DE19941709A1

DE19941709A1 - Gebautes Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19941709A1
Application number: DE1999141709
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-03-15
Also published as: EP1129284A1; JP2003508680A; WO2001018381A1

Abstract

Es wird ein Steuerventil (15) für Injektoren von Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei dem mit dem Steuerkolben (47) eine Hülse (61) lösbar verbunden ist. Die Hülse (61) weist einen Dichtkegel (67) auf.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Bund eines Steuerkolbens und einer Bohrung eines Gehäuses radial begrenzten Ringraum, der an seinen Enden eine erste Ringnut und eine zweite Ringnut aufweist, wobei der Steuerkolben in mindestens einer koaxial zur Bohrung verlaufenden ersten Führungsbohrung axial verschiebbar geführt wird und wobei der Steuerkolben Mittel zum Abdichten des Ringraums von der ersten Ringnut und Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut aufweist. Derartige Steuerventile sind als Sitz- Sitz-Ventil mit zweiteiligem Gehäuse oder als Sitz-Sitz- Ventil mit einteiligem Gehäuse und zwei Ventilkörpern bekannt. Nachteilig an der ersten bekannten Bauform ist der vergleichsweise große Herstellungsaufwand und die aufwendige Abdichtung des zweiteiligen Gehäuses gegenüber der Umgebung. Bei den Steuerventilen mit einteiligem Gehäuse und zwei Ventilkörpern müssen beide Ventilkörper angesteuert werden, um eine entsprechende Schaltung des Steuerventils zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuerventil für einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Bund eines Steuerkolbens und einer Bohrung eines Gehäuses radial begrenzten Ringraum, der an seinen Enden eine erste Ringnut und eine zweite Ringnut aufweist, wobei der Steuerkolben in mindestens einer koaxial zur Bohrung verlaufenden ersten Führungsbohrung axial verschiebbar geführt wird und wobei der Steuerkolben Mittel zum Abdichten des Ringraums von der ersten Ringnut und Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut aufweist und wobei die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut lösbar mit dem Steuerkolben verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Steuerventil hat den Vorteil, dass es einfach in der Herstellung ist und auch einfach zu montieren ist, da die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut lösbar mit dem Steuerkolben verbunden sind.

Eine Variante sieht vor, dass die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut und/oder die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der ersten Ringnut koaxial zur Längsachse des Steuerkolbens angeordnete kegelstumpfförmige Dichtkegel sind, so dass über die gesamte Lebensdauer des Steuerventils eine gute Dichtwirkung erzielt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut Teil einer koaxial zur Längsachse des Steuerkolbens angeordneten Hülse, so dass die Mittel zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut einfach zu montieren sind.

Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die dem Steuerkolben zugewandte Stirnfläche der Hülse eben ist und dass die der Hülse zugewandte Stirnfläche des Steuerkolbens eben ist, so dass die Hülse nicht durch den Steuerkolben zentriert wird und der Dichtkegel der Hülse bestmöglich auf der Dichtfläche im Gehäuse anliegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem Steuerkolben zugewandte Stirnfläche der Hülse und die der Hülse zugewandte Stirnfläche des Steuerkolbens kegelstumpfförmig sind, so dass die Hülse vom Steuerkolben zentriert wird und somit zusätzlich über die Führung des Steuerkolbens im Gehäuse geführt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Hülse in einer koaxial zur Bohrung verlaufenden zweiten Führungsbohrung des Gehäuses axial verschiebbar geführt, so dass eventuelle Fluchtungsfehler des Steuerkolbens sich nicht negativ auswirken.

Eine andere Ausführung sieht vor, dass die Hülse mittels eines über den Bund des Steuerkolbens in axialer Richtung hinausragenden Zapfens mit einem Außengewinde und einer Mutter mit dem Steuerkolben verbunden wird, so dass eine einfache und belastbare Verbindung von Hülse und Steuerkolben erzielt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse mittels eines über den Bund des Steuerkolbens in axialer Richtung hinausragenden Zapfens mit einer Nut sowie einem Seegerring mit dem Steuerkolben verbunden, so dass eine schnellere Montage ermöglicht wird und ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung von Steuerkolben und Hülse vermieden wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse mittels einer in ein Innengewinde des Steuerkolbens gedrehten Schraube mit dem Steuerkolben verbunden, so dass die Baulänge des Steuerkolbens und die Zahl der Bauteile verringert wird.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Hülse und der Mutter oder dem Seegerring oder der Schraube eine Tellerfeder oder eine Federscheibe angeordnet ist, so dass die Vorspannung, mit der die Hülse gegen die Stirnfläche des Steuerkolbens gepresst wird, einfach einstellbar ist.

