DE19900033A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der die Steuerung des Kraftstoffeinspritzventilglieds durch Steuerung des Druckes eines Steuerraums (25) gesteuert wird. Dieser wird entweder durch ein 3/2-Wege-Steuerventil (28) entlastet oder mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (14) verbunden. Das Steuerventil (28) ist dabei so ausgestaltet, daß es einen Ventilkörper (35) aufweist, der beiderseits eine Ventildichtfläche (37, 42) trägt, die mit einem ersten (38) und einem zweiten (41) Ventilsitz zusammenarbeiten und den Hochdruckzufluß in oder den Abfluß aus dem Steuerraum (25) steuern. Zur Beeinflussung der Dynamik der Steuervorgänge weist der Ventilkörper stromaufwärts seiner zweiten Ventildichtfläche (42) einen Drosselspalt (47) und stromabwärts seiner ersten Ventildichtfläche (37) einen Bund (49) auf, zwischen welchem und dem Drosselspalt (47) ein Druckkanal (26) zum Steuerraum (25) abführt, dessen Zu- und Abfluß somit beeinflußt wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen durch die DE-A-44 06 901 bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist das den Druck im Steuerraum steuernde elektromagnetisch angetriebene 3/2-Wege-Steuerventil so ausgestaltet, daß es in seiner einen Stellung den Ventilraum mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbin­ det, die dann zugleich auch mit dem Steuerraum verbunden ist und in seiner anderen Stellung den Ventilraum und zugleich den Steuer­ raum mit dem Entlastungsraum verbindet, wobei stromabwärts des Ventilsitzes des Steuerventils in dem Abflußkanal eine Drossel angeordnet ist, durch die die Entlastungsgeschwindigkeit und in der Folge die Öffnungsrate des Kraftstoffeinspritzventilglieds bei Spritzbeginn reduziert werden kann. Auf der Zulaufseite zum Steuerraum hingegen ist keine Durchflußbeschränkung vorgesehen, damit das Ende des Kraftstoffeinspritzvorganges durch einen schnellen das Kraftstoffeinspritzventilglied in Schließstellung bringenden Druckaufbau im Steuerraum schnell erfolgen kann. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der abströmende Kraftstoff, durch dessen Absteuervorgang der Kraftstoffeinspritzbeginn eingeleitet werden soll stromabwärts des Ventilsitzes gedrosselt wird, was zu einem Druckaufbau stromaufwärts der Drossel führt. Erfolgt die Ab­ steuerung stoßartig, dann gibt das Rückwirkungskräfte auf das Steuerventilglied, die die Schaltzeiten des Steuerventils negativ beeinflussen, indem sie der steuernden Bewegung des Ventilgliedes entgegenwirken. Das ergibt schließlich eine erhebliche Streuung der Einspritzmengen bei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird erreicht, daß auftretende hydraulische Stöße beim Absteuern von Druckmittel aus dem Steuerraum auf das Steuerventilglied sich kaum auf die Gleich­ mäßigkeit der Einspritzvorgänge auswirken. Durch die stromaufwärts des Ventilsitzes liegende Drossel werden störende Rückwirkungen vermieden. Dabei ist von Vorteil, daß die Drossel ohne ein zusätz­ liches Bauteil und zusätzliche Bearbeitungsschritte zu benötigen am Ventilkörper verwirklicht wird. In vorteilhafter Weiterbildung nach Patentanspruch 2 erfolgt eine zusätzlich Dämpfung der hydrau­ lischen Stöße auf den Ventilkörper. Der Bund bewirkt, daß die in den Ventilraum strömende Druckmittelmenge, die zur Steuerung dem Steuerraum zugeführt werden soll nach dem Ventilsitz gedrosselt wird und durch Druckaufbau eine Zusatzkraft auf den Ventilkörper in Öffnungsrichtung desselben entsteht. Damit kann im Steuerraum der zur Beendigung der Einspritzung notwendige Druck schneller aufgebaut werden. Es ergeben sich somit kürzere Schaltzeiten des Steuerventils. Beim Öffnen des zweiten Ventilsitzes, bei welchem Vorgang sich der Ventilkörper in Schließrichtung zum ersten Ven­ tilsitz bewegt ergibt sich aufgrund des Vorhandenseins des Bundes eine Verzögerung beim Schließen des ersten Ventilsitzes und somit eine Verzögerung der Entlastung des Steuerraumes und dementsprechend eine gewünschte bereits durch die Drossel nach Patentanspruch 1 angestrebte Verzögerung des Druckanstiegs am Einspritzventilglied.

