WO2005057003A1 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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WO2005057003A1
WO2005057003A1 PCT/EP2004/053380 EP2004053380W WO2005057003A1 WO 2005057003 A1 WO2005057003 A1 WO 2005057003A1 EP 2004053380 W EP2004053380 W EP 2004053380W WO 2005057003 A1 WO2005057003 A1 WO 2005057003A1
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WO
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valve body
fuel injection
valve
control chamber
nozzle needle
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/053380
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English (en)
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Inventor
Jürgen Dick
Hellmut Freudenberg
Werner Reim
Willibald SCHÜRZ
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine with a controllable actuator, an inlet for supplying fuel, with two nozzle needles arranged coaxially to one another, an inner nozzle needle being displaceably guided within an outer nozzle needle, depending on the positions of the outer and inner nozzle needles different injection situations can be set.
  • DE 100 40 738 AI describes an injection device with an injection nozzle designed as a double needle nozzle, which comprises a first and a second nozzle needle.
  • An injection line opens into an annular space surrounding the two nozzle needles and is permanently in flow connection with a high-pressure line.
  • the injection device further comprises a control valve designed as a 3/3-way valve, which, depending on its position, connects the high-pressure line to a first or a second pressure line. Switching the control valve causes the respective nozzle needle to move axially, which makes injection processes possible for part-load and full-load operation.
  • One of the disadvantages is that in addition to the high-pressure line, two separate pressure lines and a complex one Control valve for the operation of such an injection device are necessary.
  • an injection nozzle which has an inner needle arranged in a hollow needle.
  • both nozzle needles can only be controlled via separate injection lines, which has proven to be complex in practice with regard to the operation and the production outlay of the injection nozzle.
  • an injection valve with coaxial injection needles which can be controlled via three control rooms.
  • an outer and an inner injection needle are supplied with fluid pressure via an inlet throttle to a control chamber, which can be discharged via an outlet throttle.
  • the inner injection needle is biased via a control chamber, which is connected unthrottled to a high-pressure feed line. The two about the.
  • Control chambers which can be filled with inlet throttles can be emptied by means of valve bodies arranged one above the other, which are controlled by a piston arrangement.
  • a first and a second control chamber are provided in the fuel injection valve, the first and the second control chamber being connectable to a drain via a first and a second valve body, and a single fluid channel that branches off from an inlet, first the second and then the first Control room supplied with fluid under high pressure.
  • the first valve body arranged on a first seat controls the pressure in the first control chamber and the second valve body arranged on a second seat controls the pressure in the second control chamber.
  • the outer and inner nozzle needles are designed with end faces, the end face of the inner nozzle needle being in operative connection with the first control chamber and the end face of the outer nozzle needle being in operative connection with the second control chamber.
  • the inner and / or outer nozzle needle can be deflected via the first and / or second valve body that is operatively connected to the actuator.
  • the valve bodies are designed in such a way that, starting from a predetermined force which the actuator exerts on the valve bodies, the first valve body first is moved from its seat into an open position, the second valve body initially remaining in its position on the valve seat. Due to the open position of the first valve body, the pressure in the first control chamber drops, at the same time the fuel located in the first control chamber flows along the first valve body through the valve seat into a leakage chamber, from where the fuel can be returned, for example, to a fuel tank. At the same time, the fuel pressure acting on the end face of the inner nozzle needle drops, so that the inner nozzle needle is lifted from an associated sealing seat and the injection starts via first injection holes.
  • the second valve body is moved out of its seat, so that the pressure in the second control chamber also drops.
  • the fuel located in the second control chamber flows through the second seat into the leakage chamber because of the pressure drop along the second valve body.
  • a lower pressure acts on the end face of the outer nozzle needle, so that the outer nozzle needle is also lifted from an associated sealing seat and injection is started via second injection holes.
  • the invention can be applied to both inward-opening and outward-opening fuel injection valves.
  • the first and the second valve body can be actuated independently of one another by the actuator. It is particularly advantageous that Half of the fuel injection valve, only one fuel channel from the inlet via the first control chamber to the second control chamber is used.
  • the inlet is connected to the second control chamber via a ring channel and a second throttle element.
  • the first and the second control chamber are preferably connected via a first throttle element. If the actuator moves the first valve body out of its seat, the inner or outer nozzle needle is deflected axially, depending on the embodiment of the fuel injection valve.
  • the end face of the outer or inner nozzle needle strikes a stop surface. Until the end face comes into contact with the stop face, a fuel flow from the first and to the second control chamber is possible.
  • the first control room is only closed off from the second control room when the respective surfaces stop.
  • valve bodies can be arranged, for example, one above the other or next to one another, which is shown in the following description of the figures.
  • the following description shows several embodiments of the fuel injection valve according to the invention, in which further advantages, features and details of the invention are explained in detail.
  • the features mentioned in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination. Show it
  • FIG. 1 shows a fuel injection valve according to the invention with two valve bodies arranged one above the other,
  • Figure 2 shows a fuel injector with two valve bodies and arranged side by side
  • Figure 3 shows a further alternative of a fuel injection valve with two valve bodies arranged side by side.
  • FIG. 1 shows an inwardly opening fuel injection valve 1, which is in the closed position, with a schematically indicated actuator 2.
  • a first and a second valve body 8, 10, which are in operative connection with the actuator 2 are one above the other in this embodiment of the invention, but in spaced from the rest position, the first valve body 8 abutting a first seat 12 and the second valve body 10 abutting a second seat 13.
