EP1286043A2 - Druck-Hub-gesteuerter Injektor für Kraftstoffeinspritzsysteme - Google Patents

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EP1286043A2
EP1286043A2 EP02016523A EP02016523A EP1286043A2 EP 1286043 A2 EP1286043 A2 EP 1286043A2 EP 02016523 A EP02016523 A EP 02016523A EP 02016523 A EP02016523 A EP 02016523A EP 1286043 A2 EP1286043 A2 EP 1286043A2
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EP
European Patent Office
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control chamber
nozzle needle
injector according
control
valve member
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02016523A
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English (en)
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EP1286043A3 (de
Inventor
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
Publication of EP1286043A2 publication Critical patent/EP1286043A2/de
Publication of EP1286043A3 publication Critical patent/EP1286043A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0005—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using valves actuated by fluid 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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to an injector for a Fuel injection system for internal combustion engines with one Housing, with a nozzle needle, with a control room, with one limited by a pressure shoulder of the nozzle needle Pressure chamber, the control chamber at least indirectly from the nozzle needle is limited, the control room hydraulically via an inlet throttle with a Fuel inlet is connected and where the Control room hydraulically via a control valve an outlet throttle can be connected to a fuel return is.
  • the invention has for its object an injector for a fuel injection system for internal combustion engines to further improve in terms of injection behavior.
  • a Injector for a fuel injection system for Internal combustion engines with a housing, with a Nozzle needle, with a control room, with one of one Pressure shoulder of the nozzle needle limited control room, being the control room at least indirectly from the nozzle needle is limited, with the control room hydraulically via a Inlet throttle in connection with a fuel inlet stands, and being the control chamber of a control valve hydraulically via a flow restrictor with a Fuel return is connectable, solved in that a 3/2-way valve is available with a valve member that the 3/2-way valve in a first switch position the pressure chamber and the fuel return hydraulically with each other connects that the 3/2-way valve in a second Switch position the pressure chamber and the fuel supply hydraulically connects with each other, and that the 3/2-way valve depending on the pressure difference between Fuel inlet and control room the first or second Takes up switching position.
  • the nozzle needle opens pressure controlled and is forcibly closed when the Pressure in the control room due to the closing of the Control valve increases.
  • the Control room is formed in two parts that a first part of the control room is formed in the nozzle needle that a second part of the control chamber formed in the valve member is that the first part of the control room by a first Paragraph in the housing can be limited and that the second part of the Control room limited by a second paragraph in the housing becomes.
  • the control room volume can be very high be kept low, since the first part and the second part of the Control room not at the same time, but in relation to each other can be controlled offset. This results in a further improvement of the opening and in particular the Closing behavior of the injector according to the invention.
  • Another aspect of the invention provides that the second part of the control room with an inlet throttle the fuel supply is hydraulically connected, and / or that the first part and the second part of the Control room via a flow restrictor with the Fuel return can be connected, and / or that the first Part and the second part of the control room hydraulic communicate with each other.
  • the 3/2-way valve has a valve member that the Control space limited by an end face of the valve member is that the fuel supply through a on the housing trained and with a sealing cone of the valve member cooperating sealing seat from the pressure chamber and / or the Leak return is separable, and that the diameter of the Sealing seat smaller than the diameter of the end face of the Valve member is.
  • the 3/2-way valve with at least a sealing seat can be guaranteed that Fuel inlet and pressure chamber leak-free from each other can be separated.
  • the valve member because of the difference in the diameter of the sealing seat and End face of the valve member in a simple manner Dependence of the pressure difference between the fuel supply and control room can be opened.
  • a push rod between the control room and the nozzle needle is provided and that the control room from a first Front of the push rod is limited, and that a second end face of the push rod on one end face of the Nozzle needle rests.
  • the first part of the control room can be in one Push rod can be arranged.
  • a nozzle spring which presses the nozzle needle towards a nozzle needle seat, so the injector is closed when there is no pressure in the There is a fuel supply.
  • a closing spring presses the valve member in the direction of the sealing seat so that the 3/2-way valve also has a defined position, when the injector is depressurized.
  • control valve can be from an electromagnet or a piezo actuator.
  • FIG. 1 a first embodiment of an injector according to the invention is shown schematically.
