DE10046823A1 - Servo control valve for injection injectors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Servosteuerventil für Einspritzin jektoren von Brennkraftmaschinen, insbesondere von mit Spei cherdruckeinspritzung arbeitenden und mit Diesel oder Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen.The invention relates to a servo control valve for injection ejectors of internal combustion engines, in particular with spit Pressure injection and working with diesel or heavy oil operated internal combustion engines.
Derartige Einspritzinjektoren sind aus der Praxis bekannt und umfassen üblicherweise eine Einspritzdüse, ein dieser zugeord netes Steuerventil, ein das Steuerventil ansprechendes Ser vosteuerventil und einen Axialsteller, meist in Form eines Ma gnetstellers. Bedingt ist ein derartiger Aufbau dadurch, dass über Magnetsteller passender Größe bei direkter Beaufschlagung des Steuerventiles kaum die erforderlichen Stellkräfte aufge bracht werden können, so dass ein Servosteuerventil zwischenge schaltet wird, das quasi Verstärkerfunktion hat und das mit ei nem abgestuften Drosselsystem arbeitet, wobei der federbelaste te Magnetanker den Abflussdrosselquerschnitt steuert, so dass durch die den Magnetanker auf seine Schließstellung belastende Stellfeder die Kräfte aufgebracht werden müssen, die abhängig vom Steueröldruck und dem Querschnitt der über den Magnetanker gesteuerten Abflussdrossel nötig sind, den Abflussquerschnitt bei Überdeckung durch den Magnetanker zu sperren. Hierdurch er geben sich sowohl hinsichtlich der Arbeitsdrücke wie auch hin sichtlich des über den Magnetanker bei nicht bestromten Magne ten abzudeckenden Querschnittes Beschränkungen, da die den Ma gnetanker im Hinblick auf die Sperrstellung belastende Feder schwächer sein muß als die vom Magneten bei Bestromung aufzu bringende Hubkraft.Such injection injectors are known from practice and usually comprise an injection nozzle, assigned to one netes control valve, a Ser responsive to the control valve pilot valve and an axial actuator, usually in the form of a Ma gnetstellers. Such a structure is due to the fact that via the appropriate size magnetic actuator when directly loaded the control valve hardly the required actuating forces can be brought so that a servo control valve interposed is switched, which has a quasi amplifier function and that with egg nem graduated throttle system works, the spring-loaded te magnetic armature controls the discharge throttle cross-section so that through which the magnetic armature is loaded onto its closed position Actuator the forces that have to be applied depending from the control oil pressure and the cross section of the via the armature controlled discharge throttle are necessary, the discharge cross section to lock when covered by the magnetic armature. This way he indulge both in terms of working pressures as well visibly that of the magnet armature when the magnet is not energized th cross-section to be covered, since the Ma gnetanker with regard to the locking position loading spring must be weaker than that of the magnet when energized bringing lifting power.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servosteuerventil für Einspritzinjektoren zu schaffen, das trotz vorgegebener Be schränkungen hinsichtlich der über den Axialsteller, insbeson dere einen Magnetsteller aufgebrachten Stellkräfte hohe Stell geschwindigkeiten bei den erforderlichen, aufzubringenden rela tiv hohen Stellkräfte ermöglicht.The invention has for its object a servo control valve to create for injection injectors that despite predetermined Be restrictions with regard to the axial actuator, in particular which a magnetic actuator applied positioning forces high positioning speeds at the required rela tiv high actuating forces.
