EP1651862B1 - Schaltventil für einen kraftstoffinjektor mit druckübersetzer - Google Patents

Schaltventil für einen kraftstoffinjektor mit druckübersetzer Download PDF

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EP1651862B1
EP1651862B1 EP04738706A EP04738706A EP1651862B1 EP 1651862 B1 EP1651862 B1 EP 1651862B1 EP 04738706 A EP04738706 A EP 04738706A EP 04738706 A EP04738706 A EP 04738706A EP 1651862 B1 EP1651862 B1 EP 1651862B1
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EP
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servo valve
piston
pressure
sealing seat
valve piston
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • stroke-controlled high-pressure accumulator injection systems can be used. These fuel injection systems are characterized in that the injection pressure can be adapted to the load and speed of the internal combustion engine. In order to reduce emissions and achieve high specific performances, a high injection pressure is required. Since the achievable pressure level in high-pressure fuel pumps is limited for reasons of strength, a further increase in pressure in high-pressure injection systems (common rail) can be achieved via pressure booster on injectors.
  • DE 101 23 913 discloses a fuel injector for internal combustion engines with a fuel injector that can be supplied by a high-pressure fuel source. Between the fuel injector and the high-pressure fuel source is connected to a movable pressure-translator piston having pressure booster. Their pressure booster piston separates a connectable to the high-pressure fuel source space from a high-pressure chamber connected to the fuel injector. By filling a back space of the pressure booster with fuel or by emptying the back space of fuel, the fuel pressure in the high-pressure chamber can be varied.
  • the fuel injector has a movable closing piston for opening and closing injection openings, wherein the closing piston projects into a closing pressure space. The closing piston can be acted upon by fuel pressure to achieve a force acting on the closing piston in the closing direction.
  • the closing pressure chamber and the rear space are formed by a common closing pressure-return chamber, wherein all portions of the closing pressure-return space are permanently interconnected to exchange fuel.
  • a pressure space for supplying the injection opening with fuel and for acting on the closing piston with a force acting in the opening direction.
  • the high-pressure chamber communicates with the fuel high-pressure source in such a way that, apart from pressure oscillations, at least the fuel pressure of the high-pressure fuel source can constantly be present in the high-pressure chamber.
  • the pressure room and the high-pressure chamber are formed by a common injection space, whose portions are permanently connected to each other for the exchange of fuel.
  • servo valves can be used as switching valves having a one-piece servo valve piston in seat slide valve design of the control cross sections.
  • seat slide valve construction used as switching valves servo valves
  • a high wear of the slide edges can occur, since only small overlap lengths can be realized.
  • servo valves formed in the seat slide type make high demands on the manufacturing accuracy particularly with respect to the position of the control edges of the servo valve piston.
  • DE 102 18 904 A1 also discloses a servo valve with pressure intensifier.
  • the inventively proposed embodiment of a trained as a servo valve switching valve in 3/2-seat-seat design for controlling a fuel injector comprises a valve needle, on which a first needle piston is formed having a first sealing seat. On the first needle piston is another, second needle piston, which has the function of a sealing sleeve. At the second needle piston, a second sealing seat is formed, wherein the second needle piston is formed by means of a spring supported on the first needle piston against a valve housing, and with this the second sealing seat.
  • the second sealing seat closes due to this design of the valve needle of the inventively proposed 3/2-seat seat valve already after a much smaller Ventilteilhub.
  • the first sealing seat opens, however, regardless of closing the second sealing seat further up to a much larger stroke.
  • the inventively proposed solution to design a fuel injector-controlling switching valve as a 3/2-seat seat valve allows optimal Injektorableiter without large loss amounts.
  • the inventively proposed two-part servo valve can be advantageously used in fuel injectors comprising a pressure booster, this is integrated into the fuel injector or attached to this, which are controlled via a pressure relief or pressurization of the differential pressure chamber (back space) of the pressure booster.
  • the solution proposed by the invention avoids the disadvantages associated with excessively small overlap lengths of sliding valve seats, which often lead to high loss quantities and poor injector dynamics.
  • Fig. 1 is an embodiment for a 3/2-seat-seat switching valve for a fuel injector refer to, said fuel injector comprises a pressure booster.
  • a fuel injector 1 comprises a pressure booster 2 and a switching valve, which is designed as a servo valve 3.
  • the servo valve 3 can be actuated via an actuator 4.
  • the actuator 4 may be formed, on the one hand, as a solenoid valve or as a piezo actuator, if appropriate with the interposition of a hydraulic coupling chamber.
