EP1203153B1

EP1203153B1 - Steuerventilanordnung zum einsatz in einem kraftstoffinjektor für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: EP1203153B1
Application number: EP00963891A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Augustin
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2020-08-08
Also published as: EP1203153A1; US6494383B2; DE50011460D1; DE19937713C1; US20020109014A1; WO2001011227A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerventilanordnung zum Einsatz in einem Kraftstoffinjektor für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Anordnungen dieser Gattung sind z.b. aus der US-PS 5 460 329 und der US-PS 5 407 131 bekannt.

Bei der Steuerventilanordnung nach US-PS 5 460 329 gelangt Kraftstoff als Steuerfluid über ein als Schieberventil ausgestaltetes, elektromagnetisch betätigbares Steuerventil zu einem Druckverstärker im Injektor. Über die elektromagnetische Ansteuerung wird zu festgelegten Zeiten bzw. Kurbelwinkeln des Verbrennungsmotors der einzuspritzende Kraftstoff vom Druckverstärker unter hohen Druck gesetzt. Der unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff bewirkt dann auf die herkömmliche Art, daß die Ventilnadel an der Düse des Injektors von ihrem Sitz abhebt und den Weg für den Kraftstoff zur Düsenöffnung freigibt, um den Kraftstoff in den Brennraum des Motors einzuspritzen.

Eine andere Art von Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor, der mit einem nockenbetriebenen Druckverstärkungskolben arbeitet, ist in der US-PS 5 407 131 beschrieben. Das Steuerventil ist hier ein Sitzventil das normalerweise, also im Ruhezustand, offen ist und das mit Hilfe eines Elektromagneten geschlossen werden kann. Im offenen Zustand fließt der von einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe aus dem Tank geförderte Kraftstoff durch das Steuerventil zum Tank zurück. Die Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum eines Dieselmotors wird eingeleitet durch Erregung des Elektromagneten, dessen magnetische Kraft des Sitzventil in den geschlossen Arbeitszustand bringt. Der Kraftstoff im Injektor, der nun nicht mehr abfließen kann, wird in der Folge vom nockenbetätigten Kolben des Druckverstärkers unter Druck gesetzt. Wenn der Druck den vorgegebenen Düsennadel-Öffnungsdruck erreicht hat, beginnt die Einspritzung. Beendet wird die Einspritzung durch Aberregung des Elektromagneten, womit sich das Sitzventil wieder öffnet, so daß der Kraftstoff wieder abfließen kann und der Druck im Injektor abfällt.

Außerdem ist aus der JP-A-59 168 258 eine Steuerventilanordnung bekannt, mit einem Ventilkörper, der zusammen mit einer Ventilkammer in einem ersten Abschnitt ein sitzventil und in einem zweiten Abschnitt ein Schiebeventil bildet.

Ein Problem, das allgemein bei Steuerventilanordnungen zur Kraftstoffeinspritzung und insbesondere auch bei den vorstehend behandelten bekannten Anordnungen auftritt, bilden die Leckage und Verluste, die durch Undichtigkeiten und infolge der Durchströmung entstehen. Sowohl bei den Schieberventilen als auch bei den Sitzventilen ist die Dichtfunktion eingeschränkt. Schieberventile sind nur ungenügend über den Dichtspalt abgedichtet, und bei Sitzventilen wird die Dichtfunktion vom Sitz nur in einer Richtung übernommen. Auch länger dauernde Durchströmungen, etwa durch Offenhalten eines Ventils für das Steuerfluid während des Ruhezustandes wie im Falle der Anordnung nach der obengenannten US-PS 5 407 131, sind als Verlust zu werten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerventilanordnung der eingangs erwähnten Gattung so auszugestalten, daß die beim Einsatz auftretenden Verluste vermindert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demnach hat der in der Ventilkammer mittels einer Betätigungseinrichtung axial verschiebbare Ventilkörper zwei starr zusammenhängende Abschnitte. Ein erster Abschnitt des Ventilkörpers bildet in einem ersten Abschnitt der Ventilkammer ein Sitzventil zwischen Ventileinlaß und Ventilauslaß, das in einer Ruheposition des Ventilkörpers geschlossen und in einer Arbeitsposition des Ventilkörpers geöffnet ist. Ein zweiter Abschnitt des Ventilkörpers und ein zweiter Abschnitt der Ventilkammer bilden ein Schieberventil, welches in der Ruheposition des Ventilkörpers eine Fluidverbindung zwischen dem Ventilauslaß und einer Rücklauföffnung herstellt und die Fluidverbindung zwischen dem Sitzventil und dem Ventilauslaß sperrt und welches nach dem Verlassen der Ruheposition erst die Rücklauföffnung schließt und danach eine Fluidverbindung zwischen dem Sitzventil und dem Ventilauslaß herzustellen beginnt.

