WO2003087566A1 - Einspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen mit einem steuerventil und ventil zum steuern der kraftstoffzufuhr in einer einspritzeinrichtung - Google Patents

Einspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen mit einem steuerventil und ventil zum steuern der kraftstoffzufuhr in einer einspritzeinrichtung Download PDF

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Johann Warga
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    • F02M45/02—Fuel-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

Definitions

  • Injection device for internal combustion engines with a control valve and valve for controlling the fuel supply in an injection device
  • the present invention relates to an injection device for internal combustion engines and a valve for controlling the fuel supply in an injection device.
  • a control valve is known from US Pat. No. 5,460,329, a working medium controlling a pressure intensifier by the movement of the control valve piston.
  • the movement of the pressure booster piston in turn controls the movement of a valve needle of an injection valve for a fuel injection process accordingly.
  • the control valve piston has control edges, via which the flow of the working medium is controlled by the control valve.
  • an electrohydraulic control device which has two adjusting devices with which the overlap of the control edges of the control piston for two volume flows and thus the characteristic curves thereof can be adjusted. This can compensate for the disruptive influence of tolerances on the control edges.
  • a changeover valve of a hydraulic drive for a switching device in particular is known, wherein three different lines can be connected or disconnected from one another in a controlled manner via a control piston.
  • a second end of the control piston is located in a pressure chamber, which is connected to the tank line via a line.
  • the pressure chamber is pressure applied, which leads to the control movement of the control piston.
  • the high pressure in the pressure chamber is reduced again after the electromagnetic system is switched off via a throttle provided in the line.
  • the object of the present invention is to provide a control valve which, with a simple structure, enables precise control of a reduced flow rate.
  • a control or throttle edge which is formed on the movable control valve piston itself can be omitted, which simplifies the design and manufacture of the control valve.
  • a throttle is arranged outside the control valve piston and in front of the second chamber in order to set the reduced second flow rate.
  • the throttle is advantageously arranged in one of the fluid lines of the control valve housing between the control valve piston and the second chamber.
  • the medium is also pumped into the volume between the throttle and the control piston.
  • This volume is selected, the greater the time losses in the system in order to fill this volume.
  • the throttle is arranged as close as possible to the control valve piston.
  • the throttle is designed as a separate part and is mounted in the fluid line.
  • Fig. 1 is a schematic side view of the control valve according to the invention in three operating positions according to the first embodiment and the circuit diagram, and
  • Fig. 2a a detail of the control valve on an enlarged scale according to the first and the second embodiment.
  • a 3-way control valve for controlling a piston of a pressure booster of an injection device for internal combustion engines has a control valve piston 3 arranged in a control valve housing 1. Its axial position in the valve housing 1 is controlled by a control unit, which is not shown and is known per se. Various radial fluid lines 5 are formed through holes in the control valve housing 1. A rail 7, a pressure booster 9 and a discharge chamber 11 can be connected to one another in a controlled manner via these. 1, the 3-way control valve has three operating positions or positioning options for the control valve piston 3 (I, II, III). In position I, the valve connects the fluid supply from the rail 7 to the pressure booster 9 via two flow paths at a first flow rate Dl.
  • valve or the control valve piston 3 separates the one Supply of the fluid to the pressure intensifier 9 by closing the corresponding openings.
  • the control valve connects the space of the pressure intensifier 9 with the drain chamber 11 in the opposite direction of flow via two flow paths.
  • the control piston 3 has numerous corresponding annular grooves 13, which form the control edges of the control valve piston 3.
  • the valve closes the flow cross sections opened in positions I and II and establishes the fluid supply from the rail 7 to the central channel 5 or to the pressure intensifier 9.
  • This fluid channel typically has a diameter of approximately 2 mm and a length of approximately 10 mm.
  • a throttle 15 is arranged in the middle fluid channel 5 to the pressure intensifier 9 in the immediate vicinity of the control valve piston 3, which, in contrast to the other two operating positions (I, II), defines the fluid flow to a second flow rate D2 that is reduced compared to the first flow rate D1 reduced.
  • This flow rate D2 is therefore not set by corresponding control edges of the control piston 3.
  • the symmetrical structure of the control valve and the symmetrical arrangement of the throttle 15 in the valve housing 1 prevent axial forces from acting on the control valve piston 3, which would have to be compensated additionally.
  • the circuit diagram of the valve is additionally shown to illustrate the principle.
  • Pressure intensifier needed.
  • the pressure generated by the pressure intensifier piston in the high pressure chamber of the pressure intensifier 9 is just sufficient to open an injector needle in a pressure-controlled injection nozzle in an injection device with an electromagnetically controlled hydraulic circuit for a short time and not with the full needle stroke (not shown). This means that a minimum amount of fuel is injected in position III.
