EP1541859A1 - Einspritzventil - Google Patents

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EP1541859A1
EP1541859A1 EP04024922A EP04024922A EP1541859A1 EP 1541859 A1 EP1541859 A1 EP 1541859A1 EP 04024922 A EP04024922 A EP 04024922A EP 04024922 A EP04024922 A EP 04024922A EP 1541859 A1 EP1541859 A1 EP 1541859A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
valve
injection valve
injection
pressure
Prior art date
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Granted
Application number
EP04024922A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1541859B1 (de
Inventor
Michael Kurz
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 EP1541859A1 publication Critical patent/EP1541859A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1541859B1 publication Critical patent/EP1541859B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention is based on an injection valve according to the Preamble of claim 1 further defined type out.
  • Such an injection valve is known from DE 102 05 970 A1 known and used in particular for injecting diesel fuel in a combustion chamber of a diesel internal combustion engine a motor vehicle.
  • the injection valve known from DE 102 05 970 A1 comprises a valve housing in which a nozzle module and a valve control module are arranged.
  • the nozzle module comprises a first, outer nozzle needle, with a first row of holes interacts, and a second, inner nozzle needle, with a second row of holes interacts.
  • the second nozzle needle is arranged coaxially with the first nozzle needle and in one guided the first nozzle needle axially cross-channel.
  • Valve control module The control of the nozzle needle by means of Valve control module, in such a way that one in a valve control room prevailing fluid pressure changed so is that the two nozzle needles an axial position change experienced and depending on the in the valve control room set the pressure with the first nozzle needle cooperating row of holes and optionally with the second nozzle needle cooperating hole series released become.
  • the valve control chamber is on the one hand via a so-called inlet throttle with a fuel supply line and on the other hand via a so-called outlet throttle with a valve chamber of the valve control module connected.
  • Valve chamber is a cooperating with at least one valve seat Valve closure member arranged. By opening of the valve closing member becomes the valve space of the valve control module and thus also relieves the valve control room, so that at least one of the nozzle needles can open.
  • the nozzle module called a coaxial vario nozzle represents and thus the control of two spray hole or injector circuits, can be designed so that the inner nozzle needle opens only when the outer nozzle needle strikes at its upper stroke stop. Because of this Concept can be a so-called boat-shaped injection achieved by fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine become.
  • the nozzle needles close when the of the Control room branching outflow throttle is locked and over the inlet throttle is a filling of the valve control chamber. This results in a pressure surplus in the valve control chamber, so the jet needles back to their respective ones Needle seat are pressed.
  • the problem is that at short activation times of the injection valve, the inner nozzle needle reached its upper stop and the outer nozzle needle already closed again, so that the inner Nozzle needle closes too fast.
  • causes for this are the strong rebound of the inner nozzle needle and the sudden increase of the control pressure in the valve control chamber by closing the outer nozzle needle, thereby the inlet throttle is released again.
  • the map of the Injection valve then has a plateau after the jump in quantity on, which is indefinable.
  • the injection valve according to the invention with the features after the preamble of claim 1, wherein the first Nozzle needle is associated with at least one driver, the one Opening and closing the second nozzle needle causes has the advantage that by the thus taking place mechanical Control of the second nozzle needle, the fluid pressure in the valve control chamber when driving the first nozzle needle and when driving the first and the second nozzle needle in Essentially remains at the same level. From these Reasons are the prevailing balance of power when opening the second nozzle needle, d. H. the inner nozzle needle, more balanced than with a hydraulic control of inner nozzle needle. Also opens the inner nozzle needle in Compared to a hydraulic control slower.
  • the slower opening of the inner nozzle needle in turn leads in the Characteristic map of the injection valve to a lower slope in the area associated with the opening of the inner nozzle needle Bulk jump to the opening time of the inner Nozzle needle.
  • the upper stroke stop the outer Nozzle needle be designed arbitrarily and in particular with a Be provided damping.
  • the inner nozzle needle on its side facing the valve control chamber with a over the prior art enlarged attack surface be provided, which in turn good damping of the inner Nozzle needle causes.
  • the injection valve according to the invention can in particular Be part of a common rail injection system and the Fuel injection into a combustion chamber of a diesel internal combustion engine serve a motor vehicle.
