EP1673532B1 - Hochdruckzulauf für einen common rail injektor - Google Patents

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EP1673532B1
EP1673532B1 EP04786800A EP04786800A EP1673532B1 EP 1673532 B1 EP1673532 B1 EP 1673532B1 EP 04786800 A EP04786800 A EP 04786800A EP 04786800 A EP04786800 A EP 04786800A EP 1673532 B1 EP1673532 B1 EP 1673532B1
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inlet
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actuator chamber
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a valve for controlling fluids, having a valve housing, which has an actuator chamber and a laterally arranged inlet bore communicating with a high-pressure inlet, wherein the actuator chamber has an actuator with a punch and an Aktorkuppe, wherein the actuator chamber a cone seal has, which is formed by means of a conical surface at the end of the actuator chamber and a corresponding annular sealing surface on the Aktorkuppe, wherein the cable seal a cable outlet is sealable.
  • Such valves are from the EP 0 192 241 known.
  • the injection valves in particular in common rail injection systems, are provided with servo valves for controlling the fluid flows.
  • storage injection systems are used, which operate at very high injection pressures.
  • Such injection systems are known as common rail systems for diesel engines and HPDI injection systems for gasoline engines.
  • the fuel with a high-pressure pump in one promoted common accumulator from which the injectors are supplied to the individual cylinders with fuel.
  • the opening and closing of the injectors is usually controlled electronically.
  • a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an engine with a valve housing wherein in the valve housing, an actuator space is formed in which a piezoelectric actuator is arranged.
  • the actuator chamber leads an inlet bore, which is in communication with a high-pressure applied common-rail system.
  • the actuator has an Aktorkuppe with which the actuator is hydraulically tightly sealed with a formed on the actuator space sealing surface and by means of an additional sealing ring, so that within the sealing ring, the cable of the actuator can be led out of the valve housing.
  • Another fuel injector with a piezo actuator goes off WO 03/040538 A1 out.
  • the piezoelectric actuator is not exposed to the high pressure of the fuel inlet, but arranged within a low-pressure space. In this respect, no sealing problems of the actuator space in the region of the cable outlet of the piezoelectric actuator occur here. From the high-pressure connection, two supply bores lead directly into a nozzle needle pressure chamber, from which the fuel is injected through injection openings.
  • the actuator space has at least one additional inlet bore, which allows a distribution of the force on the Aktorkuppe and / or the punch.
  • the inlet bores are arranged symmetrically about the longitudinal axis of the actuator. This has the advantage that the forces are introduced uniformly, which has a favorable effect on the sealing function of the conical seal and the construction of the actuator.
  • a particularly cost-effective variant provides that the high pressure inlet is arranged centrally, along the central axis of the valve housing.
  • the cost advantage results from the simplified manufacturability of the centric bore.
  • the inlet bores extend at an acute angle to the central axis of the valve housing. This has the advantage that the injector wall thickness is increased by the acute-angled arrangement of the inlet bores and gives a greater overall strength.
  • a cross-sectional widening is arranged between the inlet bores and the high-pressure inlet. This cross-sectional extension forms a high pressure chamber and unsupported while a uniform distribution of the amount of fuel through the individual inlet holes.
  • the valve 1 has a valve housing 10 in which extends in the longitudinal direction of a pressure bore, which forms an actuator chamber 11.
  • an actuator 30 is mounted, which has a punch 31 and an Aktorkuppe 32.
  • the actuator chamber 11 is sealed at its one end by means of a conical seal to a cable outlet 17.
  • the conical seal is by means of a conical surface 14 at the end of Aktorraums 11 and a corresponding annular sealing surface 33 formed on the Aktorkuppe 32.
  • the actuator 30 may be formed as a piezoelectric actuator unit.
  • the operating principle provides that due to electrical voltage pulses, which are supplied to the actuator 30 via a cable due to changes in length of the punch 31 of the actuator 30, a valve opening which is located on the conical surface 14 opposite end of the valve housing 10 (not shown in the figure).
  • the fuel can be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the connection between cable outlet 17 and actuator 30 is realized by an obliquely to the longitudinal axis of the valve housing 10 extending bore 16, which forms a blending area with a blind bore 15.
