WO2002031348A1 - Einspritzventil mit einem pumpkolben - Google Patents

Einspritzventil mit einem pumpkolben Download PDF

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WO2002031348A1
WO2002031348A1 PCT/DE2001/003616 DE0103616W WO0231348A1 WO 2002031348 A1 WO2002031348 A1 WO 2002031348A1 DE 0103616 W DE0103616 W DE 0103616W WO 0231348 A1 WO0231348 A1 WO 0231348A1
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WO
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valve
injection
chamber
line
injection valve
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PCT/DE2001/003616
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Wendelin KLÜGL
Günter LEWENTZ
Martin Neumaier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M57/02Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
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    • Y10T137/8593Systems
    • Y10T137/86928Sequentially progressive opening or closing of plural valves
    • Y10T137/86936Pressure equalizing or auxiliary shunt flow
    • Y10T137/86944One valve seats against other valve [e.g., concentric valves]
    • Y10T137/86976First valve moves second valve

Definitions

  • the invention relates to an injection valve with a pump piston according to the preamble of patent claim 1.
  • Injection valves with pump pistons to increase the pressure of the injected fluid are used, for example, in automotive engineering to achieve particularly high injection pressures.
  • diesel fuel is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine at a pressure of up to 2000 bar.
  • a fuel injection device for internal combustion engines in which fuel is supplied to an injection valve from a high-pressure plenum.
  • the fuel is led into a pump chamber, which is delimited by a first end face of a pump piston.
  • a second end face of the pump piston borders an amplifier chamber in which an injection needle is arranged.
  • the injection needle is biased against a sealing seat, so that in one
  • the injection needle is connected to a second piston which borders on a control chamber.
  • the control chamber is connected to a 3/2 valve by a bore.
  • the 3/2-level valve is also connected to a high-pressure manifold via a second line and to a relief line via a third line.
  • a presettable pressure is set in the control room and the position of the injection needle is thus controlled.
  • a further controllable valve is provided between the high-pressure collection space and the pump space, which connects the high-pressure collection space to the pump space as a function of the switching position of the controllable valve.
  • an injection process is controlled.
  • the object of the invention is to provide a simplified injection valve.
  • An advantage of the invention is that two controllable valves are not necessary, but the injection is controlled via a single valve.
  • the only valve is arranged in the supply line in front of the pump chamber. This provides an inexpensive injection valve which also enables precise control of the injection.
  • An advantageous embodiment of the valve consists in the use of a 3/2 way valve, a first line connection being connected to an inlet line, a second line connection being connected to a first supply line and a third line connection being connected to a relief line.
  • a first valve chamber is provided with a first closing element, the inlet line opening into the first valve chamber and the first closing element depending on the switching position holding or closing an outlet opening.
  • a preferred embodiment of a first closing member and a first sealing seat consists in a conical sealing surface, by which a simple and secure sealing of the first valve chamber is made possible.
  • the first closing element is preferably connected to a second closing element via a rod.
  • the second closing element is arranged in a second valve chamber and the rod is guided through a connecting bore which connects the first and the second valve chamber to one another.
  • a relief line is connected to the second valve chamber. Depending on the switching position of the valve, either the relief line or the supply line is connected to the supply line.
  • the second valve member is preferably in operative connection with an actuator which adjusts the switching position of the first and second closing members.
  • the use of a single actuator for the first and the second closing element provides a simple embodiment of the valve.
  • the first and second valve chambers are arranged along an axis which is arranged either in parallel or on a center axis of symmetry of the injection valve. In this way, a narrow design of the injection valve is achieved.
  • a piezoelectric actuator which actuates the valve.
  • the piezoelectric actuator is provided at the upper end of the housing, the piezoelectric actuator being partially inserted into the housing. A slim design is thus achieved.
  • the piezoelectric actuator is preferably arranged centrally symmetrically with respect to the injection valve, as a result of which a particularly narrow design of the injection valve is provided.
  • the third and fourth sealing surfaces of the second valve chamber and the second closing element are designed as a flat surface. This Embodiment offers an inexpensive manufacture of the third and fourth sealing surface, which also enable a good seal.
  • the functionality of the pump piston is preferably improved in that the first end face has a shoulder which can be brought into contact with a contact surface on the housing, the supply line opening into the pump chamber in the region of the contact surface. This ensures that a residual volume of the pump chamber is retained even when the pump piston is deflected to a maximum, and thus when the pump chamber is connected to the inlet line, the pump chamber fills up quickly with fluid, as a result of which a rapid increase in pressure in the injection chamber is achieved. The rapid increase in pressure enables precise control of the start of injection.
  • Fig. 2 shows an enlarged section of the injection valve and Fig. 3 shows another embodiment of a valve for controlling the pressure in an amplifier room.
  • the injection valve 1 schematically shows an injection valve 1 with a center symmetry axis 19, as is used, for example, for the injection of diesel fuel in a diesel internal combustion engine.
  • the injection valve 1 has a valve body 3, which is connected to a pump body 4 via a clamping sleeve 43.
  • the pump body 4 is connected via a clamping nut 40 to an intermediate plate 46, a spring body 42 and a nozzle body 5.
  • the valve body 3 has an inlet connection 9, which is connected to an inlet line 10.