Erreicht wird dies bei einem Servosteuerventil für Einspritzin jektoren durch eine Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 1, demzu folge als Servosteuerventil ein 3/2-Wegeventil verwendet wird, das hinreichend große Steuerquerschnitte ermöglicht und trotz Integration in den Einspritzinjektor einen vergleichsweise ein fachen Aufbau aufweist. Gearbeitet wird hierzu mit einem Ven tilführungseinsatz, der vom Injektorgehäuse aufgenommen wird und der im Injektorgehäuse dicht eingepresst zu fixieren ist, durch eine quergeteilte Ausbildung zugleich aber beste Voraus setzungen für hohe Präzision, auch hinsichtlich der Einpassung in den Injektor ermöglicht. Zugleich lassen sich hohe Stellge schwindigkeiten erreichen. Insbesondere bietet die erfindungs gemäße Ausgestaltung, durch die Querteilung des Ventilführungs einsatzes und die Führung von dessen als Gegenventilkörper die nendem Teil auf dem Steuerkolben, auch besonders günstige Vor aussetzungen etwaige Toleranzen in der Achsierung der Ventil teile und deren Zuordnung zum Stellkolben auszugleichen, sowie auch die Kanalwege innerhalb des Servosteuerventiles sowie auch zu den Anschlüssen einfach und mit großen Querschnitten zu ge stalten.This is achieved with a servo control valve for the injector ejectors by an embodiment according to claim 1, accordingly follow a 3/2-way valve as servo control valve, that enables sufficiently large tax cross sections and despite Integration in the injection injector a comparatively one fold structure. To do this, a Ven Guide insert that is received by the injector housing and which has to be fixed tightly pressed into the injector housing, through cross-divided training at the same time the best advance Setting for high precision, also with regard to fitting into the injector. At the same time high Stellge reach speed. In particular, the invention appropriate design, by the transverse division of the valve guide use and the leadership of which as a counter valve body part on the control spool, also particularly favorable front any tolerances in the alignment of the valve parts and their assignment to the actuating piston, and also the channel paths within the servo control valve as well easy to connect with large cross sections Stalten.
Abgesehen von der Anwendung in Einspritzinjektoren können Ven tile der geschilderten Art mit quergeteiltem Ventilführungsein satz auch anderweitig zweckmäßig sein, da durch die Aufteilung des Ventileinsatzes in einen für den Steuerkolben führenden Teil und in einen vom Steuerkolben geführten Teil nicht nur Vorteile hinsichtlich des Aufbaues als druckausgeglichenem Ven til, bei mit einem radial überstehenden Steuerbund ausgebilde tem Steuerkolben, hinsichtlich Aufbau und Montage erreichbar sind, sondern gegebenenfalls auch für Servicezwecke der Zugriff auf die Innenteile des Ventiles erleichtert wird, ohne dass dessen Zentrierung gegenüber dem jeweils aufnehmenden Teil auf gegeben bzw. gelöst werden muß, da der Zugang über den auf dem Kolben geführten Teil des Ventileinführungseinsatzes möglich wird.Apart from the use in injection injectors, Ven tile of the type described with cross-divided valve guide sentence can also be otherwise useful because of the division of the valve insert into one leading for the control piston Part and not only in a part guided by the control piston Advantages with regard to the construction as a pressure-balanced Ven til, trained with a radially protruding control collar control piston, accessible in terms of construction and assembly access, but possibly also for service purposes on the inner parts of the valve is facilitated without centering it on the respective receiving part must be given or solved, since access via the on the Piston-guided part of the valve insertion insert possible becomes.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:Further details and features of the invention emerge from the claims. Furthermore, the invention is set forth below hand of an embodiment explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in stark schematisierter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Einspritzinjektor, wobei dieser Ausschnitt im wesentlichen auf die Darstellung des Servosteuer ventiles im Schnitt beschränkt ist, das über einen Axialsteller in Form eines Magnetstellers angespro chen wird und über das die Druckbeaufschlagung für einen Stellkolben, bevorzugt einen Stellkolben eines Steuerventiles gesteuert wird, und Fig. 1 in a highly schematic representation of a section of an injection injector, this section is essentially limited to the representation of the servo control valve in section, which is addressed by an axial actuator in the form of a magnetic actuator and via which the pressurization for an actuating piston is preferred a control piston of a control valve is controlled, and
Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung entsprechend A in Fig. 1. FIG. 2 shows an enlarged section corresponding to A in FIG. 1.
