DE102004014198B3 - Servo valve and injector - Google Patents
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Abstract
Ein Einspritzventil hat einen Ventilantrieb, ein Servoventil, eine erste Düsennadel und eine zweite Düsennadel. die erste Düsennadel gibt mindestens eine erste Einspritzdüse in ihrer Offenposition frei. In ihrer Schließposition unterbindet sie den Fluidfluss durch die erste Einspritzdüse. Die zweite Düsennadel gibt den Fluidfluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse in ihrer Offenposition frei und verhindert den Fluidfluss durch die mindestens zweite Einspritzdüse in ihrer Schließposition. Die Position der ersten und zweiten Düsennadel ist mittels des Servoventils steuerbar. Das Servoventil hat einen Ventilkörper (16), der eine Ausnehmung (38) hat und einen Sitz (41), der in einem Bereich der Ausnehmung (38) ausgebildet ist. Ferner ist ein äußerer Kolben (40) vorgesehen, der in die Ausnehmung (38) des Ventilkörpers (16) eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz (42) hat, der mit dem Sitz (41) des Ventilkörpers (16) so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des äußeren Kolbens (40) an dem Sitz (41) des Ventilkörpers (16) dichtend anliegt und der eine Ausnehmung (44) hat, in deren Bereich ein Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) ausgebildet ist. DOLLAR A Ein innerer Kolben (48) ist in die Ausnehmung (44) des äußeren Kolbens (40) eingebracht und hat einen kegelförmigen Absatz (50), der mit dem Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des inneren Kolbens (48) an dem Sitz (46) des äußeren Kolbens (40) dichtend anliegt. ...An injection valve has a valve drive, a servo valve, a first nozzle needle and a second nozzle needle. the first nozzle needle releases at least one first injection nozzle in its open position. In its closed position, it prevents the fluid flow through the first injection nozzle. The second nozzle needle releases the fluid flow through at least one second injection nozzle in its open position and prevents the fluid flow through the at least second injection nozzle in its closed position. The position of the first and second nozzle needle is controllable by means of the servo valve. The servo valve has a valve body (16) having a recess (38) and a seat (41) which is formed in a region of the recess (38). Furthermore, an outer piston (40) is provided, which is introduced into the recess (38) of the valve body (16) and which has a conical shoulder (42) which cooperates with the seat (41) of the valve body (16) it in the closed position of the outer piston (40) sealingly against the seat (41) of the valve body (16) and having a recess (44), in the region of a seat (46) of the outer piston (40) is formed. DOLLAR A An inner piston (48) is inserted in the recess (44) of the outer piston (40) and has a conical shoulder (50) which cooperates with the seat (46) of the outer piston (40) the closing position of the inner piston (48) sealingly abuts against the seat (46) of the outer piston (40). ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Servoventil und ein Einspritzventil mit einem Servoventil.The The invention relates to a servo valve and an injection valve with a Servo valve.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Ein anderer Ansatzpunkt ist die von der Brennkraftmaschine erzeugten Emissionen mittels von Abgasnachbehandlungssystemen in unschädliche Stoffe umzuwandeln. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2.000 bar.always Stricter legal regulations regarding permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to carry out various measures that pollutant emissions are lowered. A starting point here is the pollutant emissions generated by the internal combustion engine to lower. Another starting point is that of the internal combustion engine emissions generated by exhaust aftertreatment systems in harmless Transform substances. The formation of soot is highly dependent on the preparation of the air / fuel mixture in the respective Cylinder of the internal combustion engine. To a correspondingly improved To achieve mixture preparation, fuel is increasingly under metered very high pressure. In the case of diesel internal combustion engines amount to the fuel pressures up to 2,000 bar.
Ferner
sind sogenannte Registerdüsen-Einspritzventile
bekannt geworden mit zwei Einspritzdüsen-Kreisen und diesen zugeordneten
ersten und zweiten Düsennadeln,
mittels derer ein stufenweises Öffnen
bzw. Schließen
der einzelnen Einspritzdüsen-Kreise möglich ist.