  • the feed line 10 leads to a first valve chamber 11.
  • the first Ventilka mer 11 is part of a through hole 56 which is guided through the valve body 3 in a symmetrical manner.
  • An actuator 18 is screwed into the through hole 56 in the upper end and seals the through hole 56 upwards.
  • a contact plate 21 is provided in the lower end of the through bore 56, which rests on an annular edge on the pump body 4 and is pressed by the pump body 4 against the valve body 3 and seals the through bore 56 downward.
  • the contact plate 21 delimits the first valve chamber 11.
  • a valve 14 is provided in the valve body 3, which is designed as a 3/2-way valve.
  • the valve 14 has the inlet line 10, a first supply line 20 and a relief line 47 as connections. Depending on the position of the valve 14, either the feed line 10 or the relief line 47 is connected to the first supply line 20.
  • the first supply line 20 is led through a bore 70 in the contact plate 21 to a pump chamber 22.
  • a movable pump piston 64 is arranged below the contact plate 21 in the pump body 4 and defines the pump chamber 22 with a first end face 24, which is formed in the pump body 4 between the contact plate 21 and the first end face 24.
  • the pumping piston 64 has a pot-shaped sleeve 25 in the upper area, which is sealingly guided in the pump body 4 and has the first end face 24.
  • a booster piston 23 is arranged in the sleeve 25 and is prestressed in the direction of the first end face 24 via a second spring element 26.
  • the second spring element 26 is supported against a step of the pump body 4.
  • an abutment ring is formed, on which the second spring element 26 rests.
  • the lower end of the booster piston 23 is in a guide bore 65 of the pump body 4 sealed.
  • the booster piston 23 has a second end face 28 which has a smaller cross section than the first end face 24 and delimits an booster chamber 29 which is formed in the pump body 4.
  • Sealing elements 66 are arranged, which seal the booster chamber 29.
  • a sealing ring is used as the sealing element.
  • the pump body 4 lies on the intermediate plate 46.
  • the booster chamber 29 is delimited by the intermediate plate 46, the pump body 4 and the booster piston 23.
  • a first bore 67 is made in the intermediate plate 46, which connects the booster chamber 29 to a third supply line 32, which is made in the spring body 42.
  • the spring body 42 rests on the intermediate plate 46.
  • a second supply line 31 is introduced into the intermediate plate 46, which forms a connection between the booster chamber 29 and a fuel chamber 53 via an inlet valve 30.
  • the fuel chamber 53 is supplied with fuel having a low pressure via channels, which are not shown.
  • the inlet valve 30 ensures that the booster chamber 29 is always completely filled with fuel.
  • the third supply line 32 leads to the nozzle body 5 and ends in the nozzle body 5 in a fourth supply line 54 which is led to an injection chamber 34.
  • the injection needle 6 has a needle tip 36 which is arranged in the region of the tip of the nozzle body 5.
  • Injection holes 8 are provided which are made in the tip of the nozzle body 5.
  • the needle tip 36 has a needle seat 37 which is arranged above the injection holes 8 and is assigned to a sealing seat 69 which is formed on the nozzle body. Is the injection needle 6 with the needle seat 37 on the sealing seat 69, there is no connection between the injection space 34 and the injection holes 8. However, if the injection needle 6 is lifted from the sealing seat 69 with the needle seat 37, there is a hydraulic connection between the injection space 34 and the injection holes 8 , so that fuel is discharged from the injection space 34 via the injection holes 8.
  • the injection needle 6 has a guide section 55 in the upper region, which is sealingly guided in a guide bore of the nozzle body 5.
  • the guide section 55 is connected to a connecting rod 38 which is guided in the spring body 42.
  • the connecting rod 38 is connected to a third spring element 39, which is arranged in a spring chamber 68 in the spring body 42.
  • the third spring element 39 is supported against the intermediate plate 46 and prestresses the injection needle 6 in the direction of the sealing seat 69, which is arranged above the injection holes 8. If there is a low fuel pressure in the injection chamber 34, the injection needle 6 is pressed onto the sealing seat 69 by the third spring element 39, so that there is no connection between the pump chamber 34 and the injection holes 8.
  • Fuel that escapes through a sealing gap of the guide section 55 of the injection needle 6 is discharged to the fuel chamber 53 via a leakage valve 41.
  • the valve 14 controls the pressure in the pump chamber 22 and thus the compression stroke of the booster piston 23.
  • the area of the first end face 24 is larger than the area of the second end face 28, so that a pressure increase between the pressure in the pump chamber 22 and the pressure in the booster chamber 29 and in the injection chamber 34 is reached.
  • valve 14 The operation of the valve 14 is explained in more detail with reference to FIG. 2.
  • the valve body 3 has the central through-bore 56, which is sealed in the upper area by the actuator 18 and in the lower area by the contact plate 21.
  • the through hole 56 has an upper first portion 57, 'in which the actuator 18 to the housing is screwed.
  • the first section 57 merges via a step into a second section 58, which represents a second valve chamber 17.
  • the second section 58 has a smaller cross section than the first section 57.
  • the second section 58 merges into a third section 59, the third section 59 having a smaller cross section than the second section 58.
  • the third section 59 merges via a step into a fourth section 60, which has a larger cross section than the third section 59.
