EP2610478A2 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP2610478A2
EP2610478A2 EP12199146.7A EP12199146A EP2610478A2 EP 2610478 A2 EP2610478 A2 EP 2610478A2 EP 12199146 A EP12199146 A EP 12199146A EP 2610478 A2 EP2610478 A2 EP 2610478A2
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EP
European Patent Office
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control valve
fuel injection
chamber
throttle
rocker arm
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12199146.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2610478A3 (de
Inventor
Henning Kreschel
Andreas Rau
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2610478A2 publication Critical patent/EP2610478A2/de
Publication of EP2610478A3 publication Critical patent/EP2610478A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-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
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other 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
    • F02M63/0012Valves
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    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
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    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0059Arrangements of valve actuators
    • F02M63/0061Single actuator acting on two or more valve bodies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/701Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, as it is preferably used for fuel injection in a combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • fuel injection valves which serve for fuel injection of fuel directly into combustion chambers of internal combustion engines, in particular of high-speed, self-igniting internal combustion engines.
  • the injection of the fuel takes place here under high pressure, which can be up to 2500 bar in modern injection systems.
  • a nozzle needle which is longitudinally movably disposed within the fuel injection valve and which cooperates with a valve seat for opening and closing at least one injection port, through which the fuel is finally ejected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the movement of the nozzle needle which is surrounded at least partially by the high pressure fuel, is done by means of hydraulic forces, since a direct control of the nozzle needle, for example by electromagnets, due to the high injection pressures and the associated high hydraulic forces is practically impossible.
  • a control chamber is formed in the fuel injection valve usually in which an alternating fuel pressure can be adjusted and by a closing force is generated on the nozzle needle, wherein the closing force is proportional to the pressure in the control chamber.
  • the control of the fuel pressure in the control chamber is done by means of a control valve, which is usually operated by an electric actuator, for example through a magnetic or piezoelectric actuator.
  • the control valve opens and closes a connection of the control chamber to a low-pressure chamber in the fuel injection valve, so that via this connection fuel can flow out of the control chamber, which lowers the pressure in the control chamber.
  • the control chamber is constantly connected to a high-pressure region in which the fuel required for fuel injection is present under injection pressure.
  • connection of the control chamber to the low-pressure chamber is opened, fuel continues to flow continuously from the high-pressure region into the control chamber, but a pressure reduction in the control chamber is achieved via the open connection to the low-pressure chamber, which is sufficient to reduce the closing force on the nozzle needle to such an extent this is pressed by the other hydraulic forces from its closed position into an open position.
  • a fuel injection valve is known with a control valve that includes a rocker arm that is rotatably supported about a support point and that moves a closure member in the form of a ball.
  • the closing element closes or opens the outlet throttle, which connects the control chamber with a low-pressure chamber.
  • control chamber remains permanently connected to the high-pressure region, so that during the injection, where the control valve has opened the outlet throttle, fuel constantly flows from the high-pressure region into the control chamber, which from there via the outlet throttle flows into the low pressure area.
  • the amount of fuel thus diverted is returned via a return to the high-pressure pump, which recompresses the fuel and feeds it to the fuel injection valve again.
  • This pumping power must be additionally provided, which lowers the efficiency of the fuel injection system.
  • the relaxed in the control valve fuel leads to a strong warming, since the previously stored in the fuel elastic energy is released, resulting in a large thermal load of the control valve and the fuel injection valve in this area leads.
  • the fuel injection valve according to the invention has the advantage that the efficiency of the fuel injection system is increased and, moreover, the thermal load of the fuel injection valve in the region of the control valve is significantly reduced.
  • the control valve of the fuel injection valve is designed as a rocker arm, which can be brought into at least two switching positions, wherein the rocker arm in a first switching position, the outlet throttle, which closes the control chamber with a low pressure chamber opens, while an inlet throttle, via which the control valve chamber to the high pressure area is connected, is closed. In a second switching position, however, the inlet throttle is opened while the outlet throttle is closed, so that fuel can flow into the control valve chamber and from there into the control chamber of the fuel injection valve.
  • the fuel injection valve configured in this way operates very efficiently, so that the fuel consumption of the internal combustion engine is reduced overall. Since only little fuel in the region of the control valve is relaxed, the thermal load of the control valve is reduced, which increases their life and reliability.
