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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einer Düsennadel, die
durch ihre Längsbewegung
mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch wenigsten eine Einspritzöffnung öffnet und
schließt,
wobei die Düsennadel
durch den Druck in einem Düsennadelsteuerraum
eine in Richtung des Ventilsitzes gerichtete Schließkraft erfährt, und
mit einem Steuerventil, durch welches der Druck in dem Düsennadelsteuerraum
einstellbar ist und das einen Steuerventilraum umfasst, in welchem
ein Steuerventilglied längsbewegbar
angeordnet ist und durch seine Längsbewegung
eine Verbindung des Steuerventilraums mit einem Leckölraum öffnet und
schließt.
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Kraftstoffeinspritzventile,
wie sie vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer
Brennkraftmaschine verwendet werden, sind bekannt. Bei Einspritzsystemen,
die nach dem so genannten Common-Rail-Prinzip arbeiten, wird mittels einer
Hochdruckpumpe verdichteter Kraftstoff in einem so genannten 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.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar
ist.
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Die
Aufgabe ist bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einer Düsennadel, die
durch ihre Längsbewegung
mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und
schließt,
wobei die Düsennadel
durch den Druck in einem Düsennadelsteuerraum
eine in Richtung des Ventilsitzes gerichtete Schließkraft erfährt, und
mit einem Steuerventil, durch welches der Druck in dem Düsennadelsteuerraum
einstellbar ist und das einen Steuerventilraum umfasst, in welchem
ein Steuerventilglied längsbewegbar
angeordnet ist und durch seine Längsbewegung
eine Verbindung des Steuerventilraums mit einem Leckölraum öffnet und
schließt,
dadurch gelöst, dass
das Steuerventilglied einen Führungsabschnitt aufweist,
mit dem das Steuerventilglied außerhalb des Steuerventilraums
längsbewegbar
geführt
ist und von dem sich das Steuerventilglied in den Steuerventilraum
hinein erstreckt. Als Steuerventilraum wird ein Raum innerhalb des
Kraftstoffeinspritzventils bezeichnet, der mit einem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist, der auch als Steuerdruck bezeichnet wird. Durch
die Führung
des Steuerventilglieds außerhalb
des Steuerventilraums kann der Steuerventilraum deutlich kleiner
ausgeführt
werden als bei einer Ausführung,
in der das Steuerventilglied in einer Dichthülse geführt ist, die in dem Steuerventilraum angeordnet
ist. Darüber
hinaus ist es bei dieser Art der Führung des Steuerventilglieds
auf einfache Art und Weise möglich,
eine hydraulische Dichtunterstützung
auf das Steuerventilglied aufzubringen. Die hydraulische Dichtunterstützung kann
in Abhängigkeit von
dem Druck variieren, mit welchem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil
eingespritzt wird und der auch als Raildruck bezeichnet wird.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuerventilglied eine Schulter aufweist, die so mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist, dass eine hydraulische Schließkraft auf das Steuerventilglied
aufgebracht wird. Das liefert den Vorteil, dass eine zum Schließen des
Steuerventilsglieds verwendete Steuerventilfeder kleiner ausgelegt
werden kann als bei herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzventilen. Dadurch kann die Größe des Steuerventilraums weiter
reduziert werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuerventilfeder gegen die Schulter vorgespannt ist. Durch
die Steuerventilfeder ist das Steuerventilglied in seine Schließstellung
vorgespannt, in welcher die Verbindung des Steuerventilraums mit
dem Leckölraum
unterbrochen oder geschlossen ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuerventilglied einen der Schulter abgewandten Dichtkörper aufweist,
der mit einem Steuerventilsitz zusammenwirkt, um die Verbindung
des Steuerventilraums mit dem Leckölraum zu öffnen und zu schließen. An
dem Dichtkörper
ist eine Dichtkante oder Dichtfläche
ausgebildet, die dichtend an einer Dichtfläche oder Dichtkante zur Anlage
kommen kann, um den Ventilsitz darzustellen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtkörper
durch einen Aktor beaufschlagbar beziehungsweise beaufschlagt ist,
durch den das Steuerventil betätigbar
ist. Bei dem Aktor handelt es sich zum Beispiel um einen Piezoaktor
oder einen Magnetaktor. Durch den Aktor wird zum Öffnen des
Steuerventils eine Kraft auf das Steuerventilglied beziehungsweise
auf den Dichtkörper
des Steuerventilglieds aufgebracht, die der von der Steuerventilfeder
erzeugten Schließkraft und/oder
der hydraulischen Schließkraft
auf das Steuerventilglied entgegenwirkt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
die im geschlossenen Zustand des Steuerventilglieds entgegen der
Schließrichtung mit
dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers kleiner
als die oder gleich der Fläche
der Schulter ist, die in Schließrichtung
mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagt ist. Wenn die Flächen gleich
groß sind,
dann ist das Steuerventilglied druckausgeglichen. Wenn die im geschlossenen
Zustand des Steuerventilglieds entgegen der Schließrichtung
mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers kleiner
als die in Schließrichtung
mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche der Schulter ist, dann
wirkt eine hydraulische Schließkraft
auf das Steuerventilglied.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuerventilglied mit dem Führungsabschnitt
in einer Drosselplatte geführt
ist. Die Drosselplatte hat im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe
mit mehreren Durchgangslöchern und/oder
Sacklöchern.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselplatte ein Sackloch umfasst, in welchem das Steuerventilglied
mit dem Führungsabschnitt
geführt
ist und in welches ein Leckölkanal
mündet.