  • the fourth section 60 merges via a step into a fifth section 61, which has a larger cross section than the fourth section 60.
  • the fifth section 61 represents the first valve chamber 11.
  • the actuator 18 is preferably designed as a piezoelectric actuator which has electrical connections 45. Control lines, which are connected to a control unit, are connected to the electrical connections 45. The control device controls the actuator 18 according to predetermined methods depending on the operating parameters of the internal combustion engine.
  • the actuator 18 is operatively connected to a second closing element 15, the second closing element 15 being arranged in the second valve chamber 17.
  • the second closing member 15 has a fourth sealing surface 51, which is assigned to a third sealing surface 50.
  • the third sealing surface 50 is formed on the valve body 3 in the transition region between the second and the third section 58, 59.
  • the second closing member 15 has a rod 16 which is guided through the third section 59 and the fourth section 60 to the first valve chamber 11.
  • the rod 16 is connected to a first closing member 13, which is arranged essentially in the first valve chamber 11.
  • the first closing member 13 has a second sealing surface 49, which is assigned to a first sealing surface 48.
  • the first sealing surface 48 is arranged on the valve body 3 in the transition region between the fourth and fifth sections 60, 61.
  • a first spring element 12 Arranged in the first valve chamber 11 is a first spring element 12, which prestresses the first closing member 13 in the direction of the first sealing surface 48.
  • the second sealing surface 49 of the first closing element 13 and the fourth sealing surface 51 of the second closing element 15 are preferably designed as conical surfaces.
  • the third and first sealing surfaces 50, 48 are preferably designed as conical surfaces in order to ensure a secure seal with the aid of the first and second closing members 13, 15.
  • the first and the second closing member 13, 15 are spaced and firmly connected to one another via the rod 16 in such a way that, depending on the deflection position of the actuator 18, the first or second closing member 13, 15 rests on the associated sealing seat 48, 50 and thus either the Inlet line 10 or the relief line 47 is connected to the first supply line 20. This is the co tio I - 1 P 1 o Ui omo c ⁇
  • the control unit actuates the actuator 18 in such a way that it deflects downward and thereby presses the second closing element 15 with the fourth sealing surface 51 onto the assigned third sealing surface 50 and thus the connection between the relief line 47 and interrupts the first supply line 20.
  • the displacement of the second closing member 15 via the rod 16 pushes the first closing member 13 away from the first sealing surface 48, thus opening a cross-section of the connection between the first supply line 20 and the inlet line 10.
  • the inlet line 10 is connected via the inlet connection 9 to a fluid reservoir, preferably a fuel reservoir with a predetermined pressure.
  • the fluid flows into the pump chamber 22 at a predetermined pressure and presses the pump piston 64 downward against the biasing force of the second spring element 26 in the direction of the booster chamber 29.
  • the booster chamber 29 is completely filled with fuel, so that the pressure is above the first Bore 67, the fourth supply line 54 and the third supply line 32 in the injection chamber 34 is increased. If the pressure in the injection chamber 34 exceeds a predetermined lift-off pressure, the injection needle 6 is lifted from the sealing seat against the prestressing force of the third spring element 39 via the pressure on the pressure surface 35, so that fuel is released from the injection chamber 34 via the injection holes 8.
  • a fuel reservoir a so-called common rail, is preferably provided as the fuel reservoir, with which the inlet connection 9 is supplied with fuel under pressure of up to 500 bar.

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Abstract

Es wird ein Einspritzventil (1) mit einem Verstärkerkolben (23) beschrieben, der einen Pumpraum (22) und eine Verstärkerkammer (29) begrenzt. Im Zulauf zu dem Pumpraum (22) ist ein Ventil (14) vorgesehen. Das Ventil ist als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet und ermöglicht eine Steuerung des Drucks im Pumpraum (22). Der Druck im Pumpraum (22) wird über den Verstärkerkolben (23) in einen entsprechend erhöhten Druck in der Verstärkerkammer (29) und in einem Einspritzraum (34) übersetzt, in dem eine Einspritznadel (6) angeordnet ist. Durch die Verwendung des Ventils (14) ist eine präzise Steuerung der Einspritzzeiten möglich.

Description

Beschreibung
Einspritzventil mit einem Pumpkolben
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit einem Pumpkolben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Einspritzventile mit Pumpkolben zur Erhöhung des Druckes des eingespritzten Fluids werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, um besonders hohe Einspritzdrücke zu erreichen. Beispielsweise wird Dieselkraftstoff bei modernen Common-Rail-Einspritzanlagen mit einem Druck von bis zu 2000 bar in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt.
