EP1567764B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-wege-steuerventil zur einspritzverlaufsformung - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-wege-steuerventil zur einspritzverlaufsformung Download PDF

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EP1567764B1 EP03740044A EP03740044A EP1567764B1 EP 1567764 B1 EP1567764 B1 EP 1567764B1 EP 03740044 A EP03740044 A EP 03740044A EP 03740044 A EP03740044 A EP 03740044A EP 1567764 B1 EP1567764 B1 EP 1567764B1
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    • F02M63/0056—Throttling valves, e.g. having variable opening positions throttling the flow

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • the nozzle needle of a fuel injection valve is opened depending on the pressure prevailing in a control chamber pressure or closed.
  • the permanently connected to the high pressure side control chamber can be connected by means of a designed as a double seat valve 2/2-way control valve with the low pressure side and thereby relieved of pressure.
  • injection molding is not possible.
  • document EP 1 164 283 A discloses an internal combustion engine fuel injector having a control valve disposed between high and low pressure sides that opens or blocks the communication of a control space to the low pressure side, the control valve having a first valve position in which the connection of the control space to the low pressure side is blocked, a second valve position in which the control chamber is connected to the low-pressure side via a first outlet channel and a second outlet channel having an outlet throttle, and a third valve position, in which the control chamber is connected to the low-pressure side only via the second outlet channel, and wherein the two drain channels exclusively via the control room are connected to the high pressure side.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the pressure prevailing in the control chamber pressure is reduced by activating or deactivating the outlet throttle at different rates and therefore a Einspritzverlaufsformung can be performed.
  • fuel injection device 1 is commonly used in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein each of these cylinders is associated with a fuel injection valve (injector).
  • injector has in known manner a protruding into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine, not shown here injector and the injector depending on the pressure in a control chamber 2 opening and closing, here indicated only to a small extent nozzle needle 3.
  • the control chamber 2 is permanently connected to a high-pressure inlet line (high-pressure side) 5 via an inlet throttle 4.
  • a 3/3-way control valve 6 is provided in the form of a double-seat valve, which opens or blocks the connection of the control chamber 2 with a low-pressure discharge line (low-pressure side) 7.
  • the high-pressure feed line 5 may be connected to a high-pressure accumulator (common rail), not shown, and the low-pressure drain line 7 with leak oil.
  • a discharge throttle 8 is arranged in the low-pressure drain line 7.
  • the control valve 6 has a valve body formed as a valve ball 9, which is axially adjustable in a valve chamber 10 between two coaxial annular valve seats 11, 12 by means of a piezoelectric actuator 13, for example.
  • the in Fig. 1 lower valve seat 11 is provided between a first flow channel 14 of the control chamber 2 and the valve chamber 9 and the upper valve seat 12 between the valve chamber 9 and low-pressure drain line 7.
  • the valve chamber 9 is connected via a flow restrictor 15 having a second outlet channel 16 permanently connected to the control chamber 2, wherein the high-pressure side outlet throttle 15 has a higher throttle resistance, such as a smaller throttle opening, as the low-pressure side discharge throttle 8.
  • the valve body 9 can be moved to an upper, middle or lower valve position.
  • valve opening of the upper valve seat 12 is closed by the valve body 9 and the valve opening of the lower valve seat 11 is opened, so that the connection of the control chamber 2 is closed to the low pressure side.
  • the pressure prevailing in the control chamber 2 high pressure acts on a force acting in the closing direction of the nozzle needle 3 control surface 17 of the nozzle needle 3, so that the nozzle needle 3 and the fuel injection valve are closed.
  • valve body 9 In the in Fig. 2 shown middle valve position, the valve body 9 is located between the two valve seats 11, 12, so that the valve openings of the two valve seats 11, 12 are opened.
  • the control chamber 2 is connected via both flow channels 14, 16 with the low-pressure drain line 7, so that the pressure prevailing in the control chamber 2 pressure is lowered and the nozzle needle 3 and the fuel injection valve open. Because of the outlet throttle 15, the pressure reduction from the control chamber 2 into the valve chamber 10 takes place mainly via the first relief channel 14, so that the pressure reduction rate is primarily determined by the low-pressure side outlet throttle 8.
  • Fig. 4 From the fuel injection device of Fig. 1 is different in the Fig. 4 shown variant, not part of the invention, characterized in that the first drain channel 14 is connected via a further inlet throttle 18 directly to the supply line 5. In the lower and middle valve position of the valve body 9, this inlet throttle 18 acts as a bypass.
  • the inlet throttle 18 acts in series to the high-pressure side outlet throttle 15, which can be very finely tuned to the two inlet throttles 4, 18.
