EP1135606B1 - Fuel injection valve for internal combustion engines - Google Patents
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- EP1135606B1 EP1135606B1 EP00967602A EP00967602A EP1135606B1 EP 1135606 B1 EP1135606 B1 EP 1135606B1 EP 00967602 A EP00967602 A EP 00967602A EP 00967602 A EP00967602 A EP 00967602A EP 1135606 B1 EP1135606 B1 EP 1135606B1
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- F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
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- F02M61/045—The valves being provided with fuel discharge orifices
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- F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
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- 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
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- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
- F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means
Definitions
- the invention is based on a fuel injection valve for Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 out.
- a fuel injection valve is known from the document DE 4 421 714 A.
- Such a fuel injection valve is also from the Publication DE 195 08 636 A1 discloses.
- Fuel injector is in the bore of the valve body a against the closing force of a spring axially movable, piston-shaped valve member arranged.
- the valve member has at its combustion chamber end a valve sealing surface on, with a trained in the valve body Valve seat cooperates, creating at least one injection port is controlled.
- the inward or outward directed Opening stroke of the valve member is of a Stroke limit limited.
- the fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the placement of the valve member is additionally damped on the valve seat during the closing movement.
- a control chamber is arranged, which surrounds the valve member over its entire circumference.
- valve member In a partial stroke of the valve member, a cylindrical part of the valve member immersed in the control bore, which forms an annular throttle gap between the control bore and the cylindrical part of the valve member, through which the fuel from the control chamber can flow only throttled.
- the placement of the valve member is damped on the valve seat and reduces the maximum forces.
- the noise caused by the closing of the valve member is thus reduced, resulting in a quieter running of the internal combustion engine.
- it comes through the damping to a lower wear of the valve sealing surface or the valve seat.
- Another advantage of the invention is that it can be applied to both fuel injection valves opening inwardly from the combustion chamber and outwardly opening fuel injection valves. For this purpose, only the arrangement of control piston and control bore must be reversed.
- the outflow of fuel from the control chamber does not have to be done exclusively via the annular throttle gap.
- additional throttle channels are formed in the valve body or in the valve member, which connect the control chamber with the leakage oil space. This also gives the possibility to make the throttling effect of the control chamber adjustable via adjustable throttle connections.
- the valve member loading spring is arranged in the leakage oil space, which has a spillway through which the fuel is passed through a drain line back into the fuel tank. The outflow rate of the fuel from the control room depends not only on the flow resistance of the throttle connection to the leakage oil chamber, but also on the pressure difference between the leakage oil chamber and the control chamber.
- the pressure of the fuel in the leakage oil space is relatively high, the fuel will run out of the control chamber at a slower rate than at low pressure. As a result, a higher pressure can build up in the control chamber, which more strongly dampens the seating movement of the valve member via the higher force on the pressure surface.
- a pressure holding valve in the drainage channel of the leakage oil space or in the drain line, a predetermined pressure in the leakage oil space can be maintained.
- the drain rate from the control room and thus the damping effect of the control chamber can be influenced by the holding pressure.
- the pressure-holding valve is designed to be adjustable, the damping effect can be adapted to the respective requirements depending on the operating state of the internal combustion engine.
- Fuel injection valve for internal combustion engines shown. 1 shows a longitudinal section by the first embodiment of an inwardly opening Fuel injection valve, Figure 2 is an enlargement 1 in the region of the control room, Figure 3 a Longitudinal section through the second embodiment of an after outward opening fuel injector and the figures 4a and 4b two embodiments of the fuel drain system with pressure relief valve.
- a valve body 1 which may be constructed in several parts, is arranged in a receiving bore of the housing of an internal combustion engine, not shown in the drawing, wherein the upper end of the valve body 1 remote from the combustion chamber is fixed in the receiving bore, while the lower end facing the combustion chamber into the combustion chamber Internal combustion engine protrudes.
- a bore 5 is formed, which is divided into an upper portion 5a and a lower portion 5b.
- the bore 5 ends at its combustion chamber end inside the valve body 1, wherein the part of the valve body 1, which closes the bore 5 toward the combustion chamber, is formed as a substantially conical valve seat 7.
- the valve seat 7 is followed by a blind hole 19 towards the combustion chamber, in which at least one injection opening 8 is arranged, which connects the blind hole 19 with the combustion chamber.
- a piston-shaped, axially movable valve member 4 is arranged, which has a substantially conical valve sealing surface 6 at its combustion chamber end, which cooperates with the valve seat 7 formed in the valve body.
- the valve member 4 is stepped in diameter, dividing into an upper portion 4a and a lower portion 4b. The valve member 4 is guided with its upper portion 4 a in the bore 5.
- the lower portion 4b of the valve member 4 is formed smaller in diameter than the upper portion 4a, so that at the transition of the two sections 4a, 4b, a pressure shoulder 9 is formed.
- annular channel 18 is formed, which forms a pressure chamber 3 in the region of the pressure shoulder 9 by a radial cross-sectional widening.
- In the pressure chamber 3 opens a running in the valve body 1 inlet channel 2, which is connectable at its other end via a high-pressure feed line, not shown in the drawing with a high-pressure fuel pump or other high-pressure source.
- About the pressure chamber 3 and the annular channel 18 of the inlet channel 2 is connected to the valve seat 7.
- the valve sealing surface 6 releases the connection from the annular channel 18 to the blind hole 19, whereby the inlet channel 2 is connected to the injection opening 8.
- a pressure surface 12 is arranged at the upper portion 4a of the valve member 4 at the upper portion 4a of the valve member 4 at the upper portion 4a of the valve member 4 at the upper portion 4a of the valve member 4 at the transition from the valve member 4 to the control piston 11, a pressure surface 12 is arranged.
- a control chamber 10 In the region of the upper portion 4 a of the valve member 4 is formed by a radial cross-sectional widening of the bore 5, a control chamber 10.