Eine Variante sieht vor, dass zwischen der Hülse und dem Zapfen oder der Schraube ein Axialspiel, insbesondere von 10 µm bis 20 µm vorhanden ist, so dass sich die Hülse besser relativ zum Gehäuse ausrichten kann.

In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Bohrung und den Ringnuten Dichtflächen ausgebildet sind, die mit den Mitteln zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut und/oder den Mitteln zum Abdichten des Ringraums von der ersten Nut zusammenwirken, so dass zwischen der Bohrung und den Ringnuten Dichtflächen ausgebildet sind, die mit den Mitteln zum Abdichten des Ringraums von der zweiten Ringnut und/oder den Mitteln zum Abdichten des Ringraums von der ersten Nut zusammenwirken, so dass die Abdichtung verbessert wird.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ringraum mit dem Ventilsteuerraum des Injektors, die erste Ringnut mit dem Zulaufkanal des Injektors und die zweite Ringnut mit dem Kraftstoffrücklauf des Injektors in Verbindung steht, so dass die Leckageverluste minimiert werden.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einteilig ausgeführt ist, so dass dessen Herstellung vereinfacht und dessen Dichtheit verbessert wird.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, das Steuerventil als 3/2-Steuerventil oder 3/3-Steuerventil zu betrieben, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile des Steuerventils bei beiden Schaltungsvarianten genutzt werden können.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einspritzsystem ein Common-Rail-Einspritzsystem ist, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerventils auch diesen Einspritzsystemen zugute kommen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Es zeigen:

Fig. 1: einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem schematisiert dargestellten Steuerventil;

Fig. 2: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils im Schnitt;

Fig. 3: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils im Schnitt; und

Fig. 4: ein Detail der Verbindung von Steuerkolben und Hülse einer dritten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein Injektor dargestellt. Über einen Hochdruckanschluss 1 wird Kraftstoff 3 über einen Zulaufkanal 5 zu einer Einspritzdüse 7 sowie über eine Zulaufdrossel 9 in einen Ventilsteuerraum 11 geführt. Der Ventilsteuerraum 11 ist über einen Abflusskanal 12 und eine Ablaufdrossel 13, die durch ein Steuerventil 15 geöffnet werden kann, mit einem Kraftstoffrücklauf 17 verbunden. Der Kraftstoff 3 ist in Fig. 1 als schwarze Fläche dargestellt.

Der Ventilsteuerraum 11 wird von einem Ventilkolben 19 begrenzt. An den Ventilkolben 19 schließt eine Düsennadel 21 an, die verhindert, dass der unter Druck stehende Kraftstoff 3 zwischen den Einspritzungen in den nicht dargestellten Brennraum fließt. Die Düsennadel 21 weist eine Querschnittsänderung 23 von einem größeren Durchmesser 25 auf einen kleineren Durchmesser 27 auf. Mit ihrem größeren Durchmesser 25 ist die Düsennadel 21 in einem Gehäuse 29 geführt. Die Querschnittsänderung 23 begrenzt einen Druckraum 31 der Einspritzdüse 7.

Bei geschlossener Ablaufdrossel 13 ist die auf eine Stirnfläche 33 des Ventilkolbens 19 wirkende hydraulische Kraft größer als die auf die Querschnittsänderung 23 wirkende hydraulische Kraft, weil die Stirnfläche 33 des Ventilkolbens 19 größer als die Ringfläche der Querschnittsänderung 23 ist. In Folge dessen wird die Düsennadel 21 in einen Düsennadelsitz 35 gepresst und dichtet den Zulaufkanal 5 zum nicht dargestellten Brennraum ab.

Wenn die nicht dargestellte Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems nicht angetrieben wird, weil der Motor steht, dann schließt eine auf einen Absatz 37 der Düsennadel 21 wirkende Düsenfeder 39 die Einspritzdüse 7 bzw. den Injektor.

Wenn die Ablaufdrossel 13 bzw. das Steuerventil 15 geöffnet wird, sinkt der Druck im Ventilsteuerraum 11 und damit die auf die Stirnfläche 33 des Steuerkolbens 19 wirkende hydraulische Kraft. Sobald diese hydraulische Kraft kleiner ist als die auf die Querschnittsänderung 23 wirkende hydraulische Kraft, öffnet die Düsennadel 21, so dass der Kraftstoff 3 durch die nicht dargestellten Spritzlöcher in den Brennraum gelangen kann. Diese indirekte Ansteuerung der Düsennadel 21 über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem ist notwendig, weil die zu einem schnellen Öffnen der Düsennadel 21 benötigten Kräfte mit dem Steuerventil 15 nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zu der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte sogenannte "Steuermenge" gelangt über die Zulaufdrossel 9, den Ventilsteuerraum 11 und die Ablaufdrossel 13 in den Kraftstoffrücklauf 17.

