WO2005075810A1 - Einspritzventil - Google Patents

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WO2005075810A1
WO2005075810A1 PCT/EP2004/051631 EP2004051631W WO2005075810A1 WO 2005075810 A1 WO2005075810 A1 WO 2005075810A1 EP 2004051631 W EP2004051631 W EP 2004051631W WO 2005075810 A1 WO2005075810 A1 WO 2005075810A1
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WO
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nozzle needle
recess
control chamber
sealing sleeve
injection valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/051631
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Dick
Hellmut Freudenberg
Werner Reim
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/004—Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention relates to an injection valve - in particular an injection valve for metering fuel in a diesel internal combustion engine.
  • register nozzle injection valves have become known with two injection nozzle circuits and associated first and second nozzle needles, by means of which a gradual opening or closing of the individual injection nozzle circuits is possible.
  • a valve is known from EP 0 976 649 A2.
  • the valve has a housing in which a valve drive designed as a piezo actuator and a nozzle body are arranged.
  • the nozzle body has a first row of injection holes and axially spaced therefrom a second row of injection holes.
  • a nozzle needle is guided in a recess of the nozzle body and, in its closed position, prevents the fuel flow through both the first and the second row of injection holes and, in its open position, at least releases the fuel flow through the first row of injection holes.
  • the nozzle needle acts on an insert body, which forms an inner nozzle needle, via a driver mechanism. In its closed position, the inner nozzle needle prevents fuel flow through the second row of injection holes and enables the other positions to flow through the second row of injection holes.
  • the piezo actuator acts on the nozzle needle via a servo valve.
  • the servo valve includes a drain hole, a valve stem, a closing member, a control chamber and a leakage space. By appropriately controlled expansion of the piezo actuator, the closing member is pressed away from its sealing seat via the closing rod. As a result, fuel flows out of the control chamber. Due to the associated decrease in pressure in the control chamber, the nozzle needle opens or moves from its closed position to its open position. The result of this is that it first releases the first row of injection holes and with a decreasing number
  • the first row of the injection holes is designed in such a way that its cross section is significantly smaller than the cross section of the injection holes of the second row.
  • the fuel passes through the first row of injection holes in the combustion chamber the internal combustion engine is metered, is atomized much finer. This is particularly advantageous in part-load operation of the internal combustion engine, in which a smaller quantity of fuel is injected and smaller fuel drops then occur due to the smaller diameter of the injection holes, and soot formation is thus reduced.
  • the significantly larger diameter of the second row of injection holes can then ensure in the full-load operation of the internal combustion engine that a sufficient amount of fuel is metered into the respective combustion chamber of the cylinder.
  • a common rail injector is known with a nozzle needle, which prevents a fuel flow through an injection nozzle in its closed position and releases a fuel flow through the injection nozzle in its open position.
  • a control chamber is formed in a recess of the injector housing and is encapsulated by a nozzle spring chamber by means of a sleeve, which is biased by a nozzle spring against a wall of the recess, such that the control chamber and the nozzle spring chamber are only hydraulically coupled to one another via a feed throttle ,
  • an injection device for an internal combustion engine with coaxially arranged first and second nozzle needles for opening and closing a first and a second injection opening.
  • the object of the invention is to provide an injection valve which has an outer nozzle needle with a recess into which an inner nozzle needle is introduced and in which the inner and outer nozzle needles can be controlled simply and precisely.
  • the object is achieved by the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by an injection valve with a body which has a first recess in which an outer nozzle needle is arranged. Furthermore, the outer nozzle needle has a recess into which an inner nozzle needle is inserted.
  • the outer nozzle needle and body are configured such that the outer nozzle needle prevents fluid flow through a first injector when it is in its closed position and releases it when it is in its open position.
  • the inner nozzle needle and body are configured such that the inner nozzle needle prevents fluid flow through a second injector when it is in its closed position and releases it when it is in its open position.
  • a second recess is provided in the body, into which the first recess opens. Furthermore, a sealing sleeve is provided, which is clamped sealingly against a wall of the second recess by means of a spring, and which thus separates a first control chamber from a second control chamber.
  • the first and the second control room are designed so that the
  • Fluid pressure in the first control chamber, the position of the inner nozzle needle is controllable and the position of the outer nozzle needle can be controlled by the fluid pressure in the second control chamber.
  • At least one switching valve is assigned to the first and second control chamber, by means of which the fluid pressure in the first and / or second control chamber can be adjusted.
  • the sealing sleeve is guided in the recess of the outer nozzle needle. This simply creates a seal between the two control rooms and at the same time ensures axial mobility.
  • the inner nozzle needle has a shoulder on which the spring, which presses the sealing sleeve against the wall of the second recess, is supported.
  • the spring has the additional effect that the inner nozzle needle is biased into its closed position by it.
  • the size of the first control space can be easily adjusted.
  • the sealing sleeve has a biting edge which is formed on the axial end of the sealing sleeve which faces the wall of the second recess in the body, which is formed radially on the outside.