Das Sackloch ist vorzugsweise als Längsbohrung in der Drosselplatte
ausgeführt. Der
in das Sackloch mündende
Rücklaufkanal
oder Leckölkanal
ist vorzugsweise als Querbohrung ausgeführt und ermöglicht bei einer Bewegung des
Steuerventilsglieds in das Sackloch hinein einen Druckabbau in dem
Sackloch.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Drosselplatte einen Ablaufkanal umfasst, der den Düsennadelsteuerraum
mit dem Steuerventilraum verbindet. Der Ablaufkanal ist vorzugsweise
mit einer Ablaufdrossel versehen. Die Drosselplatte umfasst des
Weiteren einen Zulaufkanal mit einer Zulaufdrossel, über welche
der Düsennadelsteuerraum
mit Kraftstoff aus einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher beziehungsweise
einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle gefüllt wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist dadurch gekennzeichnet, dass
der Steuerventilraum in einer Ventilplatte ausgespart ist, die an
die Drosselplatte angebaut ist. Die beiden Platten, die auch als
Körper oder
Scheiben ausgeführt
sein können,
sind so aneinander angebaut, dass das Sackloch zur Führung des
Steuerventilglieds in den Steueventilraum mündet. Das in der Drosselplatte
geführte
Steuerventilglied ragt mit dem Dichtkörper in den Steuerventilraum
der Ventilplatte, die auch den Steuerventilsitz aufweist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 ein
brennraumfernes Ende eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
und
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2 das
brennraumnahe Ende des Kraftstoffeinspritzventils.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die 1 und 2 zeigen
ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 im
Längsschnitt. Das
Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Haltekörper 2,
einen Ventilkörper
oder eine Ventilplatte 4, eine Drosselplatte oder Drosselscheibe 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 Ventilsitz oder 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.
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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 Düsennadelsteuerraum 20 begrenzt,
der mit Kraftstoff befüllt
ist, so dass durch den Druck im Düsennadelsteuerraum 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.
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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. Ein mehrere Abschnitte 24, 25, 26 umfassender
Zulaufkanal oder Hochdruckkanal 25 ist mit dem Steuerraum 20 über einen
in der Drosselscheibe 6 verlaufenden Zulaufkanal 39mit
einer Zulaufdrossel 40 verbunden. Mit einer gewissen zeitlichen
Verzögerung
stellt sich so stets der gleiche Kraftstoffdruck zwischen dem Hochdruckkanal 25 und
dem Düsennadelsteuerraum 20 ein.
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Zur
Steuerung des Kraftstoffdrucks im Düsennadelsteuerraum 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 einen Ablaufkanal mit einer
Ablaufdrossel 42, die in der Drosselscheibe 6 ausgebildet
ist, mit dem Düsennadelsteuerraum 20 im
Düsenkörper 6 verbunden.
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In
den Steuerventilraum 31 ragt ein Steuerventilglied 34,
das als Ventilbolzen oder Ventilkolben 45 ausgeführt ist.
Der Ventilbolzen 45 weist an seinem brennraumnahen Ende
einen Führungsabschnitt 44 auf,
mit dem der Ventilbolzen 45 beziehungsweise das Steuerventilglied 34 hin
und her bewegbar in einem Sackloch 46 der Drosselplatte 6 geführt ist.
Im Bereich des Bodens 48 des Sacklochs 46 mündet ein
Leckölkanal 49 in
das Sackloch 46. Der Leckölkanal 49, der auch
als Rücklaufkanal
bezeichnet wird, steht mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung,
der zum Beispiel mit Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Das Steuerventilglied 34 umfasst ein
zentrales Sackloch 50, das sich von dem brennraumnahen
Ende des Ventilbolzens 45 bis zu einem Dichtkörper 52 erstreckt,
der an dem brennraumfernen Ende des Steuerventilglieds 34 ausgebildet
ist. Der Dichtkörper 52 ist
mit einer Dichtfläche
oder Dichtkante ausgestattet, die mit einer Dichtkante oder Dichtfläche an dem
Ventilkörper 4 zusammenwirkt,
um einen Steuerventilsitz 54 darzustellen.
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Wenn
der Dichtkörper 52 dicht
an dem Ventilkörper
anliegt, dann ist der Steuerventilsitz 54 geschlossen.
