EP1335128A2 - Ventil zur Steuerung einer Verbindung in einem Hochdruckflüssigkeitssystem, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1335128A2
EP1335128A2 EP03001990A EP03001990A EP1335128A2 EP 1335128 A2 EP1335128 A2 EP 1335128A2 EP 03001990 A EP03001990 A EP 03001990A EP 03001990 A EP03001990 A EP 03001990A EP 1335128 A2 EP1335128 A2 EP 1335128A2
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EP
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valve
valve member
pressure chamber
pressure
sealing surface
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EP1335128B1 (de
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Nestor Rodriguez-Amaya
Walter Egler
Christoph Hollmann
Hubert Greif
Godehard Nentwig
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/04—Fuel-injection apparatus having means for avoiding effect of cavitation, e.g. erosion

Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling a Connection in a high pressure fluid system, in particular a fuel injection device for a Internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a valve is known from EP 0 840 003 A.
  • This valve is used to control a connection in a Fuel injection device for an internal combustion engine.
  • the valve has a valve member that is directed towards it Longitudinal axis is guided, which is in a pressure chamber protrudes and that in the pressure room at a cross to his Longitudinally arranged end face a sealing surface having.
  • the valve member cooperates with its sealing surface a valve seat arranged transversely to its longitudinal axis for Closing an opening surrounded by the valve seat towards the pressure room together.
  • the pressure room prevails high pressure and the opening leads to one Relief chamber, the connection through the valve member the pressure chamber with the relief chamber and thus the pressure is controlled in the pressure room.
  • valve according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that the functionality of the valve also over a long service life of the valve is ensured.
  • the valve thus has a total low leakage, but over the period of use remains at least approximately constant.
  • the training according to claim 3 enables easy formation of the passages.
  • the Training according to claim 4 enables a low Flow velocity of those flowing out of the pressure chamber Liquid.
  • By training according to claim 6 achieved that the flow rate of the outflowing Liquid is at least approximately constant.
  • Training according to claim 7 enables easy production of Valve member.
  • FIG. 1 shows a Fuel injection device for an internal combustion engine in a longitudinal section in a simplified representation with a Valve
  • Figure 2 shows the valve in an enlarged view a longitudinal section
  • Figure 3 shows the valve in a cross section along line III-III in Figure 2 and Figure 4 one in Figure 2 with IV designated section of the valve in an enlarged Presentation.
  • FIG. 1 is a fuel injection device for a Internal combustion engine of a motor vehicle shown.
  • the Internal combustion engine is preferably a self-igniting Internal combustion engine.
  • the fuel injector is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and points for each cylinder of the internal combustion engine a high pressure fuel pump 10 and one with this connected fuel injector 12, the one form a common unit.
  • the Fuel injection device also as a so-called pump-line-nozzle system be trained in which the High pressure fuel pump and the fuel injection valve each cylinder arranged separately and over a line are connected.
  • the High-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 a cylinder bore 16 in which a pump piston 18 is tightly led, at least indirectly by one Cam 20 counter to a camshaft of the internal combustion engine the force of a return spring 19 in one stroke is driven.
  • the pump piston 18 is limited in the Cylinder bore 16 a pump working space 22, in which Delivery stroke of the pump piston 18 fuel under high pressure is compressed.
  • the pump work space 22 becomes fuel from a fuel tank 24 of the motor vehicle fed.
  • the fuel injection valve 12 has one with the Pump body 14 connected valve body 26, the can be formed in several parts, and in the one Injection valve member 28 in a bore 30 is guided longitudinally.
  • the valve body 26 instructs its the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine facing end region at least one, preferably several Injection openings 32 on.
  • the injection valve member 28 has at its end area facing the combustion chamber for example, approximately conical sealing surface 34, which with one in the valve body 26 in its facing the combustion chamber End region trained valve seat 36 cooperates from after or after which the injection openings 32 discharge.
  • valve body 26 in the Valve body 26 is between the injection valve member 28 and an annular space 38 toward the bore 30 toward the valve seat 36 available, the one facing away from the valve seat 36 End area through a radial expansion of the bore 30 in a pressure chamber 40 surrounding the injection valve member 28 transforms.
  • the injection valve member 28 has the level of Pressure chamber 40 by reducing a cross section Pressure shoulder 42 on.
