WO2004048769A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-wege-steuerventil zur einspritzverlaufsformung - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-wege-steuerventil zur einspritzverlaufsformung Download PDF

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Definitions

  • the invention proceeds from a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • the nozzle needle of an Kraft fürinsp ⁇ 'tzventils dependent opened by the pressure prevailing in a control chamber pressure, or closed.
  • the control chamber which is permanently connected to the high-pressure side, can be connected to the low-pressure side by means of a 2/2-way control valve designed as a double-seat valve and can thus be relieved of pressure.
  • injection course shaping is not possible with this fuel injection device.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of patent claim 1 has the advantage that the pressure prevailing in the control chamber is reduced at different speeds by activating or deactivating the flow restrictor, and therefore an injection curve can be shaped.
  • FIG. 1 shows the fuel injection device according to the invention with a double-seat valve controlling the pressure in a control chamber in its upper valve position
  • FIG. 2 shows the double seat valve of FIG. 1 in its middle valve position
  • Fig. 3 shows the double seat valve of Figure 1 in its lower valve position.
  • Fig. 4 shows the fuel injection device of Fig. 1 with an additional inlet throttle.
  • the fuel injection device 1 according to the invention shown in FIG. 1 is usually used in an internal combustion engine with a plurality of cylinders, with each of these cylinders being assigned a fuel injection valve (injector).
  • This injector has, in a manner known per se, an injector nozzle, not shown here, which projects into a cylinder combustion chamber of the internal combustion engine, and an injector needle 3 which opens and closes the injector depending on the pressure in a control chamber 2 and is only indicated to a small extent here.
  • the control room 2 is permanently connected to a high-pressure inlet line (high-pressure side) 5 via an inlet throttle 4.
  • a 3/3-way control valve 6 in the form of a double-seat valve is provided, which opens or blocks the connection of the control chamber 2 with a low-pressure drain line (low-pressure side) 7.
  • the high-pressure inlet line 5 can be connected to a high-pressure reservoir (common rail), not shown, and the low-pressure outlet line 7 can be connected to leakage oil.
  • An outlet throttle 8 is arranged in the low-pressure outlet line 7.
  • the control valve 6 has a valve body 9 designed as a valve ball, which is located in a valve chamber 10 between two coaxial annular valve seats 11, 12 by means of a e.g. piezoelectric actuator 13 is axially adjustable.
  • the lower valve seat 11 in FIG. 1 is provided between a first drain channel 14 of the control chamber 2 and the valve chamber 9 and the upper valve seat 12 between the valve chamber 9 and the low-pressure drain line 7.
  • the valve chamber 9 is permanently connected to the second outlet channel 16 via an outlet throttle 15
  • the high-pressure side throttle 15 having a higher throttle resistance, for example a smaller throttle opening, than the low-pressure side throttle 8.
  • the valve body 9 can be moved into an upper, middle or lower valve position by means of the actuator 13.
  • the valve opening of the upper valve seat 12 is closed by the valve body 9 and the valve opening of the lower valve seat 11 is opened, so that the connection of the control chamber 2 to the low-pressure side is blocked.
  • the high pressure prevailing in the control chamber 2 acts on a control surface 17 of the nozzle needle 3 acting in the closing direction of the nozzle needle 3, so that the nozzle needle 3 or the fuel injection valve are closed.
  • valve body 9 In the middle valve position shown in FIG. 2, the valve body 9 is located between the two valve seats 11, 12, so that the valve openings of the two valve seats 11, 12 are open.
  • the control chamber 2 is connected to the low-pressure discharge line 7 via both discharge channels 14, 16, so that the pressure prevailing in the control chamber 2 is reduced and the nozzle needle 3 or the fuel injection valve open. Because of the discharge throttle 15, the pressure reduction from the control chamber 2 into the valve chamber 10 takes place mainly via the first relief channel 14, so that the pressure reduction rate is primarily determined by the discharge throttle 8 on the low-pressure side.
  • valve body 9 closes the valve opening of the lower valve seat 11, as a result of which the pressure reduction from the control chamber 2 into the valve chamber 10 takes place solely via the second relief channel 16. Because of its higher throttle resistance, the pressure reduction rate is primarily determined by the discharge throttle 15 on the low-pressure side.
  • the variant shown in FIG. 4 differs from the fuel injection device of FIG. 1 in that the first outlet channel 14 is connected directly to the inlet line 5 via a further inlet throttle 18.
  • this inlet throttle 18 acts as a bypass.
