EP0970305A1 - Injection valve with control valve - Google Patents

Injection valve with control valve

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Publication number
EP0970305A1
EP0970305A1 EP98966221A EP98966221A EP0970305A1 EP 0970305 A1 EP0970305 A1 EP 0970305A1 EP 98966221 A EP98966221 A EP 98966221A EP 98966221 A EP98966221 A EP 98966221A EP 0970305 A1 EP0970305 A1 EP 0970305A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
closing member
control chamber
control
valve rod
valve
Prior art date
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Granted
Application number
EP98966221A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0970305B1 (en
Inventor
Wilhelm Frank
Günter LEWENTZ
Jürgen Rink
Gerd Schmutzler
Joachim Vendulet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0970305A1 publication Critical patent/EP0970305A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0970305B1 publication Critical patent/EP0970305B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to an injection valve with a control valve according to the preamble of patent claim 1
  • Injectors with a control valve are used, for example, in a common rail injection system to control the pressure in a control chamber, the pressure in the control chamber acting via a control piston on an injection needle which, depending on the pressure, rises from a valve seat, and thereby fuel is injected into an internal combustion engine.
  • an injection valve with a control valve is known as the closest prior art, which has a closing element which is assigned to a valve seat and which is connected to a piston which is operatively connected to an actuator.
  • the piston is partially enclosed by an annular spring holder, with which a spring element is operatively connected so that the closing member over the piston is pressed onto the valve seat from the low pressure side.
  • the closing element and the valve seat are attached on the high pressure side.
  • the object of the invention is to provide an injection valve with a control valve which reliably closes the outlet throttle of the control chamber.
  • An advantage of the invention resides in the fact that the closing element of the control valve is arranged on the high pressure side and is pressed against the valve seat by the pressure in the control chamber. Another advantage is that the
  • Closing member the drain is securely closed even if the biasing means is damaged.
  • the closing member is connected via a valve tappet with a small diameter to an actuator piston which has a larger diameter.
  • the valve lifter is guided through a drain hole that has a correspondingly small diameter.
  • the actuator piston has great rigidity, so that the closing member can be moved precisely and quickly by an actuator that controls the actuator piston.
  • the drain hole has a small diameter, the closing member can also be made correspondingly small, so that only a small force is required to move the closing member against the pressure in the control chamber and thereby to open or close the drain hole.
  • Figure 1 A first embodiment of the control valve
  • Figure 2 A second embodiment of the control valve
  • Figure 1 shows schematically a part of an injection valve in which a control valve is arranged. For the sake of simplicity, only the control valve and not the entire injection valve is shown. The mode of operation and the construction of a corresponding injection valve is described for example in EP 0 604 915 AI.
  • the control valve has a control chamber 1, which is connected to a fuel inlet 3 via an inlet throttle 4.
  • the control chamber 1 is delimited by a control piston 2 which is movably arranged in a piston bore 35 and which is connected to an injection needle.
  • the control chamber 1 has a drain hole 5 which is guided to a second recess 8 which is connected to the fuel tank via a drain.
  • the second recess 8 merges upwards into a wider guide bore 34.
  • a first closing element 10 is arranged in the control chamber 1 and merges into a valve rod 11 which is guided through the drain hole 5 into the second recess 8.
  • a spring plate 13 is introduced, which extends into the guide bore 35.
  • the spring plate 13 has a U-shape, which is closed with a base plate 16.
  • the base plate 16 is assigned to the drain hole 5.
  • the valve rod 11 is guided in the second recess 8 through a central bore 27 in the base plate 16.
  • the valve rod 11 is preferably flush with the top of the base plate 16 and is preferably connected to the base plate 16 in this area via a weld seam 17.
  • the base plate 16 merges upwards into a sleeve 28 which has an outwardly angled stop ring 29 in the upper end region.
  • the second recess 8 and the first recess 7, which forms part of the control chamber 1, are preferably introduced into a valve plate 6.
  • the valve plate 6 is non-positively connected to the housing 36 of the injection valve.
  • a spring element preferably a compression spring 14 is introduced under pretension, so that in the rest position the first closing member 10 is pressed upwards in the direction of the drain hole 5 against an assigned, first sealing seat 25 .
  • the compression spring other spring means such as a disc spring can be used.
  • the first sealing seat 25 is designed as part of the wall surface of the control chamber in the entrance area to the drain hole 5.
  • the drain hole 5 preferably represents an outlet throttle. In a further development of the invention, however, the outlet throttle can also be formed after the drain hole.
  • the drain hole 5 is closed by the first closing member 10 in the rest position by the compression spring 14.
  • this exemplary embodiment offers the advantage that in the event of a failure of the compression spring 14, the spring plate 13 or the valve rod 11, the first closing member 10 is pressed against the first sealing seat 25 by the pressure prevailing in the control chamber 1 and thereby the first closing member 10 closes the first sealing seat 25 self-locking.
  • the base plate 16, the sleeve 28 and the stop ring 29 form the spring plate 13, in the cylindrical cavity of which an actuator piston 12 is inserted, the end face of which te rests on the base plate 16.
  • the actuator piston 12 is movably arranged in the spring plate 13 and is operatively connected to an actuator, for example a piezoelectric actuator, which moves the actuator piston.
  • the first sealing seat 25 is preferably designed as a conical seat.
  • the first closing member 10 is partially spherical, the partial spherical shape being associated with the first sealing seat 25.
  • the partial spherical shape merges with the cylindrical shape of the valve rod 11 in the middle at the upper apex.
  • the partially spherical outer surface of the first closing member 10 is adapted to the shape of the first sealing seat 25.
  • the flow rate that flows through the drain hole 5 is determined by the annular drain channel 30, which results from the drain hole 5 and the rod 11.
  • the outlet channel 30 is preferably designed in such a way that the outlet channel 30 acts as an outlet throttle.
  • the small diameter of the drain hole 5 now has the disadvantage that the valve rod, which is guided through the drain hole, has an even smaller diameter. Due to the small diameter, the valve stem has 10 low rigidity. This is disadvantageous for fast and precise control of the first closing element 10.
  • the outlet throttle 5 it is therefore advantageous to design the outlet throttle 5 as short as possible so that the valve rod 11 can be made as short as possible.
  • the actuator piston 12 is located outside the control chamber in a second recess 8 which is connected to a guide bore 35.
  • the actuator piston 12 can be designed with a larger diameter, so that the elasticity of the actuator piston 12 is lower than that of the valve rod 11. Since the actuator piston is harder than the valve rod 11, the length of the actuator piston 12 is for the adjustment of the elastic Properties of minor importance.
  • a further optimization of the control valve is achieved in that the first closing member 10 is adapted to the shape of the control chamber 1 in such a way that the control volume in the control chamber 1, which is not filled by the first closing member 10, is as small as possible. This enables the control chamber to be emptied and filled quickly, thereby minimizing the switching times in which pressure is built up or reduced in the control chamber. This minimizes the switching times with which the control piston 2 and thus the injection needle are moved.
  • the control chamber preferably has a cylindrical shape which changes into a conical shape in the upper region and which thus tapers in the direction of the centrally arranged drain hole 5. The conical shape represents the first sealing seat 25.
  • the first closing member 10 is preferably part-spherical, the diameter of the part-spherical shape being somewhat smaller than the diameter of the cylindrical shape of the control chamber 1.
  • the flat cutting surface on the underside of the first closing member 10 is parallel to the flat end surface arranged of the control piston 1 and facing the end face of the control piston 1.
  • the control chamber 1 is preferably of such a length that when the first closing member 10 is fully open, that is to say when the first closing member 10 is maximally deflected, the closing member 10 just does not abut the control piston 2 so that the control volume is kept as small as possible. This adjustment can be carried out precisely since the cut surface of the first closing member and the end surface of the control piston are arranged flat and parallel to one another.
  • the operation of the control valve according to FIG. 1 is as follows: In the rest position, the first closing member 10 is pressed by the compression spring 14 against the first sealing seat 25, so that the drain hole 5 is closed.
  • the control chamber 1 is thus connected to the fuel inlet 3 only via the inlet throttle 4. In this state, there is the same fuel pressure in the control chamber 1 as in the fuel inlet 3.
  • the control piston 2 is acted upon by the high fuel pressure of the fuel inlet 3 and is pressed down with the corresponding force.
  • the control piston 2 in turn presses an injection needle onto an associated sealing seat, so that no fuel is injected.