  • the fuel injector 1 is supplied via a pressure accumulator 5 (common rail) with fuel under high pressure. Via a high-pressure line 6, the system pressure within the pressure accumulator 5 is at the pressure booster 2 in the working space 7 at.
  • the pressure booster 2 also includes a differential pressure chamber 8 (rear space), which is separated from the working space 7 via a booster piston 10, 11.
  • the two-part compiler piston comprises a first booster piston part 10 and a second booster piston part 11.
  • the second booster piston part 11 is acted upon by a spring element 12 supported on the bottom of the differential pressure chamber 8, above which the booster pistons 10, 11 are again arranged in their rest position against one in the working space 7 Stop ring 13 are provided.
  • a compression space 9 of the pressure booster 2 is subjected to increased pressure in accordance with the transmission ratio of the pressure booster 2.
  • a nozzle chamber inlet 14 extends to a nozzle chamber 17 of the fuel injector 1.
  • the translator piston, in the illustration according to Fig. 1 is formed in two parts (see reference numerals 10, 11), can also be made in one piece.
  • the nozzle chamber 17 encloses an injection valve member 18 designed as a nozzle needle, which has a pressure stage 19. From the nozzle chamber 17, an annular gap 20 extends to a seat 21 of the injection valve member 8. Below the seat 21 are injection openings 22 through which fuel is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine when the injection valve member 18 is lifted out of the seat 21. The end face of the injection valve member 18 is acted upon by a closing piston 23, whose crowned end face contacts the end face of the needle-shaped injection valve member 18. In the closing piston 23, a Matterströmdrossel 24 is received, via which a through hole 27 of the closing piston 23 with a spring element 25 receiving space is in communication. About the spring element 25 of the closing piston 23 is acted upon in the closing direction. From the hydraulic element accommodating the spring element 25, a control chamber line 15, into which a first throttle point 26 is formed, extends to the differential pressure chamber 8 (rear space) of the pressure distributor 2.
  • a servo valve piston 30 is received in the valve housing 29 of the servo valve 3.
  • the servo valve piston 30 includes a passage 31, which has a second throttle 32.
  • the second throttle point 32 is located at the discharge point of the through-passage 31 in a control chamber 33 of the servo valve 3. From the control chamber 33 branches off in the first low-pressure side return line 35 extending in which a discharge throttle 34 is received.
  • the control chamber 33 of the servo valve 3 is pressure-relieved by actuation of the actuator 4, wherein the actuator 4 can be performed either as a solenoid valve or as a piezo actuator.
  • the servo valve piston 30 is surrounded by a servo valve chamber 36, from which a second low-pressure side return line 37 branches off to control control volume.
  • the two Hincldäufe 35, 37 may also be merged within the injector and connected to a common return system.
  • a first sealing seat 38 is formed, which cooperates with an annular surface of a first shaft portion 46 of the servo valve piston 30.
  • the first shaft region 46 of the servo valve piston 30 is adjoined by a second second shaft region 47 formed in reduced diameter, which is enclosed by an annular space 39 within the servo valve housing 29.
  • the second shaft portion 47 of the servo valve piston has a stop surface 49 for one on the first servo valve piston 30 movably received second servo valve piston 41.
  • the second servo valve piston 41 is mounted movably on a first servo valve piston 30 within a third sheep area 48 and acted upon by a spring element 42, which is supported on a spring element support 43 at the lower end of the third shaft area 48.
  • the third shaft region 48 of the first servo valve piston 30 has a working space-side end face 45, which is acted upon by the pressure prevailing in the working space 7 of the pressure booster 2 pressure.
  • the second movably received servo valve piston 41 has a contoured piston surface 44, which forms a further, second sealing seat 50 with the valve housing 29.
  • Fig. 2 shows the activation of the pressure booster of the fuel injector when controlling the actuator.
  • the differential pressure chamber 8 of the pressure booster 2 is depressurized via the discharge line 28.
  • a control of the designed as a solenoid valve or piezo actuator 4 such that the first low-pressure side return 35 is opened.
  • fuel 3 flows from the control chamber 33 of the servo valve 3 into the first low-pressure-side return line 35, so that the first servo valve piston 30 moves with its end face into the control chamber 33 of the servo valve 3.
  • the second sealing seat 50 is closed earlier than the first sealing seat 38 is fully opened.
