EP1287255B1 - Einspritzventil für die brennstoffeinspritzung in den brennraum einer brennkraftmaschine - Google Patents

Einspritzventil für die brennstoffeinspritzung in den brennraum einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1287255B1
EP1287255B1 EP01953161A EP01953161A EP1287255B1 EP 1287255 B1 EP1287255 B1 EP 1287255B1 EP 01953161 A EP01953161 A EP 01953161A EP 01953161 A EP01953161 A EP 01953161A EP 1287255 B1 EP1287255 B1 EP 1287255B1
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nozzle
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injection
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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
    • 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
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an injection valve for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, as provided in the preamble of claim 1.
  • Such an injection valve is known for example from US 5,832,899 as known.
  • the housing of the injection valve consists of a nozzle part with the injection openings and a nozzle holder to which the nozzle part is fastened with a screw sleeve.
  • a longitudinally displaceable guided nozzle needle is added in a bore of the nozzle part .
  • Clamped between nozzle holder and nozzle part is an insert part, which delimits on one side a control space in which the nozzle needle lies with its rear end facing away from the injection holes.
  • On the opposite side has the Einlegteil a drain opening, which is connected via a central bore and a drain throttle with the control room.
  • the control chamber Via an inlet throttle, the control chamber is connected to a fuel channel which supplies pressurized fuel to a nozzle pre-chamber located in front of the injection holes.
  • the fuel pressure acting on the nozzle needle rear side when the outlet opening is closed holds in association with a valve closing spring the nozzle needle in contact with the valve seat in the nozzle part, so that no injection takes place.
  • the discharge port controlled by a control valve is released, the fuel pressure in the control chamber decreases, and the nozzle needle lifts from its valve seat due to the fuel under the injection pressure acting on the nozzle needle front.
  • a disadvantage of the injector shown is that a large dead volume is formed by the lying in the control chamber, acting on the nozzle needle back spring.
  • the response of the injector to switching commands is dependent on the size of the dead volume of the control room. For example, if an injection should be initiated, the dead volume must first be relaxed, for which purpose a time period is required which increases the reaction time of the start of injection to the control command. Conversely, the dead volume causes an extension of the reaction time even when closing the injection valve to terminate the injection. Long Response times affect the accuracy of the injection and degrade the suitability of the injector for pilot injection.
  • US4566416 discloses an injection valve with a largely located above the nozzle part guide sleeve disadvantage is here that a compact design so nich is possible.
  • the invention is based on the problem of providing a closing spring arrangement with a simple construction, which on the one hand allows a compact design of the injection valve and on the other hand also allows short reaction times to switching commands.
  • this object is achieved in that the closing spring is provided on the circumference of the nozzle needle below the nozzle needle guide outside of the control chamber.
  • the closing spring allows a compact design of the injection valve, without taking a complex construction in purchasing.
  • the end face of a guide sleeve serves as a housing-side abutment for the closing spring.
  • the nozzle needle is advantageously designed with a circumferential groove in which an inwardly resiliently biased ring snaps, on which the spring plate of the closing spring can be supported.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an injection valve 1 in the region of the nozzle part 2.
  • the nozzle part 2, which contains the injection holes 3, is fastened by means of a threaded sleeve 5 on the incompletely illustrated nozzle holder 4.
  • a nozzle needle 17 is guided axially movable.
  • the nozzle needle 17 is located with a nozzle needle shaft 19 in a guide 26 forming a guide sleeve 20, which in turn is arranged in a housing bore 21 of the nozzle part 2.
  • the nozzle holder 4 includes an unillustrated electromagnetic control valve whose armature is connected to an actuator 6.
  • the Actuator 6, which is also shown only partially, may be in the form of a rod whose front side, as shown, cooperates with a drain opening 7.
  • the drain opening 7 is connected via an outlet throttle 8 and a bore 9 in an insert 10 between nozzle holder 4 and nozzle part 2 with a control chamber 11 in connection.
