DE19908416B4

DE19908416B4 - Steuerventil zum Einsatz in einem Speichereinspritzsystem für einen Dieselmotor

Info

Publication number: DE19908416B4
Application number: DE1999108416
Authority: DE
Inventors: Reda Rizk; Ulrich Dr. Augustin; Raimondo Dr. Giavi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE19908416A1; WO2000052324A1

Abstract

Steuerventil zum Einsatz in einem Kraftstoff-Speichereinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor der einen Druckverstärker, dem das Steuerventil (10) vorgeschaltet ist, aufweist, wobei das Steuerventil (10) ein Gehäuse (12) mit einer Ventilkammer (14) und mit einem Eingangsanschluß (16) und einem Ausgangsanschluß (18) sowie einen in der Ventilkammer (14) axial beweglichen Ventilkörper (20) mit einer Ventilfläche (22) umfaßt, die in einem ersten Zustand des Ventilkörpers (20) an einem Ventilsitz (24) am Gehäuse (12) anliegt und dadurch eine Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) unterbindet, während in einem zweiten Zustand die erste Ventilfläche (22) vom ersten Ventilsitz (24) abgehoben ist und dadurch die Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) hergestellt ist, wobei der aus einem geeigneten Material bestehenden Ventilkörper (20) unmittelbar und ohne Zwischenschaltung eines Magnetankers durch Bestromen einer Magneteinheit (30) aus dem ersten in den zweiten Zustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilkörper (20) und der Magneteinheit (30) eine Druckfeder...

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Speichereinspritzsystem für Dieselmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Anordnung ist aus der US 5 460 329 bekannt.

Der Dieselmotor mit Direkteinspritzung ist die Verbrennungskraftmaschine mit dem höchsten thermodynamischen Wirkungsgrad. Hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung sind für verschiedene Motoren unterschiedliche Technologien im Einsatz. Besonders im NKW-Bereich werden Systeme mit Druckverstärkung im Kraftstoffinjektor eingesetzt. Dabei gelangt der Kraftstoff über ein elektromagnetisches Steuerventil zu dem Druckverstärker im Injektor. Über die elektromagnetische Ansteuerung des Steuerventils wird zu festgelegten Zeiten bzw. Kurbelwinkeln der Kraftstoff vom Druckverstärker unter hohen Druck gesetzt und eingespritzt.

In der US 5 407 131 ist ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor mit einem nockenbetriebenen Druckverstärkerkolben beschrieben. Das Steuerventil ist ein Sitzventil, das normalerweise offen ist und das mit Hilfe eines Elektromagneten geschlossen werden kann. Im offenen Zustand fließt der von einer Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe aus dem Tank beförderte Kraftstoff durch das Steuerventil zum Tank zurück.

Eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum eines Zylinders des Dieselmotors wird dadurch eingeleitet, daß eine elektrische bzw. elektronische Motorsteuerung den Elektromagneten des Steuerventils ansteuert. Die vom Elektromagneten erzeugte magnetische Kraft bewirkt, daß das Sitzventil schließt. Der Kraftstoff im Injektor, der nun nicht mehr abfließen kann, wird in der Folge vom nockenbetätigten Kolben des Druckverstärkers unter Druck gesetzt. Wenn der Druck den vorgegebenen Düsennadelöffnungsdruck erreicht hat, beginnt die Einspritzung.

Die Kraftstoffeinspritzung wird dadurch beendet, daß der Elektromagnet nicht weiter mit Strom versorgt wird. Nach dem Zusammenbrechen des elektromagnetischen Feldes öffnet sich das Sitzventil wieder, so daß der Kraftstoff wieder abfließen kann und der Druck im Injektor abfällt.

Das Öffnen und Schließen des Sitzventils erfolgt natürlich in Korrelation zu den Stellungen bzw. Bewegungen des Kolbens im Zylinder des Motors und des mechanisch mit der Kurbelwelle in Verbindung stehenden Druckverstärkerkolbens des Injektors.

Die Betätigung des Steuerventils wird bei dieser bekannten Anordnung über die Bestromung einer Magnetspule erreicht, wobei das sich aufbauende Magnetfeld einen Magnetanker anzieht, der mit dem Ventil verbunden ist. Die Rückführung in die Ausgangslage nach dem Ausschalten des Magnets erfolgt in der Regel durch eine Feder. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Steuerventils, die möglichst hoch sein soll, hängt jedoch nicht nur von der erzeugten Magnetkraft ab, sonder wesentlich auch von der zu bewegenden Masse.