  • the inlet throttle 18 acts in series with the outlet throttle 15 on the high-pressure side, which can thereby be very finely coordinated with the two inlet throttles 4, 18.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit einem zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckseite (5, 7) angeordneten Steuerventil (6), das die Verbindung eines Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) öffnet oder sperrt, und mit einer zwischen Steuerventil (6) und Niederdruckseite (7) angeordneten Ablaufdrossel (8) weist das Steuerventil (6) eine erste Ventilposition, in der die Verbindung des Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) gesperrt ist, eine zweite Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen ersten Ablaufkanal (14) verbunden ist, und eine dritte Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen eine Ablaufdrossel (15) aufweisenden zweiten Ablaufkanal (16) verbunden ist, auf.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-Weqe-Steueπtentil zur Einspritzverlaufsformunq
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Bei solch einer z.B. durch die DE 100 39 215 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird die Düsennadel eines Kraftstoffeinspπ'tzventils abhängig von dem in einem Steuerraum herrschenden Druck geöffnet oder geschlossen. Der permanent an die Hochdruckseite angeschlossene Steuerraum kann mittels eines als Doppelsitzventil ausgebildeten 2/2-Wege-Steuerventils mit der Niederdruckseite verbunden und dadurch druckentlastet werden. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist eine Einspritzverlaufsformung allerdings nicht möglich.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der im Steuerraum herrschende Druck durch Aktivieren oder Deaktivieren der Ablaufdrossel unterschiedlich schnell abgebaut wird und daher eine Einspritzverlaufsformung durchgeführt werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem als Doppelsitzventil ausgestalteten 3/3- Wege-Steuerventil sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem den Druck in einem Steuerraum steuernden Doppelsitzventil in seiner oberen Ventilposition;
Fig. 2 das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner mittleren Ventilposition;
Fig. 3 das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner unteren Ventilposition; Fig. 4 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zulaufdrossel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) zugeordnet ist. Dieser Injektor weist in an sich bekannter Weise eine in einen Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine ragende, hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse sowie eine die Einspritzdüse abhängig vom Druck in einem Steuerraum 2 öffnende und schließende, hier nur zu einem kleinen Teil angedeutete Düsennadel 3 auf.
Der Steuerraum 2 ist über eine Zulaufdrossel 4 dauerhaft an eine Hochdruck- Zulaufleitung (Hochdruckseite) 5 angeschlossen. Zum Steuern des Einspritzvorgangs ist ein 3/3-Wege-Steuerventil 6 in Form eines Doppelsitzventils vorgesehen, das die Verbindung des Steuerraums 2 mit einer Niederdruck- Ablaufleitung (Niederdruckseite) 7 öffnet oder sperrt. Die Hochdruck-Zulaufleitung 5 kann mit einem nicht gezeigten Hochdruckspeicher (Common Rail) und die Niederdruck-Ablaufleitung 7 mit Lecköl verbunden sein. In der Niederdruck- Ablaufleitung 7 ist eine Ablaufdrossel 8 angeordnet.
Das Steuerventil 6 hat einen als Ventilkugel ausgebildeten Ventilkörper 9, der in einer Ventilkammer 10 zwischen zwei koaxialen ringförmigen Ventilsitzen 11, 12 mittels eines z.B. piezoelektrischen Stellantriebs 13 axial verstellbar ist. Der in Fig. 1 untere Ventilsitz 11 ist zwischen einem ersten Ablaufkanal 14 des Steuerraums 2 und der Ventilkammer 9 und der obere Ventilsitz 12 zwischen Ventilkammer 9 und Niederdruck-Ablaufleitung 7 vorgesehen. Die Ventilkammer 9 ist über einen eine Ablaufdrossel 15 aufweisenden zweiten Ablaufkanal 16 dauerhaft an den
Steuerraum 2 angeschlossen, wobei die hochdruckseitige Ablaufdrossel 15 einen höheren Drosselwiderstand, z.B. eine kleinere Drosselöffnung, als die niederdruckseitige Ablaufdrossel 8 hat. Mittels des Stellantriebs 13 kann der Ventilkörper 9 in eine obere, mittlere oder untere Ventilposition verschoben werden. In der in Fig. 1 gezeigten oberen Ventilposition des Ventilkörpers 9 ist die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 12 durch den Ventilkörper 9 verschlossen und die Ventilöffnung des unteren Ventilsitzes 11 geöffnet, so dass die Verbindung des Steuerraums 2 zur Niederdruckseite gesperrt ist. Der im Steuerraum 2 herrschende Hochdruck greift an einer in Schließrichtung der Düsennadel 3 wirkenden Steuerfläche 17 der Düsennadel 3 an, so dass die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen sind.
