DE102005023179B3

DE102005023179B3 - Einspritzventil mit einem erhöhten Druck im Ablaufraum

Info

Publication number: DE102005023179B3
Application number: DE102005023179A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bloching; Hellmut Freudenberg; Wendelin KLÜGL
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2025-05-20

Abstract

Es wird ein Einspritzventil beschrieben, das eine Düsennadel aufweist, die über einen Steuerkolben mit einem Steuerraum in Wirkverbindung steht. Zwischen dem Steuerkolben und der Düsennadel sind Dichtspalte ausgebildet, über die Kraftstoff in einen Ablaufraum strömt. Zur Reduzierung der Kraftstoffleckage ist eine Drossel vorgesehen, die den Ablaufraum mit einem Ablauf verbindet. Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Kraftstoffdruckes im Ablaufraum erreicht und somit die Leckage reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Einspritzventile, wie sie beispielsweise bei einem Common-Rail-Einspritzsystem eingesetzt werden, weisen eine Düsennadel auf, die über einen Steuerkolben über einen Druck in einem Steuerraum steuerbar ist. Dabei grenzt der Steuerkolben an den Steuerraum und die Düsennadel grenzt an einen Druckraum. Sowohl im Steuerraum als auch im Druckraum herrscht zumindest zeitweise ein hoher Kraftstoffdruck, so dass Kraftstoff über entsprechende Dichtspalten in einen Ablaufraum abfließt und als Leckage abgeführt wird.

Aus der DE 199 46 732 A1 ist eine Vorrichtung zum Übertragen einer Aktorauslenkung auf ein Stellglied sowie ein Kraftstoffinjektor mit einer solchen Vorrichtung bekannt. Das spielausgleichende Übertragungselement zwischen dem Aktor und einem Stellglied zeichnet sich durch zwei axial gegeneinander verschiebbare Teilelemente aus, wobei ein erstes Teilelement in einer Wirkverbindung mit einem Aktor und ein zweites Teilelement in einer Wirkverbindung mit einem Stellglied steht. In einem von dem ersten Teilelement und dem zweiten Teilelement umschlossenen Raum ist eine Druckkammer ausgebildet, die über eine im Übertragungselement ausgebildete Drosselverbindung mit einem mit einem hydraulischen Medium gefüllten Raum in Verbindung steht. Eine zwischen der Druckkammer und dem Ausgleichsraum vorgesehene Befüllungseinrichtung ist so ausgelegt, dass die Befüllungseinrichtung bei nicht vollständig gefüllten Druckraum offen steht.

Ein weiteres Einspritzventil ist aus der WO 03/008795 A1 bekannt. Hier ist eine Drossel oberhalb einer Einmündung eines Ablaufs des Steuerraums angeordnet. Bei den beiden letzt genannten Vorrichtungen wird eine geringfügige Druckerhöhung im Ablaufraum in Kauf genommen, um Verbesserungen beim Schaltverhalten des Einspritzventils zu erreichen.

Aus der EP 0 851 115 A1 ist ein elektromagnetisches Dosierventil mit einem Kugelschließglied für einen Kraftstoffinjektor bekannt. Das Dosierventil weist ein Kugelschließglied für einen konischen Sitz über einem Ablaufkanal auf sowie einen Elektromagneten zum Steuern eines Ankers. Ein Stiel des Ankers weist einen Flansch auf, ist von einem festen Rohr geführt und von einer Feder beaufschlagt, um die Kugel in Kontakt mit dem konischen Sitz zu halten. Zwischen dem Flansch und der Kugel ist eine Vorkehrung getroffen für ein Entkopplungsverbindung in Form einer Scheibe mit einer flachen Oberfläche, die den Flansch eingreift und einer sphärischen Konkavität, die die Kugel eingreift, um die Kugel an dem konischen Sitz zu zentrieren. Der Durchmesser der Konkavität ist geringfügig größer als der Durchmesser der Kugel, um den Druck zwischen den miteinander in Eingriff stehenden Flächen der Konkavität und der Kugel zu vermindern. Auch hier ist die Drossel zwischen der Leckagebohrung und dem Ablaufraum angeordnet.