  • the actuator piston 12 If, in the working position, the actuator piston 12 is moved by the associated actuator in the direction of the drain hole 5, the first closing member 10 is lifted from the first sealing seat 25 against the biasing force of the compression spring 14 and with the pressure surface against the pressure in the control chamber 1. As a result, in the working position, the control chamber 1 is connected via the drain hole 5 to the drain which leads to the fuel tank.
  • the actuator piston 12 is moved upwards again into the rest position by the associated actuator, so that the first closing member 10 is pressed essentially by the compression spring 14 against the first sealing seat 25.
  • the pressure in the control chamber 1 at this time is too low to make a noticeable contribution to the closing of the discharge throttle 5.
  • the drain hole 5 is closed and in the control chamber 1 the fuel pressure that is present in the fuel inlet 3 is restored after a while since fuel flows into the control chamber 1 via the inlet throttle 4.
  • the control piston is moved down again by the resulting high pressure, so that the injection needle is again pressed onto the associated sealing seat and thus the injection of fuel is interrupted.
  • the fuel pressure drops when the drain hole 5 is open, because more fuel flows off via the drain hole 5 than flows in via the inlet throttle 4.
  • the drain hole 5 is dimensioned accordingly and preferably represents an outlet throttle.
  • control volume in the control chamber 1 is small, and thus the drain hole 5 can be opened and closed more quickly since only the first closing member 10 is arranged in the control chamber 1.
  • Control volume is the volume of control chamber 1 that can be filled with fuel. The larger the control volume, the slower the drain hole 5 can be opened or closed.
  • the compression spring 14, which is relatively large due to the large preload required, is preferably outside the control chamber 1 and thus does not influence the control volume of the control chamber 1.
  • the first closing member is essentially spherical. This offers the advantage that the spherical closing element adjusts itself automatically to a conical first sealing seat when the first sealing seat 25 is closed due to the spherical shape.
  • the first closing member 10 can also preferably be conical in the sealing area, the conical shape of the first closing member 10 being symmetrically associated with the conical shape of the first sealing seat 25. In this embodiment, however, the first closing member 25 should be guided centrally and symmetrically to the first sealing seat 25, so that the first sealing seat 25 is closed precisely.
  • the dimensioning of the drain hole 5 or the drain channel 30 as an outlet throttle is particularly advantageous, as a result of which an additional outlet throttle is saved, and the outlet throttle directly adjacent to the control chamber, whereby a low control volume is achieved.
  • a drainage recess 37 is preferably provided on the underside of the base plate 16, so that fuel can flow away from the drain hole 5 even when the base plate 16 is in place, since the base plate 16 rests on the valve plate 6 in the working position. Due to the sleeve shape of the spring plate 13, the actuator piston 12 bears directly on the valve rod 11, the valve rod 11 being as short as possible and a relatively large compression spring 14 can nevertheless be used. This ensures a large contact pressure in the rest position for securely sealing the first sealing seat 25.
  • An advantageous embodiment consists in providing a preassembled and preset control valve unit, which has the throttle plate 6 with the drain hole 5 and with the first sealing seat 25, the first closing member 10 with the valve rod 11, which is guided through the drain hole 5, the spring plate 13 , with which the valve rod 11 is connected, and has the spring element 14, which is introduced biased between the spring plate 13 and the throttle plate 6.
  • the throttle plate 6 preferably has the first recess 7, which represents at least part of the control chamber 1.
  • a second recess 8 for receiving the spring plate 13 can also be incorporated in the throttle plate 6.
  • the control valve unit has the advantage that the individual components are preassembled and that the maximum stroke of the first closing member 10 is adjusted.
  • the spring plate 13 is pressed from one side against the spring force of the spring element 14 against the throttle plate 6 and the first closing member 10 from the other side pushed with the valve rod 11 through the drain hole 5 into the hole 27 of the base plate 16.
  • the valve rod 11 is welded to the base plate 16. This is preferably done using laser welding. The laser beam is incident on the open U-shape of the spring plate 13 and welds the valve rod 11 on the top of the base plate 16 with a weld 17 to the base plate 16.
  • the fully assembled control valve unit is completely inserted into the housing 36 when the injection valve is assembled.
  • the control valve unit is preferably firmly connected to the housing 36 via the throttle plate 6 by means of appropriate clamping means, such as a union nut.
  • FIG. 2 schematically shows an injection valve with a second embodiment of the control valve, in which the main differences compared to FIG. 1 are the shape of the closing element, the shape of the spring plate and an outlet throttle 23.
  • a second closing member 19 is assigned to a second sealing seat 26, the second sealing seat 26 and the assigned second sealing surface 31 of the second
  • Closing member 19 are formed as plane-parallel surfaces which are assigned to one another.
  • the second closing member 19 essentially has the shape of a T-piece, which merges into a second rod 20, which passes through the drain hole 5 and through a second hole 32 of a second spring plate
  • the second rod 20 is connected to the second spring plate 21 via a second welded connection 24.
  • the second spring plate is in the essentially cylindrical and has a second stop ring 33 in the upper end region.
  • a compression spring 14 is clamped between the second stop ring 33 and the valve plate 6 and biases the second closing member 19 upward against the second sealing seat 26.
  • a second actuator piston 22 rests on the top of the second spring plate 21.
  • the second actuator piston 22 and the second spring plate 21 are guided in a guide bore 34 of the injection valve.
  • a drain line leads from the guide bore 34 and is led to the fuel tank via an outlet throttle 23.
  • a discharge duct 37 is provided in the second spring plate 21 in the lower region, which is guided from the mouth region of the drain hole 5 to the edge region in which the compression spring 14 is arranged.
  • the outlet throttle 23 the outlet bore 5 or the outlet channel 30 can also be designed as an outlet throttle.
  • the arrangement according to FIG. 2 functions as follows: In the rest position, the second closing member 19 is pressed against the second sealing seat 26 by the compression spring 14 with the second sealing surface 31 and thus the drain hole 5 is closed. In the rest position, the control chamber 1 therefore has the same fuel pressure that is also present in the fuel inlet 3. Consequently, the control piston 2 is subjected to a correspondingly high pressure.
  • the second closing member 19 releases the drain channel 30, in which the drain hole 5 results from the space which is not occupied by the second rod 20.
  • the discharge line and the outlet throttle 23 to the fuel tank. Since the inlet throttle 4 has a smaller cross section than the outlet throttle 23, the fuel pressure in the control chamber 1 drops.
  • the outlet duct 30 is designed with such a large flow cross section that the throttle function is represented by the outlet throttle 23. As a result, the force acting on the control piston 2 decreases.
  • the outlet throttle 23 can be omitted and the function of the outlet throttle 23 is achieved by appropriately dimensioning the outlet duct 30.
  • a control valve unit can also advantageously be used, which consists of the throttle plate 6 with the second closing element 19, which is preloaded via the second spring plate 21 and a spring means 14 and can be seen by determining the distance between them the second closing member 19 and the second spring plate 21 is set to a defined maximum stroke.
  • the invention was described using the example of a control chamber with an inlet and an outlet throttle, but the invention is applicable to any type of valve. That too is Application is not limited to an injection valve, but can be used in all technical areas.

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Abstract

The invention relates to an injection valve with a control valve which has a control chamber (1) in which a closing member (10) is arranged which is pushed against a corresponding sealing seat (25) by the fuel pressure in the control chamber (1). The closing member (10) forms part of a rod (11) extending through an outlet hole (5) and connected to a spring seat (13). The spring seat (13) is pretensed by a pressure spring (14) against the housing (36) in such a way that the closing member (10) is pushed against a sealing seat (25) assigned to it. The closing member (10) can be lifted off the sealing seat (25) via an actuating piston (12) which contacts the spring seat (13).

Description

Beschreibungdescription
Einspritzventil mit SteuerventilInjector with control valve
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit einem Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1The invention relates to an injection valve with a control valve according to the preamble of patent claim 1
Einspritzventile mit einem Steuerventil werden beispielsweise bei einem Common-Rail-Einspritzsystem eingesetzt, um den Druck in einer Steuerkammer zu steuern, wobei der Druck in der Steuerkammer über einen Steuerkolben auf eine Einspritznadel einwirkt, die abhängig von dem Druck sich von einem Ventilsitz abhebt, und dadurch Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine eingespritzt wird.Injectors with a control valve are used, for example, in a common rail injection system to control the pressure in a control chamber, the pressure in the control chamber acting via a control piston on an injection needle which, depending on the pressure, rises from a valve seat, and thereby fuel is injected into an internal combustion engine.