- the lateral surface of the control piston 11 has at its end facing the combustion chamber on a damping edge 13 which cooperates with a control edge which is formed by a control bore 40 formed as a portion of the bore 5.
- a coaxial with the valve member 4 in an intermediate bore 26 arranged intermediate pin 17 connects, which in turn is connected to a spring plate 22 which projects into a formed at the combustion chamber end facing away from the valve body 1 leakage oil space 20.
- a spring 21 is arranged under bias, which presses the valve member 4 via the spring plate 22, the intermediate pin 17 and the control piston 11 with the valve sealing surface 6 against the valve seat 7.
- the intermediate pin 17 is formed smaller in diameter than the control piston 11, whereby at the transition from the control piston 11 to the intermediate pin 17, a stop shoulder 24 is formed.
- a stop ring 23 is arranged at the transition of the bore 5 to the intermediate bore 26 coaxial with the axis of the valve member 4.
- the stop ring 23 is fixed in the intermediate bore 26, and the combustion chamber facing side of the stop ring 23 is formed as a stroke stop 25, wherein the axial distance of the stroke stop 25 of the stop shoulder 24 in the closed state of the fuel injection valve determines the opening stroke h of the valve member 4.
- the overlap s of the damping edge 13 and the control edge 14 in the closed position of the valve member 4 is always such that it is smaller than the opening stroke h of the valve member 4.
- the overlap s is 10 to 50% of the opening stroke h.
- the area of the control chamber 11 of the fuel injection valve is shown enlarged again.
- the damping edge 13 and the control edge 14 overlap, so that the control chamber 10 is connected to the leakage oil chamber 20 only via a throttle gap 15.
- the second opening of the control chamber 10 is provided via the throttling annular gap 16 formed between the upper portion of the valve member 4 a and the bore 5, wherein the flow resistance of the fuel through the throttle channel 15 is smaller than that of the annular gap 16.
- the control chamber 10 is formed in the figure 2 as a radial extension of the upper portion of the bore 5, so that the volume of the control chamber 10 is reduced during immersion of the control piston 11 during the closing movement of the valve member 4.
- the mode of operation of the first exemplary embodiment of the fuel injection valve according to FIG. 1 is as follows: Fuel is introduced into the inlet channel 2 through a high-pressure fuel pump via a fuel feed line at high pressure. This also increases the fuel pressure in the pressure chamber 3 and in the annular space 18. By acting in the region of the pressure chamber 13 pressure shoulder 9 results in acting on the valve member 4, in the axial direction of the combustion chamber directed away force, which counteracts the closing force of the spring 21 , If this resultant force exceeds the closing force of the spring 21, the valve member 4 moves away from the combustion chamber in the axial direction and the valve sealing surface 6 lifts off from the valve seat 7.
- the injection port 8 is connected via the blind hole 19 and the annular channel 18 with the pressure chamber 3 and fuel is injected into the combustion chamber.
- the control edge 14 covers the damping edge 13 and the control chamber 10 is connected via the throttle gap 15 with the leakage oil chamber 20.
- the throttle edge 13 exceeds the control edge 14 and moves beyond this until the valve member 4 rests with its stop shoulder 24 on the stroke stop 25. Due to the high fuel pressure in the pressure chamber 3, a portion of the fuel through the annular gap 16 is pressed into the control chamber 10.
- the closing movement of the valve member 4 is initiated by that the fuel pressure in the inlet channel 2 and thus also drops in the pressure chamber 3. Once the resulting force on the pressure shoulder 9 is smaller than the closing force the spring 21, the valve member 4 in the direction of the Valve seat 7 accelerates towards. By dipping the Pressure surface 12 in the control room 10 is located there Fuel displaced and out of the control room 10 in the Leak oil room 20 pressed. As long as the damping edge 13 the Control edge 14 has not yet reached, this is done with a comparatively low flow resistance of Fuel, so that the pressure in the control chamber 10 largely in the leakage oil space 20 corresponds. Once the damping edge 13 reaches the control edge 14, the control chamber 10 is the Leakage oil chamber 20 is closed down to the throttle gap 15.
- the fuel pressure in the control chamber 10 then rises and is only slowly due to the outflow of fuel over the Throttle gap 15 degraded. Due to the increased fuel pressure in the control room 10 results in a force on the pressure surface 12 and thus on the valve member 4 against the closing force the spring 21. The movement of the valve member 4 in the direction on the valve seat 7 is slowed down, the touchdown the valve sealing surface 6 on the valve seat 7 is less hard and the resulting high frequency at impact Vibrations of the injection pressure and the valve member. 4 are muffled. There is a significant calming of the Pressure curve on the fuel injection valve, and through the softer placement of the valve member 4 on the valve seat.
- valve member 4 of the valve seat 7 the maximum forces on the valve member 4 are greatly reduced, which in turn leads to a lower running noise of the Internal combustion engine contributes.
- the wear of the valve member 4 of the valve seat 7 and the valve sealing surface 6 is Significantly reduced and thus the life of the Fuel injector extended.
- valve member 4 is also divided into an upper, guided in the bore 5 section 4 a and a lower portion 4 b, which projects freely into the bore 5.
- the lower portion 4b of the valve member 4 is formed smaller in diameter than the upper portion 4a, so that at the transition of the two sections 4a, 4b, an upper pressure shoulder 50 is formed.
- a closing head 53 is arranged, in which at least one injection channel 52 is formed with an injection opening 108.
- the closing head 53 is formed larger in diameter than the upper portion 4a, so that on the combustion chamber side facing away from the closing head 53, a lower pressure shoulder 51 is formed.
- the closing head 53 has a closing plate 54, the valve body 1 facing annular end face is formed as a valve sealing surface 106.
- the combustion chamber facing the end face of the valve body 1 is formed as a valve seat 107 and cooperates with the valve sealing surface 106.