  • the pressure at the injection nozzle rises more slowly and, together with the given switching times, comparatively less fuel is injected.
  • the difference in filling times caused by the throttle is simplified by a factor of about 4.
  • the supply of the working medium to the pressure intensifier is therefore deliberately throttled at position III of the control valve in order to achieve the desired movement of the pressure intensifier piston and thus a stable, brief opening of the injection nozzle for the smallest possible injection quantities.
  • the throttle 15 according to the first embodiment and an alternative throttle 17 according to the second embodiment are compared on an enlarged scale.
  • the throttle 15 is formed by a ring which is stamped into the fluid channel 5 after the throttle bore has been produced.
  • the throttle consists of the same material as the control valve housing 1.
  • the throttle 17 is formed directly in the inner wall of the fluid channel 5. The throttle can be drilled or eroded and, if necessary, can then be rounded to the setpoint value of the reduced hydraulic flow D2.

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Abstract

Bekannt ist ein Steuerventil, insbesondere zum Steuern eines Kolbens eines Druckübersetzers (9) einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einem Steuerventilgehäuse (1) mit Fluidleitungen (5) und einem in dem Gehäuse in zumindest zwei Betriebpositionen (I, II, III) gesteuert verschiebbaren Steuerventilkolben (3), der dabei zumindest die Fluidverbindung zwischen einer ersten Kammer (7) und einer zweiten Kammer (9) mit einer ersten Durchflussmenge (D1) oder einer verringerten zweiten Durchflussmenge (D2) steuert. Um ein Steuerventil bereitzustellen, das bei einfachem Aufbau das genaue Steuern der reduzierten zweiten Durchflussmenge ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Einstellung der verringerten zweiten Durchflussmenge (D2) außerhalb des Steuerventilkolbens (3) und vor der zweiten Kammer (9) eine Drossel (15; 17) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Steuerventil und Ventil zum Steuern der Kraftstoffzufuhr in einer Einspritzeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen und ein Ventil zum Steuern der Kraftstoffzufuhr in einer Einspritzeinrichtung.
Ein Steuerventil ist bekannt aus der US 5,460,329, wobei ein Arbeitsmedium durch die Bewegung des Steuerventilkolbens einen Druckübersetzer steuert. Die Bewegung des Druckübersetzer-Kolbens wiederum steuert die Bewegung einer Ventilnadel eines Einspritzventils für einen Kraftstoffeinspritzvorgang entsprechend. Dabei weist der Steuerventilkolben Steuerkanten auf, über die der Strom des Arbeitsmediums durch das Steuerventil gesteuert wird.
Weiterhin ist aus der DE 196 49 833 eine elektrohydraulische Steuervorrichtung bekannt, die zwei Justiereinrichtungen aufweist, mit denen die Überdeckung der Steuerkanten des Steuerkolbens für zwei Volumenströme und damit deren Kennlinien justierbar sind. Dadurch kann der störende Einfluss von Tole- ranzen der Steuerkanten ausgeglichen werden.
Aus der DE 199 00 771 ist ein Umschaltventil eines hydraulischen Antriebes für insbesondere ein Schaltgerät bekannt, wobei über einen Steuerkolben drei verschiedene Leitungen mit- einander gesteuert verbunden bzw. getrennt werden können. Trotz der leistungsschwachen Ausbildung der verwendeten E- lektromagnetsysteme sind die bewirkten Umschaltungen sehr dynamisch und die exakte Wiederholgenauigkeit der Eigenzeiten kann unproblematisch erfüllt werden. Dabei befindet sich ein zweites Ende des Steuerkolbens in einem Druckraum, der über eine Leitung an die Tankleitung angeschlossen ist. Beim Ausschaltvorgang des Schaltgerätes wird der Druckraum mit Hoch- druck beaufschlagt, der zur Steuerbewegung des Steuerkolbens führt. Der Hochdruck im Druckraum baut sich nach dem Abschalten des Elektromagnetsystems über eine in der Leitung vorgesehene Drossel wieder ab.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerventil bereitzustellen, das bei einfachem Aufbau das genaue Steuern einer reduzierten Durchflussmenge ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist dies bei einem Steuerventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht. Bei der vorgeschlagenen Lösung kann eine am beweglichen Steuerventilkolben selbst ausgebildete Steuer- bzw. Drosselkante entfallen, was die Konstruktion und Fertigung des Steuerventils vereinfacht. Er- findungsgemäß ist vorgesehen, zur Einstellung der verringerten zweiten Durchflussmenge außerhalb des Steuerventilkolbens und vor der zweiten Kammer eine Drossel anzuordnen. Durch die Realisierung der Drosselung an einer definierten Position ohne bewegliche Teile wird die Genauigkeit der Dosierung des Fluides bei der Zufuhr zur zweiten Kammer bzw. zum Druckübersetzer erhöht. Auch das Problem des Steuerkolbenantriebes für die Gewährleistung der kleinsten Einspritzmenge wird in einfacher Weise und mit einer höheren Genauigkeit gelöst. Es wird also anstelle einer Fluid-Drosselung im Spalt zwischen dem Steuerkolben und dem Steuerventilgehause eine Drosselung durch die Verengung des Kanalquerschnittes hinter dem Ventil vorgeschlage .