  • Injector member 28 engages a biased one Closing spring 44 through which the injection valve member 28 is pressed towards the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of the valve body 26, the connects to the bore 30.
  • the bore 48 forms a control pressure chamber 52 through the control piston 50 is limited as a movable wall.
  • the control piston 50 is supported by a diameter smaller piston rod 51 on the injection valve member 28 and may be connected to the injector member 28.
  • the Spool 50 may be integral with the injector member 28 is formed, but is for reasons of assembly preferably as a separate part with the injection valve member 28 connected.
  • the control valve 68 can as in Figure 1 shown to be designed as a 2/2-way valve.
  • the Circuit of the control valve 68 between its two Switch positions are carried out by an actuator 69 for example an electromagnet can be against one Return spring.
  • a second electrically operated control valve 70 is provided to control the pressure in the control pressure chamber 52 .
  • the second control valve 70 is a 3/2-way valve trained that switchable between two switch positions is. In a first switching position of the control valve 70 through this the control pressure chamber 52 with the Pump work space 22 connected and from the relief space 24 separated and in a second switching position of the Control valve 70 is through this the control pressure chamber 52 from Pump working space 22 separately and with the relief space 24 connected.
  • a throttle point 63 In the connection 62 of the control pressure chamber 52 with the pump work chamber 22 is a throttle point 63 provided and in the connection 64 of the control pressure chamber 52 with the relief chamber 24 is a throttle point 65 intended.
  • the throttle point 63 can be in the connection 62 upstream of the control valve 70 or as in FIG.
  • control valve 70 has an actuator 71, which can be an electromagnet, and through which the control valve 70 against a return spring can be switched between its two switch positions can.
  • the two control valves 68, 70 are replaced by one driven electronic control device 67.
  • the second control valve 70 is subsequently based on the Figures 2 and 3 explained in more detail.
  • the control valve 70 has a valve member 72 which in the direction of its longitudinal axis 73 is slidably guided over a shaft 74 and with an enlarged in diameter compared to the shaft 74 End region 75 protrudes into a valve pressure chamber 77.
  • In the Valve pressure chamber 77 opens on the one hand the connection 62 to Pump workspace 22 and on the other hand the connection 64 to Relief chamber 24.
  • the connection 62 runs as one between the shaft 74 and a bore surrounding it 76 trained annular gap.
  • the bore 76 is in the Smaller diameter than the valve pressure chamber 77.
  • connection 64 opens into an opening 78 in the Valve pressure chamber 77 and is surrounded by an area 79 which across, preferably at least approximately perpendicular to Longitudinal axis 73 of the valve member 72 and one Valve seat forms.
  • the valve member 72 faces the valve seat 79 towards an at least approximately cylindrical extension 80 whose end face forms a sealing surface 81 which is transverse, preferably at least approximately perpendicular to the longitudinal axis 73 of the valve member 72 extends.
  • the approach 80 has one smaller diameter than the end portion 75 of the Valve member 72, the diameter of the neck 80th however, is larger than that of the opening 78.
  • Within the Approach 80 has a depression 82 on the end face, so that the sealing surface 81 is annular.
  • the inner shoulder 81 of the valve member 72 is of one another at least approximately cylindrical outer approach 83 surrounded with a larger diameter.
  • a sealing surface 81 surrounding Annular surface 84 formed in the direction of the longitudinal axis 73 of the valve member 72 offset from the sealing surface 81 is so that the sealing surface 81 opposite the annular surface 84th protrudes by a dimension A towards the valve seat 79.
  • the Annular surface 84 extends transversely to the longitudinal axis 73 of the Valve member 72, preferably at least approximately perpendicular to the longitudinal axis 73.
  • Between the inner shoulder 80 and the outer approach 83 is also opposite the front Annular surface 84 formed recessed annular groove 85.
  • breakthroughs 86 are provided, preferably at least approximately radially to the longitudinal axis 73 of the Valve member 72 extend.
  • the openings 86 represent one Connection between the the jacket of the inner neck 80th surrounding valve pressure chamber 77 and the depression 82 within the approach 80 ago.
  • the breakthroughs are 86 preferably as starting from the sealing surface 81, in the Approach 80 grooves formed.
  • a conical transition surface 87 is provided which one forms the second valve seat.