  • Injector is the driver
  • the one opening and one Close the second nozzle needle causes, from a control piston formed the first nozzle needle.
  • This spool borders with its front side facing away from the injection openings to the valve control room and transfer that to him applied forces on the first nozzle needle.
  • the control piston acts on Opening the first nozzle needle also on the second nozzle needle.
  • the control piston acts preferably from the beginning on both nozzle needles. This excludes that the first nozzle needle before the second nozzle needle reaches its closed position.
  • the second nozzle needle, d. H. the inner nozzle needle can be executed both one-piece and multi-part. So has the inner nozzle needle in particular when using the Control piston of the first nozzle needle as a driver preferably an area of reduced diameter over which the inner nozzle needle in the control piston of the outer nozzle needle is guided.
  • the area of reduced diameter can be associated with a pressure pin, in particular mushroom-shaped is formed and connected to a loose connection the associated injection openings controlling closing member the inner nozzle needle attacks.
  • the pressure pin of the inner nozzle needle can with a stroke stop interact, formed by a valve plate is in which an inlet throttle and an outlet throttle for Control of the pressure in the valve control chamber arranged are.
  • a stroke stop please note that the outlet throttle with open inner nozzle needle not covered by the pressure pin. Rather, should the pressure pin or the inner nozzle needle in the open state above the drain throttle "float", so always a continuous flow through the outlet throttle can.
  • the valve control module of the injector according to the invention is usually designed valve-like and either by means of an electromagnetically operating actuator or controlled by a piezoelectric actuator.
  • FIGS. 1 to 4 show an injection valve 1, the component of a so-called common rail injection system is and to the injection of fuel in a combustion chamber of a diesel internal combustion engine one Motor vehicle serves.
  • the injection valve 1 comprises for this purpose as essential building units a here only in principle represented, Valve-shaped valve control module 2 and a nozzle module 3.
  • the nozzle module 3 is designed as a coaxial Vario nozzle and has for this purpose a needle unit, which consists of an outer Nozzle needle 4 and an inner, the outer nozzle needle. 4 sweeping nozzle needle 5 is formed.
  • the outer nozzle needle 4, the axially displaceable in one Valve housing 6 is guided, is used to control the first, leading to the combustion chamber of the diesel internal combustion engine Injection openings or nozzles 7, and the inner nozzle needle 5 is used to control the second, also to the Combustion chamber of the diesel engine leading injection ports or nozzles 8.
  • a valve control chamber 9 is formed, on the one hand via a with an inlet throttle 10 formed inlet channel 11 with a fuel supply line 12 and on the other hand via one with an outlet throttle 13 provided drain channel 14 with the valve-like trained valve control module 2 is connected.
  • the inlet throttle 10 and the outlet throttle 13 are in a valve plate 15 formed, the valve control chamber 9 frontally limited.
  • the outer nozzle needle 4 is radially of an annular trained high-pressure chamber 16 surrounded, in which a Fuel supply channel 17 opens, via the fuel supply line 12 with a so-called common rail of the injection system is connected by means of several injectors the type shown are supplied.
  • the pressure room 16 can under a usual in common rail systems High pressure of, for example, up to 1.6 kbar stand.
  • the outer Nozzle needle 4 In the upper region of the high-pressure chamber 16, the outer Nozzle needle 4, a pressure shoulder 17, on which a Opening the outer nozzle needle 4 supporting fluid pressure acts.
  • the outer nozzle needle 4 is further a control piston 18 associated with the injection nozzles 8 facing away from it Front side adjacent to the valve control chamber 9 and the by means of a coil spring 19, which on the one hand on the Housing 6 supported and on the other hand on a collar 20th the control piston 18 acts in the closing direction of the outer Pre-stressed nozzle needle 4.
  • the inner nozzle needle 5 is in an outer nozzle needle 4 axially extending channel 21 and includes a Pressure pin 22, which passes through the control piston 18 axially and is guided in this.
  • the pressure pin 22 has a lower Diameter as the area of the inner nozzle needle 5, which is guided in the outer nozzle needle 4, and has a mushroom-shaped end portion 23 which in the control room 9 sticks out.