  • Each valve body 8, 10 also has a valve spring 17, 18, which presses the valve body 8, 10 into the respective valve seat 12, 13 with a certain spring force. In this closed position, the valve bodies 8, 10 are at a distance from one another.
  • a first and a second control chamber 9, 11, which is filled with fuel, are assigned to each valve body 8, 10. The first control chamber 9 is connected to the second control chamber 11 via a throttle element (not shown).
  • the fuel injection valve 1 further comprises an inner nozzle needle 5, which is guided axially displaceably within an outer nozzle needle 4.
  • first and second injection bores 6, 7 are arranged, through which the fuel in the fuel injection valve 1 can be injected into a combustion chamber (not shown).
  • the fuel injection valve 1 is supplied with fuel through the inlet 3, which opens into an annular channel 14.
  • the fuel to be injected can be, for example, a high pressure pump and a common rail (common distributor tube) are transported into the inlet 3.
  • the high-pressure pump can deliver the fuel under a pressure of up to approx. 2000 bar into the common rail, which supplies the inlet 3 of the fuel injection valve 1 with fuel.
  • the annular channel 14 is connected to a second throttle element 15, which directs the fuel into the adjacent second control chamber 11 arranged below the second valve body 10.
  • the inner nozzle needle 5 has a nozzle spring 19 on the side opposite the injection openings 6, 7, which presses the inner nozzle needle 5 in the direction of the injection openings 6, 7.
  • a nozzle needle 30 also exerts a spring force on the outer nozzle needle 4 in the direction of the lower region of the fuel injection valve 1.
  • the fuel to be injected runs between the fuel injection valve housing 28 and the outer nozzle needle 4 up to the injection openings 6, 7.
  • the outer nozzle needle 4 is formed with a bore 31 through which the fuel is also passed and runs between the outer and inner nozzle needles 5 in the direction of the injection openings 6, 7.
  • the inner nozzle needle 5 lies on a first sealing seat, which is arranged above the first injection openings 6, as seen in the flow direction of the fuel.
  • the outer nozzle needle 4 is seated on a second sealing seat on the nozzle housing 28, which is arranged above the second injection openings 7, as seen in the direction of flow of the fuel, so that the fuel is not injected.
  • the first sealing seat is also formed on the nozzle housing 28 and is arranged between the first and second injection holes 6, 7.
  • the inner and the outer nozzle needles 5, 4 are formed with end faces 20, 21, 33, which are operatively connected to the first 9 and the second control chamber 11 and are at a distance from a facing stop face 22 in the closed position of the fuel injection valve 1.
  • the inner nozzle needle 5 has an upper end face 33 which delimits the control chamber 9.
  • a space is formed between the stop surface 22 and the end surfaces 20, 21 designed as pressure application surfaces and is connected on one side to the second control chamber 11 via a channel 29.
  • the actuator 2 can preferably be a piezo actuator that can be controlled by a control unit. If both valve bodies 8, 10 lie against their seats 12, 13, fuel is at a high pressure in the control rooms 9, 11. In this position, the valve bodies 8, 10 reliably seal the control spaces 9, 11 so that no fuel flows out in the direction of the actuator 2 into a leakage space arranged there, for example.
  • the actuator 2 If the actuator 2 is now actuated, it exerts a force on the first valve body 8, as a result of which the first valve body 8 is displaced from its seat 12.
  • the fuel which is under high pressure, flows from the first control chamber 9 along the upper valve body 8 via the valve seat 12 into the leakage chamber (not shown), which has a substantially lower pressure. Because of the lower pressure which is set on the upper end face 33 of the inner nozzle needle 5, a greater upward force acts on the inner nozzle needle 5, which is caused by several forces along its axial axis. len extent arranged pressure application surfaces is caused as the spring force 19 directed in the direction of the injection openings 6, 7, so that the inner nozzle needle 5 is deflected upward.
  • the first injection openings 6 are opened and there is a first injection situation, for example a pre-injection.
  • the end face 21 of the inner nozzle needle 5 strikes the stop face 22, as a result of which the second control chamber 11 is closed off from the first control chamber 9.
  • the first valve body 8 From a fixed open position of the first valve body 8, the first valve body 8 also moves the second valve body 10 out of its seat 13 into an open position.
  • the first valve body 8 When the second valve body 10 is in the open position, the first valve body 8 is in contact with the second valve body 10.
  • the fuel in the second control chamber 11 under a high pressure flows along the first and second valve bodies 8, 10 into the leakage chamber.
  • a lower pressure is set on the end face 20 which is operatively connected to the second control chamber 11, so that the upward force acting on the outer nozzle needle 4 is greater than the opposite spring force emanating from the nozzle spring 30. Consequently, the outer nozzle needle 4 moves axially upward, contacting the stop surface 22 with its end face 20.
  • the second injection openings 7 are opened (main injection).
  • the closing process is the reverse of the opening process.
  • high pressure is again built up in the two control spaces 9, 11 via the throttle elements 15, the two nozzle needles 4, 5 simultaneously moving in the direction of the injection openings 6, 7 and closing them.
  • a fuel injection valve 1 is shown which has two valve bodies 8, 10 arranged next to one another.
  • the structure of the fuel injection valve 1 essentially corresponds to that of the fuel injection valve 1 from FIG. 1.
  • the first valve body 8 is on a first
  • a transmission element 23 is arranged within a wall 26, which transmits the actuator 2 Force is transmitted to the valve body 8, 10 via a base plate 32, which rests on the transmission element 23.
