Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen,
wie es vorzugsweise für
die direkte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von selbstzündenden
Brennkraftmaschinen verwendet wird.The
The invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines,
as is preferable for
the direct injection of fuel into the combustion chamber of self-igniting
Internal combustion engine is used.
Stand
der Technikwas standing
of the technique
Einspritzdüsen zur
direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen
sind seit langer Zeit bekannt. So zeigt die Offenlegungsschrift DE 100 24 703 A1 ein
solches Einspritzventil, wie es bei so genannten Common-Rail-Einspritzsystemen
verwendet wird. Die Einspritzdüse
beinhaltet eine Ventilnadel, die längsbeweglich in einem Ventilkörper angeordnet
ist und die durch ihre Längsbewegung
das Öffnen
und Schließen
wenigstens einer Einspritzöffnung
steuert, indem sie mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Bewegung
der Ventilnadel wird hierbei durch ein Steuerventil geregelt, wobei
die die Ventilnadel bewegenden Kräfte hydraulisch erzeugt werden.
Nachteil dieser Kraftstoffeinspritzventile ist zum einen die große bewegte
Masse, da die Ventilnadel, die die gesamte Länge der Einspritzdüse umfasst,
relativ lang und damit schwer ist. Die dadurch bedingte Trägheit macht
sehr schnell aufeinander folgende Einspritzvorgänge nur schwer durchführbar. Zum
anderen tritt bei immer höheren
Einspritzdrücken
das Problem auf, dass die Ventilnadel mit sehr großen Kräften bewegt
werden muss, um die schnellen Öffnungs-
und Schließvorgänge zu erreichen.
Dadurch setzt die Ventilnadel hart auf dem Ventilsitz auf, was dort
zu Verschleiß und
vorzeitigem Ausfall des Einspritzventils führen kann, insbesondere wenn
im Zuge der weiteren technischen Entwicklung immer höhere Einspritzdrücke, die
deutlich über
2000 bar liegen, angesteuert werden.Injectors for the direct injection of fuel into the combustion chamber of internal combustion engines are known for a long time. Thus, the published patent application DE 100 24 703 A1 Such an injection valve, as used in so-called common rail injection systems. The injector includes a valve needle longitudinally movably disposed in a valve body which, by its longitudinal movement, controls the opening and closing of at least one injection port by cooperating with a valve seat. The movement of the valve needle is controlled by a control valve, wherein the valve needle moving forces are generated hydraulically. Disadvantage of these fuel injection valves is on the one hand the large moving mass, since the valve needle, which comprises the entire length of the injection nozzle, is relatively long and therefore heavy. The consequent inertia makes it very difficult to carry out successive injection operations very quickly. On the other hand occurs with increasing injection pressures the problem that the valve needle must be moved with very large forces in order to achieve the fast opening and closing operations. As a result, the valve needle is hard on the valve seat, which there can lead to wear and premature failure of the injector, especially if in the course of further technical development ever higher injection pressures that are well above 2000 bar, are controlled.
Aus
der europäischen
Patentanmeldung EP 967
382 A2 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem die Ventilnadel
eine kleinere Ventilnadel beinhaltet, die zumindest einen Teil der
Einspritzöffnungen öffnet und
schließt.
Durch diese kleinere Ventilnadel, die vorzugsweise in einer Längsbohrung
der größeren Ventilnadel
angeordnet ist, lassen sich zumindest bestimmte Betriebszustände schnell
durch die kleine Ventilnadel steuern. Darüber hinaus wird über die kleinere
Ventilnadel eine saubere Zentrierung der eigentlichen Ventilnadel
im Bereich des Ventilsitzes erreicht, sodass eine gleichmäßige Einspritzung
durch sämtliche
Einspritzöffnungen
ermöglicht
wird.From the European patent application EP 967 382 A2 An injection valve is known in which the valve needle includes a smaller valve needle which opens and closes at least a part of the injection openings. By means of this smaller valve needle, which is preferably arranged in a longitudinal bore of the larger valve needle, at least certain operating states can be controlled quickly by the small valve needle. In addition, a clean centering of the actual valve needle in the region of the valve seat is achieved via the smaller valve needle, so that a uniform injection is made possible through all injection ports.
Das
bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch den Nachteil
auf, dass eine unabhängige
Steuerung der kleinen Ventilnadel nicht möglich ist. Dies erschwert eine
schnelle Ansteuerung, wie sie für
Mehrfach-Einspritzungen, d. h. eine in mehrere Teileinspritzungen
unterteilte Kraftstoffeinspritzung notwendig ist. Darüber hinaus
weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, dass bei
immer höherem
Druck, der die Düsennadel
umgibt, erhebliche elastische Verformungen des Ventilkörpers auftreten.
Dies vergrößert die
Leckagespalte und führt
dazu, dass Kraftstoff vermehrt in den Kraftstoffrücklauf gefördert wird,
was zusätzliche
Pumpenleistung der Hochdruckpumpe notwendig macht, die den Kraftstoff
verdichtet und der Einspritzdüse zur
Verfügung
stellt.The
However, known fuel injection valve has the disadvantage here
on that one independent
Control of the small valve needle is not possible. This makes one more difficult
fast control, as for
Multiple injections, d. H. one in several partial injections
divided fuel injection is necessary. Furthermore
the known fuel injection valve has the disadvantage that at
always higher
Pressure, the nozzle needle
surrounds, significant elastic deformations of the valve body occur.
