-
-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
nach der Gattung des Hauptanspruches, wie es aus der DE-OS 2 217 602 bekannt ist.
Dort istcle an den Ventilsitz anschliessende Druckkammer, in die der Ventilkörper
hineinragt, immer direkt mit dem Druck der Kraftstoffzuführung beaufschlagt. Nachteilig
ist, daß bei einer Ventilundichtheit der immer unter dem Maximaldruck stehende Kraftstoff
in den Motorzylinder leckt und, wenn der Leckstrom entsprechend groß ist, zur Zerstörung
des Motors führen kann. Weiter nachteilig ist, daß der Ventilkörper immer gegen
diesen Maximaldruck zum Schließen des Ventils bewegt werden muß und damit eine entsprechend
stark ausgelegte Feder erforderlich ist, was das erforderliche Bauvolumen und das
Konstruktionsgewicht negativ beeinflußt. Durch die größere Masse wird auch das Schwingungsverhalten
und die Ansprechzeit beeinflußt.
-
Aufgabe Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so zu verbessern,
daß ein besonders geringes Baugewicht und -volumen bei guter Funktionssicherheit
möglich ist und das auch bei einer Undichtheit einen geringeren, die Betriebsfähigkeit
des Motors nicht negativ beeinflussenden Leckstrom aufweist als andere bekannte
Ventile.
-
Lösung der Aufgabe Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß
über das Regelventil gesteuert im Wechsel eine der Stirnseiten des Ventilkörpers
mit dem Druck der Kraftstoffzuführung beaufschlagt und die andere Stirnseite gleichzeitig
druckentlastet ist.
-
Vorteile der Erfindung Dadurch, daß immer eine Stirnseite des Ventilkörpers
entlastet und die andere druckbeaufschlagt ist, steht im geschlossenen Zustand des
Ventils eine wesentlich größere Schließkraft zur Verfügung als bei bekannten Düsen,
bei denen die Druckkammer dauernd unter dem Einspritzdruck steht. Dies ermöglicht
es einmal, die Feder schwächer auszubilden. Weiter kann auch der wirksame Durchmesser
des Ventilkörpers, da der Gegendruck fehlt, wesentlich kleiner ausgebildet werden,
so daß das Bauvolumen und das Gewicht des Kraftstoffeinspritzventils bei gleicher
Leistung kleiner sein kann als bei bekannten Ventilen. Durch die größere zur Verfügung
stehende Schließkraft kann das durch Druckschwankungen hervorgerufene Nachspritzen,
das eine schlechte Verbrennung und auch ein Rauchen zur Folge haben kann, vermieden
werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht mehr Freiheit für die Auslegung
des Ventilsitzes, des Durchmessers des Ventilkörpers und der Feder, so daß konstruktive
Anpassungen an schwierige Einbauverhältnisse leichter möglich sind.
-
Die wechselseitige Druckbeaufschlagung und Entlastung kann vorteilhaft
mit einem zusätzlich zum Regelventil vorgesehenen, vorzugsweise hydraulisch gesteuerten
Relaisventil erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von der Steuerung des Regelventils.
Das Relaisventil ist ein 3/2-Wegeventil, dessen einzelne Wege mit der Kraftstoffzuführung,
dem Kraftstoffrücklauf bzw. der Druckkammer unter der düsenseitigen Stirnseite des
Ventilkörpers verbunden sind.
-
Da vom Regelventil nur verhältnismäßig kleine Steuerkraftstoffmengen
geschaltet werden, kann dieses sehr klein ausgeführt werden, wodurch z.B. schnellere
Schaltzeiten möglich sind.
-
Ein besonders einfacher Aufbau des Relaisventils wird erreicht, wenn
es einen vorzugsweise als Kugel ausgebildeten Dichtkörper aufweist, der über einen
druckgesteuerten, im Gehäuse dicht geführten, axial verschiebbaren Kolben gegen
den mit der Kraftstoffzuführung verbundenen Eingang des Relaisventils drückbar ist,
wobei dazu die druckbeaufschlagbare Fläche des Dichtkörpers größer ist als die Dichtfläche
am kraftstoffzuführungsseitigen Eingang, damit ein dichter Abschluß ohne zusätzliche
Kräfte sichergestellt ist. Zur Betätigung des Dichtkörpers ist daher keine Feder
erforderlich, wodurch eine häufige Störungsursache bei Ventilen entfällt. Vorteilhaft
weist der Kolben einen Stoß zapfen auf, über den der Dichtkörper verschiebbar ist,
so daß auch Fluchtungsfehler in den Bohrungs- und Sitzanordnungen die Funktion nicht
beeinträchtigen.