Weitere Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoffeinspritzventil 1 in vereinfachter Darstellung, das ein Einspritzventilgehäuse 2 aufweist mit einer Bohrung 3, in der ein Einspritzventilglied 5 geführt ist. Dieses weist an seinem einen Ende eine kegelförmige Dichtfläche 6 auf, die mit einem kegelförmigen Ventilsitz 7 am Ende der Bohrung zu­ sammenwirkt. Stromabwärts des Ventilsitzes 7 ist wenigstens eine Kraftstoffeinspritzöffnung 8 angeordnet, die beim Aufsetzten der Dichtfläche 6 auf dem Ventilsitz 7 von einem Druckraum 10 getrennt werden. Der Druckraum 10 ist über eine Druckleitung 12 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle in Form eines Kraftstoffhoch­ druckspeichers 14 verbindbar, der z. B. von einer mit variabler Förderrate fördernden Hochdruckpumpe 4 aus einem Vorratsbehälter 11 mit Kraftstoff, der auf Einspritzdruck gebracht ist, versorgt wird. Der Druck im Kraftstoffhochdruckspeichers kann aber auch mittels eines Drucksteuerventils 9 in Abhängigkeit vom Signal eines Drucksensors 13 gesteuert werden, indem eine zur Druckhaltung erforderliche Kraftstoffmenge abgesteuert wird. Im Bereich des Druckraumes 10 weist das Einspritzventilgliedes eine zum Ventilsitz 7 weisenden Druckschulter 16 auf, auf die der im Druckraum 10 herrschende hohe Kraftstoffeinspritzdruck in Öff­ nungsrichtung des Einspritzventilgliedes 5 wirkt. Auf der der Druckschulter 16 abgewandten Seite des Einspritzventilgliedes setzt sich dieses in einem Verbindungsteil 19 fort bis hin zu einem kolbenförmigen Ende 20 des Einspritzventilgliedes. Im Bereich des Verbindungsteils hat dieses einen Federteller 22, zwischen dem und dem Gehäuse 1 des Kraftstoffeinspritzventils eine Druckfeder 21 eingespannt ist, die das Kraftstoffeinspritzventil­ glied in Schließstellung beaufschlagt.

Das kolbenartige Ende 20 begrenzt mit einer eine bewegliche Wand bildende Stirnseite 24, deren Fläche größer ist als die der Druck­ schulter 16, im Gehäuse 2 des Kraftstoffeinspritzventils einen Steuerraum 25, von dem ein Druckkanal 26 in einen Ventilraum 27 eines Steuerventils 28 abführt.

Das Steuerventil ist als 3/2-Wegevetnil ausgebildet und hat ein Steuerventilglied 30, mit einem Ventilstößel 31 der in einer Stößelführungsbohrung 32 im Gehäuse 33 des Steuerventils 28 ge­ führt wird und mit seinem einen Ende in den Ventilraum 27 ragt. Dort trägt der Stößel einen Ventilkörper 35, der auf seiner der Stößelführungsbohrung 32 zugewandten Seite eine erste Ventildicht­ fläche 37 trägt, die mit einem ersten Ventilsitz 38 zusammenwirkt, der am Übergang der Stößelführungsbohrung in den Ventilraum 27 ausgebildet ist. Dem Eintritt der Stößelführungsbohrung 32 in den Ventilraum 27 gegenüber führt vom Ventilraum. 27 ein mit einem Ent­ lastungsraum verbundener Abflußkanal 39 ab, dessen Austritt aus den Ventilraum 27 als ein zweiter Ventilsitz 41 des Steuerventils ausgebildet ist, mit dem eine zweite Ventildichtfläche 42 des Ven­ tilkörpers 35 zusammenwirkt. Das Steuerventilglied wird durch einen von einer Steuereinrichtung 36 gesteuerten hier nicht ge­ zeigten Stellantrieb, z. B. einen Elektromagneten oder einen Piezo­ antrieb, der auch übersetzt ausgestaltet sein kann, betätigt und dabei mit seinem Ventilkörper zwischen den ersten und zweiten Ven­ tilsitz hin und her bewegt. Die Steuereinrichtung steuert auch den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 1 mit Hilfe einer Druckerken­ nung, wie dem Drucksensor 23. Die Stößelführungsbohrung 32 dient als ein Zulaufkanal, indem der Ventilstößel 31 im Anschluß an die erste Ventildichtfläche 37 eine zusammen mit der Wand der Stößel­ führungsbohrung 32 eine Ausnehmung 45 in Form eines Ringraum bil­ det, in den ein mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher ständig ver­ bundener Zuflußkanal 44 mündet.

