DE4434892A1

DE4434892A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE4434892A1
Application number: DE19944434892
Authority: DE
Inventors: Wendelin Dipl Ing Kluegl; Detlev Dipl Ing Schoeppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-04-11
Also published as: WO1996010129A1; EP0783625A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Ventil ist beispielsweise durch die US-PS 4 258 674 bekannt. Hier ist insbesondere in Fig. 2 ein Ventil dargestellt, bei dem in einem Raum hinter der Ein spritznadel eine Druckfeder angeordnet ist, so daß, wenn eingespritzt werden soll, die Einspritznadel entgegen der Kraft der Druckfeder gedrückt wird. Durch geeignete Dimen sionierung der Druckfeder kann damit der Einspritzverlauf in gewissen Grenzen geformt, insbesondere verzögert werden.

Um die motorischen Werte von Brennkraftmaschinen, insbeson dere die Abgaswerte zu verbessern, ist es wünschenswert, daß der Einspritzvorgang formbar ist. In anderen Worten ausge drückt soll bei einer Ansteuerung eines Einspritzventils die Einspritzung nicht schlagartig erfolgen, sondern angepaßt an die Brennkraftmaschine einen gewünschten Einspritzverlauf aufweisen. Weiter sollen derartige Ventile, insbesondere für Diesel-Brennkraftmaschinen, so ausgebildet sein, daß damit eine Voreinspritzung vor der Haupteinspritzung möglich ist, um das Abgasverhalten weiter verbessern zu können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ein spritzventil derart auszubilden, daß sich damit eine zufrie dene Formung des Einspritzverlaufs erzielen läßt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.

Je nach dem gewünschten Einspritzverlauf kommt demnach eine erste und zweite Druckfeder zur Wirkung, durch die sich der Öffnungsvorgang der Einspritznadel steuern läßt. Zusätzlich zu einer geeigneten Dimensionierung der Federn können die Federkräfte noch durch in die Federräume einlegbare Einstell scheiben eingestellt werden, so daß durch die Erfindung eine Formung des Einspritzverlaufs in einem breiten Umfang erziel bar ist.

Insbesondere läßt sich eine Voreinspritzung dadurch erzielen, wenn bei einer Voreinspritzung nur die erste Druckfeder zur Wirkung kommt, während bei einer Haupteinspritzung beide Druckfedern den Einspritzverlaufformen.

Die Erfindung sei nun anhand einer Abbildung näher erläutert, die ein Einspritzventil im Querschnitt zeigt.

Das in der Abbildung gezeigte Einspritzventil besteht aus einem langgestreckten Gehäuse 1, auf dessem unteren Ende eine Überwurfmutter 2 aufgeschraubt ist. Mit dieser Überwurfmutter 2 wird vom unteren Ende des Gehäuses 1 aus eine Zwischen scheibe 4 und ein Einspritzdüsengehäuse 3, in welchem die Einspritznadel 5 geführt ist, gehalten. Sowohl die Zwischen scheibe 4 als auch das Einspritzdüsengehäuse 3 weisen eine Mittelbohrung auf, in der die Einspritznadel 5 axial ver schiebbar ist. An ihrem eine Ende liegt im gezeigten Zustand die Einspritznadel 5 an einem ringförmigen Düsensitz 6 an, so daß die in diesem Bereich angeordneten Düsenlöcher 7, 8 nicht mit Kraftstoff versorgt werden.

An das untere Ende der Einspritznadel 5 greift ein Druckbol zen 9 an, der in der Längsachse des Gehäuses 1 verläuft und an einem Führungsteil 10 anliegt. Dieses Führungsteil wirkt auf eine erste Feder 11, die an einer ersten Einstellscheibe 39 anliegt, und weiter auf einen Stempel 12 eines Schließbol zens 13, der über eine Bohrung 14 mit einem Ventilraum 15 in Verbindung steht. In diesem Ventilraum 15 befindet sich eine mit zwei Sitzflächen versehene Ventilnadel 16, die wiederum mit einem Bolzen 17 in Verbindung steht, der im oberen Teil des Gehäuses 1 geführt ist und mit einem Magnetanker 18 verbunden ist, der in einem Magnetankerraum 19 angeordnet ist. Auf den Magnetanker 18 wirkt eine Rückstellfeder 20, die in einer Magnetspule 21 geführt ist, deren elektrische An schlüsse 22, 23 nach außen geführt sind.