Die Figuren zeigen einen Ausschnitt aus einem Einspritzinjektor 1, wobei mit 2 ein Teilbereich eines Steuerventiles 2 bezeich net ist, dem ein Servosteuerventil 3 vorgelagert ist. In der Wirkkette davor liegt ein Axialsteller in Form eines schema tisch angedeuteten Magnetstellers 4 mit einem Magnetanker 5 der in Richtung auf das Servosteuerventil 3 über eine Feder 6 bela stet ist. Wird der Magnetsteller 4 bestromt, so wird der Magne tanker 5 gegen die Kraft der Feder 6 angehoben.The figures show a section of an injection injector 1 , 2 being a partial area of a control valve 2, which is preceded by a servo control valve 3 . In the knitting chain there is an axial actuator in the form of a schematically indicated magnetic actuator 4 with a magnet armature 5 which is loaded in the direction of the servo control valve 3 via a spring 6 . If the magnetic actuator 4 is energized, the magnetic tanker 5 is raised against the force of the spring 6 .
Der Magnetanker 5 wirkt auf einen Steuerkolben 7, der in einem Ventilführungseinsatz 8 angeordnet ist, welcher bezogen auf die gemeinsame Fluchtachse 9 von Magnetsteller 4, Servosteuerventil 3 und Steuerventil 2 quergeteilt ist und dessen einer Teil als Ventilkörper 10 und dessen anderer Teil als Gegenventilkörper 11 axial aneinander anschließen und gegeneinander abgestützt sind, wobei der Ventilkörper 10 in ein Aufnahmegehäuse für das Servosteuerventil 3 dichtend axial eingepresst ist. Der den Ventilführungseinsatz 8 umschließende Gehäusebereich ist mit 12 bezeichnet und kann durch einen Gehäuseteil des Einspritzinjek tors 1 gebildet sein.The magnet armature 5 acts on a control piston 7 , which is arranged in a valve guide insert 8 , which is cross-divided in relation to the common escape axis 9 of the magnetic actuator 4 , servo control valve 3 and control valve 2 and one part of which as the valve body 10 and the other part as the counter valve body 11 axially connect to each other and are supported against each other, the valve body 10 being axially pressed in a sealing housing for the servo control valve 3 . The housing area enclosing the valve guide insert 8 is denoted by 12 and can be formed by a housing part of the injection injector 1 .
Die Teilungsebene zwischen Ventilkörper 10 und Gegenventilkör per 11 liegt zwischen den axial beabstandeten Dichtkanten 14 und 15, von denen die Dichtkante 14 dem Ventilkörper 10 und die Dichtkante 15 dem Gegenventilkörper 11 zugeordnet ist, die zwi schen sich die Ventilkammer 16 einschließen. Der Ventilkammer 16 ist seitens des Steuerkolbens 7 ein Ringbund 17 zugeordnet, der Steuerkanten 18 und 19 aufweist, welche bei verhältnismäßig geringer radialer Überdeckung des Ringbundes 17 zur Ventilkam mer 16 mit den Dichtkanten 14 und 15 der Ventilkammer 16 zusam menwirken, wenn entsprechend dem axialen Verstellweg des Steu erkolbens 7 die eine oder die andere in ihrer Anlagestellung kommt.The plane of division between the valve body 10 and Gegenventilkör by 11 lies between the axially spaced sealing edges 14 and 15 , of which the sealing edge 14 is associated with the valve body 10 and the sealing edge 15 with the counter valve body 11 , which include the valve chamber 16 between. The valve chamber 16 is associated with the part of the spool 7 an annular collar 17 of the control edges 18, and 19, which menwirken at relatively small radial overlapping of the collar 17 to the Ventilkam mer 16 to the sealing edges 14 and 15 of the valve chamber 16 together when in accordance with the axial displacement of the control piston 7 one or the other comes in its contact position.
