DE3876971T2 - Kraftstoffeinspritzventil fuer einen motor. - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil fuer einen motor.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoff- Einspritzventil für einen Motor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In der Patentschrift US-A-4 579 283 ist ein gattungsgemäßes Kraftstoff-Einspritzventil für einen Motor offenbart. Gemäß diesem Kraftstoff-Einspritzventil ist an der Rückfläche des Kolbens und entgegengesetzt zur Druckregelkammer zum Ausgleich des auf den Kolben wirkenden Drucks eine Hochdruck- Kraftstoffkammer vorgesehen. Die Druckregelkammer und die Hochdruck-Kraftstoffkammer stehen mit der Hochdruck-Kraftstoffquelle in Verbindung. Diese Konstruktion eines Kraftstoff-Einspritzventils erfordert, obwohl sie sehr funktionell ist, eine Mehrzahl von konstruktiven Bauteilen sowie Maßnahmen und ist insofern sehr schwierig technologisch zu realisieren.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoff-Einspritzventil der genannten Gattung mit einer vereinfachten Konstruktion, während seine funktionellen Vorteile aufrechterhalten werden, zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird die Hochdruck-Kraftstoffkammer nicht unmittelbar über den mit der Hochdruck-Kraftstoffquelle in Verbindung stehenden Hochdruck-Kraftstoffkanal gespeist, sondern über eine Verbindung mit der Druckregelkammer, die als ein Freiraum zwischen dem Kolben und dem rund um diesen ausgebildeten Zylinder gestaltet ist. Dieser Freiraum ist zum Ausgleich des auf die beiden Stirnseiten des Kolbens wirkenden Drucks in hohem Maß ausreichend und macht es dadurch möglich, eine genaue Regelung der Kraftstoff-Einspritzung durchzuführen; es ist gleichzeitig viel einfacher, wenn das Kraftstoff- Einspritzventil gemäß der Erfindung gefertigt wird, lediglich die Konstruktion des Kolbens oder des Zylinders zu ändern, anstatt eine Verzweigung des Hochdruck-Kraftstoffkanals zu erzielen, indem zusätzliche konstruktive Bauteile verwendet werden oder am Körper des Kraftstoff-Einspritzventils umfassende Bearbeitungen ausgeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung kann aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die im folgenden zusammen mit der beigefügten Zeichnung gegeben wird, vollständiger verstanden werden.
  • Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines Kraftstoff- Einspritzventils. Gemäß dieser Figur bezeichnen die Bezugszahl 1 ein Gehäuse des Kraftstoff-Einspritzventils, 2 eine Nadelbohrung, 3 eine in die Nadelbohrung 2 eingesetzte Nadel, 4 Düsenöffnungen, 5 eine an der Nadel 3 ausgebildete Druckaufnahmefläche, 6 eine rund um die Druckaufnahmefläche 5 ausgebildete Nadel-Druckkammer, 7 einen Zylinder, 8 einen in den Zylinder 7 verschiebbar eingesetzten Kolben und 9 ein piezoelektrisches Element zur Betätigung des Kolbens 8.
  • Eine Stange 30 mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser des piezoelektrischen Elements 9 ist, ist am Kolben 8 befestigt, und der Kolben 8 ist über die Stange 30 mit dem piezoelektrischen Element 9 verbunden. Der Dichtungsring 26 ist zwischen die Stange 30 und eine Stangenbohrung 31 eingesetzt, und die Tellerfeder 12 ist zwischen die Stange 30 sowie das Gehäuse 1 eingefügt.