  • the transmission element 23 rests simultaneously on the first and the second valve body 8, 10 and is at a distance or a play 27 to the side of the wall 26.
  • the first control chamber 9 is connected to the second control chamber 11 via the first throttle element 16.
  • the transmission element 23 initially tilts in the direction of the second valve body 10 from a certain force of the actuator 2, the second valve body 10 being simultaneously moved out of its seat 13. Since a larger actuator force is necessary for the movement of the first valve body 8 out of the seat 12 due to the larger seating area, the first valve body 8 initially remains in the closed position. Because of the lower pressure in the second control chamber 11, a lower pressure acts on the end face 20 of the outer nozzle needle 4, so that the outer nozzle needle 4 moves up to the stop surface 22. An injection takes place via the second injection openings 7.
  • the second valve body 10 is formed on a side opposite the second seat 13 with a pin 34 which, in the open position, is arranged at a distance from a contact surface 24 of the valve spring 18.
  • the transmission element 23 tilts in the direction of the first valve body 8.
  • the inner nozzle needle 5 moves due to the lower pressure in the first control chamber 9 upwards and strikes with its end face 21 against the stop face 22.
  • the first injection openings 6 are now also open. So that the transmission element 23, which acts like a kind of lever, can be tilted reliably to one side and the other, it is convexly formed laterally to the wall 26.
  • the first seat 12 with a diameter that is smaller than the diameter of the second seat 13.
  • the inner nozzle needle 5 is first moved axially upward and then with a greater force of the actuator 2 there is a movement of the outer nozzle needle 4.
  • the transmission element 23 can rest against a first valve body 8 and be at a fixed distance from the second valve body 10.
  • the transmission element 23 presses, which in this embodiment is guided free of play laterally on the wall 26, first the first valve body 8 from its seat 12, but without touching the second valve body 10 (idle stroke).
  • the second valve body 10 is not moved out of its seat 13 until a stronger force is applied.
  • FIG. 3 shows a further alternative of a fuel injection valve 1 with valve bodies 8, 10 arranged next to one another.
  • the structure or the mode of operation of the fuel injection valve 1 essentially corresponds to the fuel injection valve 1 from FIG. 1 or from FIG. 2.
  • the first 12 and the second seat 13 have the same size, whereby the transmission element 23 rests on both valve bodies 8, 10 simultaneously.
  • the base plate 32 lies directly against the transmission element 23, the base plate 32 being in the center of the two valve bodies 8, 10, but a little closer the first valve body 8 is positioned. It is thereby achieved that, with a certain force of the actuator 2, the first valve body 8 is first moved out of its seat 12 and then the second valve body 10.
  • the transmission element 23 is configured laterally spherical and has a play 27 with the wall 26, so that the transmission element 23 can tilt reliably in the direction of the first and / or the second valve body 8, 10. claims

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Aktor (2), einem Zulauf (3) zum Zuführen von Kraftstoff, mit zwei koaxi­al zueinander angeordneten Düsennadeln (4,5), wobei eine in­nere Düsennadel (5) innerhalb einer äußeren Düsennadel (4) verschiebbar geführt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Steuerraum (9,11) über einen ersten (8) beziehungsweise einen zweiten Ventilkörper (10) mit dem Zulauf (3) verbunden sind. Der erste und der zweite Ventilkörper (8,10) stehen in Wirk­verbindung mit dem Aktor (2). Die äußere und die innere Dü­sennadel (4,5) sind mit Stirnflächen (20,21,33) ausgebildet. Die Stirnfläche (21,33) der inneren Düsennadel (5) steht mit dem ersten Steuerraum (9) und die Stirnfläche (20.) der äuße­ ren Düsennadel (4) steht mit dem zweiten Steuerraum (11) in Wirkverbindung. Über den ersten und/oder den zweiten Ventil­körper (8,10) ist die innere (5) und/oder die äußere Düsenna­del (4) auslenkbar.

Description

Beschreibung
Kraftstoffeinspritzventil
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einem ansteuerbaren Aktor, einem Zulauf zum Zuführen von Kraftstoff, mit zwei koaxial zueinander angeordneten Düsennadeln, wobei eine innere Düsennadel innerhalb einer äußeren Düsennadel verschiebbar geführt ist, wobei abhängig von den Positionen der äußeren und der inneren Düsennadel unterschiedliche Einspritzsituationen einstellbar sind.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Einspritzventile mit zwei Düsennadeln zur Erzielung einer Teillast- und einer Volllasteinspritzung mit verschiedenen Einspritzmengen auszuführen.
In der DE 100 40 738 AI ist eine Einspritzeinrichtung mit ei- ner als Doppelnadeldüse ausgeführten Einspritzdüse beschrieben, die einer erste und eine zweite Düsennadel umfasst. In einem die beiden Düsennadeln umgebenen Ringraum mündet eine Einspritzleitung, welche dauernd mit einer Hochdruckleitung in Strömungsverbindung steht. Die Einspritzeinrichtung um- fasst ferner ein als 3/3-Wege Ventil ausgeführtes Steuerventil, welches in Abhängigkeit von seiner Position die Hochdruckleitung mit einer ersten oder einer zweiten Druckleitung verbindet. Ein Umschalten des Steuerventils bewirkt eine axiale Bewegung der jeweiligen Düsennadel, wodurch Einspritzvor- gänge für den Teillast- und Volllastbetrieb möglich sind. Einer der Nachteile ist, dass neben der Hochdruckleitung zwei voneinander getrennte Druckleitungen sowie ein aufwendiges Steuerventil für den Betrieb einer derartigen Einspritzeinrichtung notwendig sind.
