EP1335128B1 - Ventil zur Steuerung einer Verbindung in einem Hochdruckflüssigkeitssystem, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Ventil zur Steuerung einer Verbindung in einem Hochdruckflüssigkeitssystem, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1335128B1
EP1335128B1 EP03001990A EP03001990A EP1335128B1 EP 1335128 B1 EP1335128 B1 EP 1335128B1 EP 03001990 A EP03001990 A EP 03001990A EP 03001990 A EP03001990 A EP 03001990A EP 1335128 B1 EP1335128 B1 EP 1335128B1
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EP
European Patent Office
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valve
valve member
pressure
sealing surface
valve seat
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EP03001990A
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English (en)
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EP1335128A3 (de
EP1335128A2 (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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Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling a connection in a high-pressure fluid system, in particular a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a valve is known from EP 0 840 003 A.
  • This valve is for controlling a connection in a fuel injection device for an internal combustion engine.
  • the valve has a valve member, which is displaceably guided in the direction of its longitudinal axis, which projects into a pressure chamber and which has a sealing surface in the pressure chamber at an end face arranged transversely to its longitudinal axis.
  • the valve member cooperates with its sealing surface with a valve seat arranged transversely to its longitudinal axis for closing an opening, which is surrounded by the valve seat, with respect to the pressure chamber.
  • In the pressure chamber while there is high pressure and the opening leads to a discharge space, wherein the connection of the pressure chamber with the discharge chamber and thus the pressure in the pressure chamber is controlled by the valve member.
  • the valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the operability of the valve is ensured even over a long period of use of the valve. Through the passages on the valve member targeted low leakage is caused, which is irrelevant to the function of the valve, and by the annular surface is achieved that only a low flow velocity occurs during the outflow of liquid from the pressure chamber, so that no erosion on the valve member or occurs at the valve seat.
  • the valve thus has a total of low leakage, but remains at least approximately constant over the duration of use.
  • the embodiment according to claim 3 allows a simple design of the passages.
  • the embodiment according to claim 4 allows a low flow velocity of the effluent from the pressure chamber liquid.
  • the embodiment according to claim 6 ensures that the flow velocity of the outflowing liquid is at least approximately constant.
  • the embodiment of claim 7 allows easy production of the 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 an enlarged view of the valve in a longitudinal section
  • Figure 3 shows the valve in a cross section along line III-III in Figure 2
  • Figure 4 is a in Figure 2 with IV designated section of the valve in an enlarged view.
  • FIG. 1 shows a fuel injection device for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injection device is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and has for each cylinder of the internal combustion engine in each case a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected thereto, the one forming a common structural unit.
  • the fuel injector may be formed as a so-called pump-line-nozzle system in which the high-pressure fuel pump and the fuel injection valve of each cylinder are arranged separately from each other and connected to each other via a line.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 with a cylinder bore 16 in which a pump piston 18 is tightly guided, which is driven at least indirectly by a cam 20 of a camshaft of the internal combustion engine against the force of a return spring 19 in a lifting movement.
  • the pump piston 18 defines in the cylinder bore 16 a pump working chamber 22, in which the delivery stroke of the pump piston 18 compresses fuel under high pressure.
  • the pump working chamber 22 is supplied with fuel from a fuel tank 24 of the motor vehicle.
  • the fuel injection valve 12 has a valve body 26 connected to the valve body 14, which may be formed in several parts, and in which an injection valve member 28 is guided longitudinally displaceably in a bore 30.
  • the valve body 26 At its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine, the valve body 26 has at least one, preferably a plurality of injection openings 32.
  • the injection valve member 28 has, at its end region facing the combustion chamber, an approximately conical sealing surface 34, for example, which cooperates with a valve seat 36 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the injection openings 32 are discharged.
  • valve body 26 is between the injection valve member 28 and the bore 30 to the valve seat 36 toward an annular space 38, 38 present in its valve seat 36 facing away from the end portion by a radial extension of the bore 30 in a pressure chamber 40 surrounding the injection valve member 28 passes.
  • the injection valve member 28 has at the level of the pressure chamber 40 by a cross-sectional reduction on a pressure shoulder 42.
  • a prestressed closing spring 44 At the end remote from the combustion chamber of the injection valve member 28 engages a prestressed closing spring 44, through which the injection valve member 28 is pressed to the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of the valve body 26, which adjoins the bore 30.
  • a further bore 48 in which a control piston 50 is guided tightly, which is connected to the injection valve member 28.
