EP1125051A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Kraftstoffeinspritzventil

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Publication number
EP1125051A1
EP1125051A1 EP00967522A EP00967522A EP1125051A1 EP 1125051 A1 EP1125051 A1 EP 1125051A1 EP 00967522 A EP00967522 A EP 00967522A EP 00967522 A EP00967522 A EP 00967522A EP 1125051 A1 EP1125051 A1 EP 1125051A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
fuel injection
injection valve
compensating
actuating part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00967522A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Mattes
Friedrich Boecking
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • 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
    • F02M2200/40—Fuel-injection apparatus with fuel accumulators, e.g. a fuel injector having an integrated fuel accumulator

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve with a valve body, in which a nozzle needle is slidably mounted, an actuating part on which the nozzle needle is supported and which is connected to a control pressure chamber, and a compensation chamber with which a compensation piston is connected.
  • Such a fuel injection valve is known from DE 197 27 896 AI.
  • the compensation space serves to compensate for an opening force which acts on the nozzle needle after it has been opened. This occurs because when the nozzle needle is lifted from its valve seat, an additional surface is acted upon by high pressure, so that forces increasing in the opening direction act on the nozzle needle up to a limit value.
  • a compensating force counteracting the opening force is provided in the compensation space.
  • the actuating part is provided with an annular shoulder which lies in the interior of the compensation space.
  • the compensation chamber is filled with a liquid, for example the fuel to be injected, so that a hydraulic chamber is formed which is closed, but the volume of which can be shifted by displacing the compensation piston.
  • the fuel injection valve according to the invention with the features of the characterizing part of patent claim 1 has the advantage that the compensating force can be provided in a simpler manner without the need for a hydraulic space between the actuating part and the compensating piston.
  • the spring element is formed by at least one plate spring.
  • a plate spring or a plate spring package has the advantage that a characteristic curve is achieved which shows a very small increase in the spring force over the spring travel in a certain range. An essentially constant closing force can thus be achieved.
  • the compensating piston is arranged concentrically to the longitudinal axis of the actuating part. This results in a particularly compact design of the fuel injection valve.
  • the compensating piston is annular and surrounds the actuating part, that the compensating space is an annular space which surrounds the actuating part and is closed on one side by the compensating piston, and that the actuating part is provided with a collar to which the spring is supported. This design results in a very compact design of the fuel injection valve in the axial direction.
  • the actuating part is provided at the end facing away from the nozzle needle with a support disk on which the spring is supported, and that the compensating piston is arranged opposite the support disk on its side facing away from the nozzle needle is provided with an extension that closes one side of the compensation space.
  • two stops for the compensating piston are formed on the valve body and determine the end positions of the compensating piston.
  • positions for the compensation piston are specified which ensure correct operation of the fuel injection valve.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an inventive fuel injection valve according to a first embodiment
  • - Figure 2 is a schematic sectional view of an inventive fuel injection valve according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows the course of the dynamic opening force for a fuel injection valve according to the invention.
  • FIG. 1 shows a 2/2 fuel injection valve for a so-called “common rail” injection system.
  • the injection valve has a valve body 10, in which a nozzle needle 12 is slidably arranged. This interacts with a valve seat 14 in order to control the injection of fuel made available via a supply line 16 into a cylinder of an internal combustion engine (not shown).
  • An actuating part 18 is supported on the nozzle needle 12, the end face of which, facing away from the nozzle needle 12, closes off a control pressure chamber 20.
  • An annular leakage current collecting space 17 is formed in the valve body 10 and surrounds the actuating part 18.
  • a supply line 22 connected to the supply line 16 and in which an inlet throttle is arranged leads to the control pressure chamber 20.
  • An outlet line 24 leads from the control pressure chamber 20, in which an outlet throttle is arranged and which is controlled by a control valve 26.
