DE19940294A1

DE19940294A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19940294A1
Application number: DE1999140294
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes; Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2001-03-01
Also published as: FR2797915A1; GB2353565A; JP2001082280A; GB2353565B; GB0020026D0

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (10), einer Düsennadel (12), die in dem Ventilkörper verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil (18), an dem sich die Düsennadel abstützt, und einem Druckstück (22), das mit einem Steuerdruckraum (24) in Verbindung steht und über das Betätigungsteil das Öffnen und Schließen der Düsennadel kontrolliert, soll die Möglichkeit geschaffen werden, das voreingespritzte Kraftstoffvolumen verringern zu können, ohne daß ein schneller schaltendes Steuerventil für das Kraftstoffeinspritzventil erforderlich ist. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß zwischen dem Druckstück und der Düsennadel ein Federelement (20) angeordnet ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper, einer Düsennadel, die in dem Ventilkörper verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil, an dem sich die Düsennadel abstützt, und einem Druckstück, das mit einem Steuerdruckraum in Verbindung steht und über das Betätigungsteil das Öffnen und Schließen der Düsennadel kontrolliert.

Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist aus der DE 197 27 896 A1 bekannt. Das Öffnen und Schließen der Düsennadel wird hervorgerufen durch Änderungen des Drucks im Steuerdruckraum. Zu diesem Zweck ist ein Magnetventil vorgesehen, das eine Ablauföffnung des Steuerdruckraumes öffnen und schließen kann. Wenn das Magnetventil geschlossen ist, wird von dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck eine Kraft auf das Druckstück ausgeübt, welche die Düsennadel entgegen einer Öffnungskraft geschlossen hält, die von dem die Düsennadel umgebenden Kraftstoff auf diese ausgeübt wird. Wenn das Magnetventil geöffnet wird, sinkt aufgrund des dann aus dem Steuerdruckraum abfließenden Druckmediums der Druck ab, so daß die auf das Druckstück ausgeübte Kraft kleiner wird als die auf die Düsennadel ausgeübte Öffnungskraft, wodurch die Düsennadel von einem zugeordneten Ventilsitz abhebt. Es wird dann Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.

Um den Ablauf der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs im Zylinder zu optimieren, kann eine Voreinspritzung vorgenommen werden, bei der vor dem eigentlichen Einspritzbeginn eine kleine Kraftstoffmenge in den Zylinder eingespritzt wird. Diese bewirkt eine Vorkonditionierung des Brennraumes, was den Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert, den Zündverzug bei der Haupteinspritzung verkürzt und Verbrennungsdruckspitzen verringert. Die bei der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmengen sind so klein, daß die Eigensteifigkeit der aus der Düsennadel, dem Betätigungsteil und dem Druckstück gebildeten Baugruppe einen großen Einfluß auf das erforderliche kurze Öffnen der Düsennadel hat.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die Auswahl der Federkonstante des Federelementes die Eigensteifigkeit der Baugruppe aus Düsennadel, Betätigungsteil und Druckstück in nahezu beliebiger Weise eingestellt werden kann. Insbesondere läßt sich bei unverändertem Magnetventil ein sehr kleines Volumen bei der Voreinspritzung erzielen, ohne daß hierfür ein besonders schnelles Magnetventil erforderlich ist. Eine Verringerung des Drucks in dem Steuerdruckraum führt bei dem erfindungsgemäßen Ventil nämlich nicht unmittelbar zu einem Abheben der Düsennadel von dem Ventilsitz, sondern zunächst zu einer Längenzunahme des Federelementes in Richtung Steuerdruckraum. Erst nachdem sich das Federelement um eine gewisse Strecke ausgedehnt hat, hebt die Düsennadel vom Ventilsitz ab. Der dann auf die Düsennadel einwirkende Öffnungsdruck bewirkt, daß das Federelement wieder gestaucht wird. Sobald das Magnetventil den Steuerdruckraum verschließt und daher der Druck in diesem ansteigt, wird die Düsennadel ohne Verzögerung wieder geschlossen. Somit läßt sich eine geringe Menge bei der Voreinspritzung erzielen, ohne daß ein besonders schnell schaltendes Magnetventil erforderlich ist. Ferner ergibt sich eine besonders kompakte Gestaltung des Kraftstoffeinspritzventils, da bei geeigneter Ausgestaltung der Federelemente nur ein geringer Bauraum erforderlich ist, um die Eigensteifigkeit der Baugruppe aus Düsennadel, Betätigungsteil und Druckstück in der gewünschten Weise einstellen zu können.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

