WO2000049288A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2000049288A1
WO2000049288A1 PCT/DE1999/004128 DE9904128W WO0049288A1 WO 2000049288 A1 WO2000049288 A1 WO 2000049288A1 DE 9904128 W DE9904128 W DE 9904128W WO 0049288 A1 WO0049288 A1 WO 0049288A1
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WO
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valve member
piston
fuel injection
spring
injection valve
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/004128
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English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Mattes
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US09/673,720 priority patent/US6371441B1/en
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Priority to EP99966897A priority patent/EP1073839A1/de
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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
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • 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
    • F02M45/00Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08Injectors peculiar thereto
    • F02M45/083Having two or more closing springs acting on injection-valve
    • 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
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
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    • F02M61/20Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection valve with the features of the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection valve is from DE
  • actuating means comprise an electrically actuable control valve and a relief pressure chamber which communicates with a closing pressure chamber on the one hand via a connection which can be controlled by the control valve for opening and closing and on the other hand with a relatively unpressurized fuel tank.
  • the closing pressure chamber is delimited on one side by a closing pressure surface formed on the valve member and communicates via a throttle with a high-pressure fuel source, the pressure in the closing pressure chamber on the closing pressure surface generating a closing force acting on the valve member.
  • the control valve When the control valve is closed, the pressure in the closing pressure chamber generates a closing force that is sufficiently large to hold the valve member in its closed position.
  • the control valve When the control valve is opened, it comes in Closing pressure chamber to a pressure drop because more fuel in the
  • Relief pressure chamber can flow out, as flows through the throttle into the closing pressure chamber. This has the consequence that the closing force generated by the pressure in the closing pressure chamber is reduced to such an extent that opening forces acting on the valve member predominate and the valve member carries out an opening stroke.
  • a sealing zone of the valve member When the valve member is in its closed position, a sealing zone of the valve member interacts with a valve seat such that a surface section of the valve member in the sealing zone or downstream of the sealing zone is decoupled from the high pressure prevailing upstream of the sealing zone.
  • high pressure can also build up downstream of the sealing zone, since less fuel can flow through the fuel outlet opening than through the now opened connection to the high-pressure fuel source. The result of this is that, during the opening stroke of the valve member, the high pressure is also applied to the aforementioned surface section downstream of the sealing zone and introduces an additional opening force into the valve member.
  • the known fuel injection valve has compensating means with which the valve member can be acted upon with compensating forces which counteract an opening stroke of the valve member.
  • these compensating means have a piston which is adjustably mounted in an associated cylinder.
  • the piston limits one in the cylinder with a reference pressure, in particular the pressure of the
  • the piston in an initial position, the piston is supported on a stop which is stationary relative to the cylinder and can be driven from its initial position by the valve member via force transmission means, wherein it moves away from the stop.
  • the force transmission means are formed by an additional hydraulic space which is delimited on the one hand by the piston and on the other hand by a compensating pressure surface formed on the valve member. With an opening stroke of the valve member, a pressure can therefore build up in this additional hydraulic space of the power transmission means, which quickly increases to a maximum value, but then remains constant, since the position of the piston can change from this maximum pressure value, so that the volume in the additional hydraulic Space remains constant.
  • the compensating forces in particular their dependence on the opening stroke of the valve member, can be predetermined more precisely, since the elasticities or the stiffness of the springs used can be specified with high precision.
  • an increased for the closing process of the valve member Functional reliability can be guaranteed, since spring means work independently of leaks.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an area containing a compensating means
  • FIG. 2 shows a diagram which shows a relationship between the needle stroke and the balancing force that can be achieved in the embodiment according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section as in FIG. 1, but of a second embodiment of the fuel injection valve according to the invention
  • FIG. 4 shows a longitudinal section as in FIG. 1, but of a third embodiment of the fuel injection valve according to the invention
  • Fig. 5 is a diagram as in Fig. 2, which can be achieved with the embodiments of Figs. 3 and 4 Shows the relationship between the needle stroke and the balancing force,
  • Fig. 6 shows a longitudinal section as in Fig. 1, but a fourth embodiment of the
  • FIG. 7 shows a diagram as in FIG. 2, but of the relationship between the needle stroke and that which can be achieved with the embodiment according to FIG. 6
  • a needle-like valve member 1 is mounted and guided in the interior of a fuel injection valve for performing bidirectional adjustment movements or stroke adjustments.
  • the valve member 1 has a sealing zone 2 which interacts with a valve seat 3.