  • the valve member 72 in Valve pressure chamber 77 is preferably at least approximately pressure balanced so that the valve member 72 in essentially no resulting compressive force in the direction its longitudinal axis 73 results.
  • valve member 72 In the second switching position of the control valve 70 that is Valve member 72 with its sealing surface 81 on valve seat 79 with the annular surface 84 at a distance A from the valve seat 79 is arranged so that between this and the valve seat 79 an annular gap-shaped flow cross section remains free.
  • the second sealing surface 88 of the valve member 72 is in the second switching position at a distance from the second valve seat 87 arranged so that there is 77 high pressure in the valve pressure chamber. Fuel from the valve pressure chamber 77 can flow through the Flow cross section and the openings 86 in the valve member 72 into the depression 82 and from this via the opening 78 and the connection 64 flow into the relief chamber 24.
  • the control valve 70 thus has a defined leakage, the leakage by appropriate choice of the number and the cross-sectional area of the openings 86 is kept small becomes.
  • the flow of the valve pressure chamber 77 outflowing fuel through the flow cross section between the annular surface 84 and the valve seat 79 doing so with low flow velocity, whereby preferably forms a laminar flow.
  • the Flow velocity at the openings 86 is there also low, so that there is no erosion on the valve member 72 or occurs at the valve seat.
  • FIG 4 is a modified version of the Control valve 70 shown, in which the annular surface 84 of the Valve member 72 not perpendicular to the longitudinal axis 73 of the Valve member 72 extends such that this starting from its radially inner edge to its radial approaches the outer edge of the valve seat 79 and thus the Distance A decreases.
  • the ring surface 84 can at least be approximately conical.
  • the Annular surface 84 is so conical that the Flow cross section between the annular surface 84 and the Valve seat 79 with its sealing surface 81 on valve seat 79 adjacent valve member 72 over the radial course of the Annular surface 84 is at least approximately constant.
  • the Flow cross section is through a Cylinder surface formed, which is the product of the Extent, which is the product of twice the radius and ⁇ , and the distance A results. This ensures that the Flow rate of the fuel at least approximately is constant and there is no acceleration of the flow.
  • the annular surface 84 can also be curved his.
  • the Control device To end the pre-injection, the Control device the second control valve 70 in its first Switch position brought so that the control pressure chamber 52 from Relief chamber 24 separately and with the pump work chamber 22 connected is.
  • the first control valve 68 remains in its closed position. Builds up in the control pressure chamber 52 high pressure as in the pump workspace 22, so that on the control piston 50 a large compressive force in the closing direction acts and the injection valve member 28 in its Closed position is moved.
  • the second one Control valve 70 through the control device 67 in its brought second switching position, so that the control pressure chamber 52 connected to the relief chamber 24 and from Pump work space 22 is separated.
  • the Fuel injector 12 then opens as a result of reduced pressure on the control piston 50 and that Injector valve member 28 moves into its Open position.
  • the second one Control valve 70 through the control device 67 in its brought the first switching position so that the control pressure chamber 52nd separated from the relief chamber 24 and with the Pump work space 22 is connected and located in this High pressure builds up and on the control piston 50th Acting force, the fuel injection valve 12 is closed becomes.
  • another one can Post-injection to which the second control valve 70 occurs is brought into its second switching position.
  • the second control valve 70 again brought into its first switching position and / or the first Control valve 68 opened.
  • a control valve 70 configured as described above can also be used with other fuel injectors or High pressure fluid systems to control a connection be used.
  • the control valve 70 can also be used as a 2/2-way valve, as a 2/3-way valve or as a 3/3-way valve be trained.