Aus EP 0 604 915 AI ist bereits ein Einspritzventil mit einem Steuerventil bekannt, bei dem eine Steuerkammer über eine Drossel mit einem Ablauf verbunden ist, der von einem Steuerventil gesteuert wird. Das Steuerventil weist ein Schließ- glied auf, das einem Ventilsitz zugeordnet ist, der am Ende der Drossel ausgebildet ist. Das Schließglied wird über Federelemente von der Niederdruckseite her auf den Ventilsitz gedrückt. Es ist ein Elektromagnet vorgesehen, der das Schließglied vom zugeordneten Ventilsitz abhebt, wodurch ein Einspritzvorgang gestartet wird. Das beschriebene Einspritzventil weist jedoch den Nachteil auf, daß die Drossel bei einem Bruch der Federelemente geöffnet ist.From EP 0 604 915 AI an injection valve with a control valve is already known, in which a control chamber is connected via a throttle to an outlet which is controlled by a control valve. The control valve has a closing element which is assigned to a valve seat which is formed at the end of the throttle. The closing element is pressed onto the valve seat from the low pressure side via spring elements. An electromagnet is provided which lifts the closing member from the associated valve seat, whereby an injection process is started. The injector described, however, has the disadvantage that the throttle is opened when the spring elements break.
Aus EP 0 826 876 AI ist als nächstliegender Stand der Technik ein Einspritzventil mit einem Steuerventil bekannt, das ein Schließglied aufweist, das einem Ventilsitz zugeordnet ist und das mit einem Kolben verbunden ist, der mit einem Aktor in Wirkverbindung steht. Der Kolben ist von einem ringförmigen Federhalter teilweise umschlossen, mit dem ein Federele- ment so in Wirkverbindung steht, daß das Schließglied über den Kolben von der Niederdruckseite her auf den Ventilsitz gedrückt wird. Das Schließglied und der Ventilsitz sind auf der Hochdruckseite angebracht.From EP 0 826 876 AI an injection valve with a control valve is known as the closest prior art, which has a closing element which is assigned to a valve seat and which is connected to a piston which is operatively connected to an actuator. The piston is partially enclosed by an annular spring holder, with which a spring element is operatively connected so that the closing member over the piston is pressed onto the valve seat from the low pressure side. The closing element and the valve seat are attached on the high pressure side.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Einspritzventil mit einem Steuerventil bereitzustellen, das die Ablaufdrossel der Steuerkammer zuverlässig verschließt.The object of the invention is to provide an injection valve with a control valve which reliably closes the outlet throttle of the control chamber.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent- anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is achieved by the features of patent claim 1.
Ein Vorteil der Erfindung beruht darin, daß das Schließglied des Steuerventils auf der Hochdruckseite angeordnet ist und von dem Druck in der Steuerkammer gegen den Ventilsitz ge- drückt wird. Ein weiterer Vorteil beruht darin, daß dasAn advantage of the invention resides in the fact that the closing element of the control valve is arranged on the high pressure side and is pressed against the valve seat by the pressure in the control chamber. Another advantage is that the
Schließglied auch bei einer Beschädigung der Vorspannmittel der Abfluß sicher verschlossen wird.Closing member the drain is securely closed even if the biasing means is damaged.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er- findung sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous developments and improvements of the invention are specified in dependent claims.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht darin, daß das Schließglied über einen Ventilstößel mit einem kleinen Durchmesser mit einem Aktorkolben verbunden ist, der einen größeren Durchmesser aufweist. Der Ventilstößel ist durch eine Ab- laufbohrung geführt, die einen entsprechend kleinen Durchmesser aufweist. Der Aktorkolben weist aufgrund des großen Durchmessers eine große Steifigkeit auf, so daß das Schließglied von einem Aktor, der den Aktorkolben steuert, präzise und schnelle bewegt werden kann. Da die Ablaufbohrung einen kleinen Durchmesser aufweist, kann auch das Schließglied entsprechend klein ausgebildet werden, so daß nur eine geringe Kraft notwendig ist, um das Schließglied gegen den Druck in der Steuerkammer zu bewegen, und dadurch die Abiaufbohrung zu öffnen oder zu schließen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert; Es zeigenAnother advantage of the invention is that the closing member is connected via a valve tappet with a small diameter to an actuator piston which has a larger diameter. The valve lifter is guided through a drain hole that has a correspondingly small diameter. Because of the large diameter, the actuator piston has great rigidity, so that the closing member can be moved precisely and quickly by an actuator that controls the actuator piston. Since the drain hole has a small diameter, the closing member can also be made correspondingly small, so that only a small force is required to move the closing member against the pressure in the control chamber and thereby to open or close the drain hole. The invention is explained in more detail below with reference to the figures; Show it
Figur 1: Eine erste Ausführungsform des Steuerventils, und Figur 2: Eine zweite Ausführungsform des Steuerventils.Figure 1: A first embodiment of the control valve, and Figure 2: A second embodiment of the control valve.
Figur 1 zeigt schematisch einen Teil eines Einspritzventils, in dem ein Steuerventil angeordnet ist. Der Einfachheit halber ist nur das Steuerventil und nicht das gesamte Einspritzventil dargestellt. Die Funktionsweise und der Aufbau eines entsprechenden Einspritzventils ist beispielsweise in EP 0 604 915 AI beschrieben.Figure 1 shows schematically a part of an injection valve in which a control valve is arranged. For the sake of simplicity, only the control valve and not the entire injection valve is shown. The mode of operation and the construction of a corresponding injection valve is described for example in EP 0 604 915 AI.
Das Steuerventil weist eine Steuerkammer 1 auf, die über eine Zulaufdrossel 4 mit einem Kraftstoffzulauf 3 in Verbindung steht. Die Steuerkammer 1 wird von einem Steuerkolben 2 begrenzt, der beweglich in einer Kolbenbohrung 35 angeordnet ist, und der mit einer Einspritznadel in Verbindung steht.The control valve has a control chamber 1, which is connected to a fuel inlet 3 via an inlet throttle 4. The control chamber 1 is delimited by a control piston 2 which is movably arranged in a piston bore 35 and which is connected to an injection needle.
Die Steuerkammer 1 weist eine Abiaufbohrung 5 auf, die zu ei- ner zweiten Ausnehmung 8 geführt ist, die über eine Ableitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Die zweite Ausnehmung 8 geht nach oben in eine breitere Führungsbohrung 34 über. In der Steuerkammer 1 ist ein erstes Schließglied 10 angeordnet, das in eine Ventilstange 11 übergeht, die durch die Ablauf- bohrung 5 in die zweite Ausnehmung 8 geführt ist.The control chamber 1 has a drain hole 5 which is guided to a second recess 8 which is connected to the fuel tank via a drain. The second recess 8 merges upwards into a wider guide bore 34. A first closing element 10 is arranged in the control chamber 1 and merges into a valve rod 11 which is guided through the drain hole 5 into the second recess 8.
In der zweiten Ausnehmung 8 ist ein Federteller 13 eingebracht, der sich bis in die Führungsbohrung 35 erstreckt. Der Federteller 13 weist eine U-Form auf, die mit einer Boden- platte 16 abgeschlossen ist. Die Bodenplatte 16 ist der Ab- laufbohrung 5 zugeordnet. Die Ventilstange 11 ist in der zweiten Ausnehmung 8 durch eine mittige Bohrung 27 der Bodenplatte 16 geführt. Die Ventilstange 11 schließt vorzugsweise bündig an der Oberseite der Bodenplatte 16 ab und ist vor- zugsweise über eine Schweißnaht 17 in diesem Bereich mit der Bodenplatte 16 verbunden.In the second recess 8, a spring plate 13 is introduced, which extends into the guide bore 35. The spring plate 13 has a U-shape, which is closed with a base plate 16. The base plate 16 is assigned to the drain hole 5. The valve rod 11 is guided in the second recess 8 through a central bore 27 in the base plate 16. The valve rod 11 is preferably flush with the top of the base plate 16 and is preferably connected to the base plate 16 in this area via a weld seam 17.