  • the pressure pin 22 is located in that shown in FIG Loose position on the in the outer nozzle needle 4th guided area of the inner nozzle needle 5 at.
  • the inner nozzle needle 5 further downstream of her associated injectors 8 a pressure stage 27, on the with open nozzle needle 4, an opening of the inner nozzle needle 5 supporting fluid pressure acts.
  • the valve control module 2 is formed like a valve and has two switch positions. In a shown in Figures 1 and 4 Switching position, the outlet throttle 13 is locked and in the other switching position shown in Figures 2 and 3, the outlet throttle 13 is released, so that fuel can flow out of the valve control chamber 9, which leads to a pressure relief of the same.
  • valve control module 2 in the present case a piezoelectric actuator, not shown on, which acts on a valve closure member, the one Fluid flow between the control chamber 9 of the nozzle module 3 and a return line of the valve control module 2 releases or locks.
  • the injection valve 1 shown in Figures 1 to 4 works in the manner described below.
  • FIG. 1 the closed position of the two nozzle needles 4 and FIG. 5, in which via the injection nozzles 7 and 8 no fuel enters the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the valve control module 2 is in its blocking position, so that over the outlet throttle 13 no fuel can flow out of the control room 9.
  • the in the control chamber 9 prevailing fuel pressure on the inlet throttle 10, which has a smaller diameter than the Outflow throttle 13 has provided the so-called rail pressure
  • the outer nozzle needle 4 and the inner nozzle needle 5 via the valve spool 18 in the closed position holds, in the closed position on the two nozzle needles. 4 and 5 facing away from the injection nozzles 7 and 8, respectively Front side attacks.
  • the pressure pin 22 is characterized by in the Control room prevailing fluid pressure against that in the outer Nozzle needle guided area of the inner nozzle needle 5 is pressed.
  • valve-like design Valve control module 2 is actuated, takes place Pressure relief of the control chamber 9, causing the valve spool 18 an axial offset in the injection nozzles 7 and 8 opposite direction undergoes.
  • the valve spool 18 By the at the Pressure shoulder 17 attacking fluid pressure follows the outer Nozzle needle 4 the valve spool 18, so that the outer Nozzle needle 4 associated injectors 7 released be and fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine is injected.
  • the valve control piston 18 is used when opening via a driving edge 181 as a driver for the pressure pin 22 of the inner Nozzle needle 5, so that control room side no force more on the inner nozzle needle 5 acts and the latter by acting on the front side formed pressure stage 27 Fluid pressure opens.
  • the valve control piston 18 is continue to proceed to an upper stop 28, and the Push pin 22, when the control of the valve control module not terminated beforehand, by means of the over the Pressure stage 27 on the inner nozzle needle 5 acting fluid pressure proceed as far as the end-side end area 23 rests against the valve plate 15.
  • the pressure pin 22 or whose end portion 23 is located on the valve plate 15th indicate that fuel is flowing through the outflow throttle 13 can. This valve position is shown in FIG.
  • the control piston 18 engages in his Function as a driver via a driver edge 182 also on the injection nozzles 8 facing away from the front in the outer nozzle needle 4 guided portion of the inner nozzle needle 5, so that the inner nozzle needle 5 in the locked position is brought and the associated injectors 8 closes.
  • the inner nozzle needle 5 and the outer nozzle needle 4 are thus substantially simultaneously placed in the closed position, as Figure 4 can be seen.
  • the pressure pin 22 lifts when closing the nozzle needles 4 and 5 of the guided in the outer nozzle needle 4 area the inner nozzle needle 5 from. He only learns after the Closing the injectors 7 and 8 an offset in its starting position shown in Figure 1, wherein the eventual Pressure reduction in the space between the pressure pin 22 and that of the guided in the outer nozzle needle Area of the inner nozzle needle 5 a not closer illustrated discharge channel can be provided.

