EP1476652B1

EP1476652B1 - Brennstoffeinspritzventil für verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: EP1476652B1
Application number: EP03700111A
Authority: EP
Inventors: Marco Ganser; Markus Tappolet; Andreas Carelli
Original assignee: CRT Common Rail Technologies AG; CRT Common Rail Tech AG
Current assignee: CRT Common Rail Technologies AG; CRT Common Rail Tech AG
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: CN1636109A; EP1476652A1; US6994273B2; KR20040093064A; WO2003071122A1; DE50300735D1; AU2003201421A1; JP2005529264A; US20050072856A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zur intermittierenden Brennstoffeinspritzung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäss Oberbegriff des Anspruches 1, wie z.B. in Dokument EP 909 892 gezeigt.

Ein Brennstoffeinspritzventil dieser Art ist in der EP-A-0 426 205 beschrieben, bei dem in einem Gehäuse ein mit diesem fest verbundener Steuerkörper, der zwei sich gegenüber liegende Stirnseiten aufweist, angeordnet ist. Ein verstellbares Ventilglied liegt in seiner Schliessstellung mit einer Sitzfläche an einer Sitzfläche am Steuerkörper, die an einer Stirnseite des Steuerkörpers vorgesehen ist, an. Ein im Steuerkörper von dessen einen Stirnseite zu dessen andern. Stirnseite verlaufender Steuerdurchlass fluchtet mit einem Drosseldurchlass im Ventilglied. Der Drosseldurchlass mündet in einen Steuerraum, welcher durch den Steuerkörper und einen Steuerkolben eines Einspritzventilgliedes begrenzt ist. Der Steuerkörper ist mit einer umlaufenden Ringnut versehen, die mit einem in einem Gehäuse ausgebildeten Hochdruckeinlass für den Brennstoff in Verbindung steht. Von der Ringnut aus führen im Steuerkörper ausgebildete Bohrungen zur Sitzfläche des Steuerkörpers. Das Ventilglied verschliesst in seiner Schliessstellung diese Bohrungen. Ueber einen Drosseleinlass im Steuerkörper ist der Steuerdurchlass mit der Ringnut, in der Brennstoffhochdruck herrscht, verbunden. Das in der, der Sitzfläche gegenüberliegenden Stirnseite des Steuerkörpers liegende Ende des Steuerdurchlass wird durch den Schaft eines Pilotventils verschlossen gehalten.

Wird das Pilotventil betätigt und damit das entsprechende Ende des Steuerdurchlasses freigegeben, so sinkt der Druck im Steuerdurchlass, im Drosseldurchlass und im Steuerraum rasch. Das Einspritzventilglied bewegt sich von seinem Sitz weg und gibt Einspritzöffnungen frei.

Der Einspritzvorgang wird durch Verschliessen des einen Endes des Steuerdurchlasses durch den Schaft des Pilotventils beendet. Über den Drosseleinlass im Steuerkörper fliesst unter Hochdruck stehender Brennstoff zum Steuerdurchlass und beaufschlagt das Ventilglied. Auf letzteres wirkt zusätzlich der in den mit der Ringnut im Steuerkörper verbundenen Bohrungen herrschende Brennstoffhochdruck. Das hat zur Folge, dass das Ventilglied kurzzeitig aus seiner Schliessstellung weg bewegt wird und die Bohrungen im Steuerkörper freigibt. Ueber diese Bohrungen kann nun unter Hochdruck stehender Brennstoff in den Steuerraum fliessen. Der Druck im Steuerraum erhöht sich und bewirkt ein rasches Schliessen des Einspritzventilgliedes.

Das bekannte Brennstoffeinspritzventil hat unter anderem den Nachteil, dass die Herstellung des Steuerkörpers aufwendig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei einfacher Herstellung zuverlässig arbeitet und jeweils mit möglichst geringem zeitlichen Verzug schliesst, sowie eine möglichst geringe Brennstoffmenge zur Steuerung der Oeffnungs- und Schliessbewegung des Einspritzventilgliedes benötigt.

Diese Aufgabe wird mit einem Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Da der Steuerraum über den Drosseleinlass direkt mit dem Hochdruckraum, in dem der Brennstoffsystemdruck herrscht, verbunden ist, ist der Standdruck im Steuerraum höher als beim vorstehend beschriebenen, bekannten Brennstoffeinspritzventil. Dies hat zur Folge, dass die Verzögerungszeit zwischen dem Verschliessen des einen Endes des Steuerdurchlasses durch das Pilotventil und dem Verschliessen der Einspritzöffnungen durch das Einspritzventilglied verkürzt und weiter ein unkontrolliertes Verstellen des Ventilgliedes verhindert wird. Ferner lässt sich die während eines Einspritzvorganges durch den Drosseleinlass in den Steuerraum fliessende Brennstoffmenge klein halten. Dadurch kann der Energieverlust infolge Druckabbau im Steuerraum bei jedem Freigeben des Steuerdurchlasses minimiert werden.