Die Bodenplatte 16 geht nach oben in eine Hülse 28 über, die im oberen Endbereich einen nach außen abgewinkelten Anschlag- ring 29 aufweist. Die zweite Ausnehmung 8 und die erste Ausnehmung 7, die einen Teil der Steuerkammer 1 darstellt, sind vorzugsweise in eine Ventilplatte 6 eingebracht. Die Ventilplatte 6 ist kraftschlüssig mit dem Gehäuse 36 des Einspritz- ventils verbunden. Zwischen der Ventilplatte 6 und dem An- schlagring 29 ist ein Federelement, vorzugsweise eine Druckfeder 14 unter Vorspannung eingebracht, so daß in der Ruhestellung das erste Schließglied 10 nach oben in Richtung auf die Abiaufbohrung 5 gegen einen zugeordneten, ersten Dicht- sitz 25 gedrückt wird. Anstelle der Druckfeder können auch andere Federmittel wie z.B. eine Tellerfeder eingesetzt werden.The base plate 16 merges upwards into a sleeve 28 which has an outwardly angled stop ring 29 in the upper end region. The second recess 8 and the first recess 7, which forms part of the control chamber 1, are preferably introduced into a valve plate 6. The valve plate 6 is non-positively connected to the housing 36 of the injection valve. Between the valve plate 6 and the stop ring 29, a spring element, preferably a compression spring 14, is introduced under pretension, so that in the rest position the first closing member 10 is pressed upwards in the direction of the drain hole 5 against an assigned, first sealing seat 25 . Instead of the compression spring, other spring means such as a disc spring can be used.
Der erste Dichtsitz 25 ist als Teil der Wandfläche der Steu- erkammer im Eingangsbereich zur Abiaufbohrung 5 ausgebildet. Die Abiaufbohrung 5 stellt vorzugsweise eine Ablaufdrossel dar. In einer Weiterbildung der Erfindung kann jedoch auch die Ablaufdrossel nach der Abiaufbohrung ausgebildet sein. Durch die Druckfeder 14 ist in der Ruheposition die Ablauf- bohrung 5 durch das erste Schließglied 10 verschlossen. Zudem bietet dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß bei einem Ausfall der Druckfeder 14, des Federtellers 13 oder der Ventilstange 11 das erste Schließglied 10 von dem Druck, der in der Steuerkammer 1 herrscht, gegen den ersten Dichtsitz 25 gedrückt wird und dadurch das erste Schließglied 10 den ersten Dichtsitz 25 selbstsperrend verschließt.The first sealing seat 25 is designed as part of the wall surface of the control chamber in the entrance area to the drain hole 5. The drain hole 5 preferably represents an outlet throttle. In a further development of the invention, however, the outlet throttle can also be formed after the drain hole. The drain hole 5 is closed by the first closing member 10 in the rest position by the compression spring 14. In addition, this exemplary embodiment offers the advantage that in the event of a failure of the compression spring 14, the spring plate 13 or the valve rod 11, the first closing member 10 is pressed against the first sealing seat 25 by the pressure prevailing in the control chamber 1 and thereby the first closing member 10 closes the first sealing seat 25 self-locking.
Die Bodenplatte 16, die Hülse 28 und der Anschlagring 29 bilden den Federteller 13, in dessen zylinderförmigen Hohlraum ein Aktorkolben 12 eingeschoben ist, der mit seiner Stirnsei- te an der Bodenplatte 16 anliegt. Der Aktorkolben 12 ist beweglich im Federteller 13 angeordnet und steht mit einem Aktor, beispielsweise einem piezoelektrischen Aktor, in Wirkverbindung, der den Aktorkolben bewegt.The base plate 16, the sleeve 28 and the stop ring 29 form the spring plate 13, in the cylindrical cavity of which an actuator piston 12 is inserted, the end face of which te rests on the base plate 16. The actuator piston 12 is movably arranged in the spring plate 13 and is operatively connected to an actuator, for example a piezoelectric actuator, which moves the actuator piston.
Der erste Dichtsitz 25 ist vorzugsweise als Kegelsitz ausgebildet. Das erste Schließglied 10 ist teilkugelförmig ausgebildet, wobei die Teilkugelform dem ersten Dichtsitz 25 zugeordnet ist. Die Teilkugelform geht mittig am oberen Scheitel- punkt in die Zylinderform der Ventilstange 11 über. Die teilkugelförmige Mantelfläche des ersten Schließgliedes 10 ist der Form des ersten Dichtsitzes 25 angepaßt.The first sealing seat 25 is preferably designed as a conical seat. The first closing member 10 is partially spherical, the partial spherical shape being associated with the first sealing seat 25. The partial spherical shape merges with the cylindrical shape of the valve rod 11 in the middle at the upper apex. The partially spherical outer surface of the first closing member 10 is adapted to the shape of the first sealing seat 25.
Die Durchflußmenge, die über die Abiaufbohrung 5 abfließt, wird durch den ringförmigen Ablaufkanal 30 festgelegt, der sich aus der Abiaufbohrung 5 und der Stange 11 ergibt. Vorzugsweise ist der Ablaufkanal 30 in der Weise ausgelegt, daß der Ablaufkanal 30 als Ablaufdrossel wirkt.The flow rate that flows through the drain hole 5 is determined by the annular drain channel 30, which results from the drain hole 5 and the rod 11. The outlet channel 30 is preferably designed in such a way that the outlet channel 30 acts as an outlet throttle.
Bei einem Common-Rail-Einspritzsystem für eine Dieselbrennkraftmaschine werden Drücke von bis zu 1800 bar in der Steuerkammer 1 erreicht. Damit bei diesen Drücken die Ablaufdrossel 5 mit einem Schließglied 10 geöffnet und geschlossen werden kann, muß der Querschnitt der Ablaufdrossel 5 klein ge- wählt werden, damit auch die Druckfläche des ersten Schließgliedes 10, an dem die hohen Drücke angreifen, klein ausgebildet ist. Bei einer kleinen Druckfläche kann der Aktor die Kraft zum Öffnen und Schließen des ersten Schließgliedes 10 aufbringen und das erste Schließglied 10 ausreichend schnell bewegen.In a common rail injection system for a diesel internal combustion engine, pressures of up to 1800 bar are achieved in the control chamber 1. So that the outlet throttle 5 can be opened and closed at these pressures with a closing member 10, the cross section of the outlet throttle 5 must be chosen small so that the pressure area of the first closing member 10, which is acted upon by the high pressures, is small. With a small pressure area, the actuator can apply the force to open and close the first closing element 10 and can move the first closing element 10 sufficiently quickly.
Der kleine Durchmesser der Abiaufbohrung 5 bringt nun den Nachteil mit sich, daß die Ventilstange, die durch die Ab- laufbohrung geführt ist, einen noch kleineren Durchmesser aufweist. Durch den kleinen Durchmesser hat die Ventilstange 10 eine geringe Steifigkeit. Dies ist nachteilig für eine schnelle und exakte Steuerung des ersten Schließgliedes 10.The small diameter of the drain hole 5 now has the disadvantage that the valve rod, which is guided through the drain hole, has an even smaller diameter. Due to the small diameter, the valve stem has 10 low rigidity. This is disadvantageous for fast and precise control of the first closing element 10.
Zudem ist es für eine hohe Schließgeschwindigkeit des ersten Schließgliedes 10 und eine gute Abdichtung des ersten Dichtsitzes 25 durch das erste Schließglied 10 von Vorteil, eine Druckfeder 14 mit einer hohen Vorspannung zu verwenden. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Ventilstange 11 wenig elastisch ist.In addition, for a high closing speed of the first closing member 10 and a good sealing of the first sealing seat 25 by the first closing member 10, it is advantageous to use a compression spring 14 with a high preload. However, this is only possible if the valve rod 11 is not very elastic.