Aus der EP 0 028 288 AI ist eine Einspritzdüse offenbart, die eine in einer Hohlnadel angeordnete Innennadel aufweist. Hierbei sind beide Düsennadeln lediglich über getrennte Einspritzleitungen steuerbar, welches bezüglich des Betriebes sowie des Herstellungsaufwandes der Einspritzdüse in der Praxis sich als aufwendig herausgestellt hat.
Aus der DE 103 09 387 AI ist ein Einspritzventil mit koaxialen Einspritznadeln bekannt, die über drei Steuerräume ansteuerbar sind. Jeweils eine äußere und eine innere Ein- spritznadel sind über eine Zulaufdrossel zu einem Steuerraum mit Fluiddruck beaufschlagt, der über jeweils eine Ablaufdrossel abführbar ist. Ferner ist die innere Einspritznadel über einen Steuerraum vorgespannt, der ungedrosselt mit einer Hochdruckzuleitung verbunden ist. Die beiden über die. Zulauf- drosseln befüllbare Steuerräume sind mittels übereinander angeordneten Ventilkörpern entleerbar, die von einer Kolbenanordnung angesteuert werden.
Aus der DE 102.05 970 AI ist ein Einspritzventil mit zwei ko- axialen Einspritznadeln bekannt, deren zugeordnete volumenveränderliche Steuerräume über eine Zulaufdrossei mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt werden, wobei diese beiden Steuerräume jeweils stirnseitig gegenüber den Dichtsitzen direkt an den beiden Einspritznadeln angeordnet sind und über einen Kanal in der äußeren Einspritznadel miteinander verbunden sind. Ein Abführen des Fluiddrucks geschieht mittels eines einzigen Steuerventils, eines Verbindungskanals und einem zweiten Kanal mit darin vorgesehener Ablaufdrossel. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mit zwei Düsennadeln ausgebildetes Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, bei dem die angeführten Nachteile beseitigt werden, insbesondere ein einfacher und kompakter Aufbau erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind im Kraftstoffeinspritzventil ein erster und ein zweiter Steuerraum vorgesehen, wobei der erste und der zweite Steuerraum über einen ersten beziehungsweise einen zweiten Ventilkörper mit einem Ablauf verbindbar sind, und ein einziger Fluidkanal, der von einem Zulauf abzweigt, zuerst den zweiten und dann den ersten Steuerraum mit Fluid unter Hochdruck versorgt. Der erste-, auf einem ersten Sitz an- geordnete Ventilkörper steuert hierbei den Druck in dem ersten Steuerraum und der zweite, auf einem zweiten Sitz angeordnete Ventilkörper steuert den Druck in dem zweiten Steuerraum. Die äußere und die innere Düsennadel sind mit Stirnflächen ausgebildet, wobei die Stirnfläche der inneren Düsenna- del mit dem ersten Steuerraum und die Stirnfläche der äußeren Düsennadel mit dem zweiten Steuerraum in Wirkverbindung stehen. Über den in Wirkverbindung mit dem Aktor stehenden ersten und/oder zweiten Ventilkörper ist die innere und/oder äußere Düsennadel auslenkbar.
Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Ventilkörper derart ausgebildet, dass ab einer festgelegten Kraft, die der Aktor auf die Ventilkörper ausübt, zunächst der erste Ventilkörper aus seinem Sitz in eine Offenposition bewegt wird, wobei der zweite Ventilkörper zunächst in seiner Position auf dem Ventilsitz verbleibt. Aufgrund der Offenposition des ersten Ventilkörpers fällt der Druck im ersten Steuerraum, gleichzeitig strömt der sich im ersten Steuerraum befindende Kraftstoff entlang des ersten Ventilkörpers durch den Ventilsitz in einen Leckageraum, von wo aus der Kraftstoff zum Beispiel in einen Kraftstofftank zurückgeführt werden kann. Zugleich sinkt der auf der Stirnfläche der inneren Düsennadel wirkende Kraftstoffdruck, so dass die innere Düsennadel von einem zugeordneten Dichtsitz abgehoben wird und die Einspritzung über erste Einspritzlöcher startet. Ab einer weiteren, erhöhten Kraft des Aktors wird der zweite Ventilkörper aus seinem Sitz bewegt, so dass auch der Druck im zweiten Steuerraum sinkt. Der sich im zweiten Steuerraum befindende Kraftstoff strömt wegen des wirkenden Druckgefälles entlang des zweiten Ventilkörpers durch den zweiten Sitz in den Leckageraum. Gleichzeitig wirkt auf die Stirnfläche der äußeren Düsennadel ein geringerer Druck, so dass auch die äußere Düsennadel von einem zugeordneten Dichtsitz abgehoben wird und eine Einspritzung über zweite Einspritzlöcher startet.