Vorteilhafter Weise ist die Drossel in einer der Fluidleitun- gen des Steuerventilgehäuses zwischen dem Steuerventilkolben und der zweiten Kammer angeordnet. Bei der Befüllung des Systems wird das Medium auch in das Volumen zwischen der Drossel und dem Steuerkolben gepumpt. Je größer dieses Volumen gewählt ist, desto größer sind die zeitlichen Verluste im Sys- tem, um dieses Volumen zu befüllen. Diese Verluste sind dann minimiert, wenn die Drossel möglichst nah an dem Steuerventilkolben angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drossel als separates Teil ausgebildet ist und in der Fluidleitung montiert ist. Dadurch ist die exakte Herstellung der Drosselöffnung fertigungstechnisch im Vergleich zur unmittelbaren Ausbildung der Drossel im Fluidkanal deutlich vereinfacht. Andererseits erfordert der Einbau der außerhalb des Ventilgehäuses als separates Teil hergestellten Drossel einen zusätzlichen Montageschritt.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Steuerventils beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 in einer schematisierten Seitenansicht das erfindungsgemäße Steuerventil in drei Betriebstellungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sowie das Schaltschema, und
Fig. 2a, ein Detail des Steuerventils in vergrößertem Maßstab gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein 3-Wegesteuerventil zum Steuern eines Kolbens eines Druck- Übersetzers einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen (nicht gezeigt) weist einen in einem Steuerventilgehause 1 angeordneten Steuerventilkolben 3 auf. Dessen axiale Position in dem Ventilgehäuse 1 wird von einer nicht gezeigten an sich bekannten Steuereinheit gesteuert. In dem Steuerventil- gehäuse 1 sind durch Bohrungen verschiedene radiale Fluidleitungen 5 ausgebildet. Über diese können ein Rail 7, ein Druckübersetzer 9 sowie eine Abflusskammer 11 gesteuert miteinander verbunden werden. Gemäß Fig. 1 weist das 3- Wegesteuerventil drei Betriebspositionen bzw. Positionie- rungsmöglichkeiten des Steuerventilkolbens 3 (I, II, III) auf. In der Position I verbindet das Ventil die Fluidzufuhr von dem Rail 7 zu dem Druckübersetzer 9 über zwei Strömungswege bei einer ersten Durchflussmenge Dl. Diese ist durch die freien Öffnungsquerschnitte zwischen dem Steuerkolben 3 bzw. entsprechenden Steuerkanten und den jeweiligen Eintrittsöffnungen der Fluidleitungen 5 bestimmt. In der Position II trennt das Ventil bzw. der Steuerventilkolben 3 zum einen die Zufuhr des Fluides zum Druckübersetzer 9, indem die entsprechenden Öffnungen geschlossen werden. Zum anderen verbindet das Steuerventil in umgekehrter Strömungsrichtung über zwei Strömungswege den Raum des Druckübersetzers 9 mit der Ab- flusskammer 11. Für die Fluidsteuerung weist der Steuerkolben 3 zahlreiche entsprechende Ringnuten 13 auf, die die Steuerkanten des Steuerventilkolbens 3 bilden. In der Position III schließlich verschließt das Ventil die in den Positionen I und II geöffneten Strömungsquerschnitte und stellt die Fluid- zufuhr vom Rail 7 zu dem mittleren Kanal 5 bzw. zu dem Druckübersetzer 9 her. Typischer Weise weist dieser Fluidkanal wie auch die anderen einen Durchmesser von etwa 2 mm und eine Länge von etwa 10 mm auf. Dabei ist im mittleren Fluidkanal 5 zum Druckübersetzer 9 in unmittelbarere Nähe zum Steuerven- tilkolben 3 eine Drossel 15 angeordnet, die im Unterschied zu den beiden anderen Betriebspositionen (I, II) den Fluidstrom auf eine im Vergleich zur ersten Durchflussmenge Dl reduzierte zweite Durchflussmenge D2 definiert verringert. Diese Durchflussmenge D2 ist also nicht durch entsprechende Steuer- kanten des Steuerkolbens 3 eingestellt. Durch den symmetrischen Aufbau des Steuerventils und der symmetrischen Anordnung der Drossel 15 im Ventilgehäuse 1 ist vermieden, dass axiale Kräfte auf den Steuerventilkolben 3 wirken können, die zusätzlich kompensiert werden müssten. In Fig. 1 ist zusätz- lieh zur Veranschaulichung des Prinzips das Schaltbild des Ventils gezeigt.
