ querschnitt des Kraftstoffstromes im Zulaufkanal beim Einfüh­ ren der Drosselnadel in die Zulauföffnung stetig verkleinert. Besonders gut ist der Durchflußquerschnitt im Zulaufkanal einstellbar, wenn der Scheitelwinkel der kegelförmigen Dros­ selnadel kleiner oder gleich dem Öffnungswinkel der konusför­ migen Zulauföffnung des Zulaufkanals ausgebildet ist.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den oberen Teil eines erfindungs­ gemäßen Kraftstoffeinspritzventils mit Magnetsteller,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch das Ventilstück von Fig. 1 in einer Ebene, welche gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ebene um die Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils gedreht ist,

Fig. 3 ein vergrößertes Detail aus Fig. 2.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil, einen sogenannten Injektor, darge­ stellt. Das Kraftstoffeinspritzventil ist zur Verwendung in einer Kraftstoffeinspritzanlage bestimmt, die mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher ausgerüstet ist, der durch eine Hochdruckförderpumpe kontinuierlich mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird und von dem aus dieser Kraftstoff unter Ein­ spritzdruck über einzelne elektrisch gesteuerte Einspritzven­ tile der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventil­ gehäuse 4 mit einer Längsbohrung 5 auf, in der ein kolbenar­ tiger Stößel 6 angeordnet ist, der an seinem einen Ende auf ein in einem nicht dargestellten Düsenkörper angeordnetes, als Ventilnadel ausgebildetes Ventilglied einwirkt. Die Ven­ tilnadel verschließt durch die Schließkraft einer Düsenfeder und die Druckkraft des Stößels 6 wenigstens eine Einspritz­ öffnung im Düsenkörper. An der Ventilnadel ist in bekannter Weise eine Druckschulter ausgebildet, die in einem Druckraum des Düsenkörpers angeordnet ist. Der Druckraum wird über eine Druckbohrung 8 mit unter Hochdruck stehendem. Kraftstoff ver­ sorgt. Bei einer Öffnungshubbewegung des Stößels 6 wird die Ventilnadel durch den ständig an der Druckschulter angreifen­ den Kraftstoffhochdruck im Druckraum entgegen der Schließ­ kraft der Düsenfeder angehoben. Durch die dann mit dem Druck­ raum verbundene Einspritzöffnung erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Durch Absenken des Stößels wird die Ventilnadel in Schließrichtung der Federkraft der Düsenfeder in den Ventilsitz des Ein­ spritzventils gedrückt und der Einspritzvorgang beendet.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Stößel 6 mit seinem der Ventilnadel gegenüberliegenden Ende in der Zylinderboh­ rung 11 eines in das Ventilgehäuse 4 eingesetzten Ventil­ stücks 12 geführt. In der Zylinderbohrung 11 schließt die Stirnseite 13 des Stößels 6 einen Steuerdruckraum 14 ein. Wie weiterhin aus der Schnittdarstellung von Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Steuerdruckraum 14 über einen Zulaufkanal 15 mit einem Ringraum 20 verbunden, der, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, über einen Kraftstoffhochdruckanschluß 16 mit einem An­ schlußstutzen 3 verbunden, welcher einen Kraftstoffilter 42 aufweist und zum Anschluß an den Kraftstoffhochdruckspeicher dient. Der Ringraum 20 ist über einen Dichtring 39 zur Längs­ bohrung 5 abgedichtet. Über den Zulaufkanal 15 ist der Steu­ erdruckraum 14 dem im Kraftstoffhochdruckspeicher herrschen­ den hohen Kraftstoffdruck ausgesetzt.