Es ist selbstverständlich möglich, dass aufgrund der Offenposition des ersten Ventilkörpers zunächst die äußere Düsenna- del ausgelenkt wird, bevor durch eine erhöhte Kraft ausgehend vom Aktor die innere Düsennadel bewegt wird. Darüber hinaus kann die Erfindung sowohl auf nach innen öffnende als auch auf nach außen öffnende Kraftstoffeinspritzventile bezogen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Ventilkörper unabhängig voneinander von dem Aktor betätigbar. Besonders vorteilhaft ist, dass inner- halb des Kra tstoffeinspritzventils lediglich ein Kraftstoffkanal vom Zulauf über den ersten Steuerraum zum zweiten Steuerraum zum Einsatz kommt. Hierbei ist der Zulauf über einen Ringkanal sowie über ein zweites Drosselelement mit dem zwei- ten Steuerraum verbunden. Der erste und der zweite Steuerraum sind vorzugsweise über ein erstes Drosselelement verbunden. Wird nun der erste Ventilkörper vom Aktor aus seinem Sitz bewegt, wird je nach Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils die innere oder die äußere Düsennadel axial ausge- lenkt. Hierbei schlägt die Stirnfläche der äußeren beziehungsweise der inneren Düsennadel gegen eine Anschlagfläche. Bis die Stirnfläche in Kontakt mit der Anschlagfläche kommt, ist ein Kraftstofffluss vom ersten und zum zweiten Steuerraum möglich. Erst bei Anschlag der jeweiligen Flächen ist der erste Steuerraum vom zweiten Steuerraum abgeschlossen.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Ventilkörper beispielsweise übereinander oder nebeneinander angeordnet sein, welches in der folgenden Figurenbeschreibung dargestellt ist. In der nachfolgenden Beschreibung sind mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, in der weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung im Einzelnen erläutert sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit zwei übereinander angeordneten Ventilkörpern,
Figur 2 ein Kraftstoffeinspritzventil mit zwei nebeneinander angeordneten Ventilkörpern und Figur 3 eine weitere Alternative eines Kraftstoffeinspritzventils mit zwei nebeneinander angeordneten Ventilkörpern .
Figur 1 zeigt ein nach innen öffnendes, sich in Schließstellung befindendes Kraftstoffeinspritzventil 1 mit einem schematisch angedeuteten Aktor 2. Ein erster und ein zweiter Ventilkörper 8,10, die in Wirkverbindung mit dem Aktor 2 stehen, sind in dieser Ausführungsform der Erfindung übereinander, aber in der Ruheposition voneinander beabstandet, angeordnet, wobei der erste Ventilkörper 8 an einem ersten Sitz 12 und der zweite Ventilkörper 10 an einem zweiten Sitz 13 anliegen. Jeder Ventilkörper 8,10 weist des Weiteren eine Ventilfeder 17,18 auf, die den Ventilkörper 8,10 mit einer bestimmten Fe- derkraft in den jeweiligen Ventilsitz 12,13 drückt. In dieser Schließposition weisen die Ventilkörper 8,10 einen Abstand zueinander auf. Jedem Ventilkörper 8,10 sind ein erster und ein zweiter Steuerraum 9,11 zugeordnet, der mit Kraftstoff gefüllt ist. Der, erste Steuerraum 9 ist über ein nicht ge- zeigtes Drosselelement mit dem zweiten Steuerraum 11 verbunden.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 umfasst ferner eine innere Düsennadel 5, die innerhalb einer äußeren Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt ist. Im unteren Bereich des Kraftstoffeinspritzventils 1 sind erste und zweite Einspritzbohrungen 6,7 angeordnet, durch die der im Kraftstoffeinspritzventil 1 sich in einem hohen Druck befindende Kraftstoff in einen nicht dargestellten Brennraum eingespritzt werden kann. Die Versorgung des Kraftstoffeinspritzventils 1 mit Kraftstoff erfolgt durch den Zulauf 3, der in einen Ringkanal 14 mündet. Der einzuspritzende Kraftstoff kann beispielsweise über eine Hochdruckpumpe und einem Common-Rail (gemeinsames Verteiler- röhr) in den Zulauf 3 transportiert werden. Die Hochdruckpumpe kann hierbei den Kraftstoff unter einem Druck bis zu ca. 2000 bar in den Common-Rail befördern, der den Zulauf 3 des Kraftstoffeinspritzventils 1 mit Kraftstoff versorgt.
Der Ringkanal 14 ist mit einem zweiten Drosselelement 15 verbunden, das den Kraftstoff in den anliegenden, unterhalb des zweiten Ventilkörpers 10 angeordneten zweiten Steuerraum 11 leitet. Die innere Düsennadel 5 weist an der den Einspritz- Öffnungen 6,7 gegenüberliegenden Seite eine Düsenfeder 19 auf, die die innere Düsennadel 5 in Richtung der Einspritzöffnungen 6,7 drückt. Auch auf die äußere Düsennadel 4 übt eine Düsennadel 30 eine Federkraft in Richtung des unteren Bereiches des Kraftstoffeinspritzventils 1 aus . Der einzu- spritzende Kraftstoff verläuft zwischen dem Kraftstoffeinspritzventilgehäuse 28 und der äußeren Düsennadel 4 bis zu den Einspritzöffnungen 6,7. Die äußere Düsennadel 4 ist mit einer Bohrung 31 ausgebildet, durch die der Kraftstoff eben- •- falls geleitet wird und zwischen der äußeren- 4 und der inne- ren Düsennadel 5 in Richtung der Einspritzöffnungen 6,7 verläuft. Bei dem in Schließposition sich befindenden Kraftstoffeinspritzventil 1 liegt die innere Düsennadel 5 an einem ersten Dichtsitz, der in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen oberhalb der ersten Einspritzöffnungen 6 angeordnet ist. Die äußere Düsennadel 4 sitzt auf einem zweiten Dichtsitz am Düsengehäuse 28 an, der in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen oberhalb der zweiten Einspritzöffnungen 7 angeordnet ist, so dass keine Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt. Der erste Dichtsitz ist ebenfalls am Düsengehäuse 28 ausgebildet und zwischen den ersten und zweiten Einspritzlöchern 6,7 angeordnet. Des Weiteren sind die innere und die äußere Düsennadel 5,4 mit Stirnflächen 20,21,33 ausgebildet, die in Wirkverbindung zu dem ersten 9 beziehungsweise dem zweiten Steuerraum 11 stehen und in Schließposition des Kraftstoffeinspritzventils 1 einen Abstand zu einer zugewandten Anschlagfläche 22 aufweisen. Die innere Düsennadel 5 weist eine obere Stirnfläche 33 auf, die den Steuerraum 9 begrenzt. Zwischen der Anschlagfläche 22 und den als Druckangriffsflächen ausgebildeten Stirnflächen 20,21 bildet sich ein Raum, der an einer Seite über einen Kanal 29 mit dem zweiten Steuerraum 11 verbunden ist. An einer anderen Seite des Steuerraumes 11 besteht eine Verbindung zu dem nicht dargestellten ersten Drosselelement, das in den ersten Steuerraum 9 mündet.