  • this has the advantage that a very high level of tightness and low wear of the sealing sleeve can be ensured if the injection valve in the first control chamber closes only the fluid pressure is reduced. Due to the higher pressure in the second control chamber, only small forces can then act on the sealing sleeve, which push them away from their contact with the wall of the first recess.
  • the sealing sleeve is guided on the inner nozzle needle. This has the advantage that the first control room is simply sealed off from the second control room. Furthermore, the diameter of the free cross section of the sealing sleeve then corresponds to the diameter of the needle guide of the inner nozzle needle.
  • the spring is supported on a contact surface of the outer nozzle needle which is formed on the axial end of the outer nozzle needle which is formed on the side facing away from the second injection nozzle.
  • the spring acts on the one hand on the sealing sleeve and presses it against the wall of the first recess, and on the other hand the spring has a closing effect on the outer nozzle needle.
  • the sealing sleeve has a biting edge which is formed on the axial end of the sealing sleeve, which faces the wall of the second recess of the body and which is formed radially on the inside. This ensures that the forces acting on the sealing sleeve in the axial direction due to the pressure of the fluid in the first and second control chamber essentially cancel each other out and the contact pressure of the sealing sleeve on the wall of the second recess of the body is largely determined by the spring force. This ensures a very high level of tightness and low wear of the sealing sleeve.
  • a part of the first control chamber is designed as a spring pocket which receives a nozzle spring which biases the inner nozzle needle into its closed position. The injection valve can thus be made compact.
  • an outlet throttle is assigned in the first control chamber, via which it is hydraulically coupled to the switching valve.
  • the opening or closing of the inner nozzle needle can easily be influenced by the outlet throttle and the opening forces for the switching valve can also be set.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an injection valve
  • FIG. 2 shows an enlargement of a partial area of the injection valve according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the injection valve
  • FIG. 4 shows an enlargement of a part of the injection valve according to FIG. 3.
  • An injection valve (FIG. 1) has an injector housing 1.
  • An actuating drive 4 is arranged in a recess 2 of the injector housing 1 and is preferably designed as a piezo actuator.
  • the piezo actuator is designed as a stack of piezo elements and changes its axial extent as a function of the electrical power supplied or removed to it energy.
  • the piezo actuator is coupled to a transformer, which is also arranged in the recess 2 of the injector housing 1.
  • a leakage space 14 is formed in the recess 2 of the injector housing 1 and can be connected to a low-pressure fuel circuit via a leakage bore.
  • the injection valve further comprises a valve plate 16, an intermediate plate 18, a needle guide body 20 and a nozzle body 21.
  • the valve plate 16, the intermediate plate 18, the needle guide body 20 and the nozzle body 21 form a nozzle assembly which is connected to the injector housing 1 by means of a nozzle lock nut 22 is attached.
  • the needle guide body 20 has a first recess 24, which is continued as the recess 26 of the nozzle body 21 and in which an outer nozzle needle 27 is arranged.
  • the outer nozzle needle 27 is guided in the needle guide body 20.
  • An inner nozzle needle 29 is arranged in a recess 28 of the outer nozzle needle 27, preferably coaxially with the latter, and is guided in the recess 28 of the outer nozzle needle 27.
  • the recess 28 of the outer nozzle needle 27 completely penetrates the outer nozzle needle 27 in the axial direction.
  • a first nozzle spring 30 biases the outer nozzle needle 27 into a closed position in which it prevents the fuel flow through at least one first injection nozzle 34.
  • a second nozzle spring 32 is arranged such that it prestresses the inner nozzle needle 29 into a closed position assigned to it, in which it prevents the fuel flow through at least one second injection nozzle 36.
  • a second recess 38 of the needle guide body 20 is formed in the region of its end facing the valve plate 16.
  • the first recess 24 of the needle guide body 20 opens into the second recess 38 of the needle guide body 20.
  • a sealing sleeve 40 is arranged in the recess 28 of the outer nozzle needle 27 and is guided therein.
  • the second nozzle spring 32 is supported on a shoulder 42 of the inner nozzle needle 49 and thus presses the sealing sleeve 40 against a wall 45 which is assigned to the second recess 38 of the needle guide body and which is part of the intermediate plate 18.
  • a bite edge 44 is formed on the axial end of the sealing sleeve 40, which faces the wall of the second recess of the needle guide body 20.
  • the bite edge 44 is formed radially on the outside. In this exemplary embodiment, it is formed on the outer end of the sealing sleeve 40.
  • the sealing sleeve 40 thus separates a first control chamber 46 from a second control chamber 48.
  • the first control chamber 46 is delimited by the area of the second recess 38 of the needle guide body located radially inside the biting edge 46, the space between the sealing sleeve 40 and the inner nozzle needle 29 and the area between the wall of the recess 28 of the outer nozzle needle 27 and the inner nozzle needle 29 in the area in which the second nozzle spring 32 is arranged.
  • the first control chamber 46 further comprises a cavity 50 in the intermediate plate 18, which is preferably hemispherical.
  • the first control chamber 46 is hydraulically coupled via a first inlet throttle 52 to a high-pressure bore 54, which is connected to a high pressure circuit of the fuel supply can be coupled.