-
Eine sichere Funktion wird gewährleistet, wenn die den Stoßzapfen
tragende Druckseite des Kolbens direkt mit dem Kraftstoffrücklauf verbunden ist
und die andere Druckseite des Kolbens durch das Regelventil gesteuert
mit
der Kraftstofrzufiihl-ullg oder dem Kraftstoffrücklauf verbindbar ist, wobei ferner
die dem Stoßzapfen geqenüberliegende Druckseite des Kolbens direkt mit der federseitigen
Stirnseite des Ventilkörpers in Verbindung steht.
-
Um möglichst kurze Ansprechzcitcn des Kraftstoffeinspritzventils zu
erreichen, ist die auf den Ventilkörper wirkende Feder in einem besonderen Federraum
vorgesehen, wobei sie über einen Federteller und einen dicht im Gehäuse geführten
Stößel sich einerseits am Ventilkörper abstützt.
-
Besonders vorteilllaft kann der Federraum als Druckspeicherraum für
den Kraftstoff dienen, wobei er dann einerseits direkt mit der Kraftstoffzuführung
und andererseits über das Relaisventil mit der Druckkammer unterhalb des Ventilkörpers
verbunden ist.
-
Beim Einspritzen des Kraftstoffs wird dann die Düse zusätzlich aus
dem Speicherraum gespeist. Die Kraftstoffpumpe kann dann etwas kleiner gewählt werden,
weil die Förderstromscllwankungen im Zufluß kleiner sind, weil sie durch die Speicherwirkung
des Federraums ausgeglichen werden.
-
Bei einer anderen Ausfüllrungsform ist der Federraum von der Kraftstoffzuführung
vollkommen getrennt und direkt mit dem Kraftstoffrücklauf in Verbindung.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung.
-
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine erste Ausbildung eines Kraftstoffeinspritzventils in geschlossenem
Zustand, Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil in geöffnetem
Zustand während des Einspritzvorgangs, Fig. 3 eine zweite Ausbildung eines Kraftstoffeinspritzventils,
bei dem der Federraum als ausgleichender Speicher dient bei geschlossener Düse und
Fig. 4 die in Fig. 3 schematisch dargestellte zweite Ausbildungsform bei geöffneter
Düse.
-
Beschreibung der Erfindung In den Figuren werden für alle einander
entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Eine unter konstantem
Druck stehende kraftstoffversorgte Kraftstoffzuführung 1 ist über eine Verbindungsleitung
2 mit einem Relaisventil 3 und eine weitere Leitung 4 mit einem Regelventil 5 direkt
verbunden. Beide Ventile 3 und 5 sind 3/2-Wegeventile. Ein Weg 6 des Relaisventils
3 ist über eine Leitung 7 mit einer Druckkammer 8 verbunden, in der die düsenseitige
Stirnseite 9 eines
Vcntilkörpers 10 mit seiner Düsennadel 11 hineinragt,
wobei die Düsennadel 11 auf einem Ventilsitz 12 aufsitzt und so das Ventil dicht
verschließt. Der letzte Weg 13 des Relaisventils 3 ist über eine Verbindungsleitung
14 mit einem mindestens nahezu drucklosen Kraftstoffrücklauf 15 in Verbindung, durch
die Kraftstoff zurückfließen kann.
-
Durch Umschalten eines als Kugel ausgebildeten Dichtkörpers 16 des
Relaisventils 3 kann einmal die Leitung 7 mit dem Kraftstoffrücklauf 15 und in der
anderen Schaltstellung die Leitung 7 über die Verbindungsleitung 2 mit der Kraftstoffzuführung
1 verbunden sein.
-
Beim ebenfalls al, 3/2 - Wegeventil ausgebildeten Regelventil 5 ist
ein Weg 17 einmal über den Weg 18 und die Verbindungsleitung 2 mit der Kraftstoffzuführung
1 und in der anderen Schaltstellung iiber einen Weg 19 und eine Zwischenleitung
20 mit dem Kraftstoffrücklauf 15 verbindbar. Das Regelventil 5 ist ein stromgesteuertes
Magnetventil, das bei strombeaufschlagtem angezogenen Anker 21 über einen Stößel
22 durch einen als Kugel ausgebildeten Dichtkörper 23 den Weg 18 verschließen und
somit die Wege 17 und 19 verbinden kann. Zur erabsetzung der erforderlichen Federkraft
für den Anker 21 ist der an ihn angrenzende Raum 24 wie eingangs beschrieben, über
die weitere Leitung 4 mit der Kraftstoffzuführung 1 in Dauerverbindung. Damit ist
das Ventil 5 druckausgeglichen. In Fig. 1 ist das Regelventil 5 stromlos, während
es in Fig. 2 zum öffnen des Kraftstoffeinspritzventils mit der Stromquelle einer
Steuerung verbunden und der Anker 21 angezogen ist.