  • the rocker arm is rotatably mounted about a fixed support with respect to the housing, wherein the rocker arm advantageously has a lever arm on which two sealing surfaces are formed, which are arranged so that the first sealing surface of the inlet throttle and the second sealing surface of the outlet throttle is opposite.
  • control valve element has a further lever arm, wherein the support point between the two lever arms is arranged.
  • the actuator attacks in an advantageous manner on the further lever arm of the rocker arm, which offers constructive advantages, since the actuator can be arranged relatively far away from the inlet or outlet throttle.
  • FIG. 1 a fuel injection valve according to the invention is shown schematically in longitudinal section.
  • the fuel injection valve comprises a housing 1, the consists of a holding body 2, a control valve body 3, a throttle plate 4 and a nozzle body 5, which abut each other in this order. These parts of the housing 1 are braced against each other by means of a tensioning device, not shown in the drawing, so that they are sealed liquid-tight against each other.
  • a high pressure passage 9 is formed, which passes through the holding body 2, the control valve body 3 and the throttle plate 4 and finally opens into a pressure chamber 7 formed in the nozzle body 5.
  • the high-pressure channel 9 and the pressure chamber 7 in the nozzle body 5 together form a high-pressure region, which is always in operation of the fuel injection valve with fuel pressure at high pressure, d. H. filled with the injection pressure.
  • a nozzle needle 12 is arranged longitudinally displaceable, wherein at the combustion chamber end of the nozzle needle 12, a sealing surface 13 is formed, with which the nozzle needle 12 cooperates with a formed on the combustion chamber end of the pressure chamber nozzle seat 10.
  • the nozzle seat 10 is followed by a blind hole 8 in the flow direction of the fuel, from which a plurality of injection openings 11 originate. If the valve needle 12 with its sealing surface 13 on the nozzle seat 10, so the connection of the blind hole 8 and thus the injection ports 11 is interrupted to the pressure chamber 7. If the nozzle needle 12 moves away from the nozzle seat 10 in its longitudinal direction, then a flow cross-section is opened between the sealing surface 13 and the nozzle seat 10, through which fuel flows from the pressure chamber 7 into the blind hole 8 and from there through the injection openings 11.
  • the nozzle needle 12 is guided at its end facing away from the nozzle seat in a sleeve 14, wherein a closing spring 15 is arranged between the sleeve 14 and a support member 16 connected to the nozzle needle 12, the nozzle needle 12 in contact with the nozzle seat 10 and the sleeve 14 in abutment presses on the throttle plate 4.
  • the sleeve 14 has a sealing edge 17 on its side facing the throttle plate 4, so that a control chamber 18 is bounded by the sleeve 14, the nozzle seat facing away from the end of the nozzle needle 12 and the throttle plate 4.
  • the control chamber 18 is connected to a control valve body 22 formed in the control valve body 3 through a communication hole 25 formed in the throttle plate 4.
  • the control valve chamber 22 is on the one hand via a Inlet restrictor 27 with the pressure chamber 7 and thus with the high pressure region 6 connectable, on the other hand via an outlet throttle 28 with a low pressure region 24 which is formed in the holding body 2.
  • a control valve member 30 is arranged, which is designed as a rocker arm and is rotatably disposed about a support point 38, whereby a lever arm 130 is formed, which is rotatable about the support point 38 movable.
  • the rocker arm 30 has a first sealing surface 33, which is opposite to the inlet throttle 27, and a second sealing surface 34, which faces the outlet throttle 28.
  • the inlet throttle 27 is closed, while the flow restrictor 28 is closed by the system of the second sealing surface 34 on the control valve body 3.
  • the control valve element 30 moves from a first switching position, in which the first sealing surface 33 rests against the throttle plate 4 and thus closes the inlet throttle 27, in the second switching position, in which the second sealing surface 34 closes the outlet throttle 28, the inlet throttle 27th opened while the outlet throttle 28 is closed at the same time. If the rocker arm 30 moves back into the first switching position, it correspondingly closes the inlet throttle 27 again and opens the outlet throttle 28.
  • the movement of the control valve element 30 is effected by means of an actuator 40, which in the in FIG. 1 embodiment shown in the low-pressure space 24 is arranged.
  • the actuator 40 is formed, for example as a piezoelectric actuator and cooperates with a push rod 42 which is guided in a bore 43 which is executed within the control valve body 3.
