EP1373716A1 - 3/2-wegeventil - Google Patents

3/2-wegeventil

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Publication number
EP1373716A1
EP1373716A1 EP02727233A EP02727233A EP1373716A1 EP 1373716 A1 EP1373716 A1 EP 1373716A1 EP 02727233 A EP02727233 A EP 02727233A EP 02727233 A EP02727233 A EP 02727233A EP 1373716 A1 EP1373716 A1 EP 1373716A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control piston
control
connection
way valve
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02727233A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Brenk
Wolfgang Klenk
Uwe Gordon
Manfred Mack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1373716A1 publication Critical patent/EP1373716A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
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    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045Three-way valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Definitions

  • the invention relates to a 3/2-way valve for controlling the injection of fuel in a common rail.
  • L5 injection system of an internal combustion engine with a control element guided in a housing, the control element in a first switching position enabling a hydraulic connection between an injector and a fuel return line, and wherein the control element in a second
  • Such a 3/2 way valve is, for example. known from DE 197 24 637 AI. Promotes in common rail injection systems
  • High-pressure accumulator which is referred to as a common rail. High-pressure lines lead from the rail to the individual injectors, which are assigned to the engine cylinders. The injectors are made individually by the engine electronics
  • control valve 10 controlled.
  • high-pressure fuel passes the nozzle needle, which is lifted against the biasing force of a nozzle spring, and into the combustion chamber.
  • the object of the invention is to improve the function and the quality of the injection.
  • the control valve according to the invention should be simple and inexpensive to manufacture.
  • the task is in a 3/2-way valve for controlling the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, with a control member guided in a housing, the control member in a first switching position a hydraulic connection between an injector and a Kra frees fuel return, and wherein the control member in a second switching position a hydraulic . Releases connection between the injector and a high-pressure fuel accumulator, solved in that the control member a first
  • Control piston and a second control piston comprises that a first valve seat is formed between the housing and the first control piston, and that a second valve seat is formed between the housing and the second control piston.
  • the metering or discharge cross sections to be controlled can be freely designed within wide limits, so that short control times can be realized with the 3/2-way metering valve according to the invention.
  • Functional reliability is also increased by using two control pistons.
  • the use of two control pistons also simplifies the manufacture of the metering valve according to the invention, since the guides for the two control pistons can be arranged on one and the same axis or on different axes.
  • the control piston can be guided through a guide bore in the valve housing, the guide bore can also be designed as a stepped bore.
  • an end face of the first control piston delimits a control chamber, that the control chamber is hydraulically connected to the fuel inlet via an inlet throttle, and that the control chamber can be hydraulically connected to an outlet via an outlet throttle, so that at least partially known and proven construction elements can be used in the implementation of the metering valve according to the invention.
  • the hydraulic connection between the control chamber and the outlet is controlled by a solenoid valve or a piezo actuator, so that their specific advantages can also be used in the metering valve according to the invention.
  • the inlet throttle can be integrated in the first control piston to save installation space and simplify production.
  • an additional connection to the high-pressure fuel accumulator must be provided in the valve housing of the 3/2 way valve.
  • Front of the second control piston has a pressure chamber in which the pressure of the high-pressure fuel reservoir prevails, so that the second control piston is always pressed in the direction of the first control piston.
  • the second control piston is at least partially pressure balanced.
  • the second control piston can also be pressed in the direction of the first control piston by a compression spring.
  • the first control piston in one Guide bore is guided that the connection opens into the guide bore, that the first control piston has a first recess in the area of the mouth of the connection and / or that the second control piston is guided in a guide bore, that the connection opens into the guide bore, that the second control piston has a second recess in the area of the mouth of the connection, so that an at least partial force compensation of the first and / or second control piston is produced. This reduces the operating forces of the
  • the guide bore 39 can also be designed as a stepped bore.
  • the metering valve according to the invention can also be used in other. Pressure-controlled fuel injection systems.
  • the protection sought with the present patent application is also intended to include these uses.
  • Figure 1 is a schematic representation of a common rail injection system
  • Figure 2 shows a first embodiment of a 3/2 way valve according to the invention with two-part control piston in the first switching position;
  • FIG. 3 shows the 3/2-way valve from Figure 2 in the second
  • Figure 4 shows a second embodiment of a 3/2 way valve according to the invention in the first switching position
  • Figure 5 shows the 3/2-way valve from Figure 4 in the second switching division
  • a common rail injection system is shown schematically in FIG.