  • the fuel pressure acting in the control pressure chamber 20 When the control valve 26 is closed, the fuel pressure acting in the control pressure chamber 20 generates a closing force that is greater than an opening force generated by the fuel in the region of the nozzle needle 12.
  • the nozzle needle 12 thus rests on the valve seat 14 and no fuel is injected.
  • the control valve 26 When the control valve 26 is opened, the pressure in the control pressure chamber drops due to the outflowing fuel, so that the opening force generated in the area of the nozzle needle 12 becomes greater than that in the area of the control pressure room 20 generated closing force.
  • the nozzle needle 12 can lift off the valve seat 14 and fuel is injected.
  • a closing force is exerted on the actuating part 18, which leads to the closing of the nozzle needle 12.
  • This opening force is dynamic and is shown in FIG. 3 as an example for four different fuel pressures in the common rail injection system by curves 1, 2, 3 and 4.
  • a compensation system is provided which exerts a compensation force on the actuating part.
  • the compensation system consists of an annular compensation chamber 30 which surrounds the actuating part 18 and is closed on one side by an annular compensation piston 32.
  • the compensation chamber 30 is connected to the supply line 16 via a supply line 34.
  • the actuating part 18 is provided with a collar 36 which is arranged in a spring chamber 38.
  • a disc spring assembly 40 is arranged between the collar 36 and the end face of the compensating piston 32 facing the nozzle needle 12.
  • the disc spring assembly has a spring stiffness of approximately 4 N per micrometer.
  • FIG. 2 shows a fuel injection valve according to the invention in accordance with a second embodiment. This differs from the first embodiment in terms of the design of the compensation system.
  • the actuating part 18 is provided with a support disk 50 against which the plate spring 40 rests.
  • the compensating piston 32 which is provided with an extension 52, is arranged opposite the support disk 50. This closes one side of the compensation space 30.
  • the operation of the compensation system corresponds to that of the compensation system of the first embodiment.
  • Two stops 60, 62 are formed in the valve body 10, by which end positions for the compensating piston 32 are determined. The stops ensure that a function of the compensation system is possible even with an excessively high and an excessively low pressure in the supply line 16.

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Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper, in welchem eine Düsennadel (12) verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil (18), an dem sich die Düsennadel (12) abstützt und das mit einem Steuerdruckraum in Verbindung steht, und einem Ausgleichsraum (30), mit dem ein Ausgleichskolben (32) in Verbindung steht, soll auf das Betätigungsteil zuverlässig eine Schliesskraft aufgebracht werden, die einer dynamischen Öffnungskraft entgegenwirkt. Zu diesem Zweck ist zwischen der Düsennadel (12) und dem Ausgleichskolben (32) ein Federelement (40) angeordnet, das eine Ausgleichskraft auf die Düsennadel ausübt.

Description

Kraftstoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit ei- nem Ventilkörper, in welchem eine Düsennadel verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil, an dem sich die Düsennadel abstützt und das mit einem Steuerdruckraum in Verbindung steht, und einem Ausgleichsraum, mit dem ein Ausgleichskolben in Verbindung steht.
Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist aus der DE 197 27 896 AI bekannt. Der Ausgleichsraum dient zur Kompensation einer Öffnungskraft, die nach Öffnen der Düsennadel auf diese einwirkt. Diese entsteht, da mit dem Abheben der Düsennadel von ihrem Ventilsitz eine zusätzliche Fläche von Hochdruck beaufschlagt wird, so daß bis zu einem Grenzwert zunehmende Kräfte auf die Düsennadel in der Öffnungsrichtung wirken. Zur Kompensation der Öffnungskraft wird im Ausgleichsraum, eine der Öffnungskraft entgegenwirkende Ausgleichskraft bereitge- stellt. Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist das Betätigungsteil mit einer Ringschulter versehen, die im Inneren des Ausgleichsraumes liegt. Der Ausgleichsraum ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, beispielsweise dem einzuspritzenden Kraftstoff, so daß ein hydraulischer Raum gebildet ist, der geschlossen ist, dessen Volumen aber durch Verschiebung des Ausgleichskolbens verschoben werden kann. Wenn die Düsennadel geöffnet wird, wird das Betätigungsteil weiter in den Ausgleichsraum hineingedrückt, so daß aufgrund der Ringschul- ter der Kraftstoff im Ausgleichsraum verdrängt wird. Diese Verdrängung bewirkt zunächst eine Druckerhöhung im Ausgleichsraum aufgrund der Steifigkeit des hydraulischen Volumens und der elastischen Eigenschaften des darin enthaltenen Kraftstoffs. Nach dieser anfänglichen Druckerhöhung wird das Volumen des Ausgleichsraums verschoben, wobei auch der Ausgleichskolben bewegt wird. Die dieser Verschiebung entgegenwirkende Kraft wirkt als Schließkraft auf das Betätigungsteil. Verlauf und Höhe der Schließkraft können eingestellt werden durch das Volumen des Ausgleichsraumes sowie Ausgestaltung und Beaufschlagung des Ausgleichskolbens.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäß Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Ausgleichskraft auf einfachere Weise ohne die Notwendigkeit eines hydraulischen Raumes zwischen dem Betätigungsteil und dem Ausgleichskolben bereitgestellt werden kann. Insbesondere entfallen alle Probleme, die von der Verwendung eines Hydraulikfluids herrühren, nämlich Zufuhr des Hydraulikfluids und Verhindern des unerwünschten Entweichens des Hydraulikfluids.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Federelement durch mindestens eine Tellerfeder gebildet ist. Eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket hat den Vorteil, daß eine Kennlinie erzielt wird, die in einem bestimmten Bereich eine sehr kleine Zunahme der Fe- derkraft über dem Federweg zeigt. Es kann somit eine im wesentlichen konstante Schließkraft erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß der Ausgleichskolben konzentrisch zur Längsachse des Betätigungsteils angeordnet ist. Dies ergibt eine besonders kompakte Gestaltung des Kraftstoffeinspritzventils . Gemäß einer Variante ist vorgesehen, daß der Ausgleichskolben ringförmig ist und das Betätigungsteil umgibt, daß der Aus- gleichsraum ein Ringraum ist, der das Betätigungsteil umgibt und an einer Seite von dem Ausgleichskolben abgeschlossen ist, und daß das Betätigungsteil mit einem Bund versehen ist, an dem sich die Feder abstützt. Bei dieser Gestaltung ergibt sich eine in axialer Richtung sehr kompakte Bauform des Kraftstoffeinspritzventils .
Gemäß einer anderen Variante ist vorgesehen, daß das Betätigungsteil an dem von der Düsennadel abgewandten Ende mit einer Abstützscheibe versehen ist, an der sich die Feder abstützt, und daß der Abstützscheibe gegenüberliegend der Ausgleichskolben angeordnet ist, der auf seiner von der Düsenna- del abgewandten Seite mit einem Fortsatz versehen ist, der eine Seite des Ausgleichsraumes abschließt. Bei dieser Gestaltung ergibt sich eine in radialer Richtung schlanke Bauform des Kraftstoffeinspritzventils.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß am Ventilkörper zwei Anschläge für den Ausgleichskolben ausgebildet sind, welche die Endstellungen des Ausgleichskolbens bestimmen. Somit sind für die Fälle eines übermäßig hohen bzw. übermäßig niedrigen Drucks im Ausgleichsvolumen Stellungen für den Ausgleichskol- ben vorgegeben, die ein korrektes Arbeiten des Kraftstoffeinspritzventils gewährleisten.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf zwei bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einer schematischen Schnittansicht ein erfin- dungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform; - Figur 2 in einer schematischen Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- Figur 3 den Verlauf der dynamischen Öffnungskraft für ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein 2/2-Kraftstoffeinspritzventil für ein sogenanntes "Common-Rail"-Einspritzsystem gezeigt. Das Einspritzventil weist einen Ventilkörper 10 auf, in welchem eine Düsennadel 12 verschiebbar angeordnet ist. Diese wirkt mit einem Ventilsitz 14 zusammen, um das Einspritzen von über ei- ne Zufuhrleitung 16 bereitgestellten Kraftstoff in einen Zylinder einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine zu steuern.