So ist aus der
Die Düsennadel wirkt über einen Mitnehmermechanismus auf einen Einsatzkörper ein, der eine innere Düsennadel bildet. Die innere Düsennadel verhindert in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern und gibt den sonstigen Positionen den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern frei. Der Piezo-Aktuator wirkt über ein Servoventil auf die Düsennadel ein. Das Servoventil umfasst eine Ablaufbohrung, eine Ventilstange, ein Schließglied, eine Steuerkammer und einen Leckageraum. Durch ein entsprechend gesteuertes Ausdehnen des Piezo-Aktuators wird über die Schließstange das Schließglied von seinem Dichtsitz weggedrückt. Dies hat zur Folge, dass Kraftstoff aus der Steuerkammer abfließt. Durch das damit verbundene Sinken des Drucks in der Steuerkammer öffnet oder bewegt sich die Düsennadel von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition. Dies hat zur Folge, dass sie zunächst die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt und mit sinkendem Druck in der Steuerkammer dann über den Mitnehmermechanismus die innere Düsennadel von ihrer Schließposition hin in ihre Offenposition bewegt wird und somit auch die zweite Reihe der Einspritzlöcher freigegeben wird. Die erste Reihe der Einspritzlöcher ist so ausgebildet, dass ihr Querschnitt deutlich geringer ist als der Querschnitt der Einspritzlöcher der zweiten Reihe. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff, der durch die erste Reihe von Einspritzlöchern in den Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen wird, deutlich feiner zerstäubt wird. Dies ist insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil, in dem eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird und durch den geringeren Durchmesser der Einspritzlöcher dann kleinere Kraftstofftropfen entstehen und somit die Rußbildung verringert wird. Durch den deutlich größeren Durchmesser der zweiten Reihe von Einspritzlöchern kann dann im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Zylinders zugemessen wird.The nozzle needle works over a driver mechanism on an insert body having an inner nozzle needle forms. The inner nozzle needle prevents in their closed position a fuel flow through the second series of injection holes and gives the other positions the fuel flow through the second row of injection holes free. The piezo actuator acts via a servo valve on the nozzle needle one. The servo valve comprises a drain hole, a valve stem, a closing element, a control chamber and a leakage chamber. By a corresponding Controlled expansion of the piezo actuator is via the locking bar the closing member of pushed away from his tight seat. This has the consequence that fuel flows out of the control chamber. By the associated decrease in pressure in the control chamber opens or the nozzle needle moves from their closed position towards their open position. As a result, they first the first Row of injection holes releases and with decreasing pressure in the control chamber then via the driver mechanism the inner nozzle needle from their closed position is moved into its open position and thus the second Row of injection holes is released. The first row of injection holes is formed so that their cross section is significantly smaller than the cross section of the injection holes of second row. As a result, the fuel passing through the first row of injection holes is measured in the combustion chamber of the internal combustion engine, clearly finely atomised becomes. This is especially in partial load operation of the internal combustion engine advantageous in which injected a smaller amount of fuel and then by the smaller diameter of the injection holes smaller drops of fuel are formed and thus the formation of soot is reduced. Due to the much larger diameter of the second Row of injection holes can then be guaranteed at full load the internal combustion engine be that sufficient amount of fuel in each Burning chamber of the cylinder is metered.