This enlarges the
Leakage gap and leads
to encourage more fuel into the fuel return,
something extra
Pump power of the high pressure pump makes necessary that the fuel
compressed and the injection nozzle for
disposal
provides.
Vorteile der
ErfindungAdvantages of
invention
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass eine schnelle Steuerung der Einspritzung bei niedriger
Leckage erfolgen kann, auch bei einem Druck, der deutlich über den
heute erreichbaren 2000 bar liegt. Dazu ist in der Bohrung des Ventilkörpers ein
Ventilbolzen angeordnet, auf dem eine Ventilnadel geführt ist.
Ein erster Steuerraum befindet sich innerhalb des Ventilbolzens,
wobei der erste Steuerraum mit einem zweiten Steuerraum durch eine
im Ventilbolzen ausgebildete Verbindung verbunden ist. Der Druck
im zweiten Steuerraum ist einstellbar, vorzugsweise über ein
Steuerventil, sodass sich auch der Druck im ersten Steuerraum sehr
rasch ändern lässt. Durch
die geringe bewegte Masse kann die Ventilnadel sehr schnell die
Einspritzöffnungen öffnen oder
verschließen,
wodurch sehr rasch aufeinander folgende Einspritzungen ermöglicht werden.
Da im Hochdruckbereich keine Leckagespalten vorhanden sind, ergibt
sich auch bei hö heren
Einspritzdrücken
keine Beeinträchtigung
der Funktion des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.The
Fuel injection valve according to the invention
with the characterizing features of claim 1, in contrast, the
Advantage on that fast control of injection at low
Leakage can occur even at a pressure well above the
today achievable 2000 bar lies. This is in the bore of the valve body a
Valve bolt arranged on which a valve needle is guided.
A first control chamber is located inside the valve pin,
wherein the first control room with a second control room by a
formed in the valve pin connection is connected. The pressure
in the second control room is adjustable, preferably via a
Control valve, so that the pressure in the first control room very much
can be changed quickly. By
The low moving mass, the valve needle can very quickly
Open injection ports or
close,
whereby very rapid successive injections are made possible.
Since no leakage gaps are present in the high-pressure area, results
even at higher heights
Injection pressures
no impairment
the function of the fuel injection valve according to the invention.
Durch
die abhängigen
Ansprüche
sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung
möglich.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ventilbolzen
im wesentlichen eine Hohlzylinderform auf, sodass die Verbindung
zwischen den beiden Steuerräumen
durch einen Längskanal
im Ventilbolzen gebildet wird. Der Ventilbolzen stützt sich
hierbei vorzugsweise über
eine Schließfeder
an der Ventilnadel ab, sodass die Ventilnadel durch die Federkraft
gegen den Ventilsitz gedrückt wird.
Dadurch bleiben die Einspritzöffnungen
auch dann verschlossen, wenn das Kraftstoffeinspritzventil nicht
betrieben wird. Der Ventilbolzen kann sich darüber hinaus vorteilhafterweise über eine
Druckfeder an einem ortfesten Anschlag abstützen, sodass er zwischen der
Schließfeder
einerseits und der Druckfeder andererseits gelagert ist. Dies erleichtert
eine leichte Montage und Demontage des Kraftstoffeinspritzventils
und erlaubt es, in Längsrichtung
mit relativ großen
Toleranzen zu fertigen.By
the dependent ones
claims
are advantageous developments of the subject of the invention
possible.
In a first advantageous embodiment, the valve pin
essentially a hollow cylindrical shape, so that the connection
between the two control rooms
through a longitudinal channel
is formed in the valve pin. The valve pin is supported
preferably via
a closing spring
on the valve needle, so that the valve needle by the spring force
is pressed against the valve seat.
This leaves the injection openings
closed even if the fuel injector is not
is operated. The valve pin can also advantageously via a
Support the compression spring against a stationary stop so that it lies between the
closing spring
on the one hand and the compression spring on the other hand is mounted. This facilitates
easy assembly and disassembly of the fuel injector
and allows it, in the longitudinal direction
with relatively large
To manufacture tolerances.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich
der Ventilbolzen an seinem ventilsitzseitigen Ende mit einer Anlagefläche am Ventilsitz
ab, sodass er durch die Druckfeder ortsfest gehalten wird. Der Ventilbolzen
weist in diesem Fall vorzugsweise Öffnungen auf, durch die der
Kraftstoff aus einem Druckraum, der den Ventilbolzen umgibt, in
Richtung der Einspritzöffnungen
fließen
kann.In
a further advantageous embodiment of the invention is based
the valve pin at its valve seat side end with a contact surface on the valve seat
so that it is held stationary by the compression spring. The valve pin
has in this case preferably openings through which the
Fuel from a pressure chamber surrounding the valve pin, in
Direction of the injection openings
flow
can.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es ebenso möglich, dass
eine weitere Hülse
vorgesehen ist, die ebenfalls in der Bohrung des Ventilkörpers angeordnet
ist und die den Ventilbolzen und die Ventilnadel umgibt. Die Hülse wird
hierbei in der Bohrung geführt
und sorgt ebenso für
eine Führung des
Ventilbolzens und der Ventilnadel, wobei der erste Steuerraum zwischen
dem Ventilbolzen und der Ventilnadel ausgebildet ist und von der
Hülse radial nach
außen
begrenzt wird. Die Hülse
weist ventilsitznah ebenfalls Öffnungen
auf, durch die Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen fließen kann.