  • the injector has a housing 1, in which a stepped bore 3 is made.
  • a nozzle needle 5 and a push rod 7 are guided in the stepped bore 3.
  • the stepped bore 3 ends on the combustion chamber side in a nozzle needle seat 9.
  • the nozzle needle seat 9 has a first diameter d 1 .
  • the nozzle needle 5 is guided in a section of the stepped bore 3 with a second diameter d 2 .
  • the push rod 7 is guided in a section of the stepped bore 3 with a third diameter d 3 .
  • a nozzle spring chamber 11 is recessed, in which a nozzle spring 13 is provided, which is supported at one end against the housing 1 and at the other end against a shoulder of the push rod 7.
  • the nozzle spring 13 ensures that the nozzle needle 5 is pressed into the nozzle needle seat 9 when the injector is depressurized.
  • the control room 17 is a Fuel inlet 19, which with a not shown Common rail is connected, and an inlet throttle 21st pressurized with high pressure fuel. Via a control valve 23, the control chamber 17 can with a Fuel return 25 are connected.
  • the control valve 23 is in the first embodiment with a ball valve an actuator 27 formed by one not shown actuator, in particular a solenoid valve or a piezo actuator. Alternatively, you can other control valves are used.
  • the control chamber 17 is also delimited by a valve member 29 of a 3/2-way valve 31.
  • the 3/2-way valve 31 is designed as a seat / slide valve.
  • the fuel inlet 19 is hydraulically separated from a pressure chamber 37 and the leakage oil return 25 by a sealing seat 33 of the housing 1, which cooperates with a corresponding sealing cone 35 of the valve member 29.
  • the diameter of the sealing seat 33 is designated in Fig. 1 as the fourth diameter d 4 . It is important that the fourth diameter d 4 is smaller than the diameter of the valve member 29 with which it delimits the control chamber 17.
  • the 3/2-way valve 31 is connected via a connecting bore 39 to the pressure chamber 37 at the end of the nozzle needle 5 on the combustion chamber side.
  • Flow restrictor 26 is provided between control room 17 and control valve 23 .
  • a control edge 41 in the Housing 1 formed together with that in this Area designed as a control piston valve member 29 a hydraulic separation between pressure chamber and Fuel inlet 19 on the one hand and fuel inlet 25 on the other hand.
  • This switch position is in Connection with the invention as a second switching position designated.
  • flats 45 in the valve member 29 attached that evenly over the circumference of the Valve member 29 are distributed.
  • valve member 21 leaves the first switching position shown in FIG. 1 and moves in the direction of the control chamber 17. This movement is triggered by a hydraulic force which acts on the annular surface which delimits is triggered by the fourth diameter d 4 and the diameter of the valve member 29 in the control chamber 17, or the high pressure of the fuel from the fuel inlet 19 acting on this surface.
  • valve piston of the valve member 29 begins Cover control edge 41. That is the connection between pressure chamber 37 and fuel return 25 interrupted.
  • the injector according to the invention closes when that Control valve 23 is closed and thus the pressure in Control room 17 rises again. Once the on the End face 15 of the push rod 7 acting hydraulic Force is greater than that on the pressure shoulder 47 Hydraulic force acting on the nozzle needle closes the Nozzle needle 5 again and the injection is ended. The Nozzle needle 5 thus closes under positive control. This will a quick closing of the nozzle needle in all Operating points ensured. Also the possibility of one Post-injection is due to the forced closing described the nozzle needle 5 possible.
  • the control space is divided into a first part 17a and a second part 17b.
  • the first part 17a is formed in the nozzle needle 5 and is delimited by a first shoulder 49 of the housing 1.
  • the first paragraph has a third diameter d 3 , which corresponds in function to the third diameter d 3 of the push rod 7 from the embodiment of FIG. 1.
  • the first part 17a of the control chamber can be connected to the fuel return 25 via a first outlet throttle 26a via the control valve 23 and a feed line 51.
  • a second part 17b of the control chamber is in the valve member 29 formed by a second shoulder 53 of the housing 1st is limited. Via a second outlet throttle 26b second part 17b of the control room also with the supply line 51 connected.