Der Nachteil der bekannten Anordnung ist die durch die großen zu bewegenden Massen begrenzte Bewegungsgeschwindigkeit.

Aus der gattungsbildenden US 5 460 329 ist weiter ein Steuerventil bekannt, bei dem der aus einem geeigneten Material bestehenden Ventilkörper unmittelbar und ohne Zwischenschaltung eines Magnetankers durch abwechselndes Bestromen zweier Magneteinheiten zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung hin- und hergeschaltet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Steuerventil so auszugestalten, daß ein kompakter Aufbau bei gleichzeitig hoher Bewegungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die obige Aufgabe wird demnach erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem Steuerventil, das ein Gehäuse mit einer Ventilkammer und mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß sowie einen in der Ventilkammer axial beweglichen Ventilkörper mit einer Ventilfläche umfaßt, die in einem ersten Zustand des Ventilkörpers an einem Ventilsitz am Gehäuse anliegt und dadurch eine Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß unterbindet, während in einem zweiten Zustand die Ventilfläche vom Ventilsitz abgehoben ist und dadurch die Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß hergestellt ist, der Ventilkörper unmittelbar und ohne Zwischenschaltung eines Magnetankers einer Magneteinheit gegenüberliegt, die bei Bestromung den aus einem geeigneten Material bestehenden Ventilkörper gegen die Wirkung einer Druckfeder vom ersten in den zweiten Zustand bringt. Der Ventilkörper des Steuerventils ist daher erfindungsgemäß so konfiguriert, daß er auch als Magnetanker dienen kann. Da kein separater Magnetanker mehr benötigt wird, verringert sich die bewegte Masse des Steuerventils, und die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht sich entsprechend.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor.
In der Zeichnung ist schematisch eine Schnittansicht eines Steuerventils für einen Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker für die Einspritzanlage eines Dieselmotors dargestellt. Jeder Zylinder des Dieselmotors ist mit einem solchen Kraftstoffinjektor versehen.
Das gezeigte Steuerventil 10 umfaßt ein Ventilgehäuse 12 mit einer Ventilkammer 14. Das Gehäuse 12 weist einen Eingangsanschluß 16 und einen Ausgangsanschluß 18 auf. An den Eingangsanschluß 16 ist die Kraftstoffzuleitung von einem (nicht gezeigten) Druckspeicher angeschlossen, der ein Medium, z.B. Kraftstoff oder Öl, unter einem bestimmten Druck enthält. Vom Ausgangsanschluß 18 gelangt das Medium gegebenenfalls zum Druckverstärker des Kraftstoffinjektors (ebenfalls nicht gezeigt). Sowohl der Eingangsanschluß 16 als auch der Ausgangsanschluß 18 münden jeweils in eine Nut 16a bzw. 18a in der Wand der Ventilkammer 14 im Ventilgehäuse 12. Die beiden Nuten 16a, 18a sind in Axialrichtung beabstandet.
In der Ventilkammer 14 ist axial begrenzt beweglich ein Ventilkörper 20 angeordnet. Der Ventilkörper 20 weist ei ne kegelige Ventilfläche 22 in der Form einer Schulter am Ventilkörper 20 auf, die an einem dazu passenden Ventilsitz 24 in der Form eines Vorsprungs in der Ventilkammer 14 zur Anlage kommen kann.
Die Ventilfläche 22 und der Ventilsitz 24 sind in Axialrichtung zwischen den beiden Nuten 16a, 18a von Eingangsanschluß 16 bzw. Ausgangsanschluß 18 vorgesehen. Die Ventilfläche 22 und der Ventilsitz 24 sind damit so angeordnet, daß, wenn die Ventilfläche 22 am Ventilsitz 24 anliegt, die Fluidverbindung vom Eingangsanschluß 16 durch die Ventilkammer 14 zum Ausgangsanschluß 18 durch den Ventilkörper 20 unterbrochen wird. Die Anlage der Ventilfläche 22 am Ventilsitz 24 wird durch eine Druckfeder 26 bewirkt.
Bei offenem Ventil, das heißt wenn die Ventilfläche 22 vom Ventilsitz 24 abgehoben ist, ist die Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß 16 und Ausgangsanschluß 18 hergestellt.
Dem Ventilkörper 20 liegt, ohne daß eine Ankerplatte dazwischengeschaltet ist, eine Magneteinheit 30 mit einem Elektromagneten gegenüber. Der Elektromagnet kann von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit angesteuert werden. Wenn die Magneteinheit 30 Strom zugeführt erhält, wird der Ventilkörper 20, der aus einem geeigneten magnetischen Material besteht, gegen die Wirkung der Druckfeder 26 axial in Richtung Magneteinheit 30 gezogen. Die Ventilfläche 22 wird dabei von ihrem Ventilsitz 24 abgehoben und die Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß 16 und Ausgangsanschluß 18 hergestellt.
Der Ventilkörper 20 besteht aus einem Material, das vom Elektromagneten der Magneteinheit 30 bei Bestromung angezogen wird. Auch ist der Ventilkörper 20 gegenüber der Magneteinheit 30 so geformt, daß unter Berücksichtigung der Polform des Elektromagneten möglichst viel Magnetkraft erzeugt wird, damit sich der Ventilkörper 20 beim Bestromen der Magneteinheit 30 mit möglichst geringen Schaltzeiten bewegt.
Die Einspritzung wird eingeleitet durch eine Ansteuerung, d.h. Bestromung der Magneteinheit 30. Die entstehende Magnetkraft zieht den Ventilkörper 20 in axialer Richtung zur Magneteinheit 30. Durch das Abheben der Ventilfläche 22 vom Ventilsitz 24 wird die Fluidverbindung zwischen dem Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 18 hergestellt. Das Druckmedium bzw. der Kraftstoff kann damit vom Speicher zum Druckverstärker strömen und der Druck durch den Druckverstärker erhöht werden, bis die Einspritzung erfolgt.
Das Einspritzende wird erreicht, wenn die Bestromung der Magneteinheit 30 beendet wird. Die Druckfeder 26 schiebt dann den Ventilkörper 20 wieder in die Ausgangslage zurück, in der die Ventilfläche 22 am Ventilsitz 24 anliegt. Damit ist die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 18 und damit die Verbindung zwischen Speicher und Druckverstärker wieder unterbrochen.