Durch die Hülse werden
sowohl der Ventilbolzen als auch die Ventilnadel sehr exakt bezüglich der
Längsachse
des Ventilkörpers
geführt,
sodass auch die Einspritzung entsprechend symmetrisch stattfindet.In
According to a further advantageous embodiment, it is also possible that
another sleeve
is provided, which is also arranged in the bore of the valve body
is and that surrounds the valve pin and the valve needle. The sleeve will
guided in the bore
and takes care of as well
a guided tour of the
Valve pin and the valve needle, the first control chamber between
the valve pin and the valve needle is formed and of the
Sleeve radially to
Outside
is limited. The sleeve
has valve seat close also openings
through which fuel can flow to the injection openings.
Be through the sleeve
Both the valve pin and the valve needle very exactly with respect to the
longitudinal axis
of the valve body
guided,
so that the injection takes place symmetrically.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ventilbolzen
eine Aufnahme auf, in die ein Druckkolben hineinragt. Der Druckkolben
begrenzt zusammen mit der Auf nahme den zweiten Steuerraum, der über einen
Längskanal
innerhalb des Ventilbolzens mit dem ersten Steuerraum verbunden
ist. Der Druckkolben lässt
sich beispielsweise über
ein Piezoaktor bewegen, sodass die Bewegung der Ventilnadel direkt über dem
Piezoaktor gesteuert werden kann. Durch diese Bauform, bei der die
Steuerung der Ventilnadel in den Ventilkörper verlegt wird, lassen sich
sehr kompakte Einspritzventile konstruieren, die dem steten Bedarf
nach Bauteilverkleinerung Rechnung tragen.In
a further advantageous embodiment, the valve pin
a receptacle into which a pressure piston protrudes. The pressure piston
limited together with the admission the second control room, the one over
longitudinal channel
connected within the valve pin with the first control chamber
is. The pressure piston leaves
For example, about
move a piezoelectric actuator so that the movement of the valve needle directly above the
Piezo actuator can be controlled. Due to this design, in which the
Control of the valve needle is relocated into the valve body can be
Construct very compact injectors that are in constant demand
take into account component reduction.
Zeichnungdrawing
In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Es zeigt:In
the drawing are various embodiments of the fuel injection valve according to the invention
shown. It shows:
1 einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, 1 a longitudinal section through a fuel injection valve according to the invention,
1a einen
Querschnitt durch das in 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil
entlang der Linie A-A, 1a a cross section through the in 1 shown fuel injector along the line AA,
2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
im Längsschnitt, 2 a further embodiment of a fuel injection valve according to the invention in longitudinal section,
2a einen
Querschnitt entlang der Linie A-A und 2a a cross section along the line AA and
2b eine
alternative Konstruktion des in 2 gezeigten
Einspritzventils, wobei nur der ventilsitzabgewandte Bereich dargestellt
ist, 2 B an alternative construction of the in 2 shown injector, wherein only the valve seat facing away region is shown,
3, 4 und 5 zeigen
weitere Ausführungsbeispiele,
die jeweils im Längsschnitt
dargestellt sind und 3 . 4 and 5 show further embodiments, which are each shown in longitudinal section and
6 ein
letztes Ausführungsbeispiel,
bei dem zusätzlich
ein Piezoaktor dargestellt ist, der Teil des gesamten Einspritzventils
ist. 6 a final embodiment, in which in addition a piezoelectric actuator is shown, which is part of the entire injection valve.
Beschreibung
der Ausführungsbeispieledescription
the embodiments
In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
im Längsschnitt
dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper 1, der
in Einbaulage gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt
ist. Der Ventilkörper 1 weist
eine Bohrung 3 auf, die an ihrem brennraumseitigen Ende
von einem konischen Ventilsitz 4 begrenzt wird. Der konische
Ventilsitz 4 läuft in
eine Sacklochbohrung 6 aus, wobei wenigstens eine Einspritzöffnung 10, 10' entweder von
der Sacklochbohrung 6 o der vom konischen Ventilsitz 4 ausgeht
und in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum
der Brennkraftmaschine mündet. In
der Bohrung 3 ist ein Ventilbolzen 5 längsverschiebbar
angeordnet, wobei zwischen der Wand der Bohrung 3 und dem
Ventilbolzen 5 ein Druckraum 8 ausgebildet, der
mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Ventilbolzen 5 ist
in einem mittleren Abschnitt 105 in der Bohrung 3 geführt: 1a zeigt hierzu
einen Querschnitt durch das in 1 dargestellte
Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie A-A. Der Ventilbolzen 5 weist
im mittleren Führungsabschnitt 105 Ausnehmungen 16 in
Form von Längsnuten
auf, sodass hier vier Führungsflächen 17 an
der Außenseite
des Ventilbolzens 5 gebildet werden, die an der Wand der
Bohrung 3 anliegen. Durch die Ausnehmungen 16 ist
ein ausreichend großer
Durchflussquerschnitt gebildet, durch den Kraftstoff in Richtung
der Einspritzöffnungen 10 ungedrosselt
fließen kann.In 1 a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section. The fuel injection valve comprises a valve body 1 , which is braced in mounting position against a holding body, not shown in the drawing. The valve body 1 has a hole 3 on, at their combustion chamber end of a conical valve seat 4 is limited. The conical valve seat 4 runs into a blind hole 6 from, wherein at least one injection opening 10 . 10 ' either from the blind hole 6 o the conical valve seat 4 goes out and opens in installation position of the fuel injection valve in the combustion chamber of the internal combustion engine. In the hole 3 is a valve pin 5 arranged longitudinally displaceable, wherein between the wall of the bore 3 and the valve pin 5 a pressure room 8th formed, which is filled with fuel under high pressure. The valve pin 5 is in a middle section 105 in the hole 3 guided: 1a shows a cross section through the in 1 illustrated fuel injection valve along the line AA. The valve pin 5 points in the middle guide section 105 recesses 16 in the form of longitudinal grooves, so here four guide surfaces 17 on the outside of the valve pin 5 be formed on the wall of the hole 3 issue. Through the recesses 16 is formed a sufficiently large flow area through the fuel in the direction of the injection openings 10 can flow unthrottled.