Beiderseits des Ringbundes 17 weist der Steuerkolben 7 im Durchmesser zurückgenommene Ringbereiche als Ringräume 20 und 21 auf, wobei die Ringkammer 21 im Bereich des im Gegenventil körper 11 liegenden Endes des Steuerkolbens 7 durch einen Füh rungsbund 22 begrenzt ist, auf dem, quasi als Zentrierbund, der Gegenventilkörper. 11 geführt ist, wobei der Gegenventilkörper 11 bei napfförmiger Ausbildung eine Bodenzone 23 aufweist, die den Steuerkolben 7 untergreift und die die Abstützung für eine Feder 24 bildet, welche in einer Axialbohrung 25 des Steuerkol bens 7 liegend gegen eine Schulter 26 desselben abgestützt ist.On both sides of the annular collar 17 , the control piston 7 has annular areas with reduced diameter as annular spaces 20 and 21 , the annular chamber 21 in the region of the end of the control piston 7 lying in the counter-valve body 11 being limited by a guide collar 22 on which, as a centering collar, the counter valve body. 11 is guided, wherein the corresponding valve body in a cup-shaped formation having a bottom region 23 11 which engages under the control piston 7 and the support for a spring 24 forms, which is bens supported in an axial bore 25 of the Steuerkol 7 lying against a shoulder 26 thereof.
In Gegenrichtung bildet die Bodenzone 23 eine Abstützung für eine Feder 27, die einen Druckraum 28 überbrückend einen Stell kolben 29 beaufschlagt, der axial verschieblich dem Steuerven til 2 zugeordnet ist und sich gegen dessen Steuerkolben ab stützt.In the opposite direction, the bottom zone 23 forms a support for a spring 27 , which bridges a pressure chamber 28 , a control piston 29 which is axially displaceably assigned to the Steuererven valve 2 and is supported against the control piston.
Dem Ringraum 20 ist ein Versorgungsanschluss 30 zugeordnet, der durch eine Radialbohrung gebildet ist und den Ventilkörper 10 und den anschließenden Gehäusebereich durchsetzt. Im Ausfüh rungsbeispiel ist der Versorgungsanschluss 30 ein Hochdruckan schluss, über den Steueröl zugeführt wird. Dieses tritt in der gezeigten Schaltstellung des Servosteuerventiles 3, in der der Magnetanker 5 über die Feder 6 den Steuerkolben 7 in Richtung auf den Gegenventilkörper 11 belastet und in der die Dichtkante 15 mit der Steuerkante 19 dichtend zusammenwirkt, auf die Ven tilkammer 16 über, und gelangt von dort über radiale Überström querschnitte 31 in den Druckraum 28. Hierbei sind die radialen Überströmquerschnitte 31 als Ringspalte oder dergleichen ausge bildet, die beispielsweise dadurch gebildet sind, das zwischen dem Gegenventilkörper 11 und dem Ventilkörper 10 Distanzelemen te liegen, die durch axiale Ansätze an dem Ventilkörper 10 und/oder an dem Gegenventilkörper 11 gebildet sind. Gegebenen falls kann auch ein ringförmiger Einsatz vorgesehen sein, der entsprechende Übertrittsquerschnitte 31 freigibt.A supply connection 30 , which is formed by a radial bore and passes through the valve body 10 and the adjoining housing area, is assigned to the annular space 20 . In the exemplary embodiment, the supply connection 30 is a high-pressure connection via which control oil is supplied. This occurs in the switching position of the servo control valve 3 shown , in which the armature 5 loads the control piston 7 in the direction of the counter valve body 11 via the spring 6 and in which the sealing edge 15 cooperates sealingly with the control edge 19 , to the valve chamber 16 via Ven, and passes from there via radial overflow cross sections 31 into the pressure chamber 28 . Here, the radial overflow cross-sections 31 are formed as annular gaps or the like, which are formed, for example, by te 10 between the counter-valve body 11 and the valve body, which are formed by axial approaches on the valve body 10 and / or on the counter-valve body 11 . If necessary, an annular insert can also be provided, which releases corresponding transition cross sections 31 .
