WO2004051071A1 - 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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    • F02M63/0045—Three-way valves

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection device for example, known from DE 100 39 215 A1
  • the nozzle needle of a fuel injection valve is opened or dependent on the pressure prevailing in a control chamber 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 claim dem has the advantage that the pressure prevailing in the control chamber in the two open valve positions of the control valve is reduced at different speeds and therefore an injection curve can be carried out.
  • 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 lower 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 upper valve position.
  • Fig. 4 shows another embodiment of the invention
  • Fuel injection device with a differently designed double seat valve in a representation analogous to FIG. 1.
  • 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.
  • the control valve 6 has a high-pressure side valve connection 8, which is connected to the control chamber 2, and two low-pressure side valve connections 9, 10, which are each connected to the low-pressure discharge line 7 via an outlet throttle 11, 12.
  • the control valve 6 has a valve body 13 designed as a valve ball, which is axially adjustable in a valve chamber 14 between two coaxial annular valve seats 15, 16 by means of a piezoelectric actuator 17 against the action of a closing spring 18.
  • the valve chamber 14 is connected via the valve opening of the lower valve seat 15 in FIG. 1 to the high-pressure valve connection 8 and via the valve opening of the upper valve seat 16 to the first low-pressure valve connection 9.
  • the second low-pressure valve connection 10 is permanently connected to the valve chamber 14 connected.
  • the valve body 13 can be moved into an upper, middle or lower valve position by means of the actuator 17.
  • valve opening of the lower valve seat 15 is closed by the valve body 13 and the valve opening of the upper valve seat 16 is opened, so that the connection of the control chamber 2 to the low-pressure drain line 7 is blocked.
  • the high pressure prevailing in the control chamber 2 acts on a control surface 19 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 13 In the middle valve position shown in FIG. 2, the valve body 13 is located between the two valve seats 15, 16, so that the valve openings of the two valve seats 15, 16 are open.
  • the high-pressure valve connection 8 is now connected to both low-pressure valve connections 9, 10, so that the
  • Control room 2 is connected to the low-pressure discharge line 7 via both discharge throttles 11, 12. As a result, the pressure prevailing in the control chamber 2 is reduced and the nozzle needle 3 or the fuel injection valve open.
  • the pressure reduction rate is determined by the two parallel discharge throttle 11, 12. If the first outlet throttle 11 has a significantly smaller throttle resistance than the second outlet throttle 12, the pressure reduction rate is approximately determined by the first outlet throttle 11.
  • valve body 13 closes the valve opening of the upper valve seat 16.
  • the high-pressure side valve connection 8 is only connected to the second low-pressure side valve connection 10, so that the control chamber 2 is connected to the low-pressure valve only via the second outlet throttle 12. Drain line 7 is connected.
  • the pressure reduction rate is determined by the second outlet throttle 12.
  • valve body 113 of the control valve 106 is designed as a valve piston and is guided axially displaceably in a guide bore 120.
  • the valve body 113 has a lower and an upper conical valve sealing surface 121, 122 which cooperate with the two conical valve seats 115, 116.
  • the valve chamber 114 provided between the two valve seats 115, 116 is connected via the valve opening of the lower valve seat 115 in FIG. 4 to a lower annular space 123 of the guide bore 120 and via the valve opening of the upper valve seat 116 to an upper annular space 124 of the guide bore 120, the two annular spaces 123, 124 are formed by annular grooves of the valve body 113.
  • the high-pressure side valve connection 108 opens into the lower annular space 123, and the first low-pressure side valve connection 109 extends from the upper annular space 124.
  • the second low-pressure side valve connection 110 extends from the valve chamber 114.
  • the first low-pressure side valve connection 109 is connected to the low-pressure discharge line 107 via the first discharge throttle 111 and the second low-pressure side valve connection 110 is connected via the first discharge throttle 112.
  • Leakage oil line 125 in order to discharge the leakage oil present between valve body 113 and guide bore 120.