  • the control chamber 11 communicates with a fuel inlet channel 14, via which fuel standing under the injection pressure is supplied to a nozzle antechamber 15, which is disposed upstream of the injection holes 3. Due to the fuel pressure acting at the closed discharge opening 7 in the control chamber 11 and thus also on the nozzle needle back and also acting in the closing direction biased closing spring 16, the nozzle needle 17 is held pressed against the valve seat 18 in the nozzle part 2, so that no injection takes place. If the actuator 6 is withdrawn and the drain opening 7 is thus released, the pressure in the control chamber 11 drops.
  • the fuel flowing out via the drain opening 7 reaches a return passage 25 shown in dashed lines.
  • the speed with which the pressure drop for opening and the pressure increase for closing the drain Injector takes place in the control chamber 11 should be as high as possible to allow a quick response of the injector 1 to the switching commands. This condition is given by the fact that the control chamber 11 remains free of internals and thus has a small dead volume, which is made possible by the arrangement of the closing spring 16 on the nozzle needle circumference. At the same time allows the arrangement of the closing spring 16 on the circumference of the nozzle needle 17 a simple construction of the injection valve 1, in particular a compact design is possible.
  • the abutment 16 required for supporting the closing spring 16 are formed on the housing side of the guide sleeve 20 of the nozzle needle shaft 19 according to FIG.
  • the closing spring 16 is supported on an end face of the guide sleeve 20.
  • the abutment can be formed, for example, by a circumferential groove 22 and a radially inwardly resilient ring 23 engaged therein.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.
  • Ein solches Einspritzventil geht beispielsweise aus der US 5,832,899 als bekannt hervor. Das Gehäuse des Einspritzventils besteht aus einem Düsenteil mit den Einspritzöffnungen und einem Düsenhalter, an dem das Düsenteil mit einer Schraubhülse befestigt ist. In einer Bohrung des Düsenteils ist eine längsverschieblich geführte Düsennadel aufgenommen. Zwischen Düsenhalter und Düsenteil eingespannt befindet sich ein Einlegteil, das auf einer Seite einen Steuerraum begrenzt, in dem die Düsennadel mit ihrem rückwärtigen, den Einspritzlöchern abgewandten Ende liegt. Auf der gegenüberliegenden Seite besitzt das Einlegteil eine Abflussöffnung, die über eine zentrale Bohrung und eine Abflussdrossel mit dem Steuerraum verbunden ist. Über eine Zulaufdrossel ist der Steuerraum mit einem Kraftstoffkanal verbunden, der einem vor den Einspritzlöchern liegenden Düsenvorraum unter Druck stehenden Kraftstoff zuführt. Der bei verschlossener Abflussöffnung auf der Düsennadelrückseite wirkende Kraftstoffdruck hält im Verband mit einer Ventilschließfeder die Düsennadel in Anlage am Ventilsitz im Düsenteil, so dass keine Einspritzung erfolgt. Wird die von einem Steuerventil gesteuerte Abflussöffnung freigegeben, sinkt der Kraftstoffdruck im Steuerraum und die Düsennadel hebt aufgrund des auf der Düsennadelvorderseite wirkenden, unter dem Einspritzdruck stehenden Kraftstoffs von ihrem Ventilsitz ab. Nachteilig an dem dargestellten Einspritzventil ist, dass durch die im Steuerraum liegende, auf die Düsennadelrückseite wirkende Schließfeder ein großes Totvolumen gebildet wird. Die Reaktion des Injektors auf Schaltbefehle ist jedoch von der Größe des Totvolumens des Steuerraums abhängig. Soll beispielsweise eine Einspritzung eingeleitet werden, so muss das Totvolumen zunächst entspannt werden, wozu eine Zeitspanne benötigt wird, welche die Reaktionszeit des Einspritzbeginns auf den Steuerbefehl vergrößert. Umgekehrt verursacht das Totvolumen auch beim Schließen des Einspritzventils zum Beenden der Einspritzung eine Verlängerung der Reaktionszeit. Lange Reaktionszeiten beeinträchtigen die Genauigkeit der Einspritzung und verschlechtern die Eignung des Injektors für Voreinspritzung.