  • the second sealing seat 50 between the servo valve housing 29 and the contoured surface 44 of the second servo valve piston 41 is closed even at a small upward stroke. Due to the force acting on the working space-side end face 45 of the servo valve piston 30 in the working space 7 of the pressure booster 2 compressive force of the first servo valve piston 30 is moved after closing the second sealing seat 50, so that the first sealing seat 38 opens further.
  • the second sealing seat 50 can be completely closed after a small valve lift, wherein independently of the first Seal seat 38 opens according to a further stroke of the first servo valve piston 30.
  • This contributes significantly to an improvement in the injector dynamics of the fuel injector 1.
  • the loss amounts that occur during the activation of the pressure booster 2 can be significantly reduced by the inventive design of the servo valve 3.
  • both the first sealing seat 38 and the second sealing seat 50 can be designed in many ways.
  • the second servo valve piston 41 is formed for example with a cooperating with a flat seat on the servo valve housing 29 contoured end face 44.
  • the second sealing seat 50 can be closed after a small valve lift of the first servo valve piston 30, while the first sealing seat 38 opens independently of the closing of the second sealing seat 50.
  • the inventively proposed Servoventilkolbenbauform that the second sealing seat 50 is only opened by the piston-side stop 49, after the first sealing seat 38 to the second low-pressure side return 37 is already partially closed.

Description

    Technisches Gebiet
  • Zum Einspritzen von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmaschinen können hubgesteuerte Hochdruckspeichereinspritzsysteme (Common Rail) eingesetzt werden. Diese Kraftstoffeinspritzsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann. Zur Reduzierung der Emissionen und zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen ist ein hoher Einspritzdruck erforderlich. Da das erreichbare Druckniveau in Hochdruckkraftstoffpumpen aus Festigkeitsgründen begrenzt ist, kann eine weitere Drucksteigerung bei Hochdruckeinspritzsystemen (Common Rail) über Druckübersetzer an Injektoren erzielt werden.
    • Stand der Technik
  • DE 101 23 913 offenbart eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor. Zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Kraftstoffhochdruckquelle ist eine einen beweglichen Druck-übersetzerkolben aufweisende Druckübersetzungseinrichtung geschaltet. Deren Druckübersetzerkolben trennt einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum. Durch Befüllen eines Rückraumes der Druckübersetzungseinrichtung mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren des Rückraumes von Kraftstoff kann der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum variiert werden. Der Kraftstoffinjektor weist einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen auf, wobei der Schließkolben in einen Schließdruckraum hineinragt. Der Schließkolben ist mit Kraftstoffdruck zur Erzielung einer in Schließrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kraft beaufschlagbar. Der Schließdruckraum und der Rückraum werden durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Schließdruck-Rückraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind. Es ist ein Druckraum zum Versorgen der Einspritzöffnung mit Kraftstoff und zum Beaufschlagen des Schließkolbens mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft vorgesehen. Der Hochdruckraum steht derart mit der Kraftstoffhockdruckquelle in Verbindung, dass im Hochdruckraum abgesehen von Druckschwingungen ständig zumindest der Kraftstoffdruck der Kraftstoffhochdruckquelle anliegen kann. Der Druckraum und der Hochdruckraum werden durch einen gemeinsamen Einspritzraum gebildet, dessen Teilbereiche permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.
  • Bei Kraftstoffinjektoren können Servoventile als Schaltventile eingesetzt werden, die einen einteiligen Servoventilkolben in Sitz-Schieber-Ausführung der Steuerquerschnitte aufweisen. Bei solchen in Sitz-Schieber-Bauweise ausgeführten als Schaltventile eingesetzten Servoventilen kann ein hoher Verschleiß der Schieberkanten auftreten, da nur geringe Überdeckungslängen realisiert werden können. Ferner stellen in Sitz-Schieber-Ausführung ausgebildete Servoventile hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit besonders hinsichtlich der Lage der Steuerkanten des Servoventilkolbens zueinander.