  • the bore 48 forms a control pressure chamber 52, which is limited by the control piston 50 as a movable wall.
  • the control piston 50 is supported on the injection valve member 28 via a piston rod 51, which is smaller in diameter, and can be connected to the injection valve member 28.
  • the control piston 50 may be formed integrally with the injection valve member 28, but is preferably connected to the injection valve member 28 as a separate part for reasons of assembly.
  • a channel 60 to the pressure chamber 40 of the fuel injection valve 12.
  • a channel 62 to the control pressure chamber 52.
  • the control pressure chamber 52 is also a channel 64 connectable which forms a connection to a discharge space, as the at least indirectly can serve the fuel tank 24 or another area in which a low pressure prevails.
  • a connection 66 leads to a discharge space, which is replaced by a first electrically operated control valve 68 is controlled.
  • the control valve 68 may be formed as shown in Figure 1 as a 2/2-way valve.
  • the circuit of the control valve 68 between its two switching positions is effected by an actuator 69, which may for example be an electromagnet, against a return spring.
  • a second electrically operated control valve 70 is provided for controlling the pressure in the control pressure chamber 52.
  • the second control valve 70 is designed as a 3/2-way valve, which can be switched between two switching positions. In a first switching position of the control valve 70 is connected by this the control pressure chamber 52 to the pump chamber 22 and separated from the discharge chamber 24 and in a second switching position of the control valve 70 is separated by this the control pressure chamber 52 from the pump working chamber 22 and connected to the discharge chamber 24.
  • a throttle point 63 is provided in the connection 64 of the control pressure chamber 52 with the discharge chamber 24, a throttle point 65 is provided.
  • the orifice 63 may be located upstream of the control valve 70 in the connection 62 or downstream of the control valve 70 in the connection 62, as shown in FIG.
  • the control valve 70 has an actuator 71, which may be an electromagnet, and by means of which the control valve 70 can be switched over against a return spring between its two switching positions.
  • the two control valves 68,70 are controlled by an electronic control device 67.
  • the second control valve 70 will be explained in more detail with reference to Figures 2 and 3.
  • the control valve 70 has a valve member 72 which is displaceably guided in the direction of its longitudinal axis 73 via a shaft 74 and which protrudes into a valve pressure chamber 77 with an enlarged end portion 75 in diameter relative to the shaft 74.
  • In the valve pressure chamber 77 opens on the one hand, the connection 62 to the pump working chamber 22 and on the other hand, the connection 64 to the relief space 24.
  • the connection 62 extends as a formed between the shaft 74 and a surrounding hole 76 annular gap.
  • the bore 76 is formed smaller in diameter than the valve pressure chamber 77.
  • connection 64 opens into an opening 78 in the valve pressure chamber 77 and is surrounded by a surface 79 which extends transversely, preferably at least approximately perpendicular to the longitudinal axis 73 of the valve member 72 and the one Valve seat forms.
  • the valve member 72 has towards the valve seat 79 towards an at least approximately cylindrical projection 80, whose end face forms a sealing surface 81 which extends transversely, preferably at least approximately perpendicular to the longitudinal axis 73 of the valve member 72.
  • the projection 80 has a smaller diameter than the end portion 75 of the valve member 72, wherein the diameter of the projection 80, however, is greater than that of the opening 78.
  • a recess 82 is formed frontally, so that the sealing surface 81 is annular ,
  • the inner projection 81 of the valve member 72 is surrounded by a further at least approximately cylindrical outer projection 83 with a larger diameter.
  • a sealing surface 81 surrounding annular surface 84 is formed, which is arranged offset in the direction of the longitudinal axis 73 of the valve member 72 to the sealing surface 81, so that the sealing surface 81 relative to the annular surface 84 by a dimension A to the valve seat 79 out protrudes.
  • the Ring 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 shoulder 83 is an end face also recessed against the annular surface 84 annular groove 85 is formed.
  • a plurality of openings 86 are provided distributed over the circumference, which preferably extend at least approximately radially to the longitudinal axis 73 of the valve member 72.
  • the apertures 86 establish a connection between the valve pressure chamber 77 surrounding the jacket of the inner projection 80 and the recess 82 within the projection 80.
  • the openings 86 are preferably designed as outgoing from the sealing surface 81, introduced into the neck 80 grooves.
  • a conical transition surface 87 is provided, which forms a second valve seat.
  • a second, conical sealing surface 88 is arranged on the valve member 72, which cooperates with the valve seat 87 for controlling the connection 62.
