EP1030966B1 - Kraftstoff-einspritzventil für hochdruck-einspritzung mit verbesserter steuerung der kraftstoffzufuhr - Google Patents

Kraftstoff-einspritzventil für hochdruck-einspritzung mit verbesserter steuerung der kraftstoffzufuhr Download PDF

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valve
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    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for high-pressure injection of fuel from a high pressure accumulator into a combustion chamber Internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the control chamber is relieved, whereby the pressure on the pressure surfaces of the Valve member of the injection valve is sufficient that it is in the open Position, that is the injection position, can be brought during which the injection takes place. Will this now through the solenoid valve Throttle closed again, so there is an increase in pressure in the control room, which has the consequence that the valve member again in the closed position brought.
  • the fuel injector also has one of the Electromagnet of the solenoid valve leading to the discharge line which the fuel cutoff amount at the mentioned throttle to one Relief space can drain.
  • the throttle which is controllable by means of the solenoid valve and which seals the side of the fuel injector to the relief line or opens and connects the control room, has two cylindrical channel sections.
  • the first channel section which represents the actual throttle cross section, is in terms of its diameter long and flows into the cross section second cylindrical section, which has a considerably larger cross section has and the connection of the actual thin long throttle channel section with the control room.
  • the object of the invention is therefore a fuel injection valve to create its throttle between the solenoid valve and the control chamber low manufacturing costs and low flow losses can be produced.
  • Internal combustion engine in particular a diesel engine, has a solenoid valve, by means of which the fuel pressure in a control room via a throttle, which have at least one channel walls Throttle channel section has, relieved, which is the injection position of the Fuel injector corresponds, or is mountable, to what the closed position of the fuel injection valve or the non-injection position.
  • the throttle channel section is substantially aperture-shaped educated.
  • the throttle channel section as a throttle diaphragm is aware of the formation of the flow in the throttle channel cross section Influenced by the actual throttle channel section so is briefly stated that its effect resembles an aperture, at which when flowing through the channel sections upstream of the orifice and the fuel injectors downstream of the orifice from the Flow is essentially not touched on the channel walls. On the one hand, this creates a lower flow resistance, so that can significantly improve the control behavior of the fuel injector. On the other hand, this eliminates the fact that the throttle channel cross-section acts as an aperture is trained, the elaborate surface finishing in the other relatively narrow flow channels. This can reduce manufacturing costs be reduced. It also affects the impact of manufacturing accuracy reduced to the flow behavior in such a throttle, because the flow through the immediate throttle area essentially regardless of the surface design of the other duct walls Throttle is.
  • the throttle channel section has such an l / d ratio, that cavitation occurs intentionally. Also through a special geometric education, in particular a short length, is according to this embodiment achieved that the flow when flowing through the actual Throttle channel section essentially not on the channel walls creates, whereby the flow losses are reduced.
  • the throttle channel section has an l / d ratio in the range from 1.0 to 1.5.
  • l / d ratios in the range from 1.0 to 1.5.
  • the length of the throttle channel section is thus with regard to its diameter significantly reduced, resulting in greatly reduced l / d ratios be achieved.
  • the throttle passage section takes the form of a throttle orifice.
  • a rounded towards the control room Area which is in particular HE-rounded.
  • the beam constriction reduces what furthermore the flow losses when flowing through the actual throttle cross-section or the throttle diaphragm is reduced.
  • the throttle is preferably provided with a first throttle channel, which means a closing element of the solenoid valve is closable, and a second Provide throttle channel, which opens into the control room, the orifice-shaped throttle channel section or the throttle orifice between the with the first throttle channel and the second throttle channel axial alignment is arranged to each other.
  • a first throttle channel which means a closing element of the solenoid valve is closable
  • a second Provide throttle channel which opens into the control room, the orifice-shaped throttle channel section or the throttle orifice between the with the first throttle channel and the second throttle channel axial alignment is arranged to each other.
  • the throttle channels are designed so that the flow losses are relatively low are held, and is the diaphragm-shaped throttle channel section between the two throttle channels so short that it has the shape of a throttle orifice receives.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a fuel injection valve for high pressure injection of fuel with an integrated solenoid valve 2 shown.
  • the valve size 17 of the fuel injection valve 1 is one Nozzle needle 11 with a conical sealing surface known per se, which in Closing state comes to rest on a conical valve seat. Of Injection bores go out of this valve seat, which are the actual nozzle 13 in the nozzle body 12.
  • the nozzle needle 11 is replaced by a Compression spring 16 acted on the valve seat in the closing direction.