Die Herstellung des Steuerkörpers ist wegen der geringeren Anzahl von Durchlässen bzw. Bohrungen einfacher als beim erwähnten bekannten Brennstoffeinspritzventil.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

Bevorzugte Weiterausgestaltungen des erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzventils bilden Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt rein schematisch:

Fig. 1: im Längsschnitt ein erfindungsgemässes Brennstoffeinspritzventil;
Fig. 2: ebenfalls im Längsschnitt und im Vergleich zur Fig. 1 in grösserem Massstab den Bereich der Steuervorrichtung des Brennstoffeinspritzventils gemäss Fig. 1;
Fig. 3: ein Diagramm des Druckverlaufes an zwei verschiedenen Stellen der Steuervorrichtung nach Fig. 2;
Fig. 4: in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung, und
Fig. 5: in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung eine dritte Ausführungsform der Steuervorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brennstoffeinspritzventils 1. Dieses weist ein rohrförmiges, längliches Gehäuse 2 auf, dessen Längsachse mit 2a bezeichnet ist. Am Gehäuse 2 sind einerends ein Ventilsitzelement 3 mit Einspritzöffnungen 4 und anderenends ein elektromagnetisch betätigbares Pilotventil 5 befestigt. Das Pilotventil 5, das von an sich bekannter Ausgestaltung ist, weist einen Elektromagneten 6 auf. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist weiter mit einem Niederdruckauslassstutzen 7 versehen, an den eine nicht gezeigte Rückführleitung angeschlossen ist, die Brennstoff in ein ebenfalls nicht gezeigtes Brennstoffreservoir zurück führt. Das Gehäuse 2 ist mit einer als Hochdruckeinlass 8 dienenden, in radialer Richtung verlaufenden Bohrung versehen, durch welche hindurch unter einem hohen Druck (200 - 2000 bar oder mehr) Brennstoff in einen im Inneren des Gehäuses 2 ausgebildeten Hochdruckraum 9 eingeführt wird. Der Hochdruckraum 9 erstreckt sich in axialer Richtung bis zum ventilsitzelementseitigen Ende des Gehäuses 2 und zum Bereich der Einspritzöffnungen 4 hin. In diesem Hochdruckraum 9 befindet sich ein nadelartig ausgebildetes Einspritzventilglied 10, dessen Achse mit der Achse 2a des hohlzylinderförmigen Gehäuses 2 zusammenfällt. Im Inneren des letzteren befindet sich weiter eine hydraulische Steuervorrichtung 11 für das Einspritzventilglied 10, welche nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 2 näher beschrieben wird.

Das Gehäuse 2 durchgreift eine Anschlussmanschette 12 mit einem in radialer Richtung abstehenden Gewindeflansch 13, in welchen ein Hochdruckanschlussstutzen 14 eingeschraubt ist. Dieser Hochdruckanschlussstutzen 14 steht mit dem Hochdruckeinlass 8 im Gehäuse 2 in Strömungsverbindung. Die Anschlussmanschette 12 ist auf nicht näher dargestellte Weise mittels des Hochdruckanschlussstutzens 14 am Gehäuse 2 befestigt.

Das Ventilsitzelement 3 ist mittels einer Ueberwurfmutter 15 am Gehäuse 2 befestigt und weist einen Ventilsitz 16 auf, der mit dem gegengleich geformten Endbereich des Einspritzventilsgliedes 10 zusammenwirkt. Das Einspritzventilglied 10 ist mittels einer als Druckfeder ausgebildeten Schliessfeder 17 in Schliessrichtung vorgespannt. Bei sich in Schliessstellung befindlichem Einspritzventilglied 10 sind die Einspritzöffnungen 4 verschlossen, d.h. vom Hochdruckraum 9 abgetrennt. In der Einspritzstellung ist das Einspritzventil 10 vom Ventilsitz 16 abgehoben und gibt die Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 9 und den Einspritzöffnungen 4 frei.

Anhand der Fig. 2 wird nun die Steuervorrichtung 11 beschrieben. Wie Fig. 2 zeigt, weist das Einspritzventilglied 10 in seinem dem Ventilsitzelement 3 abgewandten Endbereich einen doppelt wirkenden Steuerkolben 18 auf, der in einer, im Inneren des Gehäuses 2 angeordneten Hülse 19 in einer engen Gleitpassung, d.h. mit einem sehr kleinen Spiel, geführt ist. Der Steuerkolben 18 ist auf der einen Seite durch den im Hochdruckraum 9 herrschenden Brennstoffhochdruck beaufschlagt (siehe Fig. 1) und begrenzt an der gegenüberliegenden Seite einen Steuerraum 20, der umfangsseitig von der Hülse 19 begrenzt ist. In der Hülse 19 ist weiter ein als Schieberventilkörper 21 ausgebildetes Ventilglied in einer engen Gleitpassung angeordnet und in Richtung der Gehäuseachse 2a frei beweglich geführt. Eine dem Steuerkolben 18 des Einspritzventilgliedes 10 zugewandte erste Stirnseite 21a des Schieberventilkörpers 21 begrenzt ebenfalls den Steuerraum 20. Eine der ersten Stirnseite 21a abgewandte zweite Stirnseite 21b des Schieberventilkörpers 21 ist als Dichtfläche ausgebildet und dient dazu, in einer Schliessstellung des Schieberventilkörpers 21 an einer als Schieberventilsitz ausgebildeten unteren Stirnseite 22a eines Steuerkörpers 22 dichtend anzuliegen, der im Gehäuse 2, beispielsweise mittels eines Pressitzes, fest angeordnet ist.