  • DE 102 18 904 A1 offenbartebenfalls ein Servoventil mit Druckübersetzer.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung eines als Servoventil ausgebildeten Schaltventils in 3/2-Sitz-Sitz-Bauweise zur Steuerung eines Kraftstoffinjektors umfasst eine Ventilnadel, an welcher ein erster Nadelkolben ausgebildet ist, der einen ersten Dichtsitz aufweist. Auf dem ersten Nadelkolben befindet sich ein weiterer, zweiter Nadelkolben, der die Funktion einer Dichthülse hat. Am zweiten Nadelkolben ist ein zweiter Dichtsitz ausgebildet, wobei der zweite Nadelkolben mittels einer sich am ersten Nadelkolben abstützenden Feder gegen ein Ventilgehäuse, und mit diesem den zweiten Dichtsitz bildend, ausgebildet ist. Der zweite Dichtsitz schließt aufgrund dieser Ausbildung der Ventilnadel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen 3/2-Sitz-Sitz-Ventils bereits nach einem wesentlich kleineren Ventilteilhub. Der erste Dichtsitz öffnet hingegen unabhängig vom Schließen des zweiten Dichtsitzes weiter bis zu einem weit größeren Hub. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, ein einen Kraftstoffinjektor ansteuerndes Schaltventil als 3/2-Sitz-SitzVentil auszugestalten, ermöglicht eine optimale Injektorabstimmung ohne große Verlustmengen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene zweiteilig ausgebildete Servoventil kann vorteilhafterweise bei Kraftstoffinjektoren eingesetzt werden, die einen Druckübersetzer umfassen, sei dieser in den Kraftstoffinjektor integriert oder an diesen angebaut, welche über eine Druckentlastung bzw. eine Druckbeaufschlagung des Differenzdruckraumes (Rückraum) des Druckübersetzers angesteuert werden.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung werden die sich bei zu kleinen Überdeckungslängen von Schieberdichtsitzen auftretenden Nachteile umgangen, die häufig zu hohen Verlustmengen und zu einer schlechten Injektordynamik führen.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines als 3/2-Sitz-Sitz-Schaltventil ausgebildeten Ventils für einen Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker im deaktivierten Zustand und
    • Figur 2 das in Figur 1 dargestellte 3/2-Sitz-Sitz-Schaltventil im aktivierten Zustand.
    Ausführungsvarianten
  • Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für ein 3/2-Sitz-Sitz-Schaltventil für einen Kraftstoffinjektor zu entnehmen, wobei dieser Kraftstoffinjektor einen Druckübersetzer umfasst.
  • Ein Kraftstoffinjektor 1 umfasst einen Druckübersetzer 2 sowie ein Schaltventil, welches als Servoventil 3 ausgebildet ist. Das Servoventil 3 ist über einen Aktor 4 betätigbar. Der Aktor 4 kann einerseits als Magnetventil oder als Piezosteller gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Kopplungsraumes ausgebildet sein.
  • Der Kraftstoffinjektor 1 wird über einen Druckspeicher 5 (Common Rail) mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Über eine Hochdruckleitung 6 steht der Systemdruck innerhalb des Druckspeichers 5 am Druckübersetzer 2 in dessen Arbeitsraum 7 an. Der Druckübersetzer 2 umfasst darüber hinaus einen Differenzdruckraum 8 (Rückraum), der vom Arbeitsraum 7 über einen Übersetzerkolben 10, 11 getrennt ist. Der zweiteilig ausgebildete Übersetzerkolben umfasst einen ersten Übersetzerkolbenteil 10 und einen zweiten Übersetzerkolbenteil 11. Der zweite Übersetzerkolbenteil 11 ist durch eine sich am Boden des Differenzdruckraumes 8 abstützendes Federelement 12 beaufschlagt, über welchem die Übersetzerkolben 10, 11 wieder in ihre Ruhestellung gegen einen im Arbeitsraum 7 angeordneten Anschlagring 13 gestellt werden.
  • Über den zweiten Übersetzerkolbenteil 11 wird ein Kompressionsraum 9 des Druckübersetzers 2 mit entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckübersetzers 2 erhöhtem Druck beaufschlagt. Vom Kompressionsraum 9 erstreckt sich ein Düsenraumzulauf 14 zu einem Düsenraum 17 des Kraftstoffinjektors 1. Die Wiederbefüllung des Kompressionsraums 9 bei deaktiviertem Druckübersetzer 2 erfolgt über ein Befüllventil 16, welches in der Darstellung gemäß Fig. 1 als Rückschlagventil ausgestaltet ist. Der Übersetzerkolben, der in der Darstellung gemäß Fig. 1 zweiteilig ausgebildet ist (vgl. Bezugszeichen 10, 11), kann auch einteilig ausgeführt sein.