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Abstract

Das Ventil weist ein Ventilglied (72) auf, das in Richtung seiner Längsachse (73) verschiebbar geführt ist, das in einen Ventildruckraum (77) ragt und im Ventildruckraum (77) an einer quer zu seiner Längsachse (73) verlaufenden Stirnseite eine Dichtfläche (81) aufweist, mit der es mit einem quer zu seiner Längsachse (73) verlaufenden Ventilsitz (79) zum zumindest weitgehenden Verschließen einer vom Ventilsitz (79) umgebenen Öffnung (78) gegenüber dem Ventildruckraum (77) zusammenwirkt Die Dichtfläche (81) an der Stirnseite des Ventilglieds (72) ist von einer Ringfläche (84) umgeben, die bei mit seiner Dichtfläche (81) am Ventilsitz (79) anliegendem Ventilglied (72) in Richtung von dessen Längsachse (73) mit geringem Abstand (A) vom Ventilsitz (79) angeordnet ist. Das Ventilglied (72) weist mehrere über dessen Umfang verteilte Durchlässe (86) auf, durch die die Öffnung (78) bei mit seiner Dichtfläche (81) am Ventilsitz (79) anliegendem Ventilglied (72) mit dem Ventildruckraum (77) verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zur Steuerung einer Verbindung in einem Hochdruckflüssigkeitssystem, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Ein solches Ventil ist durch die EP 0 840 003 A bekannt. Dieses Ventil dient zur Steuerung einer Verbindung in einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Das Ventil weist ein Ventilglied auf, das in Richtung seiner Längsachse verschiebbar geführt ist, das in einen Druckraum hineinragt und das im Druckraum an einer quer zu seiner Längsachse angeordneten Stirnseite eine Dichtfläche aufweist. Das Ventilglied wirkt mit seiner Dichtfläche mit einem quer zu dessen Längsachse angeordneten Ventilsitz zum Verschließen einer vom Ventilsitz umgebenen Öffnung gegenüber dem Druckraum zusammen. Im Druckraum herrscht dabei Hochdruck und die Öffnung führt zu einem Entlastungsraum, wobei durch das Ventilglied die Verbindung des Druckraums mit dem Entlastungsraum und damit der Druck im Druckraum gesteuert wird. Um eine sichere Abdichtung der Öffnung gegenüber dem Druckraum zu erreichen, ist eine hohe Flächenpressung der Dichtfläche am Ventilsitz erforderlich. Um die erforderliche Anpresskraft des Ventilglieds am Ventilsitz in einer beherrschbaren Größe zu begrenzen ist es notwendig die Dichtfläche mit möglichst kleiner Fläche auszuführen. Infolge der beim Auftreffen des Ventilglieds mit seiner Dichtfläche am Ventilsitz auftretenden Stoßbelastung kann es hierbei leicht zu Beschädigungen der Dichtfläche kommen, so daß diese Ausbrüche aufweist. Durch diese Ausbrüche kann Flüssigkeit aus dem Druckraum über die Öffnung abfließen. Aufgrund der hohen Druckdifferenz treten dabei sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf, die zu Erosion, das bedeutet zu einem Materialabtrag am Ventilglied und damit zu einer Vergrößerung der Ausbrüche führt. Dies führt dazu, daß mit zunehmender Einsatzdauer des Ventils die Dichtwirkung schlechter wird und letztlich die Funktion des Ventils nicht mehr gegeben ist. Auch infolge von Fertigungstoleranzen des Ventilglieds und/oder des Ventilsitzes können kleine Durchgangsöffnungen zwischen der Dichtfläche und dem Ventilsitz vorhanden sein, die sich wie vorstehend angegeben über die Einsatzdauer des Ventils vergrößern und zum Funktionsausfall führen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Funktionsfähigkeit des Ventils auch über eine lange Einsatzdauer des Ventils sichergestellt ist. Durch die Durchlässe am Ventilglied wird dabei gezielt eine geringe Leckage verursacht, die jedoch für die Funktion des Ventils unerheblich ist, und durch die Ringfläche wird erreicht, daß beim Abfließen von Flüssigkeit aus dem Druckraum nur eine geringe Strömungsgeschwindigkeit auftritt, so daß keine Erosion am Ventilglied oder am Ventilsitz auftritt. Das Ventil weist somit insgesamt eine geringe Leckage auf, die jedoch über die Einsatzdauer zumindest annähernd konstant bleibt.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine einfache Ausbildung der Durchlässe. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine geringe Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Druckraum abfließenden Flüssigkeit. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 wird erreicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit des abfließenden Flüssigkeit zumindest annähernd konstant ist. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine einfache Herstellung des Ventilglieds.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt in vereinfachter Darstellung mit einem Ventil, Figur 2 in vergrößerter Darstellung das Ventil in einem Längsschnitt, Figur 3 das Ventil in einem Querschnitt entlang Linie III-III in Figur 2 und Figur 4 einen in Figur 2 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Ventils in vergrößerter Darstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist vorzugsweise als sogenannte Pumpe-Düse-Einheit ausgebildet und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, die eine gemeinsame Baueinheit bilden. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch als sogenanntes Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet sein, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe und das Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders getrennt voneinander angeordnet und über eine Leitung miteinander verbunden sind. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein Pumpenkolben 18 dicht geführt ist, der zumindest mittelbar durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen mit dem Pumpenkörper 14 verbundenen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und in dem ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 26 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf. Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 28 greift eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
An den Federraum 46 schließt sich an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Ventilkörper 26 eine weitere Bohrung 48 an, in der ein Steuerkolben 50 dicht geführt ist, der mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden ist. Die Bohrung 48 bildet einen Steuerdruckraum 52, der durch den Steuerkolben 50 als bewegliche Wand begrenzt wird. Der Steuerkolben 50 stützt sich über eine gegenüber diesem im Durchmesser kleinere Kolbenstange 51 am Einspritzventilglied 28 ab und kann mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden sein. Der Steuerkolben 50 kann einstückig mit dem Einspritzventilglied 28 ausgebildet, ist jedoch aus Gründen der Montage vorzugsweise als separates Teil mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden.
Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt gemäß Figur 1 durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 60 zum Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt ein Kanal 62 zum Steuerdruckraum 52. Mit dem Steuerdruckraum 52 ist außerdem ein Kanal 64 verbindbar, der eine Verbindung zu einem Entlastungsraum bildet, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Bereich dienen kann, in dem ein geringer Druck herrscht. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt eine Verbindung 66 zu einem Entlastungsraum ab, die durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 68 gesteuert wird. Als Entlastungsraum kann zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Niederdruckbereich dienen. Das Steuerventil 68 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Die Schaltung des Steuerventils 68 zwischen seinen beiden Schaltstellungen erfolgt durch einen Aktor 69, der beispielsweise ein Elektromagnet sein kann, gegen eine Rückstellfeder.
Zur Steuerung des Drucks im Steuerdruckraum 52 ist ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 70 vorgesehen. Das zweite Steuerventil 70 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, das zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar ist. In einer ersten Schaltstellung des Steuerventils 70 ist durch dieses der Steuerdruckraum 52 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 verbunden und vom Entlastungsraum 24 getrennt und in einer zweiten Schaltstellung des Steuerventils 70 ist durch dieses der Steuerdruckraum 52 vom Pumpenarbeitsraum 22 getrennt und mit dem Entlastungsraum 24 verbunden. In der Verbindung 62 des Steuerdruckraums 52 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 ist eine Drosselstelle 63 vorgesehen und in der Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 ist eine Drosselstelle 65 vorgesehen. Die Drosselstelle 63 kann in der Verbindung 62 stromaufwärts vor dem Steuerventil 70 oder wie in Figur 1 dargestellt in der Verbindung 62 stromabwärts nach dem Steuerventil 70 angeordnet sein. Das Steuerventil 70 weist einen Aktor 71 auf, der ein Elektromagnet sein kann, und durch den das Steuerventil 70 gegen eine Rückstellfeder zwischen seinen beiden Schaltstellungen umgeschaltet werden kann. Die beiden Steuerventile 68,70 werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 67 angesteuert.
Das zweite Steuerventil 70 wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert. Das Steuerventil 70 weist ein Ventilglied 72 auf, das in Richtung seiner Längsachse 73 über einen Schaft 74 verschiebbar geführt ist und das mit einem im Durchmesser gegenüber dem Schaft 74 vergrößerten Endbereich 75 in einen Ventildruckraum 77 ragt. In den Ventildruckraum 77 mündet einerseits die Verbindung 62 zum Pumpenarbeitsraum 22 und andererseits die Verbindung 64 zum Entlastungsraum 24. Die Verbindung 62 verläuft dabei als ein zwischen dem Schaft 74 und einer diesen umgebenden Bohrung 76 ausgebildeter Ringspalt. Die Bohrung 76 ist im Durchmesser kleiner ausgebildet als der Ventildruckraum 77. Die Verbindung 64 mündet in einer Öffnung 78 in den Ventildruckraum 77 und ist von einer Fläche 79 umgeben, die quer, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 73 des Ventilglieds 72 verläuft und die einen Ventilsitz bildet. Das Ventilglied 72 weist zum Ventilsitz 79 hin einen zumindest annähernd zylinderförmigen Ansatz 80 auf, dessen Stirnseite eine Dichtfläche 81 bildet, die quer, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 73 des Ventilglieds 72 verläuft. Der Ansatz 80 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Endbereich 75 des Ventilglieds 72, wobei der Durchmesser des Ansatzes 80 jedoch größer ist als der der Öffnung 78. Innerhalb des Ansatzes 80 ist stirnseitig eine Vertiefung 82 ausgebildet, so daß die Dichtfläche 81 ringförmig ausgebildet ist.