Im Steuerraum 20 ist ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement 23 angeordnet, das sich einerseits am Steuerkolben 18 und andererseits am Schieberventilkörper 21 abstützt. Das Federelement 23 umgreift einen zentrischen Vorsprung 24 des Steuerkolbens 18. Die vom Federelement 23 erzeugte Kraft ist wesentlich kleiner als jene der Schliessfeder 17. Im Steuerkörper 22 ist ein koaxial zur Gehäuseachse 2a verlaufender Steuerdurchlass 25 ausgebildet, der in einem dem Schieberventilkörper 21 abgewandten Endbereich eine Drosselverengung 25a aufweist.

Im Schieberventilkörper 21 verläuft von der ersten Stirnseite 21a zur zweiten Stirnseite 21b und bezüglich der Gehäuselängsachse 2a exzentrisch ein Drosseldurchlass 26 mit einer zur zweiten Stirnseite 21b hin gelegenen, eine Drosselstelle bildenden Drosselverengung 26a. In der zweiten Stirnseite 21b ist im Schieberventilkörper 21 eine Vertiefung 27 ausgenommen, die von der Mündung des Drosseldurchlasses 26 in radialer Richtung zur Gehäuselängsachse 2a hin und über diese hinaus verläuft. Die Vertiefung 27 verbindet den Steuerdurchlass 25 mit dem Drosseldurchlass 26 bei dichtend am Steuerkörper 22 anliegendem Schieberventilkörper 21. Der Schieberventilkörper 21 ist ferner mit einem weiteren Drosseldurchlass 28 mit einer Drosselverengung 28a versehen, der sich zwischen der ersten und der zweiten Stirnseite 21a, 21b des Schieberventilkörpers 21 erstreckt und dessen dem Steuerraum 20 abgekehrtes Ende bei sich in Schliessstellung befindlichen Schieberventilkörper 21 durch die untere Stirnfläche 22a am Steuerkörper 22 verschlossen ist. Bei vom Steuerkörper 22 abgehobenem Schieberventilkörper 21 verbindet der weitere Drosseldurchlass 28 in Parallelschaltung zum ersten Drosseldurchlass 26 den Steuerraum 20 mit dem Hochdruckraum 9.

Die Hülse 19, die sich mit einer Stirnfläche 19a am Steuerkörper 22 abstützt, weist in ihrem dem Steuerkörper 22 zugewandten Endbereich auf der innen liegenden Seite eine umlaufende Ausnehmung 29 auf, die bei sich in Schliessstellung befindlichem Schieberventilkörper 21 mit diesem einen Ringraum 30 bildet. Letzterer ist über einen Schlitz 31 in der Hülse 19 und über mindestens einen in axialer Richtung verlaufenden Strömungsspalt 32 von grossem Querschnitt, der zwischen der Innenwand des Gehäuses 2 und einer Abflachung an der Aussenseite der Hülse 19 gebildet ist, mit dem Hochdruckraum 9 verbunden. Beim Wegbewegen des Schieberventilkörpers 21 vom Steuerkörper 22 bildet sich zwischen diesen Teilen ein Spalt, der mit dem Hochdruckraum 9 verbunden ist, was bedeutet, dass dann die gesamte zweite Stirnseite 21b des Schieberventilkörpers 21 mit Hochdruck beaufschlagt wird.

Im Schieberventilkörper 21 ist ein Drosseleinlass 33 ausgebildet, der den Ringraum 30 mit dem Drosseldurchlass 26 verbindet. Der Drosseleinlass 33 erweitert sich zum Ringraum 30 hin und mündet zwischen der Drosselverengung 26a und der ersten Stirnseite 21a des Schieberventilkörpers 21 in den Drosseldurchlass 26. Die steuerraumseitige Mündung des Drosseleinlasses 33 liegt somit bezüglich der Drosselverengung 26a auf der dem Steuerraum 20 zugekehrten Seite. Der Steuerraum 20 ist somit über den Drosseleinlass 33, den Ringraum 30, den Schlitz 31 und den Strömungsspalt 32 mit dem Hochdruckraum 9 verbunden. Konstruktiv ist dafür gesorgt, dass der Druck im Strömungsspalt 32, im Schlitz 31 und im Ringraum 30 im Wesentlichen gleich ist wie jener im Hochdruckeinlass 8 und im Hochdruckraum 9.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, ist auf das rohrförmige Gehäuse 2 von der Seite des Pilotventiles 5 her eine Ueberwurfmutter 34 aufgeschraubt, die in Fig. 2 nur teilweise dargestellt ist und die mittig eine Durchgangsbohrung 35 aufweist. Die Durchgangsbohrung 35 gehört zu einem Niederdruckraum und ist mit dem Niederdruckauslassstutzen 7 strömungsverbunden. In dieser Durchgangsbohrung 35 ist ein zum Pilotventil 5 gehörender Pilotventilschaft 36 in axialer Richtung verschiebbar angeordnet und radial geführt. Bei nicht erregtem Elektromagneten 6 des Pilotventiles 5 wird der Pilotventilschaft 36 in Anlage am Steuerkörper 22 gehalten und verschliesst die Mündung der Drosselverengung 25a des Steuerdurchlasses 25. Die Ueberwurfmutter 34 hält den Steuerkörper 22, der gegebenenfalls nur schwach im Gehäuse 2 eingepresst ist, gegen den Druck im Hochdruckraum 9 fest und positioniert den Steuerkörper 22 genau.

