DE19940292B4

DE19940292B4 - Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19940292B4
Application number: DE19940292A
Authority: DE
Inventors: Patrick Dr. Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2019-08-26
Also published as: JP2001082294A; GB2353566B; FR2797914B1; FR2797914A1; GB0020027D0; GB2353566A; US6340018B1; DE19940292A1

Abstract

Bei einem Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Ventilnadel (28), die in einer Steuerkammer (22) verstellbar ist, die mit einem Zulauf (20), einem Ablauf (26) und einem Ventilsitz (30) versehen ist, sollen verschiedene Schaltzustände ermöglicht werden, die verschiedene Abläufe des Öffnungsvorganges einer von dem Steuerventil geschalteten Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils ermöglichen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß auf der Ventilnadel (28) ein Drosselring (34) angeordnet ist, der mit Drosselbohrungen (36) versehen ist, die parallel zur Längsachse der Ventilnadel (28) verlaufen, und daß die Abmessungen von Drosselring (34) und Ventilnadel (28) so gewählt sind, daß zwischen der Außenwand der Ventilnadel und der Innenwand des Drosselrings ein Ablaufkanal (42) gebildet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Ventilnadel, die in einer Steuerkammer verstellbar ist, die mit einem Zulauf, einem Ablauf und einem Ventilsitz versehen ist.
Ein solches Steuerventil ist beispielsweise aus der DE 197 27 896 A1 bekannt und dient dazu, das Öffnen einer Düsennadel des Einspritzventils hervorzurufen, um Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.
Die Düsennadel wird permanent mit einem Öffnungsdruck beaufschlagt, der die Düsennadel vom zugeordneten Ventilsitz abzuheben sucht. Dieser Öffnungskraft wirkt eine Schließkraft entgegen, die in einem Steuerdruckraum erzeugt wird. Solange der Druck im Steuerdruckraum auf einem hohen Niveau gehalten wird, ist die dort erzeugte Schließkraft höher als die auf die Düsennadel einwirkende Öffnungskraft, so daß die Düsennadel geschlossen bleibt. Wenn dagegen der Druck im Steuerdruckraum und folglich auch die dort erzeugte Schließkraft absinkt, gelingt es der Öffnungskraft, die Düsennadel vom Ventilsitz abzuheben. Es kann nun Kraftstoff eingespritzt werden.
Der Druck im Steuerdruckraum wird von dem Steuerventil gesteuert, indem ein Ablauf geschlossen oder geöffnet wird. Wenn durch Schließen des Ablaufs das dem Steuerdruckraum zugeführte Medium, üblicherweise Kraftstoff, aufgestaut wird, wird im Steuerdruckraum ein hoher Druck erzeugt, der die Düsennadel in einem geschlossenen Zustand hält. Wenn dagegen das Steuerventil den Ablauf öffnet, sinkt der Druck im Steuerdruckraum ab, so daß die Düsennadel öffnen kann.
Aus der FR 1 460 919 A ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die einen ringförmigen Ventileinsatzkörper aufweist, in dem eine Zulaufdrossel angeordnet ist. Baut sich über die Zulaufdrossel ein ausreichender Druck an einer Ventilnadel auf, verschiebt sich die Ventilnadel entgegegen der Kraft einer Ventilschließfeder in eine Öffnungsstellung des Einspritzventils. Ein Steuerventil zur Steuerung der Hubbewegung der Ventilnadel ist nicht vorgesehen.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 198 16 316 A1 ist ein Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, bei dem auf einer Steuerventilnadel ein Schleppventilglied verschiebbar angeordnet ist. Das Schleppventilglied bildet einen zusätzlichen Ventilquerschnitt, über den ab einer bestimmten Hubstellung der Steuerventilnadel Kraftstoff abströmen kann. Hierzu ist in der Steuerventilnadel eine Ringausnehmung vorgesehen, die mit einer Drosselbohrung im Schleppventilglied in Verbindung steht.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß mit geringem Aufwand zwei unterschiedliche geöffnete Zustände des Steuerventils erzielt werden können, nämlich ein teilgeöffneter Zustand, in welchem das Fluid aus dem Steuerdruckraum durch die Drosselbohrungen entweichen kann, und ein vollständig geöffneter Zustand, in welchem sowohl die Drosselbohrungen als auch der Ablaufkanal geöffnet sind. Das Umschalten zwischen diesen beiden geöffneten Zuständen erfolgt allein durch die Steuerung des Hubes der Ventilnadel. So lassen sich verschiedene Einspritzarten erzielen, beispielsweise eine Rampen-Einspritzung oder eine angelagerte Einspritzung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilnadel mit einem Nadelkopf versehen ist, der größer als der Innendurchmesser des Drosselringes ist, und daß der Drosselring zwischen dem Nadelkopf und dem Ventilsitz angeordnet ist. Bei dieser Gestaltung dient die Ventilnadel nicht nur zum Schalten, sondern auch gleichzeitig als Führung für den Drosselring. Dieser ist in axialer Richtung fest zwischen dem Nadelkopf und dem Ventilsitz gehalten.