Die erfindungsgemäße Steuerventilanordnung bildet somit zwei in Reihe geschaltete Einzelventile, deren eines als Sitzventil und deren anderes als Schieberventil ausgebildet ist. Da der Auslaß der Ventilanordnung in der Ruheposition des Ventilkörpers durch das geschlossene Sitzventil und zusätzlich durch das Schieberventil vom Einlaßdruck abgeschnitten ist und mit der Rücklauföffnung in Verbindung steht, wird der Auslaß in dieser Phase drucklos gehalten, ohne daß Steuerfluid als Verlust durch die Anordnung strömt. Außerdem bleiben in dieser Phase die Leckageverluste gering, infolge der sich addierenden (hintereinander geschalteten) Dichtwirkungen von Sitzventil und Schieberventil. Da sich das Sitzventil naturgemäß sofort beim Verlassen der Ruheposition Ventilkörpers zu öffnen beginnt, kann sich der Raum zwischen diesem Ventil und dem Schieberventil bereits mit dem Einlaßdruck füllen, bevor letzteres nach Versperren der Rücklauföffnung den Weg zum Auslaß freigibt, so daß die Druckbeaufschlagung des Auslasses abrupt erfolgt.

Somit eignet sich der Auslaß der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung besonders gut für eine hydraulische Steuerung des Einspritzvorganges, bei welcher die Einspritzphase durch Übergang des Ventilkörpers in die Arbeitposition eingeleitet wird und die Einspritzpause durch die Ruheposition des Ventilkörpers bestimmt wird.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Abschnitt des Ventilkörpers ein im ersten Abschnitt der Ventilkammer dicht gleitender Steuerkolben, an dessen Vorderseite, die dem Sitzventil zugewandt liegt, eine dem Ventileinlaßdruck ausgesetzte ringförmige Wirkfläche gebildet ist. Ein Steuerraum hinter einer rückseitigen Wirkfläche des Steuerkolbens ist über eine Zulaufdrossel mit dem Ventileinlaß und über eine durch die Betätigungseinrichtung zu öffnenden Ablaufdrossel mit einem Rücklaufanschluß verbunden. Hierbei sind die Strömungswiderstände der Drosseln und das Größenverhältnis zwischen der ringförmigen Wirkfläche und der rückseitigen Wirkfläche so bemessen, daß sich der Ventilkörper beim Öffnen der Ablaufdrossel in die Arbeitsposition bewegt und beim Schließen der Ablaufdrossel in die Ruheposition bewegt.

Bei dieser Ausführungsform ist der Steuerkolben vorzugsweise so ausgebildet, daß er beim Erreichen seiner Arbeitsposition dichtend auf den Zugang vom Steuerraum zur Ablaufdrossel drückt. Dies stellt sicher, im Sinne der obigen Aufgabenstellung, daß die Durchströmungsverluste begrenzt bleiben auf die kurze Übergangsphase des Steuerkolbens von der Ruhe- in die Arbeitsposition.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und besonderer Ausgestaltungen derselben werden nachstehend zwei Ausführungsformen als Beispiele anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung;

Figuren 2, 3 und 4 zeigen jeweils im Schnitt die Steuerventilanordnung nach Fig. 1 in drei aufeinanderfolgenden Betriebsphasen;

Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des Kraftstoffinjektors mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung;

Figuren 6, 7 und 8 zeigen jeweils im Schnitt die Steuerventilanordnung nach Fig. 5 in drei aufeinanderfolgenden Betriebsphasen.

