DE102008001330A1

DE102008001330A1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102008001330A1
Application number: DE102008001330A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gruenberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-10-29
Also published as: JP5238070B2; EP2283226B1; JP2011518979A; US20110088660A1; WO2009130065A1; CN102016285B; US8662411B2; EP2283226A1; CN102016285A

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einer Düsennadel (10), die durch ihre Längsbewegung mit einem Ventilsitz (13) zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (12) öffnet und schließt, wobei die Düsennadel (10) durch den Druck in einem Steuerraum (20) eine in Richtung des Ventilsitzes (13) gerichtete Schließkraft erfährt. In einem Ventilkörper (4) ist ein Steuerventil (30; 30'; 30'') ausgebildet, durch welches der Druck im Steuerraum (20) einstellbar ist, wobei das Steuerventil (30; 30'; 30'') einen mit dem Steuerraum (20) verbundenen Steuerventilraum (21) umfasst, in dem ein Steuerventilglied (34; 34'; 34'') längsbewegbar angeordnet ist und durch seine Längsbewegung eine Verbindung des Steuerventilraums (21) mit einem Leckölraum (23) öffnet und schließt. Das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') ist vom Druck im Steuerventilraum (21) umgeben und so ausgebildet, dass durch den Druck im Steuerraum (21) keine oder nur eine sehr geringe resultierende hydraulische Kraft auf das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') in Längsbewegungsrichtung ausgeübt wird, wenn das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') die Verbindung des Steuerventilraums (31) mit dem Leckölraum (23) schließt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es zur Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird.
Stand der Technik
Kraftstoffeinspritzventile, wie sie vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind seit langer Zeit aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Einspritzsystemen, die nach dem sogenannten Common-Rail-Prinzip arbeiten, wird mittels einer Hochdruckpumpe verdichteter Kraftstoff in einem sogenannten Rail zur Verfügung gestellt und mittels Injektoren in die jeweiligen Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Einspritzung wird mittels einer Düsennadel angesteuert, die eine Längsbewegung ausführt und dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt. Da es insbesondere bei der Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck nicht sinnvoll oder nicht möglich ist, die Düsennadel direkt durch einen elektrischen Aktor zu bewegen, werden hydraulische Kräfte, die der verdichtete Kraftstoff aus die Düsennadel ausübt, zur Ansteuerung verwendet. Hierzu ist im Kraftstoffeinspritzventil ein Steuerraum ausgebildet, dessen Kraft direkt oder indirekt auf die Düsennadel wirkt und sie dadurch gegen einen Düsensitz presst, so dass die Düsennadel die Einspritzöffnungen verschließt. Durch Änderung des Drucks im Steuerraum und damit der Schließkraft auf die Düsennadel kann die Längsbewegung der Düsennadel gezielt gesteuert werden.
Der Kraftstoffdruck im Steuerraum wird mittels eines Steuerventils beeinflusst, wobei der Steuerraum abwechselnd mit einem Leckölraum, in dem ein niedriger Druck herrscht, verbunden wird oder diese Verbindung wird durch das Steuer ventil unterbrochen. Aus der DE 10 2004 030 445 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das ein solches Steuerventil aufweist. Das Steuerventil ist hier als sogenanntes 3/2-Wege-Ventil ausgeführt und steuert die Verbindung des Steuerraums einerseits zur Hochdruckquelle, aus der der verdichtete Kraftstoff dem Einspritzventil zugeführt wird, und andererseits zu einem Niederdruck aufweisenden Leckölraum. Das Steuerventil weist ein Steuerventilglied auf, das mittels eines elektrischen Aktors, beispielsweise einem Magnet oder einem Piezoaktor, innerhalb des Steuerventilraums bewegt werden kann und so mit einem ersten Steuerventilsitz und einem zweiten Steuerventilsitz zusammenwirkt. Befindet sich das Steuerventilglied in Anlage am ersten Steuerventilsitz, so wird die Verbindung des Steuerventilraums zum Leckölraum bzw. zu einem Leckageanschluss, der eine Verbindung zu einem Niederdruckbereich aufweist, geschlossen. Da sowohl die Ablaufdrossel, die vom Steuerraum der Düsennadel in den Steuerventilraum mündet, als auch die Bypass-Drossel, die den Hochdruckkanal mit dem Steuerkanal verbindet, in den Steuerventilraum münden, ergibt sich eine Verbindung des Hochdruckkanals zum Steuerraum über die Ablaufdrossel.