  • the first control chamber 46 is also hydraulically coupled via an outlet throttle 56 to a first outlet bore 58, which in turn is hydraulically coupled to a switching valve 60, which is designed in particular as a servo valve and is driven by the actuator 4.
  • the inner nozzle needle 29 has a high pressure shoulder that is in contact with fluid that is approximately at the pressure that the fluid has in the high pressure bore 54.
  • the high-pressure shoulder is designed such that the force caused by the pressure of the fluid has an opening effect on the inner nozzle needle 29.
  • the position of the inner nozzle needle 29 ultimately depends on the balance of forces of the forces caused by the pressure of the fluid on the high-pressure heel and on the other hand the spring force and the force caused by the pressure of the fluid located in the first control chamber 46 , and the force caused thereby is introduced via a contact surface 64 of the inner nozzle needle 29 and the shoulder 42 of the inner nozzle needle 29 in the closing direction of the nozzle needle 29.
  • the first inlet throttle 52 can be adapted to the desired response behavior of the first control chamber 46 and can be dimensioned irrespective of how the response behavior of the second control chamber 48 should be.
  • the flow restrictor 56 can also be adapted to the desired response behavior of the first control chamber 46. This has the advantage, in particular in connection with the switching valve 60, that only the cross section of the flow restrictor 56 has to be adapted to change the response behavior and the switching valve 60 can be used unchanged.
  • the second control chamber 48 comprises the region of the second recess 38 of the needle guide body 20 which is located radially outside the bite edge 44 of the sealing sleeve 40. It also optionally includes a second drain hole 68, to the point of a further outlet throttle that may be present.
  • the second control chamber 48 is hydraulically coupled to the high-pressure bore 54 by means of a second inlet throttle 66.
  • the second control chamber is hydraulically coupled to the control valve 60 by means of the second drain hole 68.
  • the response behavior of the second control chamber 48 can be set by dimensioning the second inlet throttle 66.
  • the outer nozzle needle 27, like the inner nozzle needle 29, has a high-pressure shoulder which is pressurized with high-pressure fluid from the high-pressure bore 54 and which is designed such that the force caused by the pressure of the fluid has an opening effect on the outer nozzle needle 27.
  • This force acts against the force exerted by the first nozzle spring 30 in the closing direction and the force caused by the pressure of the fluid in the second control chamber 48 on the outer nozzle needle 27, which is introduced via a contact surface 70 of the outer nozzle needle 27.
  • the position of the outer nozzle needle 27 can be adjusted depending on the balance of forces of these forces.
  • the switching valve 60 can be designed, for example, as a two-stage servo valve, which is designed such that, depending on the stroke of the actuator 4, the first drain hole 58 is first hydraulically coupled to the leakage space 14 and then with a further increasing stroke, the second drain hole 68 is also coupled the leakage space 14 is coupled.
  • the inner nozzle can thus be closed del 29 from its closed position to its open position, ie to the position in which the inner nozzle needle 29 releases the fuel flow through the second injection nozzle 36, and can also be brought back to its closed position without the outer nozzle needle 27 necessarily moving out of its closed position becomes.
  • the switching valve 60 can, however, be designed as two servo valves, which can be controlled independently of one another, if necessary.
  • the outer nozzle needle 27 and the inner nozzle needle 29 can then be controlled completely independently of one another.
  • the sealing sleeve 40 can be designed such that it is guided on the one hand on the wall of the first recess 28 of the outer nozzle needle 27 and thus rests on the latter almost without play and on the other hand also rests on the inner nozzle needle almost without play. In this case, the first control chamber 46 is then reduced accordingly.
  • the sealing sleeve 40 is guided on the inner nozzle needle 29.
  • the first control chamber 46 is formed by the region of the first and / or second recess 24, 38 of the needle guide body 20, which is located radially within the biting edge 44 of the sealing sleeve 40 and which is delimited by the contact surface 64 of the inner nozzle needle 29.
  • a spring pocket 72 is preferably provided, which receives the second nozzle spring 32 and which is also part of the first control chamber 46.
  • the bite edge 44 is preferably formed radially on the inside of the sealing sleeve 40.
  • the second control chamber 48 comprises the region of the second recess 38 of the needle guide body 20 which is located radially outside the bite edge 44. It also includes the second drain hole 68 and the space between the wall of the first recess 24 of the needle guide body 20 and the sealing sleeve 40 and the portion of the first recess 24 of the needle guide body 20 which receives the first nozzle spring 30 in this exemplary embodiment.
  • the first nozzle spring 30 is preferably supported on the contact surface 70 of the outer nozzle needle 27 and thus biases the outer nozzle needle in the direction of its closed position and, on the other hand, presses the sealing sleeve 40 with its biting edge 44 against the wall 45 of the second recess 38 of the needle guide body 20, which is preferably formed in a sealing surface of the intermediate plate 18.