  • the fuel inlet 19 supplies over an inlet throttle 21 the second part 17b of the control room with high pressure fuel. About the second Drain throttle 26b and the first drain throttle 26a will also the first part 17a of the control chamber is supplied with fuel.
  • a closing spring chamber 55 is located in the housing 1 of the injector formed in which a closing spring 57 is present.
  • the Closing spring 57 ensures that the valve member 29 in the 2 is brought into the first switching position, when the injector is depressurized.
  • In the first Switch position are the pressure chamber 37 via flats 59 on the nozzle needle 5, the nozzle spring chamber 11 and the Connection bore 39 with the fuel return 25 in Connection.
  • the connection between pressure chamber 37 and Fuel return 25 on the one hand and the fuel supply 19 is in the first switching position through the sealing seat 33 interrupted.
  • FIG. 3 shows the timing of an injection process shown in diagram form.
  • the Pressure P plotted against time t.
  • a first line 63 represents the time course of the pressure in the control room 17th
  • a second line 65 represents the pressure in the pressure space 37 represents. This pressure also acts on the pressure shoulder 47 of the Nozzle needle 5.
  • the stroke 67 of the Control valve 23 plotted against time.
  • the stroke 69 of the Nozzle needle 5 applied over time. From this Presentation and synopsis of the three with each other Diagrams arranged horizontally can be clearly seen that the nozzle needle opens under pressure control and the Adjustment movement of the valve member 29 and the opening of the Nozzle needle 5 does not take place simultaneously.

Abstract

Es wird ein Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, bei dem das Öffnen der Düsennadel (5) druckgesteuert erfolgt, während die Düsennadel (5) zwangsweise geschlossen wird, wenn das Steuerventil (23) schließt. Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich des Spritzbeginns und des Schließens der Düsennadel (5). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse, mit einer Düsennadel, mit einem Steuerraum, mit einem von einer Druckschulter der Düsennadel begrenzten Druckraum, wobei der Steuerraum mindestens mittelbar von der Düsennadel begrenzt wird, wobei der Steuerraum hydraulisch über eine Zulaufdrossel mit einem Kraftstoffzulauf in Verbindung steht und wobei der Steuerraum mittels eines Steuerventils hydraulisch über eine Ablaufdrossel mit einem Kraftstoffrücklauf verbindbar ist.
Injektoren mit druckgesteuerten oder hubgesteuerten Düsennadeln sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen hinsichtlich Einspritzverhalten weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse, mit einer Düsennadel, mit einem Steuerraum, mit einem von einer Druckschulter der Düsennadel begrenzten Steuerraum, wobei der Steuerraum mindestens mittelbar von der Düsennadel begrenzt wird, wobei der Steuerraum hydraulisch über eine Zulaufdrossel mit einem Kraftstoffzulauf in Verbindung steht, und wobei der Steuerraum eines Steuerventils hydraulisch über eine Ablaufdrossel mit einem Kraftstoffrücklauf verbindbar ist, dadurch gelöst, dass ein 3/2-Wegeventil mit einem Ventilglied vorhanden ist, das das 3/2-Wegeventil in einer ersten Schaltstellung den Druckraum und den Kraftstoffrücklauf hydraulisch miteinander verbindet, dass das 3/2-Wegeventil in einer zweiten Schaltstellung den Druckraum und den Kraftstoffzulauf hydraulisch miteinander verbindet, und dass das 3/2-Wegeventil in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Kraftstoff-Zulauf und Steuerraum die erste oder zweite Schaltstellung einnimmt.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Injektor öffnet die Düsennadel druckgesteuert und wird zwangsweise geschlossen, wenn der Druck im Steuerraum aufgrund des Schließens des Steuerventils zunimmt. Durch diese Maßnahmen können Öffnen und Schließen der Düsen in gewissen Grenzen unabhängig voneinander beeinflusst werden. Außerdem ergibt sich durch das zwangsweise Schließen der Düsennadel ein schnelles Schließen und die Eignung des erfindungsgemäßen Injektors, auch sowohl Vor- als auch Nacheinspritzungen vorzunehmen.