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, daß im Steuerraum eine Feder angeordnet ist, die den Drosselring vom Ventilsitz weg zum Nadelkopf hin beaufschlagt, und daß im Steuerraum ein Anschlag für den Drosselring vorgesehen ist, der den Hub des Drosselringes weg vom Ventilsitz begrenzt. Mittels der Feder kann der Drosselring in besonders einfacher Weise im Inneren des Steuerraumes verstellt werden, ohne daß ein separates, von außen gesteuertes Betätigungselement erforderlich ist. Weiterhin läßt sich mit dieser Gestaltung ein teilgeöffneter Zustand des Steuerventils erzielen, der weitestgehend unabhängig von Positionstoleranzen der Ventilnadel ist. Es läßt sich nämlich ein Toleranzbereich einstellen, innerhalb dessen der Drosselring bereits vom Ventilsitz abgehoben ist, jedoch noch nicht am Anschlag anliegt. Innerhalb des gesamten Toleranzbereiches ergibt sich ein Abflußquerschnitt durch die Drosselbohrungen, der nahezu unabhängig von der Position der Ventilnadel in diesem teilgeschalteten Zustand ist.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzventils;
2 in einer vergrößerten Ansicht ein Steuerventil gemäß dem Stand der Technik, das bei dem Kraftstoffeinspritzventil von 1 eingesetzt werden kann; und
3 in einer Querschnittsansicht ein erfindungsgemäßes Steuerventil.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil mit Steuerventil (siehe 2) gezeigt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 10 auf, in welchem eine Düsennadel 12 verschiebbar angebracht ist. Die Düsennadel 12 steuert das Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine. Der zugeführte Kraftstoff übt auf die Düsennadel 12 eine Öffnungskraft aus, welche die Düsennadel sowie ein Betätigungsteil 14, an dem sich die Düsennadel 12 abstützt, zu einem Steuerdruckraum 16 hin zu verstellen sucht.
Dem Steuerdruckraum 16 wird ebenfalls Kraftstoff zugeführt, der aufgrund des im Steuerdruckraum 16 herrschenden Drucks eine Schließkraft auf das Betätigungsteil 14 ausübt. Der Kraftstoff wird über einen Zulauf 18 bereitgestellt, und vom Steuerdruckraum 16 geht ein Ablauf 20 ab, der zu einer Steuerkammer 22 eines Steuerventils 24 führt. Für das Steuerventil 24 stellt der Ablauf 20 wiederum den Zulauf dar, und es ist ein Ablauf 26 vorgesehen, durch den der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 und der Steuerkammer 22 abfließen kann.
Das Steuerventil 24 weist in der Steuerkammer 22 eine Ventilnadel 28 auf, die mit einem Ventilsitz 30 zusammenwirkt. Wenn die Ventilnadel 28 am Ventilsitz 30 anliegt, ist das Steuerventil 24 geschlossen, so daß der über den Zulauf 18 der Steuerdruckraum 16 zugeführte Kraftstoff in dieser aufgestaut wird. Der auf diese Weise erzeugte hohe Druck übt auf das Betätigungsteil 14 eine Schließkraft auf, die größer ist als die auf die Düsennadel 12 wirkende Öffnungskraft. Das Kraftstoffeinspritzventil ist folglich geschlossen. Wenn dagegen die Ventilnadel 28 vom Ventilsitz 30 abgehoben wird, kann der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 über die Steuerkammer 22 und den Ablauf 26 abfließen, so daß der Druck im Steuerdruckraum absinkt. Die dann verringerte Schließkraft ermöglicht das Öffnen der Düsennadel, so daß Kraftstoff eingespritzt wird.
Anhand 3 wird nun das erfindungsgemäße Steuerventil beschrieben. Die Ventilnadel 28 ist mit einem Nadelkopf 32 versehen. Auf der Ventilnadel 28 ist verschiebbar ein Drosselring 34 angeordnet, der mit mehreren Drosselbohrungen 36 versehen ist. Diese verlaufen parallel zur Längsachse der Ventilnadel 28 und sind auf einem solchen Radius angeordnet, daß sie durch Anliegen am Ventilsitz 30 verschlossen werden können.
Der Ventilsitz 30 ist auf einem zylindrischen Vorsprung 37 ausgebildet, um den herum eine Druckfeder 38 angeordnet ist. Die Druckfeder 38 beaufschlagt den Drosselring 34 weg vom Ventilsitz 30 hin zum Nadelkopf 32.
