EP0976924A2 - Servoventil für ein Einspritzventil und Einspritzventil - Google Patents

Servoventil für ein Einspritzventil und Einspritzventil Download PDF

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EP0976924A2
EP0976924A2 EP99112980A EP99112980A EP0976924A2 EP 0976924 A2 EP0976924 A2 EP 0976924A2 EP 99112980 A EP99112980 A EP 99112980A EP 99112980 A EP99112980 A EP 99112980A EP 0976924 A2 EP0976924 A2 EP 0976924A2
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injection
servo
servo valve
chamber
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Heinz Lixl
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Siemens AG
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    • 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
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045—Three-way valves

Definitions

  • the invention relates to a servo valve from the EP-A-0 192 241 known type. Such a servo valve is used generally for the control of fluid flows. In the present Case the servo valve for fuel injectors for Internal combustion engines are applied.
  • Injection systems are increasingly used in which working with very high injection pressures.
  • Such Injection systems are common rail systems (for diesel engines) and HPDI injection systems (for gasoline engines).
  • the fuel is supplied with a High pressure pump in a common to all cylinders of the engine Pressure accumulator conveyed from which the injectors be supplied to the individual cylinders.
  • the opening and Closing the injection valves is usually electromagnetic controlled.
  • the injectors are common in such systems provided with servo valves that hydraulically open and Control the closing of the injector nozzle needle means in particular the beginning and the end of the injection process schedule.
  • the servo valve influences in Connection with control chokes especially the speed with which the injector opens and closes.
  • the injection valve is intended, for. B. in common rail systems for diesel engines at the start of injection for a controlled better mixing of the fuel with the air open slowly. In contrast, the injection valve must at the end of Close the injection process quickly to prevent soot formation prevent.
  • the injection of the smallest amounts of fuel is also intended for pre-injection (pilot injection) before the actual one Injection may be possible with which the combustion process can be optimized.
  • the injection valve is designed with a servo valve in the form of a 3/2-way valve, in which the inlet via an inlet throttle and an outlet throttle basically faster opening of the injection valve than with the 2/2-way valve. Furthermore, by the interpretation the inlet throttle also the closing process of the injection valve to be slowed down. For injection valves for internal combustion engines in contrast, however, one would like to Usually slow the opening of the injector while the closing should happen quickly.
  • a Servo valve for controlling fluid flows known in which the in a first fluid chamber on the valve body of the servo valve pressure applied opening and closing the servo valve causes.
  • the actuation of the servo valve has the opening or closing a separate fluid channel.
  • the fluid channel leads in the known arrangement of a master cylinder that applies pressure to the fluid, to secondary cylinders, actuated by the pressurized fluid become.
  • the master cylinder provides this arrangement the master brake cylinder of a motor vehicle and the secondary cylinders are the wheel brake cylinders.
  • the known Servo valve is intended for an anti-lock braking system, and the fluid channel should open without delay in rapid succession and be closed.
  • the invention is based on the object to design the servo valve so that it is relative simple way to open and close a Let the injector influence independently of each other. It should also be possible to use the smallest pilot injection Inject fuel quantities in a controlled manner.
  • the servo valve according to the invention which is a kind of 3/2-way valve to control the nozzle needle, in particular a common rail injector represents, united with regard to the defined Valve strokes and the control of the opening flanks the advantages of the nozzle needle stroke via inlet and outlet throttle of the known 3/2-way valve with those of the known 2/2-way valve.
  • the peculiarity of the servo valve according to the invention lies in the flow restrictor which flows through in both directions.
  • Another advantage of the servo valve according to the invention is the small stroke of the valve body of the servo valve, which can range from 20 to 40 ⁇ m. This contributes to rapid closing movement of the nozzle needle also.
  • 1 shows a conventional injection valve with a 2/2-way valve as a servo valve
  • Fig. 2 a conventional injection valve with a 3/2-way valve as Servo valve.
  • both versions the system pressure fuel from a high pressure accumulator (not shown) via a high pressure bore 1 and an inlet bore 2 with an inlet throttle 3 to a control room 4 out in the injection valve body 5.
  • the pressure there acts on the rear end of a axially movable nozzle body 6 with a nozzle needle on it front end, when the nozzle body 6
  • Injection holes 7 in the injector body 5 opens and closes, which lead to the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the injection holes 7 are when the injection valve is open with a nozzle chamber 8 in connection, which at the front end of the nozzle body 6 is formed in the injection valve body 5 and which in turn is connected to the high pressure accumulator. If both in the control room 4 and in the nozzle chamber 8 full system pressure is present, the nozzle body 6 is due the larger effective area in the control room 4 pressed down and closes the injection holes 7.