Aus
der
Aus
der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servoventil zu schaffen, das geeignet ist zum Steuern einer ersten und zweiten Düsennadel eines Einspritzventils und das einfach und kompakt ist. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein Einspritzventil zu schaffen mit einer ersten und zweiten Düsennadel, das einfach und kompakt ist.The The object of the invention is to provide a servo valve that is suitable is for controlling a first and second nozzle needle of an injection valve and that is simple and compact. It is also the object of the invention to provide an injection valve with a first and second nozzle needle, that is simple and compact.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Gemäß des ersten Aspekts der Erfindung zeichnet sie sich aus durch ein Servoventil, insbesondere für ein Einspritzventil, mit einem Ventilkörper, der eine Ausnehmung hat und einen Sitz, der in einem Bereich der Ausnehmung ausgebildet ist. Ferner ist ein äußerer Kolben vorgesehen, der in die Ausnehmung des Ventilkörpers eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz hat, der mit dem Sitz des Ventilkörpers so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des äußeren Kolbens an dem Sitz des Ventilkörpers dichtend anliegt. Der äußere Kolben hat eine Ausnehmung, in deren Bereich ein Sitz des äußeren Kolbens ausgebildet ist. Ferner ist ein innerer Kolben vorgesehen, der in die Ausnehmung des äußeren Kolbens eingebracht ist und der einen kegelförmigen Absatz hat, der mit dem Sitz des äußeren Kolbens so zusammenwirkt, dass er in der Schließposition des inneren Kolbens an dem Sitz des äußeren Kolbens dichtend anliegt. Eine Dichthülse ist vorgesehen, die in der Ausnehmung des inneren Kolbens angeordnet ist und die eine umlaufende Dichtkante hat, die auf dem freien Ende ausgebildet ist, das dem Sitz des äußeren Kolbens abgewandt ist. Die Dichthülse ist mittels einer ersten Feder in Richtung der Dichtkante vorgespannt. Ferner ist eine erste Ablaufbohrung ausgebildet, der mit der Ausnehmung des äußeren Kolbens in dem Bereich innerhalb der Dichtkante der Dichthülse hydraulisch gekoppelt ist. Eine zweite Ablaufbohrung ist mit der Ausnehmung des Ventilkörpers in den Bereich außerhalb der Dichtkante der Dichthülse hydraulisch gekoppelt. Ein Leckageraum ist abhängig von der Position des inneren Kolbens mit der ersten Ablaufbohrung hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt und ist abhängig von der Position des äußeren Kolbens mit der zweiten Ablaufbohrung hydraulisch gekoppelt oder entkoppelt. Der äußere Kolben und der innere Kolben haben jeweils eine Kontaktfläche, die dazu vorgesehen ist, dass ein Ventilantrieb auf sie einwirkt.According to the first Aspect of the invention, it is characterized by a servo valve, especially for an injection valve, with a valve body having a recess and a seat formed in a region of the recess is. Further, an outer piston provided, which is introduced into the recess of the valve body and the a cone-shaped Paragraph that interacts with the seat of the valve body so that he in the closed position of the outer bulb at the seat of the valve body sealingly rests. The outer piston has a recess in the area of which a seat of the outer bulb is trained. Further, an inner piston is provided which in introduced the recess of the outer piston is and a conical one Paragraph so interacting with the seat of the outer piston that he is in the closed position the inner piston sealingly abuts the seat of the outer piston. An sealing sleeve is provided, which are arranged in the recess of the inner piston is and has a circumferential sealing edge on the free end is formed, which faces away from the seat of the outer piston. The sealing sleeve is biased by a first spring in the direction of the sealing edge. Further, a first drain hole is formed, which with the recess of the outer bulb in the area within the sealing edge of the sealing sleeve hydraulically is coupled. A second drain hole is with the recess of the valve body in the area outside the sealing edge of the sealing sleeve hydraulically coupled. A leakage space is dependent on the position of the inner Piston with the first drain hole hydraulically coupled or decoupled and is dependent from the position of the outer piston with the second drain hole hydraulically coupled or decoupled. The outer piston and the inner piston each have a contact surface, the is provided that a valve actuator acts on it.