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Abstract

Ein Einspritzventil hat einen Körper, der eine erste Ausnehmung hat, in der eine äussere Düsennadel (27) angeordnet ist. Die äussere Düsennadel (27) hat eine Ausnehmung, in die eine innere Düsennadel (29) eingebracht ist. Eine zweite Ausnehmung ist in dem Körper vorgesehen, in die die erste Ausnehmung mündet. Eine Dichthülse (40) ist mittels einer Feder dichtend gegen eine Wandung (45) der zweiten Ausnehmung gedrückt und trennt so einen ersten Steuerraum (46) von einem zweiten Steuerraum (48). Der erste und zweite Steuerraum (46, 48) sind so ausgebildet, dass durch den Fluiddruck in dem ersten Steuerraum (46) die Position der inneren Düsennadel (29) steuerbar ist und durch den Fluiddruck in dem zweiten Steuerraum (48) die Position der äusseren Düsennadel (27) steuerbar ist. Mittels eines Schaltventils (60) ist der Fluiddruck in dem ersten und/oder zweiten Steuerraum (46, 48) einstellbar.

Description

Beschreibung
Einspritz entil
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil- insbesondere ein Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff in einer Diesel- Brennkraftmaschine .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zuläs- sigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen- die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich- diverse Maßnahmen vorzunehmen- durch die die Schadstoff- Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Ein anderer Ansatzpunkt ist die von der Brennkraftmaschine erzeugten Emissionen mittels von Abgasnachbehandlungssystemen in unschädliche Stoffe umzuwandeln. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel- Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2.000 bar.
Ferner sind sogenannte Registerdüsen-Einspritzventile bekannt geworden mit zwei Einspritzdüsen-Kreisen und diesen zugeordneten ersten und zweiten Düsennadeln, mittels derer ein stufenweises Öffnen bzw. Schließen der einzelnen Einspritzdüsen- Kreise möglich ist. So ist aus der EP 0 976 649 A2 ein derartiges Ventil bekannt. Das Ventil hat ein Gehäuse, in dem ein als Piezo-Aktuator ausgebildeter Ventilantrieb und ein Düsenkörper angeordnet sind. Der Düsenkörper hat eine erste Reihe von Einspritzlöchern und axial beabstandet dazu eine zweite Reihe von Einspritzlöchern. In einer Ausnehmung des Düsenkörpers ist eine Düsennadel geführt, die in ihrer Schließposition den Kraftstofffluss sowohl durch die erste als auch die zweite Reihe von Einspritzlöchern unterbindet und in ihrer Offenposition zumindest den Kraftstofffluss durch die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt.
Die Düsennadel wirkt über einen Mitnehmermechanismus auf ei- nen Einsatzkörper ein, der eine innere Düsennadel bildet. Die innere Düsennadel verhindert in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern und gibt den sonstigen Positionen den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern frei. Der Piezo- Aktuator wirkt über ein Servoventil auf die Düsennadel ein. Das Servoventil umfasst eine Abiaufbohrung, eine Ventilstange, ein Schließglied, eine Steuerkammer und einen Leckageraum. Durch ein entsprechend gesteuertes Ausdehnen des Piezo- Aktuators wird über die Schließstange das Schließglied von seinem Dichtsitz weggedrückt. Dies hat zur Folge, dass Kraftstoff aus der Steuerkammer abfließt. Durch das damit verbundene Sinken des Drucks in der Steuerkammer öffnet oder bewegt sich die Düsennadel von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition. Dies hat zur Folge, dass sie zunächst die ers- te Reihe von Einspritzlöchern freigibt und mit sinkendem
Druck in der Steuerkammer dann über den Mitnehmermechanismus die innere Düsennadel von ihrer Schließposition hin in ihre Offenposition bewegt wird und somit auch die zweite Reihe der Einspritzlöcher freigegeben wird. Die erste Reihe der Ein- spritzlöcher ist so ausgebildet, dass ihr Querschnitt deutlich geringer ist als der Querschnitt der Einspritzlöcher der zweiten Reihe. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff, der durch die erste Reihe von Einspritzlöchern in den Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen wird, deutlich feiner zerstäubt wird. Dies ist insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil, in dem eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird und durch den geringeren Durch- messer der Einspritzlöcher dann kleinere Kraftstofftropfen entstehen und somit die Rußbildung verringert wird. Durch den deutlich größeren Durchmesser der zweiten Reihe von Einspritzlöchern kann dann im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Zylinders zugemessen wird.
Aus der DE 199 366 68 AI ist ein Common-Rail-Injektor bekannt mit einer Düsennadel, die in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch eine Einspritzdüse verhindert und in ihrer Offenposition einen Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse freigibt. In einer Ausnehmung des Injektorgehäuses ist ein Steuerraum ausgebildet, der mittels einer Hülse, die von einer Düsenfeder gegen eine Wandung der Ausnehmung vorge- spannt ist, von einem Dusenfederraum so abgekapselt ist, dass der Steuerraum und der Dusenfederraum lediglich über eine Zuführdrossel hydraulisch miteinander gekoppelt sind.