- the opening of the injection channel 52 is closed by the valve body 1, and through the valve sealing surface 106 and the valve seat 107 is a secure seal of the injection port 108 is provided against the combustion chamber.
- the valve member 4 passes at the combustion chamber end in a control piston 111 which is formed smaller in diameter than the guided portion 4 a of the valve member.
- a pressure surface 112 is formed and by the tapered design of the control piston 111 between this and the bore 5, a control chamber 10.
- a spring plunger 44 which extends into the leakage oil space 20th
- the spring plunger 44 is formed smaller in diameter than the control piston 111.
- the control bore 40 designed as an annular shoulder stroke stop 125 is formed, which cooperates with an arranged on the spring pin ring collar-shaped stop ring 123. The axial distance of the lower surface of the stop ring 123 and the upper surface of the stroke stop 125 determine the opening stroke h of the valve member 4.
- a spring 21 is arranged, which is preferably designed as a helical compression spring. It braces the spring plate 122 away from the combustion chamber, so that the valve member 4 is pressed with its valve sealing surface 106 against the valve seat 107 via the spring tappet 44 and the control piston 111.
- a damping edge 113 is formed, which cooperates with a control edge 114 which is formed by the transition of the control bore 40 into the bore 5.
- the control piston 111 is immersed in the control bore 40 in the closed state of the fuel injection valve with the overlap s.
- the outwardly opening fuel injection valve illustrated in FIG. 3 has the following mode of operation: the fuel introduced into the annular channel 18 through the inlet channel 2 acts on both the upper 50 and lower pressure shoulders 51. Since the lower pressure shoulder 51 has a larger, axially effective one Has surface, the force on the valve member 4 outweighs the combustion chamber.
- FIG. 4 a shows an exemplary embodiment of the drainage system 35 of the fuel from the leakage oil space 20.
- a pressure-holding valve 32 is arranged, which opens only at a certain pressure in the drain line 31 in the direction of flow to the fuel tank 34 toward. Characterized a certain holding pressure is maintained in the drain line between the fuel injection valve and the pressure holding valve 32 and thus also in the leakage oil chamber 20.
- FIG 4b an alternative arrangement of the pressure holding valve 32 is shown, which is arranged here in the outlet channel 30 of the valve body 1. With this arrangement, it is not necessary for the assembly to adapt the other drain system 35 to the modified fuel injection valve.
- the holding pressure of the fuel injection valve is about 0.15 to 1.0 MPa in both embodiments.
- the holding pressure in the leakage oil chamber 20 Due to the holding pressure in the leakage oil chamber 20, the outflow of fuel from the control chamber 10 into the leakage oil chamber 20 during the closing movement of the valve member 4 is affected, since the outflow rate depends not only on the cross section of the throttle gap 15, but also on the pressure difference between the leakage oil chamber 20 and the control chamber 10 , It can also be provided that the holding pressure at the pressure-holding valve 32 can be regulated. As a result, it is possible to control the holding pressure as a function of the operating state of the internal combustion engine and thus to tailor it to the respective requirements.
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Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für
Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1
aus. Ein derartiges Kraftstoff einspritz ventil ist aus der Druckschrift DE 4 421 714 A bekannt. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist auch aus der
Offenlegungsschrift DE 195 08 636 A1 bekannt. Bei einem solchen
Kraftstoffeinspritzventil ist in der Bohrung des Ventilkörpers
ein entgegen der Schließkraft einer Feder axial
bewegliches, kolbenförmiges Ventilglied angeordnet. Das Ventilglied
weist an seinem brennraumseitigen Ende eine Ventildichtfläche
auf, die mit einem im Ventilkörper ausgebildeten
Ventilsitz zusammenwirkt, wodurch wenigstens eine Einspritzöffnung
gesteuert wird. Die nach innen oder außen gerichtete
Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes wird von einem
Hubanschlag begrenzt. Bei der Schließbewegung des Ventilgliedes
vom Hubanschlag weg wird das Ventilglied durch
die Kraft der Feder in Richtung auf den Ventilsitz beschleunigt.
Dabei muß der Kraftstoff, der sich zwischen der Ventildichtfläche
und dem Ventilsitz befindet, herausgepreßt
werden. Dadurch ist zwar eine gewisse Dämpfung des Aufschlags
des Ventilgliedes am Ventilsitz gegeben, jedoch ist
die Kraft auf das Ventilglied beim Aufschlag auf den Ventilsitz
immer noch so groß, daß es zu einem relativ lauten Motorgeräusch
kommt. Darüber hinaus kann es im Dauerbetrieb zu
Verschleißerscheinungen im Bereich des Ventilsitzes kommen
und zu einer nicht vollständigen Abdichtung der Einspritzöffnungen
gegen den Brennraum. The invention is based on a fuel injection valve for
Internal combustion engine according to the preamble of
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs
1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Aufsetzen
des Ventilgliedes am Ventilsitz bei der Schließbewegung zusätzlich
gedämpft ist. Zwischen dem in der Bohrung geführten
Abschnitt des Ventilgliedes und dem Leckölraum ist ein Steuerraum
angeordnet, der das Ventilglied auf seinem gesamten
Umfang umgibt. Durch eine am Ventilglied ausgebildete Druckfläche
wird bei der Schließbewegung des Ventilgliedes Kraftstoff
aus dem Steuerraum durch die Steuerbohrung in den
Leckölraum gepreßt, was bei Beginn der Schließbewegung ungedrosselt
geschieht. Bei einem Teilhub des Ventilgliedes
taucht ein zylindrischer Teil des Ventilgliedes in die Steuerbohrung
ein, wodurch sich zwischen der Steuerbohrung und
dem zylindrischen Teil des Ventilgliedes ein ringförmiger
Drosselspalt bildet, durch den der Kraftstoff aus dem Steuerraum
nur noch gedrosselt abfließen kann. Dadurch wird das
Aufsetzen des Ventilgliedes auf dem Ventilsitz gedämpft und
die maximalen Kräfte reduziert. Das durch das Schließen des
Ventilgliedes verursachte Geräusch wird somit reduziert, was
zu einem leiseren Lauf der Brennkraftmaschine führt. Darüber
hinaus kommt es durch die Dämpfung zu einem geringeren Verschleiß
der Ventildichtfläche beziehungsweise des Ventilsitzes.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß sie sowohl bei
nach innen, vom Brennraum weg öffnenden Kraftstoffeinspritzventilen
als auch bei nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventilen
angewandt werden kann. Dazu muß lediglich die
Anordnung von Steuerkolben und Steuerbohrung vertauscht werden.