Der in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 1 ist ein Injektor mit hydraulischem Antrieb, der im wesentlichen aus den üblichen Komponenten Einspritzdüse 2, Hochdruckkolben 3, Druckverstärkungskolben 4 und einer Steuerventilanordnung 5 besteht, die mit einem Injektorgehäuse 6 eine Baueinheit bilden. Der Injektor ist in seinem Ruhezustand dargestellt.

Die Einzelheiten der im Injektor nach Fig. 1 enthaltenen Steuerventilanordnung 5 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung gehen deutlicher aus der vergrößerten Schnittdarstellung in den Figuren 2, 3 und 4 hervor. Die Steuerventilanordnung 5 hat ein Ventilgehäuse 21, in dem eine Ventilkammer gebildet ist, die vorzugsweise kreisrunde Querschnittsform hat und die, in Axialrichtung fluchtend, zwei Abschnitte 41a und 41b unterschiedlichen Durchmessers aufweist. In einem Bereich zwischen den beiden Abschnitten 41a und 41b ist der Kammerdurchmesser durch eine Ringnut 51 zusätzlich erweitert, in die ein Ventileinlaß 7 mündet. An der Wandung des zweiten Kammerabschnitts 41b mündet ein Ventilauslaß 23.

In der Ventilkammer befindet sich axial verschieblich ein Ventilkörper 17, der zwei starr zusammenhängende Abschnitte 17a und 17b bildet, deren erster Abschnitt 17a sich in den ersten Abschnitt 41a der Ventilkammer und deren zweiter Abschnitt 17b sich in den zweiten Abschnitt 41b der Ventilkammer erstreckt. Der erste Ventilkörperabschnitt 17a hat einen größeren Durchmesser und bildet einen im ersten Kammerabschnitt 41a dicht gleitenden Steuerkolben. Der zweite Ventilkörperabschnitt 17b ist ein Schieber, der mit der Wandung des zweiten Kammerabschnitts 41b kleineren Durchmessers ein Schieberventil bildet und zu diesem Zweck mit einer Ringnut 24 versehen ist. Bei Bewegung des Ventilkörpers 17 kann eine erste Steuerkante 38 der Ringnut 24 eine zugeordnete Steuerkante 39 an einer verengten Fortsetzung 52 der Einlaß-Ringnut 51 überfahren, um eine Fluidverbindung vom Einlaß 7 zum Auslaß 23 wahlweise zu sperren oder zu öffnen. Die andere Steuerkante 19 der Ringnut 24 kann die Kante zur der Außenwand 20 des Ventilgehäuses 21 an der Endöffnung 49 des Ventilkammerabschnitts 41b überfahren, zum wahlweisen Öffnen oder Schließen einer Fluidverbindung zwischen dem Auslaß 23 und einem Fluidrücklauf, in den die Endöffnung mündet.

Eine vorzugsweise kegelige Umfangsfläche 50 des Ventilkörpers 17 am Übergang zwischen Steuerkolben 17a und Schieber 17b stellt die Vorderseite des Steuerkolbens dar und bildet in ihrem mittleren Bereich eine Zone zur Auflage auf einem Kegelventilsitz 18, der sich an der kegelig ausgebildeten Kante der Einlaß-Ringnut 51 befindet.

Zwischen der Rückseite des Steuerkolbens 17a und der Endwand 37 der Ventilkammer 41 liegt ein Steuerraum 10, der über einen Kanal 9 im Steuerkolben 17a und eine Zulaufdrossel 8 mit der Einlaß-Ringnut 51 in Verbindung steht. Vom Steuerraum 10 führt eine Ablaufdrossel 11 über einen Verbindungskanal 12 zu einem Rücklaufanschluß 13. Die Ablaufdrossel 11 ist im Ruhezustand durch eine Kugel 14 verschlossen, die durch eine Feder 15 auf ihren Sitz 16 gedrückt wird. Durch Erregung einer Magnetspule 40 kann die Feder 15 über eine Ankerplatte 36 zurückgezogen werden, um Schließdruck wegzunehmen.