An der Düsennadel 12 stützt sich ein Betätigungsteil 18, des- sen von der Düsennadel 12 abgewandte Stirnseite einen Steuerdruckraum 20 abschließt. Im Ventilkörper 10 ist ein ringförmiger Leckstrom-Sammelraum 17 ausgebildet, der das Betätigungsteil 18 umgibt. Zum Steuerdruckraum 20 führt eine mit der Zufuhrleitung 16 verbundene Versorgungsleitung 22, in der eine Zulaufdrossel angeordnet ist. Von dem Steuerdruckraum 20 weg führt eine Ablaufleitung 24, in der eine Ablaufdrossel angeordnet ist und die von einem Steuerventil 26 gesteuert wird.
Wenn das Steuerventil 26 geschlossen ist, erzeugt der in dem Steuerdruckraum 20 wirkende Kraftstoffdruck eine Schließkraft, die größer ist als eine vom Kraftstoff im Bereich der Düsennadel 12 erzeugte Öffnungskraft. Die Düsennadel 12 liegt somit am Ventilsitz 14 an, und es wird kein Kraftstoff einge- spritzt. Wenn das Steuerventil 26 geöffnet wird, fällt aufgrund des abströmenden Kraftstoffs der Druck im Steuerdruckraum ab, so daß die im Bereich der Düsennadel 12 erzeugte Öffnungskraft größer wird als die im Bereich des Steuerdruck- raumes 20 erzeugte Schließkraft. Somit kann sich die Düsennadel 12 vom Ventilsitz 14 abheben, und es wird Kraftstoff eingespritzt. Wenn das Steuerventil 26 wieder geschlossen wird, wird wieder eine Schließkraft auf das Betätigungsteil 18 aus- geübt, die zum Schließen der Düsennadel 12 führt.
Wenn die Düsennadel 12 vom Ventilsitz 14 abhebt, entsteht eine zusätzliche Fläche, die mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, woraus eine zusätzliche Öffnungskraft resul- tiert. Diese Öffnungskraft verläuft dynamisch und ist in Figur 3 beispielhaft für vier verschiedene Kraftstoffdrücke im Common-Rail-Einspritzsystem durch die Kurven 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Um dieser zusätzlichen Öffnungskraft entgegenzuwirken, ist ein Ausgleichssystem vorgesehen, das eine Aus- gleichskraft auf das Betätigungsteil ausübt.
Das Ausgleichssystem besteht aus einem ringförmigen Ausgleichsraum 30, der das Betätigungsteil 18 umgibt und an einer Seite von einem ringförmigen Ausgleichskolben 32 ver- schlössen ist. Der Ausgleichsraum 30 steht über eine Versorgungsleitung 34 mit der Zufuhrleitung 16 in Verbindung.
Das Betätigungsteil 18 ist mit einem Bund 36 versehen, der in einem Federraum 38 angeordnet ist. Zwischen dem Bund 36 und der der Düsennadel 12 zugewandten Stirnfläche des Ausgleichskolbens 32 ist ein Tellerfederpaket 40 angeordnet. Das Tellerfederpaket hat eine Federsteifigkeit von ungefähr 4 N je Mikrometer.
Wenn die Düsennadel 12 öffnet, wird zunächst über den Bund 36 das Tellerfederpaket 40 komprimiert. Dadurch ergibt sich eine Ausgleichskraft, die in Abhängigkeit von der Federsteifigkeit des Tellerfederpakets 40 stark ansteigt. Dies ist in Figur 3 auf der linken Seite der Kurven A für die Ausgleichskraft zu sehen.
