WO2002002926A1

WO2002002926A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: WO2002002926A1
Application number: PCT/EP2001/006692
Authority: WO
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-01-10
Also published as: US20020162899A1; US6640782B2; EP1301701A1; WO2002002926A8; JP2004502085A; DE10032923A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen führt aus einer Kraftstoffhochdruckquelle (1) Kraftstoff über ein von einer piezoelektrischen Einheit (9) betätigbares Steuerventil (6) zu einer Einspritzöffnung (7). Das Steuerventil (6) weist ein Ventilglied (8) auf, das zwischen einem ersten Ventilsitz (13) und einem zweiten Ventilsitz (14), welche einen ersten Ventilraum (15) begrenzen, axial verschiebbar ist. Aus dem ersten Ventilraum (15) zweigt eine Leitung (2) zu der Einspritzöffnung (7) ab. Eine zweite Führung (28) des Ventilglieds (8) ist in einem sich an den zweiten Ventilsitz (14) angrenzenden Bereich des Ventilglieds (8) vorgesehen. Beidseitig der Führungen (18, 28) ist jeweils eine Leckageleitung (21, 30) vorgesehen. Die Durchmesser der Ventilsitze (13, 14) und der Führungen (18, 28) sind jeweils derart gleich gewählt, dass ein Kräfteausgleich in dem Steuerventil (6) hergestellt ist.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvor- richtung für Brennkraftmaschinen aus, bei der von einer Kraftstoffhochdruckquelle Kraftstoff über ein Steuerventil zu einer Einspritzöffnung geführt wird. Bei solchen, aus der Praxis weithin bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, welche insbesondere bei Com on- Rail-Systemen Anwendung finden, wird die Zuleitung von Kraftstoff an die Einspritzöffnung, welche meist als Düsenhalter-Anordnung ausgeführt ist, häufig über ein Schieberventil bzw. Sitz-Schieber-Ventil gesteuert, welches kraftausgeglichen oder teilkraftausgeglichen ausgeführt sein kann. Die Verwendung von Schieberventi- len, welche Steuerkanten zur Freigabe und Überdeckung von Zu- und Abführungen aufweisen, ist jedoch aufgrund der großen Leckagen, welche sich durch die üblicherweise kleine Überdeckung ergibt, nachteilig.

Um diese Nachteile zu vermeiden, bietet es sich an, ein Doppelsitzventil einzusetzen, welches gegenüber Schieberventilen den Vorteil hat, daß die Hublänge deutlich vergrößert wird, und bei dem eine hohe Dichtwirkung an den Sitzen erzielbar ist. In Versuchen hat es sich zu- w

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gesehen ist, das von einer piezoelektrischen Einheit über einen mechanischen Übersetzer und in besonders vorteilhafter Weise über eine hydraulische Übersetzung direkt betätigt werden kann. Die Integrierung des Steu- erventils in die Zuführung von Kraftstoff an die Einspritzöffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermöglicht dabei kurze und genau dosierte Einspritzungen.

Von wesentlichem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Aufbau des Steuerventils, welcher die Realisierung des Ventils mit im wesentlichen einem Ventilkörper erlaubt, in den zur Ausbildung des zweiten Ventilsitzes und der zweiten Führung ein geeignetes Bauteil, vorzugsweise eine Hülse gemäß Patentanspruch 3, eingesetzt werden kann.

Entsprechend einfach gestaltet sich die Montage des Steuerventils, zumal der Ventilkörper und das den zweiten Ventilsitz bildende Gegenstück, z.B. die Hülse ge- maß Patentanspruch 3, in vorteilhafter Weise in einer Aufspannung gefertigt werden können. Damit wird eine hohe Paßgenauigkeit der Bauteile zueinander erzielt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraft- Stoffversorgung aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher, wobei insbesondere der Aufbau eines Steuerventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, welche als ein Common- Rail-Injektor zur Einspritzung von Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Das Common-Rail-System stellt dabei eine Kraftstoffhochdruckquelle 1 dar, welche mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher 2 ausgebildet ist, der von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe 3 aus einem Kraft- stoffvorratsbehälter 4 mit Kraftstoff versorgt wird, der auf Einspritzdruck verdichtet ist.

Von dem Kraftstoffhochdruckspeicher 2 führt eine Leitung 5 zu einem Steuerventil 6, von dem der Kraftstoff zur Einspritzung wiederum zu einer Einspritzöffnung 7, welche in der Figur nur symbolisch angedeutet ist und in herkömmlicher Weise als eine Düsenhalter-Anordnung ausgeführt sein kann.

Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über die KraftstoffZuführung ist das Steuerventil 6 mit einem Ventilglied 8 ausgebildet, welches über eine als piezoelektrischer Aktor 9 ausgebildete piezoelektrische Einheit angesteuert wird.

Das Ventilglied 8 ist stößelartig ausgebildet und in einer Längsbohrung 11 eines Ventilkörpers 10 verschiebbar angeordnet, wobei es in einem mittigen Bereich ei- nen im Querschnitt erweiterten Ventilkopf 12 aufweist, der in beide Bewegungsrichtungen jeweils eine tellerartige Ventilkopfdichtflache aufweist, mit denen er zwischen einem ersten, piezoseitigen Ventilsitz 13 und einem gegenüberliegenden zweiten Ventilsitz 14 in einem ersten Ventilraum 15 zusammenwirkt.

Wie der Figur zu entnehmen ist, mündet die von der Kraftstoffhochdruckquelle 1 her führende Leitung 5 in einen sich an den ersten Ventilsitz 13 anschließenden, zweiten Ventilraum 16, der bei Anlage des Ventilgliedes 8 an dem ersten Ventilsitz 13 von der Längsbohrung 11 und einer ringnutartigen Ausformung 17 des Ventilgliedes 8 gebildet wird. An diesen zweiten Ventilraum 16 schließt sich piezoseitig eine erste Führung 18 des Ventilgliedes 8 in dem Ventilkörper 10 an, welche den gleichen Durchmesser wie der erste Ventilsitz 13 aufweist .

Mit seinem piezoseitigen Ende taucht das Ventilglied 8 in eine als hydraulische Übersetzung dienende Hydraulikkammer 19 ein, über die Auslenkungen des piezoelektrischen Aktors 9 auf das Ventilglied 8 übertragen werden und die auch als Ausgleichselement für temperaturbedingte Ausdehnungsschwankungen der sie umgebenden Bauteile dient.

In einem Bereich zwischen der ersten der piezoelektrischen Einheit 9 zugewandten Führung 18 und der Hydraulikkammer 19 ist um das Ventilglied 8 ein Ringraum 20 vorgesehen, aus dem eine Leckageleitung 21 abführt.

Betrachtet man die Anordnung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf der dem piezoelektrischen Aktor 9 abgewandten Seite des zweiten Ventil- sitzes 14, ist ersichtlich, daß der erste Ventilraum 10 w t p^> in o in o in o

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ein Spaltraum um das Ventilglied 8, welcher durch eine innere Ringnut 32 in der Hülse 23 und eine diese Ringnut 32 mit dem Ende des Ventilglieds 8 verbindende Abkantung 33 an dem Ventilglied 8 gebildet wird.

Durch die Wahl des gleichen Durchmessers für die erste Führung 18 und den ersten Ventilsitz 13 ist das ein 3/2-Ventil darstellende Steuerventil 6 im geschlossenen Zustand, d.h. in Anlage an dem ersten Ventilsitz 13, kraftausgeglichen. Da zusätzlich der zweite Ventilsitz 14 sowie die zweite Führung 28 den gleichen Durchmesser haben wie der erste Ventilsitz 13 und die erste Führung 18, ist das Steuerventil 6 auch im geöffneten Zustand, in dem Kraftstoff über die Leitung 22 zur Düsenöffnung 7 strömt, kraftausgeglichen gestaltet, d.h. daß keine hydraulische Kraft zur Verschiebung des Ventilglieds 8 angreift .

Um das System nicht zu verspannen, ist in der vorliegenden Ausführung die zweite Führung 28 mit einem Spiel eingebaut, das um einen Faktor 2 bis 3 größer ist als das Spiel der ersten Führung. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungen auch ein anderes Spiel, welches beispielsweise um einen Faktor 2 bis 5 größer ist als das Spiel der ersten Führung 18, vorgesehen sein, wobei die erste Führung 18 ein Spiel von vorzugsweise 1 μm bis 4 μm und die zweite Führung 28 ein Spiel von 4 μm bis 10 μm aufweisen kann.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Figur der Zeichnung arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.