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Abstract

Es wird ein Einspritzventil (1) vorgeschlagen, das ein Düsenmodul (3) und ein Ventilsteuermodul (2) umfasst. In dem Düsenmodul (3) sind eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (7) zusammenwirkende Düsennadel (4) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (8) zusammenwirkende, in einem die erste Düsennadel (4) axial durchgreifenden Kanal (21) geführte Düsennadel (5) axial verschieblich geführt. Das Ventilsteuermodul (2) steuert einen Fluiddruck, der in einem Ventilsteuerraum (9) herrscht und dessen Niveau die Lage der ersten Düsennadel (4) und der zweiten Düsennadel (5) festlegt. Erfindungsgemäß ist der ersten Düsennadel (4) ein Mitnehmer (18) zugeordnet, der ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Düsennadel (5) bewirkt (Figur 1). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Einspritzventil gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 102 05 970 A1 bekannt und dient insbesondere zum Einspritzen von Diesel-Kraftstoff in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Das aus der DE 102 05 970 A1 bekannte Einspritzventil umfasst ein Ventilgehäuse, in dem ein Düsenmodul und ein Ventilsteuermodul angeordnet sind. Das Düsenmodul umfasst eine erste, äußere Düsennadel, die mit einer ersten Lochreihe zusammenwirkt, und eine zweite, innere Düsennadel, die mit einer zweiten Lochreihe zusammenwirkt. Die zweite Düsennadel ist koaxial zu der ersten Düsenadel angeordnet und in einem die erste Düsennadel axial durchgreifenden Kanal geführt. Die Steuerung der Düsennadel erfolgt mittels des Ventilsteuermoduls, und zwar derart, dass ein in einem Ventilsteuerraum herrschender Fluiddruck derart verändert wird, dass die beiden Düsennadeln eine axiale Lageveränderung erfahren und in Abhängigkeit von dem in dem Ventilsteuerraum eingestellten Druck die mit der ersten Düsennadel zusammenwirkende Lochreihe und gegebenenfalls die mit der zweiten Düsennadel zusammenwirkende Lochreihe freigegeben werden. Der Ventilsteuerraum ist einerseits über eine so genannte Zulaufdrossel mit einer Kraftstoffzufuhrleitung und andererseits über eine so genannte Ablaufdrossel mit einem Ventilraum des Ventilsteuermoduls verbunden. In dem Ventilraum ist ein mit mindestens einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied angeordnet. Durch Öffnen des Ventilschließglieds wird der Ventilraum des Ventilsteuermoduls und damit auch der Ventilsteuerraum entlastet, so dass zumindest eine der Düsennadeln öffnen kann.
Das Düsenmodul, das eine so genannte Koaxial-Vario-Düse darstellt und das also zur Steuerung von zwei Spritzloch- bzw. Einspritzdüsenkreisen dient, kann so ausgelegt sein, dass die innere Düsennadel erst öffnet, wenn die äußere Düsennadel an ihrem oberen Hubanschlag anschlägt. Durch dieses Konzept kann eine so genannte bootförmige Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine erreicht werden. Die Düsennadeln schließen, wenn die von dem Steuerraum abzweigende Ablaufdrossel gesperrt wird und über die Zulaufdrossel eine Befüllung des Ventilsteuerraums erfolgt. Daraus resultiert in dem Ventilsteuerraum ein Drucküberschuss, sodass die Düsennadeln zurück auf ihren jeweiligen Nadelsitz gedrückt werden.