Beim Einsatz des Injektors 1 ist der Einlaß 7 der Steuerventilanordnung 5 mit einem nicht dargestellten Druckspeicher verbunden, einem sogenannten "Rail", worin sich ein Arbeitsmedium bzw. Steuerfluid wie z.b. Motorenöl oder Kraftstoff unter hohem Druck befindet. Der Rücklaufanschluß 13 und die Endöffnung 49 an der Außenwand 20 des Ventilgehäuses 21 kommunizieren mit dem (nicht dargestellten) Tank, aus dem das Steuerfluid in das Rail zurück gepumpt wird. Der Auslaß 23 ist mit dem Raum 22 auf der Primärseite des Druckverstärkungskolbens 4 verbunden. Die weiteren Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Injektors 1 und deren Funktionsweise werden nachstehend gemeinsam mit dem Betrieb der Steuerventilanordnung 5 beschrieben.

Im Ruhezustand, also in der Einspritzpause, ist das Magnetventil 40 stromlos. Wegen der verschlossenen Ablaufdrossel 11 baut sich im Steuerraum 10 über den Einlaß 7, die Zulaufdrossel 8 und den Kanal 9 der Raildruck auf, der den Steuerkolben 17a des Ventilkörpers 17 nach links auf den Kegelsitz 18 drückt und somit das aus diesem Sitz 18 und der Kegelfläche 50 gebildete Sitzventil geschlossen hält. In der so eingenommenen Stellung des Ventilkörpers 17, die in Fig. 2 dargestellt ist, befindet sich die Steuerkante 19 Schiebers 17b außerhalb der Außenwand 20 des Ventilgehäuses 21 und gibt damit eine Verbindung vom Primärraum 22 des Druckverstärkungskolbens 4 über den Ventilauslaß 23 und die Ringnut 22 zum Rücklauf frei. Der Raum 22 ist somit drucklos. Der Druckverstärkungskolben 4 wird gemeinsam mit dem Hochdruckkolben 3 durch eine Feder 25 an einen oberen Anschlag 26 gedrückt. Der Sekundärraum 27 am Hochdruckkolben 3 ist über Einlaßkanäle 28 und 29 mit einem nicht dargestellten Kraftstoff-Versorgungssystem verbunden und deshalb mit Kraftstoff gefüllt. Vom Raum 27 führen Kanäle 30, 31 und 32 in den Ringraum 33 der Einspritzdüse 2. Im Ringraum 33 herrscht somit Versorgungsdruck, der nicht ausreicht, um die Düsennadel 34 entgegen der Kraft der Düsenfeder 35 zu öffnen.

Aus dem in Fig. 2 gezeigten Ruhezustand wird ein Einspritzvorgang durch Bestromung der Magnetspule 40 eingeleitet. Über die Ankerplatte 36 wird die Feder 15 zurückgezogen, die über die Kugel 14 die Ablaufdrossel 11 verschlossen hatte. Der Druck im Steuerraum 10 sinkt ab bis auf ein Maß, welches durch das Verhältnis der Strömungswiderstände von Zu- und Ablaufdrossel bestimmt ist. Vorderseitig am Steuerkolben 17a wirkt der volle Raildruck auf eine Ringfläche, die von der Kegelfläche 50 im Bereich radial außerhalb des Ventilsitzes 18 gebildet ist. Diese Ringfläche ist im Vergleich zur Wirkfläche an der Rückseite des Steuerkolbens 17a so bemessen, daß die vom Raildruck auf den Steuerkolben 17a ausgeübte Kraft überwiegt und letzteren nach rechts bewegt, bis eine Anschlagfläche 42 an der Kolbenrückseite die Endwand 37 erreicht und zugleich die Ablaufdrossel versperrt. In dieser Position oszelliert der Steuerkolben 17, wobei die Anschlagfläche 42 die Ablaufdrossel periodisch öffnet und verschließt. Dieser Zustand ist der in Fig. 4 gezeigte Arbeitszustand.