Deshalb ist es von Vorteil, die Ablaufdrossel 5 so kurz wie möglich auszubilden, damit die Ventilstange 11 möglichst kurz ausgebildet werden kann. Je kürzer die Ventilstange 11 ist, desto weniger elastisch ist die Ventilstange 11 und desto härter ist der Gesamtantrieb, das sich aus der Ventilstange 11 und dem Aktorkolben 12 zusammensetzt. Der Aktorkolben 12 befindet sich außerhalb der Steuerkammer in einer zweiten Ausnehmung 8, die mit einer Führungsbohrung 35 verbunden ist. Dadurch kann der Aktorkolben 12 mit einem größeren Durchmes- ser ausgebildet werden, so daß die Elastizität des Aktorkolbens 12 geringer ist als die der Ventilstange 11. Da der Aktorkolben härter als die Ventilstange 11 ist, ist die Länge des Aktorkolbens 12 für die Abstimmung der elastischen Eigenschaften nur von geringer Bedeutung.It is therefore advantageous to design the outlet throttle 5 as short as possible so that the valve rod 11 can be made as short as possible. The shorter the valve rod 11, the less elastic the valve rod 11 and the harder the overall drive, which is composed of the valve rod 11 and the actuator piston 12. The actuator piston 12 is located outside the control chamber in a second recess 8 which is connected to a guide bore 35. As a result, the actuator piston 12 can be designed with a larger diameter, so that the elasticity of the actuator piston 12 is lower than that of the valve rod 11. Since the actuator piston is harder than the valve rod 11, the length of the actuator piston 12 is for the adjustment of the elastic Properties of minor importance.
Eine weitere Optimierung des Steuerventils wird dadurch erreicht, daß das erste Schließglied 10 der Form der Steuerkammer 1 in der Weise angepaßt ist, daß das Steuervolumen in der Steuerkammer 1, das nicht von dem ersten Schließglied 10 aus- gefüllt wird, möglichst klein ist. Dadurch ist ein schnelles Leeren und Füllen der Steuerkammer möglich, wodurch die Schaltzeiten, in denen in der Steuerkammer Druck auf- oder abgebaut wird, minimiert werden. Dadurch werden die Schaltzeiten, mit denen der Steuerkolben 2 und damit die Einspritz- nadel bewegt werden, minimiert. Vorzugsweise weist die Steuerkammer eine Zylinderform auf, die im oberen Bereich in eine Kegelform übergeht, und die sich somit in Richtung auf die mittig angeordnete Ablaufboh- rung 5 verjüngt. Die Kegelform stellt den ersten Dichtsitz 25 dar. Das erste Schließglied 10 ist vorzugsweise teilkugelförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser der Teilkugelform etwas kleiner ist als der Durchmesser der Zylinderform der Steuerkammer 1. Die plane Schnittfläche auf der Unterseite des ersten Schließgliedes 10 ist parallel zur planen Endfläche des Steuerkolbens 1 angeordnet und der Endfläche des Steuerkolbens 1 zugewandt. Die Steuerkammer 1 ist vorzugsweise in der Länge so ausgebildet, daß bei vollständig geöffnetem ersten Schließglied 10, d.h. bei maximaler Auslenkung des ersten Schließgliedes 10 das Schließglied 10 gerade nicht an den Steuerkolben 2 anstößt, damit das Steuervolumen möglichst klein gehalten wird. Diese Abstimmung kann präzise ausgeführt werden, da die Schnittfläche des ersten Schließgliedes und die Endfläche des Steuerkolbens eben und parallel zueinander angeordnet sind.A further optimization of the control valve is achieved in that the first closing member 10 is adapted to the shape of the control chamber 1 in such a way that the control volume in the control chamber 1, which is not filled by the first closing member 10, is as small as possible. This enables the control chamber to be emptied and filled quickly, thereby minimizing the switching times in which pressure is built up or reduced in the control chamber. This minimizes the switching times with which the control piston 2 and thus the injection needle are moved. The control chamber preferably has a cylindrical shape which changes into a conical shape in the upper region and which thus tapers in the direction of the centrally arranged drain hole 5. The conical shape represents the first sealing seat 25. The first closing member 10 is preferably part-spherical, the diameter of the part-spherical shape being somewhat smaller than the diameter of the cylindrical shape of the control chamber 1. The flat cutting surface on the underside of the first closing member 10 is parallel to the flat end surface arranged of the control piston 1 and facing the end face of the control piston 1. The control chamber 1 is preferably of such a length that when the first closing member 10 is fully open, that is to say when the first closing member 10 is maximally deflected, the closing member 10 just does not abut the control piston 2 so that the control volume is kept as small as possible. This adjustment can be carried out precisely since the cut surface of the first closing member and the end surface of the control piston are arranged flat and parallel to one another.
Die Funktionsweise des Steuerventils nach Figur 1 ist folgendermaßen: In der Ruheposition ist das erste Schließglied 10 durch die Druckfeder 14 gegen den ersten Dichtsitz 25 ge- drückt, so daß die Abiaufbohrung 5 verschlossen ist. Damit ist die Steuerkammer 1 nur über die Zulaufdrossel 4 mit dem Kraftstoffzulauf 3 verbunden. In diesem Zustand herrscht in der Steuerkammer 1 der gleich große Kraftstoffdruck wie im Kraftstoffzulauf 3. Als Folge davon ist der Steuerkolben 2 mit dem hohen Kraftstoffdruck des Kraftstoffzulaufs 3 beaufschlagt und wird mit der entsprechenden Kraft nach unten gedrückt. Der Steuerkolben 2 drückt wiederum eine Einspritznadel auf einen zugeordneten Dichtsitz, so daß kein Kraftstoff eingespritzt wird. Wird nun in der Arbeitsposition der Aktorkolben 12 von dem zugeordneten Aktor in Richtung auf die Abiaufbohrung 5 bewegt, so wird das erste Schließglied 10 gegen die Vorspannkraft der Druckfeder 14 und mit der Druckfläche gegen den Druck in der Steuerkammer 1 vom ersten Dichtsitz 25 abgehoben. Als Folge davon ist in der Arbeitsposition die Steuerkammer 1 über die Abiaufbohrung 5 mit der Ableitung verbunden, die zum Kraftstofftank geführt ist.The operation of the control valve according to FIG. 1 is as follows: In the rest position, the first closing member 10 is pressed by the compression spring 14 against the first sealing seat 25, so that the drain hole 5 is closed. The control chamber 1 is thus connected to the fuel inlet 3 only via the inlet throttle 4. In this state, there is the same fuel pressure in the control chamber 1 as in the fuel inlet 3. As a result, the control piston 2 is acted upon by the high fuel pressure of the fuel inlet 3 and is pressed down with the corresponding force. The control piston 2 in turn presses an injection needle onto an associated sealing seat, so that no fuel is injected. If, in the working position, the actuator piston 12 is moved by the associated actuator in the direction of the drain hole 5, the first closing member 10 is lifted from the first sealing seat 25 against the biasing force of the compression spring 14 and with the pressure surface against the pressure in the control chamber 1. As a result, in the working position, the control chamber 1 is connected via the drain hole 5 to the drain which leads to the fuel tank.
In der Arbeitsposition fließt Kraftstoff aus der Steuerkammer 1 über die Ablaufbohrung 5 ab. Damit erniedrigt sich der Druck in der Steuerkammer 1 und der Steuerkolben 2 wird mit einer entsprechend geringeren Kraft nach unten gedrückt. Da an der Einspritznadel Kraftstoff mit hohem Druck anliegt, schiebt die Einspritznadel den entlasteten Steuerkolben 2 in Richtung Ablaufdrossel 5. Zugleich hebt die Einspritznadel vom zugeordneten Dichtsitz ab und Kraftstoff wird eingespritzt .In the working position, fuel flows out of the control chamber 1 via the drain hole 5. This lowers the pressure in the control chamber 1 and the control piston 2 is pressed down with a correspondingly lower force. Since fuel is present at the injection needle at high pressure, the injection needle pushes the unloaded control piston 2 in the direction of the flow restrictor 5. At the same time, the injection needle lifts off the associated sealing seat and fuel is injected.
Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktorkolben 12 vom zugeordneten Aktor wieder nach oben in die Ruheposition bewegt, so daß das erste Schließglied 10 im wesentlichen von der Druckfeder 14 gegen den ersten Dichtsitz 25 gedrückt wird. Der Druck ist in der Steuerkammer 1 zu diesem Zeitpunkt zu gering, um einen merklichen Beitrag zum Schließen der Ablaufdrossel 5 beizutragen. Damit wird die Ablaufbohrung 5 geschlossen und in der Steuerkammer 1 stellt sich nach einiger Zeit wieder der Kraftstoffdruck ein, der im Kraftstoffzulauf 3 herrscht, da über die Zulaufdrossel 4 Kraftstoff in die Steuerkammer 1 fließt. Der Steuerkolben wird durch den sich einstellenden hohen Druck wieder nach unten bewegt, so daß auch die Einspritznadel wieder auf den zugeordneten Dichtsitz gedrückt wird und damit das Einspritzen von Kraftstoff unterbrochen wird. Der Kraftstoffdruck sinkt bei geöffneter Ablaufbohrung 5, weil über die Abiaufbohrung 5 mehr Kraftstoff abfließt, als über die Zulaufdrossel 4 zufließt. Die Ablaufbohrung 5 ist entsprechend dimensioniert und stellt vorzugsweise eine Ab- laufdrossel dar.To end the injection process, the actuator piston 12 is moved upwards again into the rest position by the associated actuator, so that the first closing member 10 is pressed essentially by the compression spring 14 against the first sealing seat 25. The pressure in the control chamber 1 at this time is too low to make a noticeable contribution to the closing of the discharge throttle 5. Thus the drain hole 5 is closed and in the control chamber 1 the fuel pressure that is present in the fuel inlet 3 is restored after a while since fuel flows into the control chamber 1 via the inlet throttle 4. The control piston is moved down again by the resulting high pressure, so that the injection needle is again pressed onto the associated sealing seat and thus the injection of fuel is interrupted. The fuel pressure drops when the drain hole 5 is open, because more fuel flows off via the drain hole 5 than flows in via the inlet throttle 4. The drain hole 5 is dimensioned accordingly and preferably represents an outlet throttle.
Die Anordnung nach Figur 1 bietet den Vorteil, daß das Steuervolumen in der Steuerkammer 1 klein ist, und damit die Ab- laufbohrung 5 schneller geöffnet und schneller geschlossen werden kann, da nur das erste Schließglied 10 in der Steuerkammer 1 angeordnet ist. Unter Steuervolumen wird das Volumen der Steuerkammer 1 bezeichnet, das mit Kraftstoff gefüllt werden kann. Je größer das Steuervolumen ist, desto langsamer kann die Abiaufbohrung 5 geöffnet oder geschlossen werden. Die Druckfeder 14, die wegen der benötigten, großen Vorspannung relativ groß auszubilden ist, liegt vorzugsweise außerhalb der Steuerkammer 1 und beeinflußt damit nicht das Steuervolumen der Steuerkammer 1. In vorteilhafter Weise ist das erste Schließglied im wesentlichen kugelförmig ausgebildet. Dies bietet den Vorteil, daß sich das kugelförmige Schließglied auf einen kegelförmigen ersten Dichtsitz beim Schließen des ersten Dichtsitzes 25 aufgrund der Kugelform selbständig justiert .The arrangement according to FIG. 1 offers the advantage that the control volume in the control chamber 1 is small, and thus the drain hole 5 can be opened and closed more quickly since only the first closing member 10 is arranged in the control chamber 1. Control volume is the volume of control chamber 1 that can be filled with fuel. The larger the control volume, the slower the drain hole 5 can be opened or closed. The compression spring 14, which is relatively large due to the large preload required, is preferably outside the control chamber 1 and thus does not influence the control volume of the control chamber 1. Advantageously, the first closing member is essentially spherical. This offers the advantage that the spherical closing element adjusts itself automatically to a conical first sealing seat when the first sealing seat 25 is closed due to the spherical shape.
Das erste Schließglied 10 kann auch in dem abdichtenden Bereich vorzugsweise kegelförmig ausgebildet sein, wobei die Kegelform des ersten Schließgliedes 10 zur Kegelform des ersten Dichtsitzes 25 symmetrisch zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform sollte jedoch das erste Schließglied 25 mit- tig und symmetrisch zum ersten Dichtsitz 25 geführt werden, damit der erste Dichtsitz 25 präzise verschlossen wird.The first closing member 10 can also preferably be conical in the sealing area, the conical shape of the first closing member 10 being symmetrically associated with the conical shape of the first sealing seat 25. In this embodiment, however, the first closing member 25 should be guided centrally and symmetrically to the first sealing seat 25, so that the first sealing seat 25 is closed precisely.
Besonders vorteilhaft ist die Dimensionierung der Ablaufboh- rung 5 bzw. des Ablaufkanals 30 als Ablaufdrossel, wodurch eine zusätzliche Ablaufdrossel eingespart wird, und die Ab- laufdrossel direkt an der Steuerkammer angrenzt, wodurch ein geringes Steuervolumen erreicht wird.The dimensioning of the drain hole 5 or the drain channel 30 as an outlet throttle is particularly advantageous, as a result of which an additional outlet throttle is saved, and the outlet throttle directly adjacent to the control chamber, whereby a low control volume is achieved.
Vorzugsweise ist auf der Unterseite der Bodenplatte 16 eine Ableitungsausnehmung 37 vorgesehen, damit Kraftstoff von der Abiaufbohrung 5 auch bei aufliegender Bodenplatte 16 zum Ablauf abfließen kann, da die Bodenplatte 16 in der Arbeitsposition auf der Ventilplatte 6 aufliegt. Durch die Hülsenform des Federtellers 13 liegt der Aktuatorkolben 12 direkt an der Ventilstange 11 an, wobei die Ventilstange 11 möglichst kurz ausgebildet ist und trotzdem eine relativ große Druckfeder 14 verwendet werden kann. Damit wird eine große Anpreßkraft in der Ruheposition zum sicheren Abdichten des ersten Dichtsitzes 25 gewährleistet.A drainage recess 37 is preferably provided on the underside of the base plate 16, so that fuel can flow away from the drain hole 5 even when the base plate 16 is in place, since the base plate 16 rests on the valve plate 6 in the working position. Due to the sleeve shape of the spring plate 13, the actuator piston 12 bears directly on the valve rod 11, the valve rod 11 being as short as possible and a relatively large compression spring 14 can nevertheless be used. This ensures a large contact pressure in the rest position for securely sealing the first sealing seat 25.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, eine vormontierte und voreingestellte Steuerventil-Einheit bereitzustellen, die die Drosselplatte 6 mit der Abiaufbohrung 5 und mit dem ersten Dichtsitz 25, das erste Schließglied 10 mit der Ventilstange 11, die durch die Abiaufbohrung 5 geführt ist, den Federteller 13, mit dem die Ventilstange 11 verbunden ist, und das Federelement 14 aufweist, die zwischen dem Federteller 13 und der Drosselplatte 6 vorgespannt eingebracht ist. Vorzugsweise weist die Drosselplatte 6 die erste Ausneh- mung 7 auf, die mindestens einen Teil der Steuerkammer 1 darstellt. Weiterhin kann in einem Ausführungsbeispiel auch eine zweite Ausnehmung 8 zur Aufnahme des Federtellers 13 in die Drosselplatte 6 eingearbeitet sein.An advantageous embodiment consists in providing a preassembled and preset control valve unit, which has the throttle plate 6 with the drain hole 5 and with the first sealing seat 25, the first closing member 10 with the valve rod 11, which is guided through the drain hole 5, the spring plate 13 , with which the valve rod 11 is connected, and has the spring element 14, which is introduced biased between the spring plate 13 and the throttle plate 6. The throttle plate 6 preferably has the first recess 7, which represents at least part of the control chamber 1. Furthermore, in one exemplary embodiment, a second recess 8 for receiving the spring plate 13 can also be incorporated in the throttle plate 6.
Die Steuerventil-Einheit bietet den Vorteil, daß die einzelnen Bauteile vormontiert sind, und daß eine Einstellung des maximalen Hubes des ersten Schließgliedes 10 vorgenommen ist. Dazu wird der Federteller 13 von der einen Seite gegen die Federkraft des Federelementes 14 gegen die Drosselplatte 6 gedrückt und von der anderen Seite das erste Schließglied 10 mit der Ventilstange 11 durch die Abiaufbohrung 5 in die Bohrung 27 der Bodenplatte 16 geschoben. Bei einem vorgegebenen Abstand zwischen der Bodenplatte 16 und dem ersten Schließglied 10 wird die Ventilstange 11 fest mit der Bodenplatte 16 verschweißt. Dies erfolgt vorzugsweise über Laserschweißen. Der Laserstrahl fällt dabei über die offene U-Form des Federtellers 13 ein und verschweißt die Ventilstange 11 auf der Oberseite der Bodenplatte 16 mit einer Schweißnaht 17 mit der Bodenplatte 16. Auf diese Weise wird ein definierter maxima- 1er Hub für die Auslenkung des ersten Schließgliedes 10 voreingestellt. Die fertig montierte Steuerventil-Einheit wird bei der Montage des Einspritzventils komplett in das Gehäuse 36 eingelegt. Über entsprechende Spannmittel, wie z.B. eine Überwurfmutter, wird die Steuerventil-Einheit vorzugsweise über die Drosselplatte 6 fest mit dem Gehäuse 36 verbunden.The control valve unit has the advantage that the individual components are preassembled and that the maximum stroke of the first closing member 10 is adjusted. For this purpose, the spring plate 13 is pressed from one side against the spring force of the spring element 14 against the throttle plate 6 and the first closing member 10 from the other side pushed with the valve rod 11 through the drain hole 5 into the hole 27 of the base plate 16. At a predetermined distance between the base plate 16 and the first closing member 10, the valve rod 11 is welded to the base plate 16. This is preferably done using laser welding. The laser beam is incident on the open U-shape of the spring plate 13 and welds the valve rod 11 on the top of the base plate 16 with a weld 17 to the base plate 16. In this way, a defined maximum stroke for the deflection of the first closing member 10 preset. The fully assembled control valve unit is completely inserted into the housing 36 when the injection valve is assembled. The control valve unit is preferably firmly connected to the housing 36 via the throttle plate 6 by means of appropriate clamping means, such as a union nut.