  • the first valve connection 108 is connected to both low-pressure side valve connections 109, 110, so that the pressure prevailing in the control chamber 102 is reduced via the two flow restrictors 111, 112 and that Open nozzle needle 103 or the fuel injection valve.
  • the high-pressure-side valve connection 108 is only connected to the second low-pressure-side valve connection 110, so that the pressure prevailing in the control chamber 102 is reduced only via the second outlet throttle 1 12 and the nozzle needle 3 or the fuel injection valve open.
  • a suitable injection course shaping by means of the control valve 106 can be set by a suitable combination of the two outlet throttles 11 1, 112 and the inlet throttle 104.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit einem an eine Hochdruckseite (5) angeschlossenen Steuerraum (2) und mit einem Steuerventil (6), das mit einem hochdruckseitigen Ventilanschluss (8) mit dem Steuerraum (2) und mit einem ersten niederdruckseitigen Ventilanschluss (9) über eine erste Ablaufdrossel (11) mit einer Niederdruckseite (7) verbunden ist, ist erfindungsgemäss ein zweiter niederdruckseitiger Ventilanschluss (10) des Steuerventils (6) über eine zweite Ablaufdrossel (12) mit der Niederdruckseite (7) verbunden, wobei in einer ersten Ventilposition die Verbindung des hochdruckseitigen Ventilanschlusses (8) zur Niederdruckseite (7) gesperrt ist, in einer zweiten Ventilposition der hochdruckseitige Ventilanschluss (8) mit beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüssen (9, 10) verbunden ist und in einer dritten Ventilposition der hochdruckseitige Ventilanschluss (8) mit einem der beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüsse (9, 10) verbunden ist.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 3/3-Weqe-Steuerventil 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 Kraftstoffeinspritzventils 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 Λ hat demgegenüber den Vorteil, dass der im Steuerraum herrschende Druck in den beiden offenen Ventilpositionen des Steuerventils 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 unteren Ventilposition;
Fig. 2 das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner mittleren Ventilposition;
Fig. 3 das Doppelsitzventil der Fig. 1 in seiner oberen Ventilposition; Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem anders ausgebildeten Doppelsitzventil in einer Darstellung analog zu Fig. 1.
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.
Das Steuerventil 6 hat einen hochdruckseitigen Ventilanschluss 8, der mit dem Steuerraum 2 verbunden ist, und zwei niederdruckseitige Ventilanschlüsse 9, 10, die mit der Niederdruck-Ablaufleitung 7 jeweils über eine Ablaufdrossel 11 , 12 verbunden sind. Das Steuerventil 6 hat einen als Ventilkugel ausgebildeten Ventilkörper 13, der in einer Ventilkammer 14 zwischen zwei koaxialen ringförmigen Ventilsitzen 15, 16 mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs 17 gegen die Wirkung einer Schließfeder 18 axial verstellbar ist. Die Ventilkammer 14 ist über die Ventilöffnung des in Fig. 1 unteren Ventilsitzes 15 mit dem hochdruckseitigen Ventilanschluss 8 und über die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 16 mit dem ersten niederdruckseitigen Ventilanschluss 9 verbunden. Der zweite niederdruckseitige Ventilanschluss 10 ist dauerhaft an die Ventilkammer 14 angeschlossen. Mittels des Stellantriebs 17 kann der Ventilkörper 13 in eine obere, mittlere oder untere Ventilposition verschoben werden.