  • US4566416 offenbart ein Einspritzventil mit einer großenteils oberhalb des Düsenteils sich befindlichen Führungshülse Nachteilig ist hier, dass eine kompakte Bauweise so nich möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, bei einfacher Konstruktion eine Schließfederanordnung anzugeben, die einerseits eine kompakte Bauweise des Einspritzventils zulässt und andrerseits auch kurze Reaktionszeiten auf Schaltbefehle ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schließfeder auf dem Umfang der Düsennadel unterhalb der Düsennadelführung außerhalb des Steuerraums vorgesehen ist.
  • Diese Anordnung der Schließfeder erlaubt eine kompakte Ausführung des Einspritzventils, ohne dafür eine aufwendige Konstruktion in Kauf zu nehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dient die Stirnseite einer Führungshülse als gehäuseseitiges Widerlager für die Schließfeder. Die Düsennadel ist vorteilhafterweise mit einer umlaufenden Nut ausgeführt, in der ein nach innen federnd vorgespannter Ring einrastet, auf dem der Federteller der Schließfeder abgestützt werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1:
    einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäße Einspritzventil im Bereich des Düsenteils, und
    Figur 2:
    eine Düsennadel mit angeformtem Rand als Widerlager.
  • Figur 1 zeigt einen Längsschnitt eines Einspritzventils 1 im Bereich des Düsenteils 2. Das Düsenteil 2, das die Einspritzlöcher 3 enthält, ist mittels einer Schraubhülse 5 am unvollständig dargestellten Düsenhalter 4 befestigt. Im Düsenteil 2 ist eine Düsennadel 17 axialbeweglich geführt. Die Düsennadel 17 liegt mit einem Düsennadelschaft 19 in einer eine Führung 26 bildenden Führungshülse 20, die ihrerseits in einer Gehäusebohrung 21 des Düsenteils 2 angeordnet ist. Der Düsenhalter 4 beinhaltet ein nicht dargestelltes elektromagnetisches Steuerventil, dessen Anker mit einem Stellglied 6 verbunden ist. Das Stellglied 6, das ebenfalls nur teilweise dargestellt ist, kann in Form einer Stange ausgeführt sein, deren Stirnseite, wie dargestellt, mit einer Abflussöffnung 7 zusammenwirkt. Die Abflussöffnung 7 steht über eine Abflussdrossel 8 und eine Bohrung 9 in einem Einlegeteil 10 zwischen Düsenhalter 4 und Düsenteil 2 mit einem Steuerraum 11 in Verbindung. Über eine weitere Bohrung 12 und eine Zulaufdrossel 13 steht der Steuerraum 11 mit einem Kraftstoffzulaufkanal 14 in Verbindung, über den unter dem Einspritzdruck stehender Kraftstoff einem Düsenvorraum 15 zugeführt wird, der den Einspritzlöchern 3 vorgelagert ist. Aufgrund des bei verschlossener Abflussöffnung 7 im Steuerraum 11 und damit auch auf der Düsennadelrückseite wirkenden Kraftstoffdrucks und der ebenfalls in Schließrichtung wirkenden vorgespannten Schließfeder 16 wird die Düsennadel 17 in Anlage am Ventilsitz 18 im Düsenteil 2 angedrückt gehalten, so dass keine Einspritzung erfolgt. Wird das Stellglied 6 zurückgezogen und die Abflussöffnung 7 damit frei gegeben, sinkt der Druck im Steuerraum 11. Der über die Abflussöffnung 7 abströmende Kraftstoff gelangt in einen gestrichelt dargestellten Rücklaufkanal 25. Die Geschwindigkeit, mit der der Druckabfall zum Öffnen und der Druckanstieg zum Schließen des Einspritzventils im Steuerraum 11 stattfindet, soll so hoch wie möglich sein, um eine schnelle Reaktion des Einspritzventils 1 auf die Schaltbefehle zu ermöglichen. Diese Voraussetzung ist dadurch gegeben, dass der Steuerraum 11 frei von Einbauten bleibt und damit ein kleines Totvolumen aufweist, was durch die Anordnung der Schließfeder 16 auf dem Düsennadelumfang ermöglicht wird. Zugleich erlaubt die Anordnung der Schließfeder 16 auf dem Umfang der Düsennadel 17 eine einfache Konstruktion des Einspritzventils 1, wobei insbesondere eine kompakte Ausführung möglich ist.