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steuerraum zweiteilig ausgebildet ist, dass ein erster Teil des Steuerraums in der Düsennadel ausgebildet ist, dass ein zweiter Teil des Steuerraums in dem Ventilglied ausgebildet ist, dass der erste Teil des Steuerraums von einem ersten Absatz im Gehäuse begrenzbar und dass der zweite Teil des Steuerraums von einem zweiten Absatz im Gehäuse begrenzt wird. Bei dieser Variante kann das Steuerraumvolumen sehr gering gehalten werden, da erster Teil und zweiter Teil des Steuerraums nicht gleichzeitig, sondern zeitlich zueinander versetzt angesteuert werden. Dadurch ergibt sich eine weitere Verbesserung des Öffnungs- und insbesondere des Schließverhaltens des erfindungsgemäßen Injektors. In weiterer Augestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Teil des Steuerraums über eine Zulaufdrossel mit dem Kraftstoffzulauf hydraulisch in Verbindung steht, und/oder dass der erste Teil und der zweite Teil des Steuerraums über je eine Ablaufdrossel mit dem Kraftstoffrücklauf verbindbar sind, und/oder dass der erste Teil und der zweite Teil des Steuerraums hydraulisch miteinander in Verbindung stehen. Bei diesen erfindungsgemäßen Weiterbildungen kann das Steuerraumvolumen weiter verringert werden und außerdem ist sichergestellt, dass beide Teile des Steuerraums über die Zulaufdrossel mit Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf versorgt werden können.
Bei einer weiteren Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das 3/2-Wegeventil ein Ventilglied aufweist, dass der Steuerraum von einer Stirnfläche des Ventilglieds begrenzt wird, dass der Kraftstoffzulauf durch einen am Gehäuse ausgebildeten und mit einem Dichtkegel des Ventilglieds zusammenwirkenden Dichtsitz vom Druckraum und/oder dem Leckrücklauf trennbar ist, und dass der Durchmesser des Dichtsitzes kleiner als der Durchmesser der Stirnfläche des Ventilglieds ist.
Durch die Ausbildung des 3/2-Wegeventils mit mindestens einem Dichtsitz kann gewährleistet werden, dass Kraftstoffzulauf und Druckraum leckagefrei voneinander getrennt werden können. Außerdem kann das Ventilglied, wegen der Differenz der Durchmesser von Dichtsitz und Stirnfläche des Ventilglieds auf einfache Weise in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Kraftstoffzulauf und Steuerraum aufgesteuert werden.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist im Gehäuse eine mit einem als Ventilkolben ausgebildeten Abschnitt des Ventilglieds zusammenwirkende Steuerkante vorgesehen und wird die hydraulische Verbindung zwischen Druckraum und Kraftstoffrücklauf über die Steuerkante gesteuert, so dass die Vorteile eines Schieberventils in der zweiten Schaltstellung des erfindungsgemäßen Injektors zum Tragen kommen.
Um die Fertigung zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass zwischen Steuerraum und Düsennadel eine Druckstange vorgesehen ist, und dass der Steuerraum von einer ersten Stirnseite der Druckstange begrenzt wird, und dass eine zweite Stirnseite der Druckstange auf einer Stirnseite der Düsennadel aufliegt. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich hydraulisch kein Unterschied zu einer einteiligen Düsennadel, die unmittelbar den Steuerraum begrenzt. Allerdings kann es auch, wie bereits erwähnt, aus platz-, fertigungs- oder montagetechnischen Gründen vorteilhaft sein, eine Druckstange zwischen Steuerraum und Düsennadel vorzusehen.
Alternativ kann der erste Teil des Steuerraums in einer Druckstange angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Gehäuse und Düsennadel eine Düsenfeder vorgesehen, welche die Düsennadel in Richtung eines Düsennadelsitzes presst, so dass der Injektor geschlossen ist, wenn kein Druck im Kraftstoffzulauf vorhanden ist.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Gehäuse und Ventilglied eine Schließfeder vorgesehen, die das Ventilglied in Richtung des Dichtsitzes presst, so dass auch das 3/2-Wegeventil eine definierte Stellung einnimmt, wenn der Injektor drucklos ist.
Alternativ kann das Steuerventil von einem Elektromagneten oder einem Piezoaktor betätigt werden.