Figur 2 zeigt schematisch ein Einspritzventil mit einer zweite Ausführungsform des Steuerventils, bei dem die wesentlichen Unterschiede im Vergleich zu Figur 1 in der Form des Schließgliedes, der Form des Federtellers und einer Ablaufdrossel 23 liegen.FIG. 2 schematically shows an injection valve with a second embodiment of the control valve, in which the main differences compared to FIG. 1 are the shape of the closing element, the shape of the spring plate and an outlet throttle 23.
In der Steuerkammer 1 ist ein zweites Schließglied 19 einem zweiten Dichtsitz 26 zugeordnet, wobei der zweite Dichtsitz 26 und die zugeordnete zweite Dichtfläche 31 des zweitenIn the control chamber 1, a second closing member 19 is assigned to a second sealing seat 26, the second sealing seat 26 and the assigned second sealing surface 31 of the second
Schließgliedes 19 als planparallel Flächen ausgebildet sind, die einander zugeordnet sind. Das zweite Schließglied 19 weist im wesentlichen die Form eines T-Stückes auf, das in eine zweite Stange 20 übergeht, die durch die Ablaufbohrung 5 und durch eine zweite Bohrung 32 eines zweiten FedertellersClosing member 19 are formed as plane-parallel surfaces which are assigned to one another. The second closing member 19 essentially has the shape of a T-piece, which merges into a second rod 20, which passes through the drain hole 5 and through a second hole 32 of a second spring plate
21 bis zur Oberseite des zweiten Federtellers 21 geführt ist.21 is guided up to the top of the second spring plate 21.
An der Oberseite des zweiten Federtellers 21 ist die zweite Stange 20 über eine zweite Schweißverbindung 24 mit dem zwei- ten Federteller 21 verbunden. Der zweite Federteller ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist im oberen Endbereich einen zweiten Anschlagring 33 auf. Zwischen dem zweiten Anschlagring 33 und der Ventilplatte 6 ist eine Druckfeder 14 eingespannt, die das zweite Schließglied 19 nach oben gegen den zweiten Dichtsitz 26 vorspannt.At the top of the second spring plate 21, the second rod 20 is connected to the second spring plate 21 via a second welded connection 24. The second spring plate is in the essentially cylindrical and has a second stop ring 33 in the upper end region. A compression spring 14 is clamped between the second stop ring 33 and the valve plate 6 and biases the second closing member 19 upward against the second sealing seat 26.
Auf der Oberseite des zweiten Federtellers 21 liegt ein zweiter Aktuatorkolben 22 auf. Der zweite Aktuatorkolben 22 und der zweite Federteller 21 sind in einer Führungsbohrung 34 des Einspritzventiles geführt.A second actuator piston 22 rests on the top of the second spring plate 21. The second actuator piston 22 and the second spring plate 21 are guided in a guide bore 34 of the injection valve.
Im Bereich der Druckfeder 14 geht von der Führungsbohrung 34 eine Ablaufleitung ab, die über eine Ablaufdrossel 23 zum Kraftstofftank geführt ist. Zudem ist in dem zweiten Feder- teller 21 im unteren Bereich ein Ableitungskanal 37 vorgesehen, die von dem Mündungsbereich der Abiaufbohrung 5 bis zu dem Randbereich, in dem die Druckfeder 14 angeordnet ist, geführt ist. Anstelle der Ablaufdrossel 23 kann auch die Ablaufbohrung 5 bzw. der Ablaufkanal 30 als Ablaufdrossel aus- gebildet sein.In the area of the compression spring 14, a drain line leads from the guide bore 34 and is led to the fuel tank via an outlet throttle 23. In addition, a discharge duct 37 is provided in the second spring plate 21 in the lower region, which is guided from the mouth region of the drain hole 5 to the edge region in which the compression spring 14 is arranged. Instead of the outlet throttle 23, the outlet bore 5 or the outlet channel 30 can also be designed as an outlet throttle.
Die Anordnung nach Figur 2 funktioniert folgendermaßen: In der Ruheposition ist das zweite Schließglied 19 durch die Druckfeder 14 mit der zweiten Dichtfläche 31 gegen den zwei- ten Dichtsitz 26 gedrückt und damit die Ablaufbohrung 5 verschlossen. Damit herrscht in der Ruheposition in der Steuerkammer 1 der gleich große Kraftstoffdruck, der auch im Kraftstoffzulauf 3 vorliegt. Folglich wird der Steuerkolben 2 mit einem entsprechend großen Druck beaufschlagt.The arrangement according to FIG. 2 functions as follows: In the rest position, the second closing member 19 is pressed against the second sealing seat 26 by the compression spring 14 with the second sealing surface 31 and thus the drain hole 5 is closed. In the rest position, the control chamber 1 therefore has the same fuel pressure that is also present in the fuel inlet 3. Consequently, the control piston 2 is subjected to a correspondingly high pressure.
Wird nun der zweite Aktuatorkolben 22 von dem zugeordnetem Aktuator nach unten in Richtung auf die Abiaufbohrung 5 bewegt, so gibt das zweite Schließglied 19 den Ablaufkanal 30 frei, in der Ablaufbohrung 5 sich aus dem freibleibenden Raum ergibt, den die zweiten Stange 20 nicht ausfüllt. Damit fließt Kraftstoff aus der Steuerkammer 1 über den Ablaufkanal 30, die Ableitung und die Ablaufdrossel 23 zum Kraftstofftank zurück. Da die Zulaufdrossel 4 einen kleineren Querschnitt aufweist als die Ablaufdrossel 23, sinkt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 1. In dieser Ausführungsform ist der Ablaufkanal 30 mit einem so großen Durchflußquerschnitt ausgeführt, daß die Drosselfunktion durch die Ablaufdrossel 23 dargestellt wird. Folglich nimmt die Kraft, die auf den Steuerkolben 2 einwirkt ab.If the second actuator piston 22 is now moved downward by the assigned actuator in the direction of the drain hole 5, the second closing member 19 releases the drain channel 30, in which the drain hole 5 results from the space which is not occupied by the second rod 20. In order to fuel flows back from the control chamber 1 via the outlet channel 30, the discharge line and the outlet throttle 23 to the fuel tank. Since the inlet throttle 4 has a smaller cross section than the outlet throttle 23, the fuel pressure in the control chamber 1 drops. In this embodiment, the outlet duct 30 is designed with such a large flow cross section that the throttle function is represented by the outlet throttle 23. As a result, the force acting on the control piston 2 decreases.
Wird nun der zweite Aktuatorkolben 22 vom zugeordneten Aktua- tor wieder nach oben in die Ruheposition bewegt, so wird das zweite Schließglied 19 von der Druckfeder 14 wieder auf den zweiten Dichtsitz 26 gedrückt und damit die Abiaufbohrung 5 verschlossen. Als Folge davon steigt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 1 wieder auf den hohen Kraftstoffdruck an, der im Kraftstoffzulauf 3 herrscht. Somit wird der Steuerkolben 2 wieder mit dem ursprünglich hohen Druck beaufschlagt.If the second actuator piston 22 is now moved upward into the rest position by the associated actuator, the second closing member 19 is pressed again by the compression spring 14 onto the second sealing seat 26 and the drain hole 5 is thus closed. As a result, the fuel pressure in the control chamber 1 rises again to the high fuel pressure prevailing in the fuel inlet 3. The control piston 2 is thus again acted upon by the originally high pressure.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann jedoch die Ablauf- drossel 23 entfallen und die Funktion der Ablaufdrossel 23 wird durch eine entsprechende Dimensionierung des Ablaufkanals 30 erreicht.In a further development of the invention, however, the outlet throttle 23 can be omitted and the function of the outlet throttle 23 is achieved by appropriately dimensioning the outlet duct 30.