Aus der DE 100 40 738 AI ist eine Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt mit koaxial angeordneten ersten und zweiten Düsennadeln zum Öffnen und Schließen einer ersten bzw. zweiten Einspritzöffnung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, das eine äußere Düsennadel mit einer Ausnehmung hat, in die eine innere Düsennadel eingebracht ist und bei dem die innere und die äußere Düsennadel einfach und präzise steuerbar sind. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil mit einem Körper, der eine erste Ausnehmung hat, in der eine äußere Düsennadel angeordnet ist . Ferner hat die äußere Düsennadel eine Ausnehmung, in die eine innere Düsennadel einge- bracht ist. Die äußere Düsennadel und der Körper sind so ausgebildet, dass die äußere Düsennadel einen Fluidfluss durch eine erste Einspritzdüse verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist und ihn freigibt, wenn sie in ihrer Offenposition ist. Die innere Düsennadel und der Körper sind so ausgebildet, dass die innere Düsennadel einen Fluidfluss durch eine zweite Einspritzdüse verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist und ihn freigibt, wenn sie in ihrer Offenposition ist.
Eine zweite Ausnehmung ist in dem Körper vorgesehen, in die die erste Ausnehmung mündet. Ferner ist eine Dichthülse vorgesehen, die mittels einer Feder dichtend gegen eine Wandung der zweiten Ausnehmung gespannt wird, und die so einen ersten Steuerraum von einem zweiten Steuerraum trennt. Der erste und der zweite Steuerraum sind so ausgebildet, dass durch den
Fluiddruck in dem ersten Steuerraum die Position der inneren Düsennadel steuerbar ist und durch den Fluiddruck in dem zweiten Steuerraum die Position der äußeren Düsennadel steuerbar ist. Dem ersten und zweiten Steuerraum ist mindestens ein Schaltventil zugeordnet, mittels dessen der Fluiddruck in dem ersten und/oder zweiten Steuerraum einstellbar ist. Dadurch werden zwei voneinander entkoppelte Steuerräume geschaffen auf äußerst einfache Art und Weise und es besteht somit die Möglichkeit, bei einem entsprechend ausgebildeten Schaltventil oder mehreren Schaltventilen die ersten und zweiten Steuerräume unabhängig voneinander anzusteuern. Dadurch können dann gegebenenfalls die innere und die äußere Düsennadel unabhängig voneinander in ihre jeweilige Offen- und Schließposition gesteuert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichthülse in der Ausnehmung der äußeren Düsennadel geführt. Dadurch erfolgt einfach eine Abdichtung zwischen den beiden Steuerräumen und es ist gleichzeitig eine axiale Beweglichkeit gewährleistet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die innere Düsennadel einen Absatz, auf dem sich die Feder abstützt, die die Dichthülse gegen die Wandung der zweiten Ausnehmung drückt. Dadurch hat die Feder die zusätzliche Wirkung, dass die innere Düsennadel durch sie in ihre Schließposition vorgespannt ist.
Wenn die innere Düsennadel zusätzlich in einen von der Dichthülse umschlossenen Raum hineinragt, so kann ein einfaches Anpassen der Größe des ersten Steuerraums erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichthülse eine Beißkante auf, die an dem axialen Ende der Dichthülse ausgebildet ist, das der Wandung der zweiten Ausnehmung des Körpers zugewandt ist, die radial außen ausgebildet ist. Im Zusammenhang mit dem Führen der Dichthülse in der Ausnehmung der äußeren Düsennadel hat dies den Vorteil, dass eine sehr hohe Dichtigkeit und ein geringer Verschleiß der Dichthülse gewährleistet werden kann, wenn bei dem Betrieb des Einspritzventils in dem ersten Steuerraum zu erst der Fluiddruck verringert wird. Durch den höheren Druck in dem zweiten Steuerraum können dann nur geringe Kräfte auf die Dichthülse einwirken, die sie von ihrer Anlage an der Wandung der ersten Ausnehmung wegdrücken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichthülse an der inneren Düsennadel geführt. Dies hat den Vorteil, dass der erste Steuerraum einfach vom zweiten Steuerraum abgedichtet ist. Ferner entspricht dann der Durchmesser des freien Querschnitts der Dichthülse dem Durchmesser der Nadelführung der inneren Düsennadel.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Feder an einer Kontaktfläche der äußeren Düsennadel abstützt, die an dem axialen Ende der äußeren Düsennadel ausgebildet ist, das an der der zweiten Einspritzdüse abgewandten Seite ausgebildet ist . Dadurch wirkt die Feder zum einen auf die Dichthülse und drückt diese gegen die Wandung der ersten Ausnehmung und zum anderen wirkt die Feder schließend auf die äußere Düsennadel ein.