  • the push rod 42 is located at a point which is arranged between the support point 38 and the first sealing surface 33 and the second sealing surface 34 of the rocker arm 30 on the rocker arm 30 at. If the actuator 40 is actuated, that is, the push rod 42 moves into the control valve chamber 22, so the rocker arm 30 is moved from its second switching position to the first switching position.
  • the operation of the fuel injection valve is as follows: At the beginning of the fuel injection, the rocker arm 30 is in its second switching position, i. H. it closes the outlet throttle 28 through the second sealing surface 34, while the inlet throttle 27 is opened. As a result, the same pressure prevails in the control valve chamber 22 as in the pressure chamber 7, d. H. he is on high pressure. If an injection takes place, the actuator 40 is actuated, thereby pushing the push rod 42 into the control valve chamber 22 and thus presses the rocker arm 30 in its first switching position. In this, the first sealing surface 33 closes the inlet throttle 27, while the outlet throttle 28 is opened, which establishes the connection between the control valve chamber 22 and the low pressure chamber 24.
  • the fuel located in the control valve chamber 22 relaxes instantaneously and flows via the outlet throttle 28 into the low-pressure chamber 24.
  • the pressure in the control chamber 18 lowers, which reduces the hydraulic force on the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle 12.
  • the hydraulic forces acting on the nozzle needle 12 within the pressure chamber 7, now push the nozzle needle 12 away from the nozzle seat 10, and it is a flow area between the sealing surface 13 and the nozzle seat 10 is released, can escape through the fuel through the injection openings 11.
  • the actuator 40 is then actuated so that the push rod 42 is pulled out of the control valve chamber 22, so that the outlet throttle 28 is closed again, while the inlet throttle 27 is opened at the same time.
  • the inflowing fuel via the inlet throttle 27 in the control valve chamber 22 there again increases the fuel pressure which rises via the connecting bore 25 in the control chamber 18, until it slides back into its switching position by the hydraulic pressure on the nozzle seat facing away from the end of the nozzle needle 12.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the fuel injection valve according to the invention, wherein only the area of the control valve 20 is shown here.
  • the structure differs from the embodiment of the FIG. 1 only in the construction of the control valve element 30.
  • the contact point 38 is arranged here between the first sealing surface 33 and the second sealing surface 34 and the point at which the push rod 42 engages the control valve element 30.
  • the control valve element 30 forms a first lever arm 130 and a second lever arm 230, wherein the push rod 42 acts on the second lever arm 230 and the sealing surfaces 33, 34 are arranged on the first lever arm 130.
  • a path reinforcement of the actuator 40 can be achieved depending on the length of the first or second lever arm 130, 230.
  • the actuator 40 must be inverse to the embodiment FIG. 1 are operated, ie that the injection is terminated by the insertion of the push rod 42 in the control valve chamber 22, while 42 by injecting the push rod, the injection is initiated.
  • FIG. 3 shows in an enlarged view again the control valve 20, which also in FIG. 1 is shown to explain the effect of Wegverstärkung closer.
  • the rocker arm 30 has in the region of the first and second sealing surface 33, 34 a distance b from the support point 38, while the push rod 42 engages at a point on the rocker arm 30, which has a distance a from the support point 38.