  • the valve member 72 In the first switching position of the control valve 70, the valve member 72 abuts with its second sealing surface 88 on the second valve seat 87, so that the connection 62 is separated to the pump working chamber 22.
  • the valve member 72 In the second switching position of the control valve 70, the valve member 72 is arranged with its second sealing surface 88 at a distance from the second valve seat 87, so that the connection 62 is open to the pump working chamber 22.
  • the end region 75 of the valve member 72 in the valve pressure chamber 77 is preferably at least approximately pressure-balanced, so that the valve member 72 results in substantially no resultant pressure force in the direction of its longitudinal axis 73.
  • valve member 72 In the second switching position of the control valve 70, the valve member 72 is located with its sealing surface 81 on the valve seat 79, wherein the annular surface 84 is disposed at the distance A from the valve seat 79, so that between this and the valve seat 79 an annular gap-shaped flow area remains free.
  • the second sealing surface 88 of the valve member 72 is arranged in the second switching position at a distance from the second valve seat 87, so that in the valve pressure chamber 77 there is high pressure. From the valve pressure chamber 77 fuel can flow through the flow area and the openings 86 in the valve member 72 in the recess 82 and from this through the opening 78 and the connection 64 in the discharge chamber 24.
  • the control valve 70 thus has a defined leakage, wherein the leakage is kept low by appropriate selection of the number and the cross-sectional area of the apertures 86.
  • the flow of the fuel flowing out of the valve pressure chamber 77 through the flow area between the annular surface 84 and the valve seat 79 is carried out at a low flow rate, preferably forming a laminar flow.
  • the flow velocity at the openings 86 is also low, so that no erosion occurs on the valve member 72 or the valve seat.
  • FIG 4 a modified embodiment of the control valve 70 is shown, in which the annular surface 84 of the valve member 72 is not perpendicular to the longitudinal axis 73 of the valve member 72 but such that it, starting from its radially inner edge to its radially outer edge toward the valve seat 79th approaches and thus the distance A decreases.
  • the annular surface 84 may be formed at least approximately conical.
  • the annular surface 84 is conical in such a way that the flow area between the annular surface 84 and the valve seat 79 at with its sealing surface 81 on the valve seat 79th abutting valve member 72 is at least approximately constant over the radial course of the annular surface 84.
  • the flow area is formed by a cylindrical surface, which results as a product of the circumference, which is the product of twice the radius and n, and the distance A. This ensures that the flow rate of the fuel is at least approximately constant and no acceleration of the flow occurs.
  • the annular surface 84 may alternatively be curved.
  • the fuel injector During the suction stroke of the pump piston 18, this fuel is supplied from the fuel tank 24.
  • the fuel injection begins with a pilot injection, wherein the first control valve 68 is closed by the control device 67, so that the pump working chamber 22 is separated from the discharge chamber 24.
  • the control device 67 also the second control valve 70 is brought into its first switching position, so that the control pressure chamber 52 is connected to the discharge chamber 24 and separated from the pump working chamber 22. In this case, no high pressure can build up in the control pressure chamber 52.
  • the second control valve 70 is brought into its second switching position by the control device, so that the control pressure chamber 52 is separated from the discharge chamber 24 and connected to the pump working chamber 22.
  • the first control valve 68 remains in its closed position. High pressure builds up in the control pressure chamber 52 as in the pump working chamber 22, so that a large pressure force in the closing direction acts on the control piston 50 and the injection valve member 28 is moved into its closed position.
  • the second control valve 70 is brought by the control device 67 in its first switching position, so that the control pressure chamber 52 is connected to the discharge chamber 24 and separated from the pump working chamber 22.
  • the fuel injection valve 12 then opens due to the reduced pressure force on the control piston 50 and the injection valve member 28 moves to its open position.
  • the second control valve 70 is brought by the control device 67 in its second switching position, so that the control pressure chamber 52 is separated from the discharge chamber 24 and connected to the pump working chamber 22 and builds up in this high pressure and acting on the control piston 50 force the fuel injection valve 12 is closed.
  • a post-injection to which the second control valve 70 is brought into its first switching position.
  • the second control valve 70 is returned to its second switching position and / or the first control valve 68 is opened.
  • a control valve 70 configured as described above may also be used in other fuel injectors or high pressure fluid systems to control a connection.
  • the control valve 70 may also be designed as a 2/2-way valve, a 2/3-way valve or a 3/3-way valve.

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 n 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 erste 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 zweite 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 erste 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 zweite 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 erste Schaltstellung gebracht wird. Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 wieder in seine zweite 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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