Der innere Ansatz 81 des Ventilglieds 72 ist von einem weiteren zumindest annähernd zylinderförmigen äußeren Ansatz 83 mit größerem Durchmesser umgeben. An der Stirnseite des äußeren Ansatzes 83 ist eine die Dichtfläche 81 umgebende Ringfläche 84 gebildet, die in Richtung der Längsachse 73 des Ventilglieds 72 zur Dichtfläche 81 versetzt angeordnet ist, so daß die Dichtfläche 81 gegenüber der Ringfläche 84 um ein Maß A zum Ventilsitz 79 hin hervorsteht. Die Ringfläche 84 verläuft quer zur Längsachse 73 des Ventilglieds 72, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 73. Zwischen dem inneren Ansatz 80 und dem äußeren Ansatz 83 ist stirnseitig eine auch gegenüber der Ringfläche 84 vertiefte Ringnut 85 ausgebildet. Im Mantel des inneren Ansatzes 80 sind über dessen Umfang verteilt mehrere Durchbrüche 86 vorgesehen, die vorzugsweise zumindest annähernd radial zur Längsachse 73 des Ventilglieds 72 verlaufen. Die Durchbrüche 86 stellen eine Verbindung zwischen dem den Mantel des inneren Ansatzes 80 umgebenden Ventildruckraum 77 und der Vertiefung 82 innerhalb des Ansatzes 80 her. Die Durchbrüche 86 sind vorzugsweise als von der Dichtfläche 81 ausgehende, in den Ansatz 80 eingebrachte Nuten ausgebildet.
Am Übergang von der Bohrung 76 in den Ventildruckraum 77 ist eine konische Übergangsfläche 87 vorgesehen, die einen zweiten Ventilsitz bildet. Am Übergang vom Endbereich 75 zum Schaft 74 ist am Ventilglied 72 eine zweite, konische Dichtfläche 88 angeordnet, die mit dem Ventilsitz 87 zur Steuerung der Verbindung 62 zusammenwirkt. In der ersten Schaltstellung des Steuerventils 70 liegt das Ventilglied 72 mit seiner zweiten Dichtfläche 88 am zweiten Ventilsitz 87 an, so daß die Verbindung 62 zum Pumpenarbeitsraum 22 getrennt ist. In der zweiten Schaltstellung des Steuerventils 70 ist das Ventilglied 72 mit seiner zweiten Dichtfläche 88 mit Abstand vom zweiten Ventilsitz 87 angeordnet, so daß die Verbindung 62 zum Pumpenarbeitsraum 22 geöffnet ist. Der Endbereich 75 des Ventilglieds 72 im Ventildruckraum 77 ist vorzugsweise zumindest annähernd druckausgeglichen, so daß sich auf das Ventilglied 72 im wesentlichen keine resultierende Druckkraft in Richtung seiner Längsachse 73 ergibt.