Soll der Druck im Steuerraum abgesenkt werden, so wird mittels des elektrischen Aktors das Steuerventilglied weg vom ersten Steuerventilsitz in Anlage an den zweiten Steuerventilsitz bewegt. Dadurch wird die Verbindung des Steuerventilraums zum Leckölraum geöffnet, während gleichzeitig die Bypass-Drossel, die den Hochdruckkanal mit dem Steuerventilraum verbindet, geschlossen wird. Die sich dadurch ergebende Verbindung von der Ablaufdrossel des Steuerraums über den Steuerventilraum zum Leckölraum führt zu einem Abfluss des Kraftstoffdrucks im Steuerraum und damit dort zu einer entsprechenden Drucksenkung, was zu einer Erniedrigung des Schließdrucks auf die Düsennadel führt und schließlich zu einer Bewegung der Düsennadel weg vom Düsensitz und zur Freigabe der Einspritzöffnungen.
Ein ganz ähnlich arbeitendes Steuerventil ist darüber hinaus aus der WO 2006/067015 A1 bekannt, das im Wesentlichen in gleicher Weise arbeitet. Das Steuerventilglied ist auch hier vom Kraftstoffdruck des Steuerventilraums umgegeben und damit allseitig vom Kraftstoffdruck des Steuerventilraums beaufschlagt. Das Steuerventil arbeitet wie oben beschrieben in der Weise, dass das Steuerventilglied anfangs in Anlage am ersten Steuerventilsitz ist und durch ei nen elektrischen Aktor in den Steuerventilraum hineinbewegt wird, bis es zur Anlage am zweiten Steuerventilsitz gelangt. Hierbei muss das Steuerventilglied vom ersten Steuerventilsitz weg gegen den Kraftstoffdruck im Steuerventilraum bewegt werden. Da im Steuerventilraum anfangs zumindest annähernd der Druck im Steuerraum der Düsennadel herrscht, der wiederum in etwa dem zugeführten Kraftstoffhochdruck entspricht, ist diese Kraft recht hoch, was einen entsprechend kräftigen Aktor mit entsprechend hoher Leistung voraussetzt.
Darüber hinaus weisen die bekannten Steuerventile den Nachteil auf, dass das Steuerventilglied mit einer starken Feder gegen den ersten Steuerventilsitz vorgespannt ist. Dies ist notwendig, um ein zuverlässiges Schließen des Steuerventils sicherzustellen, auch dann, wenn sich durch die Bewegung des Steuerventilglieds im Steuerventilraum die hydraulischen Kräfte auf das Steuerventilglied stark ändern. Eine sehr stark ausgebildete Schließfeder weist jedoch den Nachteil auf, dass das Steuerventilglied auch bei relativ geringen Einspritzdrücken, also dann, wenn im Steuerventilraum nur ein geringer Kraftstoffdruck anliegt, durch die sehr starke Feder gegen den ersten Steuerventilsitz gedrückt wird. Dies führt zu einem unnötig hohen Verschleiß am ersten Steuerventilsitz, was die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzventils nachteilig beeinflussen kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein schnelles und zuverlässiges Schalten der Einspritzung mittels eines Steuerventils ermöglicht wird und damit eine qualitativ bessere Einspritzung und eine längere Lebensdauer des Einspritzventils. Hierzu ist das Steuerventilglied, das sich im Steuerventilraum befindet, so ausgebildet, dass durch den Druck im Steuerraum keine resultierende hydraulische Kraft in Richtung der Längsbewegung des Steuerventilglieds ausgeübt wird. Durch diese Ausgestaltung ist das Steuerventilglied, wenn es sich in Anlage am ersten Steuerventilsitz befindet, also in seiner Schließstellung bezüglich des Leckölraums, tatsächlich oder praktisch kraftausgeglichen. Dies ermöglicht es, mittels eines relativ schwachen Aktors das Steuerventilglied rasch im Steuerventilraum zu bewegen und sehr schnelle Schaltvorgänge durchzuführen. Da das Steuerventilglied praktisch kraftausgeglichen ist, genügt auch eine relativ schwache Schließfeder, die dafür sorgt, dass das Steuerventilglied beim Fehlen weiterer Kräfte, insbesondere dann, wenn der elektrische Aktor, mit dem das Steuerventilglied bewegt wird, ausgeschaltet ist, in seiner den Leckölraum gegen den Steuerventilraum verschließenden Stellung am ersten Steuerventilsitz verbleibt.