  • the conventional injection valve 1 When designing the conventional injection valve 1 leads a hole 9 in the injection valve body in the control chamber 4 5 with a flow restrictor 10 to an in the injector body 5 integrated servo valve 12 in in the form of a 2/2-way valve.
  • the servo valve 12 comes in unpressurized fuel return 14 to the fuel tank.
  • the Servo valve 12 is operated by a plunger 16 from an electromagnetic and / or piezoelectric actuator 18 and operated.
  • the servo valve 12 has the task of increasing the pressure control the in the control room 4 to close and open the Injection valve exerted on the movable nozzle body 6 becomes.
  • the servo valve 12 If the servo valve 12 is closed, is in the control room 4 essentially the full system pressure, so that the Nozzle needle at the front end of the nozzle body 6, the injection holes 7 closes, which lead into the combustion chamber. If the actuator 18 is controlled electrically, the plunger 16 exercises a force on the spring-loaded servo valve 12. As As a result, the servo valve 12 opens. With the servo valve open 12 stands between the high pressure accumulator and the control room 4, servo valve 12 and return 14 a steady flow on. This flow leads to the individual throttles, the Inlet throttle 3 and outlet throttle 10, to a defined Pressure drop. The inlet throttle 3 and the outlet throttle 10 are dimensioned so that the pressure in the control room 4 decreased.
  • This version with a known 2/2-way valve has the disadvantage that the opening and closing processes of the injection valve by the design of the inlet and Flow restrictors are independent only within very narrow limits be influenced.
  • the conventional one Execution of the injection valve with a servo valve 12 in the form of a 3/2-way valve, the inlet via the inlet throttle 3, the servo valve 12 and the flow restrictor 10 for Control room 4.
  • the discharge leads via the discharge throttle 10 and the servo valve 12 to the return 14.
  • the control room is at a closed injection valve 4 via the inlet throttle 3, the servo valve 12 and the Drain throttle 10 in connection with the high pressure bore 1.
  • the pressure in the control room 4 can without influence of the inlet throttle 3 on the Remove drain throttle 10. In principle, this is faster Opening of the injection valve is possible than with the 2/2-way valve. After closing the drain on the 3/2-way valve builds itself over the inlet throttle 3 and the outlet throttle 10 in Control room 4 again the system pressure.
  • FIG. 3 is an injection valve with the invention 3/2-way valve shown as servo valve 12.
  • servo valve 12 The same reference numerals as in Figs. 1 and 2 denote same or similar elements.
  • the in the embodiment of FIG. 3 from the high pressure bore 1 branching inlet hole 2 leads to a Space 20 in the injector body 5, via the inlet throttle 3 with the control room 4 at the rear end of the nozzle body 6 communicates.
  • the room 20, which is part or extension the inlet hole 2 can be viewed is in Injection valve body 5 arranged opposite the control chamber 4 and connected to it only by the inlet throttle 3.
  • the room 20 in turn expands on that of Nozzle body 6 facing away from a valve chamber 22, the with renewed narrowing into a bore 30, the one hand represents a guide for the plunger 16 of the actuator 18 and on the other hand the unpressurized fuel return 14 includes.
  • valve chamber 22 The expansion of the valve chamber 22 on the part of Room 20 is as a stop 24 for the bottom of one in the Valve chamber 22 formed valve body 26 is formed.
  • the valve chamber 22 On the opposite side, that is, at the transition to Bore 30, the valve chamber 22 has a valve seat 28 on to which the top of the valve body 26 to abut can come.
  • Bypassing room 20 leads from control room 4 the drain hole 9 with the drain throttle 10 directly to the valve chamber 22.
  • the servo valve according to the invention thus consists of the space 20 in the inlet bore 2 and the adjoining one Valve chamber 22 with the stop 24 and the valve seat 28 for the valve body 26.
  • the valve body 26 sealing by the system pressure in the space 20 pressed against the valve seat 28. This is the hole 30 closed and the connection to the return 14 interrupted.
  • the nozzle body 6 is the pressure in the control room 4, which is also essentially equal to the system pressure, pressed down and thus the nozzle needle into the nozzle needle seat, so that the injection holes 7 are closed.
  • valve body 26 To actuate the valve, the actuator 18 on the Ram 16 exerted a force.
  • the plunger 16 thus presses the Valve body 26 away from the valve seat 28 and sealing on the Stop 24. This is the connection from the valve chamber 22 to bore 30 with the return 14 opened and the connection interrupted between the space 20 and the valve chamber 22.