Gemäß des weiteren Aspekts der Erfindung zeichnet sie sich aus durch ein Einspritzventil mit einem Ventilantrieb und dem Servoventil. Das Einspritzventil umfasst ferner eine erste Düsennadel und eine zweite Düsennadel. Die erste Düsennadel ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass sie den Fluidflusss durch mindestens eine erste Einspritzdüse in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition verhindert. Die zweite Düsennadel ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass sie den Fluidfluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse in ihrer Offenposition freigibt und in ihrer Schließposition verhindert. Das Servoventil ist so in dem Einspritzventil angeordnet, dass mittels des Servoventils die Position der ersten und der zweiten Düsennadel steuerbar ist.According to the other Aspect of the invention, it is characterized by an injection valve with a valve drive and the servo valve. The injection valve further includes a first nozzle needle and a second nozzle needle. The first nozzle needle is arranged in the injection valve so that it flows the fluid released by at least one first injection nozzle in its open position and in their closed position prevented. The second nozzle needle is arranged in the injection valve so that it flows through the fluid releases at least one second injection nozzle in its open position and in their closed position prevented. The servo valve is arranged in the injection valve, that by means of the servo valve, the position of the first and the second nozzle needle is controllable.
Das Servoventil ermöglicht auf einfache und kompakte Weise, dass Fluid über die erste Ablaufbohrung abgesteuert wird, ohne dass Fluid notwendiger Weise über die zweite Ablaufbohrung abgesteuert wird. Es ermöglicht so in dem Einspritzventil, dass die erste Düsennadel getrennt von der zweiten Düsennadel von ihrer Schließposition in ihre Offenposition und umgekehrt gesteuert werden kann.The Servovalve allows in a simple and compact way that fluid over the first drain hole is controlled without necessarily fluid over the second drain hole is shut down. It thus allows in the injection valve, that the first nozzle needle separated from the second nozzle needle from their closed position can be controlled in their open position and vice versa.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Kolben koaxial zu dem äußeren Kolben angeordnet. Dadurch kann das Servoventil zum einen besonders kompakt ausgebildet werden, zum anderen kann der Stellantrieb zentral sowohl auf den inneren als auf den äußeren Kolben einwirken und es müssen keine Hebelanordnungen vorgesehen sein und auch die Gefahr eines Verklemmens des inneren oder äußeren Kolbens ist äußerst gering.In An advantageous embodiment of the invention is the inner piston coaxial with the outer piston arranged. As a result, the servo valve for a particularly compact on the other hand, the actuator can be central both on the inner than on the outer piston act and have to no lever arrangements are provided and also the risk of Jamming of the inner or outer piston is extremely low.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich die erste Feder einerseits auf einen Absatz des inneren Kolbens und andererseits auf einen Absatz der Dichthülse ab. So spannt sie sowohl die erste Dichthülse vor als auch den inneren Kolben und den äußeren Kolben in ihre Schließpositionen vor.In a further advantageous embodiment of the invention is based the first spring on the one hand on a shoulder of the inner piston and on the other hand on a paragraph of the sealing sleeve. That's how she stretches the first sealing sleeve before as well as the inner piston and the outer piston in their closed positions in front.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite Feder und ein Federhalter vorgesehen, die so mit dem äußeren Kolben gekoppelt sind, dass sie den äußeren Kolben in seine Schließstellung ziehen, wenn keine weiteren Kräfte auf den äußeren Kolben einwirken. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung, insbesondere, wenn die zweite Feder und der Federhalter in dem Leckageraum angeordnet sind. Darüber hinaus kann so die Eigensicherheit des Servoventils gewährleistet werden.In a further advantageous embodiment of the invention is a second spring and a spring holder provided so with the outer piston coupled, that they are the outer piston in its closed position pull, if no further forces on the outer piston act. This results in a particularly compact arrangement, in particular, when the second spring and the spring holder in the leakage chamber are arranged. About that In addition, the intrinsic safety of the servo valve can be guaranteed become.