  • the inlet throttle 18 since the pressure in the first discharge channel 14 is reduced more slowly, causes an additional closing force in the direction of the first valve position, so that the control valve 6 closes faster.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit einem zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckseite (5, 7) angeordneten Steuerventil (6), das die Verbindung eines Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) öffnet oder sperrt, und mit einer zwischen Steuerventil (6) und Niederdruckseite (7) angeordneten Ablaufdrossel (8) weist das Steuerventil (6) eine erste Ventilposition, in der die Verbindung des Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) gesperrt ist, eine zweite Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen ersten Ablaufkanal (14) verbunden ist, und eine dritte Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen eine Ablaufdrossel (15) aufweisenden zweiten Ablaufkanal (16) verbunden ist, auf.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Bei solch einer z.B. durch die DE 100 39 215 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird die Düsennadel eines Kraftstoffeinspritzventils abhängig von dem in einem Steuerraum herrschenden Druck geöffnet oder geschlossen. Der permanent an die Hochdruckseite angeschlossene Steuerraum kann mittels eines als Doppelsitzventil ausgebildeten 2/2-Wege-Steuerventils mit der Niederdruckseite verbunden und dadurch druckentlastet werden. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist eine Einspritzverlaufsformung allerdings nicht möglich.
  • Dokument EP 1 164 283 A offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschine, mit einem zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckseite angeordneten Steuerventil, das die Verbindung eines Steuerraums zur Niederdruckseite öffnet oder sperrt, wobei das Steuerventil eine erste Ventilposition, in der die Verbindung des Steuerraums zur Niederdruckseite gesperrt ist, eine zweite Ventilposition, in der der Steuerraum mit der Niederdruckseite über einen ersten Ablaufkanal und einen eine Ablaufdrossel aufweisenden zweiten Ablaufkanal verbunden ist, und eine dritte Ventilposition, in der der Steuerraum mit der Niederdruckseite nur über den zweiten Ablaufkanal verbunden ist, aufweist und wobei die beiden Ablaufkanäle ausschließlich über den Steuerraum mit der Hochdruckseite verbunden sind.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der im Steuerraum herrschende Druck durch Aktivieren oder Deaktivieren der Ablaufdrossel unterschiedlich schnell abgebaut wird und daher eine Einspritzverlaufsformung durchgeführt werden kann.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem als Doppelsitzventil ausgestalteten 3/3-Wege-Steuerventil sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem den Druck in einem Steuerraum steuernden Doppelsitzventil in seiner oberen Ventilposition;
    Fig. 2
    das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner mittleren Ventilposition;
    Fig. 3
    das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner unteren Ventilposition;
    Fig: 4
    die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zulaufdrossel nicht Teil der erfindung.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) zugeordnet ist. Dieser Injektor weist in an sich bekannter Weise eine in einen Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine ragende, hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse sowie eine die Einspritzdüse abhängig vom Druck in einem Steuerraum 2 öffnende und schließende, hier nur zu einem kleinen Teil angedeutete Düsennadel 3 auf.
  • Der Steuerraum 2 ist über eine Zulaufdrossel 4 dauerhaft an eine Hochdruck-Zulaufleitung (Hochdruckseite) 5 angeschlossen. Zum Steuern des Einspritzvorgangs ist ein 3/3-Wege-Steuerventil 6 in Form eines Doppelsitzventils vorgesehen, das die Verbindung des Steuerraums 2 mit einer Niederdruck-Ablaufleitung (Niederdruckseite) 7 öffnet oder sperrt. Die Hochdruck-Zulaufleitung 5 kann mit einem nicht gezeigten Hochdruckspeicher (Common Rail) und die Niederdruck-Ablaufleitung 7 mit Lecköl verbunden sein. In der Niederdruck-Ablaufleitung 7 ist eine Ablaufdrossel 8 angeordnet.
  • Das Steuerventil 6 hat einen als Ventilkugel ausgebildeten Ventilkörper 9, der in einer Ventilkammer 10 zwischen zwei koaxialen ringförmigen Ventilsitzen 11, 12 mittels eines z.B. piezoelektrischen Stellantriebs 13 axial verstellbar ist. Der in Fig. 1 untere Ventilsitz 11 ist zwischen einem ersten Ablaufkanal 14 des Steuerraums 2 und der Ventilkammer 9 und der obere Ventilsitz 12 zwischen Ventilkammer 9 und Niederdruck-Ablaufleitung 7 vorgesehen. Die Ventilkammer 9 ist über einen eine Ablaufdrossel 15 aufweisenden zweiten Ablaufkanal 16 dauerhaft an den Steuerraum 2 angeschlossen, wobei die hochdruckseitige Ablaufdrossel 15 einen höheren Drosselwiderstand, z.B. eine kleinere Drosselöffnung, als die niederdruckseitige Ablaufdrossel 8 hat. Mittels des Stellantriebs 13 kann der Ventilkörper 9 in eine obere, mittlere oder untere Ventilposition verschoben werden.