Aus der DE 100 06 655 A1 ist ein Injektor für eine Brennkraftmaschine bekannt, der einen Injektorkörper, einen Steuerkolben, der in einer axialen Injektorkörperbohrung verlagerbar aufgenommen ist, einen Steuerraum, ein mit dem Steuerraum in Verbindung stehendes, ansteuerbares Ventil mit Ven tilraum, einen Düsenraum, eine mit dem Steuerraum und dem Düsenraum in Verbindung stehende Kraftstoffzuführbohrung umfasst. Im Injektor ist eine Leckageeinheit vorgesehen, die während des Einspritzvorgangs eine erste Leckagebohrung freigibt und zwischen den Einspritzungen ein Leckagevolumen speichert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Einspritzventil bereitzustellen, das eine reduzierte Leckage aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem Einspritzventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Einspritzventils besteht darin, dass die Leckage, die über den Steuerkolben oder über die Düsennadel auftritt, reduziert ist. Dazu ist ein Ablaufraum, an den sowohl die Düsennadel als auch der Steuerkolbenangrenzen, über eine Drossel mit einer Leckagebohrung verbunden. Dadurch wird vor der Drossel ein Rückstau und damit ein höherer Druck im Ablaufraum erzeugt. Damit ist sowohl zwischen dem Steuerraum und dem Ablaufraum bzw. zwischen dem Druckraum und dem Ablaufraum zeitweise eine geringere Druckdifferenz vorhanden. Folglich wird der über den Dichtspalt entlang dem Steuerkolben und über den Dichtspalt entlang der Düsennadel entweichende Kraftstofffluss reduziert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Einspritzventil 1 mit einem Gehäuse 2, wobei das Gehäuse 2 einen Ventilkörper 5 und einen Düsenkörper 3 umfasst. Der Düsenkörper 3 ist über eine Spannmutter 4 am Ventilkörper 5 befestigt. Der Ventilkörper 5 und der Düsenkörper 3 sind mittensymmetrisch zu einer Mittenachse des Einspritzventils 1 angeordnet. Zwischen dem Ventilkörper 5 und dem Düsenkörper 3 ist eine Anschlagplatte 24 eingespannt. Der Ventilkörper 5 weist eine durchgehende erste Bohrung 25 auf, die mittensymmetrisch zur Mittenachse angeordnet ist. In der Anschlagplatte 24 ist eine zweite Bohrung 26 ebenfalls symmetrisch zur Mittenachse des Einspritzventils 1 ausgebildet. Im Düsenkörper 3 ist eine Sacklochbohrung 27 mittensymmetrisch zur Mittenachse des Einspritzventils 1 ausgebildet. Im Endbereich des Düsenkörpers 3 sind Düsenlöcher 19 in den Düsenkörper 3 eingebracht. Oberhalb der Düsenlöcher 19 ist ein ringförmiger Dichtsitz 18 an der Sacklochbohrung 27 ausgebildet. Die Sacklochbohrung 27 weist eine Führungsbohrung 28 auf, die von der Anschlagplatte 24 ausgeht und in einen Druckabschnitt 29 mit vergrößertem Querschnitt mündet.
Im Ventilkörper 5 ist eine Kraftstoffleitung 22 eingebracht, die von einem oberen Bereich des Ventilkörpers 5 parallel zur ersten Bohrung 25 durch die Anschlagplatte 24 bis in den gebildet. Die Sacklochbohrung 27 weist eine Führungsbohrung 28 auf, die von der Anschlagplatte 24 ausgeht und in einen Druckabschnitt 29 mit vergrößertem Querschnitt mündet.
Im Ventilkörper 5 ist eine Kraftstoffleitung 22 eingebracht, die von einem oberen Bereich des Ventilkörpers 5 parallel zur ersten Bohrung 25 durch die Anschlagplatte 24 bis in den Druckabschnitt 29 geführt ist. Auf diese Weise wird der Kraftstoff, der über einen Kraftstoffanschluss von einem Kraftstoffspeicher zugeführt wird, bis in einen Druckraum 15 geleitet, der im Druckabschnitt 29 ausgebildet ist.
Weiterhin ist im Ventilkörper 5 eine Leckagebohrung 21 eingebracht, die im wesentlichen parallel zur ersten Bohrung 25 entlang der gesamten Länge des Ventilkörpers 5 geführt ist.
Im Düsenkörper 3 ist eine Düsennadel 13 angeordnet, wobei die Düsennadel 13 im oberen Endbereich einen Führungsabschnitt 31 aufweist, der über einen ersten Dichtspalt 32 in der Führungsbohrung 28 geführt ist. Der Führungsabschnitt 31 erstreckt sich bis in den Druckabschnitt 29, wobei sich im Druckabschnitt 29 der Querschnitt der Düsennadel über eine Druckfläche 17 verjüngt. Eine untere Spitze der Düsennadel 13 ist mit einer Dichtfläche dem Dichtsitz 18 zugeordnet. Zwischen dem Kraftstoffleitungsabschnitt 30 des Düsenkörpers 3 und der Düsennadel 13 ist ein Kraftstoffraum ausgebildet, so dass Kraftstoff bis zum Dichtsitz 18 fließen kann. In der dargestellten Position sitzt die Düsennadel 13 mit der Düsenspitze auf dem Dichtsitz 18 auf. Damit sind die Düsenlöcher 19, die unterhalb des Dichtsitzes 18 angeordnet sind, vom Kraftstoff getrennt.