Hinsichtlich des Aktors 2 kann es sich vorzugsweise um einen Piezo-Aktor handeln, der durch ein Steuergerät angesteuert werden kann. Liegen beide Ventilkörper 8,10 jeweils an ihrem Sitz 12,13 an, befindet sich in den Steuerräumen 9,11 Kraftstoff unter einem hohen Druck. Die Ventilkörper 8,10 dichten in dieser Position die Steuerräume 9,11 zuverlässig ab, damit kein Kraftstoff in Richtung des Aktors 2 in einen dort beispielsweise angeordneten Leckageraum abfließt.
Wird nun der Aktor 2 angesteuert, übt dieser eine Kraft auf den ersten Ventilkörper 8 aus, wodurch der erste Ventilkörper 8 aus seinem Sitz 12 verschoben wird. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff strömt aus dem ersten Steuerraum 9 entlang des oberen Ventilkörpers 8 über den Ventilsitz 12 in den nicht dargestellten Leckageraum, der einen wesentlich gerin- geren Druck aufweist. Aufgrund des auf die obere Stirnfläche 33 der inneren Düsennadel 5 sich einstellenden geringeren Druckes wirkt auf die innere Düsennadel 5 eine größere nach oben gerichtete Kraft, die durch mehrere entlang ihrer axia- len Erstreckung angeordneten Druckangriffsflächen hervorgerufen wird, als die in Richtung Einspritzöffnungen 6,7 gerichtete Federkraft 19, so dass die innere Dusennadel 5 nach oben ausgelenkt wird. Gleichzeitig werden die ersten Einspritzöffnungen 6 geöffnet und es kommt zu einer ersten Einspitzsituation, beispielsweise zu einer Voreinspritzung. Die Stirnfläche 21 der inneren Düsennadel 5 schlägt auf die Anschlagfläche 22, wodurch der zweite Steuerraum 11 vom ersten Steuerraum 9 abgeschlossen ist.
Ab einer festgelegten Offenposition des ersten Ventilkörpers 8 bewegt der erste Ventilkörper 8 den zweiten Ventilkörper 10 aus seinem Sitz 13 ebenfalls in eine Offenposition. Bei der Offenposition des zweiten Ventilkörpers 10 ist der erste Ven- tilkörper 8 mit dem zweiten Ventilkörper 10 in Kontakt. Der sich im zweiten Steuerraum 11 unter einem hohen Druck befindende Kraftstoff strömt entlang des ersten und des zweiten Ventilkörpers 8,10 in den Leckageraum. Auf die mit dem zweiten Steuerraum 11 in Wirkverbindung stehende Stirnfläche 20 stellt sich ein geringerer Druck ein, so dass die auf die äußere Düsennadel 4 wirkende, nach oben gerichtete Kraft größer ist als die von der Düsenfeder 30 ausgehende, entgegen gesetzte Federkraft. Folglich bewegt sich die äußere Düsennadel 4 axial nach oben, wobei sie mit ihrer Stirnfläche 20 die An- schlagfläche 22 kontaktiert. Gleichzeitig werden die zweiten Einspritzöffnungen 7 geöffnet (Haupteinspritzung) . Der Schließvorgang verläuft umgekehrt zum ÖffnungsVorgang. Nach dem Schließen der beiden Ventilkörper 8,10 wird wieder über die Drosselelemente 15 in den beiden Steuerräumen 9,11 Hoch- druck aufgebaut, wobei gleichzeitig die beiden Düsennadeln 4,5 sich in Richtung der Einspritzöffnungen 6,7 bewegen und diese verschließen. Gemäß Figur 2 ist ein Kraftstoffeinspritzventil 1 dargestellt, der zwei nebeneinander angeordnete Ventilkörper 8,10 aufweist. Der Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils 1 entspricht im Wesentlichen dem des Kraftstoffeinspritzventils 1 aus Figur 1. Der erste Ventilkörper 8 ist an einem ersten
Sitz 12 und der zweite Ventilkörper 10 an einem zweiten Sitz 13 angeordnet. Im Gegensatz zu dem Kraftstoffeinspritzventil 1 aus Figur 1 ist der Durchmesser des ersten Sitzes 12 größer als der Durchmesser des zweiten Sitzes 13. Oberhalb der Ven- tilkörper 8,10 ist ein Übertragungselement 23 innerhalb einer Wandung 26 angeordnet, welches die von dem Aktor 2 ausgehende Kraft über eine Bodenplatte 32, die auf dem Übertragungselement 23 anliegt, auf die Ventilkörper 8,10 überträgt. Das Ü- bertragungselement 23 liegt hierbei gleichzeitig auf dem ers- ten und dem zweiten Ventilkörper 8,10 an und weist seitlich zur Wandung 26 einen Abstand beziehungsweise ein Spiel 27 auf. Der erste Steuerraum 9 ist über das erste Drosselelement 16 mit dem zweiten Steuerraum 11 verbunden.