Zur Vereinfachung der Herstellung und Montage kann das Gehäuse zweiteilig ausgeführt sein.
Die erfindungsgemäßen Vorteile können durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Injektors in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem auch für diese Kraftstoffeinspritzsysteme nutzbar gemacht werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Es zeigen:
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors und
Fig. 2
ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors und
Fig. 3
die zeitliche Abfolge des Drucks im Steuerraum, des Ventilgliedhubs und des Düsennadelhubs in Diagrammform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors schematisch dargestellt. Der Injektor weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Stufenbohrung 3 eingebracht ist. In der Stufenbohrung 3 sind eine Düsennadel 5 und eine Druckstange 7 geführt. Die Stufenbohrung 3 endet brennraumseitig in einem Düsennadelsitz 9. Der Düsennadelsitz 9 hat einen ersten Durchmesser d1. Geführt wird die Düsennadel 5 in einem Abschnitt der Stufenbohrung 3 mit einem zweiten Durchmesser d2. Die Druckstange 7 wird in einem Abschnitt der Stufenbohrung 3 mit einem dritten Durchmesser d3 geführt. Im Gehäuse 1 ist ein Düsenfederraum 11 ausgespart, in dem eine Düsenfeder 13 vorgesehen ist, die sich einenends gegen das Gehäuse 1 und anderenends gegen einen Absatz der Druckstange 7 abstützt. Die Düsenfeder 13 sorgt dafür, dass die Düsennadel 5 in den Düsennadelsitz 9 gepresst wird, wenn der Injektor drucklos ist.
Eine Stirnseite 15 der Druckstange 7 ragt in einen Steuerraum 17. Der Steuerraum 17 wird über einen Kraftstoffzulauf 19, welcher mit einem nicht dargestellten Common-Rail in Verbindung steht, und eine Zulaufdrossel 21 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Über ein Steuerventil 23 kann der Steuerraum 17 mit einem Kraftstoffrücklauf 25 verbunden werden. Das Steuerventil 23 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel als Kugelventil mit einem Stellglied 27 ausgebildet, das von einem nicht dargestellten Aktor, insbesondere einem Magnetventil oder einem Piezoaktor, betätigt wird. Alternativ können auch andere Steuerventile eingesetzt werden.
Der Steuerraum 17 wird auch von einem Ventilglied 29 eines 3/2-Wegeventils 31 begrenzt. Das 3/2-Wegeventil 31 ist als Sitz/Schieber-Ventil ausgebildet. In der ersten in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung wird der Kraftstoffzulauf 19 durch einen Dichtsitz 33 des Gehäuses 1, der mit einem entsprechenden Dichtkegel 35 des Ventilglieds 29 zusammenwirkt, von einem Druckraum 37 und dem Leckölrücklauf 25 hydraulisch getrennt. Der Durchmesser des Dichtsitzes 33 ist in Fig. 1 als vierter Durchmesser d4 bezeichnet. Wichtig ist, dass der vierte Durchmesser d4 kleiner als der Durchmesser des Ventilglieds 29 ist, mit dem dieses den Steuerraum 17 begrenzt. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, kann durch eine Druckdifferenz zwischen Kraftstoffzulauf 19 und Steuerraum 17 ein Öffnen des 3/2-Wegeventils 31 von seiner ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung erreicht werden. Das 3/2-Wegeventil 31 ist über eine Verbindungsbohrung 39 mit dem Druckraum 37 am brennraumseitigen Ende der Düsennadel 5 verbunden.
Zwischen Steuerraum 17 und Steuerventil 23 ist eine Ablaufdrossel 26 vorgesehen. In dem in Fig. 1 oberen Bereich des 3/2-Wegeventils 31 ist eine Steuerkante 41 im Gehäuse 1 ausgebildet, die zusammen mit dem in diesem Bereich als Steuerkolben ausgebildeten Ventilglied 29 eine hydraulische Trennung zwischen Druckraum und Kraftstoffzulauf 19 einerseits und dem Kraftstoffzulauf 25 andererseits bewirkt. Diese Schaltstellung wird im Zusammenhang mit der Erfindung als zweite Schaltstellung bezeichnet. Um die Verbindung zwischen einem oberhalb der Steuerkante 41 gelegenen Ringraum 43 und dem Kraftstoffrücklauf 25 an dem Ventilglied 29 vorbei zu ermöglichen, sind im Ventilglied 29 Abflachungen 45 angebracht, die gleichmäßig über den Umfang des Ventilglieds 29 verteilt sind.