Der Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum muß dabei
nicht ausschließlich über den ringförmigen Drosselspalt erfolgen.
In einer weiteren Ausführung gemäß den Ansprüchen 16
bis 18 kann es auch vorgesehen sein, daß zusätzliche Drosselkanäle
im Ventilkörper oder im Ventilglied ausgebildet
sind, die den Steuerraum mit dem Leckölraum verbinden. Damit
ist auch die Möglichkeit gegeben, die Drosselwirkung des
Steuerraums über einstellbare Drosselverbindungen regelbar
zu gestalten.
Bei beiden Ausführungen ist die das Ventilglied belastende
Feder im Leckölraum angeordnet, welcher einen Abflußkanal
aufweist, durch den der Kraftstoff über eine Abflußleitung
zurück in den Kraftstoffvorratstank geführt wird. Die Abflußrate
des Kraftstoffs aus dem Steuerraum hängt nicht nur
vom Durchflußwiderstand der Drosselverbindung zum Leckölraum
ab, sondern auch von der Druckdifferenz zwischen Leckölraum
und Steuerraum. Ist der Druck des Kraftstoffs im Leckölraum
relativ hoch, so wird der Ablauf des Kraftstoffs aus dem
Steuerraum langsamer erfolgen als bei niedrigem Druck. Dadurch
kann sich im Steuerraum ein höherer Druck aufbauen,
der über die höhere Kraft auf die Druckfläche die Aufsetzbewegung
des Ventilgliedes stärker dämpft. Durch die Anordnung
eines Druckhalteventils im Ablaufkanal des Leckölraums oder
in der Ablaufleitung kann ein vorher bestimmter Druck im
Leckölraum aufrecht erhalten werden. Die Ablaufrate aus dem
Steuerraum und damit die Dämpfungswirkung des Steuerraums
kann so über den Haltedruck beeinflußt werden. Ist das
Druckhalteventil regelbar ausgestaltet, so kann die Dämpfungswirkung
abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden.The fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines with the characterizing features of
Another advantage of the invention is that it can be applied to both fuel injection valves opening inwardly from the combustion chamber and outwardly opening fuel injection valves. For this purpose, only the arrangement of control piston and control bore must be reversed.
The outflow of fuel from the control chamber does not have to be done exclusively via the annular throttle gap. In a further embodiment according to
In both embodiments, the valve member loading spring is arranged in the leakage oil space, which has a spillway through which the fuel is passed through a drain line back into the fuel tank. The outflow rate of the fuel from the control room depends not only on the flow resistance of the throttle connection to the leakage oil chamber, but also on the pressure difference between the leakage oil chamber and the control chamber. If the pressure of the fuel in the leakage oil space is relatively high, the fuel will run out of the control chamber at a slower rate than at low pressure. As a result, a higher pressure can build up in the control chamber, which more strongly dampens the seating movement of the valve member via the higher force on the pressure surface. By arranging a pressure holding valve in the drainage channel of the leakage oil space or in the drain line, a predetermined pressure in the leakage oil space can be maintained. The drain rate from the control room and thus the damping effect of the control chamber can be influenced by the holding pressure. If the pressure-holding valve is designed to be adjustable, the damping effect can be adapted to the respective requirements depending on the operating state of the internal combustion engine.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the subject The invention are the description, the drawing and the claims removed.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen
dargestellt. Es zeigt die Figur 1 einen Längsschnitt
durch das erste Ausführungsbeispiel eines nach innen öffnenden
Kraftstoffeinspritzventils, die Figur 2 eine Vergrößerung
der Figur 1 im Bereich des Steuerraumes, Figur 3 einen
Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel eines nach
außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventils und die Figuren
4a und 4b zwei Ausgestaltungen des Kraftstoffablaufsystems
mit Druckhalteventil.In the drawing, two embodiments of the invention
Fuel injection valve for internal combustion engines
shown. 1 shows a longitudinal section
by the first embodiment of an inwardly opening
Fuel injection valve, Figure 2 is an
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil
für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt dargestellt.
Es wird anhand der Figur 1 erst der Aufbau beschrieben
und anschließend die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils
erläutert.