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 kann auch vorteilhafter Weise eine Steuerventil-Einheit verwendet werden, die aus der Drosselplatte 6 mit dem zweiten Schließglied 19 besteht, das über den zweiten Federteller 21 und ein Federmittel 14 vorgespannt ist und durch die Festlegung des Abstandes zwi- sehen dem zweiten Schließglied 19 und dem zweiten Federteller 21 auf einen definierten maximalen Hub eingestellt ist.In the exemplary embodiment in FIG. 2, a control valve unit can also advantageously be used, which consists of the throttle plate 6 with the second closing element 19, which is preloaded via the second spring plate 21 and a spring means 14 and can be seen by determining the distance between them the second closing member 19 and the second spring plate 21 is set to a defined maximum stroke.
Die Erfindung wurde am Beispiel einer Steuerkammer mit einer Zulauf- und einer Ablaufdrossel beschrieben, wobei jedoch die Erfindung auf jede Art von Ventil anwendbar ist. Auch ist die Anwendung nicht auf ein Einspritzventil beschränkt, sondern kann in allen technischen Gebieten eingesetzt werden. The invention was described using the example of a control chamber with an inlet and an outlet throttle, but the invention is applicable to any type of valve. That too is Application is not limited to an injection valve, but can be used in all technical areas.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einspritzventil mit einem Gehäuse (36), in das eine Steuerkammer (1) eingebracht ist, mit einem Steuerkolben (2) , der die Steuerkammer (1) begrenzt und verschiebbar im Gehäuse (36) angeordnet ist, mit einem Zulauf (4), der die Steuerkammer (1) mit1. Injection valve with a housing (36), into which a control chamber (1) is introduced, with a control piston (2) which delimits the control chamber (1) and is arranged displaceably in the housing (36), with an inlet (4) that the control chamber (1) with
Druckmittel, insbesondere mit Kraftstoff versorgt, mit einem Ablauf (5,37), über den Druckmittel aus der Steuerkammer abfließt, mit einem Schließglied (10,19), das einem Dichtsitz (25,26) des Ablaufs (5) zugeordnet ist, und das den Ablauf (5) öffnet oder schließt, mit einem Steuermittel, das außerhalb der Steuerkammer (1) angeordnet ist, und das in Wirkverbindung mit dem Schließglied (10,19) steht, wobei der Dichtsitz (25,26) auf der Hochdruckseite ausgebildet ist, das Schließglied (10,19) auf der Hochdruckseite angeordnet ist, das Schließglied (10,19) mit einer Ventilstange (11,20) verbunden ist, die Ventilstange (11,20) durch den Ablauf (5) geführt ist, die Ventilstange (11,20) mit dem Steuermittel in Wirkverbindung steht, das Schließglied (10,19) in der Steuerkammmer (1) angeordnet ist und das Schließglied (11,19) von einem Federmittel (14), das außerhalb der Steuerkammer (1) angeordnet ist, gegen den Dichtsitz (25,26) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß - die Ventilstange (11,20) auf der Niederdruckseite mit einem Federhalter (13) verbunden ist, - das Federmittel (14) zwischen den Federhalter (13) und das Gehäuse (36) gespannt ist, so daß das Schließglied (11,19) gegen den Dichtsitz (25,26) gedrückt ist, — der Federhalter (13) in Form einer Hülse ausgebildet ist, die an einem Ende eine Bodenplatte (16) aufweist, die die Hülsenform abschließt, und die dem Ablauf (5) zugeordnet ist, - die Bodenplatte (16) mit der Ventilstange (11) verbunden ist, und - in die Hohlform der Hülse ein Aktorkolben (12) eingeschoben ist, der in Wirkverbindung mit dem Steuermittel steht.Pressure medium, in particular fueled, with an outlet (5,37) via which pressure medium flows out of the control chamber, with a closing member (10,19) which is assigned to a sealing seat (25,26) of the outlet (5), and which opens or closes the outlet (5) with a control means which is arranged outside the control chamber (1) and which is in operative connection with the closing member (10, 19), the sealing seat (25, 26) being formed on the high pressure side is, the closing member (10,19) is arranged on the high pressure side, the closing member (10,19) is connected to a valve rod (11,20), the valve rod (11,20) is guided through the outlet (5) which Valve rod (11, 20) is in operative connection with the control means, the closing element (10, 19) is arranged in the control chamber (1) and the closing element (11, 19) is connected by a spring means (14) that is outside the control chamber (1) is arranged, is biased against the sealing seat (25, 26), characterized in that - the Valve rod (11, 20) on the low pressure side is connected to a spring holder (13), - the spring means (14) between the spring holder (13) and the housing (36) is tensioned, so that the closing member (11, 19) against the Sealing seat (25, 26) is pressed, - the spring holder (13) is designed in the form of a sleeve which has a base plate (16) at one end, which has the Completes sleeve shape, and which is assigned to the outlet (5), - the base plate (16) is connected to the valve rod (11), and - an actuator piston (12) is inserted into the hollow shape of the sleeve, which is in operative connection with the control means .
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (16) eine Bohrung (27) aufweist, daß die Ventilstange (11) in die Bohrung (27) geführt ist, und daß die Ventilstange (11) im oberen Bereich der Bodenplatte (16) mit der Bodenplatte (16) verbunden ist.2. Injector according to claim 1, characterized in that the base plate (16) has a bore (27), that the valve rod (11) is guided in the bore (27), and that the valve rod (11) in the upper region of the base plate (16) is connected to the base plate (16).
3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf (5) als Drossel ausgebildet ist.3. Injection valve according to claim 1, characterized in that the outlet (5) is designed as a throttle.
4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (6) vorgesehen ist, in die der Ablauf (5) eingebracht ist, daß in der Platte (6) eine zweite4. Injection valve according to claim 1, characterized in that a plate (6) is provided, in which the drain (5) is introduced, that in the plate (6) a second
Ausnehmung (8) zur teilweisen Aufnahme eines Federhalters (13) ausgebildet ist, und daß eine erste Ausnehmung (7) zur mindestens teilweisen Ausbildung der Steuerkammer (1) und zur Ausbildung des Dichtsitzes (25,26) ausgebildet ist.Recess (8) is designed to partially accommodate a spring holder (13), and that a first recess (7) is designed to at least partially form the control chamber (1) and to form the sealing seat (25, 26).
5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Schließgliedes (10,19) an die Form der Steuerkammer (1) in der Weise angepaßt ist, daß das Steuervolumen der Steuerkammmer (1) klein gehalten ist.5. Injection valve according to claim 1, characterized in that the shape of the closing member (10, 19) is adapted to the shape of the control chamber (1) in such a way that the control volume of the control chamber (1) is kept small.
6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerventil-Einheit vorgesehen ist,6. Injection valve according to claim 1, characterized in that a control valve unit is provided,
- die eine Platte (6) aufweist, in die der Ablauf (5) eingebracht ist,- Which has a plate (6) into which the drain (5) is introduced,
- die das Schließglied (10) mit der Ventilstange (11) aufweist, die durch den Ablauf (5) geführt ist, - die den Federhalter (13) aufweist, mit dem die Ventilstange (11) verbunden ist,- Which has the closing member (10) with the valve rod (11) which is guided through the outlet (5), - Which has the spring holder (13) with which the valve rod (11) is connected,
- die ein Federlement (14) aufweist, das zwischen dem Federhalter (13) und der Platte (6) eingespannt ist, und das Schließglied (10) gegen den Dichtsitz (25) vorspannt, wobei der Abstand zwischen dem Schließglied (10) und dem Federhalter (13) auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, so daß ein maximaler Hub des Schließgliedes (10) eingestellt ist. - Which has a spring element (14) which is clamped between the spring holder (13) and the plate (6), and biases the closing member (10) against the sealing seat (25), the distance between the closing member (10) and the Spring holder (13) is set to a predetermined value, so that a maximum stroke of the closing member (10) is set.
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