Aus DE 43 11 627 AI ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der Kraftstoff aus einem Hochdrucksammelraum einem Einspritzventil zugeführt wird. Der Kraftstoff wird in einen Pumpraum geführt, der von einer ersten Stirnseite eines Pumpkolbens begrenzt ist. Eine zweite Stirnseite des Pumpkolbens grenzt an einen Verstärkerraum, in dem eine Einspritznadel angeordnet ist. Die Einspritznadel ist gegen einen Dichtsitz vorgespannt, so dass in einer
Schließposition der Verstärkerraum von Einspritzlöchern getrennt ist. Die Einspritznadel steht mit einem zweiten Kolben in Verbindung, der an eine Steuerkammer grenzt. Die Steuerkammer steht über eine Bohrung mit einem 3/2- ege-Ventil in Verbindung. Das 3/2- ege-Ventil ist zudem über eine zweite Leitung an einen Hochdrucksammelraum und über eine dritte Leitung an eine Entlastungsleitung angeschlossen. In Abhängigkeit von der Schaltposition des 3/2- ege-Ventils wird ein vorgebbarer Druck im Steuerraum eingestellt und damit die Po- sition der Einspritznadel gesteuert. Zwischen dem Hochdrucksammelraum und dem Pumpraum ist ein weiteres steuerbares Ventil vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Schaltposition des steuerbaren Ventils den Hochdrucksammelraum mit dem Pumpraum verbindet. In Abhängigkeit von den Schaltpositionen des 3/2-Wege-Ventils und des weiteren Ventils wird ein Einspritzvorgang gesteuert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes Einspritzventil bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nicht zwei steuerbare Ventile notwendig sind, sondern die Einspritzung über ein einziges Ventil gesteuert wird. Das einzige Ventil ist dabei in der Versorgungsleitung vor dem Pumpraum angeordnet. Damit wird ein kostengünstiges Einspritzventil bereitgestellt, das zudem eine präzise Steuerung der Einspritzung ermöglicht.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine vorteilhafte Aus- führungsform des Ventils besteht in der Verwendung eines 3/2- Wege-Ventils, wobei ein erster Leitungsanschluss mit einer Zulaufleitung, ein zweiter Leitungsanschluss mit einer ersten Versorgungsleitung und ein dritter Leitungsanschluss mit einer Entlastungsleitung verbunden ist. Durch Verwendung des 3/2-Wege-Ventils ist eine schnelle und präzise Steuerung der Position der Einspritznadel möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Ventils ist eine erste Ventilkammer mit einem ersten Schließglied vorgesehen, wobei die Zulaufleitung in die erste Ventilkammer mündet und das erste Schließglied in Abhängigkeit von der Schaltposition eine AblaufÖffnung offen hält oder verschließt.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines ersten Schließgliedes und eines ersten Dichtsitzes besteht in einer konischen Dichtfläche, durch die eine einfache und sichere Abdichtung der ersten Ventilkammer ermöglicht wird. Vorzugsweise ist das erste Schließglied über eine Stange mit einem zweiten Schließglied verbunden. Das zweite Schließglied ist in einer zweiten Ventilkammer angeordnet und die Stange ist durch eine Verbindungsbohrung geführt, die die erste und die zweite Ventilkammer miteinander verbindet. Weiterhin ist eine Entlastungsleitung an die zweite Ventilkammer angeschlossen. In Abhängigkeit von der Schaltposition des Venti- les wird entweder die Entlastungsleitung oder die Zulaufleitung mit der Versorgungsleitung verbunden.
Vorzugsweise steht das zweite Ventilglied mit einem Aktor in Wirkverbindung, der die Schaltposition des ersten und zweiten Schließgliedes einstellt. Durch die Verwendung eines einzigen Aktors für das erste und das zweite Schließglied wird eine einfache Ausführungsform des Ventiles bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Ventilkammer entlang einer Achse angeordnet, die entweder parallel oder auf einer Mittensymmetrieachse des Einspritzventils angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine schmale Bauform des Einspritzventils erreicht.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung ist ein piezoelektrischer Aktor vorgesehen, der das Ventil betätigt. Für eine schmale Bauform des Einspritzventils ist es vorteilhaft, den piezoelektrischen Aktor am oberen Ende des Gehäuses vorzusehen, wobei der piezoelektrische Aktor teilweise in das Gehäuse eingefügt ist. Somit wird eine schmale Bauform erreicht.
Vorzugsweise ist der piezoelektrische Aktor mittensymmetrisch zum Einspritzventil angeordnet, wodurch eine besonders schmal bauende Form des Einspritzventils bereitgestellt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die dritte und vierte Dichtfläche der zweiten Ventilkammer bzw. des zweiten Schließgliedes als ebene Fläche ausgebildet. Diese Ausführungsform bietet eine kostengünstige Herstellung der dritten und vierten Dichtfläche, die zudem eine gute Abdichtung ermöglichen.