In der zweiten Bohrung 26 der Anschlagplatte 24 ist ein Koppelkolben 12 angeordnet, der mit einem unteren Ende an der Düsennadel 13 anliegt und mit einem oberen Ende in einen Ablaufraum 33 mündet, der durch einen Federraum gebildet ist. Der Ablaufraum 33 ist in einem unteren Endbereich der ersten Bohrung 25 ausgebildet und über eine Verbindungsbohrung 23 mit der Leckagebohrung 21 verbunden. Im Querschnitt ist der Koppelkolben 12 im wesentlichen T-förmig ausgebildet, wobei eine verbreiterte Auflagefläche im Ablaufraum 33 angeordnet ist. Auf der Auflagefläche sitzt eine Druckfeder 10 auf, die gegen eine ringförmige Anlagefläche des Ventilkörpers 5 abgestützt ist. Die ringförmige Anlagefläche umgibt ein unteres Ende eines Steuerkolbens 9. Der Steuerkolben 9 ist in der ersten Bohrung 25 über einen zweiten Dichtspalt 34 des Ventilkörpers 5 geführt. Der Steuerkolben 9 grenzt mit einem oberen Ende an einen Steuerraum 8, der in einem oberen Endbereich der ersten Bohrung 25 ausgebildet ist. Der Steuerraum 8 wird von einem Servoventil 6 begrenzt, das in einen erweiterten Endabschnitt der ersten Bohrung 25 eingesteckt ist. Oberhalb des Servoventils 6 ist ein Aktor 7 am Ventilkörper 5 befestigt, der in Wirkverbindung mit einem ersten Schließglied 35 des Servoventils 6 steht. Vorzugsweise ist der Aktor 7 als piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Das erste Schließglied 35 wird über eine Schließfeder 36 gegen einen Ventilsitz vorgespannt. Durch den Ventilsitz ragt von oben ein Stellglied 37, das in Wirkverbindung mit dem Aktor 7 steht und am Schließglied 35 anliegt.
Der Steuerraum 8 steht über eine Zulaufdrossel 20 mit der Kraftstoffleitung 22 in Verbindung. Zudem ist der Steuerraum 8 über eine Ablaufdrossel 43 und das Servoventil 6 mit einem Ablauf 40 verbindbar. Der Ablauf 40 ist über eine Einmündung 11 an eine Ablaufleitung 41 angeschlossen. Zudem ist die Le ckagebohrung 21 an die Ablaufleitung vor der Einmündung 11 des Ablaufs 40 angeschlossen. Ist das Servoventil 6 geschlossen, so herrscht im Steuerraum 8 der gleiche Kraftstoffdruck wie in der Kraftstoffleitung 22. Zudem herrscht auch im Druckraum 15 der gleiche Kraftstoffdruck wie in der Kraftstoffleitung 22. Da jedoch die Druckfläche des Steuerkolbens 9, der an den Steuerraum 8 grenzt, größer ist als die Druckfläche 17, die an der Düsennadel 13 im Druckraum 15 ausgebildet ist, wird die Düsennadel 13 auf den Dichtsitz 18 gedrückt. Wird nun über eine Betätigung des Aktors 7 durch das Stellglied 37 das erste Schließglied 35 vom Dichtsitz abgehoben, so strömt Kraftstoff aus dem Steuerraum 8 über die Ablaufdrossel 43 schneller ab als Kraftstoff über die Zulaufdrossel 20 von der Kraftstoffleitung 22 zufließt. Damit sinkt der Druck im Steuerraum 8. Im Druckraum 15 bleibt der Kraftstoffdruck unverändert hoch. Folglich wird die Düsennadel aufgrund der Druckwirkung an der Druckfläche 17 vom Dichtsitz 18 abgehoben. Dadurch wird eine hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 15 und dem Düsenloch 19 erstellt und Kraftstoff wird eingespritzt.
Wird nun über die Betätigung des Aktors 7 das Stellglied 37 wieder nach oben zurückgezogen, so wird das erste Schließglied 35 durch die Schließfeder 36 auf den zugeordneten Dichtsitz gedrückt, so dass der Abfluss aus dem Steuerraum 8 geschlossen wird. Da über die Zulaufdrossel 20 weiterhin Kraftstoff über den Steuerraum 8 fließt, baut sich im Steuerraum 8 wieder der gleich hohe Druck wie in der Kraftstoffzuleitung 22 auf. Folglich wird aufgrund des Kraftstoffdruckes im Steuerraum 8 der Steuerkolben 9 nach unten gedrückt. Da der Steuerkolben 9 am Koppelkolben 12 anliegt, wird der Koppelkolben 12 ebenfalls nach unten gedrückt. Der Koppelkolben 12 wiederum liegt an der Düsennadel 13 und drückt diese mit form ist die Drossel 39 in der Verbindungsbohrung 23 angeordnet.
Durch die Drossel 39 wird ein Rückstau von Kraftstoff im Ablaufraum erreicht, so dass der Druck im Ablaufraum 33 steigt. Damit ist die Druckdifferenz zwischen dem Steuerraum 8 und dem Ablaufraum 33 bzw. zwischen dem Druckraum 15 und dem Ablaufraum 33 erhöht. Somit fließt weniger Leckage in den Ablaufraum 33.
Beispielsweise kann auch zusätzlich zur Drossel 39 eine zweite Drossel 42 in der Ablaufleitung 41 nach der Einmündung 11 angeordnet sein.
Durch die Anordnung einer zweiten Dossel 42 in der Ablaufleitung 41 wird zum Aufbau eines Rückstaus und damit einer Druckerhöhung im Ablaufraum 33 der Leckageabfluss über das Servoventil 6 ausgenutzt.
In Abhängigkeit von der gewählten Ausführungsform können der erste und zweite Dichtspalt 32, 34 unterschiedlich klein ausgeführt sein. Durch die Ausbildung der Drossel 39 ist es nicht mehr erforderlich einen extrem kleinen ersten oder zweiten Dichtspalt 32, 34 vorzusehen, da die Leckage durch den Rückstau erhöht ist.