  • Der Düsenraum 17 umschließt ein als Düsennadel ausgebildetes Einspritzventilglied 18, welches eine Druckstufe 19 aufweist. Vom Düsenraum 17 aus erstreckt sich ein Ringspalt 20 zu einem Sitz 21 des Einspritzventilglieds 8. Unterhalb des Sitzes 21 befinden sich Einspritzöffnungen 22, über welche bei aus dem Sitz 21 abgehobenen Einspritzventilglied 18 Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die Stirnseite des Einspritzventilglieds 18 ist durch einen Schließkolben 23 beaufschlagt, dessen ballig ausgebildete Stirnfläche die Stirnfläche des nadelförmigen Einspritzventilglieds 18 kontaktiert. Im Schließkolben 23 ist eine Überströmdrossel 24 aufgenommen, über welche eine Durchgangsbohrung 27 des Schließkolbens 23 mit einem ein Federelement 25 aufnehmenden Raum in Verbindung steht. Über das Federelement 25 ist der Schließkolben 23 in Schließrichtung beaufschlagt. Vom das Federelement 25 aufnehmenden hydraulischen Raum erstreckt sich eine Steuerraumleitung 15, in welche eine erste Drosselstelle 26 ausgebildet ist, zum Differenzdruckraum 8 (Rückraum) des Druckbesetzers 2.
  • Die Druckentlastung des Differenzdruckraums 8 des Druckübersetzers 2 erfolgt über eine Entlastungsleitung 28. Diese mündet in einem Ventilgehäuse 29 des Servoventils 3 an einer Mündungsstelle 40. Im Ventilgehäuse 29 des Servoventils 3 ist ein Servoventilkolben 30 aufgenommen. Der Servoventilkolben 30 umfasst einen Durchgangskanal 31, der eine zweite Drosselstelle 32 aufweist. Die zweite Drosselstelle 32 liegt an der Mündungsstelle des Durchgangskanals 31 in einen Steuerraum 33 des Servoventils 3. Vom Steuerraum 33 zweigt eine in den ersten niederdruckseitigen Rücklauf 35 verlaufende Leitung ab, in der eine Ablaufdrossel 34 aufgenommen ist. Der Steuerraum 33 des Servoventils 3 ist durch Betätigung des Aktors 4 druckentlastbar, wobei der Aktor 4 entweder als Magnetventil oder auch als Piezosteller ausgeführt werden kann.
  • Der Servoventilkolben 30 ist von einer Servoventilkammer 36 umgeben, von der aus ein zweiter niederdruckseitiger Rücklauf 37 zur Absteuerung von Steuervolumen abzweigt. Die beiden Rücldäufe 35, 37 können auch innerhalb des Injektors zusammengeführt sein und an ein gemeinsames Rücklaufsystem angeschlossen sein.
  • Am Servoventilgehäuse 29 ist ein erster Dichtsitz 38 ausgebildet, der mit einer Ringfläche eines ersten Schaftbereiches 46 des Servoventilkolbens 30 zusammenwirkt. An den ersten Schaftbereich 46 des Servoventilkolbens 30 schließt sich ein zweiter, in verringertem Durchmesser ausgebildeter zweiter Schaftbereich 47 an, der von einem Ringraum 39 innerhalb des Servoventilgehäuses 29 umschlossen ist. Der zweite Schaftbereich 47 des Servoventilkolbens weist eine Anschlagfläche 49 für einen am ersten Servoventilkolben 30 beweglich aufgenommenen zweiten Servoventilkolben 41 auf. Der zweite Servoventilkolben 41 ist innerhalb eines dritten Schafbereichs 48 bewegbar am ersten Servoventilkolben 30 gelagert und über ein Federelement 42 beaufschlagt, welches sich an einer Federelementabstützung 43 am unteren Ende des dritten Schaftbereichs 48 abstützt. Der dritte Schaftbereich 48 des ersten Servoventilkolbens 30 weist eine arbeitsraumseitige Stirnfläche 45 auf, welche von dem im Arbeitsraum 7 des Druckübersetzers 2 herrschenden Druck beaufschlagt ist. Der zweite bewegbar aufgenommene Servoventilkolben 41 weist eine konturierte Kolbenfläche 44 auf, welche mit dem Ventilgehäuse 29 einen weiteren, zweiten Dichtsitz 50 bildet.
  • Im in Fig. 1 dargestellten deaktivierten Ruhezustand des Druckübersetzers 2 steht über den geöffneten zweiten Dichtsitz 50 unterhalb des Servoventilgehäuses 29 der im Arbeitsraum 7 des Druckübersetzers 2 herrschende Systemdruck über die Mündungsstelle 40, die Entlastungsleitung 28 im Differenzdruckraum 8 (Rückraum) des Druckübersetzers 2 an. Damit ist der Druckübersetzer 2 durch den im Arbeitsraum 7 und in den im Differenzdruckraum 8 (Rückraum) herrschenden identischen Druck ausgeglichen und es findet keine Druckverstärkung statt. Durch den in den ersten Dichtsitz 38 gestellten ersten Schaftbereich 46 des ersten Servoventilkolbens 30 ist der zweite niederdruckseitige Rücklauf 37 verschlossen; über den ebenfalls in seine Schließstellung gefahrenen Aktor 4 wird der erste niederdruckseitige Rücklauf 35 ebenfalls verschlossen.