Koaxial zum Stößel 6 zweigt aus dem Steuerdruckraum 14 eine im Ventilstück 12 verlaufende Bohrung ab, die einen mit einer Ablaufdrossel 18 versehenen Ablaufkanal 17 bildet, der in ei­ nen Entlastungsraum 19 einmündet, der mit einem Kraftstoff­ niederdruckanschluß 10 verbunden ist, welcher wiederum in nicht weiter dargestellter Weise mit einem Kraftstoffrücklauf des Einspritzventils 1 verbunden ist. Der Austritt des Ab­ laufkanals 17 aus dem Ventilstück 12 erfolgt im Bereich eines kegelförmig angesenkten Teiles 21 der außenliegenden Stirn­ seite des Ventilstückes 12. Das Ventilstück 12 ist dabei in einem Flanschbereich 22 fest über ein Schraubglied 23 mit dem Ventilgehäuse 4 verspannt. In dem kegelförmigen Teil 21 ist ein Ventilsitz 24 ausgebildet, mit dem ein Steuerventilglied 25 eines das Einspritzventil steuernden Magnetventils 30 zu­ sammenwirkt. Das Steuerventilglied ist auf einem Ankerbolzen 27 angeordnet, welcher ständig durch eine sich gehäusefest abstützende Schließfeder 31 in Schließrichtung beaufschlagt wird, so daß das Steuerventilglied 25 normalerweise in Schließstellung am Ventilsitz 24 anliegt und der Steuerdruck­ raum 14 zur Entlastungsseite 19 hin verschlossen ist, so daß sich dort über den Zulaufkanal 15 sehr schnell der hohe Druck aufbaut, der auch in dem Kraftstoffhochdruckspeicher ansteht. Über die Fläche der Stirnseite 13 erzeugt der Druck im Steu­ erdruckraum 14 eine Schließkraft auf den Stößel 6 und die da­ mit in Verbindung stehende Ventilnadel, die größer ist als die andererseits in Öffnungsrichtung in Folge des anstehenden Hochdrucks wirkenden Kräfte. Wird der Steuerdruckraum 14 durch Öffnen des Magnetventils zur Entlastungsseite 19 hin geöffnet, baut sich der Druck in dem geringen Volumen des Steuerdruckraumes 14 sehr schnell ab, da dieser über eine weiter unten dargestellte Zulaufdrossel von der Hochdrucksei­ te abgekoppelt ist. Infolgedessen überwiegt die auf die Ven­ tilnadel in Öffnungsrichtung wirkende Kraft aus dem an der Ventilnadel anstehenden Kraftstoffhochdruck, so daß diese nach oben bewegt und dabei die wenigstens eine Einspritzöff­ nung zur Einspritzung geöffnet wird. Schließt jedoch das Ma­ gnetventil 30 den Ablaufkanal 17, kann der Druck im Steuer­ druckraum 14 durch den über den Zulaufkanal 15 nachfließenden Kraftstoff wieder aufgebaut werden, so daß die ursprüngliche Schließkraft ansteht und die Ventilnadel des Kraftstoff­ einspritzventils schließt. Natürlich kann an Stelle des mit dem Steuerventilglied 25 zusammenwirkenden Magnetstellers auch ein Piezosteller oder eine Kombination aus Piezosteller und Magnetsteller oder ein anderes Teil verwandt werden.

Der oben beschriebene Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils 1 entspricht im wesentlichen den im Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzventilen. Bei den im Stand der Technik be­ kannten Kraftstoffeinspritzventilen ist die Zulaufdrossel durch eine Bohrung in der Seitenwand des Ventilstücks ausge­ bildet. Der Kraftstoffzufluß aus dem Ringraum 20 in den Steu­ erdruckraum 14 kann von außen nicht verändert werden, da nach dem Zusammenbau des Kraftstoffeinspritzventils das Verhältnis zwischen Kraftstoffzulauf und Kraftstoffablauf feststeht.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist im Unterschied zum Stand der Technik ein Stellglied 50 vorgese­ hen, das in einer radial zur Achse der Bohrung 11 verlaufen­ den Durchgangsöffnung 7 des Ventilgehäuses 4 beweglich ange­ ordnet ist. Das Stellglied 50 ist in diesem Ausführungsbei­ spiel in die Durchgangsöffnung 7 einschraubbar. Es ist aber auch möglich, das Stellglied 50 beispielsweise als Schiebe­ buchse oder in anderer Weise auszubilden. Wichtig ist, daß das Stellglied zum Steuerdruckraum 14 hin beweglich ist und in der einmal eingestellten Lage fixierbar ist. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß in die Seiten­ wand 58 des Ventilgehäuses 4 eine Gewindebohrung eingebracht wird und das Stellglied schraubbar ausgebildet ist. An dem in die Durchgangsöffnung 7 eingeführten Ende 53 des Stellgliedes 50 weist dieses eine zum Steuerdruckraum 14 hin abstehende, kegelförmige Drosselnadel 51 auf. Die Drosselnadel kann aber auch eine geeignete andere Form aufweisen. In einer dem Au­ ßenraum zugewandten Ausnehmung 56 der Seitenwand 58 des Ven­ tilgehäuses ist ein Dichtring 57 angeordnet, der durch einen Kragen 59 des Stellgliedes 50 in die Ausnehmung 56 gedrückt wird und so die Durchgangsöffnung 7 abdichtet. Zweckmäßiger Weise ist das Gewinde in der Durchgangsöffnung 7 mit einer geringen Gewindesteilheit versehen, um ein besseres Einstel­ len des Stellgliedes 50 zu ermöglichen. Beim Einstellen des Stellgliedes 50 preßt das Stellglied den Dichtring 57 ständig gegen die Gehäusewand 58 an, so daß die Durchgangsöffnung 7 stets abgedichtet ist.