In diesem Zusammenhang ist es ferner vorteilhaft, wenn die Dichthülse eine Beißkante aufweist, die an dem axialen Ende der Dichthülse ausgebildet ist, das der Wandung der zweiten Ausnehmung des Körpers zugewandt ist und die radial innen ausgebildet ist. So ist gewährleistet, dass die durch den Druck des Fluids in dem ersten und zweiten Steuerraum auf die Dichthülse in axialer Richtung einwirkenden Kräfte sich im wesentlichen aufheben und die Anpresskraft der Dichthülse auf die Wandung der zweiten Ausnehmung des Körpers maßgeblich bestimmt ist durch die Federkraft. Dadurch ist eine sehr hohe Dichtigkeit und ein geringer Verschleiß der Dichthülse gewährleistet . In diesem Zusammenhang ist es ferner besonders vorteilhaft, wenn ein Teil des ersten Steuerraums als Federtasche ausgebildet ist, der eine Düsenfeder aufnimmt, die die innere Düsennadel in ihre Schließposition vorspannt. So kann das Ein- spritzventil kompakt ausgebildet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im ersten Steuerraum eine Ablaufdrossel zugeordnet, über die er hydraulisch mit dem Schaltventil gekoppelt ist. Durch die Ablaufdrossel kann einfach das Öffnen und Schließen der inneren Düsennadel beeinflusst werden und ferner die Öffnungskräfte für das Schaltventil eingestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform eines Einspritzventils, Figur 2 eine Vergrößerung eines Teilbereichs des Einspritzventils gemäß Figur 1, Figur 3 eine zweite Ausführungsform des Einspritzventils und Figur 4 eine Vergrößerung eines Teils des Einspritzventils gemäß Figur 3.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Einspritzventil (Figur 1) hat ein Injektorgehäuse 1. In einer Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ist ein Stellan- trieb 4 angeordnet, der bevorzugt als Piezoaktuator ausgebildet ist. Der Piezoaktuator ist als ein Stapel von Piezoele- enten ausgebildet und ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von der ihm zugeführten oder abgeführten elektrischen E nergie . Der Piezoaktuator ist mit einem Übertrager gekoppelt, der ebenfalls in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 angeordnet ist. Ferner ist in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ein Leckageraum 14 ausgebildet, der über eine Lecka- gebohrung mit einem Niederdruckkraftstoffkreis verbindbar ist .
Das Einspritzventil umfasst ferner eine Ventilplatte 16, eine Zwischenplatte 18, einen Nadelführungskörper 20 und einen Dü- senkörper 21. Die Ventilplatte 16, die Zwischenplatte 18, der Nadelführungskörper 20 und der Düsenkörper 21 bilden eine Düsenbaugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 22 an dem Injektorgehäuse 1 befestigt ist.
Der Nadelführungskörper 20 hat eine erste Ausnehmung 24, die als Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 21 fortgesetzt ist und in der eine äußere Düsennadel 27 angeordnet ist. Die äußere Düsennadel 27 ist in dem Nadelführungsköper 20 geführt. Eine innere Düsennadel 29 ist in einer Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 bevorzugt koaxial zu dieser angeordnet und in der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 geführt. Die Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 durchdringt die äußere Düsennadel 27 in axialer Richtung vollständig.
Eine erste Düsenfeder 30 spannt die äußere Düsennadel 27 in eine Schließposition vor, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine erste Einspritzdüse 34 unterbindet.
Eine zweite Düsenfeder 32 ist so angeordnet, dass sie die in- nere Düsennadel 29 in eine dieser zugeordnete Schließposition vorspannt, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine zweite Einspritzdüse 36 unterbindet. Eine zweite Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers 20 ist im Bereich seines hin zu der Ventilplatte 16 gewandten Endes ausgebildet .
Die erste Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20 mündet in die zweite Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers 20. Eine Dichthülse 40 ist in der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 angeordnet und wird in dieser geführt. Die zweite Düsenfeder 32 stützt sich auf einem Absatz 42 der inneren Düsennadel 49 ab und drückt so die Dichthülse 40 gegen eine Wandung 45, die der zweiten Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers zugeordnet ist und die Teil der Zwischenplatte 18 ist.
Eine Beißkante 44 ist an dem axialen Ende der Dichthülse 40 ausgebildet, das der Wandung der zweiten Ausnehmung des Nadelführungskörpers 20 zugewandt ist. Die Beißkante 44 ist radial außen ausgebildet. Sie ist in diesem Ausführungsbeispiel an dem äußeren Ende der Dichthülse 40 ausgebildet.
Die Dichthülse 40 trennt so einen ersten Steuerraum 46 von einem zweiten Steuerraum 48. Der erste Steuerraum 46 wird begrenzt durch den radial innerhalb der Beißkante 46 befindlichen Bereich der zweiten Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers, den Zwischenraum zwischen der Dichthülse 40 und der in- neren Düsennadel 29 und den Bereich zwischen der Wandung der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 und der inneren Düsennadel 29 in dem Bereich, in dem die zweite Düsenfeder 32 angeordnet ist. Der erste Steuerraum 46 umfasst ferner einen Hohlraum 50 in der Zwischenplatte 18, der bevorzugt halbku- gelförmig ausgebildet ist .
Der erste Steuerraum 46 ist über eine erste Zulaufdrossel 52 mit einer Hochdruckbohrung 54 hydraulisch gekoppelt, die mit einem Hochdruckkreis der Kraftstoffversorgung koppelbar ist. Der erste Steuerraum 46 ist ferner über eine Ablaufdrossel 56 hydraulisch gekoppelt mit einer ersten Ablaufbohrung 58, die wiederum hydraulisch gekoppelt ist mit einem Schaltventil 60, das insbesondere als Servoventil ausgebildet ist und von dem Stellantrieb 4 angetrieben wird.