Wird nun der Aktor 2 angesteuert, kippt das Übertragungselement 23 ab einer bestimmten Kraft des Aktors 2 zunächst in die Richtung des zweiten Ventilkörpers 10, wobei gleichzeitig der zweite Ventilkörper 10 aus seinem Sitz 13 bewegt wird. Da für die Bewegung des ersten Ventilkörper 8 aus dem Sitz 12 aufgrund der größeren Sitzfläche eine größere Aktorkraft notwendig ist, verbleibt der erste Ventilkörper 8 zunächst in Schließstellung. Wegen des geringeren Drucks im zweiten Steuerraum 11 wirkt auf die Stirnfläche 20 der äußeren Düsennadel 4 ein geringerer Druck, so dass die äußere Düsennadel 4 sich nach oben bis zur Anschlagfläche 22 bewegt. Es erfolgt eine Einspritzung über die zweiten Einspritzöffnungen 7. Der zweite Ventilkörper 10 ist an einer dem zweiten Sitz 13 gegenüberliegenden Seite mit einem Zapfen 34 ausgebildet, der in der Offenstellung in einem Abstand zu einer Auflagefläche 24 der Ventilfeder 18 angeordnet ist. Eine Durchgangsbohrung 25, die in den zweiten Steuerraum 11 mündet, verbindet den zweiten Steuerraum 11 mit dem Raum, in dem der zweite Ventilkörper 10 angeordnet ist.
Ist die vom Aktor 2 ausgehende Kraft groß genug, um den ers- ten Ventilkörper 8 aus seinem Sitz 12 zu bewegen, kippt das Übertragungselement 23 in Richtung des ersten Ventilkörpers 8. Gleichzeitig bewegt sich die innere Düsennadel 5 aufgrund des geringeren Druckes im ersten Steuerraum 9 nach oben und schlägt mit ihrer Stirnfläche 21 gegen die Anschlagfläche 22. Neben den zweiten Einspritzöffnungen 7 sind nun auch die ersten Einspritzöffnungen 6 geöffnet. Damit das Übertragungselement 23, das wie eine Art Hebel wirkt, zuverlässig zur einen und zur anderen Seite kippbar ist, ist es seitlich zur Wandung 26 ballig .ausgebildet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist es selbstverständlich möglich, den ersten Sitz 12 mit einem Durchmesser auszugestalten, der kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Sitzes 13. Hierdurch wird zunächst die innere Düsennadel 5 axial nach oben bewegt und anschließend bei einer größer wirkenden Kraft des Aktors 2 erfolgt eine Bewegung der äußeren Düsennadel 4.
Alternativ kann das Übertragungselement 23 in einer nicht ge- zeigten Ausführungsform an einem ersten Ventilkörper 8 anliegen und zum zweiten Ventilkörper 10 einen festgelegten Abstand aufweisen. Bei einwirkender Kraft des Aktors 2 drückt das Übertragungselement 23, das bei dieser Ausführungsform spielfrei seitlich an der Wandung 26 geführt ist, zunächst den ersten Ventilkörper 8 aus seinem Sitz 12, ohne jedoch den zweiten Ventilkörper 10 zu berühren (Leerhub) . Erst bei einer stärker wirkenden Kraft wird auch der zweite Ventilkörper 10 aus seinem Sitz 13 bewegt.