Die Fig. 3 zeigt eine erste Bewegungsphase nach der Bestromung des Magnetventils 40, kurz nachdem der Ventilkörper 17 die in Fig. 2 gezeigte Ruheposition verlassen hat. Durch seine Bewegung nach rechts hat der Steuerkolben 17a den Ventilsitz 18 freigegeben. Die Steuerkante 19 an der Ringnut 24 des Schiebers 17b hat gerade die korrespondierende Steuerkante zur Gehäuseaußenwand 20 erreicht und damit die Verbindung zwischen dem Auslaß 23 und der Außenwelt (Rücklaufsystem) unterbrochen. Die andere Steuerkante 38 an der Ringnut 24 steht noch in Überdeckung mit der Steuerkante 39 des Ventilgehäuses 21 und versperrt somit noch die Verbindung zwischen dem Raildruck und dem Auslaß 23. Anderseits liegt der Raildruck nun auch an der radial inneren Fortsetzung der Kegelfläche 50 des Steuerkolbens 17a. Infolge der somit vergrößerten Wirkfläche wird die Bewegung des Steuerkolbens 17a nach rechts beschleunigt und die Schließkraft des Anschlages 42 an der Ablaufdrossel verstärkt.

Beim Erreichen der in Fig. 4 gezeigten Endstellung, also in der Arbeitsposition, ist das Sitzventil 50, 18 weit geöffnet, und die Steuerkante 38 des Schiebers 17b ist vollständig von der korrespondierenden Steuerkante 39 weggefahren, so daß eine direkte Verbindung vom Rail über die Ringnut 24 zum Auslaß 23 und von dort zum Primärraum 22 des Druckverstärkungskolbens 4 freigegeben ist. Infolgedessen bewegen sich der Druckverstärkungskolben 4 und der Hochdruckkolben 3 nach unten, wobei der Hochdruckkolben 3 zunächst die Zulaufbohrung 28 verschließt. Anschließend baut sich im Sekundärraum 27 unterhalb des Hochdruckkolbens 3 hoher Druck auf, der wesentlich höher ist als der Raildruck, da die Wirkfläche des Druckverstärkungskolbens 4 wesentlich größer ist als die Querschnittsfläche des Hochdruckkolbens 3. Der hohe Druck gelangt über die Kanäle 30, 31 und 32 in den Ringraum 33 der Einspritzdüse 2, die sich in üblicher Weise selbständig öffnet und den Kraftstoff einspritzt.

Das Ende der Einspritzung wird durch Unterbrechung der Bestromung des Magnetventils 40 eingeleitet. Die Ablaufdrossel 11 wird wieder von der Kugel 14 verschlossen, der Druck im Steuerraum 10 erreicht wieder das Niveau des Raildrucks, und der Ventilkörper 17 fährt wieder zurück in die in Fig. 2 gezeigte Ruheposition. Das Sitzventil 18, 50 schließt, und die Verbindung zwischen Auslaß 23 und der Rücklauföffnung 49 an der Gehäuseaußenwand 20 wird wieder geöffnet, so daß der Primärraum 22 oberhalb des Druckverstärkungskolbens 4 drucklos wird. Die Feder 25 bewegt den Druckverstärkungskolben 4 und den Hochdruckkolben 3 in die Ausgangslage, wobei sich der Raum 22 zurück über den Ventilauslaß 23 und die Ringnut 24 zum Rücklauf entleert und der Sekundärraum 27 über die Kanäle 28 und 29 erneut mit Kraftstoff füllt. Die Einspritzdüse 2 schließt durch die Kraft der Düsenfeder 35 selbständig.