Ein Ventilkörper 1, der mehrteilig aufgebaut sein kann, ist
in einer Aufnahmebohrung des Gehäuses einer in der Zeichnung
nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet, wobei das
obere, brennraumabgewandte Ende des Ventilkörpers 1 in der
Aufnahmebohrung fixiert ist, während das untere, brennraumzugewandte
Ende in den Brennraum der Brennkraftmaschine
ragt. Im Ventilkörper 1 ist eine Bohrung 5 ausgebildet, die
sich in einen oberen Abschnitt 5a und einen unteren Abschnitt
5b unterteilt. Die Bohrung 5 endet an ihrem brennraumseitigen
Ende innerhalb des Ventilkörpers 1, wobei der
Teil des Ventilkörpers 1, der die Bohrung 5 zum Brennraum
hin verschließt, als im wesentlichen konischer Ventilsitz 7
ausgebildet ist. An den Ventilsitz 7 schließt sich zum
Brennraum hin ein Sackloch 19 an, in dem wenigstens eine
Einspritzöffnung 8 angeordnet ist, die das Sackloch 19 mit
dem Brennraum verbindet. In der Bohrung 5 ist ein kolbenförmiges,
axial bewegliches Ventilglied 4 angeordnet, das an
seinem brennraumseitigen Ende eine im wesentlichen kegelförmige
Ventildichtfläche 6 aufweist, die mit dem im Ventilkörper
ausgebildeten Ventilsitz 7 zusammenwirkt. Das Ventilglied
4 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet, wobei es
sich in einen oberen Abschnitt 4a und einen unteren Abschnitt
4b unterteilt. Das Ventilglied 4 wird mit seinem
oberen Abschnitt 4a in der Bohrung 5 geführt. Der untere Abschnitt
4b des Ventilgliedes 4 ist im Durchmesser kleiner
ausgebildet als der obere Abschnitt 4a, so daß am Übergang
der beiden Abschnitte 4a,4b eine Druckschulter 9 ausgebildet
ist. Zwischen der Wand der Bohrung 5 und dem unteren Abschnitt
4b des Ventilgliedes 4 ist ein Ringkanal 18 ausgebildet,
der im Bereich der Druckschulter 9 durch eine radiale
Querschnittserweiterung einen Druckraum 3 bildet. In den
Druckraum 3 mündet ein im Ventilkörper 1 verlaufender Zulaufkanal
2, der an seinem anderen Ende über eine in der
Zeichnung nicht dargestellte Hochdruckzulaufleitung mit einer
Kraftstoffhochdruckpumpe oder einer anderen Hochdruckquelle
verbindbar ist. Über den Druckraum 3 und den Ringkanal
18 ist der Zulaufkanal 2 mit dem Ventilsitz 7 verbunden.
Bei der nach innen gerichteten Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes
4 gibt die Ventildichtfläche 6 die Verbindung vom
Ringkanal 18 zum Sackloch 19 frei, wodurch der Zulaufkanal 2
mit der Einspritzöffnung 8 verbunden wird.1 shows a fuel injection valve according to the invention for internal combustion engines is shown in longitudinal section. It will be described with reference to the figure 1, only the structure and then explains the operation of the fuel injection valve.
A
An den oberen Abschnitt 4a des Ventilgliedes 4 schließt sich
ein im wesentlichen zylinder-förmiger, im Durchmesser größer
ausgebilder Steuerkolben 11 an, wodurch am Übergang vom Ventilglied
4 zum Steuerkolben 11 eine Druckfläche 12 angeordnet
ist. Im Bereich des oberen Abschnitts 4a des Ventilgliedes
4 ist durch eine radiale Querschnittserweiterung der
Bohrung 5 ein Steuerraum 10 ausgebildet. Die Mantelfläche
des Steuerkolbens 11 weist an ihrem dem Brennraum zugewandten
Ende eine Dämpfungskante 13 auf, die mit einer Steuerkante
zusammenwirkt, die durch einen als Steuerbohrung 40
ausgebildeten Abschnitt der Bohrung 5 ausgebildet ist. An
den Steuerkolben 11 schließt sich ein koaxial zum Ventilglied
4 in einer Zwischenbohrung 26 angeordneter Zwischenstift
17 an, der wiederum mit einem Federteller 22 verbunden
ist, der in einen am brennraumsabgewandten Ende des Ventilkörpers
1 ausgebildeten Leckölraum 20 ragt. Über diese Zwischenbohrung
26 ist der obere Abschnitt 5a der Bohrung 5 mit
dem Leckölraum 20 verbunden, der wiederum über einen im Ventilkörper
1 ausgebildeten Ablaufkanal 30 mit einem Ablaufsystem
35 verbunden ist. Zwischen dem brennraumabgewandten Ende
des Leckölraums 20 und dem Federteller 22 ist eine Feder
21 unter Vorspannung angeordnet, die das Ventilglied 4 über
den Federteller 22, den Zwischenstift 17 und den Steuerkolben
11 mit der Ventildichtfläche 6 gegen den Ventilsitz 7
preßt.
Der Zwischenstift 17 ist im Durchmesser kleiner ausgebildet
als der Steuerkolben 11, wodurch am Übergang vom Steuerkolben
11 zum Zwischenstift 17 eine Anschlagschulter 24 ausgebildet
ist. Am Übergang der Bohrung 5 zur Zwischenbohrung 26
ist koaxial zur Achse des Ventilgliedes 4 ein Anschlagring
23 angeordnet. Der Anschlagring 23 ist in der Zwischenbohrung
26 fixiert, und die dem Brennraum zugewandte Seite des
Anschlagrings 23 ist als Hubanschlag 25 ausgebildet, wobei
der axiale Abstand des Hubanschlags 25 von der Anschlagschulter
24 im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils
den Öffnungshub h des Ventilgliedes 4 bestimmt.
Die Überdeckung s der Dämpfungskante 13 und der
Steuerkante 14 in Schließstellung des Ventilgliedes 4 ist
stets so bemessen, daß sie kleiner als der Öffnungshub h des
Ventilgliedes 4 ist. Vorzugsweise beträgt die Überdeckung s
10 bis 50 % des Öffnungshubes h.
In der Figur 2 ist der Bereich des Steuerraumes 11 des
Kraftstoffeinspritzventils nochmals vergrößert dargestellt.