  • In der in Fig. 1 gezeigten oberen Ventilposition des Ventilkörpers 9 ist die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 12 durch den Ventilkörper 9 verschlossen und die Ventilöffnung des unteren Ventilsitzes 11 geöffnet, so dass die Verbindung des Steuerraums 2 zur Niederdruckseite gesperrt ist. Der im Steuerraum 2 herrschende Hochdruck greift an einer in Schließrichtung der Düsennadel 3 wirkenden Steuerfläche 17 der Düsennadel 3 an, so dass die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen sind.
  • In der in Fig. 2 gezeigten mittleren Ventilposition befindet sich der Ventilkörper 9 zwischen beiden Ventilsitzen 11, 12, so dass die Ventilöffnungen der beiden Ventilsitze 11, 12 geöffnet sind. Der Steuerraums 2 ist über beide Ablaufkanäle 14, 16 mit der Niederdruck-Ablaufleitung 7 verbunden, so dass der im Steuerraum 2 herrschende Druck abgesenkt wird und die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen. Wegen der Ablaufdrossel 15 erfolgt dabei der Druckabbau vom Steuerraum 2 in die Ventilkammer 10 hauptsächlich über den ersten Entlastungskanal 14, so dass die Druckabbaugeschwindigkeit primär durch die niederdruckseitige Ablaufdrossel 8 bestimmt ist.
  • In seiner in Fig. 3 gezeigten unteren Ventilposition verschließt der Ventilkörpers 9 die Ventilöffnung des unteren Ventilsitzes 11, wodurch der Druckabbau vom Steuerraum 2 in die Ventilkammer 10 allein über den zweiten Entlastungskanal 16 erfolgt. Die Druckabbaugeschwindigkeit ist wegen ihres höheren Drosselwiderstands primär durch die hochniederdruckseitige Ablaufdrossel 15 bestimmt.
  • Da der im Steuerraum 2 herrschende Druck in der mittleren und der unteren Ventilposition des Ventilkörpers 9 unterschiedlich schnell abgebaut wird, kann durch geeignete Kombination der beiden Ablaufdrosseln 8, 15 und der Zulaufdrossel 4 eine gewünschte Einspritzverlaufsformung mittels des Steuerventils 6 eingestellt werden.
  • Von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 unterscheidet sich die in Fig. 4 gezeigte Variante , nicht Teil der Erfindung, dadurch, dass der erste Ablaufkanalkanal 14 über eine weitere Zulaufdrossel 18 direkt an die Zulaufleitung 5 angeschlossen ist. In der unteren und mittleren Ventilposition des Ventilkörpers 9 wirkt diese Zulaufdrossel 18 als Bypass.
  • In der unteren Ventilposition des Ventilkörpers 9 wirkt die Zulaufdrossel 18 in Reihe zur hochdruckseitigen Ablaufdrossel 15, die dadurch zu den beiden Zulaufdrosseln 4, 18 sehr fein abgestimmt werden kann. Beim Übergang des Ventilkörpers 9 in seine obere Ventilposition bewirkt die Zulaufdrossel 18, da der Druck im ersten Entlastungskanal 14 langsamer abgebaut wird, eine zusätzliche Schließkraft in Richtung auf die erste Ventilposition, so dass das Steuerventil 6 schneller schließt.

Claims (4)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit einem zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckseite (5, 7) angeordneten Steuerventil (6), das die Verbindung eines Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) öffnet oder sperrt, wobei das Steuerventil (6) eine erste Ventilposition, in der die Verbindung des Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) gesperrt ist, eine zweite Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen ersten Ablaufkanal (14) und einen eine Ablaufdrossel (15) aufweisenden zweiten Ablaufkanal (16) verbunden ist, und eine dritte Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) nur über den zweiten Ablaufkanal (16) verbunden ist, aufweist und wobei die beiden Ablaufkanäle (14, 16) ausschließlich über den Steuerraum (2) mit der Hochdruckseite (5) verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine niederdruckseitige Ablaufdrossel (8) zwischen Steuerventil (6) und Niederdruckseite (7) angeordnet ist und dass die Ablaufdrossel (15) des zweiten Ablaufkanals (16) einen höheren Drosselwiderstand als die niederdruckseitige Ablaufdrossel (8) hat.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) als Doppelsitzventil mit einem in einer Ventilkammer (10) zwischen zwei Ventilsitzen (11, 12) axial verstellbaren Ventilkörper (9) ausgebildet ist, wobei der eine Ventilsitz (11) mit dem ersten Ablaufkanal (14), der andere Ventilsitz (12) mit der Niederdruckseite (7) und die Ventilkammer (10) mit dem zweiten Ablaufkanal (16) verbunden sind.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (2) über eine Zulaufdrossel (4), die einen kleineren Drosselwiderstand als die Ablaufdrossel (15) des zweiten Ablaufkanals (16) hat, an die Hochdruckseite (5) angeschlossen ist.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (9) des Steuerventils (6) mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs (13) verstellbar ist.
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