In Position III des Ventils wird der Antrieb des hydraulischen Druckübersetzers 9 nicht mit voller Kraft, wie in Posi- tion I, sondern lediglich mit einer Teilkraft realisiert.
Folglich bewegt sich ein Kolben des Druckübersetzers 9 in Position III des Steuerventils langsamer als in der Position I. Die Verwendung der Drossel hat also die Reduzierung des Volumenstromes des Mediums zum Druckübersetzer zur Folge und da- mit eine Verlängerung der Zeit, die das Arbeitsmedium zum
Druckübersetzer benötigt. Der vom Druckübersetzer-Kolben in der Hochdruckkammer des Druckübersetzers 9 erzeugte Druck reicht dabei gerade aus, um eine Injektornadel in einer druckgesteuerten Einspritzdüse in einer Einspritzeinrichtung mit elektromagnetisch gesteuertem Hydraulikkreis kurzzeitig und nicht mit dem vollen Nadelhub zu öffnen (nicht gezeigt) . Daraus ergibt sich, dass in der Position III eine minimale Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Es steigt also der Druck an der Einspritzdüse langsamer an und zusammen mit gegebenen Schaltzeiten wird vergleichsweise weniger Brennstoff eingespritzt. Der durch die Drossel verursachte Unterschied der Füllzeiten ist dabei vereinfacht etwa durch den Faktor 4 gekennzeichnet. Die Zufuhr des Arbeitsmediums zum Druckübersetzer wird also bei der Position III des Steuerventils gezielt gedrosselt, um die gewünschte Bewegung des Druckübersetzer- Kolbens und damit eine stabile, kurzzeitige Öffnung der Ein- spritzdüse für kleinstmögliche Einspritzmengen zu erreichen.
Gemäß Fig. 2a und b sind in vergrößertem Maßstab die Drossel 15 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und eine alternative Drossel 17 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gegenüberge- stellt. Gemäß Fig. 3 a ist die Drossel 15 durch einen Ring gebildet, der nach der Fertigung der Drosselbohrung in den Fluidkanal 5 eingeprägt ist. Dabei besteht die Drossel aus dem gleichen Material wir das Steuerventilgehause 1. In Fig. 2b ist die Drossel 17 direkt in der Innenwand des Fluidkanals 5 ausgebildet. Die Drossel kann dabei gebohrt oder erodiert sein und falls erforderlich anschließend auf den Sollwert des verringerten hydraulischen Durchflusses D2 verrundet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Steuerventil zum Steuern eines Kolbens eines Druckübersetzers (9) , mit einem Steuerventilgehause (1) mit Fluidleitungen (5) und einem in dem Gehäuse in zumindest zwei Betriebpositionen (I, II, III) gesteuert verschiebbaren Steuerventilkolben (3) , der dabei zumindest die Fluidverbindung zwischen einer ersten Kammer (7) und einer zweiten Kammer (9) mit einer ersten Durchflussmenge (Dl) oder einer verringerten zweiten Durchflussmenge (D2) steuert, wobei zur Einstellung der verringerten zweiten Durchflussmenge (D2) außerhalb des Steuerventilkolbens (3) und vor der zweiten Kammer (9) eine Drossel (15; 17) angeordnet ist.
2. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (15) in einer der Fluidleitungen (5) des Steuerventilgehäuses (1) zwischen dem Steuerventilkolben (3) und der zweiten Kammer (9) angeordnet ist.
3. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (15) in der Fluidleitung (5) des Steuerventilgehäuses (1) gering beabstandet vom Steuerventilkolben (3) angeordnet ist.
4. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (15) als separates Teil ausgebildet ist ist.
5. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (17) in der Fluidleitung (5) ausgeformt ist.
6. Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der ersten Durchflussmenge (Dl) der Steuerventilkolben (3) zumindest eine Steuerkante aufweist.
7. Ventil zum Steuern der Kraftstoffzufuhr in einer Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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