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerventilglied kolbenförmig ausgebildet und wirkt zum Öffnen und Schließen einer Verbindung des Steuerventilraums mit dem Leckölraum mit einem ersten Steuerventilsitz zusammen. Hierbei ist das Steuerventilglied an seinem dem Steuerventilsitz abgewandten Ende in einer Hülse geführt. Durch die Hülse ist sichergestellt, dass das dem ersten Steuerventilsitz entgegengesetzte Ende des Steuerventilglieds nicht vom Kraftstoffdruck des Steuerventilraums beaufschlagt wird, sondern neben den Außenflächen des Steuerventilglieds nur der Bereich, mit dem das Steuerventilglied mit dem ersten Steuerventilsitz zusammenwirkt. Ist der Durchmesser des Steuerventilglieds in dem Bereich, der in der Hülse geführt ist, gleich groß wie der Durchmesser des Sitzbereichs im Bereich des ersten Steuerventilsitzes, so wirken dann, wenn das Steuerventilglied in Anlage am ersten Steuerventilsitz ist, keine resultierenden hydraulischen Kräfte auf das Steuerventilglied, so dass es kraftausgeglichen ist.
Um die Beweglichkeit des Steuerventilglieds sicherzustellen ist der Raum, der von der Hülse und dem Steuerventilglied begrenzt wird, ein Niederdruckraum, der stets druckentlastet ist. Vorteilhafterweise ist hierbei der Niederdruckraum mit dem Leckölraum verbunden, in dem stets ein niedriger Druck herrscht.
Die Feder, mit der das Steuerventilglied gegen den ersten Steuerventilsitz gepresst wird, ist vorteilhafterweise zwischen der Hülse und dem Steuerventilglied unter Druckvorspannung angeordnet, so dass einerseits das Steuerventilglied gegen den ersten Steuerventilsitz gedrückt wird und andererseits die Hülse an die dem ersten Steuerventilsitz entgegengesetzte Wandung des Steuerventilraums.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerventilglied bolzenförmig ausgebildet und weist eine Blindbohrung auf, die von dem dem ersten Steu erventilsitz entgegengesetzten Ende des Steuerventilglieds ausgeht, also dem ersten Steuerventilsitz entgegengesetzt offen ist. In der Blindbohrung ist eine Innenhülse dichtend angeordnet, so dass durch das Steuerventilglied und die Innenhülse ein Niederdruckraum begrenzt wird, der wiederum vorteilhafterweise über eine in der Innenhülse verlaufende Längsbohrung mit einem Niederdruckraum verbunden ist, vorzugsweise dem Leckölraum. Bei dieser Anordnung kann die Schließfeder in das Innere des Niederdruckraums, also zwischen die innere Führungshülse und das Steuerventilglied, unter Druckvorspannung angeordnet werden, so dass die Schließfeder nicht vom Kraftstoffdruck des Steuerventilraums direkt beaufschlagt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steuerventilraum mit dem kraftstoffhochdruckführenden Bereich des Kraftstoffeinspritzventils über eine Bypass-Drossel verbindbar. Die Bypass-Drossel ist hierbei so angeordnet, dass sie dann, wenn das Steuerventilglied vom ersten Steuerventilsitz in den zweiten Steuerventilsitz gleitet, verschlossen wird, während dann, wenn das Steuerventilglied in Anlage am ersten Steuerventilsitz ist, die Bypass-Drossel für einen raschen Druckaufbau im Steuerventilraum und damit auch im Steuerraum der Düsennadel sorgt.
Zeichnung
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, wobei nur die wesentlichen Abschnitte gezeigt sind,
2 eine vergrößerte Darstellung des Steuerventils von 1,
3 zeigt in derselben Darstellung wie 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, und
4 zeigt im schematischen Aufbau ein weiteres Ausführungsbeispiel.