In der in Fig. 1 gezeigten unteren Ventilposition des Ventilkörpers 13 ist die Ventilöffnung des unteren Ventilsitzes 15 durch den Ventilkörper 13 verschlossen und die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 16 geöffnet, so dass die Verbindung des Steuerraums 2 zur Niederdruck-Ablaufleitung 7 gesperrt ist. Der im Steuerraum 2 herrschende Hochdruck greift an einer in Schließrichtung der Düsennadel 3 wirkenden Steuerfläche 19 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 13 zwischen beiden Ventilsitzen 15, 16, so dass die Ventilöffnungen der beiden Ventilsitze 15, 16 geöffnet sind. Der hochdruckseitige Ventilanschluss 8 ist nunmehr mit beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüssen 9, 10 verbunden, so dass der
Steuerraum 2 über beide Ablaufdrosseln 11 , 12 mit der Niederdruck-Ablaufleitung 7 verbunden ist. Dadurch wird der im Steuerraum 2 herrschende Druck abgesenkt, und die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen. Die Druckabbaugeschwindigkeit ist durch die beiden parallelen Ablaufdrossel 11 , 12 bestimmt. Wenn die erste Ablaufdrossel 11 einen deutlich kleineren Drosselwiderstand als die zweite Ablaufdrossel 12 aufweist, ist die Druckabbaugeschwindigkeit näherungsweise durch die erste Ablaufdrossel 11 bestimmt.
In seiner in Fig. 3 gezeigten oberen Ventilposition verschließt der Ventilkörpers 13 die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 16. Der hochdruckseitige Ventilanschluss 8 ist nur noch mit dem zweiten niederdruckseitigen Ventilanschluss 10 verbunden, so dass der Steuerraum 2 nur über die zweite Ablaufdrossel 12 mit der Niederdruck- Ablaufleitung 7 verbunden ist. Dadurch wird der im Steuerraum 2 herrschende Druck abgesenkt, und die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen. Die Druckabbaugeschwindigkeit ist durch die zweite Ablaufdrossel 12 bestimmt.
Da der im Steuerraum 2 herrschende Druck in der mittleren und der oberen Ventilposition des Ventilkörpers 13 unterschiedlich schnell abgebaut wird, kann durch geeignete Kombination der beiden Ablaufdrosseln 11 , 12 und der Zulaufdrossel 4 eine gewünschte Einspritzverlaufsformung mittels des Steuerventils 6 eingestellt werden.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 ist der Ventilkörper 113 des Steuerventils 106 als Ventilkolben ausgebildet und in einer Führungsbohrung 120 axial verschiebbar geführt. Der Ventilkörper 113 hat eine untere und eine obere konische Ventildichtfläche 121 , 122, die mit den beiden konischen Ventilsitzen 115, 116 zusammenwirken. Die zwischen beiden Ventilsitzen 115, 116 vorgesehene Ventiikammer 114 ist über die Ventilöffnung des in Fig. 4 unteren Ventilsitzes 115 mit einem unteren Ringraum 123 der Führungsbohrung 120 und über die Ventilöffnung des oberen Ventilsitzes 116 mit einem oberen Ringraum 124 der Führungsbohrung 120 verbunden, wobei die beiden Ringräume 123, 124 durch Ringnuten des Ventilkörpers 113 gebildet sind. Der hochdruckseitige Ventilanschluss 108 mündet in den unteren Ringraum 123, und der erste niederdruckseitige Ventilanschluss 109 geht vom oberen Ringraum 124 ab. Der zweite niederdruckseitige Ventilanschluss 110 geht von der Ventilkammer 114 ab. Mit der Niederdruck-Ablaufleitung 107 ist der erste niederdruckseitige Ventilanschluss 109 über die erste Ablaufdrossel 111 und der zweite niederdruckseitige Ventilanschluss 110 über die erste Ablaufdrossel 112 verbunden. Am unteren Ende der Führungsbohrung 120 geht noch eine
Leckölleitung 125 ab, um das zwischen Ventilkörper 113 und Führungsbohrung 120 vorhandene Lecköl abzuführen.