In der zweiten Schaltstellung des Steuerventils 70 liegt das Ventilglied 72 mit seiner Dichtfläche 81 am Ventilsitz 79 an, wobei die Ringfläche 84 mit dem Abstand A vom Ventilsitz 79 angeordnet ist, so daß zwischen dieser und dem Ventilsitz 79 ein ringspaltförmiger Durchflußquerschnitt freibleibt. Die zweite Dichtfläche 88 des Ventilglieds 72 ist in der zweiten Schaltstellung mit Abstand vom zweiten Ventilsitz 87 angeordnet, so daß im Ventildruckraum 77 Hochdruck herrscht. Aus dem Ventildruckraum 77 kann dabei Kraftstoff durch den Durchflußquerschnitt sowie die Durchbrüche 86 im Ventilglied 72 in die Vertiefung 82 und von dieser über die Öffnung 78 und die Verbindung 64 in den Entlastungsraum 24 abfließen. Das Steuerventil 70 weist somit eine definierte Leckage auf, wobei die Leckage durch entsprechende Wahl der Anzahl und der Querschnittsfläche der Durchbrüche 86 gering gehalten wird. Die Strömung des aus dem Ventildruckraum 77 abfließenden Kraftstoffs durch den Durchflußquerschnitt zwischen der Ringfläche 84 und dem Ventilsitz 79 erfolgt dabei mit geringer Strömungsgeschwindigkeit, wobei sich vorzugsweise eine laminare Strömung ausbildet. Die Strömungsgeschwindigkeit an den Durchbrüchen 86 ist dabei ebenfalls gering, so daß keine Erosion am Ventilglied 72 oder am Ventilsitz auftritt.
In Figur 4 ist eine modifizierte Ausführung des Steuerventils 70 dargestellt, bei dem die Ringfläche 84 des Ventilglieds 72 nicht senkrecht zur Längsachse 73 des Ventilglieds 72 verläuft sondern derart, daß sich diese ausgehend von ihrem radial inneren Rand zu ihrem radial äußeren Rand hin dem Ventilsitz 79 annähert und somit der Abstand A abnimmt. Die Ringfläche 84 kann dabei zumindest annähernd konisch ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Ringfläche 84 dabei derart konisch ausgebildet, daß der Durchflußquerschnitt, der zwischen der Ringfläche 84 und dem Ventilsitz 79 bei mit seiner Dichtfläche 81 am Ventilsitz 79 anliegendem Ventilglied 72 über den radialen Verlauf der Ringfläche 84 zumindest annähernd konstant ist. Der Durchflußquerschnitt ist dabei durch eine Zylindermantelfläche gebildet, die sich als Produkt aus dem Umfang, der das Produkt des zweifachen Radius und π ist, und dem Abstand A ergibt. Hierdurch wird erreicht, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs zumindest annähernd konstant ist und keine Beschleunigung der Strömung auftritt. Die Ringfläche 84 kann alternativ auch gewölbt ausgebildet sein.
Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 wird diesem Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 zugeführt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 beginnt die Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung, wobei das erste Steuerventil 68 durch die Steuereinrichtung 67 geschlossen wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Durch die Steuereinrichtung 67 wird außerdem das zweite Steuerventil 70 in seine zweite Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 52 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden und vom Pumpenarbeitsraum 22 getrennt ist. In diesem Fall kann sich im Steuerdruckraum 52 kein Hochdruck aufbauen. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so groß ist, daß die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 ausgeübte Druckkraft größer ist als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der auf den Steuerkolben 50 durch den im Steuerdruckraum 52 wirkenden Restdruck wirkenden Druckkraft, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei.
Zur Beendigung der Voreinspritzung wird durch die Steuereinrichtung das zweite Steuerventil 70 in seine erste Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt und mit dem Pumpenarbeitsraum 22 verbunden ist. Das erste Steuerventil 68 bleibt in seiner geschlossenen Stellung. Im Steuerdruckraum 52 baut sich dabei Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, so daß auf den Steuerkolben 50 eine große Druckkraft in Schließrichtung wirkt und das Einspritzventilglied 28 in seine Schließstellung bewegt wird.
Für eine nachfolgende Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 67 in seine zweite Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 52 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden und vom Pumpenarbeitsraum 22 getrennt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet dann infolge der reduzierten Druckkraft auf den Steuerkolben 50 und das Einspritzventilglied 28 bewegt sich in seine Öffnungsstellung.
Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 67 in seine erste Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt und mit dem Pumpenarbeitsraum 22 verbunden ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut und über die auf den Steuerkolben 50 wirkende Kraft das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen wird. Nach der Haupteinspritzung kann noch eine Nacheinspritzung erfolgen, zu der das zweite Steuerventil 70 in seine zweite Schaltstellung gebracht wird. Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 wieder in seine erste Schaltstellung gebracht und/oder das erste Steuerventil 68 geöffnet.