Fig. 1 in einem schematischen Querschnitt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2a bis 2c verschiedene Kennlinien des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils;

Fig. 3 in einer schematischen Schnittansicht den Bereich der Düsennadel eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 in einer schematischen Schnittansicht die Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils von Fig. 3;

Fig. 5 in einer teilgeschnittenen Ansicht eine Variante eines Federelementes, das bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil verwendet werden kann;

Fig. 6 in einer Schnittansicht eine weitere Variante eines Federventils; und

Fig. 7 in einer schematischen Schnittansicht eine Variante eines Federelementes, das bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil verwendet werden kann.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein 2/2-Kraftstoffeinspritzventil für ein sogenanntes "Common-Rail"-Einspritzsystem gezeigt. Das Einspritzsystem weist einen Ventilkörper 10 auf, in welchem eine Düsennadel 12 verschiebbar angeordnet ist. Diese wirkt mit einem Ventilsitz 14 zusammen, um das Einspritzen von über eine Zufuhrleitung 16 bereitgestelltem Kraftstoff in einen Zylinder einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine zu steuern.

An die Düsennadel 12 schließt sich ein Betätigungsteil 18 an, das durch ein Federelement 20 mit einem Druckstück 22 verbunden ist. Das Druckstück 22 ragt in einen Steuerdruckraum 24 hinein, zu dem eine Zufuhrleitung 26 führt, in der eine Zulaufdrossel angeordnet ist. Von dem Steuerdruckraum 24 führt eine Ablaufleitung 28 weg, in der eine Ablaufdrossel angeordnet ist und die von einem hier nur schematisch gezeigten Steuerventil 30 geöffnet und geschlossen werden kann. Als Steuerventil kann insbesondere ein Magnetventil verwendet werden.

Das Federelement 20 dient dazu, die Steifigkeit der aus der Düsennadel 12, dem Betätigungsteil 18 und dem Druckstück 22 gebildeten Baugruppe in der gewünschten Weise einzustellen. Als Federelement kann die in Fig. 1 gezeigte Spiralfeder verwendet werden. Es sind aber auch alternative Ausgestaltungen möglich, beispielsweise das in Fig. 5 gezeigte Federelement, das aus einer Metallhülse 20 besteht, die abwechselnd mit Einschnitten 50 versehen ist, die sich ausgehend von einander gegenüberliegenden Seiten der Metallhülse erstrecken. Alternativ kann auch das in Fig. 6 gezeigte Federelement 20 verwendet werden, das aus einem Tellerfederpaket besteht. Es kann auch die in Fig. 7 gezeigte Gummifeder verwendet werden, die aus einem Ring mit einvulkanisiertem Gummifederelement 70 besteht.

Wenn das Steuerventil 30 geschlossen ist, erzeugt der in dem Steuerdruckraum 24 wirkende Kraftstoffdruck eine Schließkraft, die größer ist als eine vom Kraftstoff im . Bereich der Düsennadel 12 erzeugte Öffnungskraft. Das Druckstück 22 sorgt somit dafür, daß die Düsennadel 12 am Ventilsitz 14 anliegt, so daß kein Kraftstoff eingespritzt wird. Gleichzeitig wird das Federelement 20 vorgespannt gehalten.