  • Valve element 1 fuel outlet openings 4, which open into a combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, can be controlled for opening and closing.
  • Sealing zone 2 and valve seat 3 open or close a connection between a sack space 5 arranged downstream of the sealing zone 2 and containing the fuel outlet openings 4 and a pressure space 7 arranged upstream of the sealing zone 2 via an annular space 6.
  • This pressure space 7 communicates via a high-pressure line 8 with a high-pressure fuel source 9.
  • compensating means are provided with which the valve member 1 can be acted upon with compensating forces which counteract these additional opening forces.
  • the compensating means mentioned here have a piston 10 which is adjustably mounted in a cylinder 11.
  • the piston 10 and the cylinder 11 are penetrated concentrically by the valve member 1 or arranged coaxially therewith, the piston 10 being designed as an annular piston.
  • the piston 10 delimits a hydraulic compensation pressure chamber 12 in the cylinder 11, which is connected to the high-pressure fuel source 9 via a corresponding high-pressure line 13, so that the high-pressure fuel forms the reference pressure prevailing in the chamber 12.
  • the connection of the hydraulic space 12 to the high-pressure fuel source 9 is not throttled.
  • the pressure chamber 7 and the chamber 12 can preferably communicate directly with one another via the high-pressure lines 8 and 13.
  • spring means Coaxially to the valve member 1, spring means, namely a first helical compression spring 15 and a second helical compression spring 16, are arranged axially between the piston 10 and an annular shoulder 14 formed on the valve member 1, which are supported on the one hand on the piston 10 and on the other hand on the annular shoulder 14.
  • An annular support element 17 is arranged axially between the springs 15 and 16, the first spring 15 being supported on the one hand on the ring shoulder 14 and on the other hand on the support element 17 and the second spring 16 on the one hand on the piston 10 and on the other hand on the support element 17.
  • the compensating force applied to the piston 10 by the pressure in the compensating pressure chamber 12 is transmitted to the support element 17 via the second spring 16.
  • the axial adjustability of the support element 17 coaxially along the valve member 1 is limited by a stop 18 which is stationary with respect to the cylinder 11, so that the second spring 16 is biased by the pressure prevailing in the compensation pressure chamber 12.
  • the stroke of the valve member 1 is plotted in the X direction and the compensating force exerted on the valve member 1 as a function of the stroke is plotted in the Y direction.
  • the spring force of the first spring 15 which increases linearly with the valve stroke X, acts as a compensating force Y. This area is identified by I in FIG. 2.
  • the support element 17 lifts off the stop 18 and - since the pretensioning of the second spring 16 with the pressure in
  • Compensation pressure chamber 12 correlated - the piston 10 is moved into the compensation pressure chamber 12. Since the fuel can escape from the compensation pressure chamber 12 via the high pressure line 13, the pressure remains in the compensation pressure chamber 12 and thus the resulting one
  • the annular piston 10, the support element 17 and the second spring 16 arranged between them can be replaced by a sleeve-like piston which is supported directly on the stop 18.
  • the support element 17 and the second spring 16 could be omitted, the first spring 15 then being directly on Piston 10 supports and for the piston 10 a directly cooperating with this, shown in Fig. 1 with broken lines stop 19 is provided.
  • Embodiment is provided in addition to the stop 18 on which the support element 17 is supported, the stop 19 on which the piston 10 is supported.
  • the distance between the stops 18 and 19 is coordinated with the second spring 16 so that in the closed position of the
  • Valve member 1 in the second spring 16 forms a biasing force which is less than the force applied to the piston 10 by the pressure in the compensating pressure chamber 12.
  • the result is that shown in broken lines in FIG. 2
  • the spring means with which the compensating forces are transmitted to the valve member 1 are formed from a first helical compression spring 20, which is supported on the one hand on the piston 10 and on the other hand on the ring shoulder 14, and a second spring 21, which is on the one hand on Ring shoulder 14 and on the other hand is supported on a stationary abutment 22 with respect to the cylinder 11.
  • a stop 23 is assigned to the side of the piston 10 facing away from the compensation pressure chamber 12, against which the piston 10 passes the pressure prevailing in the compensation pressure chamber 12 is biased.
  • the subsequent stroke range III further tensioning of the first spring 20 is prevented by the adjustment movement of the piston 10, while the second spring 21 can be pre-tensioned even more.
  • the second stroke range III there is a different proportionality between the opening stroke X and the compensating force Y.