  • Fuel is conveyed from a fuel tank 1 into a fuel high-pressure accumulator 3 by means of a pump unit 2 and high pressure is applied to it.
  • the fuel pressurized with high pressure is then allocated to the individual cylinders of the internal combustion engine to be supplied as required.
  • the high-pressure fuel is injected by injectors 4, 5, 6 and 7.
  • the injector 7 is supplied with fuel via a metering valve 8.
  • the metering valve 8 can, regardless of the selected one
  • Embodiment be designed as an independent assembly. This makes it possible to install the valve as desired between the high-pressure fuel reservoir and a nozzle holder, which means that there is a free choice of line lengths between the high-pressure fuel reservoir and metering valve and between the metering valve and nozzle holder.
  • the metering valve 8 is a 3/2-way valve that is actuated electromagnetically. In the switch position shown in FIG. 1, the connection between the high-pressure fuel reservoir 3 and a high-pressure connection 10 of the injector 7 is interrupted.
  • the high pressure connection 10 of the injector 7 is connected to a fuel return 9 in the switching position of the metering valve 8 shown in FIG.
  • FIGS. 2 and 3 show a 3/2 directional control valve designed as a seat-seat valve.
  • the metering valve shown in longitudinal section in FIGS. 2 and 3 comprises a valve housing 20, in which a first control piston 21 and a second control piston 22 are accommodated so that they can be moved back and forth.
  • FIGS. 2 and 3 show a first exemplary embodiment of a 3/2 directional control valve designed as a seat-seat valve.
  • the metering valve shown in Figures 2 and 3 in longitudinal section comprises a valve housing 20 in which a first control piston 21 and a second control piston 22 are reciprocally received.
  • a first valve seat 24 formed between the first control piston 21 and the valve housing 20 is closed.
  • the hydraulic connection between a fuel inlet 26, which in turn is connected to a common rail (not shown), and a connection 27 to an injection nozzle (not shown) or injector is thus interrupted.
  • a second fuel return 33 serves to return the leakage occurring during operation. In this first switch position, the injector (not shown) is depressurized.
  • High-pressure fuel ensures that the first control piston 21 is pressed against the second control piston 22 and into the first valve seat 24.
  • the second control piston 22 is pressed against the first control piston 21 by a hydraulic force which acts on an end face 25 of the second control piston 22.
  • the hydraulic force is caused by the pressure in a pressure chamber 37.
  • the pressure chamber 37 is connected to the fuel inlet 26 via a bore 38.
  • the speed of the movement of the first control piston 21 can be adjusted by designing the areas on the first control piston 21 which are subjected to pressure and by coordinating an inlet throttle 29 and an outlet throttle 31.
  • the second control piston 22 is also moved upward by the hydraulic force described above, so that the second valve seat 30 is closed.
  • the metering valve 8 By designing the metering valve 8 according to the invention as a seat / seat valve, the leakage quantities are reduced, the tightness increases and the controlled flow cross sections are larger than in one. Slide valve. As a result, the injectors can be controlled faster and more precisely, which has an advantageous effect on the operating behavior of the internal combustion engine.
  • the two control pistons 21 and 22 are guided separately. This considerably simplifies the manufacture of the metering valve. In addition, an alignment error from the second control piston 22 to the first control piston 21 does not adversely affect the function of the metering valve 8.
  • the size of the metering and the control cross section can be made as large as desired.
  • the movement speeds of the two control pistons 21 and 22 during operation can be influenced within wide limits by the design of the inlet and outlet throttles 29 and 31.
  • Fuel inlet 26 and the connection 27 is now open; fuel is injected through the injector or the injection nozzle (not shown). At the same time, the connection between the connection 27 and the fuel return 32 is interrupted.
  • FIGS. 4 and 5 show a second exemplary embodiment of a 3/2 directional control valve designed as a seat-seat valve. That in Figures 4 and 5 in longitudinal section.
  • the metering valve shown comprises a valve housing 20 in which a first control piston 21 and a second control piston 22 are accommodated in a guide bore 39 such that they can be moved back and forth.
  • the two control pistons 21 and 22 are each individually balanced due to the design of their pressure surfaces.