Die Funktionsfähigkeit des Pumpkolbens wird vorzugsweise da- durch verbessert, dass die erste Stirnseite einen Absatz aufweist, der an eine Anlagefläche am Gehäuse in Anlage bringbar ist, wobei die Versorgungsleitung im Bereich der Anlagefläche in die Pumpkammer mündet. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch bei maximaler Auslenkung des Pumpkolbens ein Rest- volumen der Pumpkammer erhalten bleibt und somit bei einer Verbindung der Pumpkammer mit der Zulaufleitung sich die Pumpkammer schnell mit Fluid füllt, wodurch ein schneller Druckanstieg im Einspritzraum erreicht wird. Durch den schnellen Druckanstieg ist eine präzise Steuerung des Ein- spritzbeginns möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Einspritzventil mit einem schematischen Teilquer- schnitt,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Einspritzventils und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Ventils zur Steuerung des Drucks in einem Verstärkerraum.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Einspritzventil 1 mit einer Mittensymmetrieachse 19, wie es beispielsweise zur Einspritzung von Dieselkraftstoff in einer Dieselbrennkraftmaschine eingesetzt wird. Das Einspritzventil 1 weist eine Ventilkörper 3 auf, der über eine Spannhülse 43 mit einem Pumpkörper 4 ver- bunden ist. Der Pumpkörper 4 ist über eine Spannmutter 40 mit einer Zwischenplatte 46, einem Federkörper 42 und einem Düsenkörper 5 verbunden. Der Ventilkörper 3 weist einen Zulaufanschluss 9 auf, der mit einer Zulaufleitung 10 in Verbindung steht. Die Zulaufleitung 10 ist zu einer ersten Ventilkammer 11 geführt. Die erste Ventilka mer 11 ist Teil einer Durchgangsbohrung 56, die mit- tensymmetrisch durch den Ventilkörper 3 geführt ist. In die Durchgangsbohrung 56 ist im oberen Ende ein Aktor 18 eingeschraubt, der die Durchgangsbohrung 56 nach oben abdichtet. Im unteren Ende der Durchgangsbohrung 56 ist eine Anlageplatte 21 vorgesehen, die auf einer Ringkante auf dem Pumpkörper 4 aufliegt und vom Pumpkörper 4 gegen den Ventilkörper 3 gedrückt ist und die Durchgangsbohrung 56 nach unten abdichtet. Dabei begrenzt die Anlageplatte 21 die erste Ventilkammer 11. Im Ventilkörper 3 ist ein Ventil 14 vorgesehen, das als 3/2- Wege-Ventil ausgebildet ist. Das Ventil 14 weist als An- Schlüsse die Zulaufleitung 10, eine erste Versorgungsleitung 20 und eine Entlastungsleitung 47 auf. Je nach Stellung des Ventils 14 ist entweder die Zulaufleitung 10 oder die Entlastungsleitung 47 mit der ersten Versorgungsleitung 20 verbunden.
Die erste Versorgungsleitung 20 ist durch eine Bohrung 70 der Anlageplatte 21 zu einem Pumpraum 22 geführt. Unterhalb der Anlageplatte 21 ist im Pumpkörper 4 ein beweglicher Pumpkolben 64 angeordnet, der mit einer ersten Stirnseite 24 den Pumpraum 22 begrenzt, der zwischen der Anlageplatte 21 und der ersten Stirnseite 24 im Pumpkörper 4 ausgebildet ist.
Der Pumpkolben 64 weist im oberen Bereich eine topfförmige Hülse 25 auf, die dichtend im Pumpkörper 4 geführt ist und die erste Stirnseite 24 aufweist. In der Hülse 25 ist ein Verstärkerkolben 23 angeordnet, der über ein zweites Feder- element 26 in Richtung auf die erste Stirnseite 24 vorgespannt ist. Das zweite Federelement 26 ist gegen eine Stufe des Pumpkörpers 4 abgestützt. Am oberen Ende des Verstärkerkolbens 23 ist ein Anlagering ausgebildet, an dem das zweite Federelement 26 anliegt. Der Verstärkerkolben 23 ist mit sei- nem unteren Ende in einer Führungsbohrung 65 des Pumpkörpers 4 dichtend geführt. Der Verstärkerkolben 23 weist eine zweite Stirnseite 28 auf, die einen kleineren Querschnitt als die erste Stirnseite 24 aufweist und eine Verstärkerkammer 29 begrenzt, die im Pumpkörper 4 ausgebildet ist. Vorzugsweise sind zwischen dem Pumpkörper 4 und dem Verstärkerkolben 23
Dichtelemente 66 angeordnet, die eine Abdichtung der Verstärkerkammer 29 bewirken. Als Dichtelement wird beispielsweise ein Dichtring eingesetzt.
Der Pumpkörper 4 liegt auf der Zwischenplatte 46 auf. Somit wird die Verstärkerkammer 29 von der Zwischenplatte 46, dem Pumpkörper 4 und dem Verstärkerkolben 23 begrenzt. In der Zwischenplatte 46 ist eine erste Bohrung 67 eingebracht, die die Verstärkerkammer 29 mit einer dritten Versorgungsleitung 32 verbindet, die in den Federkörper 42 eingebracht ist. Der Federkörper 42 liegt an der Zwischenplatte 46 an. Zudem ist eine zweite Versorgungsleitung 31 in die Zwischenplatte 46 eingebracht, die über ein Zulaufventil 30 eine Verbindung zwischen der Verstärkerkammer 29 und einem Kraftstoffräum 53 bildet. Der Kraftstoffräum 53 wird über Kanäle, die nicht dargestellt sind, mit Kraftstoff versorgt, der einen geringen Druck aufweist. Das Zulaufventil 30 sorgt dafür, dass die Verstärkerkammer 29 immer vollständig mit Kraftstoff gefüllt ist .