  • an annular collar 24 is formed on the valve member 1, to which a stop 25, which is stationary with respect to the cylinder 11, is assigned, on which the annular collar 24 comes to rest when the valve member 1 is in its closed position.
  • the piston 10 is biased against the stop 23 by the pressure in the compensating pressure chamber 12.
  • a first spring 26 is supported on the one hand on the piston 10 and on the other hand on the ring collar 24 and a second spring 27 is supported on the one hand on the ring shoulder 14 and on the other hand on the stop 25 on a side facing away from the ring collar 24.
  • both springs 26 and 27 are tensioned.
  • the biasing force of the first spring 26 reaches Force with which the piston 10 is biased against the stop 23 by the pressure in the compensating pressure chamber 12, and in the second stroke range III, only the second spring 27 is increasingly tensioned, while the first spring 26, due to the adjustability of the piston 10, maintains a constant pretensioning force having.
  • a first helical compression spring 28 is arranged axially between the piston 10 and the ring shoulder 14 coaxially with the valve member 1.
  • This first spring 28 is dimensioned in such a way that, when the valve member 1 is in its closed position and the piston 10 abuts the stop 23, it has a clearance ⁇ X, so that the first spring 28 extends with an opening stroke X up to the value ⁇ X cannot support the piston 10 and the ring shoulder 14 at the same time.
  • a second spring 29 is arranged coaxially to the first spring 28 or coaxially to the valve member 1 and is supported on the one hand on the ring shoulder 14 and on the other hand on the abutment 22, which is formed here at the stop 23.
  • FIG. 6 gives the relationship shown in FIG. 7 between the opening stroke X of the valve member 1 and the compensating force Y.
  • a first stroke range I only the second spring 29 is tensioned due to the clearance ⁇ X.
  • the opening stroke reaches the value of the free movement ⁇ X, so that the second spring 29 and the first spring 28 are also tensioned in a second stroke region III adjoining them.
  • the pretensioning force of the first spring 28 reaches the force with which the piston 10 is prestressed against the stop 23 by the pressure in the compensating pressure chamber 12, so that in a subsequent third stroke range
  • V only the preload of the second spring 29 increases, while the bias of the first spring 28 remains essentially constant due to the displacement of the piston 10.

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Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil, umfassend ein Ventilglied (1), mit dem eine Kraftstoffaustrittsöffnung (4) zum Öffnen und Schließen steuerbar ist, Betätigungsmittel, mit denen das Ventilglied (1) verstellbar ist, sowie Ausgleichsmittel, mit denen das Ventilglied (1) mit Ausgleichskräften beaufschlagbar ist, die einem Öffnungshub des Ventilglieds (1) entgegenwirken, wobei die Ausgleichsmittel einen Kolben (10) aufweisen, der in einem zugeordneten Zylinder (11) verstellbar ist, wobei der Kolben (10) einerseits im Zylinder (11) einen mit einem Referenzdruck beaufschlagten hydraulischen Raum (12) begrenzt, andererseits in einer Ausgangsstellung an einem relativ zum Zylinder (11) ortsfesten Anschlag (18) abgestützt ist und durch das Ventilglied (1) über Kraftübertragungsmittel aus seiner Ausgangsstellung sich vom Anschlag (18) entfernend antreibbar ist, soll hinsichtlich seiner Steuerbarkeit verbessert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kraftübertragungsmittel als Federmittel (15, 16) ausgebildet sind, die beim Öffnungshub des Ventilgliedes (1) durch das Ventilglied (1) gespannt werden.

Description

KraftStoffeinspritzventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 aus.
Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist aus der DE
(Amtl. Aktenzeichen: 197 27 896.5, Anmeldetag 1.7.1997) bekannt und enthält ein bidirektional verstellbar gelagertes Ventilglied, mit dem eine Kraftstoffaustrittsöffnung zum Öffnen und Schließen steuerbar ist. Es sind Betätigungsmittel vorgesehen, mit denen das Ventilglied zum Öffnen und Schließen der Kraftstoffaustrittsöffnung verstellbar ist. Diese Betätigungsmittel umfassen hier ein elektrisch betätigbares Steuerventil und einen Entlastungsdruckraum, der einerseits über eine durch das Steuerventil zum Öffnen und Schließen steuerbare Verbindung mit einem Schließdruckraum und andererseits mit einem relativ drucklosen Kraftstofftank kommuniziert. Der Schließdruckraum ist einseitig durch eine am Ventilglied ausgebildete Schließdruckfläche begrenzt und kommuniziert über eine Drossel mit einer Kraftstoffhochdruckquelle, wobei der Druck im Schließdruckraum an der Schließdruckfläche eine am Ventilglied angreifende Schließkraft erzeugt. Wenn das Steuerventil geschlossen ist, erzeugt der Druck im Schließdruckraum eine Schließkraft, die hinreichend groß ist, das Ventilglied in seiner Schließstellung zu halten. Wenn das Steuerventil geöffnet wird, kommt es im Schließdruckraum zu einem Druckabfall, da durch die geöffnete Verbindung mehr Kraftstoff in den
Entlastungsdruckraum abfließen kann, als über die Drossel in den Schließdruckraum nachfließt. Dies hat zur Folge, daß die durch den Druck im Schließdruckraum erzeugte Schließkraft soweit reduziert wird, daß am Ventilglied angreifende Öffnungskräfte überwiegen und das Ventilglied einen Öffnungshub durchführt.
Wenn sich das Ventilglied in seiner Schließstellung befindet, wirkt eine Dichtzone des Ventilgliedes mit einem Ventilsitz zusammen, derart, daß ein Flächenabschnitt des Ventilgliedes in der Dichtzone bzw. stromab der Dichtzone von dem stromauf der Dichtzone herrschenden Hochdruck entkoppelt ist. Sobald ein Öffnungshub des Ventilgliedes die Dichtzone vom Ventilsitz abhebt, kann sich auch stromab der Dichtzone der Hochdruck aufbauen, da durch die Kraftstoffaustrittsöffnung weniger Kraftstoff abfließen kann als durch die nun geöffnete Verbindung zur Kraftstoffhochdruckquelle nachfließt. Dies hat zur Folge, daß beim Öffnungshub des Ventilgliedes auch am vorgenannten Flächenabschnitt stromab der Dichtzone der Hochdruck anliegt und eine zusätzliche Öffnungskraft in das Ventilglied einleitet. Um den Einfluß dieser dynamischen zusätzlichen Öffnungskräfte auf die Verstellbewegung des Ventilgliedes und somit auf das Steuerverhalten des Kraftstoffeinspritzventiles zu reduzieren, weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil Ausgleichsmittel auf, mit denen das Ventilglied mit Ausgleichskräften beaufschlagbar ist, die einem Öffnungshub des Ventilgliedes entgegenwirken. Diese Ausgleichsmittel weisen beim bekannten Kraftstoffeinspritzventil einen Kolben auf, der in einem zugeordneten Zylinder verstellbar gelagert ist. Der Kolben begrenzt einerseits im Zylinder einen mit einem Referenzdruck, insbesondere dem Druck der
Kraftstoffhochdruckquelle, beaufschlagten hydraulischen Raum. Andererseits ist der Kolben in einer Ausgangsstellung an einem relativ zum Zylinder ortsfesten Anschlag abgestützt und durch das Ventilglied über Kraftübertragungsmittel aus seiner Ausgangsstellung antreibbar, wobei er sich vom Anschlag entfernt. Die Kraftübertragungsmittel sind beim bekannten Kraftstoffeinspritzventil durch einen zusätzlichen hydraulischen Raum gebildet, der einerseits durch den Kolben und andererseits durch eine am Ventilglied ausgebildete Ausgleichsdruckfläche begrenzt ist . Bei einem Öffnungshub des Ventilgliedes kann sich daher in diesem zusätzlichen hydraulischen Raum der Kraftübertragungsmittel ein Druck aufbauen, der schnell auf einen Höchstwert ansteigt, dann aber konstant bleibt, da sich die Position des Kolbens ab diesem Druckhöchstwert verändern kann, so daß das Volumen im zusätzlichen hydraulischen Raum konstant bleibt. Dadurch ergibt sich am Ventilglied eine stabilisierende Ausgleichskraft, die den ÖffnungsVorgang des Kraftstoffeinspritzventilgliedes vergleichmäßigt und die Steuerbarkeit des Kraftstoffeinspritzventiles verbessert. Die Funktionsweise dieser Ausgleichsmittel, insbesondere beim Schließen des Ventilgliedes, hängt dabei von der auftretenden Leckage und der Steifigkeit des zur Kraftübertragung verwendeten Hydraulikmediums, insbesondere Kraftstoff, ab, was sich bei hohen Einspritzdrücken besonders stark auswirken kann.