Sobald ein vorbestimmtes Kraftniveau erreicht wird, kommt es zu einer Verschiebung des Ausgleichskolbens 32 im Ausgleichs- räum entgegen der durch den Kraftstoff im Ausgleichsraum 30 erzeugten Druckkraft. Die Verschiebung des Kolbens 32 sorgt dafür, daß die Ausgleichskraft auf einem konstanten Niveau abgeriegelt wird. Dies ist durch den waagerechten Teil der Kurven A in Figur 3 dargestellt. Somit wird insgesamt eine Ausgleichskraft erzeugt, die vom Druck in der Zufuhrleitung 16 abhängt und die dynamische Öffnungskraft kompensiert.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzven- til gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Dieses unterscheidet sich hinsichtlich der Ausgestaltung des Ausgleichssystems von der ersten Ausführungsform.
Das Betätigungsteil 18 ist mit einer Abstützscheibe 50 verse- hen, an der die Tellerfeder 40 anliegt. Gegenüber der Abstützscheibe 50 ist der Ausgleichskolben 32 angeordnet, der mit einem Fortsatz 52 versehen ist. Dieser schließt eine Seite des Ausgleichsraumes 30 ab.
Die Wirkungsweise des Ausgleichssystems entspricht derjenigen des Ausgleichssystems der ersten Ausführungsform.
Ein aus der Verwendung der mechanischen Feder 40 resultierender Vorteil besteht darin, daß keine Verluste über der Zeit beim Öffnen des Ventils entstehen. Ferner wird während des
Öffnens der Düsennadel 12 potentielle Energie, die später zum Schließen nötig ist, in der Feder zwischengespeichert.
Im Ventilkörper 10 sind zwei Anschläge 60, 62 ausgebildet, durch die Endstellungen für den Ausgleichskolben 32 bestimmt sind. Die Anschläge gewährleisten, daß eine Funktion des Ausgleichssystems auch bei einem übermäßig hohen sowie einem übermäßig niedrigen Druck in der Zufuhrleitung 16 möglich ist.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilkörper (10), in welchem eine Düsennadel (12) verschiebbar angebracht ist, einem Betätigungsteil (18), an dem sich die Düsennadel (12) ab- stützt und das mit einem Steuerdruckraum (20) in Verbindung steht, und einem Ausgleichsraum (30), mit dem ein Ausgleichskolben (32) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Düsennadel (12) und dem Ausgleichskolben (32) ein Federelement (40) angeordnet ist, das eine Ausgleichs- kraft auf die Düsennadel ausübt.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement durch mindestens eine Teller- feder (40) gebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (32) konzentrisch zur Längsachse des Betätigungsteils (18) angeordnet ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichskolben (32) ringfömig ist und das Betätigungsteil (18) umgibt, daß der Ausgleichsraum (30) ein Ringraum ist, der das Betätigungsteil (18) umgibt und an einer Seite von dem Ausgleichskolben (32) abgeschlossen ist, und daß das Betätigungsteil (18) mit einem Bund (36) versehen ist, an dem sich das Federelement abstützt.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsteil (18) an dem von der Düsennadel (12) abgewandten Ende mit einer Abstützscheibe (50) versehen ist, an der sich das Federelement (40) abstützt, und daß der Abstützscheibe (50) gegenüberliegend der Ausgleichskolben (32) angeordnet ist, der auf seiner von der Düsennadel (12) abgewandten Seite mit einem Fortsatz (52) versehen ist, der eine Seite des Ausgleichsraums (30) abschließt.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilkörper (10) zwei Anschläge (60, 62) für den Ausgleichskolben (32) ausgebildet sind, welche die Endstellungen des Ausgleichskolbens (32) bestimmen.
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