  • the valve lift ⁇ h of the valve body 26 is there very low, it is around 20 to 40 ⁇ m.
  • the pending in control room 4 under system pressure Fuel can thus via the drain hole 9, the drain throttle 10, the valve chamber 22 and the bore 30 drain. This reduces the pressure in the control room 4.
  • the pressure reduction In the control room 4, the inlet throttle 3 and the flow restrictor 10 determines. About the throttle ratio the smallest quantity capability and the minimum opening pressure the injector.
  • valve body 26 After the actuation of the actuator 5 has been completed the system pressure still present in the room 20 the valve body 26 again in the valve seat 28, the valve body 26 stands out from the stop 24. That is the connection restored between space 20 and valve chamber 22 and the return 14 to the hole 30 is interrupted.
  • Valve spring (not shown) can be provided which on the Valve body 26 exerts a force towards the valve seat 28.
  • the restored connection between the room 20 and the valve chamber 22 causes the control chamber 4 both via the inlet throttle 3 and the valve chamber 22, the flow restrictor 10 and the drain hole 9 again with Fuel is filled.
  • the pressure in the control room 4 thus increases quickly back to the system pressure.
  • the pressure in the control room 4 leads to a force in the direction on the nozzle body 6 to the seat of the nozzle needle, which the nozzle needle again in their Presses the seat and ends the injection process.
  • the speed at which the injector opens and closes is directly influenced by the speed, with which the pressure in the control room 4 goes off and on again is built up.
  • the closing process should be as possible happen quickly, which is why with the present Execution of the injection valve during the closing process
  • Fuel supply to the control room 4 also via the valve chamber 22 and the flow restrictor 10 takes place.
  • the effective flow cross section for the fuel during the closing process from the additive cross sections of inlet throttle 3 and outlet throttle 10 formed, so that the pressure build-up very going on quickly.
  • the valve body 26 is preferably in the form of a Partial ball 261 formed on the center of the cut surface 262 a guide pin 263 is attached.
  • the partial ball 261 is arranged in the valve chamber 22, the partial spherical surface of the partial ball the valve seat 28 is assigned.
  • the guide pin 263 is in a connecting bore introduced that the valve chamber 22 with the Room 20 connects. In this way, the guide pin adjusts 263 the partial ball 261 centered and symmetrical to the valve seat 28. This prevents the partial ball 261 from tilting.
  • the partial spherical shape of the partial sphere 261 offers the advantage that the valve chamber 22 is well adapted to the shape of the partial sphere and thus the volume of the valve chamber 22, that is not filled by the valve body 26 is small.
  • the dead volume is reduced and thus a exact switching behavior of the servo valve achieved.
  • the partial spherical shape has the advantage that the lower, plane Cutting surface 262, which is formed annularly around the guide pin is, seals the space 20 when the actuator 18 Valve body 26 with the flat cutting surface 262 on the stop 24 presses. In this way the outflow of fuel reduced from room 20. So that is the power loss of the injection system limited.
  • valve chamber 212 is preferably cylindrical formed, the cylindrical shape conical in the Hole 30 merges.
  • the conical transition area represents the Valve seat 30.

Abstract

Das Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine weist einen Steuerraum (4) auf, der über eine Zulaufbohrung (2) mit einem Raum (20) und eine Zulaufdrossel (3) mit einem Hochdruckspeicher in Verbindung steht und der über eine Ablaufdrossel (10) in einer Ablaufbohrung (9) und über die Ventilkammer (22) des Servoventils (12) mit einem drucklosen Rücklauf (14) zu einem Kraftstofftank in Verbindung gebracht werden kann. Der im Steuerraum (4) herrschende Druck wirkt auf einen beweglichen Düsenkörper (6) ein, der mit einer Düsennadel versehen ist, die bei der Bewegung des Düsenkörpers (6) Einspritzlöcher (7) freigibt und verschließt. Das Servoventil (12) umfaßt einen beweglichen Ventilkörper (26), der von einem Aktor (18) betätigt wird und der selektiv an einem Anschlag (24) zwischen dem Raum (20) und der Ventilkammer (22) oder an einem Ventilsitz (28) zwischen der Ventilkammer (22) und dem Rücklauf (14) zur Anlage kommen kann. Wenn der Ventilkörper (26) am Ventilsitz (28) anliegt, kann der Kraftstoff zum Schließen des Einspritzventils über die Zulaufdrossel (3) und außerdem über die Ventilkammer (22) des Servoventils und die Ablaufdrossel (10) in den Steuerraum (4) strömen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Servoventil der aus der EP-A-0 192 241 bekannten Art. Ein solches Servoventil dient allgemein zur Steuerung von Fluidströmen. Im vorliegenden Fall soll das Servoventil bei Kraftstoffeinspritzventilen für Verbrennungskraftmaschinen angewendet werden.
Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme (für Dieselmotoren) und HPDI-Einspritzsysteme (für Ottomotoren) bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern des Motors gemeinsamen Druckspeicher befördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird in der Regel elektromagnetisch gesteuert.
Die Einspritzventile sind bei solchen Systemen oft mit Servoventilen versehen, die hydraulisch das Öffnen und Schließen der Düsennadel des Einspritzventils steuern, das heißt insbesondere den Beginn und das Ende des Einspritzvorganges zeitlich festlegen. Das Servoventil beeinflußt dazu in Verbindung mit Steuerdrosseln vor allem die Geschwindigkeit, mit der das Einspritzventil öffnet und schließt.
Aus verbrennungstechnischen Gründen soll die Geschwindigkeit, mit der das Einspritzventil öffnet, verschieden sein von der Geschwindigkeit, mit der das Einspritzventil schließt. Das Einspritzventil soll z. B. bei Common-Rail-Systemen für Dieselmotoren zu Beginn der Einspritzung für eine bessere Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft kontrolliert langsam öffnen. Dagegen muß das Einspritzventil am Ende des Einspritzvorganges schnell schließen, um eine Rußbildung zu verhindern. Auch soll die Einspritzung kleinster Kraftstoffmengen zur Voreinspritzung (Piloteinspritzung) vor der eigentlichen Einspritzung möglich sein, mit der sich der Verbrennungsprozeß optimieren läßt.
Servoventile für Common-Rail-Systeme gibt es bisher im wesentlichen in zwei Ausführungen, die sich grundsätzlich in eine der beiden Arten 2/2-Wegeventil und 3/2-Wegeventil einordnen lassen.
Die Ausführung als 2/2-Wegeventil mit einer Zulaufdrossel und einer Ablaufdrossel hat jedoch den Nachteil, daß sich die Öffnungs- und Schließvorgänge des Einspritzventils durch die Ausgestaltung der Zulauf- und Ablaufdrosseln nur innerhalb sehr enger Grenzen unabhängig beeinflussen lassen.
Die Ausführung des Einspritzventils mit einem Servoventil in der Form eines 3/2-Wegeventils, bei dem der Zulauf über eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel erfolgt, ermöglicht prinzipiell ein schnelleres Öffnen des Einspritzventils als beim 2/2-Wegeventil. Weiterhin kann durch die Auslegung der Zulaufdrossel auch der Schließvorgang des Einspritzventils verlangsamt werden. Bei Einspritzventilen für Verbrennungsmotoren möchte man im Gegensatz dazu jedoch in der Regel das Öffnen des Einspritzventils verlangsamen, während das Schließen schnell vor sich gehen soll.
Aus der eingangs genannten EP-A-0 192 241 ist ein Servoventil zur Steuerung von Fluidströmen bekannt, bei dem der in einer ersten Fluidkammer auf den Ventilkörper des Servoventils ausgeübte Druck das Öffnen und Schließen des Servoventils bewirkt. Die Betätigung des Servoventils hat das Öffnen bzw. Schließen eines separaten Fluidkanals zur Folge.