Im Bereich zwischen den beiden Ventilsitzen 38, 41 führt vom Ven­ tilraum 27 der Druckkanal 29 zum Steuerraum 25 ab.

Die zweite Ventildichtfläche 42 ist stirnseitig an einem zylindri­ schen Kolbenteil 46 vorgesehen, der eine zylindrische Mantelfläche hat, die zusammen mit einer zylindrischen Wand des Ventilraumes einen ringförmigen Drosselspalt 47 bildet durch den somit strom­ aufwärts des zweiten Ventilsitzes 41 eine Drossel realisiert wird, die die Rate der Kraftstoffabströmung aus dem Steuerraum 25 über den Ventilraum 27 zum Abflußkanal 39 bzw. zum Entlastungsraum steuert. Wird das Steuerventilglied durch den Elektromagneten ge­ öffnet, dann kann der Kraftstoff somit nur gedrosselt entweichen. Da die Drosselung aber stromaufwärts des Ventilsitzes stattfindet, wirken sich Druckstöße wenig auf die Bewegung des Ventilkörpers 35 aus, da dieser innerhalb des Ventilraumes 27 im Gegensatz zu der Situation an seinem abflußkanalseitigen Ende kraftausgeglichen ist.

Weiterhin hat der Ventilkörper 35 von der ersten Ventildichtfläche 38 zur Seite des Ventilraumes 27 beabstandet einen zylindrischen Bund 49, der zusammen mit der am seinem Umfang angrenzenden Wand des Ventilraumes einen Ringspalt 50 bildet, der zwischen sich und dem zylindrischen Kolbenteil 46 einen Ringraum 51 bildet, von dem die Druckleitung 26 zur Verbindung des Ventilraumes 27 mit dem Steuerraum 25 abzweigt. Zwischen dem Bund 49 und dem ersten Ven­ tilsitz 38 wird bei Anlage der ersten Ventildichtfläche 37 am ersten Ventilsitz 38 ein Ventildruckraum 52 eingeschlossen, dessen Druck auf eine Schulter 53 des Bundes 49 so wirkt, daß sobald bei Abheben der ersten Ventildichtfläche 37 vom ersten Ventilsitz 38 Hochdruckkraftstoff vom der Zuflußkanal 44 her in den Ventilraum 27 fließt, einen Kraftkomponente auf den Bund 49 und damit auf das Steuerventilglied wirkt 30, die bestrebt ist, die vorstehend ge­ schilderten Öffnungsbewegung zu unterstützen. Damit erfolgt der Druckaufbau im Steuerraum 25 und zugleich die Beendigung des Ein­ spritzvorganges des Einspritzventils schneller. Bei diesem Vorgang wird zugleich die zweite Ventildichtfläche 42 auf den zweiten Ven­ tilsitz 41 gebracht und der Abflußkanal 39 verschlossen.

Im umgekehrten Falle, wenn also der Druck im Steuerraum 25 abge­ baut werden soll, um die Einspritzung auszulösen, bewegt sich der Ventilkörper 35 im umgekehrten Sinn wie oben beschrieben. Am zwei­ ten Ventilsitz 41 fließt der Kraftstoff gedrosselt durch die Dros­ sel 47 ab und dabei stellt sich der Schaltbewegung des Ventilkör­ pers der Druck im Ventildruckraum 52 entgegen, was zu einer Verzö­ gerung der Schaltbewegung des Steuerventilgliedes 30 führt. Dies ist erwünscht, da der Einspritzbeginn aus Geräusch- und Emissions­ gründen langsam erfolgen soll. Da bei dieser Kraftwirkung auf den Ventilkörper 35 auch der Druck im Ringraum 51 zwischen Bund 49 und dem zylindrischen Kolbenteil 46 wirksam ist, müssen das Spaltweite Ringspalts 50 des Bund 49 zur Wand des Ventilraumes 27 und die Weite des Drosselspalts am zylindrischen Kolbenteil aufeinander abgestimmt werden. Die Ventilsitze 38, 41 und die Ventildichtflä­ chen 37, 42 sind vorteilhaft kegelförmig ausgebildet. Die Stößel­ führungsbohrung 32 und der Abflußkanal 39 liegen weiterhin gemäß der Zeichnung koaxial zu einander.

An den zylindrischen Kolbenteil 46 schließt sich über ein im Durchmesser reduziertes Verbindungsteil 55 ein Ausgleichskolben 54 an, der in den Abflußkanal 39 taucht und zur Wand desselben einen Spalt mit einer wesentlich größeren Weite bildete als die am Dros­ selspalts 47 realisierten Weite.