Der in der Fig. 5 dargestellte Injektor ist, mit Ausnahme einiger weniger Unterschiede in der Steuerventilanordnung, baugleich mit dem Injektor nach Fig. 1. Gleiche Teile und Teile gleicher Funktion sind in der Fig. 5 und in den Figuren 6, 7, 8 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet wie in den Figuren 1 bis 4. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden im folgenden nur diejenigen Merkmale beschrieben, in denen sich die in den Figuren 5 bis 8 gezeigte zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 unterscheidet.

Einzige Unterschiede sind die Ausbildung des den Steuerkolben bildenden Ventilkörperabschnitts 17a und die Ausbildung und Belegung des Raumes an dessen Rückseite. Bei der zweiten Ausführungsform führt in die Rückseite des Steuerkolbens 17a
eine Blindbohrung 48, in welcher dicht gleitend ein zweiter Kolben 43 sitzt, der von einem Kanal 44 in axialer Richtung durchdrungen ist. Die Rückseite des zweiten Kolbens 43 stützt sich an der Endwand 37 des Ventilkammerabschnitts 41a ab, und zwar derart, daß der Kanal 44 mit der Eintrittsöffnung der Ablaufdrossel 11 in Verbindung steht. Vom vorderen Teil des Steuerkolbens 17a im Bereich der Einlaß-Ringnut 51 führt die Zulaufdrossel 8 in den Raum am Fuß der Bohrung 48. Der den zweiten Kolben 43 umgebende Ringraum 47 zwischen dem rückwärtigen Ende des Steuerkolbens 17a und der Endwand 37 des Ventilkammerabschnitts 41a hat eine Druckausgleichsverbindung 45 nach außen.

Bei dieser Ausführungsform ist der Steuerraum 10 gebildet durch den Raum am Fuß der Bohrung 48 zwischen dem Boden 46 dieser Bohrung und dem zugewandten Ende des zweiten Kolbens 43. In der Ruheposition gemäß Fig. 6 baut sich im Steuerraum 10, wegen der geschlossenen Ablaufdrossel 11, über den Einlaß 7, die Einlaß-Ringnut 51 und die Zulaufdrossel 8 der Raildruck auf, was den Steuerkolben 17a durch Beaufschlagung seiner rückseitigen Wirkfläche am Boden 46 der Bohrung 48 nach links drückt und das Sitzventil 18, 50 geschlossen hält. Nach dem Öffnen Ablaufdrossel 11 durch Erregung der Magnetspule 40 strömt das Fluid aus dem Steuerraum 10 durch den Kanal 44 über die Ablaufdrossel 11 zum Rücklaufanschluß 13, so daß der Druck im Steuerraum 10 abnimmt und sich der Steuerkolben 17a nach rechts bewegt, gemäß Fig. 7, bis der Boden 46 seiner Bohrung 48 am vorderen Ende des zweiten Kolbens 43 anschlägt und den Kanal 44 verschließt, so daß kein weiteres Fluid mehr zur Ablaufdrossel 11 strömen kann. In dieser Position oszilliert der Steuerkolben 17 und öffnet und verschließt periodisch den Kanal 44. Dies ist der in Fig. 8 gezeigte Arbeitszustand.

Die anderen Teile des Ventilkörpers 17, welche mit den entsprechenden Bereichen der Ventilkammer das Sitzventil und das Schieberventil bilden, wirken in der Ruhepostion nach Fig. 6, in der Zwischenposition nach Fig. 7 und in der Arbeitsposition nach Fig. 8 genau so, wie es oben für die erste Ausführungsform anhand der Figuren 2, 3 und 4 beschrieben wurde.

Neben den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind natürlich andere Ausgestaltungen der Erfindung möglich. So kann sich der Steuerkolben 43 statt in der Bohrung des Ventilkörpers 17a auch in der entsprechend großen Bohrung der Anschlagfläche 37 befinden, wobei die Kanäle zur Zulaufdrossel durch das Ventilgehäuse geführt werden müssen. Statt einer hydraulischen Steuerung des Ventilkörpers über einen Steuerraum kann auch für eine unmittelbare Betätigung des Ventilkörpers gesorgt werden, etwa durch körperliche Verbindung mit dem Anker einer Magnetspule oder mit einem anderen elektromechanischen Wandler. Auch ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerventilanordnung nicht auf die Beaufschlagung eines Druckverstärkers beschränkt; der Auslaß 23 kann auch unmittelbar mit dem Einlaßkanal einer Injektordüse verbunden werden, wenn der Raildruck genügend hoch bemessen wird. In diesem Fall ist das Fluid, welches die Steuerventilanordnung durchströmt, natürlich Kraftstoff wie z.b. Dieselöl.