Der Gegenventilkörper 11 kann aufgrund seiner Führung auf dem Steuerkolben 7 über den Führungsbund 22 oder entsprechende Füh rungsflächen, radial beabstandet zur Wandung der Aufnahmeboh rung 37 für den Ventilkörper 10 liegen, so dass sich ausgehend von den Überströmquerschnitten 31 axiale Durchströmungswege 32 auf den Druckraum 28 ergeben. Damit ist der Stellkolben 29 über den Hochdruckversorgungsanschluss 30 und dessen Verbindung zum Druckraum 28 zusätzlich zur Feder 27 druckbelastet und hält da mit den Steuerkolben des nicht dargestellten Steuerventiles in einer der Schließlage der Einspritzdüse entsprechenden Stel lung.The counter-valve body 11 can be due to its guidance on the control piston 7 via the guide collar 22 or corresponding guide surfaces, radially spaced from the wall of the receiving bore 37 for the valve body 10 , so that, starting from the overflow cross sections 31, axial flow paths 32 to the pressure chamber 28 result , Thus, the actuating piston 29 via the high pressure supply connection 30 and its connection to the pressure chamber 28 in addition to the spring 27 is pressurized and holds there with the control piston of the control valve, not shown, in a position corresponding to the position of the injection nozzle.
Wird der Magnet 5 bestromt, so wird der Steuerkolben 7 in die nicht dargestellte obere Anschlaglage, in der die Dichtkante 14 mit der Steuerkante 18 zusammenwirkt, umgesteuert, mit der Fol ge, dass der Druckraum 28 über die Überströmquerschnitte 31, den Ringraum 21 und einen auf die Axialbohrung 25 mündenden Überströmquerschnitt an den Rücklauf 36 angeschlossen ist. Der angesprochene Überströmquerschnitt kann, wie in Fig. 2 ge zeigt, durch Radialbohrungen 33 oder auch dadurch gebildet sein, dass der Ringbund axiale Durchlassöffnungen 34 aufweist, die zum Kolben 7 stirnseitig den Übertritt in die Axialbohrung 25 ermöglichen. Die Axialbohrung 25 steht, wie durch den Pfeil 35 angedeutet, mit dem Rücklaufkanal 36 in Verbindung.If the magnet 5 is energized, the control piston 7 is reversed into the upper stop position, not shown, in which the sealing edge 14 interacts with the control edge 18 , with the result that the pressure chamber 28 via the overflow cross sections 31 , the annular space 21 and one connected to the return 36 on the overflow cross-section opening into the axial bore 25 . The above-mentioned overflow cross section can, as shown in FIG. 2 ge, be formed by radial bores 33 or also in that the annular collar has axial passage openings 34 which enable the piston 7 to pass into the axial bore 25 on the end face. The axial bore 25 , as indicated by the arrow 35 , is connected to the return channel 36 .