Der Schieberventilkörper 21 ist an seinem dem Steuerkörper 22 zugewandten Ende abgestuft, d.h. dessen dem Steuerkörper 22 zugekehrter zylindrischer Endteil 21' weist einen kleineren Aussendurchmesser auf, als der übrige Teil des Schieberventilkörpers 21. Diese Abstufung wird erreicht mittels einer sich entlang des Umfanges des Schieberventilkörpers 21 erstreckenden Ausnehmung 37. Durch die Tiefe dieser Ausnehmung 37, d.h. deren Abmessung in radialer Richtung, kann die Grösse der Fläche der oberen, zweiten Stirnfläche 21b des Schieberventilkörpers 21 bestimmt werden. Die Ausnehmung 37 kann verhältnismässig einfach und genau hergestellt werden, weil nur eine zylindrische Fläche zu bearbeiten ist.

Nachfolgend wird nun die Wirkungsweise des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Brennstoffeinspritzventils unter Beizug der Fig. 3 erläutert, die den zeitlichen Verlauf des Druckes p im Steuerraum 20 (Kurve I) und im Steuerdurchlass 25, d.h. im Abflussraum (Kurve II) zeigt.

Ausgegangen wird vom in den Fig. 1 und 2 gezeigten Zustand, in dem sich das Einspritzventil 10 und der Schieberventilkörper 21 in Schliessstellung befinden und der Schieberventilkörper 21 somit am Steuerkörper 22 anliegt. Der Pilotventilschaft 36 verschliesst den Steuerdurchlass 25. Im Steuerraum 20 ist derselbe Druck' vorhanden, wie im Hochdruckraum 9.

Ein Einspritzzyklus wird durch Erregen des Elektromagneten 6 des Pilotventiles 5 ausgelöst. Der Pilotventilschaft 36 hebt vom Steuerkörper 22 ab, wodurch der Steuerdurchlass 25 mit der Durchgangsbohrung 35 und damit mit dem Niederdruckraum verbunden wird (Zeitpunkt t1, Fig. 3). Der Druck im Abflussraum fällt ab (Abschnitt a der Kurve II, Fig. 3). Da die Drosselverengung 25a im Steuerdurchlass 25 einen grösseren Strömungsquerschnitt aufweist als der Drosseleinlass 33, beginnt der Druck im Steuerraum 20 zu sinken (Abschnitt a der Kurve I, Fig. 3). Das Einspritzventilglied 10 bewegt sich dadurch vom Ventilsitz 16 weg und gibt die Einspritzöffnungen 4 frei (Zeitpunkt t2, Fig. 3). Der Einspritzvorgang beginnt. Der Steuerkolben 18 bewegt sich mit dem Einspritzventilglied 10 nach oben, was zu einer Verkleinerung des Volumens der Steuerraumes 20 und einer Druckerhöhung im Steuerraum 20 führt (Abschnitt b der Kurve I, Fig. 3). Aus dem Steuerraum 20 wird Brennstoff durch den Drosseldurchlass 26, die Vertiefung 27 und den Steuerdurchlass 25 hindurch in den Niederdruckraum verdrängt. Die Oeffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes 10 ist zum Zeitpunkt t3 (Fig. 3) beendet. Während des gesamten Oeffnungsvorganges des Einspritzventilgliedes 10 bleibt der Schieberventilkörper 21 in Anlage am Steuerkörper 22. Der weitere Drosseldurchlass 28 im Schieberventilkörper 21 bleibt somit verschlossen und entfaltet vorerst keine Wirkung. Der Oeffnungshub des Einspritzventilgliedes 10 ist dadurch begrenzt, dass dessen Vorsprung 24 am Schieberventilkörper 21 zur Anlage kommt, wobei der Drosseldurchlass 26 freiliegend bleibt. Eine Begrenzung des Oeffnungshubes des Einspritzventilgliedes 19 kann auch auf andere, nicht näher dargestellte Weise erzielt werden. Da der engste Strömungsquerschnitt der Drosselverengung 26a des Drosseldurchlasses 26 kleiner ist, als der Querschnitt der Drosselverengung 25a, ist die Oeffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes 10 bei gegebenem Systemdruck und gegebener Schliessfeder 17 hauptsächlich durch den Drosseldurchlass 26 bestimmt. Ab dem erwähnten Zeitpunkt t3 sinkt der Druck im Steuerraum 20 ab, der ja über den Drosseldurchlass 26 und den Steuerdurchlass 25 mit dem Niederdruckraum verbunden ist (Abschnitt c der Kurve I, Fig. 3).

Zum Beenden des Einspritzvorganges wird der Elektromagnet 6 entregt. Dies hat zur Folge, dass der Pilotventilschaft 36 in Anlage an den Steuerkörper 22 verschoben wird. Damit wird die niederdruckseitige Mündung des Steuerdurchlasses 25 verschlossen (Zeitpunkt t4, Fig. 3). Der Druck im Steuerraum 20 und im Steuerdurchlass 25 beginnt in Folge der Verbindung mit dem Hochdruckraum 9 über den Drosseleinlass 33 und den Drosseldurchlass 26 zu steigen (Abschnitte d der Kurve I und b der Kurve II, Fig. 3), was in Folge der nun abnehmenden Druckdifferenz auf beiden Seiten 21a, 21b des Schieberventilkörpers 21 und den entsprechenden wirksamen Flächen zu einem Wegbewegen des Schieberventilkörpers 21 von der dichtenden Anlage am Steuerkörper 22 unter Bildung eines Spaltes führt.