Der Fluidkanal führt bei der bekannten Anordnung von einem Hauptzylinder, der Druck auf das Fluid ausübt, zu Nebenzylindern, die durch das unter Druck stehende Fluid betätigt werden. Mit anderen Worten stellt der Hauptzylinder bei dieser Anordnung den Hauptbremszylinder eines Kraftfahrzeugs dar, und die Nebenzylinder sind die Radbremszylinder. Das bekannte Servoventil ist für ein Antiblockiersystem vorgesehen, und der Fluidkanal soll in rascher Folge verzögerungsfrei geöffnet und geschlossen werden.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, das Servoventil so auszugestalten, daß sich auf relativ einfache Weise die Öffnungs- und Schließvorgänge eines Einspritzventils unabhängig voneinander beeinflussen lassen. Auch soll es möglich sein, zur Piloteinspritzung kleinste Kraftstoffmengen kontrolliert einzuspritzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Servoventilanordnung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Servoventilanordnung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Servoventil, das ein Art 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Düsennadel insbesondere eines Common-Rail-Injektors darstellt, vereinigt hinsichtlich des definierten Ventilhubs und der Steuerung der Öffnungsflanken des Düsennadelhubes über Zu- und Ablaufdrossel die Vorzüge des bekannten 3/2-Wegeventils mit denen des bekannten 2/2-Wegeventils. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Servoventils liegt in der in beiden Richtungen durchflossenen Ablaufdrossel. Beim Öffnen des Einspritzventils wird die Ablaufdrossel in Richtung Servoventil, während des Schließvorganges in Richtung Steuerraum durchflossen. Aufgrund des größeren Strömungsquerschnittes (aus Zu- und Ablaufdrossel), über den der Steuerraum gefüllt und der Druckaufbau bewerkstelligt wird, schließt das Einspritzventil schnell. Das heißt, daß die für die optimale Verbrennung im Motor wichtige steile Schließflanke des Düsennadelhubes erhalten wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Servoventils ist der geringe Hub des Ventilkörpers des Servoventils, der im Bereich von 20 bis 40 µm liegen kann. Dies trägt zur schnellen Schließbewegung der Düsennadel ebenfalls bei.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
schematisch ein herkömmliches Einspritzventil mit einem 2/2-Wegeventil als Servoventil;
Fig. 2
schematisch ein herkömmliches Einspritzventil mit einem 3/2-Wegeventil als Servoventil; und
Fig. 3
ein Einspritzventil mit dem erfindungsgemäßen Servoventil.
Anhand der Fig. 1 und 2 werden zuerst die beiden bekannten Arten von Einspritzventilen mit Servoventilen näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Einspritzventil mit einem 2/2-Wegeventil als Servoventil und die Fig. 2 ein herkömmliches Einspritzventil mit einem 3/2-Wegeventil als Servoventil.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wird bei beiden Ausführungen der Kraftstoff mit Systemdruck von einem Hochdruckspeicher (nicht gezeigt) über eine Hochdruckbohrung 1 und eine Zulaufbohrung 2 mit einer Zulaufdrossel 3 zu einem Steuerraum 4 im Einspritzventilkörper 5 geführt. Im Steuerraum 4 wirkt der dort herrschende Druck auf das hintere Ende eines axial beweglichen Düsenkörpers 6 mit einer Düsennadel an seinem vorderen Ende, die bei der Bewegung des Düsenkörpers 6 Einspritzlöcher 7 im Einspritzventilkörper 5 öffnet und schließt, die zum Brennraum des Verbrennungsmotors führen. Die Einspritzlöcher 7 stehen bei geöffnetem Einspritzventil mit einer Düsenkammer 8 in Verbindung, die am vorderen Ende des Düsenkörpers 6 im Einspritzventilkörper 5 ausgebildet ist und die ihrerseits mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist. Wenn sowohl im Steuerraum 4 als auch in der Düsenkammer 8 der volle Systemdruck anliegt, wird der Düsenkörper 6 aufgrund der größeren Wirkfläche im Steuerraum 4 nach unten gedrückt und verschließt die Einspritzlöcher 7.
Bei der Ausführung des herkömmlichen Einspritzventils nach Fig. 1 führt im Steuerraum 4 eine Bohrung 9 im Einspritzventilkörper 5 mit einer Ablaufdrossel 10 zu einem in den Einspritzventilkörper 5 integrierten Servoventil 12 in der Form eines 2/2-Wegeventils. Vom Servoventil 12 geht ein druckloser Kraftstoff-Rücklauf 14 zum Kraftstofftank ab. Das Servoventil 12 wird über einen Stößel 16 von einem elektromagnetischen und/oder piezoelektrischen Aktor 18 angesteuert und betätigt.
Das Servoventil 12 hat die Aufgabe, den Druck zu steuern, der im Steuerraum 4 zum Schließen und Öffnen des Einspritzventils auf den beweglichen Düsenkörper 6 ausgeübt wird.
Ist das Servoventil 12 geschlossen, steht im Steuerraum 4 im wesentlichen der volle Systemdruck an, so daß die Düsennadel am vorderen Ende des Düsenkörpers 6 die Einspritzlöcher 7 verschließt, die in den Verbrennungsraum führen. Wird der Aktor 18 elektrisch angesteuert, übt der Stößel 16 eine Kraft auf das federbelastete Servoventil 12 aus. Als Folge davon öffnet sich das Servoventil 12. Bei offenem Servoventil 12 stellt sich zwischen Hochdruckspeicher, Steuerraum 4, Servoventil 12 und Rücklauf 14 eine stationäre Strömung ein. Diese Strömung führt an den einzelnen Drosseln, der Zulaufdrossel 3 und der Ablaufdrossel 10, zu einem definierten Druckabfall. Die Zulaufdrossel 3 und die Ablaufdrossel 10 sind so bemessen, daß sich dabei der Druck im Steuerraum 4 verringert. Dadurch nimmt die im Steuerraum 4 auf den Düsenkörper 6 wirkende Kraft ab, während der Druck in der Düsenkammer 8 gleich dem Systemdruck bleibt, so daß sich das Einspritzventil hydraulisch durch die in der Düsenkammer 8 auf den Düsenkörper 6 ausgeübte Kraft öffnet. Dadurch wird die Verbindung der Düsenkammer 8 mit den Einspritzlöchern 7 hergestellt und der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt.