  • the path gain which can be achieved by the rocker arm 30, corresponds to the ratio of the distances a and b, ie the path gain corresponds to a factor which corresponds to a quotient b / a.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem eine längsbewegbare Düsennadel (12) angeordnet ist, und mit einem Steuerraum (18), in dem ein wechselnder Druck einstellbar ist und dessen Druck zumindest mittelbar eine Schließkraft auf die Düsennadel (12) bewirkt. Im Gehäuse (1) ist ein Hochdruckbereich (6) ausgebildet, durch den Kraftstoff unter hohem Druck geleitet werden kann. Weiterhin ist ein Steuerventil (20) vorgesehen, das ein bewegliches Steuerventilelement (30) umfasst, welches in einem Steuerventilraum (22) angeordnet ist, wobei zwischen dem Steuerventilraum (22) und dem Hochdruckbereich (6) eine Zulaufdrossel (27) und zwischen dem Steuerventilraum (22) und einem Niederdruckraum (24 eine Ablaufdrossel (28) ausgebildet ist. Weiterhin besteht eine hydraulische Verbindung (25) zwischen dem Steuerraum (18) und dem Steuerventilraum (22). Das Steuerventilelement (30) ist als Kipphebel ausgeführt, der mindestens zwei Schaltstellungen annehmen kann, wobei das Steuerventilelement (30) in einer ersten Schaltstellung die Zulaufdrossel (27) verschließt und die Ablaufdrossel (28) öffnet und in einer zweiten Schaltstellung die Zulaufdrossel (27) öffnet und die Ablaufdrossel (28) verschließt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine Verwendung findet.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzventile bereits bekannt, die zur Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoff direkt in Brennräume von Brennkraftmaschinen dienen, insbesondere von schnelllaufendenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen. Die Einspritzung des Kraftstoffs geschieht hierbei unter hohem Druck, der bei modernen Einspritzsystemen bis zu 2500 bar betragen kann. Zur Steuerung dieser Einspritzung dient eine Düsennadel, die längsbewegbar innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist und die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung, durch die der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine ausgespritzt wird. Die Bewegung der Düsennadel, die zumindest bereichsweise vom Kraftstoffhochdruck umgeben ist, geschieht mittels hydraulischer Kräfte, da eine direkte Ansteuerung der Düsennadel, beispielsweise durch Elektromagnete, aufgrund der hohen Einspritzdrücke und der damit zusammenhängenden hohen hydraulischen Kräfte praktisch ausgeschlossen ist. Hierzu ist im Kraftstoffeinspritzventil in der Regel ein Steuerraum ausgebildet, in dem ein wechselnder Kraftstoffdruck eingestellt werden kann und durch den eine Schließkraft auf die Düsennadel erzeugt wird, wobei die Schließkraft proportional zum Druck im Steuerraum ist.
  • Die Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerraums geschieht mittels eines Steuerventils, das zumeist durch einen elektrischen Aktor betätigt wird, beispielsweise durch einen Magnet- oder Piezoaktor. Das Steuerventil öffnet und schließt dabei eine Verbindung des Steuerraums zu einem Niederdruckraum im Kraftstoffeinspritzventil, so dass über diese Verbindung Kraftstoff aus dem Steuerraum abfließen kann, was den Druck im Steuerraum absenkt. Gleichzeitig ist der Steuerraum ständig mit einem Hochdruckbereich verbunden, in dem der zur Kraftstoffeinspritzung erforderliche Kraftstoff unter Einspritzdruck ansteht. Wird die Verbindung des Steuerraums zum Niederdruckraum geöffnet, so fließt zwar ständig weiterhin Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Steuerraum, jedoch wird über die offene Verbindung zum Niederdruckraum eine Druckabsenkung im Steuerraum erreicht, die ausreicht, die Schließkraft auf die Düsennadel so weit zu reduzieren, dass diese durch die sonstigen hydraulischen Kräfte aus ihrer Schließstellung in eine Öffnungsstellung gedrückt wird.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 100 44 389 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt mit einem Steuerventil, das einen Kipphebel umfasst, der drehbar um einen Auflagepunkt gelagert ist und der ein Schließelement in Form einer Kugel bewegt. Das Schließelement verschließt oder öffnet die Ablaufdrossel, die den Steuerraum mit einem Niederdruckraum verbindet. Durch Bewegung eines Aktors wird der Kipphebel um den Drehpunkt in Bewegung gesetzt und kann so zwischen wenigstens zwei Positionen verstellt werden, wobei in der ersten Position die Ablaufdrossel verschlossen wird, während in der zweiten Position die Ablaufdrossel geöffnet wird, so dass Kraftstoff aus dem Steuerraum in den Niederdruckraum abfließen kann.
  • Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil tritt jedoch der Nachteil auf, dass der Steuerraum ständig mit dem Hochdruckbereich verbunden bleibt, so dass während der Einspritzung, wo das Steuerventil die Ablaufdrossel geöffnet hat, ständig Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Steuerraum abfließt, der von dort über die Ablaufdrossel in den Niederdruckbereich strömt. Die dadurch abgesteuerte Kraftstoffmenge wird über einen Rücklauf wieder der Hochdruckpumpe zugeführt, die den Kraftstoff erneut verdichtet und ihn dem Kraftstoffeinspritzventil erneut zuführt. Diese Pumpleistung muss zusätzlich erbracht werden, was die Effizienz des Kraftstoffeinspritzsystems erniedrigt. Darüber hinaus führt der im Steuerventil entspannte Kraftstoff zu einer starken Erwärmung, da hier die zuvor im Kraftstoff gespeicherte elastische Energie freigesetzt wird, was zu einer großen thermischen Belastung des Steuerventils und des Kraftstoffeinspritzventils in diesem Bereich führt.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Effizienz des Kraftstoffeinspritzsystems gesteigert ist und darüber hinaus die thermische Belastung des Kraftstoffeinspritzventils im Bereich des Steuerventils deutlich reduziert ist. Hierzu ist das Steuerventil des Kraftstoffeinspritzventils als Kipphebel ausgeführt, der in mindestens zwei Schaltstellungen gebracht werden kann, wobei der Kipphebel in einer ersten Schaltstellung die Ablaufdrossel, die den Steuerraum mit einem Niederdruckraum verschließt, öffnet, während eine Zulaufdrossel, über die der Steuerventilraum mit dem Hochdruckbereich verbunden ist, verschlossen wird. In einer zweiten Schaltstellung wird hingegen die Zulaufdrossel geöffnet, während die Ablaufdrossel verschlossen wird, so dass Kraftstoff in den Steuerventilraum und von dort in den Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventils strömen kann. Auf diese Weise wird während der Öffnungsphase des Kraftstoffeinspritzventils jeglicher Zustrom von verdichtetem Kraftstoff in den Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventils unterbunden, so dass die abgesteuerte Menge minimal ist, nämlich genau die Menge, die beim Öffnen des Steuerventils aus dem Steuerventilraum bzw. dem Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventils durch das Entspannen des Kraftstoffs in den Niederdruckraum abströmt. Das solchermaßen ausgestaltete Kraftstoffeinspritzventil arbeitet dementsprechend sehr effizient, so dass der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine insgesamt verringert ist. Da nur wenig Kraftstoff im Bereich des Steuerventils entspannt wird, wird auch die thermische Belastung des Steuerventils reduziert, was deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit erhöht.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist der Kipphebel um einen bezüglich des Gehäuses ortsfesten Auflagepunkt drehbar gelagert, wobei der Kipphebel vorteilhafterweise einen Hebelarm aufweist, an dem zwei Dichtflächen ausgebildet sind, die so angeordnet sind, dass die erste Dichtfläche der Zulaufdrossel und die zweite Dichtfläche der Ablaufdrossel gegenüber liegt. Durch die Drehung des Kipphebels um den Auflagepunkt verschließen die beiden Dichtflächen des Hebelarms abwechselnd die Zulaufdrossel und die Ablaufdrossel. Dadurch können zwei Drosseln mittels einer einzigen Bewegung des Steuerventilelements geöffnet bzw. geschlossen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Steuerventilelement einen weiteren Hebelarm auf, wobei der Auflagepunkt zwischen den beiden Hebelarmen angeordnet ist. Der Aktor greift in vorteilhafter Weise am weiteren Hebelarm des Kipphebels an, was konstruktive Vorteile bietet, da der Aktor relativ weit von der Zu- bzw. Ablaufdrossel entfernt angeordnet sein kann. Darüber hinaus lässt sich über die effektive Länge der beiden Hebelarme ein Übersetzungsverhältnis realisieren, so dass die Bewegung des Aktors bezüglich der Dichtflächen verstärkt oder vermindert wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zur Bewegung des Kipphebels ein Piezoaktor Verwendung findet, der zwar hohe Kräfte aufbringen kann, jedoch nur einen relativ geringen Hub.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
  • Zeichnungen
  • In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt.
  • Es zeigt
  • Figur 1
    in einem Längsschnitt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei nur die wesentlichen Teile gezeigt sind,
    Figur 2
    zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei im Gegensatz zur Figur 1 nur der Ausschnitt in der Umgebung des Steuerventils gezeichnet ist, und
    Figur 3
    zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, wobei hier nur der Bereich des Steuerventils dargestellt ist.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein Gehäuse 1, das aus einem Haltekörper 2, einem Steuerventilkörper 3, einer Drosselplatte 4 und einem Düsenkörper 5 besteht, die in dieser Reihenfolge aneinander anliegen. Diese Teile des Gehäuses 1 sind mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Spannvorrichtung gegeneinander verspannt, so dass sie flüssigkeitsdicht gegeneinander abgedichtet sind.