Im Gehäuse 1 ist in einer weiteren Ausnehmung 24 eine weitere zweite Feder 25 angeordnet, die den Druckbolzen 9 umgibt und auf einer Seite an einer Einstellscheibe 26 anliegt. An der der Einspritznadel 5 zugewandten Seite liegt die zweite Feder 25 an einer Federanlagescheibe 27 an, auf die ein Mitnehmer 28 einwirkt, der in der Zwischenscheibe 4 axial verschiebbar gelagert ist. Der Mitnehmer 28 weist einen ringförmigen Ansatz 29 auf, der am Einspritzgehäuse 3 anliegt. Die abge wandte Seite des Mitnehmers 28 liegt an der Federanlageschei be 27 an. Durch die Federanlagescheibe 27 wie auch durch den Mitnehmer 28 ist axial der Druckbolzen 9 hindurchgeführt.

Der Mitnehmer 28 weist im Bereich seines ringförmigen Ansat zes 29 eine Aussparung auf, die einen ersten Ringspalt 30 für einen ersten Hubweg bildet. Weiter ist zwischen der Zwischen scheibe 4 und dem Mitnehmer 28 ein zweiter Ringspalt 31 für einen zweiten Hubweg gebildet. Die Einspritznadel 5 ist so ausgebildet, daß diese im Bereich des ersten Ringspaltes am Druckbolzen anliegt.

Der Kraftstoff wird über einen Zulaufkanal 32 in den Ventil raum 15 geführt. Weiter ist ein Kanal 33 vorgesehen, über den der Kraftstoff an eine Schulter 34 der Einspritznadel 5 geführt ist.

Es ist weiter ein Rücklauf 35 für den über den Zulaufkanal 32 zugeführten Kraftstoff vorgesehen, der über eine Drosselboh rung 36 mit dem unteren Sitz der Ventilnadel 16 in Verbindung steht. Der Rücklauf 35 steht weiter über einen Kanal 37 mit dem Magnetankerraum 19 sowie mit einem Federraum 38 in Ver bindung, in welchem die erste Feder 11 angeordnet ist.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Im gezeigten Zustand liegt der untere Teil der Ventilnadel 16 auf seinem unteren Sitz, wodurch die Drosselbohrung 36 zum Rücklauf 35 verschlossen ist. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff liegt somit im Ventilraum 15 sowie über den Kanal 33 an der ringförmigen Schulter 34 der Einspritznadel 5 an. Es herrschen somit ausgeglichene Druckverhältnisse, so daß die Einspritznadel 5 auf dem Düsensitz 6 anliegt und damit keine Einspritzung erfolgt. Unterstützt wird dieser Zustand durch die Kraft der ersten Feder 11 sowie die Kraft der zweiten Feder 25.

Die Einspritzung wird durch Erregung der Magnetspule 21 eingeleitet. Bei einer Erregung der Magnetspule 21 wird der Magnetanker 18 angezogen, wodurch die Ventilnadel 16 über den Bolzen 17 nach oben auf ihren oberen Sitz bewegt wird. Damit wird der Kraftstoffzulaufanschluß für den Ventilraum 15 verschlossen und der untere Sitz frei, so daß der Raum hinter dem Schließkolben 13 über die Bohrung 14 und 36 mit dem Rücklauf 35 verbunden wird. Der Bereich des Rücklaufs weist nur einen sehr geringen Druck auf. Da der hohe Druck des Kraftstoffs weiter über den Kanal 33 an der ringförmigen Schulter 34 der Einspritznadel 5 anliegt, entsteht ein Druck ungleichgewicht, wodurch die Einspritznadel 5 nach oben verschoben wird und den Düsensitz der Einspritznadel 5 für eine Einspritzung freigibt.