Gleichzeitig bewirkt die Schliessfeder 17 eine Bewegung des Einspritzventilgliedes 10 in Richtung auf den Ventilsitz 16 zu. Die Drücke im Steuerdurchlass 25 und im Steuerraum 20 gleichen sich an. Der Einspritzvorgang wird beendet.

Der Schieberventilkörper 21, unterstützt durch die Kraft des Federelementes 23, bewegt sich nun in die Schliessstellung zurück. Diese Zurückbewegung des Schieberventilkörpers 21 in die Schliessstellung wird dadurch beschleunigt, dass beim Abheben des Schieberventilkörpers 21 vom Steuerkörper 22 der weitere, relativ grosse Drosseldurchlass 28 freigegeben und dadurch zwischen dem Steuerraum 20 und dem Hochdruckraum 9 eine weitere Verbindung hergestellt wird. Dies führt zu einem schnellen Zurückbewegen des Schieberventilkörpers 21 in die Schliessstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist somit schneller für den nächsten Einspritzvorgang bereit, was zum Beispiel bei Vor-, Nach- oder Mehrfacheinspritzungen von grossem Vorteil ist. Durch die Dimensionierung des weiteren Drosseldurchlasses 28 kann die Rückbewegung des Schieberventilkörpers 21 den Anforderungen entsprechend eingestellt werden.

Anhand der Fig. 4 wird nun eine zweite Ausführungsform der Steuervorrichtung 11 beschrieben. Im Übrigen ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gleich ausgebildet, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Für gleiche und gleich wirkende Teile werden in der Fig. 4 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den Fig. 1 und 2.

Die in der Fig. 4 gezeigte Ausführungsform weist ebenfalls ein rohrartiges Gehäuse 2 auf, in dem der Steuerkörper 22 festsitzend angeordnet ist. Mit ihrer dem Steuerraum 20 zugewandten Stirnseite 19a stützt sich die Hülse 19, in welcher der doppelt wirkende Steuerkolben 18 des Einspritzventilgliedes 10 in einer engen Passung in axialer Richtung beweglich angeordnet ist, am Steuerkörper 22 dichtend ab. Der Steuerraum 20 ist somit einerseits vom Steuerkolben 18, umfangsseitig von der Hülse 19 und andererseits vom Steuerkörper 22 begrenzt. In diesen Steuerraum 20 mündet der in der Hülse 19 ausgebildete Drosseleinlass 33, der über den zwischen der Hülse 19 und dem Gehäuse 2 liegenden Strömungsspalt 32 mit dem Hochdruckraum 9 verbunden ist. Über den sich zum Steuerraum 20 hin verjüngenden Drosseleinlass 33 ist der Steuerraum 20 somit direkt mit dem Hochdruckraum 9 verbunden.

Der Steuerkörper 22 weist zentrisch und in Richtung der Gehäuseachse 2a verlaufend den Steuerdurchlass 25 auf. Im Steuerkörper 22 ist eine in radialer Richtung verlaufende Bohrung 38 vorhanden, die über eine Ausnehmung 39 im Steuerkörper 22 sowie den Strömungsspalt 32 mit dem Hochdruckraum 9 verbunden ist. Von der dem Steuerraum 20 zugewandten Stirnseite 22a des Steuerkörpers 22 verläuft durch diesen eine in die Bohrung 39 mündende weitere Bohrung 40.

Sowohl die steuerraumseitige Mündung des Steuerdurchlasses 25 als auch jene der weiteren Bohrung 40, die beide in der unteren Stirnseite 22a des Steuerkörpers 22 liegen, sind mittels einer als Ventilglied dienenden, blattfederartigen Zunge 41 abgedeckt. Am der weiteren Bohrung 40 bezüglich der Gehäuseachse 2a gegenüberliegenden Ende 41a ist die Zunge 41 auf nicht näher dargestellte Weise am Steuerkörper 22 angeschweisst. Die Zunge 41 weist einen zur Gehäuseachse 2a koaxialen, eine Drosselstelle bildenden Drosseldurchlass 42 auf, der den Steuerraum 20 mit dem Steuerdurchlass 25 verbindet. Bezüglich dieses Drosseldurchlasses 42 liegt die steuerraumseitige Mündung des Drosseleinlasses 33 auf der dem Steuerraum 20 zugekehrten Seite. Die Drosselverengung 25a im Steuerdurchlass 25 ist querschnittmässig grösser als der Querschnitt des Drosseldurchlasses 42 und des Drosseleinlasses 33.

Im Übrigen ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gleich ausgebildet wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt.

Für die nachfolgende Beschreibung der Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 1 mit einer Steuervorrichtung 11 gemäss Fig. 4 wird, wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2, vom Ruhezustand ausgegangen, in welchem sich das Einspritzventilglied 10 in Schliessstellung befindet und der Druck im Steuerraum 20 dem Druck im Hochdruckraum 9 entspricht. Der Pilotventilschaft 36 verschliesst die Mündung der Drosselverengung 25a des Steuerdurchlasses 25.

Bei Erregung des Elektromagneten 6 (siehe Fig. 1) wird der Pilotventilschaft 36 vom Steuerkörper 22 abgehoben. Der Steuerdurchlass 25 steht dadurch mit einer zum Niederdruckraum gehörenden, in der Überwurfmutter 34 ausgebildeten und mit der Durchgangsbohrung 35 verbundenen Ausnehmung 43 in Verbindung. Der Druck im Steuerdurchlass 25 sinkt ab, wodurch in Folge der Druckdifferenz Brennstoff durch den Drosseldurchlass 42 aus dem Steuerraum 20 in den Steuerdurchlass 25 und von dort weiter in den Niederdruckraum strömt. Der Druck im Steuerraum 20 sinkt ab und das Einspritzventilglied 10 bewegt sich vom Ventilsitz 16 weg, wodurch der Einspritzvorgang beginnt. Die Zunge 41 wird in Anlage an der unteren Stirnseite 22a des Steuerkörpers 22 gehalten und hält während dem Einspritzvorgang die weitere Bohrung 40 verschlossen.