Figur 3 zeigt eine weitere Alternative eines Kraftstoffeinspritzventils 1 mit nebeneinander angeordneten Ventilkörpern 8,10. Der Aufbau beziehungsweise die Wirkungsweise des Kraft- stoffeinspritzventils 1 entspricht im Wesentlichen dem Kraftstoffeinspritzventil 1 aus der Figur 1 beziehungsweise der Figur 2. Im Gegensatz zu dem Kraftstoffeinspritzventil 1 aus der Figur 2 weisen der erste 12 und der zweite Sitz 13 einen gleichgroßen Durchmesser auf, wobei das Übertragungselement 23 auf beiden Ventilkörpern 8,10 gleichzeitig anliegt. Die
Kraft, die der Aktor 2 auf das Übertragungselement 23 ausübt, erfolgt über eine Bodenplatte 32. Die Bodenplatte 32 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel unmittelbar am Übertragungselement 23 an, wobei die Bodenplatte 32 Glicht mittig zu den beiden Ventilkörpern 8,10, sondern ein wenig näher zu dem ersten Ventilkörper 8 positioniert ist. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer bestimmten Kraft des Aktors 2 zunächst der erste Ventilkörper 8 aus seinem Sitz 12 bewegt wird und anschließend der zweite Ventilkörper 10. Auch hier ist das Übertragungselement 23 seitlich ballig ausgebildet und weist ein Spiel 27 zur Wandung 26 auf, so dass das Übertragungselement 23 zuverlässig in Richtung des ersten und/oder des zweiten Ventilkörpers 8,10 hebelartig kippen kann. Patentansprüche

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzventil (1) für eine Brennkraftmaschi- ne mit einem ansteuerbaren Aktor (2) , einem Zulauf (3) zum Zuführen von unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, zwei koaxial zueinander angeordneten Düsennadeln (4, 5) , wobei eine innere Düsennadel (5) innerhalb einer äußeren Düsennadel (4) verschiebbar geführt ist und abhängig von den Positionen der äußeren und der inneren Düsennadel (4, 5) unterschiedliche Einspritzsituationen einstellbar sind, wobei ein erster und ein zweiter Steuerraum (9, 11) vorgesehen sindr und ein einziger Fluidkanal, der vom Zulauf (3) abzweigt, zuerst den zweiten (11) und dann den ersten Steuer- räum (9) mit Fluid unter Hochdruck versorgt, der erste und der zweite Steuerraum (9, 11) über einen ersten (8) beziehungsweise einen zweiten Ventilkörper (10) mit einem Ablauf verbindbar ist, der erste an einem ersten Sitz (12) angeordnete Ventil- körper (8) den Druck in dem ersten Steuerraum (9) steuert, und der zweite an einem zweiten Sitz (13) angeordnete Ventilkörper (10) den Druck in dem zweiten Steuerraum (11) steuert, der erste (8) und der zweite Ventilkörper (10) in Wirkverbindung mit dem Aktor (2) stehen, die äußere und die innere Düsennadel (4, 5) mit Stirnflächen (20, 21, 33) ausgebildet sind, die Stirnfläche (21, 33) der inneren Düsennadel (5) mit dem ersten Steuerraum (9) und die Stirnfläche (20) der äußeren Düsennadel (4) mit dem zweiten Steuerraum (11) in Wirk- Verbindung stehen, und über den ersten und/oder den zweiten Ventilkörper (8, 10) die innere (5) und/oder die äußere Düsennadel (4) auslenkbar ist.
2 . Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ventilkörper ( 8 , 10 ) unabhängig voneinander von dem Aktor (2 ) betätigbar sind.
3. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (3) über einen Ringkanal (14) mit dem zweiten Steuerraum (11) verbunden ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerraum (9) über ein erstes Drosselelement (16) im Fluidkanal mit dem zweiten Steuerraum (11) verbunden ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ringkanal (14) und dem zweiten Steuerraum (11) ein zweites Drosselelement (15) angeordnet ist. J
6. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anschlagfläche (22) für die Stirnfläche (20, 21) der äußeren (4) und/oder der inneren Düsennadel (5) .
7. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere
(4) oder die innere Düsennadel (5) in ihrer Offenstellung den Weg des Hochdruckfluids zwischen dem zweiten Steuerraum (11) und erstem Steuerraum (9) unterbricht.
8. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechen des Fluidwegs zwischen zweiten Steuerraum (11) und erstem Steuerraum (9) mittels einer der Stirnflächen (20, 21, 33) der äußeren (4) oder der inneren Düsennadel (5) geschieht.
9. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere und die innere Düsennadel (4, 5) mit ersten (6) und/oder zweiten Einspritzöffnungen (7) zusammenwirken.
10. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ventilkörper (8, 10) übereinander angeordnet sind, und dass der erste Ventilkörper (8) ab einer festgelegten Offenposition den zweiten Ventilkörper (10) in eine Offenposi- tion bewegt, und dass in der Offenposition des zweiten Ventilkörpers der erste Ventilkörper (8) mit dem zweiten Ventilkörper (10) in Kontakt steht und die ersten und die zweiten Einspritzöffnungen (6, 7) geöffnet sind, wobei die Stirnfläche (20, 21) der äußeren und der inneren Düsennadel (4,5) auf der Anschlagfläche (22) anliegen.
11. Kraftsto feinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Ventilkörper (8, 10) nebeneinander angeordnet sind, dass zwischen dem Aktor (2) und den Ventilkörpern (8,10) ein Übertragungselement (23) angeordnet ist, das eine von dem Aktor (2) ausgehende Kraft auf die Ventilkörper (8,10) überträgt.
12. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (23) am ersten Ventilkörper (8) unmittelbar anliegt und zum zweiten Ventilkörper (10) einen Abstand aufweist.
13. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (23) seitlich zu einer umgebenden Wandung (26) ein Spiel (27) aufweist, und dass bei Krafteinwirkung des Aktors (2) das Übertragungselement (23) in Richtung des ersten (8) und/oder des zweiten Ventilkörpers (10) kippbar ist.
14. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben ge- nannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Sitz (12) des ersten Ventilkörpers (8) einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Sitz (13) des zweiten Ventilkörpers (10) , so dass bei Krafteinwirkung des Aktors (2) zuerst der zweite Ventilkörper (10) und anschließend der erste Ventilkörper (8) in die Offenstellung bewegt wird.
15. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilkörper (10) in der Offenstellung an einer Auflagefläche (24) anliegt.
16. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilkörper (10) an einer dem zweiten Sitz (13) gegenüberliegenden Seite mit einem Zap- fen (25) ausgebildet ist, der in der Offenstellung die Auflagefläche (24) kontaktiert.
17. Kraftstoffeinspritzventil (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Of- fenposition des ersten (8) und des zweiten Ventilkörpers (10) die ersten (6) und die zweiten Einspritzöffnungen (7) geöffnet sind, wobei die Stirnfläche (20, 21) der inneren (5) und der äußeren Düsennadel (4) an der Anschlagfläche (22) anliegen.
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