-
Zur Betätigung des Dichtkörpers 16 des Relaisventils 3 ist im nicht
näher dargestellten Ventilgehäuse ein axial verschiebbarer Kolben 25 vorgesehen,
dessen auf einer Seite angeordneter Stoßzapfen 26 den Weg 13 durchragend mit dem
Dichtkörper 16 zusammenwirkt.
-
Der Durchmesser des Wegs 13 ist so groß, daß trotz des Stoßzapfens
26 Flüssigkeit zum Verbindungskanal 14 durchtreten kann, wenn der Weg 13 nicht durch
den Dichtkörper 16 verschlossen ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die den
Stoßzapfen 26 tragende Druckseite 27 des Kolbens 25 ist über die Verbindungsleitung
14 stets mit dem Kraftstoffrücklauf 15 verbunden, während die gegenüberliegende
Druckseite 28 über eine Leitung 29 mit der federseitigen Stirnseite 30 des Steuerkörpers
10 und unter Weiterführung über eine Leitung 31 mit den Weg 17 des Regelventils
5 in Verbindung steht.
-
Schließlich ist in Verlängerung des Ventilkörpers 10 in einem besonderen
Federraum 32 eine über einen Ventilteller und einen Stößel 34 sich am Ventilkörper
10 abstützende Feder 35 angeordnet. Der Stößel 34 ist dicht durch das Gehäuse geführt,
so daß die federseitige Stirnseite 30 des Ventilkörpers 10 flüssigkeitsdicht vom
Federraum 32 getrennt ist. Der Federraum 32 selbst ist über eine Verbindung 36 mit
dem Kraftstoffrücklauf 15 verbunden.
-
Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
In stromlosem Zustand des Regelventils 5 ist der Stößel 22 zurückgezogen, so daß
der Dichtkörper 23 den Weg 19 verschließt, aber die Verbindung der Wege 17 und 18
freigibt,
so daß die Kraftstoffzuführung 1 über die Verbindungsleitung 2 und die Leitung 31
mit dem Raum 37 über dem Ventilkörper 10 unter Druckbeaufschlagung der federseitigen
Stirnseite 30 verbunden ist. Der voll auf die Stirnseite 30 wirkende Druck drückt
den Ventilkörper 30 nach unten, so daß die Düsennadel 11 dicht auf dem Ventilsitz
12 aufsitzt und diesen verschließt. Der Raum 37 ist über die Leitung 29 ferner noch
mit der Druckseite 28 des Kolbens 25 in Verbindung, so daß der Kolben 25 nach oben
gedrückt über den Stoßzapfen 26 den Dichtkörper 16 des Relaisventils 3 gegen den
mit der Kraftstoffzuführung 1 verbundenen Eingang drückt und diesen absperrt und
gleichzeitig die Wege 6 und 13 des Relaisventils 3 verbindet, so daß über die Verbindungsleitung
14 Kraftstoff in den Kraftstoffrücklauf 15 abfließen kann. Damit ist die Leitung
7 und die angeschlossene Druckkammer 8 und damit auch die düsenseitige Stirnseite
9 des Ventilkörpers 10 druckentlastet, so daß der auf die Stirnseite 30 wirkende
Druck in der Kammer 37 voll zum Schließen des Ventils zur Verfügung steht.
-
Wird nun der Magnet des Regelventils 5 mit Strom beaufschlagt, so
zieht der Anker 21 an und es wird über den Stößel 22, wie in Fig. 2 dargestellt,
der Dichtkörper 23 vom Weg 19 abgehoben und gegen den Weg 18 gedrückt, so daß dieser
verschlossen ist, wobei dann gleichzeitig die Wege 17 und 19 miteinander verbunden
sind und so aus der Leitung 31 Kraftstoff über die Zwischenleitung 20 zum Kraftstoffrücklauf
15 abströmen kann. Damit wird aber auch der Raum 37 druck los und ebenso die Druckseite
28 des Kolbens 25, so daß der Kolben 25 durch den Druck
in der
Kraftstoffzuführung 1 über den Dichtkörper 16 nach unten geschoben wird, um dadurch
den Weg 13 zu versperren. Damit steigt über den Weg 6 der Druck in der Leitung 7
und in der Druckkammer 8 an und wirkt auf die düsenseitige Stirnseite 9 des Ventilskörpers
10.
-
Da die gegenüberliegende Stirnseite 30 drucklos ist, wird der Ventilkörper
10 abgehoben. Damit gibt die Düsennadel 11 den Ventilsitz 12 frei und der Kraftstoff
kann über die Kraftstoffzuführung 1 die Verbindungsleitung 2, die Leitung 7 und
die Druckkammer 8 eingespritzt werden. Hört die Erregung des Magneten des Regelventils
5 auf, so fällt der Anker 21 und es wird wieder wie in Fig. 1 dargestellt, der geschlossene
Zustand des Kraftstoffeinspritzventils hergestellt.