  • Die zur Abstützung der Schließfeder 16 erforderlichen Widerlager werden entsprechend Figur 1 gehäuseseitig von der Führungshülse 20 des Düsennadelschafts 19 gebildet. Dabei stützt sich die Schließfeder 16 auf einer Stirnseite der Führungshülse 20 ab. Düsennadelseitig kann das Widerlager zum Beispiel durch eine umlaufende Nut 22 und darin eingerastetem, radial nach innen federndem Ring 23 gebildet werden. Wie in Figur 2 dargestellt, besteht auch die Möglichkeit, das Widerlager an der Düsennadel 17 durch einen mit der Düsennadel 17 einstückig ausgeformten Rand 24 darzustellen.

Claims (5)

  1. Einspritzventil (1) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, einer Düsennadel (17), die mit einem Düsennadelschaft (19) in einer Führung (26) im Gehäuse längsverschieblich gelagert ist und an einem Ende mit einem Ventilsitz (18) im Sinne eines Öffnens und Schließens eines Einspritzquerschnüts des Gehäuses zusammenwirkt, einem dem Düsennadeischaft (19) ventilsitzseitig vorgelagerten Düsenvorraum (15), der mit einem Kraftstoffzuführungskanal (14) zur Zufuhr von einzuspritzendem, unter Druck stehendem Kraftstoff In Verbindung steht, einem mit der Düsennadel (17) gekoppelten Steuerraum (11), der mit unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar ist, und der mittels eines mit einem Steuerventil gekoppelten Stellglieds (6) im Sinne eines Öffnens der Düsennadel (17) druckentlastbar ist, und mit einer die Düsennadel (17) in Schließrichtung beaufschlagenden Schließfeder (16), welche mit Widerlagern an Düsennadel (17) und Gehäuse zusammenwirkt, wobei die Schließfeder (16) in dem Bereich zwischen dem Düsennadelschaft (19) und dem Ventilsitz (18) auf dem Umfang der Düsennadel (17) angeordnet ist, wobei das Gehäuse des Einspritzventils (1) mit einem separaten, an einem Düsenhalter (4) befestigten Düsenteil (2) ausgebildet ist, wobei die Düsennadel (17) mit ihrem rückwärtigen, dem Ventilsitz (18) abgewandten Ende im Steuerraum (11) liegt, wobei das Steuerventil im Düsenhalter (4) oberhalb des Steuerraums (11) angeordnet ist, wobei das Stellglied (6) eine mit dem Steuerraum (11) in Verbindung stehende Abflussöffnung (7) steuert, wobei zwischen Düsenteil (2) und Düsenhalter (4) ein scheibenförmiges Einlegteil (10) vorgesehen ist, das einerseits die Abflussöffnung (7) enthält und andrerseits als Anschlag für die Düsennadel (17) dient, wobei der Düsennadelschaft (19) in einer Führungshülse (20) geführt ist und wobei ein dem Steuerraum (11) abgewandter stirnseitiger Rand der Führungshülse (20) als gehäuseseitiges Widerlager für die Schließfeder (16) dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenteil (2) bis an das Einlegteil (10) heranreicht, dass das Düsenteil (2) den Kraftstoffzuführungskanal (14) beinhaltet und dass die Führungshülse (20) auf ihrer gesamten Länge innerhalb des Düsenteils (2) liegt.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als düsennadelseitiges Widerlager ein mit der Düsennadel (17) verbundener umlaufender Rand (24) dient.
  3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (24) einstückig mit der Düsennadel (17) ist.
  4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (24) von einem auf der Düsennadel (17) befestigten Ring (23) gebildet ist.
  5. Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (23) unter radialer Vorspannung in einer Nut (22) der Düsennadel (17) liegt.
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