Claims

Einspritzventil (1) mit einem Gehäuse (2), in dem eine Düsennadel (13) angeordnet ist, wobei die Düsennadel (13) einen Führungsabschnitt (31) aufweist, der über einen ersten Dichtspalt (32) im Gehäuse (2) geführt ist, wobei sich an den Führungsabschnitt (31) eine Nadelspitze anschließt, wobei die Düsennadel (13) ausgehend vom Führungsabschnitt (31) durch einen Druckraum (15) zu einem Dichtsitz (18) geführt ist, der am Gehäuse (2, 3) ausgebildet ist, wobei der Druckraum (15) mit einer Kraftstoffzuleitung (22) verbunden ist, wobei der erste Dichtspalt (32) einen Ablaufraum (33) mit dem Druckraum (15) verbindet, wobei die Düsennadel (13) im Druckraum (15) eine Druckfläche (17) aufweist, an der sich der Durchmesser der Düsennadel (13) in Richtung auf die Nadelspitze verjüngt, wobei unterhalb des Dichtsitzes (18) ein Düsenloch (19) im Gehäuse (2) ausgebildet ist, wobei der Führungsabschnitt (31) mit einem Steuerkolben (9) in Wirkverbindung steht, wobei der Steuerkolben (9) mit einem zweiten Dichtspalt (34) im Gehäuse (2) geführt ist und an einen Steuerraum (8) angrenzt, wobei der zweite Dichtspalt (34) den Steuerraum (8) mit dem Ablaufraum (33) verbindet, wobei der Steuerraum (8) hydraulisch mit der Kraftstoffleitung (22) und mit einer Ablaufleitung (41) verbunden ist, wobei der Ablaufraum (33) über eine Leckagebohrung (21) und der Steuerraum (8) über einen Ablauf (40) mit der Ablaufleitung (41) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablaufraum (33) über eine Drossel (39) mit der Leckagebohrung (21) verbunden ist, wobei die Drossel (39) einen Rückstau und damit einen erhöhten Druck im Ablaufraum (33) erzeugt, so dass infolge der verringerten Druckdifferenz zwischen dem Steuerraum (8) und dem Ablaufraum (33) und zwischen dem Druckraum (15) und dem Ablaufraum (33) die über den ersten Dichtspalt (32) und den zweiten Dichtspalt (34) in den Ablaufraum (33) fließende Leckage reduziert wird.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (8) über ein Servoventil (6) und eine Ablaufdrossel (43) mit der Ablaufleitung (41) verbunden ist und dass der Steuerraum (8) über eine Zulaufdrossel (20) mit der Kraftstoffleitung (22) verbunden ist.