  • the force compensation of the first control piston 21 is achieved by a first recess 40 in the first control piston 21 in the region 27a of the connection 27.
  • the force balance of the second control piston 22 is achieved by a second recess 41 in the second
  • Control piston 21 is reached in the area 27b of the connection 27. This means that minimal forces are sufficient to move the corresponding control piston.
  • the second control piston 22 is biased by a compression spring 23.
  • the first control piston 21 bears against the end of the second control piston 22 facing away from the compression spring 23.
  • a first valve seat 24 is formed on the first control piston 21 and the valve housing 20 and is shown closed in FIG. 4.
  • a second fuel return 33 serves to return the leakage occurring during operation. In this first switch position, the injector (not shown) is depressurized.
  • Control room 34 prevented by a valve ball 36.
  • High-pressure fuel enters control chamber 34 via an inlet throttle 29 formed in first control piston 21.
  • the fuel in high-pressure chamber in control chamber 34 ensures that first control piston 21 is pressed downward against second control piston 22.
  • the first valve seat 24 is kept closed.
  • the second control piston 22 is pressed against the compression spring 23.
  • the solenoid valve 35 opens and the valve ball 36 lifts off its associated seat, the pressure in the control chamber 34 drops and the first control piston 21 moves up to a stop 28.
  • the speed of the movement of the first control piston 21 can be adjusted by designing the areas on the first control piston 21 which are subjected to pressure and by coordinating an inlet throttle 29 and an outlet throttle 31. become.
  • All valve surfaces that are in direct connection with the Connection 27 are designed so that they can not exert any force on the control pistons 21 and 22.
  • the forces acting on the control pistons 21 and 22 either originate from the compression spring 23 or are hydraulic forces that occur during the movement phase of the first
  • Control piston 21 and the second control piston 22 have no force jumps or other discontinuities.
  • the manufacture of the metering valve 8 is thus simplified and the operating behavior of the internal combustion engine is improved.
  • the two control pistons 21 and 22 are guided separately. This further simplifies the manufacture of the metering valve. In addition, an alignment error from the second control piston 22 to the first control piston 21 does not adversely affect the function of the metering valve.
  • the size of the metering and control cross section can be made as large as desired.
  • the pressure-balanced control pistons 21 and 22 result in a lower one
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Abstract

Die Erfindung Betrifft ein 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einer ersten Schaltstellung, in der eine Einspritzdüse mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Einspritzdüse mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung steht. Um die Funktion und die Qualität der Einspritzung zu verbessern, umfasst das 3/2-Wegeventil zwei kraftausgeglichene Steuerkolben (21, 22), die separat voneinander geführt sind und an denen jeweils eine Ventilsitzkante (24, 30) ausgebildet ist.

Description

3 /2 -Wecreventil
L0 Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein 3/2- egeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff iri einem Common-Rail -
L5 Einspritzsystem einer Brennkra tmaschine, mit einem in einem Gehäuse geführten Steuerglied, wobei das Steuerglied in einer ersten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen einem Injektor und einem Kraftstoffrücklauf freigibt, und wobei das Steuerglied in einer zweiten
10 Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen
Injektor und einem Kraftstoffhochdruckspeicher freigibt.
Ein derartiges 3/2 -Wegeventil ist bsp . aus der DE 197 24 637 AI bekannt. In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert
15 eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen
Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik
10 angesteuert. Wenn das Steuerventil öffnet, gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff an der gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder abgehobenen Düsennadel vorbei in den Verbrennungsraum. Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktion und die Qualität der Einspritzung zu verbessern. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Steuerventil einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
Die Aufgabe ist bei einem 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail- Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse geführten Steuerglied, wobei das Steuerglied in einer ersten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen einem Injektor und einem Kra-ftstoffrücklauf freigibt, und wobei das Steuerglied in einer zweiten Schaltstellung eine hydraulische .Verbindung zwischen Injektor und einem Kraftstoffhochdruckspeicher freigibt, dadurch gelöst, dass das Steuerglied einen ersten
Steuerkolben und einen zweiten Steuerkolben umfasst, dass zwischen Gehäuse und erstem Steuerkolben ein erster Ventilsitz ausgebildet ist, und dass zwischen Gehäuse und zweitem Steuerkolben ein zweiter Ventilsitz ausgebildet ist.