Bei Entregung des Elektromagneten 5 legt sich der Pilotventilschaft 36 wieder an den Steuerkörper 22 an, wodurch der Steuerdurchlass 25 vom Niederdruckraum abgetrennt wird. Auf die dem Steuerraum 20 abgewandte Seite der Zunge 41 wirkt über die Bohrungen 38 und 40 der im Hochdruckraum 9 herrschende Brennstoffhochdruck, der bewirkt, dass sich die Zunge 41 verbiegt und die Bohrung 40 frei gibt. In Folge der Freigabe der Bohrung 40 gelangt nun Brennstoff über einen grösseren Strömungsquerschnitt als derjenige des Drosseleinlasses 33 in den Steuerraum 20, was zu einer raschen Druckerhöhung im Steuerraum 20 und zur Beschleunigung der Bewegung des Einspritzventilgliedes 10 auf den Ventilsitz 16 zu führt. Durch die Dimensionierung der entsprechenden Durchlässe und der Eigenschaften der Zunge 41 kann das Betriebsverhalten des Brennstoffeinspritzventils 1 den Anforderungen entsprechend gestaltet werden.

Anhand der Fig. 5 wird eine dritte Ausführungsform der Steuervorrichtung 11 beschrieben. Im Übrigen ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gleich ausgebildet, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Für gleiche und gleich wirkende Teile werden in der Fig. 5 dieselben Bezugszeichen verwendet, wie in den Fig. 1 und 2.

Die in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsform weist ebenfalls ein rohrartiges Gehäuse 2 auf, in dem der Steuerkörper 22 gehäusefest angeordnet ist. An ihrem dem Steuerkörper 22 zugewandten Ende stützt sich die Hülse 19, in welcher der doppelt wirkende Steuerkolben 18 des Einspritzventilgliedes 10 in einer engen Passung in axialer Richtung beweglich angeordnet ist, am Steuerkörper 22 ab. Zu diesem Zweck ist die Hülse 18 mit einer Ringschulter 44 versehen, in die ein die Hülse 19 führender Führungsteil 22' des Steuerkörpers 22 eingreift. Es ist auch denkbar, die Hülse 19 durch eine im Stromungsspalt 32 angeordnete Führung, die mit Durchlässen versehen ist, zu führen. In diesem Fall entfällt die Ringschulter 44. An der Hülse 19 stützt sich auf deren dem Steuerkörper 22 abgewandten Seite die Schliessfeder 17 für das Einspritzventilglied 10 ab. Der Steuerraum 22 ist somit einerseits vom Steuerkolben 18, umfangsseitig von der Hülse 19 und andererseits vom Steuerkörper 22 begrenzt.

Der Steuerkörper 22 weist zentrisch und in Richtung der Gehäuseachse 2a verlaufend den Steuerdurchlass 25 auf. Im Führungsteil 22' des Steuerkörpers 22 sind Durchgangsbohrungen 45 vorhanden, deren Achsen parallel zur Gehäuseachse 2a verlaufen und die über den die Hülse 19 ringförmig umgebenden Stromungsspalt 32 mit dem Hochdruckraum 9 strömungsverbunden sind.

Die steuerraumseitigen Mündungen der Durchlassbohrungen 45 sind mittels eines kreiszylindrischen Ventilgliedes 46 abgedeckt, das an der unteren Stirnseite 22a des Steuerkörpers 22 anliegt und auf dem Federelement 23 abgestützt ist, das sich seinerseits am Steuerkolben 18 abstützt. Das Ventilglied 46 weist einen zur Gehäuseachse 2a koaxialen Drosseldurchlass 47 auf, der eine Drosselstelle bildet und den Steuerraum 20 mit dem Steuerdurchlass 25 verbindet. Bezüglich dieses Drosseldurchlasses 47 liegt die steuerraumseitige Mündung des Drosseleinlasses 33 auf der dem Steuerraum 20 zugekehrten Seite. Die Drosselverengung 25a des Steuerdurchlasses 25 ist querschnittsmässig grösser als der Querschnitt des Drosseldurchlasses 47. Vom Pilotventil 5 ist neben dem Pilotventilschaft 36 noch der mit letzterem verbundene Anker 48 des Elektromagneten 6 gezeigt, der in einer Ausnehmung 49 in der Überwurfmutter 34 angeordnet ist. Diese Ausnehmung 49 gehört zum Niederdruckraum. Im Übrigen ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gleich ausgebildet, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt.

Für die nachfolgende Beschreibung der Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils 10 mit einer Steuervorrichtung 11 gemäss Fig. 5 wird ebenfalls vom Ruhezustand ausgegangen, in welchem sich das Einspritzventilglied 10 in Schliessstellung befindet und der Druck im Steuerraum 20 dem Druck im Hochdruckraum 9 entspricht. Die Mündung der Drosselverengung 25a des Steuerdurchlasses 25 ist durch Anliegen des Pilotventilschaftes 36 am Steuerkörper 22 verschlossen.