  • the Nozzle needle 11 also has a pressure shoulder 15, in its Area in the nozzle body 12, a pressure chamber 14 is provided, which with a high-pressure feed line 26 is connected via which of a high-pressure connection 18 in the form of a pressure nozzle with fuel High pressure, preferably with a pressure of 120 MPa in the pressure chamber 14 is supplied. If the corresponding high pressure in the pressure chamber 14 is applied, it acts on the pressure shoulder 15 and thus generates an axial Direction of the nozzle needle 11 acting force, which with appropriate Control of the solenoid valve 2 is sufficient to raise the nozzle needle 11 and to release the nozzle bores of the nozzle 13 in the nozzle body 12. This causes fuel to enter the combustion chamber of the internal combustion engine injected.
  • control room 3 points an inlet with a high-pressure throttle from the high-pressure connection 18 19 and a sequence to a relief line 24 with the invention Throttle 4, which by a valve member 27 of the solenoid valve 2 is controlled.
  • the solenoid valve 2 has one in the closing direction acting spring 20 and a magnetic coil 22, which when excited Tighten the valve member 27, whereby the throttle 4 opens becomes.
  • an E-connection 23 is provided for the power supply of the solenoid valve 2.
  • the throttle 4 has a first throttle channel 8, which by means of a spherical closing element 9 is closable, which can be actuated by the solenoid valve 2 is a throttle channel section 5, which is designed in the form of an aperture, and a second throttle channel 10.
  • the transition of the throttle channel section 5 is designed as a rounded transition region 6 around a beam constriction counteract.
  • the second throttle duct 10 opens into the Control room 3, in which the valve lifter 25 is located, which by corresponding pressure in the control room 3 can be acted upon with fuel pressure is.
  • the solenoid valve-controlled throttle 4 is within the Valve housing 17 arranged.
  • the throttle channel section 5 is such a short length or a has such an l / d ratio that it acts as a throttle orifice, and that the transition area from this throttle channel section 5 into the second Throttle channel 10 is formed as a rounded transition region 6, and in that the geometric relationships of the individual throttle channels or throttle channel sections and the radii of the rounded transition area 6 can be coordinated, the formation of the flow through the throttle along all channel sections or throttle channels in Optimized with a view to optimal control of the fuel injection valve 1 become.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoff-Einspritzventil für eine Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff aus einem Hochdruck-Speicher in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors beschrieben. Das Kraftstoff-Einspritzventil weist ein Magnetventil auf, welches dazu dient, den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum (3) über eine Drossel (4) mit zumindest einem, durch Kanalwandungen definierten Drosselkanalabschnitt (5) zu entlasten (Einspritzposition) oder aufzubauen (Schließposition). Erfindungsgemäß ist der Drosselkanalabschnitt (5) im wesentlichen blendenförmig bzw. als Drosselblende ausgebildet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzventil für Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff aus einem Hochdruck-Speicher in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiges Kraftstoff-Einspritzventil ist in der DE 196 19 523 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Einspritzventil erfolgt die Steuerung der Einspritzung elektrohydraulisch, indem von dem Hochdruck-Speicher Kraftstoff unter Hochdruck einem Steuerraum zugeführt wird. Durch diesen Steuerdruck wird nun das Ventilglied des Kraftstoff-Einspritzventils in der Schließposition gehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß die mit dem Steuerdruck beaufschlagte Steuerungsfläche des Ventilgliedes größer ist als die beaufschlagte Fläche an der Schulter der Düsennadel am Kraftstoff-Einspritzventil. Der Steuerraum ist mit dem Hochdruck-Speicher permanent verbunden, und zwar gedrosselt, und ist über eine weitere Drossel mit einem Drosselkanalabschnitt entlastbar. Diese letztgenannte Drossel wird von einem Magnetventil gesteuert. Sobald das Magnetventil diese Drossel öffnet, wird der Steuerraum entlastet, wodurch der Druck an den Druckflächen des Ventilglieds des Einspritzventil ausreichend ist, daß es in die geöffnete Stellung, das heißt die Einspritzposition, gebracht werden kann, während welcher die Einspritzung erfolgt. Wird nun durch das Magnetventil diese Drossel wieder geschlossen, so erfolgt eine Drucksteigerung im Steuerraum, welche zur Folge hat, daß das Ventilglied wieder in die Schließposition gebracht wird. Das Kraftstoff-Einspritzventil weist des weiteren eine vom Elektromagneten des Magnetventils abführende Entlastungsleitung auf, über welche die Kraftstoff-Absteuermenge an der genannten Drossel zu einem Entlastungsraum abfließen kann.