Die innere Düsennadel 29 hat einen Hochdruckabsatz, der mit Fluid in Kontakt steht, das in etwa den Druck hat, den das Fluid in der Hochdruckbohrung 54 hat. Der Hochdruckabsatz ist so ausgebildet, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene Kraft öffnend auf die innere Düsennadel 29 wirkt. Die Position der inneren Düsennadel 29 hängt letztlich ab von der Kräftebilanz der Kräfte, die hervorgerufen durch den Druck des Fluids auf den Hochdruckabsatz wirken, und andererseits der Federkraft und der Kraft, die durch den Druck des Fluids, das sich in dem ersten Steuerraum 46 befindet, und die dadurch hervorgerufene Kraft über eine Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29 und den Absatz 42 der inneren Düsennadel 29 in Schließrichtung der Düsennadel 29 eingeleitet wird.
Die erste Zulaufdrossel 52 kann an das gewünschte Ansprechverhalten des ersten Steuerraums 46 angepasst sein und kann unabhängig davon dimensioniert sein, wie das Ansprechverhal- ten des zweiten Steuerraums 48 sein soll. Die Ablaufdrossel 56 kann ferner ebenfalls an das gewünschte Ansprechverhalten des ersten Steuerraums 46 angepasst sein. Dies hat insbesondere im Zusammenhang mit dem Schaltventil 60 den Vorteil, dass zum Ändern des Ansprechverhaltens lediglich der Quer- schnitt der Ablaufdrossel 56 anzupassen ist und das Schaltventil 60 unverändert eingesetzt werden kann. Der zweite Steuerraum 48 umfasst den Bereich der zweiten Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers 20, der sich radial außerhalb der Beißkante 44 der Dichthülse 40 befindet. Er umfasst ferner gegebenenfalls eine zweite Abiaufbohrung 68 und zwar hin bis zu einer gegebenenfalls vorhandenen weiteren Ablaufdrossel .
Der zweite Steuerraum 48 ist mittels einer zweiten Zulaufdrossel 66 mit der Hochdruckbohrung 54 hydraulisch gekoppelt. Der zweite Steuerraum ist mittels der zweiten Abiaufbohrung 68 mit dem Steuerventil 60 hydraulisch gekoppelt. Durch die Dimensionierung der zweiten Zulaufdrossel 66 lässt sich das ansprechverhalten des zweiten Steuerraums 48 einstellen. Die äußere Düsennadel 27 verfügt ebenso wie die innere Düsennadel 29 über einen Hochdruckabsatz, der mit unter Hochdruck stehendem Fluid aus der Hochdruckbohrung 54 beaufschlagt ist und der so ausgebildet ist, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene Kraft öffnend auf die äußere Düsennadel 27 wirkt. Dieser Kraft wirken entgegen die von der ersten Düsen- feder 30 in Schließrichtung ausgeübte Kraft und die durch den Druck des Fluids in dem zweiten Steuerraum 48 hervorgerufene Kraft auf die äußere Düsennadel 27, die über eine Kontaktfläche 70 der äußeren Düsennadel 27 eingeleitet wird. Abhängig von der Kräftebilanz dieser Kräfte ist die Position der äuße- ren Düsennadel 27 einstellbar.
Das Schaltventil 60 kann beispielsweise als zweistufiges Servoventil ausgebildet sein, das so ausgebildet ist, dass abhängig von dem Hub des Stellantriebs 4 zunächst die erste Ab- laufbohrung 58 hydraulisch mit dem Leckageraum 14 gekoppelt wird und bei weiter steigendem Hub dann auch die zweite Ablaufbohrung 68 mit dem Leckageraum 14 gekoppelt wird. Bei einem derartigen Schaltventil 60 kann somit die innere Düsenna del 29 von ihrer Schließposition in ihre Offenposition, d.h. in die Position, in der die innere Düsennadel 29 den Kraftstofffluss durch die zweite Einspritzdüse 36 freigibt, und auch wieder zurück in ihre Schließposition gebracht werden, ohne dass die äußere Düsennadel 27 notwendigerweise aus ihrer Schließposition herausbewegt wird.
Alternativ kann das Schaltventil 60 jedoch als zwei Servoven- tile ausgebildet sein, die gegebenenfalls unabhängig vonein- ander ansteuerbar sind. In diesem Fall können dann die äußere Düsennadel 27 und die innere Düsennadel 29 völlig unabhängig voneinander angesteuert werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Dichthülse 40 so ausgebildet sein, dass sie zum einen an der Wandung der ersten Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 geführt ist und somit an dieser nahezu spielfrei anliegt und aber andererseits auch nahezu spielfrei an der inneren Düsennadel anliegt. In diesem Fall ist dann der erste Steuerraum 46 ent- sprechend verkleinert.