Beschreibung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 im Längsschnitt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Haltekörper 2, einen Ventilkörper 4, eine Drosselplatte 6 und einen Düsenkörper 8 auf, die in dieser Reihenfolge aneinander anliegen. Die Bauteile werden durch eine Spannmutter 9 gegeneinander gepresst, die sich an einer Schulter des Düsenkörpers 8 abstützt und durch ein Gewinde am Haltekörper 2 gehalten wird. Im Düsenkörper 8 ist ein Druckraum 14 ausgebildet, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 10 längsverschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel 10 weist an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende eine Dichtfläche 11 auf, mit der sie mit einem Düsensitz 13 zusammenwirkt, der am brennraumseitigen Ende des Druckraums 14 ausgebildet ist. Vom Düsensitz 13 gehen eine oder mehrere Einspritzöffnungen 12 ab, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils 1 direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine münden. Die Düsennadel 10 wird in einem mittleren Abschnitt im Druckraum 14 geführt, wobei der Kraftstoff durch mehrere Anschliffe 15 zu den Einspritzöffnungen 12 geleitet wird.
Die Düsennadel 10 ist an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Hülse 22 geführt, wobei die Hülse 22 durch eine Schließfeder 18, die die Düsennadel 10 umgibt und sich der Hülse 22 abgewandt an einem Absatz 16 abstützt, gegen die Drosselscheibe 6 gedrückt. Durch die Hülse 22, die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 und die Drosselscheibe 6 wird ein Steuerraum 20 begrenzt, der mit Kraftstoff befüllt ist, so dass durch den Druck im Steuerraum 20 eine hydraulische Kraft auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 ausgeübt wird und eine Kraft in Richtung des Düsensitzes 13 auf die Düsennadel 10 ausübt.
Im Haltekörper 2, dem Ventilkörper 4 und der Drosselscheibe 6 ist ein Zulaufkanal 25 ausgebildet, über den verdichteter Kraftstoff unter hohem Druck von einer Kraftstoffhochdruckquelle in den Druckraum 14 geleitet wird. Wie in 2 nochmals vergrößert dargestellt, ist der Zulaufkanal 25 mit dem Steuerraum 20 über eine in der Drosselscheibe 6 verlaufende Zulaufdrossel 40 verbunden. Mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung stellt sich so stets der gleiche Kraftstoffdruck zwischen dem Hochdruckkanal 25 und dem Steuerraum 20 ein.
Zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum 20 ist ein Steuerventil 30 im Ventilkörper 4 vorgesehen, wobei das Steuerventil 30 einen Steuerventilraum 31 aufweist, der als Hohlraum im Ventilkörper 4 ausgebildet ist. Der Steuerventilraum 31 ist über eine Ablaufdrossel 42, die in der Drosselscheibe 6 ausgebildet ist, mit dem Steuerraum 20 im Düsenkörper 8 verbunden. Im Steuerventilraum 31 ist ein Steuerventilglied 34 längsverschiebbar angeordnet, wobei das Steuerventilglied 34 eine kolbenförmige Gestalt aufweist und an seinem der Drosselscheibe 6 abgewandten Ende eine pilzförmige Erweiterung, an der eine Dichtfläche 52 ausgebildet ist, mit der das Steuerventilglied 34 mit einem ersten Steuerventilsitz 37 zusammenwirkt, der an der Innenseite des Steuerventilraums 31 ausgebildet ist.
Das Steuerventilglied 34 ist an seinem dem ersten Steuerventilsitz 37 abgewandten Ende in einer Hülse 36 geführt, die sich mit einem Ende an der Drosselscheibe 6 abstützt und zwischen der und dem Steuerventilglied 34 eine Feder 38 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Durch die Kraft der Feder 38 wird einerseits das Steuerventilglied 34 gegen den ersten Steuerventilsitz 37 gepresst und andererseits die Hülse 36 gegen die Drosselscheibe 6. Die Bewegung des Steuerventilglieds 34 im Steuerventilraum 31 geschieht über einen Kolben 32, der im Haltekörper 2 angeordnet ist und der durch einen elektrischen Aktor in seiner Längsrichtung bewegbar ist, beispielsweise durch einen Elektromagneten oder einen Piezoaktor. Der Kolben 32 befindet sich hierbei in einem Leckölraum 23, der stets druckentlastet ist und einen geringen Kraftstoffdruck aufweist.