Bei Erregung des Elektromagneten 5 wird der Pilotventilschaft 36 vom Steuerkörper 22 abgehoben. Der Steuerdurchlass 25 wird dadurch mit dem Niederdruckraum verbunden. Es strömt Brennstoff durch den Drosseldurchlass 47 aus dem Steuerraum 20 in den Steuerdurchlass 25 und weiter zum Niederdruckraum. Der Druck im Steuerraum 20 sinkt und das Einspritzventilglied 10 wird vom Ventilsitz 16 weg bewegt, wodurch der Einspritzvorgang beginnt. Während dieses Einspritzvorganges bleiben die Durchgangsbohrungen 45 im Steuerkörper 22 durch das sich in Schliessstellung befindliche Ventilglied 46 verschlossen.

Bei Entregung des Elektromagneten 5 legt sich der Pilotventilschaft 36 wieder an den Steuerkörper 22 an, wodurch der Steuerdurchlass 25 verschlossen und damit vom Niederdruckraum abgetrennt wird. Auf die dem Steuerraum 20 abgewandte Seite des Ventilgliedes 46 wirkt über die Durchgangsbohrungen 45 der im Hochdruckraum wirkende Brennstoffhochdruck, der zum vorübergehenden Abheben des Ventilgliedes 46 von der unteren Stirnseite 22a des Steuerkörpers 22 führt. Die Durchgangsbohrungen 45 werden frei gegeben und Brennstoff unter Systemdruck gelangt über einen grösseren Strömungsquerschnitt in den Steuerraum 20, was zu einer raschen Druckerhöhung im Steuerraum 20 und einer beschleunigten Bewegung des Einspritzventilgliedes 10 auf den Ventilsitz 16 zu führt. Somit wird eine rasche Schliessbewegung des Einspritzventilgliedes 10 erreicht.

Dadurch, dass bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen der Steuerraum 20 über den Drosseleinlass 33 direkt, d. h. ohne Zwischenschaltung einer weiteren Drosselstelle, mit dem Hochdruckraum 9 sowie über einen eine Drosselstelle festlegenden Drosseldurchlass 26, 42, 47 mit dem Steuerdurchlass 25 im Steuerkörper 22 verbunden ist, ist der Druck p im Steuerraum 20 immer wesentlich höher als der Restdruck im Steuerdurchlass 25, wie ein Vergleich der Kurven I und II in Fig. 3 zeigt. Das hat zur Folge, dass ein ungewolltes, unkontrolliertes Abheben des Ventilgliedes, d.h. des Schieberventilkörpers 21, der Zunge 41 bzw. des Ventilgliedes 46, von seiner Anlage am Steuerkörper 22 verhindert wird. Zudem wird die Brennstoffmenge, die bei jedem Einspritzvorgang über den Steuerdurchlass 25 zum Niederdruckraum abfliesst, klein gehalten, was zu geringeren Verlusten führt. Der erhöhte Steuerdruck im Steuerraum 2 hat weiter eine Herabsetzung der Verzögerungszeit zwischen dem Verschliessen des Steuerdurchlasses 25 durch den Pilotventilschaft 36 und dem Verschliessen der Einspritzöffnungen 4 durch das Einspritzventilglied 10 zur Folge.

Der Ventilkörper 22 lässt sich auf verhältnismässig einfache Weise und damit entsprechend kostengünstig herstellen.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Hochdruckeinlass 8 mit einer zur Gehäuselängsachse 2a koaxialen Gehäusebohrung verbunden, die den Hochdruckraum 9 bildet, der mit dem Ventilsitz 16 in Verbindung steht. Die erfindungsgemässe Lösung kann aber auch bei anders ausgestalteten Brennstoffeinspritzventilen angewendet werden, bei denen die mit dem Hochdruckeinlass 8 verbundene, den Hochdruckraum bildende und sich um Ventilsitzelement 3 hin erstreckende Gehäusebohrung zwar parallel zur Gehäuselängsachse 2a, jedoch gegenüber letzterer seitlich versetzt im Gehäuse 2 verläuft, wie das z.B. in der EP-B-0 686 763 gezeigt ist.