Claims

Steuerventilanordnung (5) zum Einsatz in einem Kraftstoffinjektor (1) für Verbrennungsmotoren, mit einer in einem Gehäuse (21) gebildeten Ventilkammer (41), die einen Ventileinlaß (7) für ein unter Druck stehendes Fluid und einen Ventilauslaß (23) zum hydraulischen Steuern des Einspritzvorgangs an der Düse (2) des Kraftstoffinjektors (1) aufweist und einen mittels einer Betätigungseinrichtung axial verschiebbaren Ventilkörper (17) enthält, der je nach seiner Position eine Fluidverbindung zwischen Ventileinlaß (7) und Ventilauslaß (23) herstellt oder sperrt,
wobei ein erster Abschnitt (17a) des Ventilkörpers (17) in einem ersten Abschnitt (41a) der Ventilkammer (41) ein Sitzventil (18, 50) zwischen Ventileinlaß (7) und Ventilauslaß (23) bildet, das in einer Ruheposition des Ventilkörpers (17) geschlossen und in einer Arbeitsposition des Ventilkörpers (17) geöffnet ist; und
wobei ein mit dem ersten Abschnitt (17a) starr zusammenhängender zweiter Abschnitt (17b) des Ventilkörpers (17) und ein zweiter Abschnitt (41b) der Ventilkammer (41) ein Schieberventil bilden, welches in der Ruheposition des Ventilkörpers (17) eine Fluidverbindung zwischen dem Ventilauslaß (23) und einer Rücklauföffnung (49) herstellt und die Fluidverbindung zwischen dem Sitzventil (18, 50) und dem Ventilauslaß (23) sperrt und welches nach dem Verlassen der Ruheposition erst die Rücklauföffnung (49) schließt und danach eine Fluidverbindung zwischen dem Sitzventil (18, 50) und dem Ventilauslaß (23) herzustellen beginnt, wobei der erste Abschnitt (41a) der Ventilkammer (41) über einen Sitz (18) des Sitzventils (18, 50) in Strömungsrichtung in den zweiten Abschnitt (41b) der Ventilkammer (41) übergeht.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (17a) des Ventilkörpers (17) ein im ersten Abschnitt (41a) der Ventilkammer dicht gleitender Steuerkolben ist, an dessen Vorderseite, die dem Sitzventil (18, 50) zugewandt liegt, eine dem Ventileinlaßdruck ausgesetzte ringförmige Wirkfläche gebildet ist;
daß ein Steuerraum (10) hinter einer rückseitigen Wirkfläche des Steuerkolbens (17) über eine Zulaufdrossel (8) mit dem Ventileinlaß (7) und über eine durch die Betätigungseinrichtung (40) zu öffnende Ablaufdrossel (11) mit einem Rücklaufanschluß (13) verbunden ist, wobei die Strömungswiderstände der Drosseln (8, 11) und das Größenverhältnis zwischen der ringförmigen Wirkfläche und der rückseitigen Wirkfläche so bemessen sind, daß sich der Ventilkörper (17) beim Öffnen der Ablaufdrossel (18) in die Arbeitsposition bewegt und beim Schließen der Ablaufdrossel (18) in die Ruheposition bewegt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
eine derartige Ausbildung des Steuerkolbens (17a), daß er beim Erreichen seiner Arbeitsposition dichtend auf den Zugang vom Steuerraum (10) zur Ablaufdrossel (11) drückt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Steuerkolben (17a) enthaltende erste Abschnitt (41a) der Ventilkammer größeren Durchmesser hat als der das Schieberventil bildende zweite Abschnitt (41b) der Ventilkammer;
daß der Sitz (18) des Sitzventils (18, 50) durch eine kegelförmige Gehäusekante gebildet ist, welche sich am Übergang zwischen den beiden Abschnitten (41a, 41b) der Ventilkammer befindet und an welcher eine mittlere Zone einer Ringfläche (50) an der Vorderseite des Steuerkolbens (17a) dichtend aufliegt, wenn der Ventilkörper (17) in seiner Ruheposition ist.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (50) an der Vorderseite des Steuerkolbens ein kegeliger Übergang am Ventilkörper (17) vom Durchmesser des ersten Abschnitts (17a) auf den kleineren Durchmesser des zweiten Abschnitts (17b) des Ventilkörpers ist und