Bei dem bekannten Einspritzventil mit Koaxial-Vario-Düse sinkt der in dem Ventilsteuerraum herrschende Druck schlagartig auf ein niedriges Niveau, sobald die äußere Düsennadel beim Öffnen ihren Hubanschlag erreicht hat. Dies hat zur Folge, dass die innere Düsennadel sehr schnell öffnet. Durch das schnelle Öffnen der inneren Düsennadel ergibt sich hinsichtlich der eingespritzten Kraftstoffmenge ein steiler Mengensprung. Des Weiteren prellt die innere Düsennadel aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und ihrer geringen Dämpfung an ihrem oberen Hubanschlag stark zurück. Gleichzeitig prellt hierbei auch die äußere Düsennadel, da diese nur eine schwache Dämpfung erfährt. Eine starke Dämpfung der äußeren Düsennadel würde zu unzulässig hohen Streuungen bezogen auf den Öffnungszeitpunkt der inneren Düsennadel führen. Ferner besteht das Problem, dass bei kurzen Ansteuerzeiten des Einspritzventils die innere Düsennadel ihren oberen Anschlag erreicht und die äußere Düsennadel bereits wieder geschlossen wird, so dass die innere Düsennadel zu schnell geschlossen wird. Ursache hierfür sind das starke Rückprellen der inneren Düsennadel und der sprunghafte Anstieg des Steuerdrucks in dem Ventilsteuerraum durch das Schließen der äußeren Düsennadel, wodurch die Zulaufdrossel wieder freigegeben wird. Das Kennfeld des Einspritzventils weist dann nach dem Mengensprung ein Plateau auf, das undefinierbar ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei dem der ersten Düsennadel mindestens ein Mitnehmer zugeordnet ist, der ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Düsennadel bewirkt, hat den Vorteil, dass durch die somit erfolgende mechanische Ansteuerung der zweiten Düsennadel der Fluiddruck in dem Ventilsteuerraum beim Ansteuern der ersten Düsennadel und beim Ansteuern der ersten und der zweiten Düsennadel im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau bleibt. Aus diesen Gründen sind die herrschenden Kräfteverhältnisse beim Öffnen der zweiten Düsennadel, d. h. der inneren Düsennadel, ausgeglichener als bei einer hydraulischen Ansteuerung der inneren Düsennadel. Auch öffnet die innere Düsennadel im Vergleich zu einer hydraulischen Ansteuerung langsamer. Das langsamere Öffnen der inneren Düsennadel führt wiederum im Kennfeld des Einspritzventils zu einer geringeren Steigung im Bereich des mit dem Öffnen der inneren Düsennadel verbundenen Mengensprungs zum Öffnungszeitpunkt der inneren Düsennadel. Ferner kann durch die mechanische Ansteuerung der inneren Düsennadel der obere Hubanschlag der äußeren Düsennadel beliebig gestaltet sein und insbesondere mit einer Dämpfung versehen sein. Auch kann die innere Düsennadel auf ihrer dem Ventilsteuerraum zugewandten Seite mit einer gegenüber dem Stand der Technik vergrößerten Angriffsfläche versehen sein, was wiederum eine gute Dämpfung der inneren Düsennadel bewirkt.
Das Einspritzventil nach der Erfindung kann insbesondere Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein und zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dienen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einspritzventils ist der Mitnehmer, der ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Düsennadel bewirkt, von einem Steuerkolben der ersten Düsennadel gebildet. Dieser Steuerkolben grenzt mit seiner den Einspritzöffnungen abgewandten Stirnseite an den Ventilsteuerraum und überträgt die auf ihn ausgeübten Kräfte auf die erste Düsennadel. Ab einem bestimmten, voreingestellten Hub wirkt der Steuerkolben beim Öffnen der ersten Düsennadel auch auf die zweite Düsennadel. Beim Schließen des Einspritzventils wirkt der Steuerkolben vorzugsweise vom Beginn an auf beide Düsennadeln. Dadurch ist ausgeschlossen, dass die erste Düsennadel vor der zweiten Düsennadel ihre Schließstellung erreicht.
Die zweite Düsennadel, d. h. die innere Düsennadel, kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgeführt sein. So hat die innere Düsennadel insbesondere bei Nutzung des Steuerkolbens der ersten Düsennadel als Mitnehmer vorzugsweise einen Bereich verringerten Durchmessers, über den die innere Düsennadel in dem Steuerkolben der äußeren Düsennadel geführt ist. Der Bereich verringerten Durchmessers kann einem Druckstift zugeordnet sein, der insbesondere pilzförmig ausgebildet ist und über eine lose Verbindung an einem die zugeordneten Einspritzöffnungen steuernden Schließglied der inneren Düsennadel angreift. Wenn der Druckstift und das Schließglied einstückig ausgeführt oder fest miteinander verbunden sind, kann auf die Ausbildung einer das Öffnen unterstützender Druckstufe an der inneren Düsennadel verzichtet werden.
Der Druckstift der inneren Düsennadel kann mit einem Hubanschlag zusammenwirken, der von einer Ventilplatte gebildet ist, in der eine Zulaufdrossel und eine Ablaufdrossel zur Steuerung des Drucks in dem Ventilsteuerraum angeordnet sind. Bei Konstruktion des Hubanschlags ist zu beachten, dass die Ablaufdrossel bei geöffneter innerer Düsennadel nicht von dem Druckstift überdeckt wird. Vielmehr sollte der Druckstift bzw. die innere Düsennadel im geöffnetem Zustand über der Ablaufdrossel "schweben", so dass stets ein kontinuierlicher Durchfluss durch die Ablaufdrossel erfolgen kann.