  • In dem in Fig. 1 dargestellten Ruhezustand des Druckübersetzers 2 findet keine Einspritzung statt, da über den im Differenzdruckraum 8 herrschenden Druck der Schließkolben 23 und das Einspritzventilglied 28 - unterstützt durch das Federelement 25 - in die Schließstellung gefahren sind und im Düsenraum 17 keine an der Druckstufe 19 des Einspritzventilgliedes 18 in Öffnungsrichtung wirkende, erhöhte Druckkraft ansteht.
  • Fig. 2 zeigt die Aktivierung des Druckübersetzers des Kraftstoffinjektors bei Ansteuerung des Aktors.
  • Zur Ansteuerung des Druckübersetzers 2 wird der Differenzdruckraum 8 des Druckübersetzers 2 über die Entlastungsleitung 28 druckentlastet. Dazu erfolgt eine Ansteuerung des als Magnetventil oder Piezosteller ausgebildeten Aktors 4, derart, dass der erste niederdruckseitige Rücklauf 35 geöffnet wird. Nunmehr strömt aus dem Steuerraum 33 des Servoventils 3 Kraftstoff in den ersten niederdruckseitigen Rücklauf 35 ab, so dass sich der erste Servoventilkolben 30 mit seiner Stirnfläche in den Steuerraum 33 des Servoventils 3 bewegt. Bei der Aufwärtsbewegung des ersten Servoventilkolbens 30 wird der zweite Dichtsitz 50 früher geschlossen als der erste Dichtsitz 38 vollständig geöffnet wird. Daher strömt aus dem Differenzdruckraum 8 Kraftstoffvolumen über die Entlastungsleitung 28, die Mündungsstelle 40 über den Ringraum 39 in den zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 37 ab, so dass der Übersetzerkolben 10, 11 nunmehr in den Kompressionsraum 9 einfährt. Aufgrund dessen gelangt entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckübersetzers 2 Kraftstoff unter erhöhtem Druck in den Düsenraum 17. Dadurch wird das Einspritzventilglied 18 durch eine an der Druckstufe 19 in Öffnungsrichtung wirkende erhöhte hydraulische Kraft beaufschlagt und öffnet, so dass die unterhalb des Sitzes 21 des Einspritzventilglieds 18 in den Brennraum mündenden Einspritzöffnungen 22 freigegeben werden. Nunmehr wird Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
  • Bei der Druckentlastung des Steuerräumes 33 des Servoventils 3 wird bereits bei einem kleinen aufwärts gerichteten Hub der zweite Dichtsitz 50 zwischen dem Servoventilgehäuse 29 und der konturierten Oberfläche 44 des zweiten Servoventilkolbens 41 geschlossen. Aufgrund der an der arbeitsraumseitigen Stirnfläche 45 des Servoventilkolbens 30 im Arbeitsraum 7 des Druckübersetzers 2 angreifenden Druckkraft wird der erste Servoventilkolben 30 nach dem Schließen des zweiten Dichtsitzes 50 weiterbewegt, so dass der erste Dichtsitz 38 weiter öffnet.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des ersten Servoventilkolbens 30, an welchem ein erster Dichtsitz 38 ausgebildet ist, sowie ein bewegbar, als Dichthülse fungierender zweiter Servoventilkolben 41 aufgenommen ist, kann der zweite Dichtsitz 50 bereits nach einem kleinen Ventilhub vollständig geschlossen werden, wobei davon unabhängig der erste Dichtsitz 38 entsprechend eines weitergehenden Hubweges des ersten Servoventilkolbens 30 öffnet. Dies trägt erheblich zu einer Verbesserung der Injektordynamik des Kraftstoffinjektors 1 bei. Ferner lassen sich die Verlustmengen, die bei der Ansteuerung des Druckübersetzers 2 auftreten, durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Servoventils 3 erheblich reduzieren.