Wenn das Steuerventil 30 geöffnet wird, fällt aufgrund des abströmenden Kraftstoffs der Druck im Steuerdruckraum 24 ab, so daß sich zunächst das Federelement 20 ausdehnen und das Druckstück 22 in den Steuerdruckraum 24 hineindrücken kann. Anschließend wird auch das Betätigungsteil 18 in Richtung zum Steuerdruckraum 24 verschoben, so daß die Düsennadel 12 vom Ventilsitz 14 abhebt und Kraftstoff eingespritzt werden kann. Der Hub der Düsennadel wird dabei durch einen Hubanschlag 32 begrenzt, der mit einem am Betätigungsteil 18 ausgebildeten Bund 34 zusammenwirkt und so einen Hub H bestimmt.

Wenn das Kraftstoffventil geöffnet ist, wirkt auf die Düsennadel 12 eine höhere Öffnungskraft als im geschlossenen Zustand. Diese höhere Öffnungskraft ist darauf zurückzuführen, daß im geöffneten Zustand eine zusätzliche Fläche der Düsennadel 12 mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird. Aufgrund der höheren Öffnungskraft wird das Federelement 20 wieder etwas gestaucht.

Wenn nunmehr das Kraftstoffeinspritzventil wieder geschlossen werden soll, wird zunächst das Steuerventil 30 geschlossen, woraufhin der Druck im Steuerdruckraum 24 ansteigt. Somit wird die auf das Druckstück 22 ausgeübte Schließkraft größer als die auf die Düsennadel 12 wirkende Öffnungskraft, und das Schließteil 22 verstellt über das Federelement 20 und das Betätigungsteil 18 die Düsenteil 12 wieder in eine Stellung in Anlage am Ventilsitz 14. Anschließend wird das Federelement 20 noch geringfügig weitergestaucht.

Die aufgrund des Federelementes 20 erzielte Änderung des Öffnungs- und des Schließverhaltens des Kraftstoffeinspritzventils wird nun anhand der Fig. 2a bis 2c erläutert. In Fig. 2b ist der Öffnungshub des Steuerventils 30 über der Zeit aufgetragen. Es ist eine erste Phase I zu sehen, in der das Steuerventil 30 kurz öffnet, um eine Voreinspritzung zu erzielen. Daran anschließend ist eine Phase II zu sehen, in der das Steuerventil 30 für einen längeren Zeitraum geöffnet ist, um die Haupteinspritzung zu ermöglichen.

In Fig. 2a ist mit der punktierten Linie der Hub des Druckstücks 22 in dem Steuerdruckraum 24 dargestellt. Diesem Hub ist der Hub der Düsennadel 12 (durchgehende Linie) gegenübergestellt. In der Phase I ist zu sehen, daß das Druckstück 22 einen deutlich größeren Hub ausführt als die Düsennadel 12, da nach dem Öffnen des Steuerventils sich zunächst das Federelement 20 ausdehnt, was sich als Hub des Druckstücks 22 bemerkbar macht, während die Düsennadel 12 noch am Ventilsitz 14 anliegt. Erst nach einer gewissen Ausdehnung des Federelementes 20 hebt sich die Düsennadel 12 vom Ventilsitz ab. Wenn dagegen das Druckstück 22 in Richtung zum Ventilsitz 14 hin bewegt wird, wird diese Bewegung, da das Federelement nach dem Abheben der Düsennadel wieder gespannt wurde, sofort auf die Düsennadel 12 übertragen, die dann das Kraftstoffeinspritzventil schließt.

In der Phase II ergibt sich anfangs ein ähnliches Bild. Zuerst erfolgt ein Hub des Druckstücks 22, bevor es zu einem Hub der Düsennadel 12 kommt. Wenn dagegen das Druckstück 22 seinen vollständigen Hub bereits ausgeführt hat, öffnet sich die Düsennadel 12 weiter, da aufgrund des beim Öffnen der Düsennadel 12 ansteigenden Öffnungsdrucks das Federelement 20 noch gestaucht wird. Wenn gegen Ende der Phase II das Steuerventil 30 wieder geschlossen wird, verstellt sich zunächst das Druckstück 22 und mit geringer Verzögerung auch die Düsennadel 12.