Ein derartiger prinzipieller Aufbau ist auch in der EP 0 661 442 A1 beschrieben. Die Drossel, welche mittels des Magnetventils steuerbar ist und welche die Seite des Kraftstoff-Einspritzventils zur Entlastungsleitung abdichtet bzw. öffnet und den Steuerraum miteinander verbindet, weist zwei zylindrisch ausgebildete Kanalabschnitte auf. Der erste Kanalabschnitt, welcher den eigentlichen Drosselquerschnitt darstellt, ist bezüglich seines Durchmessers lang ausgebildet und mündet mit einem Querschnittsprung in den zweiten zylindrischen Abschnitt, welcher einen erheblich größeren Querschnitt aufweist und die Verbindung des eigentlichen dünnen langen Drosselkanalabschnitts mit dem Steuerraum herstellt.
Insbesondere bei den schlanken langen und dünnen Drosselkanalabschnitten hat die Strömung des Kraftstoffes ausreichend Zeit, sich so auszubilden, daß der Kraftstoff sich an die Kanalwandungen anlegt. Bei diesen derartig engen Drosselkanal-Querschnitten ist dies jedoch mit nicht unerheblichen Strömungsverlusten verbunden. Zur Reduzierung der Strömungsverluste wurde der Weg beschritten, die Kanalwandungen dieser Drosselkanal-Querschnitte zu läppen, um deren Rauhigkeit zu reduzieren. Dies stellt jedoch einen hohen technologischen Aufwand dar, welcher mit hohen Fertigungskosten verbunden ist. Insbesondere bei sehr engen Drosselkanal-Querschnitten stößt eine derartige Oberflächen-Feinstbearbeitung unter Berücksichtigung vernünftiger Kosten an die Grenzen der technischen Durchführbarkeit.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Kraftstoff-Einspritzventil zu schaffen, dessen Drossel zwischen Magnetventil und Steuerraum mit geringem fertigungstechnischen Aufwand und geringen Strömungsverlusten herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoff-Einspritzventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzventil für die Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff aus einem Hochdruck-Speicher in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, und zwar insbesondere eines Dieselmotors, weist ein Magnetventil auf, mittels welchem der Kraftstoffdruck in einem Steuerraum über eine Drossel, welche zumindest einen Kanalwandungen aufweisenden Drosselkanalabschnitt aufweist, entlastbar, was der Einspritzposition des Kraftstoff-Einspritzventils entspricht, oder aufbaubar ist, was der Schließposition des Kraftstoff-Einspritzventils bzw. der Nichteinspritzposition entspricht. Erfindungsgemäß ist der Drosselkanalabschnitt im wesentlichen blendenförmig ausgebildet. Indem der Drosselkanalabschnitt als Drosselblende ausgebildet ist, wird bewußt auf die Ausbildung der Strömung im Drosselkanalquerschnitt Einfluß genommen, indem der eigentliche Drosselkanalabschnitt so kurz ausgeführt ist, daß er in seiner Wirkung einer Blende gleicht, bei welcher beim Durchströmen die der Blende vorgeschalteten Kanalabschnitte und die der Blende nachgeschalteten Kraftstoff-Einspritzventile von der Strömung im wesentlichen an deren Kanalwandungen nicht berührt werden. Dadurch entsteht zum einen ein geringerer Strömungswiderstand, so daß sich das Steuerverhalten des Kraftstoff-Einspritzventils erheblich verbessern läßt. Zum anderen entfällt dadurch, daß der Drosselkanalquerschnitt als Blende ausgebildet ist, die aufwendige Oberflächen-Feinstbearbeitung in den ansonsten relativ engen Strömungskanälen. Dadurch können die Fertigungskosten reduziert werden. Außerdem wird dadurch der Einfluß der Fertigungsgenauigkeit auf das Strömungsverhalten in einer derartigen Drossel reduziert, da die Durchströmung des unmittelbaren Drosselbereiches im wesentlichen unabhängig von der Oberflächengestaltung der übrigen Kanalwandungen der Drossel ist.
Erfindungsgemäß weist der Drosselkanalabschnitt ein solches l/d-Verhältnis auf, daß Kavitation gewollt auftritt. Auch über eine spezielle geometrische Ausbildung, insbesondere eine kurze Länge, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel erreicht, daß sich die Strömung beim Durchströmen des eigentlichen Drosselkanalabschnitts im wesentlichen nicht an dessen Kanalwandungen anlegt, wodurch die Strömungsverluste reduziert werden.