Diese Ausführung mit einem bekannten 2/2-Wegeventil hat den Nachteil, daß sich die Öffnungs- und Schließvorgänge des Einspritzventils durch die Ausgestaltung der Zulauf- und Ablaufdrosseln nur innerhalb sehr enger Grenzen unabhängig beeinflussen lassen.
Wie in der Fig. 2 gezeigt, führt bei der herkömmlichen Ausführung des Einspritzventils mit einem Servoventil 12 in der Form eines 3/2-Wegeventils der Zulauf über die Zulaufdrossel 3, das Servoventil 12 und die Ablaufdrossel 10 zum Steuerraum 4. Der Ablauf führt über die Ablaufdrossel 10 und das Servoventil 12 zum Rücklauf 14.
Bei geschlossenem Einspritzventil steht der Steuerraum 4 über die Zulaufdrossel 3, das Servoventil 12 und die Ablaufdrossel 10 mit der Hochdruckbohrung 1 in Verbindung. Übt bei einer Ansteuerung des Aktors 18 der Stößel 16 eine Kraft auf das Servoventil 12 aus, schließt dieses die Verbindung zur Hochdruckbohrung 1 und stellt zwischen Steuerraum 4 und Rücklauf 14 eine Verbindung her. Mit dieser Anordnung läßt sich somit der Steuerraum 4 bei geöffnetem Servoventil 12 vollständig vom Systemdruck abkoppeln. Der Druck im Steuerraum 4 kann sich ohne Einfluß der Zulaufdrossel 3 über die Ablaufdrossel 10 abbauen. Damit ist prinzipiell ein schnelleres Öffnen des Einspritzventils als beim 2/2-Wegeventil möglich. Nach dem Schließen des Ablaufs am 3/2-Wegeventil baut sich über die Zulaufdrossel 3 und die Ablaufdrossel 10 im Steuerraum 4 wieder der Systemdruck auf.
Damit hat man die Möglichkeit, mit der Zulaufdrossel 3 den Schließvorgang des Einspritzventils zu verlangsamen. Bei Einspritzventilen für Verbrennungsmotoren möchte man im Gegensatz dazu jedoch in der Regel das Öffnen des Einspritzventils verlangsamen, während das Schließen schnell vor sich gehen soll.
In der Fig. 3 ist ein Einspritzventil mit dem erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventil als Servoventil 12 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnen dabei gleiche oder ähnliche Elemente.
Die bei der Ausführungsform der Fig. 3 von der Hochdruckbohrung 1 abzweigende Zulaufbohrung 2 führt zu einem Raum 20 im Einspritzventilkörper 5, der über die Zulaufdrossel 3 mit dem Steuerraum 4 am hinteren Ende des Düsenkörpers 6 in Verbindung steht. Der Raum 20, der als Teil oder Erweiterung der Zulaufbohrung 2 betrachtet werden kann, ist im Einspritzventilkörper 5 gegenüber dem Steuerraum 4 angeordnet und mit diesem nur durch die Zulaufdrossel 3 verbunden.
Der Raum 20 erweitert sich seinerseits auf der vom Düsenkörper 6 abgewandten Seite zu einer Ventilkammer 22, die unter erneuter Verengung in eine Bohrung 30 übergeht, die einerseits eine Führung für den Stößel 16 des Aktors 18 darstellt und andererseits den drucklosen Kraftstoff-Rücklauf 14 beinhaltet.
Die Erweiterung der Ventilkammer 22 auf Seiten des Raumes 20 ist als Anschlag 24 für die Unterseite eines in die Ventilkammer 22 eingesetzten Ventilkörpers 26 ausgebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite, das heißt am Übergang zur Bohrung 30, weist die Ventilkammer 22 einen Ventilsitz 28 auf, an der die Oberseite des Ventilkörpers 26 zur Anlage kommen kann.