  • more than two inlet bores can be provided, which are arranged symmetrically about the longitudinal axis of the actuator 30, preferably at equal angular intervals.
  • Particularly preferred embodiments have two inlet bores 13 which, relative to the longitudinal axis of the actuator 30 are opposite or three inlet bores 13, which, relative to the longitudinal axis of the actuator 30 are arranged at an angle of 120 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einem Ventilgehäuse (10), welches einen Aktorraum (11) und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung (13) besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf (12) in Verbindung steht, wobei der Aktorraum (11) einen Aktor (30) mit einem Stempel (31) und einer Aktorkuppe (32) aufweist, wobei der Aktorraum (11) eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche (14) am Ende des Aktorraumes (11) und einer dazu korrespondierenden ringförmigen Dichtfläche (33) an der Aktorkuppe (32) ausgebildet ist, wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang (17) abdichtbar ist. Der Aktorraum (11) weist mindestens eine zusätzliche Zulaufbohrung (13) auf. Damit wird eine gleichmäßigere Krafteinleitung auf den Aktor (30) erreicht.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einem Ventilgehäuse, welches einen Aktorraum und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf in Verbindung steht, wobei der Aktorraum einen Aktor mit einem Stempel und einer Aktorkuppe aufweist, wobei der Aktorraum eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche am Ende des Aktorraumes und einer dazu korrespondierenden ringförmigen Dichtfläche an der Aktorkuppe ausgebildet ist, wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang abdichtbar ist.
  • Derartige Ventile sind aus der EP 0 192 241 bekannt. Dabei sind die Einspritzventile, insbesondere bei Common-Rail-Einspritzsystemen, zur Steuerung der Fluidströme mit Servoventilen versehen. Für die Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden sogenannte Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme für Dieselmotoren und HPDI-Einspritzsysteme für Ottomotoren bekannt. Bei diesen Einspritzsystemen wird der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen gemeinsamen Druckspeicher gefördert, von dem aus die Einspritzventile an den einzelnen Zylindern mit Kraftstoff versorgt werden. Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile wird dabei in der Regel elektronisch gesteuert.
  • Aus EP 1 096 136 A2 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Kraftmaschine mit einem Ventilgehäuse bekannt, wobei in dem Ventilgehäuse ein Aktorraum ausgebildet ist, in dem ein Piezoaktor angeordnet ist. In den Aktorraum führt eine Zulaufbohrung, die mit einem mit Hochdruck beaufschlagten Common-Rail-System in Verbindung steht. Der Aktor weist eine Aktorkuppe auf, mit der der Aktor mit einer am Aktorraum ausgebildeten Dichtfläche und mittels eines zusätzlichen Dichtrings hydraulisch dicht abgedichtet ist, so dass innerhalb des Dichtrings das Kabel des Aktors aus dem Ventilgehäuse herausgeführt werden kann.
  • Ein weiterer Kraftstoffinjektor mit einem Piezo-Aktor geht aus WO 03/040538 A1 hervor. Bei diesem Kraftstoffinjektor ist der Piezo-Aktor nicht dem Hochdruck des Kraftstoffzulaufs ausgesetzt, sondern innerhalb eines Niederdruckraums angeordnet. Insofern treten hier keine Dichtungsprobleme des Aktorraums im Bereich des Kabelabgangs des Piezo-Aktors auf. Vom Hochdruckanschluss führen hierbei zwei Zulaufbohrungen direkt in einen Düsennadeldruckraum, von dem aus der Kraftstoff durch Einspritzöffnungen eingespritzt wird.
  • Aus DE 196 50 865 A1 ist weiterhin bekannt, dass der Kraftstoffinjektor einen seitlich in den Injektorkörper einmündenden Hochdruckanschluss aufweist. Über eine Hochdruckbohrung wird den Einspritzöffnungen die einzuspritzende Kraftstoffmenge zugeführt. Seitlich am Injektorkörper ist ein Anschlussbereich ausgebildet, von dem sich eine Zulaufbohrung erstreckt, die einen Aktorraum mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Ebenfalls mündet ein Kabelausgang in diesen Aktorraum. Damit kein Kraftstoff durch diesen Kabelausgang abfließen kann, wird der Kabelausgang über eine Kegeldichtung abgedichtet. Die dazu nötige Anpresskraft der Aktorkuppe auf die Kegeldichtfläche wird durch den Hochdruck im System erreicht.
  • Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass durch diese Art der Konstruktion ein ungünstiges Kraftverhältnis an der Bohrungsverschneidung zum Aktorraum und zwischen der Kegelabdichtung entsteht. Durch die einseitige Bohrung kann aufgrund der extrem hohen Drücke - typisch bis 1600 bar - die Aktorkuppe des Aktors mit einer Querkraft beaufschlagt und undicht werden. Weiterhin können hohe mechanische Spannungen in diesem Verschneidungsbereich entstehen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dass die erwähnten ungünstigen Kraftverhältnisse verhindert und eine sichere Abdichtung gewährleistet.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Aktorraum mindestens eine zusätzliche Zulaufbohrung aufweist, welche eine Verteilung der Krafteinleitung auf die Aktorkuppe und/oder den Stempel ermöglicht.
  • Die Zulaufbohrungen sind symmetrisch um die Längsachse des Aktors angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Kräfte gleichmäßig eingeleitet werden, was sich günstig auf die Dichtfunktion der Kegeldichtung und die Konstruktion des Aktors auswirkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvarianten münden die Zulaufbohrungen im Bereich der Kegelfläche, außerhalb der ringförmigen Dichtfläche in den Aktorraum ein. Dies hat den Vorteil, dass die Kräfte auf die Aktorkuppe einwirken können. Querkräfte, die sonst seitlich auf den Stempel des Aktors einwirken, werden damit weitgehend vermieden.
  • Eine besonders kostengünstige Variante sieht vor, dass der Hochdruckzulauf zentrisch, entlang der Mittelachse des Ventilgehäuses angeordnet ist. Der Kostenvorteil resultiert dabei aus der vereinfachten Herstellbarkeit der zentrischen Bohrung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Zulaufbohrungen in einem spitzen Winkel zur Mittelachse des Ventilgehäuses. Dies hat den Vorteil, dass sich die Injektorwandstärke durch die spitzwinkelige Anordnung der Zulaufbohrungen erhöht und man eine größere Gesamtfestigkeit erhält.
  • Weiterhin kann man die Gesamtfestigkeit dadurch erhöhen, dass die Querschnitte der Zulaufbohrungen gegenüber dem Querschnitt einer einzelnen Zulaufbohrung reduziert sind. Dadurch resultiert bei gleicher Kraftstoffmenge und höherer Anzahl an Zulaufbohrungen eine größere Wandstärke der einzelnen Zulaufbohrungen. Zudem kann eine Drosselfunktion durch den reduzierten Querschnitt erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den Zulaufbohrungen und dem Hochdruckzulauf eine Querschnittserweiterung angeordnet ist. Diese Querschnittserweiterung bildet eine Hochdruckkammer aus und unerstützt dabei eine gleichmäßige Verteilung der Kraftstoffmenge über die einzelnen Zulaufbohrungen.
  • Eine besonders kostengünstige Variante sieht vor, dass der Aktor als piezoelektrische Aktor-Einheit ausgebildet ist. Solche piezoelektrische Aktoren sind einfach zu handhaben, kostengünstig und wartungsfrei.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 schematisch in der Schnittansicht entlang der Längsachse einen Ausschnitt eines Ventils mit einem Hochdruckzulauf für einen Common Rail Injektor gemäß dem Stand der Technik;
    • Figur 2 schematisch in der Schnittansicht den Hochdruckzulauf des Ventils in einer erfinderischer Ausgestaltung;
    • Figur 3 schematisch in der Schnittansicht den Hochdruckzulauf des Ventils in einer weiteren Ausgestaltungsvariante gemäß der Erfindung.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt ein Ventil 1 zum Steuern von Flüssigkeiten, insbesondere von Dieselkraftstoff, welches Teil eines Common Rail Injektors ist.
  • Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 10 auf, in der in Längsrichtung eine Druckbohrung verläuft, die einen Aktorraum 11 ausbildet. Im Aktorraum 11 ist ein Aktor 30 gelagert, der einen Stempel 31 und eine Aktorkuppe 32 aufweist. Der Aktorraum 11 ist an seinem einen Ende mittels einer Kegeldichtung zu einem Kabelabgang 17 abgedichtet. Die Kegeldichtung ist mittels einer Kegelfläche 14 am Ende des Aktorraums 11 und einer dazu korrespondierenden ringförmigen Dichtfläche 33 an der Aktorkuppe 32 ausgebildet.