Durch die Hülse 36, das Steuerventilglied 34 und die Drosselscheibe 6 wird ein Niederdruckraum 54 begrenzt, der über einen Leckölablauf 45 stets druckentlastet ist. Der Leckölablauf 45 kann hierbei beispielsweise eine Verbindung mit dem Leckölraum 23 darstellen.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Zu Beginn der Einspritzung befindet sich das Steuerventilglied 34 angetrieben durch die Feder 38 in Anlage am ersten Steuerventilsitz 37. Der Steuerventilraum 31 ist über die Ablaufdrossel 42 mit dem Steuerraum 20 und dieser wiederum über die Zulaufdrossel 40 mit dem Hochdruckkanal 25 verbunden, so dass sich sowohl im Steuer raum 20 als auch im Steuerventilraum 31 ein hoher Kraftstoffdruck, wie er auch im Zulaufkanal 25 herrscht, einstellt. Der Niederdruckraum 54 ist ohne Druck oder nur auf einem sehr geringen, so dass durch den Druck im Niederdruckraum 54 nur geringe Kräfte auf das Steuerventilglied 34 ausgeübt werden. Durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 20 wird auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 eine hydraulische Kraft in Richtung auf den Düsensitz 13 ausgeübt, die die Düsennadel 10 gegen den Düsensitz 13 drückt. Da die Düsennadel 10 in Anlage am Düsensitz 13 ist, wird der Druckraum 14 gegen die Einspritzöffnungen 12 abgedichtet, so dass kein Kraftstoff aus dem Druckraum 14 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen kann. Soll eine Einspritzung erfolgen, wird mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen Aktors an den Kolben 32 in Richtung des Düsenkörpers 8 bewegt, wodurch sich das Steuerventilglied 34 vom ersten Steuerventilsitz 37 weg in Anlage an den zweiten Steuerventilsitz 39 bewegt. Dadurch wird zwischen der Dichtfläche 52 des Steuerventilglieds 34 und dem ersten Steuerventilsitz 37 eine Verbindung angesteuert, die den Steuerventilraum 31 mit dem Leckölraum 23 verbindet, so dass der Druck im Steuerventilraum 31 rasch abfällt. Der aus dem Steuerraum 20 über die Ablaufdrossel 42 nachströmende Kraftstoff in den Steuerventilraum 31 führt auch im Steuerventilraum 20 zu einem Druckabfall, wobei die Ablaufdrossel 42 und die Zulaufdrossel 40 so bemessen sind, dass über die Ablaufdrossel 42 mehr Kraftstoff abfließt als im gleichen Zeitraum über die Zulaufdrossel 40 aus dem Hochdruckkanal 25 nachfließt. Der sich im Steuerraum 20 abbauende Kraftstoffdruck führt zu einer verminderten hydraulischen Kraft auf die ventilsitzabgewandte Stirnfläche der Düsennadel 10, so dass die hydraulischen Kräfte, die ansonsten auf die Düsennadel 10, insbesondere auf Teile der Dichtfläche 11 wirken, dazu führen, dass die Düsennadel 10 vom Düsensitz 13 abhebt und entgegen der Kraft der Feder 18 in Richtung der Drosselscheibe 6 bewegt wird. Hierdurch wird zwischen der Dichtfläche 11 und dem Düsensitz 13 ein Spalt aufgesteuert, durch den Kraftstoff aus dem Druckraum 14 zu den Einspritzöffnungen 12 fließt und durch die Einspritzöffnungen 12 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Zur Beendigung der Einspritzung wird der elektrische Aktor wiederum betätigt und das Steuerventilglied 34 über den Kolben 32 zurück in Anlage an den ersten Steuerventilsitz 37 bewegt. Da die Verbindung des Steuerventilraums 31 mit dem Leckölraum 23 nunmehr unterbrochen ist, baut sich über die Zulaufdrossel 40 rasch wieder ein hoher Kraftstoffdruck im Steuerraum 20 und über die Ablaufdrossel 42 auch am Steuerventilraum 31 auf.
Das Steuerventilglied 34 weist an seiner Dichtfläche 52 eine Dichtkante 50 auf, mit der das Steuerventilglied 34 am ersten Steuerventilsitz 37 anliegt. Der Durchmesser der Dichtkante 50 entspricht hierbei dem Durchmesser des Steuerventilglieds 34 in dem Abschnitt, der in der Hülse 36 geführt ist. Da der Kraftstoffdruck des Steuerventilraums 31 nur an dem Teil der Dichtfläche 52 angreift, der sich radial auswärts zur Dichtkante 50 befindet, wird diese hydraulische Kraft durch eine entsprechende Gegenkraft auf die Unterseite der pilzförmigen Erweiterung des Steuerventilglieds 34 kompensiert, so dass das Steuerventilglied 34 durch den Kraftstoffdruck im Steuerventilraum 31 keine in Richtung seiner Längsbewegung wirkende resultierende hydraulische Kraft erfährt und somit kraftausgeglichen ist.