Im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils
überdecken sich die Dämpfungskante 13 und die Steuerkante
14, so daß der Steuerraum 10 mit dem Leckölraum 20 nur über
einen Drosselspalt 15 verbunden ist. Die zweite Öffnung des
Steuerraums 10 ist über den zwischen dem oberen Abschnitt
des Ventilgliedes 4a und der Bohrung 5 ausgebildeten drosselnden
Ringspalt 16 gegeben, wobei der Durchflußwiderstand
des Kraftstoffs durch den Drosselkanal 15 kleiner als der
des Ringspalts 16 ist. Der Steuerraum 10 ist in der Figur 2
als radiale Erweiterung des oberen Abschnitts der Bohrung 5
ausgebildet, so daß sich das Volumen des Steuerraums 10 beim
Eintauchen des Steuerkolbens 11 bei der Schließbewegung des
Ventilgliedes 4 verringert.At the
The
In the figure 2, the area of the
Die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels des
Kraftstoffeinspritzventils nach Figur 1 ist wie folgt: Durch
eine Kraftstoffhochdruckpumpe wird über eine Kraftstoffzulaufleitung
Kraftstoff unter hohem Druck in den Zulaufkanal
2 eingeführt. Dadurch erhöht sich auch der Kraftstoffdruck
im Druckraum 3 und im Ringraum 18. Durch die im Bereich des
Druckraums 13 angeordnete Druckschulter 9 ergibt sich eine
auf das Ventilglied 4 wirkende, in axialer Richtung vom
Brennraum weg gerichtete resultierende Kraft, die der
Schließkraft der Feder 21 entgegenwirkt. Übersteigt diese
resultierende Kraft die Schließkraft der Feder 21, so bewegt
sich das Ventilglied 4 in axialer Richtung vom Brennraum weg
und die Ventildichtfläche 6 hebt vom Ventilsitz 7 ab. Dadurch
wird die Einspritzöffnung 8 über das Sackloch 19 und
den Ringkanal 18 mit dem Druckraum 3 verbunden und Kraftstoff
wird in den Brennraum eingespritzt.
Zu Beginn der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 4 überdeckt
die Steuerkante 14 die Dämpfungskante 13 und der Steuerraum
10 ist über den Drosselspalt 15 mit dem Leckölraum 20
verbunden. Im Verlauf der Öffnungshubbewegung überschreitet
die Drosselkante 13 die Steuerkante 14 und bewegt sich über
diese hinaus, bis das Ventilglied 4 mit seiner Anschlagschulter
24 am Hubanschlag 25 anliegt. Durch den hohen
Kraftstoffdruck im Druckraum 3 wird auch ein Teil des Kraftstoffs
durch den Ringspalt 16 in den Steuerraum 10 gepreßt. The mode of operation of the first exemplary embodiment of the fuel injection valve according to FIG. 1 is as follows: Fuel is introduced into the
At the beginning of the opening stroke of the
Die Schließbewegung des Ventilgliedes 4 wird dadurch eingeleitet,
daß der Kraftstoffdruck im Zulaufkanal 2 und damit
auch im Druckraum 3 abfällt. Sobald die resultierende Kraft
auf die Druckschulter 9 kleiner wird als die Schließkraft
der Feder 21, wird das Ventilglied 4 in Richtung auf den
Ventilsitz 7 hin beschleunigt. Durch das Eintauchen der
Druckfläche 12 in den Steuerraum 10 wird der dort befindliche
Kraftstoff verdrängt und aus dem Steuerraum 10 in den
Leckölraum 20 gepreßt. Solange die Dämpfungskante 13 die
Steuerkante 14 noch nicht erreicht hat, geschieht dies mit
einem vergleichsweise geringen Strömungswiderstand des
Kraftstoffs, so daß der Druck im Steuerraum 10 weitgehend
dem im Leckölraum 20 entspricht. Sobald die Dämpfungskante
13 die Steuerkante 14 erreicht, wird der Steuerraum 10 zum
Leckölraum 20 hin bis auf den Drosselspalt 15 verschlossen.
Der Kraftstoffdruck im Steuerraum 10 steigt daraufhin an und
wird nur langsam durch den Abfluß des Kraftstoffs über den
Drosselspalt 15 abgebaut. Durch den erhöhten Kraftstoffdruck
im Steuerraum 10 ergibt sich eine Kraft auf die Druckfläche
12 und damit auf das Ventilglied 4 entgegen der Schließkraft
der Feder 21. Die Bewegung des Ventilgliedes 4 in Richtung
auf den Ventilsitz 7 wird dadurch verlangsamt, das Aufsetzen
der Ventildichtfläche 6 auf dem Ventilsitz 7 erfolgt weniger
hart und die beim Aufschlag entstehenden hochfrequenten
Schwingungen des Einspritzdrucks und des Ventilgliedes 4
werden gedämpft. Es tritt eine deutliche Beruhigung des
Druckverlaufs am Kraftstoffeinspritzventil auf, und durch
das weichere Aufsetzen des Ventilgliedes 4 am Ventilsitz 7
werden die maximalen Kräfte auf das Ventilglied 4 stark reduziert,
was wiederum zu einem geringeren Laufgeräusch der
Brennkraftmaschine beiträgt. Der Verschleiß des Ventilgliedes
4 vom Ventilsitz 7 und an der Ventildichtfläche 6 wird
dadurch deutlich vermindert und damit die Lebensdauer des
Kraftstoffeinspritzventils verlängert. The closing movement of the
In der Figur 3 ist als zweites Ausführungsbeispiel der
Längsschnitt eines nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Das Ventilglied 4 unterteilt sich ebenfalls
in einen oberen, in der Bohrung 5 geführten Abschnitt
4a und einen unteren Abschnitt 4b, der frei in die Bohrung 5
ragt. Der untere Abschnitt 4b des Ventilgliedes 4 ist im
Durchmesser kleiner ausgebildet als der obere Abschnitt 4a,
so daß am Übergang der beiden Abschnitte 4a,4b eine obere
Druckschulter 50 ausgebildet ist. Am unteren Ende des Ventilgliedes
4 ist ein Schließkopf 53 angeordnet, in dem wenigstens
ein Einspritzkanal 52 mit einer Einspritzöffnung
108 ausgebildet ist. Der Schließkopf 53 ist im Durchmesser
größer ausgebildet als der obere Abschnitts 4a, so daß an
der brennraumabgewandten Seite des Schließkopfs 53 eine untere
Druckschulter 51 ausgebildet ist. Am brennraumseitigen
Ende weist der Schließkopf 53 einen Schließteller 54 auf,
dessen dem Ventilkörper 1 zugewandte Ringstirnfläche als
Ventildichtfläche 106 ausgebildet ist. Die dem Brennraum zugewandte
Stirnfläche des Ventilkörpers 1 ist als Ventilsitz
107 ausgebildet und wirkt mit der Ventildichtfläche 106 zusammen.