Am
ventilsitzseitigen Ende geht der Ventilbolzen 5 in einen
Führungsabschnitt 14 über, der
im Durchmesser verringert ist. Auf dem Führungsabschnitt 14 ist
eine Ventilnadel 7 geführt,
die eine entsprechende Aufnahme 15 aufweist, die den Führungsabschnitt 14 des
Ventilbolzens 5 aufnimmt. Die Ventilnadel 7 weist
eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 11 auf, mit der
sie auf dem Ventilsitz 4 aufliegt und dabei bei Anlage
am Ventilsitz 4 den Druckraum 8 von den Einspritzöffnungen 10 trennt. Die
Ventilnadel 7 ist über
eine Schließfeder 12 gegen den
Ventilbolzen 5 verspannt, wobei die Schließfeder 12 den
Führungsabschnitt 14 des
Ventilbolzens 5 umgibt.At the valve seat side end of the valve pin goes 5 in a guide section 14 over, which is reduced in diameter. On the guide section 14 is a valve needle 7 led, the appropriate recording 15 comprising the guide section 14 of the valve pin 5 receives. The valve needle 7 has a substantially conical valve sealing surface 11 on, with her on the valve seat 4 rests and while planting on the valve seat 4 the pressure room 8th from the injection ports 10 separates. The valve needle 7 is about a closing spring 12 against the valve pin 5 braced, with the closing spring 12 the guide section 14 of the valve pin 5 surrounds.
Durch
die Aufnahme 15 der Ventilnadel 7 und den Führungsabschnitt 14 des
Ventilbolzens 5 wird ein erster Steuerraum 25 begrenzt,
der über
einen im Ventilbolzen 5 ausgebildeten Längskanal 22 mit einem
zweiten Steuerraum 27 verbunden ist. Dieser wird durch
das ventilsitzabgewandte Ende des Ventilbolzens 5 und eine
Druckhülse 18 begrenzt, wobei
die Druckhülse 18 den
Ventilbolzen 5 an seinem ventilsitzabgewandten Ende umgibt.
Die Druckhülse 18 wird über eine
Druckfeder 20, die sich an einem mit dem Ventilbolzen 5 verbundenen
Stützring 13 abstützt, gegen
den in der 1 nicht dargestellten Haltekörper gedrückt. Dadurch
wird auch der Ventilbolzen 5 in Richtung des Ventilsitzes 4 gedrückt, während er
gleichzeitig von der Schließfeder 12 in
die entgegengesetzte Richtung beaufschlagt wird.By the recording 15 the valve needle 7 and the guide section 14 of the valve pin 5 becomes a first control room 25 limited, the one in the valve pin 5 trained longitudinal channel 22 with a second control room 27 connected is. This is through the valve seat facing away from the end of the valve pin 5 and a pressure sleeve 18 limited, the pressure sleeve 18 the valve pin 5 surrounds at its valve seat facing away from the end. The pressure sleeve 18 is via a compression spring 20 attached to one with the valve pin 5 connected support ring 13 supports, against in the 1 Holding body not shown pressed. This will also change the valve pin 5 in the direction of the valve seat 4 pressed while at the same time by the closing spring 12 is applied in the opposite direction.
Damit
sich der Druck möglichst
rasch von zweiten Steuerraum 27 in den ersten Steuerraum 25 fortsetzt,
muss das Volumen der beiden Steuerräume 25, 27 und
das Volumen des Längskanals 22 möglichst
klein sein. Da der Durchmesser des Längskanals 22 fertigungsbedingt
einen gewissen Mindestquerschnitt aufweisen muss, kann es vorgesehen sein,
dass im Längskanal 22 ein
Füllstift 31 angeordnet
ist. Über
die Dicke und die Länge
des Füllstiftes 31 kann
so das Volumen optimal angepasst werden.Thus, the pressure as quickly as possible from the second control room 27 in the first control room 25 The volume of the two control rooms must continue 25 . 27 and the volume of the longitudinal channel 22 be as small as possible. Because the diameter of the longitudinal channel 22 production-related must have a certain minimum cross section, it may be provided that in the longitudinal channel 22 a filler pen 31 is arranged. About the thickness and the length of the filler pen 31 So the volume can be adjusted optimally.