  • Eine durch den Kolben 8 begrenzte Druckregelkammer 15 ist im Zylinder 7 ausgebildet. Diese Druckregelkammer 15 ist mit einer durch die obere Stirnfläche der Nadel 3 innerhalb der Nadelbohrung 2 bestimmten Druckregelkammer 16 verbunden, und folglich sind die Druckregelkammern 15, 16 zwischen dem Kolben 8 und der oberen Stirnfläche der Nadel 3 gebildet. In der Druckregelkammer 16 ist eine Druckfeder 17 angeordnet, um ständig die Nadel 3 zu den Düsenöffnungen 4 hin zu drücken, und die Druckregelkammer 16 ist über einen ringförmigen Kraftstoffkanal 18 mit einem verengten Durchlaßquerschnitt, der zwischen der Nadel 3 sowie der Nadelbohrung 2 ausgestaltet ist, mit der Nadel-Druckkammer 6 verbunden. Die Nadel-Druckkammer 6 ist einerseits mit den Düsenöffnungen 4 über einen rund um die Nadel 3 ausgebildeten ringförmigen Kraftstoffdurchlaß 19 und andererseits über einen Kraftstoff-Zufuhrkanal 20 mit einer Kraftstoff-Eintrittsöffnung 21 in Verbindung. Die Kraftstoff-Eintrittsöffnung 21 ist mit einem Vorratsbehälter 22,der Kraftstoff unter einem hohen Druck darin speichert, verbunden, und von einer Kraftstoffpumpe 23 unter einem hohen Druck ausgeförderter Kraftstoff wird über ein Durchflußregelventil 24 in den Vorratsbehälter 22 eingeleitet.
  • Rund um die Stangenbohrung 31 ist eine ringförmige Hochdruck- Kraftstoffkammer 27 ausgebildet, und die rückwärtige Stirnfläche 28 des Kolbens 8 ist der Wirkung von dieser Hochdruck- Kraftstoffkammer 27 ausgesetzt.
  • Der Zylinder 7 hat eine zylindrische Gestalt mit einem gleichförmigen Querschnitt über seine gesamte Länge, und der Kolben 8 hat eine zylindrische Gestalt mit einem gleichförmigen Querschnitt über seine gesamte Länge. Ein ringförmiger Kraftstoffkanal 32 mit einem verengten Durchlaßquerschnitt ist zwischen dem Zylinder 7 sowie dem Kolben 8 ausgebildet, und die Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 ist mit der Druckregelkammer 15 über den einen verengten Durchlaßquerschnitt aufweisenden Kraftstoffkanal 32 verbunden.
  • Der in der Nadel-Druckkammer 6 unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird über den einen verengten Durchlaßquerschnitt besitzenden Kraftstoffkanal 18 in die Druckregelkammern 15, 16 eingespeist, und der unter hohem Druck in der Druckregelkammer 15 stehende Kraftstoff wird über den Kraftstoffkanal 32, der einen verengten Durchlaßquerschnitt hat, in die Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 eingeführt. Deshalb wird der Druck des Kraftstoffs in der Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 gleich demjenigen in den Druckregelkammern 15 und 16. Der Druck des Kraftstoffs in der Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 wirkt auf die rückwärtige Stirnfläche 28 des Kolbens 8.
  • Der Flächeninhalt der rückwärtigen Stirnfläche 28 des Kolbens 8 ist geringfügig kleiner als die Querschnittsfläche des Kolbens 8, und die auf dem Druck des von der Kraftstoffpumpe 23 zugeführten Kraftstoffs beruhende aufwärts gerichtete Antriebskraft wirkt auf den Kolben 8, jedoch ist diese Antriebskraft schwach, und die auf ein Kontrahieren des piezoelektrischen Elements 9 wirkende Belastung ist niedrig. Da der Flächeninhalt der rückwärtigen Stirnfläche 28 des Kolbens 8 durch Vermindern des Durchmessers der Stange 30 so gebildet werden kann, daß er der Querschnittsfläche des Kolbens 8 stark angenähert ist, ist es möglich, die auf das piezoelektrische Eelement 9 wirkende Belastung erheblich zu vermindern.