daß die den Sitz (18) des Sitzventils (18, 50) bildende Gehäusekante die Kante zwischen einer ersten Ringnut (51) und einer verengten Fortsetzung (52) derselben in der Ventilkammer ist, wobei der Ventileinlaß (7) in die erste Ringnut (51) mündet, die einen größeren lichten Durchmesser als der erste Abschnitt (41a) der Ventilkammer bildet, und wobei die verengte Fortsetzung (52) der ersten Ringnut (51) am Übergang zum zweiten Abschnitt (41b) der Ventilkammer eine Steuerkante (39) für das Schieberventil bildet.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
eine zweite, im zweiten Abschnitt (17b) des Ventilkörpers (17) vorgesehene Ringnut (24), deren axiale Dimension so bemessen ist, daß sie in der Ruheposition des Ventilkörpers (17) die Rücklauföffnung (49) und den Ventilauslaß (23) überspannt und nach dem Verlassen der Ruheposition die Rücklauföffnung (49) verläßt und gleichzeitig den Ventilauslaß (23) und die verengte Fortsetzung (52) der ersten Ringnut (51) überspannt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante der Rücklauföffnung (49) die Kante am äußeren Ende einer den zweiten Abschnitt (41b) der Ventilkammer bildenden Bohrung im Gehäuse (21) ist.
Steuerventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (8) zum Steuerraum (10) in einem oder durch einen Strömungskanal (9) gebildet ist, der vom Ventileinlaß (7) durch den Steuerkolben (17a) hindurch zum Steuerraum (10) führt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdrossel (11) durch einen Strömungskanal gebildet ist, dessen Eintrittsöffnung sich an der hinteren Endwand (37) der Ventilkammer befindet.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der rückseitigen Wirkfläche des Steuerkolbens (17a) ein Anschlagelement (42) befindet, das sich beim Erreichen der Arbeitsposition dichtend auf die Eintrittsöffnung der Ablaufdrossel (11) legt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (10) am Fuß einer Bohrung (48) gebildet ist, die rückseitig in den Steuerkolben (17a) eingebracht ist und in welche dicht gleitend ein zweiter Kolben (43) greift, der sich an der hinteren Endwand (37) der Ventilkammer abstützt und durch den hindurch ein Strömungskanal (44) zur Eintrittsöffnung der Ablaufdrossel (11) führt.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (47) zwischen dem rückseitigen Ende des Steuerkolbens (17a) und der hinteren Endwand (37) der Ventilkammer über einen Druckausgleichskanal (45) mit dem Umgebungsdruck verbunden ist.
Steuerventilanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Bohrung (48) greifende vordere Ende des zweiten Kolbens (43) unter Abdichtung des zur Ablaufdrossel (11) führenden Strömungskanals (44) am Boden (46) der Bohrung (48) anschlägt, wenn der Steuerkolben (17a) in seiner Arbeitsposition ist.
Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) ein elektromechanischer Aktor ist.
Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (40) auf ein Kugelventil (14, 16) wirkt, das zur Sperrung der Ablaufdrossel angeordnet ist.
Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilauslaß (23) mit der Primärseite (22) eines Druckverstärkers zur Steuerung der Düsennadel (34) des Kraftstoffinjektors (1) verbunden ist.
Steuerventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung ein Piezoaktuator ist.