In der in Fig. 2 gezeigten mittleren Ventilposition befindet sich der Ventilkörper 9 zwischen beiden Ventilsitzen 11, 12, so dass die Ventilöffnungen der beiden Ventilsitze 11 , 12 geöffnet sind. Der Steuerraums 2 ist über beide Ablaufkanäle 14, 16 mit der Niederdruck-Ablaufleitung 7 verbunden, so dass der im Steuerraum 2 herrschende Druck abgesenkt wird und die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen. Wegen der Ablaufdrossel 15 erfolgt dabei der Druckabbau vom Steuerraum 2 in die Ventilkammer 10 hauptsächlich über den ersten Entlastungskanal 14, so dass die Druckabbaugeschwindigkeit primär durch die niederdruckseitige Ablaufdrossel 8 bestimmt ist.
In seiner in Fig. 3 gezeigten unteren Ventilposition verschließt der Ventilkörpers 9 die Ventilöffnung des unteren Ventilsitzes 11 , wodurch der Druckabbau vom Steuerraum 2 in die Ventilkammer 10 allein über den zweiten Entlastungskanal 16 erfolgt. Die Druckabbaugeschwindigkeit ist wegen ihres höheren Drosselwiderstands primär durch die hochniederdruckseitige Ablaufdrossel 15 bestimmt.
Da der im Steuerraum 2 herrschende Druck in der mittleren und der unteren Ventilposition des Ventilkörpers 9 unterschiedlich schnell abgebaut wird, kann durch geeignete Kombination der beiden Ablaufdrosseln 8, 15 und der Zulaufdrossel 4 eine gewünschte Einspritzverlaufsformung mittels des Steuerventils 6 eingestellt werden.
Von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 unterscheidet sich die in Fig. 4 gezeigte Variante dadurch, dass der erste Ablaufkanalkanal 14 über eine weitere Zulaufdrossel 18 direkt an die Zulaufleitung 5 angeschlossen ist. In der unteren und mittleren Ventilposition des Ventilkörpers 9 wirkt diese Zulaufdrossel 18 als Bypass. In der unteren Ventilposition des Ventilkörpers 9 wirkt die Zulaufdrossel 18 in Reihe zur hochdruckseitigen Ablaufdrossel 15, die dadurch zu den beiden Zulaufdrosseln 4, 18 sehr fein abgestimmt werden kann. Beim Übergang des Ventilkörpers 9 in seine obere Ventilposition bewirkt die Zulaufdrossel 18, da der Druck im ersten Entlastungskanal 14 langsamer abgebaut wird, eine zusätzliche Schließkraft in Richtung auf die erste Ventilposition, so dass das Steuerventil 6 schneller schließt.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit einem zwischen einer Hoch- und einer Niederdruckseite (5, 7) angeordneten Steuerventil (6), das die Verbindung eines Steuerraums (2) zur
Niederdruckseite (7) öffnet oder sperrt, und mit einer zwischen Steuerventil
(6) und Niederdruckseite (7) angeordneten Ablaufdrossel (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) eine erste Ventilposition, in der die Verbindung des Steuerraums (2) zur Niederdruckseite (7) gesperrt ist, eine zweite
Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen ersten Ablaufkanal (14) verbunden ist, und eine dritte Ventilposition, in der der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) über einen eine Ablaufdrossel (15) aufweisenden zweiten Ablaufkanal (16) verbunden ist, aufweist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (15) des zweiten Ablaufkanals (16) einen höheren Drosselwiderstand als die niederdruckseitige Ablaufdrossel (8) hat.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Ventilposition der Steuerraum (2) mit der Niederdruckseite (7) auch über den zweiten Entlastungskanal (16) verbunden ist.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6) als Doppelsitzventil mit einem in einer Ventilkammer (10) zwischen zwei Ventilsitzen (11 , 12) axial verstellbaren Ventilkörper (9) ausgebildet ist, wobei der eine Ventilsitz (11) mit dem ersten Ablaufkanal (14), der andere Ventilsitz (12) mit der Niederdruckseite (7) und die Ventilkammer (10) mit dem zweiten Ablaufkanal (16) verbunden sind.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (2) über eine Zulaufdrossel (4), die einen kleineren Drosselwiderstand als die Ablaufdrossel (15) des zweiten Ablaufkanals (16) hat, an die Hochdruckseite (5) angeschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ablaufkanalkanal (14) über eine Zulaufdrossel (18) an die Hochdruckseite (5) angeschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (9) des Steuerventils (6) mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs (13) verstellbar ist.
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