  • Wenn elektrische Ladungen in dem piezoelektrischen Element 9 entladen werden, zieht sich das piezoelektrische Element 9 zusammen, und zu dieser Zeit wird der Kolben 8 aufgrund der Federkraft der Tellerfeder 12 aufwärts bewegt. Da das Volumen der Druckregelkammern 15, 16 vergrößert wird, wird als Ergebnis der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 niedrig, und wenn der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 niedrig wird, dann wird die Nadel 3 aufgrund des Kraftstoffdrucks an der Druckaufnahmefläche 5 der Nadel 3 nach oben bewegt, und damit wird die Krafteinspritzung von den Düsenöffnungen 4 ausgelöst. Wird der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 niedrig und die Nadel 3 nach oben bewegt, wird das Volumen der Druckregelkammern 15, 16 vermindert und ferner der in der Nadel-Druckkammer 6 unter hohem Druck befindliche Kraftstoff allmählich über den einen verengten Druchlaßquerschnitt aufweisenden Kraftstoffkanal 18 in die Druckregelkammern 15, 16 eingespeist. Als Ergebnis dessen werden, obwohl der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 erhöht wird, die Federkraft der Druckfeder 17 und der Durchlaßquerschnitt des Kraftstoffkanals 18 so bestimmt, daß die Nadel 3 während der Kraftstoff-Einspritzzeit offen bleibt, und auf diese Weise dauert das Durchführen des Einspritzens von Kraftstoff an.
  • Wenn elektrische Energie am piezoelektrischen Element 9 zur Wirkung gebracht wird, wird der Kolben 8, weil das piezoelektrische Element 9 sich ausdehnt, nach unten bewegt, und als Ergebnis dessen wird, weil der Inhalt der Druckregelkammern 15, 16 vermindert wird, der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 hoch. Wenn der Druck des Kraftstoffs in den Druckregelkammern 15, 16 hoch wird, wird die Nadel 3 abwärts bewegt und schließt die Düsenöffnungen 4, womit die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird. Auch wird, wenn die Nadel 3 nach unten bewegt wird, das Volumen der Druckregelkammern 15, 16 vergrößert, und ferner wird der Kraftstoff in den Druckregelkammern 15, 16 über den Kraftstoffkanal 18 mit verengtem Durchlaßquerschnitt zur Nadel- Druckkammer 6 zurückgeführt. Als Ergebnis dessen nähert sich der Kraftstoffdruck in den Druckregelkammern 15, 16 an den Kraftstoffdruck in der Nadeldruckkammer 6 an.
  • Während des vorstehend beschriebenen Betriebs des Kraftstoff- Einspritzvontils wird die auf den Kolben 8 von der Seite der Druckregelkammer 15 aufgrund des Drucks des von der Kraftstoffpumpe 23 zugeführten Kraftstoffs wirkende Antriebskraft im wesentlichen durch die auf den Kolben 8 von der Seite der Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 aufgrund des Drucks des von der Kraftstoffpumpe 23 zugeführten Kraftstoffs wirkenden Antriebskraft aufgehoben. Selbst wenn der Druck des von der Kraftstoffpumpe 23 zugeführten Kraftstoffs sich ändert, hat folglich diese Änderung keinen wesentlichen Einfluß auf das piezoelektrische Element 9, weshalb, da diese Änderung keine Änderung in der Größe der Expansion des piezoelektrischen Elements 9 hervorruft, eine genaue Regelung der Kraftstoffeinspritzung erhalten werden kann. Ferner ist die auf das piezoelektrische Element 9 aufgrund des Drucks des von der Kraftstoffpumpe 23 zugeführten Kraftstoffs wirkende Antriebskraft extrem schwach. Demzufolge wird eine für ein Ausdehnen des piezoelektrischen Elements 9 benötigte Energie vermindert, und dadurch ist es möglich, die Größe des piezoelektrischen Elements 9 zu minimieren und den Verbrauch an elektrischer Energie zu vermindern.
  • Wenn sich das piezoelektrische Element 9 zusammenzieht, wird durch die Federkraft der Tellerfeder 12 der Kolben 8 aufwärtsbewegt, und deshalb muß die Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 ein relativ großes Volumen haben oder muß der Kraftstoffkanal 32 eine relativ große Querschnittsfläche aufweisen, 50 daß bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 8 der Kraftstoffdruck in der Hochdruck-Kraftstoffkammer 27 nicht in einem derartigen Ausmaß erhöht wird, daß die Aufwärtsbewegung des Kolbens verhindert wird.