Der Öffnungsvorgang läuft in zwei Stufen ab. In einer ersten Stufe liegt die Einspritznadel 5 stirnseitig am Druckbolzen 9 an und verschiebt diesen nach oben entgegen der Kraft der ersten Feder 11. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis die Stirnseite der Einspritznadel 5 am Boden des ringförmigen Ansatzes 29 des Mitnehmers 28 nach Überwindung des ersten Ringspaltes 30 zur Anlage gelangt. Nun wird bei einer weite ren Bewegung nach oben auch der Mitnehmer 28 nach oben entge gen der Kraft der zweiten Feder 25 verschoben, bis ein zwei ter Ringspalt 31 überwunden ist und der Mitnehmer 28 mit einem Ansatz an der festen Zwischenscheibe 4 zur Anlage gelangt. In diesem Zeitpunkt ist der Düsensitz 6 voll geöff net.

Aufgrund der Hintereinanderschaltung der beiden Federn 11 und 25 sowie der Dimensionierung der Bohrung 14 und der Drossel bohrung 36 kann der Einspritzverlauf geformt werden, d. h., der Öffnungsvorgang der Einspritznadel 5 ist für den zeitli chen Verlauf der Einspritzmenge des Kraftstoffs bestimmend.

Zunächst kann das Anheben der Einspritznadel 5 durch entspre chende Auslegung der Drosselbohrung 36 verlangsamt werden, was für eine weichere Einspritzung beim Einspritzbeginn erwünscht ist. Da die Drosselbohrung 36 hinter dem unteren Ventilsitz der Ventilnadel 16 angeordnet ist, kann zwar der Öffnungsvorgang der Einspritznadel 5 verlangsamt werden, der Schließvorgang kann jedoch schnell erfolgen, wenn die Bohrung 14, die den Zulauf zum Schließkolben 13 bildet, ausreichend groß dimensioniert wird.

Weiter kann der Öffnungsvorgang der Einspritznadel mit den Federn 11 und 25 geformt werden. In der ersten Öffnungsphase bewegt sich die Einspritznadel 5 entgegen der Kraft der ersten Feder 11, wobei der Druckbolzen 9 auf das Führungsteil 10 drückt, bis die Stirnfläche der Einspritznadel 5 am Boden des ringförmigen Ansatzes 29 des Mitnehmers 28 zum Anliegen kommt. Die Vorspannkraft der ersten Feder 11 kann durch eine erste Einstellscheibe 39 fest eingestellt werden.

Die zweite Feder 25 hat ebenfalls eine einstellbare Vorspann kraft, die über eine weitere Einstellscheibe 26 fest ein stellbar ist. Nach Beendigung der ersten Einspritzphase wird nun auch der Mitnehmer 28 nach oben bewegt, und zwar entgegen der Kraft der zweiten Feder 25, bis der Mitnehmer 28 mit seinem Flansch an der Zwischenscheibe 4 zur Anlage gelangt.

Aufgrund der zusätzlichen Kraft, gegen die die Einspritznadel nun nach der ersten Öffnungsphase drücken muß, wird auch der weitere Öffnungsvorgang verzögert.

Beim Ende der Einspritzung unterstützen die beiden Federn 11 und 25 den Schließvorgang der Einspritznadel 5, wenn die Bestromung der Magnetspule 21 beendet wird und somit die Rücklaufleitung 36 verschlossen wird.

Die Federkräfte der Federn 11 und 25 können so ausgelegt werden, daß für eine Voreinspritzmenge weitgehend nur der Hub der ersten Öffnungsphase genutzt wird. Weiter bilden die Federn eine zusätzliche Sicherheit, mit der die Einspritzna del in ihre Schließstellung gebracht werden kann, wenn der Hochdruck des Kraftstoffs aufgrund irgendwelcher Vorkommnisse nachlassen sollte.