Vom Steuerraum 4 führt unter Umgehung des Raumes 20 die Ablaufbohrung 9 mit der Ablaufdrossel 10 direkt zur Ventilkammer 22.
Das erfindungsgemäße Servoventil besteht somit aus dem Raum 20 in der Zulaufbohrung 2 sowie der daran anschließenden Ventilkammer 22 mit dem Anschlag 24 und dem Ventilsitz 28 für den Ventilkörper 26.
Im Ausgangszustand, bei nicht betätigtem Ventil, wird der Ventilkörper 26 durch den Systemdruck im Raum 20 abdichtend gegen den Ventilsitz 28 gedrückt. Dadurch ist die Bohrung 30 verschlossen und die Verbindung zum Rücklauf 14 unterbrochen. Der Düsenkörper 6 wird vom Druck im Steuerraum 4, der ebenfalls im wesentlichen gleich dem Systemdruck ist, nach unten gedrückt und damit die Düsennadel in den Düsennadelsitz, so daß die Einspritzlöcher 7 verschlossen sind.
Zur Betätigung des Ventils wird vom Aktor 18 auf den Stößel 16 eine Kraft ausgeübt. Der Stößel 16 drückt damit den Ventilkörper 26 vom Ventilsitz 28 weg und abdichtend auf den Anschlag 24. Damit wird die Verbindung von der Ventilkammer 22 zur Bohrung 30 mit dem Rücklauf 14 geöffnet und die Verbindung zwischen dem Raum 20 und der Ventilkammer 22 unterbrochen. Der Ventilhub Δh des Ventilkörpers 26 ist dabei sehr gering, er liegt bei etwa 20 bis 40 µm.
Der im Steuerraum 4 unter Systemdruck anstehende Kraftstoff kann somit über die Ablaufbohrung 9, die Ablaufdrossel 10, die Ventilkammer 22 und die Bohrung 30 abfließen. Dadurch verringert sich der Druck im Steuerraum 4. Der Druckabbau im Steuerraum 4 wird dabei von der Zulaufdrossel 3 und der Ablaufdrossel 10 bestimmt. Über das Drosselverhältnis läßt sich die Kleinstmengenfähigkeit und der Mindestöffnungsdruck des Einspritzventils festlegen.
Durch den Druckabbau im Steuerraum 4 wird der Düsenkörper 6 entlastet, so daß der in der Düsenkammer 8 anstehende Druck die Düsennadel von ihrem Sitz abhebt und die Verbindung zu den Einspritzlöchern 7 freigibt. Damit beginnt der Einspritzvorgang.
Nach Beendigung der Ansteuerung des Aktors 5 preßt der im Raum 20 nach wie vor anstehende Systemdruck den Ventilkörper 26 wieder in den Ventilsitz 28, wobei der Ventilkörper 26 vom Anschlag 24 abhebt. Damit ist die Verbindung zwischen Raum 20 und Ventilkammer 22 wiederhergestellt und der Rücklauf 14 zur Bohrung 30 unterbrochen. Zur Unterstützung des Ventilschließvorgangs kann am Ventilkörper 26 eine (nicht gezeigte) Ventilfeder vorgesehen sein, die auf den Ventilkörper 26 eine Kraft in Richtung zum Ventilsitz 28 ausübt.
Die wiederhergestellte Verbindung zwischen dem Raum 20 und der Ventilkammer 22 bewirkt, daß der Steuerraum 4 sowohl über die Zulaufdrossel 3 als auch die Ventilkammer 22, die Ablaufdrossel 10 und die Ablaufbohrung 9 wieder mit Kraftstoff befüllt wird. Der Druck im Steuerraum 4 steigt damit schnell wieder auf den Systemdruck an. Der Druck im Steuerraum 4 führt am Düsenkörper 6 zu einer Kraft in Richtung zum Sitz der Düsennadel, die die Düsennadel wieder in ihren Sitz drückt und den Einspritzvorgang beendet.
Die Geschwindigkeit, mit der das Einspritzventil öffnet und schließt, wird direkt durch die Geschwindigkeit beeinflußt, mit der der Druck im Steuerraum 4 ab- und wieder aufgebaut wird. Der Schließvorgang soll in der Regel möglichst schnell vor sich gehen, weshalb bei der vorliegenden Ausführung des Einspritzventils beim Schließvorgang die Kraftstoffzufuhr zum Steuerraum 4 auch über die Ventilkammer 22 und die Ablaufdrossel 10 erfolgt. Der effektive Strömungsquerschnitt für den Kraftstoff beim Schließvorgang wird somit aus den sich addierenden Querschnitten von Zulaufdrossel 3 und Ablaufdrossel 10 gebildet, so daß der Druckaufbau sehr schnell vor sich geht.