  • Im Gehäuse 1 ist ein Hochdruckkanal 9 ausgebildet, der durch den Haltekörper 2, den Steuerventilkörper 3 und die Drosselplatte 4 verläuft und schließlich in einen im Düsenkörper 5 ausgebildeten Druckraum 7 mündet. Der Hochdruckkanal 9 und der Druckraum 7 im Düsenkörper 5 bilden zusammen einen Hochdruckbereich, der im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils stets mit Kraftstoffdruck unter hohem Druck, d. h. mit dem Einspritzdruck gefüllt ist. Im Druckraum 7 des Düsenkörpers 5 ist eine Düsennadel 12 längsverschiebbar angeordnet, wobei am brennraumseitigen Ende der Düsennadel 12 eine Dichtfläche 13 ausgebildet ist, mit der die Düsennadel 12 mit einem am brennraumseitigen Ende des Druckraums ausgebildeten Düsensitz 10 zusammenwirkt. An den Düsensitz 10 schließt sich in Fließrichtung des Kraftstoffs ein Sackloch 8 an, von dem mehrere Einspritzöffnungen 11 ausgehen. Liegt die Ventilnadel 12 mit ihrer Dichtfläche 13 am Düsensitz 10 an, so wird die Verbindung des Sacklochs 8 und damit der Einspritzöffnungen 11 zum Druckraum 7 unterbrochen. Bewegt sich die Düsennadel 12 in ihrer Längsrichtung vom Düsensitz 10 weg, so wird zwischen der Dichtfläche 13 und dem Düsensitz 10 ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert, durch den Kraftstoff aus dem Druckraum 7 in das Sackloch 8 und von dort durch die Einspritzöffnungen 11 strömt.
  • Die Düsennadel 12 ist an ihrem düsensitzabgewandten Ende in einer Hülse 14 geführt, wobei zwischen der Hülse 14 und einem mit der Düsennadel 12 verbundenen Stützring 16 eine Schließfeder 15 angeordnet ist, die die Düsennadel 12 in Anlage an den Düsensitz 10 und die Hülse 14 in Anlage an die Drosselplatte 4 drückt. Die Hülse 14 weist hierbei an ihrer der Drosselplatte 4 zugewandten Seite eine Dichtkante 17 auf, so dass durch die Hülse 14, das düsensitzabgewandte Ende der Düsennadel 12 und die Drosselplatte 4 ein Steuerraum 18 begrenzt wird. Der Steuerraum 18 ist über eine Verbindungsbohrung 25, die in der Drosselplatte 4 ausgebildet ist, mit einem im Steuerventilkörper 3 ausgebildeten Steuerventilraum 22 verbunden. Der Steuerventilraum 22 ist zum einen über eine Zulaufdrossel 27 mit dem Druckraum 7 und damit mit dem Hochdruckbereich 6 verbindbar, zum anderen über eine Ablaufdrossel 28 mit einem Niederdruckbereich 24, der im Haltekörper 2 ausgebildet ist. Im Steuerventilraum 22 ist ein Steuerventilelement 30 angeordnet, das als Kipphebel ausgeführt ist und dabei drehbar um einen Auflagepunkt 38 angeordnet ist, wodurch ein Hebelarm 130 gebildet wird, der drehbar um den Auflagepunkt 38 bewegbar ist. Der Kipphebel 30 weist eine erste Dichtfläche 33 auf, die der Zulaufdrossel 27 gegenüberliegt, und eine zweite Dichtfläche 34, die der Ablaufdrossel 28 gegenüberliegt. Durch Anlage der ersten Dichtfläche 33 an der Drosselplatte 4 wird die Zulaufdrossel 27 verschlossen, während durch die Anlage der zweiten Dichtfläche 34 am Steuerventilkörper 3 die Ablaufdrossel 28 verschlossen wird. Bewegt sich das Steuerventilelement 30 also aus einer ersten Schaltstellung, in der die erste Dichtfläche 33 an der Drosselplatte 4 anliegt und damit die Zulaufdrossel 27 verschließt, in die zweite Schaltstellung, in der die zweite Dichtfläche 34 die Ablaufdrossel 28 verschließt, so wird die Zulaufdrossel 27 geöffnet, während gleichzeitig die Ablaufdrossel 28 verschlossen wird. Bewegt sich der Kipphebel 30 wieder zurück in die erste Schaltstellung, so verschließt er entsprechend wieder die Zulaufdrossel 27 und öffnet die Ablaufdrossel 28.