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ergibt sich somit gegenüber einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil, bei dem das Druckstück starr mit der Düsennadel gekoppelt ist, eine kleinere Menge voreingespritzten Kraftstoffs bei gleichem Schaltverhalten des Steuerventils. Dies ist erkennbar an der Differenz zwischen den Flächen unter den Kurven für den Hub des Druckstücks und den Hub der Düsennadel für die Phase I. Für die Phase II ist dagegen der Unterschied relativ gesehen wesentlich geringer als hinsichtlich der Voreinspritzung. Somit läßt sich im Vergleich mit einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil bei einer annähernd konstanten Haupteinspritzung des Kraftstoffs eine deutlich verringerte Voreinspritzung erreichen.

In Fig. 2c sind entsprechend der Darstellung in Fig. 2a der Hub für ein Druckstück (gestrichelte Linie) und der Hub für eine Düsennadel (durchgezogene Linie) dargestellt, wobei zwischen dem Druckstück und der Düsennadel ein Federelement mit geringerer Steifigkeit angeordnet ist. Es ist zu sehen, daß sich hier bei einem vergleichsweise großen Hub des Druckstücks während der Voreinspritzung ein sehr geringer Hub der Düsennadel ergibt. Für die Phase II der Haupteinspritzung . wird trotz der geringen Steifigkeit des Federelementes ein vollständiges Öffnen der Düsennadel erzielt.

Übliche Federraten für die verwendeten Federelemente betragen in der Größenordnung von 2 bis 4 N/µm.

Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist das Federelement 20 nicht mehr zwischen dem Druckstück 22 und dem Betätigungsteil 18 angeordnet, sondern zwischen dem Betätigungsteil 18 und der Düsennadel 12. Das Federelement 20 ist hier als Spiralfeder ausgebildet, die im Inneren einer Hülse 40 angeordnet ist. Diese Hülse 40 besteht aus einem gebogenen Metallstück, das bei der Montage an dem als Führungsabschnitt dienenden vorderen Ende des Betätigungsteils 18 angebracht ist, beispielsweise mittels einer Schweißnaht 42. Der sich bei der Biegung der Hülse 40 ergebende Schlitz 44 muß nicht geschlossen werden.

Die Hülse 40 dient zum einen als Führung für das Federelement 20. Zum anderen fungiert das der Düsennadel 12 zugewandte vordere Ende 46 der Hülse als Anschlag für die Düsennadel 12, so daß ein Hub H bestimmt ist.

Hinsichtlich der Funktionsweise stimmt die in der Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform mit derjenigen von Fig. 1 überein.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (10), einer Düsennadel (12), die in dem Ventilkörper verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil (18), an dem sich die Düsennadel abstützt, und einem Druckstück (22), das mit einem Steuerdruckraum (24) in Verbindung steht und über das Betätigungsteil das Öffnen und Schließen der Düsennadel kontrolliert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckstück und der Düsennadel ein Federelement (20) angeordnet ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) zwischen dem Betätigungsteil (18) und der Düsennadel (12) angeordnet ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) zwischen dem Druckstück (22) und dem Betätigungsteil (18) angeordnet ist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (32; 46) vorgesehen ist, der von der Düsennadel aus gesehen vor dem Federelement angeordnet ist.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Betätigungsteil eine Hülse (40) angebracht ist, deren der Düsennadel zugewandte Stirnseite (46) den Anschlag bildet, und daß das Federelement (20) im Inneren der Hülse angeordnet ist.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (32) mit einem Bund (34) am Betätigungsteil (18) zusammenwirkt.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) durch ein Tellerfederpaket gebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) durch eine Gummifeder gebildet ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) durch eine Metallhülse gebildet ist, die mit Einschnitten (50) versehen ist, die abwechselnd von einander gegenüberliegenden Seiten der Metallhülse ausgehen.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (20) durch eine Spiralfeder gebildet ist.