Für Zu- und Ablauf lassen sich bei dieser Lösung verhältnismä ßig große Querschnitte verwirklichen, so dass sich kurze Schaltzeiten ergeben. Ferner ist in der Übergangsphase zwischen den beiden Schaltstellungen des Steuerkolbens 7 ein Kurzschluß der Druckkammer 28 sowohl zum Zulauf - Anschluss 30 - wie auch zum Rücklauf - Anschluss 36 - gegeben. Wird das Einspritzventil geöffnet, so entspricht dies einer Bestromung des Magneten 4 und einer Absteuerung des zulaufseitigen Versorgungsanschlusses 30 durch Verschiebung des Steuerkolbens 7 an seine in der Zeichnung obere Dichtgrenze, gebildet durch die Steuerkante 18 und die Dichtkante 14. Im Zuge dieser Umsteuerung wird der zu laufseitige Anschluss (Versorgungsanschluss 30) zunehmend abge steuert, bei gleichzeitiger Freigabe des rücklaufseitigen An schlusses 36, so dass schon in der Übergangsphase der Druckab bau in der Druckkammer 28 beginnt, mit der Folge, das bei ent sprechendem Öffnungsdruck auf die Druckschulter der Düsennadel der Einspritzdüse für diese eine schnelle Öffnung gewährleistet werden kann. Entsprechendes gilt in umgekehrter Richtung, wobei ungeachtet des herrschenden Druckes im Druckraum Stellkolben 29 und Gegenventilkörper 11 über die Feder 27 abgestützt sind, so dass der Gegenventilkörper 11 in seiner Anlagestellung zum Ven tilkörper 10 gehalten wird. Wird der Magnetsteller 4 bestromt, so wird der Magnetanker 5 gegen die Feder 6 angehoben und der Steuerkolben 7 über die Feder 24 nachgeschoben, während in Ge genrichtung, bei abfallenden Magnetsteller 4, der Steuerkolben 7 über die Feder 6 entgegen der Kraft der Feder 24 verschoben wird. Die druckbeaufschlagten Flächen des Steuerkolbens 7 sind in der Umstellphase gleich groß, so dass mit vergleichsweise geringen Federkräften gearbeitet werden kann.With this solution, relatively large cross sections can be realized for the inlet and outlet, so that short switching times result. Furthermore, in the transition phase between the two switching positions of the control piston 7 there is a short circuit in the pressure chamber 28 both to the inlet connection 30 and to the return connection 36 . If the injection valve is opened, this corresponds to energizing the magnet 4 and deactivating the supply-side supply connection 30 by moving the control piston 7 to its upper sealing limit in the drawing, formed by the control edge 18 and the sealing edge 14 . In the course of this reversal, the connection on the upstream side (supply connection 30 ) is increasingly controlled, with the simultaneous release of the return side connection 36 , so that pressure reduction begins in the pressure chamber 28 already in the transition phase, with the result that the opening pressure accordingly on the pressure shoulder of the nozzle needle of the injection nozzle for a quick opening can be guaranteed. The same applies in the opposite direction, whereby, regardless of the prevailing pressure in the pressure chamber, actuating piston 29 and counter valve body 11 are supported via the spring 27 , so that the counter valve body 11 is held in its contact position with the valve body 10 . If the magnetic actuator 4 is energized, the magnet armature 5 is raised against the spring 6 and the control piston 7 is pushed via the spring 24 , while in the opposite direction, in the case of a falling magnetic actuator 4 , the control piston 7 is displaced via the spring 6 against the force of the spring 24 becomes. The pressurized surfaces of the control piston 7 are of the same size in the changeover phase, so that it is possible to work with comparatively low spring forces.
Konstruktiv ist die erfindungsgemäße Steuerventilkonstruktion so ausgelegt, dass sie auch fertigungstechnisch gut zu beherr schen ist, da Führungssitz und Anschlagflächen für den Ventil körper 10 wie auch für den Gegenventilkörper 11 jeweils in ei ner Aufspannung geschliffen werden könnten, so dass enge Tole rierungen möglich sind. Entsprechendes gilt auch für den Steu erkolben bezüglich dessen Führungs- bzw. Zentrierflächen und Sitzflächen. Neben einer günstigen Fertigung ist somit auch ei ne hohe Präzision zu gewährleisten.In terms of construction, the control valve construction according to the invention is designed such that it can also be mastered well in terms of production technology, since the guide seat and stop faces for the valve body 10 as well as for the countervalve body 11 could each be ground in a setting, so that tight tolerances are possible. The same applies to the control piston with regard to its guide or centering surfaces and seat surfaces. In addition to low-cost production, high precision must also be guaranteed.
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