Vorteile der Erfindung
Durch die konstruktive Ausbildung als Sitz/Sitz -Ventil • können die zu steuernden Zumess- bzw. Absteuerquerschnitte in weiten Grenzen frei gestaltet werden, .so dass sich mit dem erfindungsgemäßen 3/2 -Wege-Zumessventil kurze Steuerzeiten realisieren lassen. Außerdem erhöht sich die Funktionssicherheit durch die Verwendung von zwei Steuerkolben. Nicht zuletzt vereinfacht die Verwendung von zwei Steuerkolben auch die Herstellung des erfindungsgemäßen Zumessventils, da die Führungen für die beiden Steuerkolben auf ein und derselben Achse oder auf unterschiedlichen Achsen angeordnet sein können. Die Führung der Steuerkolben kann durch eine Führungsbohrung im Ventilgehäuse erreicht werden, wobei die Führungsbohrung auch als Stufenbohrung ausgeführt sein kann.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Stirnseite des ersten Steuerkolbens einen Steuerraum begrenzt, dass der Steuerraum über eine Zulaufdrossel mit dem Kraftstoffzulauf hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Steuerraum über eine Ablaufdrossel mit einem Ablauf hydraulisch verbindbar ist, so dass zumindest teilweise auf an sich bekannte und bewährte Kontruktionselemente bei der Realisierung des erfindungsgemäßen Zumeßventils zurückgegriffen werden kann.
In weiterer Ergänzung der Erfindung wird die hydraulische Verbindung zwischen Steuerraum und Ablauf von einem Magnetventil oder einem Piezo-Aktor gesteuert, so dass deren spezifischen Vorteile auch bei dem erfindungsgemäßen Zumeßventil genutzt werden können.
Zur Einsparung von Bauraum und zur Vereinfachung der Fertigung kann die Zulaufdrossel in den ersten Steuerkolben integriert werden. Allerdings muss in dem Ventilgehäuse des 3/2 -Wegeventils eine zusätzliche Verbindung zum Kraftstoffhochdruckspeicher vorgesehen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung begrenzt eine
Stirnseite des zweiten Steuerkolbens einen Druckraum in dem der Druck des Kra tstoffhochdruckspeichers herrscht, so dass der zweite Steuerkolben stets in Richtung des ersten Steuerkolbens gedrückt wird. Außerdem ist bei dieser Ausführung der zweite Steuerkolben zumindest teilweise druckausgeglichen. Alternativ kann der zweite Steuerkolben auch von einer Druckfeder in Richtung des ersten Steuerkolbens gedrückt werden.
Bei besonders vorteilhaften Varianten der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Steuerkolben in einer Führungsbohrung geführt wird, dass der Anschluß in die Führungsbohrung mündet, dass der erste Steuerkolben im Bereich der Mündung des Anschlusses einen ersten Einstich aufweist und/oder, dass der zweite Steuerkolben in einer Führungsbohrung geführt wird, dass der Anschluß in die Führungsbohrung mündet, dass der zweite Steuerkolben im Bereich der Mündung des Anschlusses einen zweiten Einstich aufweist, so dass. ein zumindest teilweiser Kraftausgleich des ersten und/oder zweiten Steuerkolbens hergestellt wird. Dadurch verringern sich die Betätigungskräfte der
Steuerkolben erheblich, was die Steuerzeiten verkürzt und die Lebensdauer des Zumessventils erhöht. Die Führungsbohrung 39 kann auch als Stufenbohrung ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Zumessventil kann auch bei anderen .druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzsystemen eingesetzt werden. Der Schutz, welcher mit der vorliegenden Patentanmeldung angestrebt wird, soll auch diese Verwendungen umfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sei . Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 die schematische Darstellung eines Common-Rail- Einspritzsystems ;
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3/2 -Wegeventils mit zweiteiligem Steuerkolben in der ersten SchaltStellung;
Figur 3 das 3/2-Wegeventil aus Figur 2 in der zweiten
SchaltStellung;
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3/2 -Wegeventils in der ersten Schaltstellung und
Figur 5 das 3/2-Wegeventil aus Figur 4 in der zweiten Schaltsteilung;
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem schematisch dargestellt. Aus einem Kraftstofftank 1 wird Kraftstoff mit Hilfe einer Pumpeinheit 2 in einen Kraftstoff ochdruckspeicher 3 gefördert und mit Hochdruck beaufschlagt. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann bedarfsabhängig den einzelnen Zylindern der zu versorgenden Brennkraftmaschine zugeteilt. Die Einspritzung des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs erfolgt durch Injektoren 4, 5, 6 und 7.
In Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Injektor 7 dargestellt. Die Versorgung des Injektors 7 mit Kraftstoff erfolgt über ein Zumessventil 8.. Das Zumessventil 8 kann, unabhängig von der gewählten
Ausführungsform, als eigenständige Baugruppe ausgelegt sein. Dadurch ist es möglich, das Ventil beliebig zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher und einem Düsenhalter anzubauen, wodurch eine freie Wahl der Leitungslängen zwischen Kraftstoffhochdruckspeicher und Zumessventil und zwischen Zumessventil und Düsenhalter besteht. Bei dem Zumessventil 8 handelt es sich um ein 3/2- Wegeventil, das elektromagnetisch betätigt wird. In der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung ist die Verbindung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 und einem Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 unterbrochen. Der
Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 ist in der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung des Zumessventils 8 mit einem Kraftstoffrücklauf 9 verbunden.
Bei einer Betätigung des Zumessventils 8 wird in die zweite, in Figur 1 nicht dargestellte, Schaltstellung umgeschaltet. In der zweiten Schaltstellung ist der Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 direkt mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 verbunden. In dieser Schaltstellung gelangt mit Hochdruck beaufschlagter
Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 über den Hochdruckanschluss 10 in einen Druckraum 11, der in dem Injektor 7 ausgebildet ist. Wenn der Druck in dem Druckraum 11 einen bestimmten Wert überschreitet, hebt eine gegen eine Düsenfeder 13 vorgespannte Düsennadel 12 von ihrem
Sitz ab, und mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff wird in den Brennraum 14 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingespritzt .
In den Figuren 2 und 3 ist ein als Sitz-Sitz-Ventil ausgebildetes 3/2 -Wegeventil dargestellt. Das in den Figuren 2 und 3 im Längsschnitt dargestellte Zumessventil umfasst ein Ventilgehäuse 20, in dem ein erster Steuerkolben 21 und ein zweiter Steuerkolben 22 hin- und herbewegbar aufgenommen sind.
In den Figuren 2 und 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Sitz-Sitz-Ventil ausgebildeten 3/2 -Wegeventils dargestellt . Das in den Figuren 2 und 3 im Längsschnitt dargestellte Zumessventil umfasst ein Ventilgehäuse 20, in dem ein erster Steuerkolben 21 und ein zweiter Steuerkolben 22 hin- und herbewegbar aufgenommen sind.
In der in Figur 2 dargestellten ersten Schaltstellung ist ein zwischen erstem Steuerkolben 21 und dem Ventilgehäuse 20 ausgebildeter erster Ventilsitz 24 geschlossen. Damit ist die hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffzulauf 26, der wiederum mit einem nicht dargestellten Common-Rail verbunden ist, und einem Anschluss 27 zu einer (nicht dargestellten) Einspritzdüse oder Injektor unterbrochen.
Ein zweiter Ventilsitz 30, der an dem zweiten Steuerkolben 22 und dem Ventilgehäuse 20 ausgebildet ist, ist in der ersten Schaltstellung geöffnet dargestellt. Dadurch wird eine hydraulische Verbindung zwischen dem Anschluss 27 für die Einspritzdüse und einem ersten Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben. Ein zweiter Kraftstoffrücklauf 33 dient zur Rückführung der im Betrieb auftretenden Leckage. In dieser ersten Schaltstellung ist der Injektor (nicht dargestellt) drucklos.