In der in Fig. 4 gezeigten unteren Ventilposition des Ventilkörpers 113 ist die Verbindung des über die Zulaufdrossel 104 an die Hochdruck-Zulaufleitung 105 angeschlossenen Steuerraums 102 zur Niederdruck-Ablaufleitung 107 gesperrt. Der im Steuerraum 102 herrschende Hochdruck greift an der in Schließrichtung der Düsennadel 103 wirkenden Steuerfläche 119 der Düsennadel 103 an, so dass die Düsennadel 103 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen sind. In der mittleren Ventilposition (nicht gezeigt) des Ventiikörpers 113 zwischen beiden Ventilsitzen 115, 116 ist der erste Ventilanschluss 108 mit beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüssen 109, 110 verbunden, so dass der im Steuerraum 102 herrschende Druck über die beiden Ablaufdrosseln 111 , 112 abgesenkt wird und die Düsennadel 103 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen. In der oberen Ventilposition (nicht gezeigt) des Ventilkörpers 13 ist der hochdruckseitige Ventilanschluss 108 nur mit dem zweiten niederdruckseitigen Ventilanschluss 110 verbunden, so dass der im Steuerraum 102 herrschende Druck nur über die zweite Ablaufdrossel 1 12 abgesenkt wird und die Düsennadel 3 bzw. das Kraftstoffeinspritzventil öffnen.
Da der im Steuerraum 102 herrschende Druck in der mittleren und der oberen Ventilposition des Ventilkörpers 113 unterschiedlich schnell abgebaut wird, kann durch geeignete Kombination der beiden Ablaufdrosseln 11 1 , 112 und der Zulaufdrossel 104 eine gewünschte Einspritzverlaufsformung mittels des Steuerventils 106 eingestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1 ; 101) für Brennkraftmaschinen, mit einem an eine Hochdruckseite (5; 105) angeschlossenen Steuerraum (2; 102) und mit einem Steuerventil (6; 106), das mit einem hochdruckseitigen
Ventilanschluss (8; 108) mit dem Steuerraum (2; 102) und mit einem ersten niederdruckseitigen Ventilanschluss (9; 109) über eine erste Ablaufdrossel (11 ; 111 ) mit einer Niederdruckseite (7; 107) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter niederdruckseitiger Ventilanschluss (10; 110) des
Steuerventils (6; 106) über eine zweite Ablaufdrossel (12; 112) mit der Niederdruckseite (7; 107) verbunden ist und dass in einer ersten Ventilposition die Verbindung des hochdruckseitigen Ventilanschlusses (8; 108) zur Niederdruckseite (7; 107) gesperrt ist, in einer zweiten Ventilposition der hochdruckseitige Ventilanschluss (8; 108) mit beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüssen (9, 10; 109, 110) verbunden ist und in einer dritten Ventilposition der hochdruckseitige Ventilanschluss (8; 108) mit einem der beiden niederdruckseitigen Ventilanschlüsse (9, 10; 109, 110) verbunden ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ablaufdrossel (12; 112) einen höherem Drosselwiderstand als die erste Ablaufdrossel (11 ; 111) aufweist.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (6; 106) als Doppelsitzventil mit einem in einer Ventilkammer (14; 114) zwischen zwei Ventilsitzen (15, 16; 1 15, 116) axial verstellbaren Ventilkörper (13; 113) ausgebildet ist, wobei der eine Ventilsitz (15; 115) mit dem hochdruckseitigen Ventilanschluss (8; 108), der andere Ventilsitz (16; 116) mit dem ersten niederdruckseitigen Ventilanschluss (9; 109) und die Ventilkammer (14; 114) mit dem zweiten niederdruckseitigen Ventilanschluss (10; 110) verbunden sind.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13) des Steuerventils (6) kugelförmig ausgebildet ist.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (1 13) des Steuerventils (106) kolbenförmig ausgebildet ist.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (2; 102) über eine Zulaufdrossel (4; 104) an die Hochdruckseite (5; 105) angeschlossen ist.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (4; 104) einen kleineren Drosselwiderstand als jede der beiden Ablaufdrosseln (15, 16; 115, 116) aufweist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (13; 113) des Steuerventils (6; 106) mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs (17) verstellbar ist.
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