  • Zum Beenden der Einspritzung wird der Aktor 4 derart angesteuert, dass der erste niederdruckseitige Rücklauf 35 wieder verschlossen wird. Dadurch steigt im Steuerraum 33 des Servoventils 3 der Druck aufgrund des über den Durchgangskanal 31 in diesen einströmenden, vom Arbeitsraum 7 aus zuströmenden Kraftstoff wieder an. Der erste Servoventilkolben 30 fährt in den ersten Dichtsitz 38 und verschließt diesen. Bei der Einfahrbewegung des ersten Servoventilkolbens 30 in den ersten Dichtsitz 38 schlägt der kolbenseitig, am zweiten Schaftbereich 47 des ersten Servoventilkolbens 30 ausgebildete Anschlag 49 am zweiten Servoventilkolben 41 an und öffnet somit den zweiten Dichtsitz 50. Dadurch kann vom Arbeitsraum 7 über die Mündungsstelle 40 und die Entlastungsleitung 28 unter Systemdruck stehender Kraftstoff in den Differenzdruckraum 8 des Druckübersetzers 2 einströmen. Daher fährt der zweiteilige Übersetzerkolben 10, 11 aus dem Kompressionsraum 9 aus, in welchen nunmehr über das Befüllventil 16 vom das Federelement 25 aufnehmenden Hohlraum Kraftstoff zur Wiederberüllung nachströmt.
  • Zur Gewährleistung einer definierten Ausgangsstellung des am ersten Servoventitkolben 30 beweglich aufgenommenen zweiten Servoventilkolben 41 kann entweder ein Anschlag 49 oder ein Federelement 42 vorgesehen werden. Zur Unterstützung der Hubbewegung des ersten Servoventilkolbens 30 können Federelemente vorgesehen werden, die jedoch in der Ausführungsvariante gemäß der Figuren 1 und 2 nicht dargestellt sind. Sowohl der erste Dichtsitz 38 als auch der zweite Dichtsitz 50 können in vielfältiger Weise ausgeführt sein. Im in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Servoventilkolben 41 beispielsweise mit einer mit einem Flachsitz am Servoventilgehäuse 29 zusammenwirkenden konturierten Stirnfläche 44 ausgebildet. Neben einer Ausbildung als Flachsitz am Servoventilgehäuse 29 in Bezug auf den zweiten Dichtsitz 50 oder eine Ausgestaltung des ersten Dichtsitzes 38 als Kegelsitz, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, können auch andere Sitzgeometrien am ersten Dichtsitz 38 sowie am zweiten Dichtsitz 50 am Servoventil 3 eingesetzt werden.
  • Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung eines Servoventilkolbens als zweiteiliger Kolben 30, 41 kann einerseits der zweite Dichtsitz 50 nach einem kleinen Ventilhub des ersten Servoventilkolbens 30 geschlossen werden, während der erste Dichtsitz 38 unabhängig vom Schließen des zweiten Dichtsitzes 50 weiter öffnet. Zur Verringerung der Verlustmengen bei der Ansteuerung des Druckübersetzers 2 kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Servoventilkolbenbauform erreicht werden, dass der zweite Dichtsitz 50 erst dann durch den kolbenseitigen Anschlag 49 geöffnet wird, nachdem der erste Dichtsitz 38 zum zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 37 bereits teilweise geschlossen ist. Erst dann wird der zweite Dichtsitz 50 freigegeben, so dass der im Arbeitsraum 7 anstehende Systemdruck über die Entlastungsleitung 28 auch im Differenzdruckraum 8 des Druckübersetzers 2 anliegt und nur geringfügig in den zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 37 abströmt, der bereits durch den ersten Schaftbereich 46 des ersten Servoventilkolbens 30 am ersten Dichtsitz 38 nahezu vollständig geschlossen ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftstoffinjektor
    2
    Druckübersetzer
    3
    Servoventil
    4
    Aktor
    5
    Druckspeicher
    6
    Hochdruckleitung
    7
    Arbeitsraum (Druckübersetzer)
    8
    Differenzdruckraum (Rückraum) (Druckübersetzer)
    9
    Kompressionsraum (Druckübersetzer)
    10
    erster Übersetzerkolben
    11
    zweiter Übersetzerkolben
    12
    Rückstellfeder
    13
    Anschlagring
    14
    Düsenraumzulauf
    15
    Steuerraumleitung
    16
    Befüllventil Kompressionsraum
    17
    Düsenraum
    18
    Einspritzventilglied
    19
    Druckstufe
    20
    Ringspalt
    21
    Sitz Einspritzventilglied
    22
    Einspritzöffnung
    23
    Schließkolben
    24
    Überströmdrossel
    25
    Federelement
    26
    erste Drosselstelle
    27
    Durchgangsbohrung Schließkolben
    28
    Entlastungsleitung