Die
Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Im
Druckraum 8 wird ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrechterhalten,
der beispielsweise in einem sogenannten Common-Rail zur Verfügung gestellt
wird. Durch eine gesonderte Verbindung oder durch Leckagespalte,
etwa zwischen dem Ventilbolzen 5 und der Druckhülse 18,
herrscht im zweiten Steuerraum 27 und über den Längskanal 22 auch im
ersten Steuerraum 25 derselbe hohe Kraftstoffdruck wie
im Druckraum 8. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird
die über
eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein Steuerventil, das in
dem in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper untergebracht ist, ein
niedrigerer Druck im zweiten Steuerraum 27 eingestellt.
Durch den Druckabfall im zweiten Steuerraum 27 sinkt praktisch
instantan auch der Druck im ersten Steuerraum 25, da beide Steuerräume 25, 27 über den
Längskanal 22 hydraulisch
miteinander verbunden sind. Dies bewirkt ein Absinken der hydraulischen
Kraft auf die Ventilnadel 7, die durch den Druck im ersten
Steuerraum 25 eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 4 erfährt. Durch
Druckbeaufschlagung eines Teils der Ventildichtfläche 11 hebt
die Ventilnadel 7 nunmehr vom Ventilsitz 4 ab,
sodass Kraftstoff aus dem Druckraum 8 zwischen der Ventildichtfläche 11 und
dem Ventilsitz 4 hindurch zu den Einspritzöffnungen 10 strömt und von
dort in den Brennraum eingespritzt wird. Durch anschließende Druckerhöhung im
zweiten Steuerraum 27 steigt auch der Druck im ersten Steuerraum 25 wieder
an, und die Ventilnadel 7 gleitet zurück in ihre Schließstellung,
d.h. in Anlage an den Ventilsitz 4.The operation of the fuel injection valve is as follows: In the pressure chamber 8th a predetermined high fuel pressure is maintained, which is provided for example in a so-called common rail. Through a separate connection or through leakage gaps, such as between the valve pin 5 and the pressure sleeve 18 , prevails in the second control room 27 and over the longitudinal channel 22 also in the first control room 25 the same high fuel pressure as in the pressure chamber 8th , If an injection is to take place, then the control device, for example a control valve, which is accommodated in the holding body, not shown in the drawing, a lower pressure in the second control chamber 27 set. Due to the pressure drop in the second control room 27 The pressure in the first control room drops practically instantaneously 25 because both control rooms 25 . 27 over the longitudinal channel 22 hydraulically connected to each other. This causes a decrease of the hydraulic force on the valve needle 7 caused by the pressure in the first control room 25 a closing force in the direction of the valve seat 4 experiences. By pressurizing part of the valve sealing surface 11 raises the valve needle 7 now from the valve seat 4 off, allowing fuel from the pressure chamber 8th between the valve sealing surface 11 and the valve seat 4 through to the injection ports 10 flows and is injected from there into the combustion chamber. By subsequent pressure increase in the second control room 27 the pressure in the first control room also increases 25 again, and the valve needle 7 slides back to its closed position, ie in abutment with the valve seat 4 ,
In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
Die Ventilnadel 7 ist hier, abgesehen von der konischen
Ventildichtfläche 11,
als kompakter Zylinder ausgeführt
und somit nicht auf dem Ventilbolzen 5 geführt. Der
erste Steuerraum 25 ist zwischen der Ventilnadel 7 und
der ventilsitzzugewandten Stirnfläche des Ventilbolzens 5 ausgebildet.
In der Bohrung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine
Hülse 30 angeordnet,
die sowohl den Ventilbolzen 5 als auch die Druckhülse 18 und
die Ventilnadel 7 umgibt und die mit einer Anlagefläche 37 am Ventilsitz 4 aufliegt.
Die Hülse 30 ist
ortsfest in der Bohrung 3 angeordnet und weist Ausnehmungen 16 auf,
durch die – ebenso
bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 – Führungsflächen 17 gebildet
werden, mit denen die Hülse 30 an
der Wand der Bohrung 3 anliegt. Ventilsitzzugewandt wird
die Hülse 30 vom Druckraum 8 umgeben,
der ebenfalls mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt ist.
Um den Zustrom von Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen 10 zu ermöglichen,
sind an der Hülse 30 mehrere Öffnungen 32 angeordnet,
die schlitzförmig
ausgeführt
sind und einen ausreichenden Strömungsquerschnitt
zur Verfügung
stellen. 2a zeigt hierzu einen Querschnitt entlang
der Linie A-A der 2, durch die die Anordnung der
Druckhülse 18 in der Hülse 30 deutlich wird.