Zusätzlich zur Steuermenge entsteht auch noch an der Düsennadelführung und der Ventilkolbenführung eine Leckage. Die Steuer- und die Leckagemengen können bis zu 50 mm³/Hub betragen. Sie werden über den Kraftstoffrücklauf 17 wieder in den nicht dargestellten Kraftstoffbehälter zurückgeführt. Zwischen den Einspritzungen wird die Ablaufdrossel 13 durch das Steuerventil 15 verschlossen.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils. In dem Gehäuse 29 ist eine Bohrung 41 vorgesehen. Koaxial zur Bohrung 41 ist eine erste Führungsbohrung 43 und eine zweite Führungsbohrung 45 vorhanden. In der ersten Führungsbohrung 43 ist ein Steuerkolben 47 geführt. Der Steuerkolben 47 weist einen Bund 49 auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 41. Die Bohrung 41 weist an ihren Enden eine erste Ringnut 50 und eine zweite Ringnut 51 auf. Die Bohrung 41 hat einen kleineren Durchmesser als die erste Führungsbohrung 43 und die zweite Führungsbohrung 45. Da der Steuerkolben 47 mindestens in der ersten Führungsbohrung 43 geführt ist, ist sein Durchmesser 53 in dem Abschnitt, welcher sich in der ersten Führungsbohrung 43 befindet, größer als der des Bunds 49. Den Übergang zwischen dem Bund 49 und dem größeren Durchmesser 53 bildet ein als Dichtkegel 55 ausgeführter Kegelstumpf. Zwischen der Bohrung 41 und der ersten Ringnut 50 ist in dem Gehäuse 29 ein erster Dichtsitz 59 ausgebildet, der mit dem Dichtkegel 55 den von Bund 49 und Bohrung 41 gebildeten Ringraum von der ersten Ringnut 50 hydraulisch trennen kann. In der zweiten Führungsbohrung 45 ist eine Hülse 61 mit einer Mittenbohrung geführt, die über einen Zapfen 63 mit Gewinde und einer Mutter 65 mit dem Steuerkolben 47 verschraubt ist. Die Hülse 61 weist an ihrem dem Bund 49 zugewandten Ende einen Dichtkegel 67 auf. Der Dichtkegel 67 kann zusammen mit einem zwischen zwischen Bohrung 41 und zweiter Ringnut 51 angeordneten zweiten Dichtsitz 69, den Ringraum von der zweiten Ringnut 51 trennen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Stirnfläche des Bundes 49 und eine entsprechende Stirnfläche 71 der Hülse 61 eben, so dass beim Verschrauben von Hülse 61 und Steuerkolben 47 die Hülse 61 nicht von dem Steuerkolben 47 zentriert wird. Dies wird dadurch erleichtert, dass zwischen dem Zapfen 63 und der Mittenbohrung der Hülse 61 Spiel vorhanden ist.

In Fig. 2 ist auch zu erkennen, dass die erste Ringnut mit dem Zulaufkanal 5 in Verbindung steht, dass die zweite Ringnut 51 mit dem Kraftstoffrücklauf 17 in Verbindung steht und dass der Ringraum zwischen Bund 49 und Bohrung 41 mit dem Abflusskanal 12 und dem Ventilsteuerraum 11 hydraulisch verbunden ist.

Betätigt wird das Steuerventil durch einen nicht dargestellten Aktor, der auf den Steuerkolben 47 einwirkt. Der Aktor kann beispielsweise ein Piezo-Aktor oder ein Magnetventil sein. Das erfindungsgemäße Steuerventil kann als 3/2-Steuerventil oder als 3/3-Steuerventil eingesetzt werden. Wenn es als 3/2-Steuerventil eingesetzt wird, wird entweder die erste Ringnut 50 oder die zweite Ringnut 51 von den Ringraum hydraulisch getrennt. Andernfalls kann der Steuerkolben 47 zusätzlich eine Zwischenstellung einnehmen in der die drei Anschlüsse des Steuerventils hydraulisch verbunden sind. Diese Schaltstellung kann vorteilhaft sein, wenn bei der Haupteinspritzung ein schnelles Öffnen der Düsennadel 21 gewünscht wird.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerventils 15 dargestellt. Gleiche Bauteile wurden mit gleichen Bezugszahlen versehen und werden nicht weiter erläutert. Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Mutter 65 und der Hülse 61 eine Tellerfeder 70 angeordnet, welche das Einstellen einer definierten Anpresskraft zwischen Hülse 61 und der Stirnfläche des Bundes 49 erleichtert. Ein weiterer Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Stirnfläche des Bundes 49 kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Die Stirnfläche 71 der Hülse 61 ist ebenfalls entsprechend kegelstumpfförmig ausgeführt. Dadurch wird die Hülse 61 durch den Steuerkolben 47 zentriert. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die Koaxialität von erster Führungsbohrung 43, zweiter Führungsbohrung 45, erstem Dichtsitz 59 und zweitem Dichtsitz 69 des Gehäuses 29 mit der geforderten Präzision herstellbar ist.