Ein wie vorstehend beschrieben ausgebildetes Steuerventil 70 kann auch bei anderen Kraftstoffeinspritzeinrichtungen oder Hochdruckflüssigkeitssystemen zur Steuerung einer Verbindung verwendet werden. Das Steuerventil 70 kann auch als 2/2-Wegeventil, als 2/3-Wegeventil oder als 3/3-Wegeventil ausgebildet sein.

Claims (11)

  1. Ventil zur Steuerung einer Verbindung in einem Hochdruckflüssigkeitssystem, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventilglied (72), das in Richtung seiner Längsachse (73) verschiebbar geführt ist, das in einen Ventildruckraum (77) ragt, in dem zumindest zeitweise Hochdruck herrscht, und im Ventildruckraum (77) an einer quer zu seiner Längsachse (73) verlaufenden Stirnseite eine Dichtfläche (81) aufweist, mit der es mit einem quer zu seiner Längsachse (73) verlaufenden Ventilsitz (79) zum zumindest weitgehenden Verschließen einer vom Ventilsitz (79) umgebenen Öffnung (78) gegenüber dem Ventildruckraum (77) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (81) an der Stirnseite des Ventilglieds (72) von einer Ringfläche (84) umgeben ist, die bei mit seiner Dichtfläche (81) am Ventilsitz (79) anliegendem Ventilglied (72) in Richtung von dessen Längsachse (73) mit geringem Abstand (A) vom Ventilsitz (79) angeordnet ist und daß das Ventilglied (72) mehrere über dessen Umfang verteilte Durchlässe (86) aufweist, durch die die Öffnung (78) bei mit seiner Dichtfläche (81) am Ventilsitz (79) anliegendem Ventilglied (72) mit dem Ventildruckraum (77) verbunden ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (86) zumindest annähernd radial zur Längsachse (73) des Ventilglieds (72) verlaufen.
  3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (86) durch in der Dichtfläche (81) angeordnete, zum Ventilsitz (79) hin offene Nuten gebildet sind.
  4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (84) derart ausgebildet ist, daß diese sich über ihren radialen Verlauf ausgehend von ihrem radial inneren Rand zu ihrem radial äußeren Rand hin dem Ventilsitz (79) annähert.
  5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (84) zumindest annähernd konisch ausgebildet ist.
  6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (84) derart ausgebildet ist, daß die Größe eines zwischen dieser und dem Ventilsitz (79) vorhandenen freien Durchflußquerschnitts über den radialen Verlauf der Ringfläche (84) zumindest annähernd konstant ist.
  7. Ventil einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite des Ventilglieds (72) zwischen der Dichtfläche (81) und der Ringfläche (84) eine gegenüber der Ringfläche (84) vertiefte Ringnut (85) angeordnet ist.
  8. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (81) an einem zumindest annähernd zylinderförmigen inneren Ansatz (80) des Ventilglieds (72) ausgebildet ist und daß die Ringfläche (84) an einem zumindest annähernd zylinderförmigen äußeren Ansatz (83) des Ventilglieds (72) mit gegenüber dem inneren Ansatz (80) größerem Durchmesser ausgebildet ist.
  9. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (72) im Ventildruckraum (77) zumindest annähernd druckausgeglichen ist, so daß auf dieses zumindest annähernd keine resultierende Druckkraft in Richtung seiner Längsachse (73) wirkt.
  10. Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei mit seiner Dichtfläche (81) am Ventilsitz (79) anliegendem Ventilglied (72) zwischen der Ringfläche (84) und dem Ventilsitz (79) eine zumindest näherungsweise laminare Strömung mit geringer Strömungsgeschwindigkeit ausbildet.
  11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem mit dieser verbundenen Kraftstoffeinspritzventil (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (18) aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum (22) begrenzt, der mit einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist, das ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32) gesteuert wird und das durch den im Druckraum (40) herrschenden Druck gegen eine Schließkraft (44) in einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten elektrisch betätigten Steuerventil (68), durch das zumindest mittelbar eine Verbindung (66) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, und mit einem zweiten elektrisch betätigten Steuerventil (70), durch das zumindest eine Verbindung (64) eines Steuerdruckraums (52) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied (28) durch den im Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck zumindest mittelbar in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Steuerventil (68) und/oder als zweites Steuerventil (70) ein Ventil nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
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