Erfindungsgemäß weist der Drosselkanalabschnitt ein l/d-Verhältnis im Bereich von 1,0 bis 1,5 auf. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß insbesondere entsprechend theoretischer Untersuchungen bei l/d-Verhältnissen im Bereich von 2 bis 3 keine Kavitation vorhanden ist. Praktisch ist die Kavitation jedoch vorhanden, allerdings reduziert. Um den ursprünglichen Effekt beizubehalten, nämlich Kavitation bewußt einzusetzen, damit die Strömung sich nicht an die Kanalwandung anlegt, wird somit die Länge des Drosselkanalabschnitts im Hinblick auf seinen Durchmesser erheblich reduziert, wodurch stark reduzierte l/d-Verhältnisse erzielt werden. Insbesondere bei sehr kleinen l/d-Verhältnissen nimmt der Drosselkanalabschnitt die Form einer Drosselblende ein.
Um die Strömungsbedingungen innerhalb der Drossel weiter zielgerichtet zu beeinflussen, weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Drosselkanalabschnitt in einem Übergangsbereich mit Querschnittserweiterung in Richtung auf den Steuerraum einen abgerundeten Bereich auf, welcher insbesondere HE-gerundet ausgebildet ist. Durch die abgerundete Ausbildung des Übergangsbereichung wird die Strahleinschnürung reduziert, was des weiteren die Strömungsverluste beim Durchströmen des eigentlichen Drosselquerschnittes bzw. der Drosselblende reduziert.
Vorzugsweise ist die Drossel mit einem ersten Drosselkanal, welcher mittels eines Schließelements des Magnetventils verschließbar ist, und einem zweiten Drosselkanal versehen, welcher in den Steuerraum mündet, wobei der blendenförmige Drosselkanalabschnitt bzw. die Drosselblende zwischen dem ersten Drosselkanal und dem zweiten Drosselkanal mit im wesentlichen axialer Ausrichtung zueinander angeordnet ist. Dabei sind die Durchmesser der Drosselkanäle so ausgebildet, daß die Strömungsverluste relativ gering gehalten sind, und ist der blendenförmige Drosselkanalabschnitt zwischen den beiden Drosselkanälen so kurz ausgebildet, daß er die Form einer Drosselblende erhält.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine Querschnittsansicht eines Kraftstoff-Einspritzventils für Hochdruck-Einspritzung zur Erläuterung von dessen prinzipieller Funktionsweise; und
Fig. 2
eine vergrößerte Schnittansicht des Bereiches des Kraftstoff-Einspritzventils gemäß Fig. 1, in welchem die Drossel mit dem erfindungsgemäßen blendenförmigen Drosselkanalabschnitt angeordnet ist.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Kraftstoff-Einspritzventil für Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff mit einem darin integrierten Magnetventil 2 dargestellt. Die Ventilgröße 17 des Kraftstoff-Einspritzventils 1 ist eine Düsennadel 11 mit an sich bekannter konischer Dichtfläche, welche im Schließzustand zur Anlage an einem konischen Ventilsitz kommt. Von diesem Ventilsitz gehen Einspritzbohrungen ab, welche die eigentliche Düse 13 im Düsenkörper 12 darstellen. Die Düsennadel 11 wird durch eine Druckfeder 16 in Schließrichtung auf den Ventilsitz hin beaufschlagt. Die Düsennadel 11 weist des weiteren eine Druckschulter 15 auf, in deren Bereich im Düsenkörper 12 ein Druckraum 14 vorgesehen ist, welcher mit einer Hochdruck-Zulaufleitung 26 in Verbindung steht, über welche von einem Hochdruck-Anschluß 18 in Form eines Druckstutzens Kraftstoff mit Hochdruck, vorzugsweise mit einem Druck von 120 MPa dem Druckraum 14 zugeführt wird. Wenn der entsprechende Hochdruck im Druckraum 14 anliegt, wirkt er auf die Druckschulter 15 und erzeugt damit eine in axialer Richtung der Düsennadel 11 wirkende Kraft, welche bei entsprechender Steuerung des Magnetventils 2 ausreichend ist, die Düsennadel 11 anzuheben und die Düsenbohrungen der Düse 13 im Düsenkörper 12 freizugeben. Dadurch wird Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. In koaxialer Ausrichtung mit der Druckfeder 16 greift des weiteren an der Düsennadel 11 ein Ventilstößel 25 an, welcher in einem Einsetzteil 21 im Ventilgehäuse 17 des Kraftstoff-Einspritzventils 1 mit seiner Stirnseite einen Steuerraum 3 begrenzt. Dieser Steuerraum 3 weist vom Hochdruck-Anschluß 18 her einen Zulauf mit einer Hochdruck-Drossel 19 und einen Ablauf zu einer Entlastungsleitung 24 mit der erfindungsgemäßen Drossel 4 auf, welche durch ein Ventilglied 27 des Magnetventils 2 gesteuert wird.