  • Die Bewegung des Steuerventilelements 30 erfolgt mittels eines Aktors 40, der in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel im Niederdruckraum 24 angeordnet ist. Der Aktor 40 ist beispielsweise als Piezoaktor ausgebildet und wirkt mit einer Druckstange 42 zusammen, die in einer Bohrung 43 geführt ist, die innerhalb des Steuerventilkörpers 3 ausgeführt ist. Die Druckstange 42 liegt an einem Punkt, der zwischen dem Auflagepunkt 38 und der ersten Dichtfläche 33 bzw. der zweiten Dichtfläche 34 des Kipphebels 30 angeordnet ist, am Kipphebel 30 an. Wird der Aktor 40 betätigt, d. h. bewegt sich die Druckstange 42 in den Steuerventilraum 22 hinein, so wird der Kipphebel 30 aus seiner zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung bewegt. Zieht der Aktor die Druckstange 42 aus dem Steuerventilraum 22 heraus, so wird die Bewegung des Kipphebels 30 durch eine Spannfeder 36 unterstützt, die das Steuerventilelement 30 in Richtung des Niederdruckraums 24 mit ihrer Vorspannkraft beaufschlagt, und das Steuerventilelement 30 gleitet zurück in seine zweite Schaltstellung.
  • Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung befindet sich der Kipphebel 30 in seiner zweiten Schaltstellung, d. h. er verschließt die Ablaufdrossel 28 durch die zweite Dichtfläche 34, während die Zulaufdrossel 27 geöffnet ist. Dadurch herrscht im Steuerventilraum 22 der gleiche Druck wie im Druckraum 7, d. h. er liegt auf Hochdruck. Über die Verbindungsbohrung 25 herrscht dieser hohe Druck auch im Steuerraum 18. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Aktor 40 betätigt, schiebt dadurch die Druckstange 42 in den Steuerventilraum 22 und drückt so den Kipphebel 30 in seine erste Schaltstellung. In dieser verschließt die erste Dichtfläche 33 die Zulaufdrossel 27, während die Ablaufdrossel 28 geöffnet wird, die die Verbindung zwischen dem Steuerventilraum 22 und dem Niederdruckraum 24 herstellt. Da im Niederdruckraum 24 ein deutlich niedrigerer Druck herrscht, entspannt sich der im Steuerventilraum 22 befindliche Kraftstoff instantan und fließt über die Ablaufdrossel 28 in den Niederdruckraum 24 ab. Über die Verbindungsbohrung 25 senkt sich auch der Druck im Steuerraum 18 ab, was die hydraulische Kraft auf die düsensitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 12 vermindert. Die hydraulischen Kräfte, die auf die Düsennadel 12 innerhalb des Druckraums 7 wirken, drücken jetzt die Düsennadel 12 vom Düsensitz 10 weg, und es wird ein Durchflussquerschnitt zwischen der Dichtfläche 13 und dem Düsensitz 10 freigegeben, durch den Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 11 austreten kann.
  • Zur Beendigung der Einspritzung wird der Aktor 40 dann so betätigt, dass die Druckstange 42 aus dem Steuerventilraum 22 herausgezogen wird, so dass die Ablaufdrossel 28 erneut verschlossen wird, während die Zulaufdrossel 27 gleichzeitig geöffnet wird. Der nachströmende Kraftstoff über die Zulaufdrossel 27 in den Steuerventilraum 22 erhöht dort wiederum den Kraftstoffdruck, der über die Verbindungsbohrung 25 auch im Steuerraum 18 ansteigt, solange, bis durch den hydraulischen Druck auf die düsensitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 12 diese zurück in ihre Schaltstellung gleitet.
  • Da der Aktor über die Druckstange 42 zwischen den Dichtflächen 33, 34 und dem Auflagepunkt 38 am Steuerventilelement 30 angreift, wird eine Wegverstärkung erreicht, d. h. dass das Steuerventilelement 30 im Bereich der ersten bzw. zweiten Dichtfläche 33, 34 bei einer Bewegung der Druckstange 42 einen größeren Weg zurücklegt als dies die Druckstange 42 tut. Damit lässt sich im Bereich der Dichtflächen 33, 34 eine relativ große Bewegung realisieren, ohne dass die Druckstange 42 einen allzu großen Weg zurücklegen muss. Dies erlaubt die Benutzung eines Aktors 40, der als Piezoaktor ausgebildet ist und der zwar eine hohe Kraft, jedoch nur einen geringen Weg bei gegebener Länge erreichen kann.