Die Funktionsweise dieses Kraftstoffeinspritzventils ist identisch
mit der Funktionsweise des in 1 gezeigten
Einspritzventils, sodass auf eine Funktionsbeschreibung hier verzichtet
werden kann.In 2 a second embodiment of the fuel injection valve according to the invention is shown. The valve needle 7 is here, except for the conical valve sealing surface 11 , designed as a compact cylinder and thus not on the valve pin 5 guided. The first control room 25 is between the valve needle 7 and the valve seat facing end face of the valve pin 5 educated. In the hole 3 is in this embodiment additionally a sleeve 30 arranged, which both the valve pin 5 as well as the pressure sleeve 18 and the valve needle 7 surrounds and with a contact surface 37 at the valve seat 4 rests. The sleeve 30 is stationary in the hole 3 arranged and has recesses 16 on, by - as in the embodiment according to 1 - Guide surfaces 17 be formed, with which the sleeve 30 on the wall of the hole 3 is applied. Valve seat facing the sleeve 30 from the pressure room 8th surrounded, which is also filled with fuel under high pressure. To the influx of fuel to the injection ports 10 to allow are on the sleeve 30 several openings 32 arranged, which are slit-shaped and provide a sufficient flow area available. 2a shows a cross section along the line AA of the 2 , through which the arrangement of the pressure sleeve 18 in the sleeve 30 becomes clear. The operation of this fuel injection valve is identical to the operation of the in 1 shown injector, so that it can be omitted here a functional description.
2b zeigt
eine alternative Ausgestaltung des ventilsitzabgewandten Endes des
Einspritzventils nach 2, wobei hier nur die wesentlichen
Komponenten gezeigt sind. Statt der Druckhülse 18 ist hier ein
Druckstück 34 vorgesehen,
das eine Längsbohrung 36 aufweist.
Zwischen dem Druckstück 34 und
dem Ventilbolzen 5 ist ein Zwischenraum 29 ausgebildet,
in dem die Druckfeder 20 angeordnet ist, die das Druckstück 34 gegen
den nicht gezeigten Haltekörper
drückt
und gleichzeitig den Ventilbolzen 5 in Richtung der Ventilnadel 7.
Somit ergibt sich eine Hintereinander-Schaltung des zweiten Steuerraums 27,
des Zwischenraums 29 und des ersten Steuerraums 25,
die jeweils über
eine Längsbohrung 36 bzw.
einen Längskanal 22 im
Ventilbolzen 5 und im Druckstück 34 miteinander
verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich andere Dämpfungseigenschaften,
insbesondere, wenn der Ventilbolzen 5 bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 7 eine leichte Bewegung ausführt. 2 B shows an alternative embodiment of the valve seat facing away from the end of the injector 2 Here, only the essential components are shown. Instead of the pressure sleeve 18 Here is a print piece 34 provided that a longitudinal bore 36 having. Between the pressure piece 34 and the valve pin 5 is a gap 29 formed in which the compression spring 20 is arranged, which is the pressure piece 34 presses against the holding body, not shown, and at the same time the valve pin 5 in the direction of the valve needle 7 , This results in a series connection of the second control space 27 , the gap 29 and the first control room 25 , each with a longitudinal bore 36 or a longitudinal channel 22 in the valve pin 5 and in the pressure piece 34 connected to each other. By this configuration, other damping properties arise, especially when the valve pin 5 during the opening stroke of the valve needle 7 makes a slight movement.
In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt
dargestellt. Der Ventilbolzen 5 ist hier, ebenso wie bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, durch Führungsflächen 17 in
der Bohrung 3 geführt.
Zwischen der Druckhülse 18 und dem
Ventilbolzen 5 ist hier eine Druckfeder angeordnet, die
den Ventilbolzen 5 mit einer Anlagefläche 19 gegen den Ventilsitz 4 drückt. Um
den Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen 10 zu ermöglichen,
sind hier Öffnungen 32' vorgesehen,
die ähnlich
wie die Öffnungen 32 in
der Hülse 30 des
Ausführungsbeispiels
nach 2 ausgeführt
sind. Die Ventilnadel 7 weist der Ventildichtfläche 11 abgewandt
ein kolbenförmiges
Ende 21 auf, mit der sie in einer Aufnahme 24 im
Ventilbolzen 5 geführt
ist. Zwischen einem Ringbund 33 und einem Absatz in der
Aufnahme 24 ist die Schließfeder 12 angeordnet,
die die Ventilnadel 7 gegen den Ventilsitz 4 drückt. Der
erste Steuerraum 25 wird durch die Stirnfläche des
kolbenförmigen
Endes 21 und durch die Grundfläche der Aufnahme 24 begrenzt
und ist auch hier durch den Längskanal 22 mit
dem zweiten Steuerraum 27 verbunden. Die Funktionsweise
ist auch hier identisch mit dem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele,
wobei hier an der Ventilnadel 7 eine weitere Druckfläche 35 durch
den Ringbund 33 gebildet wird, der eine zusätzliche
hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 7 in Öffnungsrichtung
bewirkt. Anders als bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen bewegt sich
der Ventilbolzen 5 hier nicht und bleibt während der
gesamten Einspritzung ortsfest.In 3 is a further embodiment shown in longitudinal section. The valve pin 5 is here as well as the one in 1 illustrated embodiment, by guide surfaces 17 in the drilling 3 guided. Between the pressure sleeve 18 and the valve pin 5 Here is a compression spring arranged, which the valve pin 5 with a contact surface 19 against the valve seat 4 suppressed. To the fuel flow to the injection openings 10 to allow, here are openings 32 ' provided, similar to the openings 32 in the sleeve 30 of the embodiment according to 2 are executed. The valve needle 7 indicates the valve sealing surface 11 turned away a piston-shaped end 21 on, with them in a recording 24 in the valve pin 5 is guided. Between a ring collar 33 and a paragraph in the recording 24 is the closing spring 12 arranged the valve needle 7 against the valve seat 4 suppressed. The first control room 25 is through the end face of the piston-shaped end 21 and through the footprint of the recording 24 limited and is also here by the longitudinal channel 22 with the second control room 27 connected. The mode of operation is also identical to that of the preceding embodiments, in which case the valve needle 7 another printing surface 35 through the waistband 33 is formed, which adds an additional hydraulic force to the valve needle 7 effected in the opening direction. Unlike the previous embodiments, the valve pin moves 5 not here and remains stationary during the entire injection.