In 3 ist in gleicher Darstellung wie 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Steuerventils 30' gezeigt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und auf eine detaillierte Beschreibung der Teile, die identisch sind mit denen in 2, hier verzichtet wird. Der Steuerventilkolben 34' weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Blindbohrung 33 auf, deren offenes Ende dem ersten Steuerventilsitz 37 abgewandt ist. In der Blindbohrung 33 ist eine Innenhülse 48 angeordnet, die einen Längskanal 49 aufweist, der sich durch die gesamte Länge der Innenhülse 48 erstreckt. Durch die Innenhülse 48 und das Steuerventilglied 34' wird ein Niederdruckraum 54' begrenzt, indem eine Feder 38' angeordnet ist. Die Feder 38' ist hierbei unter Druckvorspannung angeordnet und sorgt dafür, dass die Innenhülse 48 gegen die Drosselscheibe 6, also gegen den zweiten Steuerventilsitz 39 gedrückt wird und andererseits das Steuerventilglied 34' gegen den ersten Steuerventilsitz 37. Über die Längsbohrung 49 ist der Niederdruckraum 54' mit einem Leckölablauf 45 verbunden, so dass der Innenraum des Steuerventilglieds 34', also der Niederdruckraum 54', stets drucklos sind.
Um die Kraftausgeglichenheit des Steuerventilglieds 34' zu erreichen, ist die Dichtkante 50 des Steuerventilglieds 34' so ausgebildet, dass sie den gleichen Durchmesser aufweist wie die Innenhülse 48. Im geschlossenen Zustand des Steuerventils 30', also dann, wenn das Steuerventilglied 34' in Anlage am ersten Steuerventilsitz 37 ist, wird nur der radial außenliegende Teil der Dichtfläche 52' vom Kraftstoffdruck im Steuerventilraum 31 beaufschlagt, was eine resultierende hydraulische Kraft in Richtung des zweiten Steuerventilsitzes 39 bewirkt. Gleichzeitig wird jedoch die Fläche des Steuerventilglieds 34' ebenfalls vom Kraftstoffdruck im Steuerventilraum 31 beaufschlagt, die dem zweiten Steuerventilsitz 39 zugewandt ist, so dass sich beide hydraulischen Kräfte ausgleichen und das Steuerventilglied 34' kraftausgeglichen ist.
Die sonstige Funktion des Steuerventils 30' ist identisch mit dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Bypass-Drossel 43, die zusätzlich in der Drosselscheibe 6 vorgesehen ist. Die Bypass-Drossel 43 verbindet den Druckraum 14 mit dem Steuerventilraum 31, wobei die Bypass-Drossel 43 so in den Steuerventilraum 31 einmündet, dass sie durch das Steuerventilglied 34' verschlossen wird, wenn sich dieses in Anlage am zweiten Steuerventilsitz 39 befindet. Dadurch wird bei geöffnetem Steuerventil 30' verhindert, dass sich der Druckabbau im Steuerraum 20 verlangsamt und so zu einem verzögerten Öffnen der Düsennadel 10 führt. Bei Beendigung der Einspritzung, also wenn das Steuerventilglied 34' wieder in Anlage an den ersten Steuerventilsitz 37 fährt, wird jedoch der Steuerventilraum 31 über die Bypass-Drossel 43 sehr rasch mit Kraftstoff unter hohem Druck wieder befüllt, so dass der Steuerraum 20 nicht nur über die Zulaufdrossel 40, sondern auch durch Zulauf von Kraftstoff aus dem Steuerventilraum 31 über die Ablaufdrossel 42 sehr rasch mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt wird, was zu einem raschen Schließen der Düsennadel 10 führt. Dies ist insbesondere wichtig, damit der Kraftstoff nicht durch eine langsam schließende Düsennadel 10 unter niedrigem Druck durch die Einspritzöffnungen 12 in den Brennraum der Brennkraftmaschine nachträufelt, was zu einer schadstoffreichen Verbrennung führen würde.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuerventils 30'' dargestellt. Die Darstellung ist schematisch und unterscheidet sich von dem Steuerventil der 2 dadurch, dass der Niederdruckraum 54 nicht über einen in der Drosselscheibe 6 ausgebildeten Leckölablauf 45 druckentlastet ist, sondern über einen im Steuerventilglied 34'' verlaufenden Längskanal 46 und einen diesen schneidenden Querkanal 47, der schließlich in einen Ringraum 55 mündet, welcher über eine Leckölverbindung 56 druckentlastet ist. Der Ringraum 55 befindet sich stromabwärts des ersten Steuerventilsitzes 37', so dass insgesamt eine einfachere Konstruktion gegeben ist als durch einen zusätzlichen Leckölablauf 45 in der Drosselscheibe 6, der über einen zusätzlichen Kanal im Ventilkörper 4 mit dem Leckölraum 23 verbunden werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004030445 A1 [0003]