Vorteile der Erfindung
Beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 können die Ausgleichskräfte, insbesondere deren Abhängigkeit vom Öffnungshub des Ventilgliedes genauer vorbestimmt werden, da die Elastizitäten bzw. die Steifigkeiten der verwendeten Federn mit hoher Präzision vorgegeben werden können. Außerdem kann für den Schließvorgang des Ventilgliedes eine erhöhte Funktionssicherheit gewährleistet werden, da Federmittel unabhängig von Leckagen arbeiten.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ausgleichsmittel enthaltenden Bereich eines
Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung entsprechend einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 ein Diagramm, das einen bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erzielbaren Zusammenhang zwischen Nadelhub und Ausgleichskraft wiedergibt,
Fig. 3 einen Längsschnitt wie in Fig. 1, jedoch einer zweiten Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung,
Fig. 4 einen Längsschnitt wie in Fig. 1, jedoch einer dritten Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung,
Fig. 5 ein Diagramm wie in Fig. 2, das den mit den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 erzielbaren Zusammenhang zwischen Nadelhub und Ausgleichskraft darstellt ,
Fig. 6 einen Längsschnitt wie in Fig. 1, jedoch einer vierten Ausführungsform des
Kraftstoffeinspritzventils nach der Erfindung, und
Fig. 7 ein Diagramm wie in Fig. 2, jedoch des mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6 erzielbaren Zusammenhangs zwischen Nadelhub und
Ausgleichskraft .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Entsprechend Fig. 1 ist ein nadelartiges Ventilglied 1 im inneren eines Kraftstoffeinspritzventils zur Durchführung von bidirektionalen Verstellbewegungen oder Hubverstellungen gelagert und geführt. Das Ventilglied 1 weist eine Dichtzone 2 auf, die mit einem Ventilsitz 3 zusammenwirkt. Mit dem
Ventilglied 1 können Kraftstoffaustrittsöffnungen 4, die in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, einmünden, zum Öffnen und Schließen gesteuert werden. Dichtzone 2 und Ventilsitz 3 öffnen bzw. schließen dabei eine Verbindung zwischen einem stromab der Dichtzone 2 angeordneten, die Kraftstoffaustrittsöffnungen 4 enthaltenden Sackraum 5 und einem stromauf der Dichtzone 2 angeordneten, über einen Ringraum 6 damit verbundenen Druckraum 7. Dieser Druckraum 7 kommuniziert über eine Hochdruckleitung 8 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle 9.
Wenn sich das Ventilglied 1 in seiner Schließstellung befindet, ist der Sackraum 5 drucklos, so daß stromab der Dichtzone 2 ein niedriger Druck herrscht, während stromauf der Dichtzone 2 der Kraftstoffhochdruck anliegt. Sobald das Ventilglied 1 zur Durchführung eines Öffnungshubes von nicht dargestellten Betätigungsmitteln angesteuert wird und somit der Druckraum 7 mit dem Sackraum 5 kommuniziert, liegt auch stromab der Dichtzone 2 im wesentlichen der
Kraftstoffhochdruck an, so daß sich dort eine am Ventilglied 1 angreifende zusätzliche Öffnungskraft ausbildet. Um diese zusätzliche Öffnungskraft möglichst weitgehend zu kompensieren, sind Ausgleichsmittel vorgesehen, mit denen das Ventilglied 1 mit Ausgleichskräften beaufschlagbar ist, die diesen zusätzlichen Öffnungskräften entgegenwirken.
Die genannten Ausgleichsmittel weisen hier einen Kolben 10 auf, der in einem Zylinder 11 verstellbar gelagert ist. Der Kolben 10 und der Zylinder 11 sind dabei vom Ventilglied 1 konzentrisch durchdrungen bzw. koaxial zu diesem angeordnet, wobei der Kolben 10 als Ringkolben ausgebildet ist. Der Kolben 10 begrenzt im Zylinder 11 einen hydraulischen Ausgleichsdruckraum 12, der über eine entsprechende Hochdruckleitung 13 an die Kraftstoffhochdruckquelle 9 angeschlossen ist, so daß der Kraftstoffhochdruck den im Raum 12 herrschenden Referenzdruck bildet. Insbesondere ist die Verbindung des hydraulischen Raumes 12 mit der Kraftstoffhochdruckquelle 9 ungedrosselt . Vorzugsweise können der Druckraum 7 und der Raum 12 über die Hochdruckleitungen 8 und 13 direkt miteinander kommunizieren.