In an sich bekannter Weise weist das Magnetventil 2 eine in Schließrichtung wirkende Feder 20 und eine Magnetspule 22 auf, welche bei Erregung ein Anziehen des Ventilglieds 27 bewirken, wodurch die Drossel 4 geöffnet wird. Im oberen Kopfbereich des Kraftstoff-Einspritzventils 1 ist des weiteren ein E-Anschluß 23 zur Stromversorgung des Magnetventils 2 vorgesehen.
Zur besseren Darstellung ist der Bereich der erfindungsgemäßen Drossel 4 in Fig. 2 als vergrößerte Schnittansicht dargestellt. Die Drossel 4 weist einen ersten Drosselkanal 8, welcher mittels eines kugelförmigen Schließelements 9 verschließbar ist, welches durch das Magnetventil 2 betätigbar ist, einen Drosselkanalabschnitt 5, welcher blendenförmig ausgebildet ist, und einen zweiten Drosselkanal 10 auf. Der Übergang des Drosselkanalabschnitts 5 ist dabei als gerundeter Übergangsbereich 6 ausgebildet, um einer Strahleinschnürung entgegenzuwirken. Der zweite Drosselkanal 10 mündet in den Steuerraum 3, in welchem sich der Ventilstößel 25 befindet, welcher durch entsprechenden Druck im Steuerraum 3 mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Die magnetventilgesteuerte erfindungsgemäße Drossel 4 ist innerhalb des Ventilgehäuses 17 angeordnet.
Dadurch, daß der Drosselkanalabschnitt 5 eine solche kurze Länge bzw. ein solches l/d-Verhältnis aufweist, daß er als Drosselblende wirkt, und dadurch, daß der Übergangsbereich von diesem Drosselkanalabschnitt 5 in den zweiten Drosselkanal 10 als abgerundeter Übergangsbereich 6 ausgebildet ist, und dadurch, daß die geometrischen Verhältnisse der einzelnen Drosselkanäle bzw. Drosselkanalabschnitte sowie der Radien des abgerundeten Übergangsbereiches 6 aufeinander abstimmbar sind, kann die Ausbildung der Strömung durch die Drossel längs sämtlicher Kanalabschnitte bzw. Drosselkanäle im Hinblick auf eine optimale Steuerung des Kraftstoff-Einspritzventils 1 optimiert werden.

Claims (3)

  1. Kraftstoffeinspritzventil (1) für Hochdruck-Einspritzung von Kraftstoff aus einem Hochdruck-Speicher in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, welches ein Magnetventil (2) aufweist, mittels welchem der Kraftstoffdruck in einem Steuerraum (3) übe eine Drossel (4) mit zumindest einem durch Kanalwandungen (6) definierten Drosselkanalabschnitt (5) entlastbar (Einspritzposition) oder aufbaubar (Schließposition) ist und der Drosselkanalabschnitt (5) im wesentlichen blendenförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanalabschnitt ein l/d-Verhältnis im Bereich zwischen 1,0 bis 1,5 aufweist, derart, dass Kavitation auftritt und eine solche geometrische Ausbildung, insbesondere Länge 1 aufweist, das bei der Durchströmung des Drosselkanalabschnitts (5) mit Kraftstoff die Strömung sich zumindest größtenteils nicht an dessen Kanalwandungen (6) anlegt.
  2. Kraftstoff-Einspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanalabschnitt (5) in einem Übergangsbereich (7) mit Querschnittserweiterung in Richtung auf den Steuerraum (3) abgerundet, insbesondere HE-gerundet ausgebildet ist.
  3. Kraftstoff-Einspritzventil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (4) einen ersten Drosselkanal (8), welcher mittels eines Schließelements (9) des Magnetventils (2) verschließbar ist, und einen zweiten Drosselkanal (10) aufweist, welcher in den Steuerraum (3) mündet, und der blendenförmige Drosselkanalabschnitt (5) zwischen dem ersten Drosselkanal (8) und dem zweiten Drosselkanal (10) in im wesentlichen axialer Richtung zueinander angeordnet ist.
EP99938131A 1998-06-18 1999-06-05 Kraftstoff-einspritzventil für hochdruck-einspritzung mit verbesserter steuerung der kraftstoffzufuhr Expired - Lifetime EP1030966B1 (de)

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