In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einer Verbindung von Steuerkolben 47 und Hülse 61 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird in den Zapfen 63 des Steuerkolbens 47 eine Nut 75 eingestochen, in der ein Seegerring 77 montiert ist. Zwischen dem Ende der Hülse 61 und dem Seegerring 77 sind eine Tellerfeder 70 und eine Unterlegscheibe 79 angeordnet. Diese Verbindung ist einfach herzustellen, leicht zu montieren und außerdem sehr gut gegen unbeachtsichtigtes Lösen der Verbindung von Hülse 61 und Steuerkolben 47 gesichert.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

1. Steuerventil für den Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einem von einem Bund (49) eines Steuerkolbens (47) und einer Bohrung (41) eines Gehäuses (29) radial begrenzten Ringraum, der an seinen Enden eine erste Ringnut (50) und eine zweite Ringnut (51) aufweist, wobei der Steuerkolben (47) in mindestens einer koaxial zur Bohrung (41) verlaufenden ersten Führungsbohrung (43) axial verschiebbar geführt ist, und wobei der Steuerkolben (47) Mittel zum Abdichten des Ringraums (55) von der ersten Ringnut (50) und Mittel zum Abdichten des Ringraums (67) von der zweiten Ringnut (51) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abdichten des Ringraums (67) von der zweiten Ringnut (51) lösbar mit dem Steuerkolben (47) verbunden sind.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abdichten des Ringraums (67) von der zweiten Ringnut (51) und/oder die Mittel zum Abdichten des Ringraums (55) von der ersten Ringnut (50) einen koaxial zur Längsachse des Steuerkolbens angeordneten kegelstumpfförmigen Dichtkegel (55, 67) aufweisen.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abdichten des Ringraums (67) von der zweiten Ringnut (51) ein Teil einer koaxial zur Längsachse des Steuerkolbens (47) angeordneten Hülse (61) sind.

4. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Steuerkolben (47) zugewandte Stirnfläche (71) der Hülse (61) eben ist, und dass die der Hülse (61) zugewandte Stirnfläche des Steuerkolbens (47) eben ist.

5. Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Steuerkolben (47) zugewandte Stirnfläche (71) der Hülse (61) und die der Hülse (61) zugewandte Stirnfläche des Steuerkolbens (47) kegelstumpfförmig sind.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (61) in einer koaxial zur Bohrung (41) verlaufenden zweiten Führungsbohrung (45) des Gehäuses (29) axial verschiebbar geführt ist.

7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (61) mittels eines über den Bund (49) des Steuerkolbens (47) in axialer Richtung hinausragenden Zapfens (63) mit einem Außengewinde und einer Mutter (65) mit dem Steuerkolben (47) verbunden ist.

8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (61) mittels eines über den Bund (49) des Steuerkolbens (47) in axialer Richtung hinausragenden Zapfens (63) mit einer Nut (75) sowie einem Seegerring (77) mit dem Steuerkolben (47) verbunden ist.

9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (61) mittels einer in ein Innengewinde des Steuerkolbens (47) gedrehten Schraube dem Steuerkolben (47) verbunden ist.

10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (61) und der Mutter (65) oder dem Seegerring (77) oder der Schraube eine Tellerfeder (70) oder eine Federscheibe angeordnet ist.

11. Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (61) und dem Zapfen (63) oder der Schraube ein Axialspiel, insbesondere von 10 µm bis 20 µm vorhanden ist.

12. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bohrung (41) sowie der ersten und der zweiten Ringnut (50, 51) Dichtflächen (59, 69) ausgebildet sind, die mit den Mitteln zum Abdichten des Ringraums (67) von der zweiten Ringnut (51) und/oder den Mitteln zum Abdichten des Ringraums (55) von der ersten Ringnut (50) zusammenwirken.

13. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum mit dem Ventilsteuerraum des Injektors in Verbindung steht.

14. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ringnut (50) mit dem Zulaufkanal (5) in Verbindung steht.

15. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ringnut (51) mit dem Kraftstoffrücklauf (17) in Verbindung steht.

16. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (29) einteilig ausgeführt ist.

17. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein 3/2- Steuerventil ist.

18. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil ein 3/3- Steuerventil ist.

19. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ein Common-Rail-Einspritzsystem ist.