In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
wobei hier dieselbe Darstellung wie in 3 gewählt wurde.
Die beiden Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich nur dadurch, dass die Ventilnadel 7 hier
in einen Zapfen 23 ausläuft,
der in der Aufnahme 24 angeordnet ist und durch den eine
Ventilnadel 7 eine Schulter gebildet wird, an der die Schließfeder 12 anliegt.
Die Ventilnadel 7 wird in der Aufnahme 24 geführt, wobei
sich eine hydraulische Öffnungskraft
nur dadurch ergibt, dass ein Teil der Dichtfläche 11 vom Kraftstoffdruck
des Druckraums 8 beaufschlagt wird.In 4 a further embodiment is shown, wherein here the same representation as in 3 was chosen. The two embodiments differ only in that the valve needle 7 here in a cone 23 that is in the intake 24 is arranged and through the a valve needle 7 a shoulder is formed at which the closing spring 12 is applied. The valve needle 7 will be in the recording 24 guided, wherein a hydraulic opening force results only in that a part of the sealing surface 11 from the fuel pressure of the pressure chamber 8th is charged.
Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, das ebenfalls
im Längsschnitt
dargestellt ist, weist der Ventilbolzen 5 keine Führungsflächen 17 auf,
sondern eine zylindrische Außenform
und einen Außendurchmesser,
der deutlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 3.
Um den Druckbolzen 5 in der Bohrung 3 zu zentrieren,
ist eine Führungsscheibe 38 vorgesehen,
die an einem Absatz 41 am Druckbolzen 5 anliegt.
Zwischen der Führungsscheibe 38 und
der Druckhülse 18 ist
die Druckfeder 20 angeordnet, die an die Führungsscheibe 38 gegen
den Absatz 41 drückt.
In der Führungsscheibe 38 sind
mehrere Durchlässe 39 vorgesehen,
sodass der Kraftstoff durch den Druckraum 8 in Richtung
der Einspritzöffnungen
ungedrosselt fließen
kann. Bei der Öffnungshubbewegung
der Ventilnadel 7 wird nur die Ventilnadel 7 bewegt,
während
der Druckbolzen 5 ortsfest in der Bohrung 3 verbleibt.At the in 5 illustrated embodiment, which is also shown in longitudinal section, has the valve pin 5 no guide surfaces 17 but a cylindrical outer shape and an outer diameter, which is significantly smaller than the inner diameter of the bore 3 , To the pressure pin 5 in the hole 3 to center is a guide disc 38 provided at a paragraph 41 on the pressure pin 5 is applied. Between the guide disc 38 and the pressure sleeve 18 is the compression spring 20 arranged on the guide disc 38 against the paragraph 41 suppressed. In the guide disc 38 are several passages 39 provided so that the fuel through the pressure chamber 8th can flow unthrottled in the direction of the injection openings. During the opening stroke movement of the valve needle 7 only the valve needle 7 moves while the pressure pin 5 stationary in the hole 3 remains.
In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
bei dem neben dem Ventilkörper 1 noch eine
Antriebsvorrichtung, hier in Form eines Piezoaktors 40 dargestellt,
der in der Regel im Haltekörper angeordnet
ist. Der Ventilbolzen 5 weist eine Aufnahme 24 auf,
in der die Ventilnadel 7 – wie bereits in vorhergehenden
Ausführungsbeispielen – geführt ist. Darüber hinaus
weist der Ventilbolzen 5 an seiner gegenüberliegenden
Seite eine weitere Aufnahme 26 auf, in der ein Druckkolben 42 geführt ist,
wobei der zweite Steuerraum 27 durch den Druckkolben 42 und durch
die Wandung der zweiten Aufnahme 26 begrenzt wird. Zwischen
dem Druckkolben 42 und dem Ventilbolzen 5 ist
die Druckfeder 20 angeordnet, die den Druckkolben 42 vom
Ventilbolzen 5 wegdrückt.In 6 is shown a further embodiment, in which in addition to the valve body 1 nor a drive device, here in the form of a piezoelectric actuator 40 shown, which is usually arranged in the holding body. The valve pin 5 has a recording 24 on, in which the valve needle 7 - As in previous embodiments - is performed. In addition, the valve pin points 5 on its opposite side another shot 26 on, in which a pressure piston 42 is guided, wherein the second control room 27 through the pressure piston 42 and through the wall of the second receptacle 26 is limited. Between the pressure piston 42 and the valve pin 5 is the compression spring 20 arranged, which the pressure piston 42 from the valve pin 5 pushes.