Wie weiterhin in Fig. 3 am besten zu erkennen ist, umfaßt der Zulaufkanal des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz­ ventils eine radial zur Achse der Bohrung 11 durch die Wand des Ventilstücks 12 führende Bohrung 52 an deren einem dem Ringraum 20 zugewandten Ende sich eine konusförmige Zulauf­ öffnung 54 anschließt, die sich zu dem das Ventilstück 12 umfangsseitig umgebenden Ringraum 20 hin öffnet. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, bildet die konusförmige Zulauföffnung 54 mit der Zylinderbohrung 52 eine umlaufende Kante 55. Der Scheitelwinkel β der kegelförmigen Drosselnadel 51 ist vor­ teilhaft kleiner oder genauso groß ausgebildet wie der Öff­ nungswinkel α der konusförmigen Zulauföffnung 54 des Zulauf­ kanals 15.

Beim Einschrauben des Stellgliedes 51 dringt dieses mit der Drosselnadel 51 in die Zulauföffnung 54 des Zulaufkanals 15 mittig ein. Dabei kann die Spitze der Drosselnadel 51 ein Stück weit in die Bohrung 52 eindringen. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird durch das Einführen der Drosselnadel der Durchflußquerschnitt des Zulaufkanals 15 verkleinert. In Fig. 3 resultiert der Durchflußquerschnitt aus dem Abstand d der Kante 55 des Zulaufkanals 15 von der Mantelfläche der kegelförmigen Drosselnadel 51. Je weiter die Drosselnadel 51 in die Zulauföffnung 54 eingeführt wird, desto kleiner wird dieser Abstand d. Durch Einschrauben oder Entfernen des Stellgliedes 50 kann so in einfacher Weise der Durchfluß­ querschnitt für den in den Steuerdruckraum einströmenden Kraftstoff verändert werden und dadurch die Schnelligkeit, mit der sich der Steuerdruckraum mit Kraftstoff füllt und mit der sich die Ventilnadel schließt, eingestellt werden.

Claims (7)

1. Kraftstoffeinspritzventil (1) für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilgehäuse (4) und einem axial beweglichen Ventil­ glied zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung des Einspritzventils und mit einem in Schließrichtung des Ven­ tilgliedes wirkenden Stößel (6), der mit seinem von der Ein­ spritzöffnung abgewandten Ende (13) in einer Bohrung (11) eines in das Ventilgehäuse (4) eingesetzten Ventilstücks (12) geführt wird und mit diesem Ende (13) in dem Ventil­ stück einen Steuerdruckraum (14) einschließt, welcher Steu­ erdruckraum (14) über einen mit wenigstens einer Zulaufdros­ sel (51) versehenen, radial aus dem Steuerdruckraum (14) ab­ zweigenden Zulaufkanal (15) mit einem Kraftstoffhochdruckan­ schluß (16) und über einen von einem beweglichen Steuerven­ tilglied (25) verschließbaren, eine Ablaufdrossel (18) auf­ weisenden Ablaufkanal (17) mit einem Kraftstoffniederdruck­ anschluß (10) verbindbar ist, wobei über den vom Steuerven­ tilglied (25) gesteuerten Kraftstoffdruck im Steuerdruckraum der Einspritzvorgang steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer radial zur Achse der Bohrung (11) verlaufenden Durchgangsöffnung (7) des Ventilgehäuses (4) ein von außer­ halb des Ventilgehäuses (4) bewegliches und fixierbares Stellglied (50) angeordnet ist, das mit einer dem Steuer­ druckraum (14) zugewandten Drosselnadel (51) in eine Zulauf­ Öffnung (54) des Zulaufkanals (15) zur Einstellung des Durchflußquerschnitts des Zulaufkanals (15) einführbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Stellglied (50) in die Durchgangsöff­ nung (7) des Ventilgehäuses (4) einschraubbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Einschrauben des Stellgliedes (50) in die Durchgangsöffnung (7) die Drosselnadel (51) in die Zulauföffnung (54) des Zulaufkanals (15) einführbar ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (7) über einen zwi­ schen dem Ventilgehäuse (4) und dem Stellglied (50) angeord­ neten Dichtring (57) abgedichtet ist, der durch die Spann­ kraft des Stellgliedes (50) gegen eine Dichtfläche (56) des Ventilgehäuses angedrückt wird.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zulauföffnung (54) des Zulaufkanals (15) konusförmig ausgebildet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drosselnadel (51) kegelförmig ausge­ bildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelwinkel (β) der kegelförmigen Drosselnadel (51) kleiner oder genauso groß ist wie der Öff­ nungswinkel (α) der konusförmigen Zulauföffnung (54) des Zu­ laufkanals (15).