Die Steuerkammer 22 ist mit einem Absatz 40 ausgebildet, die dem Drosselring 34 auf der von der Druckfeder 38 abgewandten Seite als Anschlag gegenüberliegt und den maximalen Hub des Drosselringes begrenzt.
Der Außendurchmesser der Ventilnadel 28 und der Innendurchmesser des Drosselringes 34 sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen Ventilnadel 28 und Drosselring 34 ein Ablaufkanal 42 gebildet ist, durch den der Kraftstoff aus der Steuerkammer 22 hin zum Ablauf 26 fließen kann.
Das beschriebene Steuerventil weist drei unterschiedliche Schaltzustände auf. In einem ersten Zustand, der in 3 gezeigt ist, befindet sich die Ventilnadel 28 in ihrer oberen Stellung, in der sie den Drosselring 34 entgegen der Wirkung der Feder 38 gegen den Ventilsitz 30 drückt. In diesem Zustand ist das Steuerventil geschlossen, da der Ablaufkanal 42 durch Anlage des Nadelkopfes 32 am Drosselring 34 und die Drosselbohrungen 40 durch Anlage am Ventilsitz 30 geschlossen sind.
Das Steuerventil weist einen teilgeöffneten Schaltzustand auf, in welchem die Ventilnadel 28 ausgehend vom geschlossenen Zustand um einen Hub in Richtung zum Steuerdruckraum 16 verstellt ist, der kleiner als Δh ist. In diesem Zustand liegt der Drosselring 34 unter der Wirkung der Feder 38 weiterhin an dem Nadelkopf 32 an, ist jedoch vom Ventilsitz 30 entfernt. Somit kann der Kraftstoff aus der Steuerkammer 22 durch die Drosselbohrungen 36 hin zum Ablauf 26 entweichen.
Da über die Ablaufbohrungen 36 nur ein vergleichsweise kleiner Ablaufquerschnitt zur Verfügung steht, sinkt der Druck im Steuerdruckraum 16 entsprechend langsam ab, und auch die Düsennadel 12 beginnt sich langsam zu bewegen. Es ergibt sich also ein rampenförmiger Anstieg des Düsennadelhubes.
Ein dritter Schaltzustand wird erzielt, indem die Ventilnadel 28 einen Hub in Richtung zum Steuerdruckraum 16 ausführt, der größer als Δh ist. Dieser große Hub kann vom Drosselring 34 nicht ausgeführt werden, da er vorher am Anschlag 40 anliegt. Somit ist der Ablaufkanal 42 freigegeben. Dieser Ablaufquerschnitt addiert sich zu dem von den Drosselbohrungen 36 bereitgestellten Ablaufquerschnitt, so daß nunmehr ein großer Ablaufquerschnitt zur Verfügung steht, der für eine schnelle Druckentlastung im Steuerdruckraum 16 sorgt.
Das beschriebene Steuerventil kann so geschaltet werden, daß die Ventilnadel 28 für eine kurze Zeitspanne einen Hub größer als Δh ausführt. Der dann zur Verfügung stehende große Ablaufquerschnitt sorgt für eine schnelle Entlastung des Steuerdruckraumes 16, so daß sich die Düsennadel schnell vom Ventilsitz abhebt. Um anschließend die Düsennadel in der Schwebe zu halten, muß der Abfluß aus dem Steuerdruckraum 16 bei konstantem Zufluß über den Zulauf 18 verringert werden. Zu diesem Zweck wird der Hub der Ventilnadel 28 auf einen Wert kleiner als Δh eingestellt, so daß nur noch der von den Drosselbohrungen 36 bestimmte Ablaufquerschnitt zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann eine angelagerte Einspritzung (Boot-Injection) erzielt werden.

Claims

Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Ventilnadel (28), die in einer Steuerkammer (22) verstellbar ist, die mit einem Zulauf (20), einem Ablauf (26) und einem Ventilsitz (30) versehen ist, wobei auf der Ventilnadel (28) ein Drosselring (34) verschiebbar angeordnet ist, der mit Drosselbohrungen (36) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselbohrungen (36) parallel zur Längsachse der Ventilnadel (28) verlaufen, und daß die Abmessungen von Drosselring (34) und Ventilnadel (28) so gewählt sind, daß zwischen der Außenwand der Ventilnadel und der Innenwand des Drosselrings ein Ablaufkanal (42) gebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (28) mit einem Nadelkopf (32) versehen ist, der größer als der Innendurchmesser des Drosselringes (34) ist, und daß der Drosselring (34) zwischen dem Nadelkopf (32) und dem Ventilsitz (30) angeordnet ist.
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerkammer (22) eine Feder (38) angeordnet ist, die den Drosselring (34) vom Ventilsitz (30) weg zum Nadelkopf (32) hin beaufschlagt, und daß in der Steuerkammer (22) ein Anschlag (40) für den Drosselring (34) vorgesehen ist, der den Hub des Drosselringes (34) weg vom Ventilsitz (30) begrenzt.