Der
Druckkolben 42 ist direkt mit dem Piezoaktor 40 verbinden,
sodass durch eine entsprechende Bestromung des Piezoaktors 40 eine
Längsbewegung
des Druckkolbens 42 erfolgt, durch die das Volumen des
zweiten Steuerraums 27 veränderbar ist, so dass entweder
Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 27 verdrängt oder über Leckagespalte
zwischen der Wand der zweiten Aufnahme 26 und dem Druckkolben 42 in
den zweiten Steuerraum 27 gefördert wird. Zu Beginn der Einspritzung
ist der Piezoaktor 40 verkürzt. Der zweite Steuerraum 27 ist
ebenso wie der erste Steuerraum 25 und der Längskanal 22 über Leckagespalte,
die z. B. zwischen dem Druckkolben 42 und der zweiten Aufnahme 26 ausgebildet sind,
mit dem Druckraum 8 verbunden und damit mit Kraftstoff
unter Druck befüllt.
Der Piezoaktor 40 befindet sich in seiner maximalen Auslenkungslage,
sodass das Volumen des zweiten Steuerraums 27 und des ersten
Steuerraums 25 möglichst
klein ist. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Piezoaktor 40 verkürzt, sodass
sich der Druckkolben 42 zurückzieht. Hierdurch erhöht sich
das Volumen des zweiten Steuerraums 27, wodurch der Druck
auch im ersten Steuerraum 25 rasch absinkt, wobei zur Vermeidung
von Druckschwingungen und zur zeitlichen Steuerung des Druckabfalls
im Längskanal 22 eine Drossel 28 vorgesehen
sein kann. Durch den Druckabfall im ersten Steuerraum 25 und
die damit einhergehende Abnahme der hydraulischen Schließkraft auf
die Ventilnadel 7 wird diese vom Kraftstoffdruck im Druckraum 8 in
ihre Öffnungsstellung,
d. h. vom Ventilsitz 4 weggedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 10 freigegeben
werden. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Piezoaktor 40 wieder
verlängert, sodass
sich der Druck in den Steuerräumen 25, 27 erneut
aufbaut und die Ventilnadel 7 zurück in ihre Schließstellung
drückt. Über die
Leckagespalte findet anschließend
ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum 8 und den Steuerräumen 25, 27 statt.The pressure piston 42 is directly with the piezoelectric actuator 40 connect, so that by a corresponding energization of the piezoelectric actuator 40 a longitudinal movement of the pressure piston 42 is done by the volume of the second control room 27 is changeable, so that either fuel from the second control room 27 displaced or via leakage gaps between the wall of the second receptacle 26 and the plunger 42 in the second control room 27 is encouraged. At the beginning of the injection is the piezoelectric actuator 40 shortened. The second control room 27 is the same as the first control room 25 and the longitudinal channel 22 via leakage gaps, the z. B. between the pressure piston 42 and the second shot 26 are formed, with the pressure chamber 8th connected and thus filled with fuel under pressure. The piezo actuator 40 is in its maximum deflection position, so the volume of the second control chamber 27 and the first control room 25 as small as possible. If an injection takes place, then the piezoelectric actuator 40 shortened, so that the pressure piston 42 withdraws. This increases the volume of the second control chamber 27 , whereby the pressure is also in the first control room 25 rapidly decreases, to avoid pressure oscillations and to control the pressure drop in the longitudinal channel 22 a throttle 28 can be provided. Due to the pressure drop in the first control room 25 and the concomitant decrease in the hydraulic closing force on the valve needle 7 this is due to the fuel pressure in the pressure chamber 8th in their open position, ie from the valve seat 4 pushed away, leaving the injection openings 10 be released. To complete the injection, the piezoelectric actuator 40 extended again, so that the pressure in the control rooms 25 . 27 builds up again and the valve needle 7 pushes back to its closed position. Via the leakage gaps, a pressure equalization then takes place between the pressure chamber 8th and the control rooms 25 . 27 instead of.
Durch
die Anordnung der Komponenten nach 6 kann die
komplette Steuerung der Ventilnadel 7 und damit der Einspritzung
in den Ventilkörper 1 verlegt
werden, was im Haltekörper
lediglich der Piezoaktor 40 mit seinen elektrischen Anschlüssen vorgesehen
sein muss und die Verbindung des Druckraums 8 mit der Kraftstoffhochdruckquelle.By arranging the components according to 6 can the complete control of the valve needle 7 and thus the injection into the valve body 1 be moved, what in the holding body only the piezoelectric actuator 40 must be provided with its electrical connections and the connection of the pressure chamber 8th with the high-pressure fuel source.
Die
gezeigten Ausführungsbeispiele
weisen drüber
hinaus den Vorteil auf, dass die Ventilnadel 7 sehr klein
ausgeführt
ist, sodass sich die Herstellungskosten senken lassen. Dies ist
insbesondere dann interessant, wenn zur weiteren Erhöhung der Präzision relativ
teure Materialien zur Herstellung der Ventilnadel 7 Verwendung
finden, beispielsweise Edelstähle.In addition, the embodiments shown have the advantage that the valve needle 7 is made very small, so that can reduce the manufacturing cost. This is particularly interesting if, to further increase the precision of relatively expensive materials for the production of the valve needle 7 Use find, for example, stainless steels.