Die Bewegung des ersten und des zweiten Steuerkolbens 21 und 22 wird mit Hilfe eines Magnetventils 35 über den Druck in einem Steuerraum 34 oberhalb des ersten Steuerkolbens 21 gesteuert. Bei der in Figur 2 dargestellten ersten
Schaltstellung wird eine Druckentlastung des Steuerraums 34 durch eine Ventilkugel 36 verhindert. Über eine in dem ersten Steuerkolben 21 ausgebildete Zulaufdrossel 29 gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Steuerraum 34. Der in dem Steuerraum 34 befindliche mit
Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff sorgt dafür, dass der erste Steuerkolben 21 gegen den zweiten Steuerkolben 22 und in den ersten Ventilsitz 24 gedrückt wird. Der zweite Steuerkolben 22 wird von einer hydraulischen Kraft, die auf eine Stirnseite 25 des zweiten Steuerkolben 22 wirkt, vgegen den ersten Steuerkolben 21 gedrückt. Die hydraulische Kraft wird von dem Druck in einem Druckraum 37 verursacht. Der Druckraum 37 steht über eine Bohrung 38 mit dem KraftstoffZulauf 26 in Verbindung.
Wenn das Magnetventil 35 öffnet und die Ventilkugel 36 von ihrem zugehörigen Sitz abhebt, sinkt der Druck in dem Steuerraum 34 und der erste Steuerkolben 21 bewegt sich bis zu einem Anschlag 28 nach oben. Die Geschwindigkeit der Bewegung des ersten Steuerkolbens 21 kann durch die Auslegung der mit Druck beaufschlagten Flächen an dem ersten Steuerkolben 21 und die Abstimmung von einer Zulaufdrossel 29 und einer Ablaufdrossel 31 eingestellt werden.
Gleichzeitig wird der zweite Steuerkolben 22 durch die oben beschriebene hydraulische Kraft ebenfalls nach oben bewegt, so dass der zweite Ventilsitz 30 geschlossen wird.
Durch die Ausbildung des erfindungsgemäßen Zumessventils 8 als Sitz/Sitz-Ventil verringern sich die Leckagemengen, die Dichtigkeit nimmt zu und die gesteuerten Strömungsquerschnitte sind größer als bei einem . Schieberventil. Dadurch können die Injektoren schneller und präziser angesteuert werden, was sich vorteilhaft auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine auswirkt.
Die beiden Steuerkolben 21 und 22 sind getrennt geführt. Dadurch wird die Herstellung des Zumessventils erheblich vereinfacht. Außerden wirkt sich ein Fluchtungsfehler von zweitem Steuerkolben 22 zu erstem Steuerkolben 21 nicht nachteilig auf die Funktion des Zumessventils 8 aus. Die ' Größe des Zumess- sowie des Absteuerquerschnitts kann beliebig groß ausgeführt werden. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der beiden Steuerkolben 21 und 22 im Betrieb können in weiten Grenzen durch die Auslegung der Zulauf- und der Ablaufdrossel 29 und 31 beeinflußt werden.
Im unbestromten Zustand des Magnetventils 35 wird der erste Steuerkolben 21 in dem ersten Ventilsitz 24 gehalten. Dadurch bleibt die Verbindung zum KraftstoffZulauf 26 und damit auch zum Kraftstoffhochdruckspeicher (nicht dargestellt) geschlossen und die Verbindung zwischen
Kraftstoffrücklauf 32 und Anschluß 27 geöffnet. In der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung erfolgt keine .. Einspritzung.
' Wenn das Magnetventil 35 bestromt wird, sinkt der Druck in dem Steuerraum 34 und die auf den Steuerkolben 21 wirkenden Druckkräfte heben diesen aus dem ersten Ventilsitz 24. Gleichzeitig sorgt die auf die Stirnfläche 25 wirkende hydraulische Kraft für ein Anheben des zweiten Steuerkolbens 22. Die Verbindung zwischen dem
KraftstoffZulauf 26 und dem Anschluß 27 ist nun geöffnet; es erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor, bzw. die Einspritzdüse (nicht dargestellt) . Gleichzeitig wird die Verbindung zwischen dem Anschluß 27 und dem Kraftstoffrücklauf 32 unterbrochen.
Sobald die Bestromung des Magnetventils 35 unterbrochen wird, steigt der Druck im Steuerraum 34 wieder an und der erste Steuerkolben 21 wird wieder nach unten in den ersten Ventilsitz 24 gedrückt. Gleichzeitig wird durch die
Abwärtsbewegung des ersten Steuerkolbens 21 auch der zweite Steuerkolben 22 gegen die auf die Stirnfläche 25 wirkende hydraulische Kraft nach unten gedrückt. Damit wird die Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf 26 und dem Anschluß 27 unterbrochen. Außerdem wird die Verbindung zwischen dem Anschluß 27 und dem ersten Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben.