Claims

Brennstoffeinspritzventil zur intermittierenden Brennstoffeinspritzung in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem länglichen Gehäuse (2), das einen, mit einem Hochdruckraum (9) im Gehäuse (2) verbundenen Hochdruckeinlass (8) für den Brennstoff aufweist, mit einem zum Verschliessen oder Freigeben von in einem Ventilsitzelement (3) ausgebildeten Einspritzöffnungen (4) bestimmten, im Gehäuse (2) längsverstellbaren und in Richtung gegen das Ventilsitzelement (3) federbelasteten Einspritzventilglied (10), mit einem mit dem Einspritzventilglied (10) wirkverbundenen Steuerkolben (18), dessen eine, erste Stirnseite einem Steuerraum (20) zugekehrt ist, mit einem Steuerkörper (22), der einen sich von dessen einen, ersten Stirnseite (22a) zu dessen gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite (22b) erstreckenden Steuerdurchlass (25) aufweist, mit einem Pilotventil (5) zum gesteuerten Verschliessen und Freigeben des in der zweiten Stirnseite (22b) des Steuerkörpers (22) liegenden Endes des Steuerdurchlasses (25) und mit einem verstellbaren Ventilglied (21; 41; 46), das in Schliessstellung an der ersten Stirnseite (22a) des Steuerkörpers (22) anliegt und einen Drosseldurchlass (26; 42; 47) mit einer Drosselstelle aufweist, über den der Steuerraum (20) mit dem Steuerdurchlass (25) in Strömungsverbindung steht, gekennzeichnet durch einen den Steuerraum (20) mit dem Hochdruckraum (9) verbindenden Drosseleinlass (33), dessen steuerraumseitige Mündung bezüglich der Drosselstelle des Drosseldurchlasses (26; 42; 47) auf der dem Steuerraum (20) zugekehrten Seite liegt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) auf der andern, zweiten Stirnseite durch den im Hochdruckraum (9) herrschenden Brennstoffhochdruck beaufschlagbar ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Querschnitt des Drosseleinlasses (33) kleiner ist als der kleinste Querschnitt des Steuerdurchlasses (25).
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdurchlass (25) eine Drosselverengung (25a) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseldurchlass (26) eine die Drosselstelle bildende Drosselverengung (26a) aufweist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseleinlass (33) direkt in den Steuerraum (20) mündet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseleinlass (33) zwischen der Drosselverengung (26a) und dem Steuerraum (20) in den Drosseldurchlass (26) im Ventilglied (21) mündet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselverengung (26a) am der ersten Stirnseite (22a) des Steuerkörpers (22) zugekehrten Ende des Ventilgliedes (21) angeordnet ist und der im Ventilglied (21) ausgebildete Drosseleinlass (33) zwischen der Drosselverengung (26a) und dem, dem Steuerraum (20) zugekehrten Ende des Drosseldurchlasses (26) in diesen mündet.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) und das Ventilglied (21; 41; 46) im Innern einer den Steuerraum (20) seitlich begrenzenden Hülse (19) angeordnet sind, die an ihrem einen Ende an der ersten Stirnseite (22a) des Steuerkörpers (22) anliegt.
Brennstoffeinspritzventil nach den Ansprüchen 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseleinlass (33) in der Hülse (19) ausgebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied ein in einer Gleitpassung geführter Schieberventilkörper (21) ist, der eine dem Steuerraum (20) zugekehrte erste Stirnseite (21a) und eine dieser gegenüberliegende zweite Stirnseite (21b) aufweist, mit der der Schieberventilkörper (21) in seiner Schliessstellung an der ersten Stirnseite (22a) des vorzugsweise gehäusefesten Steuerkörpers (22) anliegt, wobei sich der Drosseldurchlass (26) zwischen den Stirnseiten (21a, 21b) des Schieberventilkörpers (21) erstreckt.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosseldurchlass (26) bezüglich des Steuerdurchlasses (25) im Steuerkörper (22) seitlich versetzt ist und bei sich in seiner Schliessstellung befindlichem Schieberventilkörper (21) mit dem Steuerdurchlass (25) über einen Durchgang (27) verbunden ist, der vom Steuerkörper (22) und vom Schieberventilkörper (21) begrenzt ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang durch eine in der zweiten Stirnfläche (21b) des Schieberventilkörpers (21) vorgesehene Vertiefung (27) gebildet ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberventilkörper (21) einen weiteren, sich zwischen dessen Stirnseiten (21a, 21b) erstreckenden Drosseldurchlass (28) aufweist, der in den Steuerraum (20) mündet und bei sich in Schliessstelllung befindlichem Schieberventilkörper (21) vom Steuerkörper (22) verschlossen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der zweiten Stirnseite (21b) des Schieberventilkörpers (21) kleiner ist als die Fläche der ersten Stirnseite (21a) des Schieberventilkörpers (21).
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberventilkörper (21) an seinem dem Steuerkörper (22) zugekehrten Ende einen zylindrischen Endteil (21') aufweist, an dem die zweite Stirnseite (21b) ausgebildet ist und dessen Aussendurchmesser kleiner ist als der Aussendurchmesser des übrigen Teils des Schieberventilkörpers (21).
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass im vorzugsweise gehäusefesten Steuerkörper (22) eine mit dem Hochdruckraum (9) verbundene Bohrung (40; 45) ausgebildet ist, die eine in der ersten, dem Steuerraum (20) zugekehrten Stirnseite (22a) des Steuerkörpers (22) liegende Mündung aufweist, die in Schliesstellung des Ventilgliedes (41; 46) durch dieses verschlossen ist.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied als eine federelastische Zunge (41) ausgebildet ist, die in einem Bereich am Steuerkörper (22) befestigt ist und in der der eine Drosselstelle bildende Drosseldurchlass (42) ausgebildet ist, der vorzugsweise mit der Steuerbohrung (25) im Steuerkörper (22) fluchtet.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerkörper (22) mehrere mit dem Hochdruckraum (9) verbundene Bohrungen (45) ausgebildet sind, deren in der ersten Stirnseite (22a) des Steuerkörpers (22) liegenden Mündungen in Schliessstellung des Ventilgliedes (41) durch dieses verschlossen sind.
Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der im Ventilglied (46) ausgebildete, eine Drosselstelle bildende Drosseldurchlass (47) mit der Steuerbohrung (25) im Steuerkörper (22) fluchtet.
Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerkolben (18) und dem Ventilglied (21; 46) ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement (23) angeordnet ist, dessen Kraft kleiner ist als die Kraft einer auf das Einspritzventilglied (10) in Richtung gegen das Ventilsitzelemlent (3) wirkenden Schliessfeder (17).