  • Das Ventilgehäuse 10 weist weiterhin einen Hochdruckzulauf 12 auf, der mit einem hier nicht dargestellten Hochdruckspeicher für flüssigen Kraftstoff in Verbindung steht. Gemäß dem Stand der Technik wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff über eine Zulaufbohrung 13 seitlich dem Aktorraum 11 des Ventilgehäuses 10 zugeführt. Dabei können zusätzlich, wie in Figur 1 gezeigt, Filter 20 und / oder Zulaufdrosselelemente zwischen dem Hochdruckzulauf 12 und der Zulaufbohrung 13 vorgesehen sein. Die schräg zur Längsachse des Aktorraums 11 verlaufende Zulaufbohrung 13 mündet dabei seitlich in den Aktorraum 11, der einen ringförmigen Hohlraum um den Stempel 31 des Aktors 30 bildet. Dieser Hohlraum ist ständig mit Kraftstoff gefüllt, der unter extrem hohen Druck, typischerweise 1600 bar und mehr, steht.
  • Der Aktor 30 kann dabei als piezoelektrische Aktoreinheit ausgebildet sein. Das Wirkprinzip sieht dabei vor, dass durch elektrische Spannungsimpulse, die über ein Kabel dem Aktor 30 zugeführt werden, infolge von Längenänderungen des Stempels 31 des Aktors 30 eine Ventilöffnung kurzzeitig freigegeben wird, die sich am, der Kegelfläche 14 gegenüber liegenden Ende des Ventilgehäuses 10 befindet (in der Figur nicht dargestellt). Dadurch kann der Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. Die Verbindung zwischen Kabelabgang 17 und Aktor 30 ist durch eine schräg zur Längsachse des Ventilgehäuses 10 verlaufenden Bohrung 16, die mit einer Sackbohrung 15 einen Verschneidungsbereich bildet, realisiert.
  • Der Abdichtung des Aktorraums 11 gegenüber dem Kabelabgang 17 kommt hinsichtlich eines störungsfreien Betriebs einer besonderen Bedeutung zu. Dies wird üblicherweise durch die hohe Anpresskraft der Aktorkuppe 32 gegenüber der Kegelfläche 14 infolge des Hochdrucks der Flüssigkeit erreicht. Durch die Bohrungsverschneidung der Zulaufbohrung 13 mit dem Aktorraum 11 können aber ungünstige Kraftverhältnisse auftreten. Insbesondere durch die einseitig vorgesehene Zulaufbohrung 13 gemäß dem Stand der Technik können auf die Aktorkuppe 32 und den Stempel 31 des Aktors 30 Querkräfte einwirken, die bei der Kegeldichtung zu Undichtigkeiten und / oder zu unzulässig hohen Spannungen im Aktor 30 führen können.
  • Erfindungsgemäß wird daher eine Konstruktion vorgeschlagen, bei der mindestens eine weitere Zulaufbohrung 13 vorgesehen ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Zulaufbohrungen 13 symmetrisch um die Längsachse des Aktors 30 angeordnet und sorgen dafür, dass die Kräfte gleichmäßig eingeleitet werden, was sich günstig auf die Dichtfunktion der Kegeldichtung und die Konstruktion des Aktors 30 auswirkt.
  • Figur 2 zeigt eine der bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft.
  • Das Ventilgehäuse 10 weist zwei gegenüberliegende Zulaufbohrungen 13 auf, die im Bereich der Kegelfläche 14, außerhalb der ringförmigen Dichtfläche 33 der Aktorkuppe 32 in den Aktorraum 11 einmünden. Der Hochdruckzulauf 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zentrisch, entlang der Mittelachse des Ventilgehäuses 10 ausgebildet. Durch diese Geometrie kann zudem erreicht werden, dass die Zulaufbohrungen 13 in einem spitzen Winkel zur Mittelachse des Ventilgehäuses 10 verlaufen. Weiterhin kann, wie exemplarisch in Figur 2 gezeigt, eine Querschnittserweiterung 18 vorgesehen sein, die sich zwischen dem Hochdruckzulauf 12 und den Zulaufbohrungen 13 befindet. Diese Querschnittserweiterung 18 bildet eine Hochdruckkammer aus und unterstützt dabei eine gleichmäßige Verteilung der Kraftstoffmenge über die einzelnen Zulaufbohrungen 13. Die Querschnitte der Zulaufbohrungen 13 können gegenüber dem Querschnitt einer einzelnen Zulaufbohrung 13 reduziert ausgeführt sein.
  • Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante, bei der die Zulaufbohrungen 13 gegenüber der in Figur 2 gezeigten Variante seitlich in den Aktorraum 11 einmünden. Die Zulaufbohrungen 13 sind ebenfalls gegenüberliegend angeordnet, wodurch eine symmetrische Krafteinleitung resultieren kann.
  • Grundsätzlich können auch mehr als zwei Zulaufbohrungen vorgesehen sein, die symmetrisch um die Längsachse des Aktors 30, vorzugsweise in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele besitzen zwei Zulaufbohrungen 13, die, bezogen auf die Längsachse des Aktors 30 gegenüber liegen oder auch drei Zulaufbohrungen 13, die, bezogen auf die Längsachse des Aktors 30 in einem Winkel von 120° angeordnet sind. Dadurch wird insbesondere eine Konstruktion erreicht, die einerseits Vorteile bei der Herstellung bietet und andererseits die Nachteile, die bei Anordnungen gemäß dem Stand der Technik auftreten können, vermeidet.

Claims (7)

  1. Ventil (1) zum Steuern von Flüssigkeiten, mit einem Ventilgehäuse (10), welches einen Aktorraum (11) und eine seitlich angeordnete Zulaufbohrung (13) besitzt, die mit einem Hochdruckzulauf (12) in Verbindung steht, wobei der Aktorraum (11) einen Aktor (30) mit einem Stempel (31) und einer Aktorkuppe (32) aufweist, wobei der Aktorraum (11) eine Kegeldichtung besitzt, die mittels einer Kegelfläche (14) am Ende des AKtorraumes (11) und einer dazu korrespondierenden ringförmigen Dichtfläche (33) an der Aktorkuppe (32) ausgebildet ist, und wobei mit der Kegeldichtung ein Kabelabgang (17) abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktorraum (11) mindestens eine zusätzliche Zulaufbohrung (13) aufweist und dass die Zulaufbohrungen (13) symmetrisch um die Längsachse des Aktors (30) angeordnet sind.
  2. Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrungen (13) im Bereich der Kegelfläche (14), außerhalb der ringförmigen Dichtfläche (33) in den Aktorraum (11) einmünden.
  3. Ventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckzulauf (12) zentrisch, entlang der Mittelachse des Ventilgehäuses (10) angeordnet ist.
  4. Ventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufbohrungen (13) in einem spitzen Winkel zur Mittelachse des Ventilgehäuses (10) verlaufen.
  5. Ventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Zulaufbohrungen (13) gegenüber dem Querschnitt einer einzelnen Zulaufbohrung (13) reduziert sind.
  6. Ventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zulaufbohrungen (13) und dem Hochdruckzulauf (12) eine Querschnittserweiterung (18) angeordnet ist.
  7. Ventil (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (30) als piezoelektrische Aktor-Einheit ausgebildet ist.
EP04786800A 2003-10-06 2004-09-17 Hochdruckzulauf für einen common rail injektor Expired - Lifetime EP1673532B1 (de)

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DE10346243A DE10346243A1 (de) 2003-10-06 2003-10-06 Hochdruckzulauf für ein Common Rail Injektor
PCT/DE2004/002081 WO2005040596A1 (de) 2003-10-06 2004-09-17 Hochdruckzulauf für ein common rail injektor

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EP1673532A1 EP1673532A1 (de) 2006-06-28
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EP04786800A Expired - Lifetime EP1673532B1 (de) 2003-10-06 2004-09-17 Hochdruckzulauf für einen common rail injektor

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US (1) US20070040137A1 (de)
EP (1) EP1673532B1 (de)
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