Koaxial zum Ventilglied 1 sind axial zwischen dem Kolben 10 und einem am Ventilglied 1 ausgebildeten Ringabsatz 14 Federmittel, nämlich eine erste Schraubendruckfeder 15 und eine zweite Schraubendruckfeder 16, angeordnet, die sich einerseits am Kolben 10 und andererseits am Ringabsatz 14 abstützen. Axial zwischen den Federn 15 und 16 ist ein ringförmiges Stützelement 17 angeordnet, wobei sich die erste Feder 15 einerseits am Ringabsatz 14 und andererseits am Stützelement 17 und sich die zweite Feder 16 einerseits am Kolben 10 und andererseits am Stützelement 17 abstützt. Über die zweite Feder 16 wird die durch den Druck im Ausgleichsdruckraum 12 auf den Kolben 10 aufgebrachte Ausgleichskraft auf das Stützelement 17 übertragen. Die axiale Verstellbarkeit des Stützelementes 17 koaxial entlang des Ventilgliedes 1 ist durch einen bezüglich des Zylinders 11 ortsfesten Anschlag 18 begrenzt, so daß die zweite Feder 16 durch den im Ausgleichsdruckraum 12 herrschenden Druck vorgespannt ist.
In Fig. 2 ist in X-Richtung der Hub des Ventilgliedes 1 und in Y-Richtung die in Abhängigkeit des Hubes auf das Ventilglied 1 ausgeübte Ausgleichskraft aufgetragen. Bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 1 wirkt zu Beginn des Öffnungshubes des Ventilgliedes 1 demnach zunächst nur die linear mit dem Ventilhub X ansteigende Federkraft der ersten Feder 15 als Ausgleichskraft Y. Dieser Bereich ist in Fig. 2 mit I gekennzeichnet. Sobald die erste Feder 15 auf die Vorspannkraft der zweiten Feder 16 vorgespannt ist (II) , hebt das Stützelement 17 vom Anschlag 18 ab und - da die Vorspannung der zweiten Feder 16 mit dem Druck im
Ausgleichsdruckraum 12 korreliert - der Kolben 10 wird in den Ausgleichsdruckraum 12 hineinverstellt. Da der Kraftstoff aus dem Ausgleichsdruckraum 12 über die Hochdruckleitung 13 entweichen kann, bleibt der Druck im Ausgleichsdruckraum 12 und somit die resultierende
Rückstellkraft der ersten Feder 15 und der zweiten Feder 16 konstant, so daß in einem in Fig. 2 mit III gekennzeichneten Hubbereich die Ausgleichskraft im wesentlichen konstant bleibt.
Bei einer Variante können der Ringkolben 10, das Stützelement 17 und die dazwischen angeordnete zweite Feder 16 durch einen hülsenartigen Kolben ersetzt werden, der sich direkt am Anschlag 18 abstützt. Ebenso könnten bei einer weiteren Variante das Stützelement 17 und die zweite Feder 16 entfallen, wobei sich dann die erste Feder 15 direkt am Kolben 10 abstützt und für den Kolben 10 ein mit diesem direkt zusammenwirkender, in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien dargestellter Anschlag 19 vorgesehen ist.
Bei einer weiteren Variante der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform ist zusätzlich zum Anschlag 18, an dem sich das Stützelement 17 abstützt, der Anschlag 19 vorgesehen, an dem sich der Kolben 10 abstützt. Dabei ist der Abstand zwischen den Anschlägen 18 und 19 mit der zweiten Feder 16 so abgestimmt, daß sich in der Schließstellung des
Ventilgliedes 1 in der zweiten Feder 16 eine Vorspannkraft ausbildet, die kleiner als die durch den Druck im Ausgleichsdruckraum 12 auf den Kolben 10 aufgebrachte Kraft ist. Bei einer solchen Ausführungsform ergibt sich dann der in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellte
Zusammenhang. In einem ersten Hubbereich IV wirkt wieder nur die Rückstellkraft der ersten Feder 15 als Ausgleichskraft. Bei V erreicht die Rückstellkraft der ersten Feder 15 die Vorspannkraft der zweiten Feder 16, so daß in einem zweiten Hubbereich VI beide Federn 15, 16 zur Ausgleichskraft beitragen. In VII erreicht die resultierende Gesamtrückstellkraft der Federn 15 und 16 die im Druckraum 12 auf den Kolben 10 aufgebrachte Kraft, so daß in einem dritten Hubbereich VIII die Ausgleichskraf , aufgrund der Verstellbarkeit des Kolbens 10, im wesentlichen konstant bleibt.