Wenn der Dichtkörper 52 von
dem Ventilkörper 4 abhebt,
das heißt,
wenn sich das Steuerventilglied 34 mit dem Dichtkörper 52 aus
seiner in 1 dargestellten Schließstellung
nach unten, also zur Düsennadel 10 hin,
bewegt, dann wird der Steuerventilsitz 54 geöffnet und
eine Verbindung von dem Steuerventilraum 31 in einen Leckölraum 55 freigegeben.
Der Leckölraum 55,
der auch als Rücklaufraum
bezeichnet wird, steht wie der Ablaufkanal oder Rücklaufkanal 41 mit
dem Druckentlastungsraum in Verbindung.
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Das
Steuerventilglied 34 ist durch einen Aktor 60 betätigbar,
der zum Beispiel als Piezoaktor ausgeführt ist. An dem brennraumnahen
Ende des Aktors 60 ist eine Nase 61 ausgebildet,
die mit ihrem freien Ende an dem Dichtkörper 52 anliegt beziehungsweise
zur Anlage bringbar ist. Das Steuerventilglied 34 umfasst
des Weiteren einen Bund 64, der auf seiner dem Brennraum
abgewandten Seite einstückig
mit dem Dichtkörper 52 verbunden
ist. Der Dichtkörper 52 kann
alternativ auch als separates Bauteil ausgeführt sein. Auf seiner dem Brennraum zugewandten
Seite bildet der Bund 64 eine Schulter 65, an
der eine Ventilfeder 68 anliegt und die mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist. Die Ventilfeder 68 ist in einem Ringraum
in axialer Richtung zwischen der Schulter 65 und der Drosselplatte 6 eingespannt
und vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet.
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Der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird über den Zulaufkanal 24 bis 26 mit
Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff zugeführt. Dieser Hochdruck wird auch
als Raildruck bezeichnet. Über
den Zulaufkanal 39 mit der Zulaufdrossel 40 gelangt
der Raildruck in den Düsennadelsteuerraum 20. Über den
Ablaufkanal 41 mit der Ablaufdrossel 42 gelangt
der Raildruck in den Steuerventilraum 31.
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Das
Steuerventilglied 34 kann kraftausgeglichen ausgeführt sein.
Bei einem kraftausgeglichenen Steuerventilglied 34 ist
die entgegen der Schließrichtung,
das heißt
in 1 nach unten, mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte
Fläche
des Dichtkörpers 52 genau
so groß wie
die in Schließrichtung,
das heißt
in 1 nach oben, mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte
Fläche
der Schulter 65. Um eine Druckunterstützung beim Schließen zu erreichen, müssen die
Flächen
entsprechend angepasst werden, das heißt die druckbeaufschlagte Fläche der Schulter 65 muss
größer ausgelegt
werden als die druckbeaufschlagte Fläche des Dichtkörpers 52.
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Wenn
der vorzugsweise als Piezoaktor ausgeführte Aktor 60 bestromt
wird, dann dehnt er sich aus, so dass das Steuerventilglied 34 mit
dem Dichtkörper 52 nach
unten bewegt. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Steuerventilraum 31 und
dem Leckölraum
beziehungsweise Rücklaufraum 55 über den
Steuerventilsitz 54 freigegeben. Dadurch wird der Druck
in dem Steuerventilraum 31 und über den Ablaufkanal 41 mit
der Ablaufdrossel 42 auch in dem Düsennadelsteuerraum 20 geringer,
wodurch sich die Düsennadel 10 aus
ihrem Düsensitz 13 bewegt. Dadurch
wird eine Einspritzung von Kraftstoff aus dem Druckraum 14 durch
die Spritzlöcher
beziehungsweise Einspritzöffnungen 12 ausgelöst.
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Wenn
die Ansteuerung beziehungsweise Bestromung des Aktors 60 ausgeschaltet
wird, dann wird das Steuerventilglied 34 durch die Vorspannkraft der
Ventilfeder 68 und gegebenenfalls durch eine sich aus einem
eingestellten Flächenverhältnis ergebende
hydraulische Schließkraft
geschlossen, so dass der Steuerventilraum 31 über den
Ablaufkanal 41 mit der Ablaufdrossel 42 mit Kraftstoff
aus dem Düsennadelsteuerraum 20 gefüllt wird.
Durch den zunehmenden Druck in dem Düsennadelsteuerraum 20 schließt die Düsennadel.
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Die
Größe der hydraulischen
Schließkraft beziehungsweise
die hydraulische Druckunterstützung
des Steuerventilglieds 34 beim Schließen ist abhängig vom Raildruck. Das heißt, bei
kleinen Raildrücken
ist die hydraulische Schließkraft
geringer als bei großen
Raildrücken.
Dadurch kann der Verschleiß am
Steuerventilsitz 54 reduziert werden. Darüber hinaus
kann durch das reduzierte Volumen des Steuerventilraums 31 der
Gradient beim Einspritzen reduziert werden, wodurch sich die Einspritzmenge genauer
einstellen lässt.
Des Weiteren kann eine Dichthülse,
wie sie zur Führung
des Steuerventilglieds 34 verwendet werden kann, entfallen.