Wenn durch Öffnen des Steuerventils 23 der Druck im Steuerraum 17 absinkt, verlässt das Ventilglied 21 die in Fig. 1 dargestellte erste Schaltstellung und bewegt sich in Richtung des Steuerraums 17. Diese Bewegung wird durch eine hydraulische Kraft ausgelöst, welche auf der Ringfläche, die begrenzt ist durch den vierten Durchmesser d4 und den Durchmesser des Ventilglieds 29 im Steuerraum 17, bzw. der auf dieser Fläche wirkenden hohen Druck des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffzulauf 19 ausgelöst.
Wenn das Ventilglied einen Ventilhub H zurückgelegt hat, beginnt der Ventilkolben des Ventilglieds 29 die Steuerkante 41 zu überdecken. Damit ist die Verbindung zwischen Druckraum 37 und Kraftstoffrücklauf 25 unterbrochen.
Andererseits kann, sobald das Ventilglied 29 vom Dichtsitz 33 abhebt, Kraftstoff aus dem Kraftstoffzulauf 19 über die Verbindungsbohrung 39 in den Druckraum 37 strömen. Sobald die von dem im Druckraum 27 befindlichen und unter Druck stehenden Kraftstoff auf die Druckschulter 47 der Düsennadel 5 ausgeübte Kraft ausreicht, um die Schließkraft der Düsenfeder 13 und die auf die Stirnfläche 15 wirkende hydraulische Kraft zu überwinden, öffnet die Düsennadel 5, indem sie vom Düsennadelsitz 9 abhebt. Das Öffnen der Düsennadel 5 erfolgt somit druckgesteuert. Allerdings wird der Druckraum 37 erst mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, wenn das Ventilglied einen Hub H zurückgelegt hat und somit die Verbindung zum Kraftstoffrücklauf 25 unterbrochen ist. Dadurch dass die Düsennadel 5 druckgesteuert öffnet, ist ein gutes Öffnungsverhalten des erfindungsgemäßen Injektors gewährleistet.
Der erfindungsgemäße Injektor schließt, wenn das Steuerventil 23 geschlossen wird und somit der Druck im Steuerraum 17 wieder ansteigt. Sobald die auf die Stirnfläche 15 der Druckstange 7 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die auf die Druckschulter 47 der Düsennadel wirkende hydraulische Kraft, schließt die Düsennadel 5 wieder und die Einspritzung wird beendet. Die Düsennadel 5 schließt somit zwangsgesteuert. Dadurch wird ein schnelles Schließen der Düsennadel in allen Betriebspunkten sichergestellt. Auch die Möglichkeit einer Nacheinspritzung ist durch das beschriebene Zwangsschließen der Düsennadel 5 möglich.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Injektors dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich Fig. 1 Gesagte entsprechend. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum in einen ersten Teil 17a und einen zweiten Teil 17b aufgeteilt. Der erste Teil 17a ist in der Düsennadel 5 ausgebildet und wird von einem ersten Absatz 49 des Gehäuses 1 begrenzt. Der erste Absatz hat einen dritten Durchmesser d3, der in seiner Funktion dem dritten Durchmesser d3 der Druckstange 7 aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entspricht. Der erste Teil 17a des Steuerraums ist über eine erste Ablaufdrossel 26a über das Steuerventil 23 und eine Zuleitung 51 mit dem Kraftstoffrücklauf 25 verbindbar.
Im Ventilglied 29 ist ein zweiter Teil 17b des Steuerraums ausgebildet, der von einem zweiten Absatz 53 des Gehäuses 1 begrenzt wird. Über eine zweite Ablaufdrossel 26b steht der zweite Teil 17b des Steuerraums ebenfalls mit der Zuleitung 51 in Verbindung. Der Kraftstoffzulauf 19 versorgt über eine Zulaufdrossel 21 den zweiten Teil 17b des Steuerraums mit unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Über die zweite Ablaufdrossel 26b und die erste Ablaufdrossel 26a wird auch der erste Teil 17a des Steuerraums mit Kraftstoff versorgt.