Claims (4)

1. Ein Kraftstoff-Einspritzventil, das umfaßt:
- eine Nadel (3) mit einer an dieser ausgebildeten Druckaufnahmefläche (5), wobei diese Nadel (3) verschiebbar in eine Nadelbohrung (2), welche eine rund um die genannte Druckaufnahmefläche (5) herum ausgebildete Nadel-Druckkammer (6) besitzt sowie mit einer Hochdruck-Kraftstoffquelle (22, 23, 24) verbunden ist, eingesetzt ist und die erwähnte Nadel (3) eine erste Stirnseite zur Regelung eines Öffnungsvorgangs einer Düsenöffnung (4) und eine zur ersten Stirnseite entgegengesetzte zweite Stirnseite hat,
- einen verschiebbar in einen Zylinder (7) eingesetzten Kolben (8), wobei der Kolben (8) eine erste Stirnfläche sowie eine zur ersten Stirnfläche entgegengesetzte rückwärtige Fläche (28) besitzt und die zweite Stirnseite der erwähnten Nadel (3) sowie die erste Stirnfläche des genannten Kolbens (8) zwischen sich eine Druckregelkammer (15, 16) bestimmen,
- einen Kraftstoffkanal (18), der einen verengten Durchlaßquerschnitt hat und die besagte Druckregelkammer (15, 16) mit der erwähnten Nadel-Druckkammer (6) verbindet,
- eine Hochdruck-Kraftstoffkammer (27), zu welcher die rückwärtige Fläche (28) des genannten Kolbens (8) exponiert ist, wobei diese Hochdruck-Kraftstoffkammer (27) mit unter Druck stehendem Kraftstoff gefüllt ist, der einen Druck hat, welcher im wesentlichen gleich demjenigen des in der besagten Druckregelkammer (15, 16) unter Druck stehenden Kraftstoffs ist, und
- Betätigungsmittel (9), um den genannten Kolben (8) zu betätigen, um ein Volumen der besagten Druckregelkammer (15, 16) zu vergrößern, um dadurch ein Öffnen der genannten Düsenöffnung (4) durch die erwähnte Nadel (3) herbeizuführen, und das Volumen der besagten Druckregelkammer (15, 16) zu verkleinern, um dadurch ein Schließen der genannten Düsenöffnung (4) durch die erwähnte Nadel (3) herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Freiraum zwischen dem genannten Kolben (8) und dem erwähnten Zylinder (7) einen weiteren Kraftstoffkanal (32) bildet, welcher einen verengten Durchlaßquerschnitt hat und sich zwischen der genannten Hochdruck-Kraftstoffkammer (27) sowie der besagten Druckregelkammer (15, 16) erstreckt, um die genannte Hochdruck-Kraftstoffkammer (27) mit der besagten Druckregelkammer (15, 16) zu verbinden.
2. Ein Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kolben (8) eine zylindrische Gestalt mit einem gleichförmigen Querschnitt über seine gesamte Länge hat und der erwähnte Zylinder (7) eine zylindrische Gestalt mit einem gleichförmigen Querschnitt über seine gesamte Länge besitzt.
3. Ein Kraftstoff-Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Nadel (3) verschiebbar in eine Nadelbohrung (2) eingesetzt und eine Druckfeder (17) in dieser Nadelbohrung (2) angeordnet ist, um die erwähnte Nadel (3) zu der genannten Düsenöffnung (4) hin zu belasten.
4. Ein Kraftstoff-Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Betätigungsmittel (9) mit dem genannten Kolben (8) über eine Stange (30) verbunden sind, wobei ein Dichtungsring (26) zwischen die besagte Stange (30) sowie eine Stangenbohrung (31) eingesetzt und eine Tellerfeder (12) zwischen die besagte Stange (30) sowie ein Gehäuse (1) eingefügt ist.
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