    29
    Ventilgehäuse Servoventil
    30
    erster Servoventilkolben
    31
    Durchgangskanal
    32
    zweite Drosselstelle
    33
    Steuerraum Servoventil
    34
    Ablaufdrossel
    35
    erster niederdruckseitiger Rücklauf
    36
    Servoventilkammer
    37
    zweiter niederdruckseitiger Rücklauf
    38
    erster Dichtsitz
    39
    Ringraum
    40
    Mündungsstelle Entlastungsleitung
    41
    zweiter Servoventilkolben
    42
    Federelement
    43
    Federelementabstützung
    44
    konturierte Kolbenfläche zweiter Servoventilkolben 41
    45
    arbeitsraumseitige Stirnfläche zweiter Servoventilkolben 41
    46
    erster Kolbenschaftbereich
    47
    zweiter Kolbenschaftbereich
    48
    dritter Kolbenschaftbereich
    49
    kolbenseitiger Anschlag für zweiten Servoventilkolben 41
    50
    zweiter Dichtsitz

Claims (11)

  1. Servoventil (3) für einen Kraftstoffinjektor (1), der einen Druckübersetzer (2) aufweist, dessen Arbeitsraum (7) von einem Differenzdruckraum (8) über einen Übersetzerkolben (10, 11) getrennt ist, wobei ein Steuerraum (33) des Servoventils (3) über einen Aktor (4) mit einem niederdruckseitigen Rücklauf (35), und der Differenzdruckraum (8) des Druckübersetzers (2) mit einem niederdruckseitigen Rücklauf (37) oder einem die Rückläufe (35, 37) zusammenführenden Rücklaufsystem verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an einem ersten Servoventilkolben (30) mit einer permanent mit Systemdruck beaufschlagten Fläche (45) ein erster Dichtsitz (38) ausgebildet ist, und am ersten Servoventilkolben (30) ein als Dichthülse ausgebildeter zweiter Servoventilkolben (41) axial verschiebbar aufgenommen ist, der mit einem Ventilgehäuse (29) einen zweiten Dichtsitz (50) bildet, so dass der erste Servoventilkolben (30) nach dem Schließen des zweiten Dichtsitzes (50) durch den zweiten Servoventilkolben (41) ein weiteres Öffnen des ersten Dichtsitzes (38) bewirkt.
  2. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtsitz (38) an einem ersten Schaftbereich (46) des ersten Servoventilkolbens (30) ausgebildet ist.
  3. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Servoventilkolben (30) einen zweiten Schaftbereich (47) aufweist, an dem ein dem zweiten Servoventilkolben (41) zuweisender kolbenseitiger Anschlag (49) ausgebildet ist.
  4. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Servoventilkolben (30) einen dritten Schaftbereich (48) aufweist, an welchem der zweite, als Dichthülse ausgebildete Servoventilkolben (41) federbeaufschlagt aufgenommen ist.
  5. Servoventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schaftbereich (48) des ersten Servoventilkolbens (30) in den Arbeitsraum (7) des Druckübersetzers (2) hineinragt.
  6. Servoventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schaftbereich (48) des ersten Servoventilkolbens (30) eine vom Systemdruck im Arbeitsraum (7) beaufschlagte arbeitsraumseitige Stirnfläche (45) aufweist.
  7. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Servoventilkolben (30) einen Durchgangskanal (31) aufweist, an dessen dem Steuerraum (33) zuweisender Seite eine zweite Drosselstelle (32) vorgesehen ist.
  8. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Differenzdruckraum (8) des Druchübersetzers (2) beaufschlagende Leitung sowie den Differenzdruckraum (8) druckentlastende Leitung (28) in einem Servoventilgehäuse (29) des Servoventils (3) an einer Mündungsstelle (40) mündet, die zwischen dem ersten Dichtsitz (38) und dem zweiten Dichtsitz (50) liegt.
  9. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtsitz (50) zwischen dem Servoventilgehäuse (29) und dem zweiten Schließkolben (41) als Flachsitz ausgebildet ist.
  10. Servoventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtsitz (50) zwischen dem Servoventilgehäuse (29) und dem zweiten Servoventilkolben (41) als Kegelsitz ausgebildet ist.
  11. Servoventil gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der als Flachsitz ausgebildete zweite Dichtsitz (50) zwischen dem Servoventilgehäuse (29) und einer konturierten Kolbenfläche (44) des zweiten Servoventilkolbens (41) gebildet wird.
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