In einer zweiten Ausführungsform des Einspritzventils (Figur 3, Figur 4) , die im folgenden nur hinsichtlich ihrer Unterschiede im Vergleich zu der ersten Ausführungsform beschrie- ben wird, ist die Dichthülse 40 an der inneren Düsennadel 29 geführt. Der erste Steuerraum 46 ist in diesem Fall durch den Bereich der ersten und/oder zweiten Ausnehmung 24,38 des Nadelführungskörpers 20 gebildet, der sich radial innerhalb der Beißkante 44 der Dichthülse 40 befindet und der durch die Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29 begrenzt wird.
Darüber hinaus ist bevorzugt eine Federtasche 72 vorgesehen, die die zweite Düsenfeder 32 aufnimmt und die gleichzeitig Teil des ersten Steuerraums 46 ist. Die Beißkante 44 ist in diesem Fall bevorzugt radial innen an der Dichthülse 40 ausgebildet.
Der zweite Steuerraum 48 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel den Bereich der zweiten Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers 20, der sich radial außerhalb der Beißkante 44 befindet. Er umfasst ferner die zweite Abiaufbohrung 68 und den Zwischenraum zwischen der Wandung der ersten Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20 und der Dichthülse 40 und den Abschnitt der ersten Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20, der in diesem Ausführungsbeispiel die erste Düsenfeder 30 aufnimmt. Die erste Düsenfeder 30 stützt sich in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt ab an der Kontaktfläche 70 der äu- ßeren Düsennadel 27 und spannt so die äußere Düsennadel in Richtung ihrer Schließposition vor und drückt andererseits die Dichthülse 40 mit ihrer Beißkante 44 an die Wandung 45 der zweiten Ausnehmung 38 des Nadelführungskörpers 20, die bevorzugt in einer Dichtfläche der Zwischenplatte 18 ausge- bildet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzventil - mit einem Körper, der eine erste Ausnehmung hat, in der eine äußere Düsennadel (27) angeordnet ist, - mit der äußeren Düsennadel (27) , die eine Ausnehmung (28) hat, in die eine innere Düsennadel (29) eingebracht ist, wobei die äußere Düsennadel (27) und der Körper so ausgebildet sind, dass die äußere Düsennadel (27) einen Fluidfluss durch eine erste Einspritzdüse (34) verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist, und ihn freigibt, wenn sie in ihrer Offenposition ist und wobei die innere Düsennadel (29) und der Körper so ausgebildet sind, dass die innere Düsennadel (29) einen Fluidfluss durch eine zweite Einspritzdüse (36) verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist und ihn freigibt, wenn sie in ihrer Offenposition ist, - bei dem eine zweite Ausnehmung in dem Körper vorgesehen ist, in die die erste Ausnehmung mündet, - mit einer Dichthülse (40) , die mittels einer Feder dichtend gegen eine Wandung (45) der zweiten Ausnehmung gedrückt wird und die so einen ersten Steuerraum (46) von einem zweiten Steuerraum (48) trennt, und - bei dem der erste und zweite Steuerraum (46, 48) so aus- gebildet sind, dass durch den Fluiddruck in dem ersten Steuerraum (46) die Position der inneren Düsennadel (29) steuerbar ist und durch den Fluiddruck in dem zweiten Steuerraum (48) die Position der äußeren Düsennadel (27) steuerbar ist, und - mit mindestens einem Schaltventil (60), das dem ersten und zweiten Steuerraum (46, 48) zugeordnet ist und mittels dessen der Fluiddruck in den ersten und/oder zweiten Steuerraum (46, 48) einstellbar ist.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Dichthülse (40) in der Ausnehmung (28) der äußeren Düsennadel (27) geführt ist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 2, bei dem die innere Düsennadel (29) einen Absatz (42) aufweist, auf dem sich die Feder abstützt.
4. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die innere Düsennadel (29) in einen von der Dichthülse (40) umschlossenen Raum hineinragt.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Dichthülse (40) eine Beißkante (44) aufweist, die an dem axialen Ende der Dichthülse (40) ausgebildet ist, das der Wandung der zweiten Ausnehmung des Körpers zugewandt ist und die radial außen ausgebildet ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Dichthülse (40) an der inneren Düsennadel (29) geführt ist.
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, bei dem die Feder sich an einer Kontaktfläche (70) der äußeren Düsennadel (27) abstützt, die an dem axialen Ende der äußeren Düsennadel (27) ausgebildet ist, das an der der ersten Einspritzdüse (34) abgewandten Seite ausgebildet ist.
8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Dichthülse (40) eine Beißkante (44) aufweist, die an dem axialen Ende der Dichthülse (40) ausgebildet ist, das der Wandung (45) der zweiten Ausnehmung des Körpers zugewandt ist und die radial innen ausgebildet ist.
9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem zumindest ein Teil des ersten Steuerraums (46) als Federtasche ausgebildet ist, der eine Düsenfeder aufnimmt, die die innere Düsennadel (29) in ihre Schließposition vorspannt.
10. Einspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem ersten Steuerraum (46) eine Ablaufdrossel (56) zugeordnet ist, über die er hydraulisch mit dem Schaltventil (60) gekoppelt ist.
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