Zur Verbesserung der Dämpfung der inneren Düsennadel können die Ablaufdrossel und die Zulaufdrossel auch jeweils außerhalb des Hubanschlagbereichs der inneren Düsennadel in den Ventilsteuerraum münden.
Das Ventilsteuermodul des Einspritzventils nach der Erfindung ist in der Regel ventilartig ausgebildet und entweder mittels eines elektromagnetisch arbeitenden Aktors oder mittels eines piezoelektrischen Aktors gesteuert.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Einspritzventils nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
  • Figur 1 einen prinziphaften Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Einspritzventil in Schließstellung;
  • Figur 2 das Einspritzventil nach Figur 1, jedoch mit geöffneter äußerer Düsennadel;
  • Figur 3 das Einspritzventil nach Figur 1, jedoch mit geöffneter äußerer Düsennadel und geöffneter innerer Düsennadel; und
  • Figur 4 das Einspritzventil nach Figur 1, jedoch mit geschlossener äußerer Düsennadel und geschlossener innerer Düsennadel unmittelbar nach dem Schließvorgang.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
    In den Figuren 1 bis 4 ist ein Einspritzventil 1 dargestellt, das Bestandteil eines so genannten Common-Rail-Einspritzsystems ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Das Einspritzventil 1 umfasst hierzu als wesentliche Baueinheiten ein hier nur prinziphaft dargestelltes, ventilartig ausgebildetes Ventilsteuermodul 2 und ein Düsenmodul 3.
    Das Düsenmodul 3 ist als Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und weist hierzu eine Nadeleinheit auf, die aus einer äußeren Düsennadel 4 und einer inneren, die äußere Düsennadel 4 durchgreifenden Düsennadel 5 gebildet ist.
    Die äußere Düsennadel 4, die axial verschiebbar in einem Ventilgehäuse 6 geführt ist, dient zur Steuerung von ersten, zu dem Brennraum der Diesel-Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen bzw. -düsen 7, und die innere Düsennadel 5 dient zur Steuerung von zweiten, ebenfalls zu dem Brennraum der Diesel-Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen bzw. -düsen 8.
    Zur Steuerung ist an der den Einspritzdüsen 7 und 8 abgewandten Seite des Düsenmoduls 3 ein Ventilsteuerraum 9 ausgebildet, der einerseits über einen mit einer Zulaufdrossel 10 ausgebildeten Zulaufkanal 11 mit einer Kraftstoffzufuhrleitung 12 und andererseits über einen mit einer Ablaufdrossel 13 versehenen Ablaufkanal 14 mit dem ventilartig ausgebildeten Ventilsteuermodul 2 verbunden ist. Die Zulaufdrossel 10 und die Ablaufdrossel 13 sind in einer Ventilplatte 15 ausgebildet, die den Ventilsteuerraum 9 stirnseitig begrenzt.
    Die äußere Düsennadel 4 ist radial von einem ringförmig ausgebildeten Hochdruckraum 16 umgeben, in welchen ein Kraftstoffzufuhrkanal 17 mündet, der über die Kraftstoffzufuhrleitung 12 mit einer so genannten Common-Rail des Einspritzsystems verbunden ist, mittels der mehrere Einspritzventile der dargestellten Art versorgt werden. Der Druckraum 16 kann unter einem in Common-Rail-Systemen üblichen Hochdruck von beispielsweise bis zu 1,6 kbar stehen.
    Im oberen Bereich des Hochdruckraums 16 weist die äußere Düsennadel 4 eine Druckschulter 17 auf, auf die ein das Öffnen der äußeren Düsennadel 4 unterstützender Fluiddruck wirkt.
    Der äußeren Düsennadel 4 ist des Weiteren ein Steuerkolben 18 zugeordnet, der mit seiner den Einspritzdüsen 8 abgewandten Stirnseite an den Ventilsteuerraum 9 grenzt und der mittels einer Spiralfeder 19, die sich einerseits an dem Gehäuse 6 abstützt und andererseits auf einen Ringbund 20 des Steuerkolbens 18 wirkt, in Schließrichtung der äußeren Düsennadel 4 vorgespannt.