Im geschlossenen Zustand des Ventilgliedes 4 wird
die Öffnung des Einspritzkanals 52 vom Ventilkörper 1 verschlossen,
und durch die Ventildichtfläche 106 und den Ventilsitz
107 ist eine sichere Abdichtung der Einspritzöffnung
108 gegen den Brennraum gegeben.
An die Bohrung 5 schließt sich am brennraumabgewandten Ende
des Ventilgliedes 4 eine Steuerbohrung 40 an und an diese
ein Leckölraum 20. Das Ventilglied 4 geht am brennraumseitigen
Ende in einen Steuerkolben 111 über, der im Durchmesser
kleiner ausgebildet ist als der geführte Abschnitt 4a des
Ventilgliedes 4. Am Übergang vom Ventilglied 4 zum Steuerkolben
111 ist dadurch eine Druckfläche 112 ausgebildet und
durch die verjüngte Ausbildung des Steuerkolbens 111 zwischen
diesem und der Bohrung 5 ein Steuerraum 10. An den
Steuerkolben 111 schließt sich ein Federstößel 44 an, der
bis in den Leckölraum 20 ragt, und an diesen ein Ventilteller
122. Der Federstößel 44 ist dabei im Durchmesser kleiner
ausgebildet als der Steuerkolben 111. In der Steuerbohrung
40 ist ein als ringförmiger Absatz ausgebildeter Hubanschlag
125 ausgebildet, der mit einem am Federstift angeordneten
ringkragenförmigen Anschlagring 123 zusammenwirkt. Der axiale
Abstand der unteren Fläche des Anschlagrings 123 und der
oberen Fläche des Hubanschlags 125 bestimmen den Öffnungshub
h des Ventilgliedes 4. Zwischen dem brennraumseitigen Ende
des Leckölraums 20 und dem Federteller 122 ist eine Feder 21
angeordnet, die vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet
ist. Sie verspannt den Federteller 122 vom Brennraum
weg, so daß über den Federstößel 44 und den Steuerkolben 111
das Ventilglied 4 mit seiner Ventildichtfläche 106 gegen den
Ventilsitz 107 gedrückt wird.
Am brennraumabgewandten Ende der Mantelfläche des Steuerkolbens
111 ist eine Dämpfungskante 113 ausgebildet, die mit
einer Steuerkante 114 zusammenwirkt, die durch den Übergang
der Steuerbohrung 40 in die Bohrung 5 gebildet wird. Der
Steuerkolben 111 taucht im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils
mit der Überdeckung s in die Steuerbohrung
40 ein. Da der Steuerkolben 111 einen Durchmesser
aufweist, der nur geringfügig kleiner als der der Steuerbohrung
40 ist, wird zwischen Steuerkolben 111 und Steuerbohrung
40 ein Drosselspalt 115 ausgebildet, über den der Steuerraum
10 mit dem Leckölraum 20 verbunden ist. Die Überdekkung
s der Kanten 113 und 114 ist kleiner als der Öffnungshub
h des Ventilgliedes 4, so daß der Steuerkolben 111 bei
voll geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil aus der Steuerbohrung
40 austritt.
Das in Figur 3 dargestellte, nach außen öffnende Kraftstoffeinspritzventil
weist folgende Funktionsweise auf: Der durch
den Zulaufkanal 2 in den Ringkanal 18 eingeführte Kraftstoff
beaufschlagt sowohl die obere 50 als auch die untere Druckschulter
51. Da die untere Druckschulter 51 eine größere, in
axialer Richtung wirksame Fläche aufweist, überwiegt die
Kraft auf das Ventilglied 4 zum Brennraum hin. Ist der
Kraftstoffdruck gleich einem Öffnungsdruck, so übersteigt
die resultierende Kraft die Schließkraft der Feder 21. Die
Ventildichtfläche 106 bewegt sich vom Ventilsitz 107 weg und
die Einspritzöffnung 108 taucht aus der Bohrung 5 aus, bis
der Anschlagring 123 am Hubanschlag 125 anliegt. Der Steuerkolben
111 befindet sich in der geöffneten Stellung des Ventilgliedes
4 außerhalb der Steuerbohrung 40. Durch einen
Druckabfall im Ringkanal 18 unterhalb des Öffnungsdrucks
wird das Ventilglied 4 von der Feder 21 in Schließrichtung
beschleunigt. Dadurch bewegt sich die Druckfläche 112 in den
Steuerraum 10, wodurch Kraftstoff über die Steuerbohrung 40
in den Leckölraum 20 gepreßt wird. Dies geschieht anfangs
mit einem geringen Strömungswiderstand; erst wenn die Dämpfungskante
113 die Steuerkante 114 erreicht, verengt sich
der Durchgang in die Steuerbohrung 40 bis auf den Drosselspalt
115. Der Druck im Steuerraum 10 steigt an und bewirkt
durch die daraus resultierende Kraft auf die Druckfläche
112 eine gebremste Bewegung des Ventilgliedes 4 und damit
ein gedämpftes Aufsetzen der Ventildichtfläche 106 auf
dem Ventilsitz 107.In the figure 3 is shown as a second embodiment, the longitudinal section of an outwardly opening fuel injection valve. The
The
At the combustion chamber end remote from the lateral surface of the
The outwardly opening fuel injection valve illustrated in FIG. 3 has the following mode of operation: the fuel introduced into the
In der Figur 4a ist ein Ausführungsbeispiel des Ablaufsystems
35 des Kraftstoffs aus dem Leckölraum 20 schematisch
dargestellt. Im Verlauf der Ablaufleitung 31 ist ein Druckhalteventil
32 angeordnet, das nur bei einem bestimmten
Druck in der Ablaufleitung 31 in Ablaufrichtung zum Kraftstoffvorratstank
34 hin öffnet. Dadurch wird in der Ablaufleitung
zwischen Kraftstoffeinspritzventil und dem Druckhalteventil
32 und damit auch im Leckölraum 20 ein bestimmter
Haltedruck aufrecht erhalten. In Figur 4b ist eine alternative
Anordnung des Druckhalteventils 32 gezeigt, welches
hier im Ablaufkanal 30 des Ventilkörpers 1 angeordnet ist.