Der Ventilkörper 26 ist vorzugsweise in Form einer Teilkugel 261 ausgebildet, an der mittig zur Schnittfläche 262 ein Führungszapfen 263 angebracht ist.
Die Teilkugel 261 ist in der Ventilkammer 22 angeordnet, wobei die Teilkugelfläche der Teilkugel dem Ventilsitz 28 zugeordnet ist. Der Führungszapfen 263 ist in eine Verbindungsbohrung eingebracht, die die Ventilkammer 22 mit dem Raum 20 verbindet. Auf diese Weise justiert der Führungszapfen 263 die Teilkugel 261 mittig und symmetrisch zum Ventilsitz 28. Ein Verkanten der Teilkugel 261 wird dadurch verhindert. Die Teilkugelform der Teilkugel 261 bietet den Vorteil, daß die Ventilkammer 22 gut an die Form der Teilkugel angepaßt werden kann und somit das Volumen der Ventilkammer 22, das nicht vom Ventilkörper 26 ausgefüllt wird, klein ist.
Dadurch wird das Totvolumen reduziert und damit ein exaktes Schaltverhalten des Servoventils erreicht. Zudem bietet die Teilkugelform den Vorteil, daß die untere, plane Schnittfläche 262, die ringförmig um den Führungszapfen ausgebildet ist, den Raum 20 abdichtet, wenn der Aktor 18 den Ventilkörper 26 mit der planen Schnittfläche 262 auf den Anschlag 24 drückt. Auf diese Weise wird der Abfluß von Kraftstoff aus dem Raum 20 reduziert. Damit wird die Verlustleistung des Einspritzsystems begrenzt.
Weiterhin weist die Teilkugelform des Schließgliedes 26 einen geringen Strömungswiderstand für den Kraftstoff auf, der von der Ablaufdrossel 10 seitlich in die Ventilkammer 22 einströmt und über die Bohrung 30 abfließt. Dies ermöglicht eine genaue Anpassung der Ventilkammer 22 an den Ventilkörper 26, so daß ein geringes Totvolumen in der Ventilkammer 22 erhalten wird. vorzugsweise ist die Ventilkammer 212 zylinderförmig ausgebildet, wobei die Zylinderform konisch in die Bohrung 30 übergeht. Der konische Übergangsbereich stellt den Ventilsitz 30 dar.

Claims (5)

  1. Servoventil für ein Einspritzventil für die Einspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Steuerraum (4), der über eine Zulaufdrossel (3) mit einem Raum (20) und über eine Zulaufbohrung (2) mit einem Kraftstoffzulauf in Verbindung steht, und der über eine Ablaufdrossel (10) und über die Ventilkammer (22) des Servoventils (12) mit einem drucklosen Rücklauf (14) in Verbindung gebracht werden kann, wobei der im Steuerraum (4) herrschende Druck auf einen beweglichen Düsenkörper (6) wirkt, der mit einer Düsennadel in Wirkverbindung steht, die bei der Bewegung des Düsenkörpers (6) Einspritzlöcher (7) freigibt oder verschließt, wobei das Servoventil (12) einen beweglichen Ventilkörper (26) aufweist, der von einem Aktor (18) betätigt wird und der selektiv an einem Anschlag (24) zwischen dem Raum (20) und der Ventilkammer (22) oder an einem Ventilsitz (28) zwischen der Ventilkammer (22) und dem Rücklauf (14) abdichtend zur Anlage kommen kann, wobei, wenn der Ventilkörper (26) am Ventilsitz (28) anliegt, der Kraftstoff über die Zulaufdrossel (3) und über die Ventilkammer (22) und die Ablaufdrossel (10) in den Steuerraum (4) strömt.
  2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (20) im Einspritzventilkörper (5) gegenüber dem Steuerraum (4) angeordnet und mit diesem durch die Zulaufdrossel (3) verbunden ist.
  3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (26) des Servoventils in Richtung des Ventilsitzes (28) federbelastet ist.
  4. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Ventilkörper (26) teilkugelförmig ausgebildet ist,
    daß die teilkugelförmige Fläche des Ventilkörpers (26) dem Ventilsitz (28) zugeordnet ist,
    daß das Schließglied (26) einen Führungszapfen (262) aufweist, der in der Verbindungsbohrung angeordnet ist, die die Ventilkammer (22) mit dem Raum (20) verbindet.
  5. Einspritzventil mit einem Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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