    Die innere Düsennadel 5 ist in einem die äußere Düsennadel 4 axial durchgreifenden Kanal 21 geführt und umfasst einen Druckstift 22, der den Steuerkolben 18 axial durchgreift und in diesem geführt ist. Der Druckstift 22 hat einen geringeren Durchmesser als der Bereich der inneren Düsennadel 5, der in der äußeren Düsennadel 4 geführt ist, und weist einen pilzförmigen Endbereich 23 auf, der in den Steuerraum 9 ragt. Der Druckstift 22 liegt in der in Figur 1 dargestellten Stellung lose an dem in der äußeren Düsennadel 4 geführten Bereich der inneren Düsennadel 5 an.
    Zur Abführung einer Leckage weist der Steuerkolben 18 des Weiteren eine Querbohrung 24 auf, die einen den Druckstift 22 umgebenden Leckspalt mit einem Federraum 25 für die Spiralfeder 19 verbindet, von dem eine Rücklaufleitung 26 abzweigt.
    Die innere Düsennadel 5 hat des Weiteren stromab der ihr zugeordneten Einspritzdüsen 8 eine Druckstufe 27, auf die bei geöffneter Düsennadel 4 ein das Öffnen der inneren Düsennadel 5 unterstützender Fluiddruck wirkt.
    Das Ventilsteuermodul 2 ist ventilartig ausgebildet und hat zwei Schaltstellungen. In einer in den Figuren 1 und 4 dargestellten Schaltstellung ist die Ablaufdrossel 13 gesperrt und in der anderen Schaltstellung, die in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist die Ablaufdrossel 13 freigegeben, so dass Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum 9 abströmen kann, was zu einer Druckentlastung desselben führt.
    Zu seiner Betätigung weist das Ventilsteuermodul 2 vorliegend einen nicht näher dargestellten piezoelektrischen Aktor auf, der auf ein Ventilschließglied wirkt, das einen Fluidstrom zwischen dem Steuerraum 9 des Düsenmoduls 3 und einer Rücklaufleitung des Ventilsteuermoduls 2 freigibt bzw. sperrt.
    Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Einspritzventil 1 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
    In Figur 1 ist die Schließstellung der beiden Düsennadeln 4 und 5 dargestellt, in der über die Einspritzdüsen 7 und 8 kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Hierzu ist das Ventilsteuermodul 2 in seiner Sperrstellung, so dass über die Ablaufdrossel 13 kein Kraftstoff aus dem Steuerraum 9 abströmen kann. Vielmehr wird der in dem Steuerraum 9 herrschende Kraftstoffdruck über die Zulaufdrossel 10, die einen geringeren Durchmesser als die Ablaufdrossel 13 hat, der so genannte Rail-Druck bereitgestellt, der die äußere Düsennadel 4 und die innere Düsennadel 5 über den Ventilsteuerkolben 18 in Schließstellung hält, der in Schließstellung an den beiden Düsennadeln 4 und 5 an der jeweils den Einspritzdüsen 7 und 8 abgewandten Stirnseite angreift. Der Druckstift 22 ist durch den in dem Steuerraum herrschenden Fluiddruck gegen den in der äußeren Düsennadel geführten Bereich der inneren Düsennadel 5 gedrückt.