- WO 2006/067015 A1 [0005]

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einer Düsennadel (10), die durch ihre Längsbewegung mit einem Ventilsitz (13) zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (12) öffnet und schließt, wobei die Düsennadel (10) durch den Druck in einem Steuerraum (20) eine in Richtung des Ventilsitzes (13) gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einem in einem Ventilkörper (4) ausgebildeten Steuerventil (30), durch welches der Druck im Steuerraum (20) einstellbar ist, wobei das Steuerventil (30) einen mit dem Steuerraum (20) verbundenen Steuerventilraum (21) umfasst, in dem ein Steuerventilglied (34; 34'; 34'') längsbewegbar angeordnet ist und durch seine Längsbewegung eine Verbindung des Steuerventilraums (21) mit einem Leckölraum (23) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') vom Druck im Steuerventilraum (21) umgeben ist und so ausgebildet ist, dass durch den Druck im Steuerraum (21) keine oder nur eine sehr geringe resultierende hydraulische Kraft auf das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') in Längsbewegungsrichtung ausgeübt wird, wenn das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') die Verbindung des Steuerventilraums (31) mit dem Leckölraum (23) schließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') kolbenförmig ausgebildet ist und mit einem ersten Steuerventilsitz (37) zum Öffnen und Schließen der Verbindung des Steuerventilraums (21) mit dem Leckölraum (23) zusammenwirkt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') an seinem dem ersten Steuerventilsitz (37) abgewandten Ende in einer Hülse (36) geführt ist, die einen Niederdruckraum (54) begrenzt, der stets druckentlastet ist
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') eine umlaufende Dichtkante (50) aufweist, mit der das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') mit dem ersten Steuerventilsitz (37) zusammenwirkt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Steuerventilglieds (34; 34''), der in der Hülse (36) geführt ist, zumindest annähernd den gleichen Durchmesser aufweist wie die Dichtkante (50).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (36) und dem Steuerventilglied (34; 34'') eine Feder (38) vorgespannt angeordnet ist, so dass der Steuerventilglied (34; 34'') gegen den Steuerventilsitz (37) gedrückt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34') eine Blindbohrung (33) aufweist, die zu dem dem Steuerventilsitz (37) abgewandten Ende des Steuerventilglieds (34') offen ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Blindbohrung (33) eine Innenhülse (48) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Blindbohrung (33) eine Feder (38') angeordnet ist, die zwischen der Innenhülse (48) und dem Steuerventilglied (34') unter Vorspannung angeordnet ist, so dass das Steuerventilglied (34') durch die Feder (38') gegen den ersten Steuerventilsitz (37) gedrückt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (48) eine Längsbohrung (49) aufweist, über die die Blindbohrung (33) stets mit einem Leckölablauf (45) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerventilraum (21) mit dem Kraftstoffhochdruck führenden Bereich des Kraftstoffeinspritzventils über eine Bypassdrossel (43) verbindbar ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34') bei Anlage am Steuerventilsitz (37) die Bypass-Drossel (43) öffnet und zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Steuerventilraum (31) und dem Leckölraum (23) durch eine Längsbewegung die Bypass-Drossel (43) verschließt, indem das Steuerventilglied (34') an einem zweiten Steuerventilsitz (39) zur Anlage kommt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34; 34'; 34'') in seiner Öffnungsstellung an einem an der Drosselscheibe (6) ausgebildeten zweiten Steuerventilsitz (39) zur Anlage kommt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (54) über einen im Steuerventilglied (34'') verlaufenden Kanal (46; 47) druckentlastet ist.