In den Figuren 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines als Sitz-Sitz-Ventil ausgebildeten 3/2 -Wegeventils dargestellt. Das in den Figuren 4 und 5 im Längsschnitt. dargestellte Zumessventil umfasst ein Ventilgehäuse 20, in dem ein erster Steuerkolben 21 und ein zweiter Steuerkolben 22 in einer Führungsbohrung 39 hin- und herbewegbar aufgenommen sind. Die beiden Steuerkolben 21 und 22 sind durch die konstruktive Auslegung ihrer Druckflächen jeder für sich kraftausgeglichen. Der Kraftausgleich des ersten Steuerkolbens 21 wird durch einen ersten Einstich 40 im ersten Steuerkolben 21 im- Bereich 27a des Anschlusses 27 erreicht. Der Kraftausgleich .des zweiten Steuerkolbens 22 wird durch einen zweiten Einstich 41 im zweiten
Steuerkolben 21 im Bereich 27b des Anschlusses 27 erreicht. Das bedeutet-, dass geringste Kräfte für eine Bewegung des entsprechenden Steuerkolbens ausreichend sind.
Der zweite Steuerkolben 22 ist durch eine Druckfeder 23 vorgespannt. In der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung liegt ä dem von der Druckfeder 23 abgewandten Ende des zweiten Steuerkolbens 22 der erste Steuerkolben 21 an. An dem ersten Steuerkolben 21 und dem Ventilgehäuse 20 ist ein erster Ventilsitz 24 ausgebildet, der in Figur 4 geschlossen dargestellt ist.
In der in Figur 4 dargestellten ersten Schaltstellung ist eine Verbindung zwischen dem. KraftstoffZulauf 26, der wiederum mit einem nicht dargestellten Common-Rail verbunden ist, und einem Anschluss 27 zu einer (nicht dargestellten) Einspritzdüse unterbrochen.
Ein zweiter Ventilsitz 30, der an dem zweiten Steuerkolben 22 und dem Ventilgehäuse 20 ausgebildet ist, ist in Figur 4 geöffnet dargestell . Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Anschluss 27 für die Einspritzdüse und einem ersten Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben. Ein zweiter Kraftstoffrücklauf 33 dient zur Rückführung der im Betrieb auftretenden Leckage. In dieser ersten Schaltstellung ist der Injektor (nicht dargestellt) drucklos.
Die Bewegung der beiden Steuerkolben 21 und 22 wird mit Hilfe eines Magnetventils 35 über den Druck in einem Steuerraum 34 gesteuert. Bei der in Figur 4 dargestellten ersten Schaltstellung wird eine Druckentlastung des
Steuerraums 34 durch eine Ventilkugel 36 verhindert. Über eine in dem ersten Steuerkolben 21 ausgebildete Zulaufdrossel 29 gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Steuerraum 34. Der in dem Steuerraum 34 befindliche mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff sorgt dafür, dass der erste Steuerkolben 21 nach unten, gegen den zweiten Steuerkolben 22 gedrückt wird. Dadurch wird der erste Ventilsitz 24 geschlossen gehalten. Gleichzeitig wird der zweite Steuerkolben 22 gegen die Druckfeder 23 gedrückt .
Wenn das Magnetventil 35 öffnet und die Ventilkugel 36 von ihrem zugehörigen Sitz abhebt, sinkt der Druck in dem Steuerraum 34 und der erste Steuerkolben 21 bewegt sich bis zu einem Anschlag 28 nach oben. Die Geschwindigkeit der Bewegung des ersten Steuerkolbens 21 kann durch die Auslegung der mit Druck beaufschlagten Flächen an dem ersten Steuerkolben 21 und die Abstimmung von einer Zulaufdrossel 29 und einer Ablaufdrossel 31 eingestellt. werden.
Gleichzeitig wird der zweite Steuerkolben 22 durch die Vorspannkraft der Druckfeder 23 ebenfalls nach oben bewegt, so dass der zweite Ventilsitz 30 geschlossen wird.
Sämtliche Ventilflächen, die in direkter Verbindung mit dem Anschluß 27 stehen, sind so ausgelegt, dass sie keine Kräfte auf die Steuerkolben 21 und 22 ausüben können. Die auf die Steuerkolben 21 und 22 einwirkenden Kräfte stammen entweder von der Druckfeder 23 oder sind hydraulische Kräfte, die während der Bewegungsphase des ersten
Steuerkolbens 21 und des zweiten Steuerkolbens 22 keinerlei Kraftsprünge oder sonstige Unstetigkeiten aufweisen.