In geschlossenem Zustand der Einspritzöffnung 7, d.h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 9, liegt das w w t co H in o in o in o in

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dessen wird das Ventilglied 8 durch die Feder 29 entgegen dem ersten Ventilsitz 13 zurückbewegt, wobei die Dichtfunktion an dem zweiten Ventilsitz 14 aufgehoben wird. Während des Schließvorganges wird über die Lei- tung 31, welche aus der Ringnut 32 und der Abkantung 33 an dem Ventilglied 8 gebildet wird, Leckageöl der Leckageleitung 30 zugeführt, wodurch das System beim Schließen des Steuerventils 6 entlastet wird.

Zusammenfassend betrachtet, wird gemäß der Erfindung ein kraftausgeglichenes 3/2-Steuerventil 6 für ein druckgesteuertes Common-Rail-Injektorsystems bereitgestellt, welches einfach zu montieren ist und Einspritzungen mit hoher Präzision ermöglicht.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (1), aus der über ein von einer piezoelektrischen Einheit (9) betätigbares Steuerventil (6) Kraftstoff zu einer Einspritzöffnung

(7) geführt wird, wobei das Steuerventil (6) ein Ventilglied (8) in einem Ventilkörper (10) aufweist, das mit einem Ventilkopf (12) zwischen einem ersten Ventilsitz (13) und einem zweiten Ventilsitz (14), welche einen er- sten Ventilraum (15) begrenzen, axial verschiebbar ist; eine Kraftstoff aus der Kraftstoffhochdruckquelle (1) herführende Leitung (5) in einen zweiten Ventilraum (16) mündet, der von dem ersten Ventilsitz (13) und einer ersten Führung (18) des Ventilglieds (8) in dem Ventilkör- per (10) begrenzt ist; eine zu der Einspritzöffnung (7) führende Leitung (22) aus dem ersten Ventilraum (15) abzweigt; eine zweite Führung (28) des Ventilglieds (8) in einem sich an den zweiten Ventilsitz (14) angrenzenden Bereich des Ventilglieds (8) vorgesehen ist; jeweils ei- ne Leckageleitung (21, 30) auf der dem ersten Ventilraum (15) abgewandten Seite der Führungen (18, 28) vorgesehen ist; und wobei die Durchmesser der Ventilsitze (13, 14) und der Führungen (18, 28) jeweils derart gleich gewählt sind, daß ein Kräfteausgleich in dem Steuerventil (6) hergestellt ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit (9) das

Ventilglied (8) über eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer (19) ansteuert.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz (14) und die zweite Führung (28) des Ventilgliedes (8) an einer in den Ventilkörper (10) eingesetzten Hülse (23) ausgebildet sind.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (23) an ihrem dem zweiten Ventilsitz (14) abgewandten Ende von einem Befestigungselement, insbesondere von einer Mutter (26) , in dem Ventilkörper (10) gehalten wird.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (8) im nichtangesteuerten Zustand durch eine Feder (29) in Anlage an dem ersten Ventilsitz (13) gehalten wird.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich zwischen der ersten, der piezoelektrischen Einheit (9) zugewandte Führung (18) und der Hydraulikkammer (14) ein Ringraum (20) um das Ventilglied (8) vorgesehen ist, aus dem eine der Leckageleitungen (21) abführt.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckageleitung (30) die auf der dem ersten Ventilraum (15) abgewandten Seite der zweiten Führung (28) angeordnet ist, mit dem ersten Ventilraum (15) über eine Leitung (31) verbunden ist.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zwischen dem ersten Ventilraum (15) und der Leckageleitung (30) wenigstens teilweise als Spaltraum (31) in dem Ventilglied (8) und/oder in der Hülse (23) ausgebildet ist.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Spaltraum eine das Ventilglied (8) umgebende Ringnut (32) in der Hülse (23) und eine die Ringnut (32) mit dem dem Ventilkopf (12) abgewandten Ende des Ventilglieds (8) verbindende Abkantung (33) an dem Ventilglied (8) bilden.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führung (28) ein Spiel aufweist, das um einen Faktor 2 bis 5, vorzugsweise um einen Faktor 2 bis 3 größer ist als das Spiel der ersten Führung (18) .

11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) wenigstens im Bereich der ersten Führung (18), des ersten Ventilraumes (15) und einer Aufnahme (24) für die Hülse (23) einstückig ausgeführt ist, wobei der Ventilkörper (10) und die Hülse (23) vorzugsweise jeweils in einer Aufspannung gefertigt sind.

12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung (7) als eine Düsenhalter-Anordnung ausgebildet ist.

13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckquelle (1) als ein Common-Rail-System ausgebildet ist.