Die dritte Versorgungsleitung 32 ist zum Düsenkörper 5 ge- führt und mündet im Düsenkörper 5 in eine vierte Versorgungsleitung 54, die zu einem Einspritzraum 34 geführt ist. Im Düsenkörper 5 ist axial beweglich eine Einspritznadel 6 angeordnet, die im Bereich des Einspritzraums 34 eine Druckfläche 35 aufweist. Die Einspritznadel 6 weist eine Nadelspitze 36 auf, die im Bereich der Spitze des Düsenkörpers 5 angeordnet ist. Es sind Einspritzlöcher 8 vorgesehen, die in der Spitze des Düsenkörpers 5 eingebracht sind. Die Nadelspitze 36 weist einen Nadelsitz 37 auf, der oberhalb der Einspritzlöcher 8 angeordnet ist und einem Dichtsitz 69 zugeordnet ist, der am Düsenkörper ausgebildet ist. Sitzt die Einspritznadel 6 mit dem Nadelsitz 37 am Dichtsitz 69 auf, so besteht keine Verbindung zwischen dem Einspritzraum 34 und den Einspritzlöchern 8. Ist die Einspritznadel 6 jedoch mit dem Nadelsitz 37 vom Dichtsitz 69 abgehoben, so besteht eine hydraulische Ver- bindung zwischen dem Einspritzraum 34 und den Einspritzlöchern 8, so dass Kraftstoff aus dem Einspritzraum 34 über die Einspritzlöcher 8 abgegeben wird.
Die Einspritznadel 6 weist im oberen Bereich einen Führungsabschnitt 55 auf, der in einer Führungsbohrung des Düsenkör- pers 5 dichtend geführt ist. Der Führungsabschnitt 55 steht mit einer Verbindungsstange 38 in Verbindung, die im Federkörper 42 geführt ist. Die Verbindungsstange 38 steht mit einem dritten Federelement 39 in Verbindung, das in einer Federkammer 68 im Federkörper 42 angeordnet ist. Das dritte Fe- derelement 39 ist gegen die Zwischenplatte 46 abgestützt und spannt die Einspritznadel 6 in Richtung auf den Dichtsitz 69 vor, der oberhalb der Einspritzlöcher 8 angeordnet ist. Liegt in dem Einspritzraum 34 ein geringer Kraftstoffdruck vor, so wird die Einspritznadel 6 durch das dritte Federelement 39 auf den Dichtsitz 69 gedrückt, so dass keine Verbindung zwischen dem Pumpraum 34 und den Einspritzlöchern 8 vorliegt.
Wird jedoch der Druck im Einspritzraum 34 durch eine Verdichtungsbewegung des Verstärkerkolbens 23 erhöht, so greift der Druck an der Druckfläche 35 an und hebt die Einspritznadel 6 nach Erreichen eines Abhebedruckes gegen die Vorspannung des dritten Federelementes 39 vom Dichtsitz ab, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen dem Einspritzraum und den Einspritzlöchern 8 vorliegt. In dieser Position der Einspritznadel 6 wird Kraftstoff aus dem Einspritzraum 34 über die Ein- spritzlöcher 8 abgegeben.
Kraftstoff, der über einen Dichtspalt des Führungsabschnittes 55 der Einspritznadel 6 entweicht, wird über ein Leckageventil 41 zu dem Kraftstoffräum 53 abgeführt. Das Ventil 14 steuert in Abhängigkeit von der Schaltposition den Druck in dem Pumpraum 22 und damit den Verdichtungshub des Verstärkerkolbens 23. Die Fläche der ersten Stirnseite 24 ist größer als die Fläche der zweiten Stirnseite 28, so dass eine Druckerhöhung zwischen dem Druck in dem Pumpraum 22 und dem Druck in der Verstärkerkammer 29 und im Einspritzraum 34 erreicht wird.
Die Funktionsweise des Ventils 14 wird anhand von Fig. 2 näher erläutert.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ventilkörpers 3. Der Ventilkörper 3 weist die mittige Durchgangsbohrung 56 auf, die im oberen Bereich durch den Aktor 18 und im unteren Bereich durch die Anlageplatte 21 abgedichtet ist. Die Durchgangsbohrung 56 weist einen oberen ersten Abschnitt 57 auf, ' in den der Aktor 18 mit dem Gehäuse eingeschraubt ist. Der erste Abschnitt 57 geht über eine Stufe in einen zweiten Abschnitt 58 über, der eine zweite Ventilkammer 17 darstellt. Der zweite Abschnitt 58 weist einen kleineren Querschnitt als der erste Abschnitt 57 auf. Der zweite Abschnitt 58 geht in einen dritten Abschnitt 59 über, wobei der dritte Abschnitt 59 einen kleineren Querschnitt als der zweite Abschnitt 58 aufweist. Der dritte Abschnitt 59 geht über eine Stufe in einen vierten Abschnitt 60 über, der einen größeren Querschnitt als der dritte Abschnitt 59 aufweist. Der vierte Abschnitt 60 geht über eine Stufe in einen fünften Abschnitt 61 über, der einen größeren Querschnitt als der vierte Abschnitt 60 aufweist. Der fünfte Abschnitt 61 stellt die erste Ventilkammer 11 dar.
Der Aktor 18 ist vorzugsweise als piezoelektrischer Aktor ausgebildet, der elektrische Anschlüsse 45 aufweist. An die elektrischen Anschlüsse 45 werden Steuerleitungen angeschlossen, die mit einem Steuergerät in Verbindung stehen. Das Steuergerät steuert den Aktor 18 nach vorgegebenen Verfahren in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine .
Der Aktor 18 ist mit einem zweiten Schließglied 15 in Wirkverbindung, wobei das zweite Schließglied 15 in der zweiten Ventilkammer 17 angeordnet ist. Das zweite Schließglied 15 weist eine vierte Dichtfläche 51 auf, die einer dritten Dichtfläche 50 zugeordnet ist. Die dritte Dichtfläche 50 ist am Ventilkörper 3 im Übergangsbereich zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt 58, 59 ausgebildet. Weiterhin weist das zweite Schließglied 15 eine Stange 16 auf, die durch den dritten Abschnitt 59 und den vierten Abschnitt 60 zur ersten Ventilkammer 11 geführt ist. Die Stange 16 steht mit einem ersten Schließglied 13 in Verbindung, das im Wesentlichen in der ersten Ventilkammer 11 angeordnet ist. Das erste Schließ- glied 13 weist eine zweite Dichtfläche 49 auf, die einer ersten Dichtfläche 48 zugeordnet ist. Die erste Dichtfläche 48 ist am Ventilkörper 3 im Übergangsbereich zwischen dem vierten und fünften Abschnitt 60, 61 angeordnet. In der ersten Ventilkammer 11 ist ein erstes Federelement 12 angeordnet, das das erste Schließglied 13 in Richtung auf die erste Dichtfläche 48 vorspannt.
Die zweite Dichtfläche 49 des ersten Schließgliedes 13 und die vierte Dichtfläche 51 des zweiten Schließgliedes 15 sind vorzugsweise als konische Flächen ausgebildet. Ebenso sind vorzugsweise die dritte und erste Dichtfläche 50, 48 entsprechend als konische Flächen ausgebildet, um eine sichere Abdichtung mit Hilfe des ersten und zweiten Schließgliedes 13, 15 zu gewährleisten. Das erste und das zweite Schließglied 13, 15 sind über die Stange 16 in der Weise beabstandet und fest miteinander verbunden, dass je nach Auslenkungsposition des Aktors 18 das erste oder zweite Schließglied 13, 15 auf dem zugeordneten Dichtsitz 48, 50 aufliegt und somit entweder die Zulaufleitung 10 oder die Entlastungsleitung 47 mit der ersten Versorgungsleitung 20 verbunden ist. Dazu ist die co t i o I—1 P1 o Ui o m o cπ
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Stirnseite 24 an, so dass eine Verschiebung des Pumpkolbens schnell erfolgt.
Soll eine Einspritzung erfolgen, wird vom Steuergerät der Aktor 18 in der Weise angesteuert, dass er sich nach unten aus- lenkt und dabei das zweite Schließglied 15 mit der vierten Dichtfläche 51 auf die zugeordnete dritte Dichtfläche 50 drückt und damit die Verbindung zwischen der Entlastungsleitung 47 und der ersten Versorgungsleitung 20 unterbricht. Gleichzeitig wird durch die Verschiebung des zweiten Schließ- gliedes 15 über die Stange 16 das erste Schließglied 13 von der ersten Dichtfläche 48 weggedrückt und somit ein Verbindungsquerschnitt zwischen der ersten Versorgungsleitung 20 und der Zulaufleitung 10 geöffnet. Die Zulaufleitung 10 steht über den Zulaufanschluss 9 mit einem Fluidreservoir, vorzugs- weise einem Kraftstoffreservoir mit einem vorgegebenen Druck in Verbindung. Somit fließt das Fluid mit vorgegebenem Druck in den Pumpraum 22 und drückt den Pumpkolben 64 entgegen der Vorspannkraft des zweiten Federelementes 26 nach unten in Richtung auf die Verstärkerkammer 29. Die Verstärkerkammer 29 ist vollständig mit Kraftstoff gefüllt, so dass der Druck ü- ber die erste Bohrung 67, die vierte Versorgungsleitung 54 und die dritte Versorgungsleitung 32 im Einspritzraum 34 erhöht wird. Übersteigt der Druck im Einspritzraum 34 einen vorgegebenen Abhebedruck, so wird die Einspritznadel 6 über den Druck an der Druckfläche 35 gegen die Vorspannkraft des dritten Federelementes 39 vom Dichtsitz abgehoben, so dass Kraftstoff vom Einspritzraum 34 über die Einspritzlöcher 8 abgegeben wird.
Vorzugsweise ist als Kraftstoffreservoir ein Kraftstoffspei- eher, ein so genanntes Common-Rail vorgesehen, mit dem der Zulaufanschluss 9 mit Kraftstoff unter Druck von bis zu 500 bar versorgt wird.