    Wenn nun, wie in Figur 2 dargestellt, das ventilartig ausgebildete Ventilsteuermodul 2 betätigt wird, erfolgt eine Druckentlastung des Steuerraums 9, wodurch der Ventilsteuerkolben 18 einen axialen Versatz in der den Einspritzdüsen 7 und 8 abgewandten Richtung erfährt. Durch den an der Druckschulter 17 angreifenden Fluiddruck folgt die äußere Düsennadel 4 dem Ventilsteuerkolben 18, so dass die der äußeren Düsennadel 4 zugeordneten Einspritzdüsen 7 freigegeben werden und Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
    Der Ventilsteuerkolben 18 dient beim Öffnen über eine Mitnehmerkante 181 als Mitnehmer für den Druckstift 22 der inneren Düsennadel 5, so dass steuerraumseitig keine Kraft mehr auf die innere Düsennadel 5 wirkt und letztere durch den an der stirnseitig ausgebildeten Druckstufe 27 angreifenden Fluiddruck öffnet. Der Ventilsteuerkolben 18 wird weiter bis zu einem oberen Anschlag 28 verfahren, und der Druckstift 22 wird, wenn die Ansteuerung des Ventilsteuermoduls nicht vorher beendet wird, mittels des über die Druckstufe 27 auf die innere Düsennadel 5 wirkenden Fluiddrucks soweit verfahren, bis der stirnseitige Endbereich 23 an der Ventilplatte 15 anliegt. Der Druckstift 22 bzw. dessen Endbereich 23 liegt dabei so an der Ventilplatte 15 an, dass Kraftstoff durch die Abströmdrossel 13 strömen kann. Diese Ventilstellung ist Figur 3 zu entnehmen.
    Wenn nun das Ventilsteuermodul 2 in Schließstellung gebracht wird, erhöht sich der Steuerdruck in dem Steuerraum 9, so dass auf die Stirnseite des Steuerkolbens 18 ein Fluiddruck wirkt, der zu einem Schließen der äußeren Düsennadel 4 führt. Hierbei greift der Steuerkolben 18 in seiner Funktion als Mitnehmer über eine Mitnehmerkante 182 auch an der den Einspritzdüsen 8 abgewandten Stirnseite des in der äußeren Düsennadel 4 geführten Bereichs der inneren Düsennadel 5 an, so dass auch die innere Düsennadel 5 in Sperrstellung gebracht wird und die dieser zugeordneten Einspritzdüsen 8 verschließt. Die innere Düsennadel 5 und die äußere Düsennadel 4 werden damit im Wesentlichen zeitgleich in Schließstellung gebracht, wie Figur 4 zu entnehmen ist. Dabei hebt der Druckstift 22 beim Schließen der Düsennadeln 4 und 5 von dem in der äußeren Düsennadel 4 geführten Bereich der inneren Düsennadel 5 ab. Er erfährt erst nach dem Verschließen der Einspritzdüsen 7 und 8 einen Versatz in seine in Figur 1 dargestellte Ausgangslage, wobei zum etwaigen Druckabbau in dem Zwischenraum zwischen dem Druckstift 22 und dem von dem in der äußeren Düsennadel geführten Bereich der inneren Düsennadel 5 ein hier nicht näher dargestellter Entlastungskanal vorgesehen sein kann.

    Claims (7)

    1. Einspritzventil, mit einem Düsenmodul (3), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (7) zusammenwirkende Düsennadel (4) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (8) zusammenwirkende, in einem die erste Düsennadel (4) axial durchgreifenden Kanal (21) geführte Düsennadel (5) axial verschieblich geführt sind, und mit einem Ventilsteuermodul (2), das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (9) herrscht und dessen Niveau die Lage der ersten Düsennadel (4) und der zweiten Düsennadel (5) festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Düsennadel (4) mindestens ein Mitnehmer (18) zugeordnet ist, der ein Öffnen und ein Schließen der zweiten Düsennadel (5) bewirkt.
    2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (18) von einem Steuerkolben der ersten Düsennadel (4) gebildet ist, der vorzugsweise einen Bereich verringerten Durchmessers der zweiten Düsennadel (5) umschließt.
    3. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuerkolben (18) ein Druckstift (22) der zweiten Düsennadel (5) geführt ist.
    4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (22) einstückiger Bestandteil der zweiten Düsennadel ist.
    5. Einspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (22) einen pilzförmigen Endbereich (23) hat, an dem der Mitnehmer (18) beim Öffnen der ersten Düsennadel (4) angreift.
    6. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (22) mit einer als Anschlag dienenden Ventilplatte (15) zusammenwirkt, in der eine Zulaufdrossel (10) und eine Ablaufdrossel (13) zur Steuerung des Fluiddrucks in dem Ventilsteuerraum (9) angeordnet sind.
    7. Einspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (18) mit seiner dem Ventilsteuerraum (9) abgewandten Stirnseite mit der ersten Düsennadel (4) und der zweiten Düsennadel (5) zusammenwirkt.
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