Claims

1. Einspritzventil für Kraftstoffe für Brennkraftmaschinen, mit

- einem Hochdruckzulauf (32) für den zuzuführenden Kraft stoff,
- einem Niederdruckrücklauf (35),
- einer Ventilnadel (16), die über einen Antriebsmechanismus steuerbar ist, um den Zulauf oder den Rücklauf wahlweise zu verschließen,
- einer Einspritznadel (5), die den einzuspritzenden Kraft stofffreigeben kann und die über das durch die Ventilnadel (16) aufbaubare Kraftstoff-Druckgleichgewicht und Kraftstoff- Druckungleichgewicht steuerbar ist, wobei
- eine Federeinrichtung vorgesehen ist, die die Einspritzna del (5) in Richtung auf ihren Düsensitz vorspannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung aus zumindest zwei hintereinander ange ordneten Druckfedern (25, 11) besteht, die über eine Mitneh mereinrichtung (28) nacheinander ansteuerbar sind.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmereinrichtung aus einem Mitnehmer (28) be steht, der über eine Stirnendfläche der Einspritznadel (5) ansteuerbar ist, und

- daß der Mitnehmer (28) einen durch einen ringförmigen Ansatz (30) und einem Einspritzdüsengehäuse (3) gebildeten ersten Ringspalt (30) aufweist, in den ein Druckbolzen (9) eingreift, der an der Stirnendfläche der Einspritznadel (5) anliegt und der über ein Führungsteil (10) mit einer ersten Druckfeder (11) sowie über einen Stempel (12) mit einem Schließkolben (13) in Verbindung steht, wobei aufgrund des ersten Ringspalts (30) nur ein erster Hubweg zu überwinden ist, um auf die erste Druckfeder (11) einzuwirken,
- daß zwischen dem Mitnehmer (28) und einer Zwischenscheibe (4) ein zweiter Ringspalt (31) gebildet ist und der Mitnehmer (28) so ausgebildet ist, daß er an einer Federanlagescheibe (27) für eine zweite Druckfeder (25) angreift, wobei nach Überwindung des durch den ersten Ringspalt (30) bestimmten Hubweges die Bewegung des Mitnehmers durch den zweiten Ring spalt nach Überwindung eines durch ihn gebildeten zweiten Hubwegs begrenzt wird.

3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Tiefe des ersten Ringspalts (30) und der Zeit dauer der Ansteuerung durch den Antriebsmechnismus eine Voreinspritzmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs festlegbar ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Tiefe des zweiten Ringspalts und der Zeitdauer der Ansteuerung durch den Antriebsmechanismus die Hauptein spritzmenge des einzuspritzenden Kraftstoffs festlegbar ist.

5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkraft der beiden Druckfedern (25, 11) durch im jeweiligen Federraum der Druckfedern angeordnete auf die Druckfedern wirkende Einstellscheiben (39, 26) und/oder Wahl eines geeigneten Federkoeffizienten für die Druckfedern einstellbar ist.

6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Zulaufbohrung (14) zum Schließkolben (13) groß ist gegenüber dem Querschnitt einer Drosselbohrung (36) im Bereich des Niederdruckrücklaufs.

7. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkolben (13) einen relativ großen wirksamen Durchmesser gegenüber der Ventilnadel (16) aufweist.

8. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus durch ein Solenoid gebildet ist.

9. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstriebsmechnismus durch einen piezoelektrischen Aktor gebildet ist.

10. Einspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus eine hydraulische Wegübersetzung aufweist und der hydraulische Druckraum selbsttätig mit Dieselkraftstoff befüllt wird.

11. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Ventildurchmesser der Ventilnadel (16) so ausgelegt sind, daß in oberer und auch unterer Ventilstellung keine Restdruckkräfte an der Ventilnadel (16) wirken.