Entsprechend Fig. 3 sind die Federmittel, mit denen die Ausgleichskräfte auf das Ventilglied 1 übertragen werden, aus einer ersten Schraubendruckfeder 20, die sich einerseits am Kolben 10 und andererseits am Ringabsatz 14 abstützt, und aus einer zweiten Feder 21 gebildet, die sich einerseits am Ringabsatz 14 und andererseits an einem bezüglich des Zylinders 11 ortsfesten Widerlager 22 abstützt. Der dem Ausgleichsdruckraum 12 abgewandten Seite des Kolbens 10 ist ein Anschlag 23 zugeordnet, gegen den der Kolben 10 durch den im Ausgleichsdruckraum 12 herrschenden Druck vorgespannt ist .
Durch die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ergibt sich der in Fig. 5 dargestellte Zusammenhang zwischen dem
Öffnungshub X des Ventilgliedes 1 und der Ausgleichskraft Y. In einem ersten Hubbereich I werden durch den Öffnungshub des Ventilgliedes 1 beide Federn 20 und 21 gespannt, ohne daß sich der Kolben 10 bewegt. Bei II erreicht die Rückstellkraft der ersten Feder 20 die durch den Druck im
Ausgleichsdruckraum 12 auf den Kolben 10 aufgebrachte Kraft. Im daran anschließenden Hubbereich III wird eine weitere Verspannung der ersten Feder 20 durch die Verstellbewegung des Kolbens 10 verhindert, während die zweite Feder 21 noch stärker vorgespannt werden kann. Im zweiten Hubbereich III ergibt sich somit eine andere Proportionalität zwischen Öffnungshub X und Ausgleichkraft Y.
Entsprechend einer Variante ist entsprechend Fig. 4 am Ventilglied 1 ein Ringkragen 24 ausgebildet, dem ein bezüglich des Zylinders 11 ortsfester Anschlag 25 zugeordnet ist, auf dem der Ringkragen 24 zur Anlage kommt, wenn sich das Ventilglied 1 in seiner Schließstellung befindet. Der Kolben 10 wird hier - wie bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 3 - durch den Druck im Ausgleichsdruckraum 12 gegen den Anschlag 23 vorgespannt. Eine erste Feder 26 stützt sich einerseits am Kolben 10 und andererseits am Ringkragen 24 ab und eine zweite Feder 27 stützt sich einerseits am Ringabsatz 14 und andererseits am Anschlag 25, an einer vom Ringkragen 24 abgewandten Seite ab. Durch diese Ausführungsform entsprechend Fig. 4 läßt sich derselbe Zusammenhang zwischen Öffnungshub X des Ventilgliedes 1 und Ausgleichskraft Y erzielen, wie er bereits für die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 in Fig. 5 dargestellt ist. Im ersten Hubbereich I werden beide Federn 26 und 27 gespannt. Bei II erreicht die Vorspannkraft der ersten Feder 26 die Kraft, mit der der Kolben 10 durch den Druck im Ausgleichsdruckraum 12 gegen den Anschlag 23 vorgespannt ist, und im zweiten Hubbereich III wird nur noch die zweite Feder 27 zunehmend gespannt, während die erste Feder 26 durch die Verstellbarkeit des Kolbens 10 eine konstant bleibende Vorspannkraft aufweist.
Entsprechend Fig. 6 ist bei einer anderen Ausführungsform eine erste Schraubendruckfeder 28 axial zwischen dem Kolben 10 und dem Ringabsatz 14 koaxial zum Ventilglied 1 angeordnet. Diese erste Feder 28 ist dabei so dimensioniert, daß sie, wenn das Ventilglied 1 sich in seiner Schließstellung befindet und der Kolben 10 am Anschlag 23 anliegt, einen Freigang ΔX aufweist, so daß bei einem Öffnungshub X bis zum Wert ΔX sich die erste Feder 28 nicht gleichzeitig am Kolben 10 und am Ringabsatz 14 abstützen kann.
Eine zweite Feder 29 ist koaxial zur ersten Feder 28 bzw. koaxial zum Ventilglied 1 angeordnet und stützt sich einerseits am Ringabsatz 14 und andererseits am Widerlager 22 ab, das hier am Anschlag 23 ausgebildet ist.