Claims

Steuerventil zum Einsatz in einem Kraftstoff-Speichereinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor der einen Druckverstärker, dem das Steuerventil (10) vorgeschaltet ist, aufweist, wobei das Steuerventil (10) ein Gehäuse (12) mit einer Ventilkammer (14) und mit einem Eingangsanschluß (16) und einem Ausgangsanschluß (18) sowie einen in der Ventilkammer (14) axial beweglichen Ventilkörper (20) mit einer Ventilfläche (22) umfaßt, die in einem ersten Zustand des Ventilkörpers (20) an einem Ventilsitz (24) am Gehäuse (12) anliegt und dadurch eine Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) unterbindet, während in einem zweiten Zustand die erste Ventilfläche (22) vom ersten Ventilsitz (24) abgehoben ist und dadurch die Fluidverbindung zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) hergestellt ist, wobei der aus einem geeigneten Material bestehenden Ventilkörper (20) unmittelbar und ohne Zwischenschaltung eines Magnetankers durch Bestromen einer Magneteinheit (30) aus dem ersten in den zweiten Zustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilkörper (20) und der Magneteinheit (30) eine Druckfeder (26) angeordnet ist, die den Ventilkörper in dem ersten Zustand hält, wobei der Ventilkörper (20) und die Magneteinheit (30) so ausgelegt sind, daß beim Bestromen der Magneteinheit (30) der Ventilkörper (20) gegen die Wirkung der Druckfeder (26) vom ersten in den zweiten Zustand gebracht wird.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (20) gegenüber der Magneteinheit (30) so geformt, daß unter Berücksichtigung der Polform des Elektromagneten der Magneteinheit möglichst viel Magnetkraft erzeugt wird, damit sich der Ventilkörper (20) beim Bestromen der Magneteinheit (30) mit möglichst geringen Schaltzeiten bewegt.