-
Beschreibung des in den Figuren 3 und 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls die Kraftstoffzuführung 1 über eine
Verbindungsleitung 2' mit dem Weg 18 des Regelventils 5 direkt verbunden.
-
Ebenso ist der Weg 19 über die Zwischenleitung 20 mit dem Kraftstoffrücklauf
15 in Verbindung. Auch der Weg 17 ist über die Leitung 31 mit dem Raum 37 über dem
Ventilkörper 10 verbunden, gleichzeitig aber auch über eine Leitung 29' mit der
Druckseite 28 des Kolbens 25.
-
Ebenso ist ein Weg des Relaisventils 3 über eine Verbindungsleitung
2,2' mit der Kraftstoffzuführung 1 verbunden, allerdings über den Federraum 32,
so daß dieser Federraum 32 mit der Feder 35 immer mit dem Druck der Kraftstoffzuführung
1 versehen ist.
-
Schließlich sind auch noch der Weg 6 über die Leitung 7 mit der Druckkammer
8 und der Weg 13 über die Verbindungsleitung 14 mit dem Kraftstoffrücklauf 15 verbunden.
-
Wirkungsweise Bei stromlosem Regelventil 5 ist der Stößel 22 zurückgezogen,
so daß über den Dichtkörper 23 der Weg 19 abgeschlossen und die Wege 17 und 18 miteinander
verbunden sind, so daß über die Verbindungsleitungen 2' und 31 der Raum 37 über
dem Ventilkörper 10 mit dem Druck der Kraftstoffzuführung 1 beaufschlagt ist.
-
Weiter ist über d.e Leitung 29' auch die Druckseite 28 des Kolbens
25 druckbeaufschlagt, so daß dieser über den Stoßzapfen 26 den Dichtkörper 16 gegen
den in den Federraum 32 mündenden Ausgang des Relaisventils 3 preßt, so daß dieser
dicht verschlossen ist. Dadurch ist der Weg 6 über den Weg 13 und die Verbindungsleitung
14 mit dem Kraftstoffrücklauf 15 verbunden, so daß über die Leitung 7 auch der Druckraum
8 drucklos ist und der Ventilkörper 10 durch den auf die federseitige Stirnseite
30 wirkenden Druck die Düsennadel 11 dicht auf den Ventilsitz 12 gepreßt ist.
-
Soll nun über das Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff eingespritzt
werden, so wird der Magnet des Regelventils 5 erregt, der Anker 21 zieht an und
schließt über den Dichtkörper 23 den Weg 18 und gibt gleichzeitig die Verbindung
des Wegs 17 mit dem Weg 19 frei, so daß die Stirnseite 30 des Ventilkörpers 10 und
die Druckseite 28 des Kolbens 25, da sie mit dem Kraftstoffrücklauf 15 werd verbunden
sind, druckfrei. Damit verschiebt sich der
Kolben 25 infolge des
Drucks im Federraum 32 nach oben und gibt über den Weg 6 und die Leitung 7 den Durchfluß
des Kraftstoffs von der Kraftstoffzuführung 1 zur Druckkammer 8 frei. Dort steigt
der Druck an und verschiebt, auf die Stirnseite 9 wirkend,den Ventilkörper 10 nach
oben, da dessen gegenüberliegende federseitige Stirnseite 30 druckfrei ist. Damit
kann der Kraftstoff zwischen der Düsennadel 11 und dem Ventilsitz 12 ausströmen.
Durch den leitungs- und beschleunigungsbedingten Druckabfall kann der im Federraum
32 vorhandene Kraftstoff expandieren, so daß durch das zusätzlich zur Verfügung
stehende Volumen die Leitungen und auch die Kraftstoffpumpe etwas kleiner dimensioniert
werden können, ohne daß die Kraftstoffeinspritzung darunter leidet. Bei einem Abschalten
der Stromversorgung schaltet das Regelventil 5 wieder in den in Fig. 3 dargestellten
Zustand um, so daß dann wieder der Raum 37 und auch die Stirnseite 28 des Kolbens
25 vom Druck der Kraftstoffzuführung 1 beaufschlagt werden. Durch die Verschiebung
des Kolbens 25 wird der Federraum 32 wieder verschlossen und die Druckkammer 8 wieder
über die Leitungen 7, 14 und 15 drucklos, so daß der Ventilkörper 10 nach unten
gedrückt über die Düsennadel 11 den Ventilsitz 12 verschließt und damit den Einspritzvorgang
beendet. In dem Federraum 32 kann sich wieder der volle Druck und damit das volle
Speichervolumen aufbauen, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil für eine neue Einspritzung
bereit ist.