  • In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils gezeigt, wobei hier nur der Bereich des Steuerventils 20 gezeigt ist. Der Aufbau unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 nur im Aufbau des Steuerventilelements 30. Der Auflagepunkt 38 ist hier zwischen der ersten Dichtfläche 33 bzw. der zweiten Dichtfläche 34 und dem Punkt angeordnet, an dem die Druckstange 42 am Steuerventilelement 30 angreift. Dadurch bildet das Steuerventilelement 30 einen ersten Hebelarm 130 und einen zweiten Hebelarm 230, wobei die Druckstange 42 am zweiten Hebelarm 230 angreift und die Dichtflächen 33, 34 am ersten Hebelarm 130 angeordnet sind. Auch hier lässt sich je nach Länge des ersten bzw. zweiten Hebelarms 130, 230 eine Wegverstärkung des Aktors 40 erreichen. Der Aktor 40 muss jedoch invers zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 betrieben werden, d. h. dass durch das Einführen der Druckstange 42 in den Steuerventilraum 22 die Einspritzung beendet wird, während durch das Herausziehen der Druckstange 42 die Einspritzung eingeleitet wird.
  • Figur 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung nochmals das Steuerventil 20, das auch in Figur 1 dargestellt ist, um den Effekt der Wegverstärkung näher zu erläutern. Der Kipphebel 30 weist im Bereich der ersten bzw. zweiten Dichtfläche 33, 34 einen Abstand b vom Auflagepunkt 38 auf, während die Druckstange 42 an einem Punkt am Kipphebel 30 angreift, der einen Abstand a vom Auflagepunkt 38 aufweist. Die Wegverstärkung, die durch den Kipphebel 30 erreichbar ist, entspricht dem Verhältnis der Abstände a und b, d. h. die Wegverstärkung entspricht einem Faktor, der einem Quotienten b/a entspricht.

Claims (8)

  1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem eine längsbewegbare Düsennadel (12) angeordnet ist, und mit einem Steuerraum (18), in dem ein wechselnder Druck einstellbar ist und dessen Druck zumindest mittelbar eine Schließkraft auf die Düsennadel (12) bewirkt, und mit einem im Gehäuse (1) ausgebildeten Hochdruckbereich (6), durch den Kraftstoff unter hohem Druck geleitet werden kann, und einem Steuerventil (20), das ein bewegliches Steuerventilelement (30) umfasst, welches in einem Steuerventilraum (22) angeordnet ist, und mit einer Zulaufdrossel (27) zwischen dem Steuerventilraum (22) und dem Hochdruckbereich (6) und einer Ablaufdrossel (28) zwischen dem Steuerventilraum (22) und einem Niederdruckraum (24), und mit einer hydraulischen Verbindung (25) zwischen dem Steuerraum (18) und dem Steuerventilraum (22), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (30) als Kipphebel ausgeführt ist, der mindestens zwei Schaltstellungen annehmen kann, wobei das Steuerventilelement (30) in einer ersten Schaltstellung die Zulaufdrossel (27) verschließt und die Ablaufdrossel (28) öffnet und in einer zweiten Schaltstellung die Zulaufdrossel (27) öffnet und die Ablaufdrossel (28) verschließt.
  2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (30) einen bezüglich des Gehäuses (1) ortsfesten Auflagepunkt (38) aufweist, um den er drehbar gelagert ist.
  3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (30) einen Hebelarm (130) aufweist, an dem zwei Dichtflächen (33; 34) ausgebildet und so angeordnet sind, dass die erste Dichtfläche (33) der Zulaufdrossel (27) und die zweite Dichtfläche (34) der Ablaufdrossel (28) gegenüber liegt.
  4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (30) einen weiteren Hebelarm (230) aufweist, wobei der Auflagepunkt (38) zwischen den beiden Hebelarmen (130; 230) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (30) mittels eines Aktors (40) bewegt wird, wobei der Aktor (40) auf den weiteren Hebelarm (230) wirkt.
  6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (30) mittels eines Aktors (40) bewegt wird, wobei der Aktor (40) zwischen dem Auflagepunkt (38) und den Dichtflächen (33; 34) auf den Kipphebel (30) wirkt.
  7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (40) ein Piezoaktor ist.
  8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (30) durch eine Spannfeder (36) vorgespannt ist.
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