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Durchmesser des kegelförmigen Absatzes des äußeren Kolbens größer als der Durchmesser seiner Ausnehmung in dem Bereich der Dichthülse. Dadurch wird einfach der äußere Kolben auch außerhalb der Schließposition des inneren Kolbens in seine Schließposition gedrückt, solange der Ventilantrieb nicht auf den äußeren Kolben einwirkt. Dadurch kann während des Betrieb des Servoventils oder des Einspritzventils gewährleistet werden, dass kein ungewolltes Öffnen des Servoventils erfolgt.In a further advantageous embodiment of the invention, the outer diameter of the conical shoulder of the outer piston is greater than the diameter of its recess in the Be rich of the sealing sleeve. As a result, the outer piston is also pressed outside of the closed position of the inner piston in its closed position, as long as the valve drive does not act on the outer piston. As a result, it can be ensured during operation of the servo valve or of the injection valve that no unintentional opening of the servo valve takes place.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Düsennadel als innere Düsennadel ausgebildet und die zweite Düsennadel als äußere Düsennadel ausgebildet, die koaxial zu der inneren Düsennadel angeordnet ist. Ferner ist ein Steuerraum vorgesehen, der mit der inneren und äußeren Düsennadel gekoppelt ist, wobei die erste Ablaufbohrung fluchtend zu der inneren Düsennadel in den Steuerraum mündet und die innere und äußere Düsennadel so ausgebildet sind, dass die innere Düsennadel sich bei einem höheren Druck in dem Steuerraum von ihrer Schließposition in ihre Offenposition bewegt als die äußere Düsennadel und die innere Düsennadel in ihrer Offenposition die erste Ablaufbohrung hydraulisch von dem Steuerraum entkoppelt. Dadurch ist eine einfache separate Ansteuerung der inneren und äußeren Düsennadeln gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the invention is the first nozzle needle as inner nozzle needle trained and the second nozzle needle as an outer nozzle needle formed, which is arranged coaxially with the inner nozzle needle. Further is a control room provided with the inner and outer nozzle needle coupled, wherein the first drain hole in alignment with the inner nozzle needle flows into the control room and the inner and outer nozzle needle are formed so that the inner nozzle needle at a higher pressure moved in the control room from its closed position to its open position as the outer nozzle needle and the inner nozzle needle in its open position, the first drain hole hydraulically from the Control room decoupled. This is a simple separate control of inner and outer nozzle needles guaranteed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Ablaufbohrung als Federtasche ausgebildet, die eine Düsenfeder aufnimmt, die die erste Düsennadel in ihre Schließposition vorspannt. Dadurch ist das Einspritzventil äußerst kompakt und einfach ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention is the first drain hole formed as a spring pocket, which is a nozzle spring picks up the first nozzle needle in their closed position biases. As a result, the injection valve is extremely compact and simple.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are explained below with reference to the schematic drawings. It demonstrate:
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.elements same construction and function are cross-figurative with the same Reference number marked.
Ein
Einspritzventil (
Das
Einspritzventil umfasst ferner einen Ventilkörper
Der
Düsenkörper
Eine
zweite Düsenfeder
Ein
Servoventil umfasst den Ventilkörper
Der
innere Kolben
Ferner
ist in die Ausnehmung
Bevorzugt
ist der äußere Radius
des kegelförmigen
Absatzes
Zur
zusätzlichen
Sicherung, dass der äußere Kolben
In
der Zwischenplatte
Eine
zweite Ablaufbohrung
Eine
Hochdruckbohrung
Eine
erste Zulaufdrossel
Wenn
der Piezo-Aktuator
Wenn
sich dann der innere Kolben
Sinkt
der Druck in dem Steuerraum
Wird
anschließend
der Hub des Piezo-Aktuators
Wird
jedoch durch entsprechendes Ansteuern des Piezo-Aktuators
Wird
anschließend
der Hub des Piezo-Aktuators
Die
geschachtelte Anordnung der inneren und äußeren Kolben
Claims (8)
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