Im Gehäuse 1 des Injektors ist ein Schließfederraum 55 ausgeformt, in dem eine Schließfeder 57 vorhanden ist. Die Schließfeder 57 sorgt dafür, dass das Ventilglied 29 in die in Fig. 2 dargestellte erste Schaltstellung gebracht wird, wenn der Injektor drucklos ist. In der ersten Schaltstellung sind der Druckraum 37 über Abflachungen 59 an der Düsennadel 5, den Düsenfederraum 11 und die Verbindungsbohrung 39 mit dem Kraftstoffrücklauf 25 in Verbindung. Die Verbindung zwischen Druckraum 37 und Kraftstoffrücklauf 25 einerseits und dem Kraftstoffzulauf 19 ist in der ersten Schaltstellung durch den Dichtsitz 33 unterbrochen.
Wenn der Druck im zweiten Teil 17b des Steuerraums abnimmt, bewirkt eine Öffnungsfeder 61, dass das Ventilglied 29 vom Dichtsitz 33 abhebt und somit die Verbindung zwischen Kraftstoffzulauf 19 und Druckraum 37 hergestellt wird. Die Verbindung zum Kraftstoffrücklauf 25 wird erst unterbrochen, wenn das Ventilglied 29 einen Hub H zurückgelegt hat und somit der als Ventilkolben ausgebildete Teil des Ventilglieds in Überdeckung mit der Steuerkante 41 im Gehäuse 1 kommt. D. h., dass das 3/2-Wegeventil 31 hubgesteuert ist. Sobald die im Druckraum 37 auf die Düsennadel 5 in Öffnungsrichtung ausgeübte hydraulische Kraft größer ist als die entgegengesetzt gerichtete Kraft im ersten Teil 17a des Steuerraums, hebt die Düsennadel 5 vom Düsennadelsitz 9 ab und die Einspritzung beginnt. Der Beginn der Einspritzung ist somit druckgesteuert mit den bekannten Vorteilen wie bspw. ein schnelles Öffnen. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, wegen der Trennung des Steuerraums in einen ersten Teil 17a und einen zweiten Teil 17b das Gesamtvolumen des Steuerraums weiter verringert werden, so dass sich das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Injektors weiter verbessert. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel finden das Aufsteuern des 3/2-Wegeventils und das Öffnen der Düsennadel 5 zeitlich hintereinander statt, so dass die Steuerungsvorgänge jeweils für sich optimal und unbeeinflusst voneinander verlaufen.
In Fig. 3 ist der zeitliche Ablauf eines Einspritzvorgangs in Diagrammform dargestellt. Im obersten Diagramm ist der Druck P über der Zeit t aufgetragen. Eine erste Linie 63 stellt den zeitlichen Verlauf des Drucks im Steuerraum 17 dar. Eine zweite Linie 65 stellt den Druck im Druckraum 37 dar. Dieser Druck wirkt auch auf die Druckschulter 47 der Düsennadel 5. In einem zweiten Diagramm ist der Hub 67 des Steuerventils 23 über der Zeit aufgetragen. In einem dritten darunter liegenden Diagramm ist der Hub 69 der Düsennadel 5 über der Zeit aufgetragen. Aus dieser Darstellung und der Zusammenschau der drei untereinander liegend angeordneten Diagramme ist deutlich zu erkennen, dass die Düsennadel druckgesteuert öffnet und die Stellbewegung des Ventilglieds 29 und das Öffnen der Düsennadel 5 nicht simultan erfolgen.
Daraus ergeben sich die genannten Vorteile wie gutes Öffnungs- und Schließverhalten des erfindungsgemäßen Injektors sowie die Eignung zu Nacheinspritzungen.