Dadurch daß die Stößelführungsbohrung 32 an ihrem den ersten Ven­ tilsitz 38 aufweisenden Ende bzw. durch die sich beim Aufsetzen der ersten Ventildichtfläche 37 auf den ersten Ventilsitz 38 bil­ dende Stirnfläche zur Seite des Ventilraumes 27 innerhalb der Aus­ nehmung 45 größer ist als die stößelseitige Begrenzungsfläche der Ausnehmung 45 kann das Steuerventilglied 30 durch den Druck im Zu­ flußkanal 44 in Richtung Ventilraum 27 geringfügig vorgespannt sein. Diese in Sinne des Öffnens des durch den ersten Ventilsitz 38 und die erste Ventildichtfläche 37 gebildeten Ventils wirkende Kraft wirkt mit einer hier nicht gezeigten Druckfeder des Stellan­ triebes zusammen und zugleich im Sinne des Schließens des durch den zweiten Ventilsitz 41 und der zweiten Ventildichtfläche 42 ge­ bildeten Ventils am Abflußkanal 39. Dies ist besonders günstig bei einem elektromagnetischen Stellantrieb, der in dieser Schaltstel­ lung stromlos ist.

Claims (3)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (14), aus der ein Kraftstoffeinspritzventil (1) mit Kraftstoff versorgt wird, dessen Einspritzventilglied (5), das unter dem Druck von dem zugeführten Kraftstoff geöffnet wird, wenig­ stens mittelbar mit einer beweglichen Wand (242) verbunden ist, die einen Steuerraum (25) begrenzt, in den ein Druckkanal (26) mündet, der andererseits mit einem Ventilraum (27) eines Steuerventils (28) stän­ dig verbunden ist, durch dessen Steuerventilglied (30) die Verbindung eines von einer Hochdruckduelle, vorzugsweise von der Kraftstoffhoch­ druckquelle (1) kommenden Zuflußkanal (44) zum Ventilraum (27), und die Verbindung des Ventilraum zu einem zu einem Entlastungsraum füh­ renden Abflußkanal (39) gesteuert wird, wobei das Steuerventilglied (30) am Ende eines Ventilstößels (31) ein in den Ventilraum (27) ra­ genden, beiderseits mit einer in je eine der Betätigungsrichtungen des Ventilstößels weisenden ersten (37)und zweiten (42) Ventildichtfläche (51) versehener Ventilkörper (35) hat, der je nach Stellung mit der ersten Ventildichtfläche (37)in Anlage an einem ersten Ventilsitz (38) kommt und dabei die Verbindung des Zuflußkanals (44) zum Ventilraum (27) verschließt oder mit der zweiten Ventildichtfläche (42) in Anlage an den zweiten Ventilsitz (41) kommt und dabei die Verbindung zwischen Ventilraum (27) und Abflußkanal (39) verschließt und mit einer Drossel (44) in der Verbindung zwischen Ventilraum (27) und Abflußkanal (39) wobei der erste Ventilsitz (38) an der Einmündung einer den Ventilstößel (31) führenden Stößelführungsbohrung (32) in der Ventil­ raum (27) gebildet wird und der stromaufwärts der ersten Ventildicht­ fläche (37) liegende Teil des Ventilstößels (31) eine mit dem Zufluß­ kanal (44) ständig verbundene Ausnehmung (45) hat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (35) von der ersten Ventildichtfläche (37) zur Seite des Ventilraumes (27) beabstandet ein zylindrisches Kolbenteil (46) aufweist, das auf seiner der ersten Ventildichtfläche (37) abgewandten Seite die zweite Ventildichtfläche (42) des Ventil­ körpers (35) trägt und der mit seiner Mantelfläche zusammen mit der zylindrischen Wand des Ventilraumes (27) einen die Drossel bildenden Drosselspalt (47) hat.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilkörper (35) von der ersten Ventildichtfläche (37) zur Seite des Ventilraumes (27) beabstandet einen zylindrischen Bund (49) aufweist, der zusammen mit der an seinem Umfang angrenzenden zylindrischen Wand des Ventilraumes (27) einen Ringspalt (50) bildet und zwischen dem Bund (49) und dem zylindrischen Kolbenteil (46) ein Ringraum (51) gebildet wird, von dem die Druckkanal (26) zwischen Ven­ tilraum (27) und Steuerraum (25) abführt.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abflußkanal (29) koaxial zur Achse des zylindrischen Kolbenteils (46) vom zweiten Ventilsitz (41) aus weiterführt und in dem Abflußkanal (29) ein sich an das zylindri­ schen Kolbenteil (46) anschließender Ausgleichskolben (54) zusammen mit den Steuerventilglied verstellbar ist.