Die Herstellung des Zumessventils 8 wird somit vereinfacht und das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine wird verbessert .
Die beiden Steuerkolben 21 und 22 sind getrennt geführt. Dadurch wird die Herstellung des Zumessventils weiter vereinfacht. Außerden wirkt sich ein Fluchtungsfehler von zweitem Steuerkolben 22 zu erstem Steuerkolben 21 nicht nachteilig auf die Funktion des Zumessventils aus. Die Größe des Zumess- sowie des Absteuerquerschnitts kann beliebig groß ausgeführt werden. Die druckausgeglichenen Steuerkolben 21 und 22 führen zu einem geringeren
Verschle'iss. Die Bewegungsgeschwindigkeiten der beiden Steuerkolben 21 und 22 im Betrieb sind identisch. Das bedeutet, dass durch die Auslegung der Zulauf- und der Ablaufdrossel die Geschwindigkeit der Öffnungsphase und die Geschwindigkeit der Schließphase variiert werden können.
Im unbestromten Zustand des Magnetventils 35 wird der erste Steuerkolben 21 in seiner unteren Position gehalten. Dadurch .bleibt die Verbindung zum KraftstoffZulauf 26 und damit auch zum Kraftstoffhochdruckspeicher (nicht . dargestellt) geschlossen und die Verbindung zwischen Kraftstoffrücklauf 32 und Anschluß 27 geöffnet. In der in Figur 4 dargestellten Schaltstellung erfolgt keine Einspritzung.
Wenn das Magnetventil 35 bestromt wird, sinkt der Druck in H H in O LΠ
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Claims

Ansprüche
1. 3/2 -Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse (20) geführten Steuerglied, wobei das Steuerglied in einer ersten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen einem Injektor (7) und einem Kraftstoffrücklauf (42) freigibt, und wobei das Steuerglied in einer zweiten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen Injektor (7) und einem Kraftstoffhochdruckspeicher (3) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerglied einen ersten Steuerkolben (21) und einen zweiten
Steuerkolben (22 umfasst, dass zwischen Gehäuse (20) und erstem Steuerkolben (21) ein erster Ventilsitz (24) ausgebildet ist, und dass zwischen Gehäuse (20) und zweitem Steuerkolben (21) ein zweiter Ventilsitz (30) ausgebildet ist.
2. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite (39) des ersten Steuerkolbens (21) einen Steuerraum (34) begrenzt, dass der Steuerraum (34) über eine Zulaufdrossel (32) mit dem
Kraftstoffzulauf (26) hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Steuerraum (34) über eine Ablaufdrossel (31) mit einem Ablauf hydraulisch verbindbar ist,
3. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Verbindung zwischen Steuerraum (34) und Ablauf von einem Magnetventil (35) oder einem Piezo-Aktor gesteuert wird.
4. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylaufdrossel (29) in den ersten Steuerkolben (21) integriert ist.
5. 3/2 -Wegeventil nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite (25) des zweiten Steuerkolbens (22) einen Druckraum (37) begrenzt, und dass in dem Druckraum' (37) der Druck des Kraftstoff'hochdruckspeichers (3) herrscht.
6. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (25) des zweiten Steuerkolbens (22) mit der Vorspannkraft einer Druckfeder (23) beaufschlagt wird.
7. 3/2 -Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerkolben (21) in einer Führungsbohrung (39) geführt wird, dass der Anschluß (27) in die Führungsbohrung (39) mündet, dass der erste Steuerkolben (21) im Bereich der Mündung (27a) des Anschlusses (27) einen ersten Einstich (40) aufweist.
8. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite
Steuerkolben (22) in einer Führungsbohrung (39) geführt wird, dass der Anschluß (27) in die Führungsbohrung (39) mündet, dass der zweite Steuerkolben (22) im Bereich der Mündung (27b) des Anschlusses (27) einen zweiten Einstich (41) aufweist.
9. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in Verbindung mit einem Injektor (7) , einer Pumpe-Düse-Einheit oder einer Einspritzdüse.
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