Soll die Einspritzung beendet werden, so wird der Aktor entsprechend angesteuert, dass er sich nach oben zurückzieht. ro ro P1 > cπ σ cπ o Cπ d Φ 3 φ X-A Φ hj ex 13 ex ^ σ ex CO co P •n tr tr ex X-1 < ex ex Hi tr ex ^d d hj P- hi d P- d Φ Φ P- Φ Φ P- P- DJ O Φ φ Φ φ Φ P- hj H Φ J o ex CO rt CO P d rt DJ hj ua Φ d rt rt α P1 d hj d P- hj Φ P- DJ: P- co H rt rt Φ Hi a φ d • d N N Φ ι£5 • rt CO rt Ω ua
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Claims

Patentansprüche
1. Einspritzventil mit einem Gehäuse, mit einer Zulaufleitung (10), die über ein steuerbares Ventil (14) zu einem Pumpraum (22) geführt ist, mit einem Kolben (64), der mit einer ersten Stirnseite (24) den Pumpraum (22) begrenzt, wobei der Kolben (64) mit einer zweiten Stirnseite (28) einen Verstärkerraum (29) begrenzt, wobei der Verstärkerraum (29) über ein zweites Ventil (30) mit einem Kraftstoffreservoir verbindbar ist, mit einem Einspritzraum (34), der mit dem Verstärkerraum (29) in Verbindung steht, mit einer Einspritznadel (6) , die beweglich im Einspritzraum (34) geführt ist, wobei die Einspritznadel (6) eine Druckfläche (35) aufweist, die im Einspritzraum (34) angeordnet sind, wobei die Einspritznadel (6) abhängig von einer Schaltposition einen Verbindungsquerschnitt zwischen dem Einspritzraum (34) und einem Einspritzloch (8) öffnet oder verschließt, wobei ein Druck im Pumpraum (22) durch den Kolben (64) in einen erhöhten Druck im Verstärkerraum (29) und Einspritzraum (34) übertragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ventil (14) den Druck im Pumpraum (22) steuert, und dass die Schaltposition der Einspritznadel durch den Druck im Pumpraum (22) eingestellt wird.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ventil (14) als 3/2-Wege-Ventil mit drei Leitungsan- Schlüssen ausgebildet ist, dass ein erster Leitungsanschluss mit einer Zulaufleitung (10) verbunden ist, dass ein zweiter Leitungsanschluss mit einer ersten Versorgungsleitung (20) verbunden ist, dass ein dritter Leitungsanschluss mit einer Entlastungsleitung (47) verbunden ist, und dass abhängig von der Schaltstellung des Ventils (14) die erste Versorgungsleitung (20) entweder mit der Zulaufleitung (10) oder mit der Entlastungsleitung (47) verbunden ist.
3. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zulaufleitung (10) in eine erste Ventilkammer (11) mündet, dass die erste Ventilkammer (11) eine AblaufÖffnung aufweist, dass um die AblaufÖffnung ein Dichtsitz (48) ausgebildet ist, dass dem Dichtsitz (48) ein erstes Schließglied (13) zugeordnet ist, dass die AblaufÖffnung mit der ersten Versorgungsleitung (20) verbunden ist, und dass abhängig von der Position des ersten Schließgliedes (13) die erste Ventilkammer (11) mit der ersten Versorgungsleitung (20) verbunden ist oder nicht.
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, , dass das erste Schließglied (13) eine konische Dichtfläche
(49) aufweist, und dass der Dichtsitz (48) eine konische zweite Dichtfläche auf- weist.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, , dass das erste Schließglied (13) über eine Stange (16) mit einem zweiten Schließglied (15) verbunden ist, dass das zweite Schließglied (15) in einer zweiten Ventilkammer (17) angeordnet ist, dass die erste und zweite Ventilkammer (11, 17) über eine Verbindungsbohrung (56) miteinander verbunden sind, dass die Stange durch die Verbindungsbohrung (56) geführt ist, und dass die zweite Ventilkammer (17) mit der Entlastungsleitung (47) verbunden ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite Schlussglied (15) mit einem Aktor (18) in Wirkverbindung steht, der die Schaltpositionen des ersten und zweiten Schließgliedes (13, 15) vorgibt.
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste und zweite Ventilkammer (11, 17) entlang einer Achse angeordnet sind, und dass die Achse parallel oder vorzugsweise entlang einer Mittensymmetrieachse (19) des Einspritzventils (1) angeordnet ist .
8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Ventilkammer (17) um einen Einmündungsbereich der Verbindungsbohrung (56) einen Dichtsitz mit einer dritten Dichtfläche (50) aufweist, und dass das zweite Schließglied (15) eine vierte Dichtfläche (51) aufweist, die der dritten Dichtfläche (50) zugeordnet ist.
9. Einspritzventil nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dritte und vierte Dichtfläche (50, 51) konisch ausgebildet sind.
10. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ventil (14) mit einem piezoelektrischen Aktor (18) in Verbindung' steht, mit dem das Ventil (14) betätigbar ist.
11. Einspritzventil nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der piezoelektrische Aktor (18) an einem oberen Ende des Gehäuses (3) in das Gehäuse (3) teilweise eingefügt ist.
12. Einspritzventil nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der piezoelektrische Aktor (18) mit seiner Mittenachse in der Mittensymmetrieachse (19) des Einspritzventils (1) angeordnet ist.
13. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die dritte und vierte Dichtfläche (50, 51) als ebene
Flächen ausgebildet sind und dass die Verbindungsbohrung (56) an die erste Versorgungsleitung (20) angeschlossen ist.
14. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Stirnseite (24) eine erhöhte Anlagefläche (63) aufweist, die an eine Anlageplatte (21) in Anlage bringbar ist und dass die erste Versorgungsleitung (20) in einem Bereich außerhalb der Anlagefläche (63) in den Pumpraum (22) mündet.
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