Durch die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform ergibt sich der in Fig. 7 gezeigte Zusammenhang zwischen dem Öffnungshub X des Ventilgliedes 1 und der Ausgleichskraft Y. In einem ersten Hubbereich I wird aufgrund des Freiganges ΔX ausschließlich die zweite Feder 29 gespannt. Bei II erreicht der Öffnungshub den Wert des Freiganges ΔX, so daß in einem daran anschließenden zweiten Hubbereich III neben der zweiten Feder 29 auch die erste Feder 28 gespannt wird. Bei
IV erreicht die Vorspannkraft der ersten Feder 28 diejenige Kraft, mit welcher der Kolben 10 durch den Druck im Ausgleichsdruckraum 12 gegen den Anschlag 23 vorgespannt ist, so daß in einem daran anschließenden dritten Hubbereich
V nur noch die Vorspannung der zweiten Feder 29 zunimmt, während die Vorspannung der ersten Feder 28 aufgrund der Verstellung des Kolbens 10 im wesentlichen konstant bleibt.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil mit folgenden Merkmalen:
A: das Kraftstoffeinspritzventil enthält ein bidirektional verstellbar gelagertes Ventilglied (1), mit dem eine Kraftstoffaustrittsöffnung (4) zum Öffnen und Schließen steuerbar ist, B: das Kraftstoffeinspritzventil weist Betätigungsmittel auf, mit denen das Ventilglied (1) zum Öffnen und Schließen der Kraftstoff ustrittsöffnung (4) verstellbar ist,
C: das Kraftstoffeinspritzventil weist Ausgleichsmittel auf, mit denen das Ventilglied (1) mit Ausgleichskräften (Y) beaufschlagbar ist, die einem Öffnungshub des Ventilgliedes (1) entgegenwirken, D: die Ausgleichsmittel weisen einen Kolben (10) auf, der in einem zugeordneten Zylinder (11) verstellbar gelagert ist, E: der Kolben (10) begrenzt einerseits im Zylinder (11) einen mit einem Referenzdruck beaufschlagten hydraulischen Raum (12) ,
F: der Kolben (10) ist andererseits in einer
Ausgangsstellung an einem relativ zum Zylinder (11) ortsfesten Anschlag (18,-19,-23) abgestützt, G: der Kolben (10) ist durch das Ventilglied (1) über Kraftübertragungsmittel (15 , 16; 20 , 21 ;26 , 27 ; 28 , 29) aus seiner Ausgangsstellung sich vom Anschlag (18,-19,-23) entfernend antreibbar, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: H: die Kraftübertragungsmittel sind Federmittel (15,16;20,21;26,27;28,29) , die beim Öffnungshub (X) des
Ventilgliedes (1) durch das Ventilglied (1) gespannt werden .
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als das Ventilglied (1) koaxial einfassender Ringkolben (10) ausgebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel ein erstes Federelement (15) und ein zweites Federelement (16) aufweisen und daß sich der Kolben (10) mit einem Stützelement (17) am Anschlag (18) abstützt, wobei sich das erste Federelement (15) am Ventilglied (1) und am Stützelement (17) abstützt und sich das zweite Federelement (16) am Kolben (10) und am Stützelement (17) abstützt.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel ein erstes Federelement
(20; 26) aufweisen, das sich am Kolben (10) und am Ventilglied (1) abstützt, und daß ein zweites Federelement (21 j.27) vorgesehen ist, das sich am Ventilglied (1) und an einem bezüglich des Zylinders (11) ortsfesten Anschlagelement (22; 25) abstützt.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (20,21) koaxial zueinander und koaxial zum Ventilglied (1) am Ventilglied (1) angeordnet sind.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (26,27) axial hintereinander und koaxial zum Ventilglied (1) am Ventilglied (1) angeordnet sind.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (28) einen Freigang ΔX aufweist, derart, daß das erste Federelement (28) in einem, in einer Schließstellung des Ventilgliedes (1) beginnenden ersten Hubbereich (I) keine Kräfte zwischen dem Kolben (10) und dem Ventilglied (1) überträgt und erst in einem, an den ersten Hubbereich (I) anschließenden zweiten Hubbereich (III) zur Kraftübertragung zwischen Kolben (10) und Ventilglied (1) dient.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente
(15, 16;20,21;26, 27/28,29) koaxial zum Ventilglied (1) angeordnet sind.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der /Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement (17) als das
Ventilglied (1) koaxial einfassendes Ringelement ausgebildet ist .
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