Bei dieser Anordnung ist es für die Montage nicht notwendig,
das sonstige Ablaufsystem 35 an das geänderte Kraftstoffeinspritzventil
anzupassen. Der Haltedruck des Kraftetoffeinspritzventils
beträgt in beiden Ausführungsformen etwa 0,15
bis 1,0 MPa. Durch den Haltedruck im Leckölraum 20 wird der
Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum 10 in den Leckölraum
20 während der Schließbewegung des Ventilgliedes 4 beeinflußt,
da die Abflußrate nicht nur vom Querschnitt des
Drosselspalts 15, sondern auch von der Druckdifferenz zwischen
Leckölraum 20 und Steuerraum 10 abhängt.
Es kann auch vorgesehen sein, daß der Haltedruck am Druckhalteventil
32 regelbar ist. Dadurch ist es möglich, den
Haltedruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine
zu steuern und so den jeweiligen Erfordernissen gezielt
anzupassen.FIG. 4 a shows an exemplary embodiment of the
It can also be provided that the holding pressure at the pressure-holding
Claims (18)
- Fuel injection valve for internal combustion engines, with a bore (5) which is formed in the valve body (1) and in which is arranged a piston-shaped valve member (4) which is moveable axially counter to the closing force of a spring (21) and at its end located on the combustion-space side controls at least one injection orifice (8) and which has a portion (4b) located on the combustion-space side which is arranged in an annular duct (3, 18) filled with fuel under high pressure, a pressure shoulder (9) being formed on the said portion (4b) of the valve member (4), the pressure of the fuel acting on the pressure shoulder (9) counter to the closing force of the spring (21), characterized in that the valve member (1) has a pressure face (12, 122), by means of which a control space (10) surrounding the valve member (4) can be delimited and by means of which the volume of the control space (10) can be reduced during the closing movement of the valve member (4), the control space (10) having a constant connection via a throttle gap (16) to the high-pressure space (3, 18) of the valve member (4) and a further connection to a leakage-oil space (20), which further connection is throttled, from a defined stroke of the closing movement of the valve member (4), via an annular gap (15, 115) which is formed between a control bore (40), arranged between the control space (10) and the leakage-oil space (20), and a control piston (11, 111) of the valve member (4), the said control piston penetrating into the control bore (40) during closing.
- Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the direction of flow of the fuel out of the control space (10) during the closing movement of the valve member (4) is directed essentially opposite to the closing direction of the valve member (4).
- Fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the direction of flow of the fuel out of the control space (10) during the closing movement of the valve member (4) is directed essentially in the closing direction of the valve member (4).
- Fuel injection valve according to Claim 2, characterized in that the valve member (4) has an opening-stroke movement directed away from the combustion space.
- Fuel injection valve according to Claim 4, characterized in that the control space (10) is arranged between the guided portion (4b) of the valve member (4) and the control piston (11).
- Fuel injection valve according to Claim 5, characterized in that the outer surface area of the piston (11) has, at its end located in the combustion-space side, a damping edge (13) which cooperates with a control edge (14) formed at that end of the control bore (40) which faces away from the combustion space.
- Fuel injection valve according to Claim 6, characterized in that, with the fuel injection valve closed, the damping edge (13) has with the control edge (14) an overlap (s) which amounts to 10 to 50% of the total opening stroke (h) of the valve member (4).
- Fuel injection valve according to Claim 3, characterized in that the valve member (4) has an opening-stroke movement directed towards the combustion space.
- Fuel injection valve according to Claim 8, characterized in that a damping edge (113) is formed at that end of the outer surface area of the control piston (111) which faces away from the combustion space, the said damping edge cooperating with a control edge (114) formed at that end of the control bore (40) which is located on the combustion-space side.
- Fuel injection valve according to Claim 9, characterized in that, with the fuel injection valve closed, the damping edge (113) has with the control edge (114) an overlap (s) which amounts to 10 to 50% of the total opening stroke (h) of the valve member (4).
- Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the leakage-oil space (20) has an outflow duct (30) connected to an outflow system (35) which issues into a fuel storage tank (34).
- Fuel injection valve according to Claim 11, characterized in that the pressure-holding valve (32) is arranged in the outflow bore (30).
- Fuel injection valve according to Claim 12, characterized in that the pressure-holding valve (32) is arranged in the outflow line (31) of the outflow system (35).
- Fuel injection valve according to one of Claims 12 and 13, characterized in that the holding pressure of the pressure-holding valve (32) is adjustable.
- Fuel injection valve according to one of Claims 12 to 14, characterized in that the holding pressure amounts to 0.15 to 1.0 MPa.
- Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further throttle connection is formed between the control space (10) and the leakage-oil space (20).
- Fuel injection valve according to Claim 16, characterized in that the throttle connection is designed as a duct formed in the valve member (4).
- Fuel injection valve according to Claim 16, characterized in that the throttle connection is designed as a duct formed in the valve body (1).
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