Claims (14)

  1. Injektor für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), mit einer Düsennadel (5), mit einem Steuerraum (17), mit einem von einer Druckschulter (47) der Düsennadel (5) begrenzten Druckraum (37), wobei der Steuerraum (17) mindestens mittelbar von der Düsennadel (5) begrenzt wird, wobei der Steuerraum (17) hydraulisch über eine Zulaufdrossel (21) mit einem Kraftstoffzulauf (19) in Verbindung steht, und wobei der Steuerraum (17) mittels eines Steuerventils (23) hydraulisch über eine Ablaufdrossel (26) mit einem Kraftstoffrücklauf (25) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein 3/2-Wegeventil (31) mit einem Ventilglied (29) vorhanden ist, dass das 3/2-Wegeventil (31) in einer ersten Schaltstellung den Druckraum (37) und den Kraftstoffrücklauf (25) hydraulisch miteinander verbindet, dass das 3/2-Wegeventil (31) in einer zweiten Schaltstellung den Druckraum (37) und den Kraftstoffzulauf (19) hydraulisch miteinander verbindet, und dass das 3/2-Wegeventil (31) in Abhängigkeit der Druckdifferenz zwischen Kraftstoffzulauf (19) und Steuerraum (17) die erste oder zweite Schaltstellung einnimmt.
  2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum zweiteilig ausgebildet ist, dass ein erster Teil (17a) des Steuerraums in der Düsennadel (5) ausgebildet ist, dass ein zweiter Teil (17b) des Steuerraums (17) in dem Ventilglied (29) ausgebildet ist, dass der erste Teil (17a) des Steuerraums (17) von einem ersten Absatz (49) im Gehäuse (1) begrenzt wird, und dass der zweite Teil (17b) des Steuerraums (17) von einem zweiten Absatz (53) im Gehäuse (1) begrenzt wird.
  3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (17b) des Steuerraums (17) über eine Zulaufdrossel (21) mit dem Kraftstoffzulauf (19) hydraulisch in Verbindung steht.
  4. Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (17a) und der zweite Teil (17b) des Steuerraums (17) über je eine Ablaufdrossel (26) mit dem Kraftstoffrücklauf (25) verbindbar sind.
  5. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (17a) und der zweite Teil (17b) des Steuerraums (17) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen.
  6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil ein Ventilglied (29) aufweist, dass der Steuerraum (17) von einer Stirnfläche (15) des Ventilglieds (29) begrenzt wird, dass der Kraftstoffzulauf (19) durch einen am Gehäuse (1) ausgebildeten und mit einem Dichtkegel (35) des Ventilglieds (29) zusammenwirkenden Dichtsitz (33) vom Druckraum und/oder dem Kraftstoffrücklauf (25) trennbar ist, und dass der Durchmesser (d4) des Dichtsitzes (33) kleiner als der Durchmesser der Stirnfläche (15) des Ventilglieds (29) ist.
  7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) eine mit einem als Ventilkolben ausgebildeten Abschnitt des Ventilglieds (29) zusammenwirkende Steuerkante (41) vorgesehen ist, und dass die hydraulische Verbindung zwischen Druckraum (37) und Kraftstoffrücklauf (25) über die Steuerkante (41) gesteuert wird.
  8. Injektor nach einem der Ansprüche 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steuerraum (17) und Düsennadel (5) eine Druckstange (7) vorgesehen ist, und dass der Steuerraum (17) von einer ersten Stirnseite (15) der Druckstange (7) begrenzt wird, und dass eine zweite Stirnseite (15) der Druckstange (7) auf einer Stirnseite (15) der Düsennadel (5) aufliegt.
  9. Injektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (17a) des Steuerraums in einer zwischen Steuerraum (17) und Düsennadel (5) angeordneten Druckstange (7) vorgesehen ist, und dass eine Stirnseite (15) der Druckstange auf einer Stirnseite (15) der Düsennadel (5) aufliegt.
  10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (1) und Düsennadel (5):eine Düsenfeder (13) vorgesehen ist, und dass die Düsenfeder (13) die Düsennadel (5) in Richtung eines Düsennadelsitzes (9) presst.
  11. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (1) und Ventilglied (29) eine Schließfeder (57) vorgesehen ist, und dass die Schließfeder (57) das Ventilglied (29) in Richtung des Dichtsitzes (33) presst.
  12. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (23) von einem Elektro-Magneten oder einem Piezo-Aktor betätigt wird.
  13. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zweiteilig ausgeführt ist.
  14. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzsystem ein Common-Rail-Einspritzsystem ist.
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