DE10046823B4

DE10046823B4 - Servosteuerventil für Einspritzinjektoren

Info

Publication number: DE10046823B4
Application number: DE10046823A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Scheibe
Original assignee: LOrange GmbH
Current assignee: LOrange GmbH
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2004510098A; JP3768191B2; DE10046823A1; KR100621270B1; WO2002027178A1; EP1319125A1; DE50109450D1; KR20030036808A; ATE322616T1; EP1319125B1

Abstract

Servosteuerventil für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen, insbesondere von mit Speicherdruckeinspritzung arbeitenden und mit Diesel oder Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen, das als druckausgeglichenes 3/2-Wegeventil für einen über einen Axialsteller (4) beaufschlagten Steuerkolben (7) einen gehäusegefassten, quergeteilten Ventilführungseinsatz (8) aufweist, dessen Teilebene zwischen den Dichtkanten (14, 15) einer radialen Ventilkammer (16) liegt, mit denen Steuerkanten (18, 19) des Steuerkolbens (7) zusammenwirken, und von dessen Teilen (10, 11) der vom Axialsteller (4) abgelegene Teil als auf dem Steuerkolben (7) geführter Gegenventilkörper (11) über den Druck in einem zwischen dem Gegenventilkörper (11) und einem nachgeordneten Stellkolben (29) des Einspritzinjektors (1) liegenden, über das Servosteuerventil versorgten Druckraum (28) in Richtung auf den Axialsteller (4) abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Servosteuerventil für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen, insbesondere von mit Speicherdruckeinspritzung arbeitenden und mit Diesel oder Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen.

Derartige Einspritzinjektoren sind aus der Praxis bekannt und umfassen üblicherweise eine Einspritzdüse, ein dieser zugeordnetes Steuerventil, ein das Steuerventil ansprechendes Servosteuerventil und einen Axialsteller, meist in Form eines Magnetstellers. Bedingt ist ein derartiger Aufbau dadurch, dass über Magnetsteller passender Größe bei direkter Beaufschlagung des Steuerventiles kaum die erforderlichen Stellkräfte aufgebracht werden können, so dass ein Servosteuerventil zwischengeschaltet wird, das quasi verstärkerfunktion hat und das mit einem abgestuften Drosselsystem arbeitet, wobei der federbelastete Magnetanker den Abflussdrosselquerschnitt steuert, so dass durch die den Magnetanker auf seine Schließstellung belastende Stellfeder die Kräfte aufgebracht werden müssen, die abhängig vom Steueröldruck und dem Querschnitt der über den Magnetanker gesteuerten Abflussdrossel nötig sind, den Abflussquerschnitt bei Überdeckung durch den Magnetanker zu sperren. Hierdurch ergeben sich sowohl hinsichtlich der Arbeitsdrücke wie auch hinsichtlich des über den Magnetanker bei nicht bestromten Magneten abzudeckenden Querschnittes Beschränkungen, da die den Magnetanker im Hinblick auf die Sperrstellung belastende Feder schwächer sein muss als die vom Magneten bei Bestromung aufzubringende Hubkraft.

Aus der EP 0 995 900 A1 ist des weiteren ein Steuerventil für einen Einspritzinjektor bekannt, der axial aus mehreren Modulen zusammengesetzt ist und in axialer Folge ein Stellermodul, ein Ventilmodul und ein nachgeordnetes Modul für ein anzusteuerndes Element aufweist. Das ein druckausgeglichenes 3/2-Wegeventil umfassende Ventilmodul weist einen Steuerkolben auf, der vom Axialsteller des Stellermoduls beaufschlagt ist. Der Steuerkolben erstreckt sich durch eine gehäuseseitige Aufnahme des Ventilmoduls, die quergeteilt ist und mit ihrem dem Axialsteller benachbarten Teil einen den Steuerkolben führenden Ventilkörper bildet und in ihrem vom Axialsteller abgelegenen Teil als auf dem Steuerkolben geführter Gegenventilkörper ausgebildet ist. Die Teilebene der Aufnahme liegt zwischen den dem Ventilkörper und dem Gegenventilkörper zugeordneten Dichtkanten einer radialen Ventilkammer, mit denen korrespondierende Steuerkanten des Steuerkolbens zusammenwirken, die einem radial vorspringenden und in axialer Überdeckung zur Ventilkammer liegenden Ringbereich des Steuerkolbens zugeordnet sind. Der Gegenventilkörper soll druckbelastet auf einer zur Steuerkolbenachse senkrechten, planen Stirnfläche des dem Ventilmodul nachgeordneten Moduls dichtend aufsitzen. Dies setzt bei über die zusammenwirkenden Dicht- bzw. Steuerkanten des Gegenventilkörpers und des Steuerkolbens erfolgender Druckbeaufschlagung des Gegenventilkörpers in Richtung auf das nachgeordnete Modul und dichtender Anlage an diesem sowohl hinsichtlich der Konzentrizität von Steuerkolben, Ventilkörper, Gegenventilkörper und Dicht- bzw. Steuerkanten sowie auch der einzuhaltenden Winkellage zwischen den jeweiligen Dichtflächen die Erfüllung höchster Genauigkeitsanforderungen voraus, um zu einer gegebenenfalls befriedigenden Funktion zu kommen. Auch mit erheblichem Aufwand ist die Einhaltung derartiger Genauigkeitsanforderungen in Bezug auf die Vielzahl der angesprochenen und einander zuzupaarenden Teile in der Praxis kaum zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Servosteuerventil für Einspritzinjektoren zu schaffen, das fertigungstechnisch gut zu beherrschen ist, trotz günstiger Fertigungsvoraus setzungen die bei Steuerventilen generell geforderte hohe Präzision gewährleistet und dennoch hohe Stellgeschwindigkeiten bei relativ hohen Stellkräften ermöglicht.

Erreicht wird dies bei einem Servosteuerventil für Einspritzinjektoren durch eine Ausgestaltung gemäß dem Anspruch 1, demzufolge als Servosteuerventil ein 3/2-Wegeventil verwendet wird, das hinreichend große Steuerquerschnitte ermöglicht und trotz Integration in den Einspritzinjektor einen vergleichsweise einfachen Aufbau aufweist. Gearbeitet wird hierzu mit einem Ventilführungseinsatz, der vom Injektorgehäuse aufgenommen wird und der im Injektorgehäuse dicht eingepresst zu fixieren ist, durch eine quergeteilte Ausbildung zugleich aber beste Voraussetzungen für hohe Präzision, auch hinsichtlich der Einpassung in den Injektor ermöglicht. Zugleich lassen sich hohe Stellgeschwindigkeiten erreichen. Insbesondere bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung, durch die Querteilung des Ventilführungseinsatzes und die Führung von dessen als Gegenventilkörper dienendem Teil auf dem Steuerkolben, auch besonders günstige Voraussetzungen etwaige Toleranzen in der Achsierung der Ventilteile und deren Zuordnung zum Stellkolben auszugleichen, sowie auch die Kanalwege innerhalb des Servosteuerventiles sowie auch zu den Anschlüssen einfach und mit großen Querschnitten zu gestalten.

Abgesehen von der Anwendung in Einspritzinjektoren können Ventile der geschilderten Art mit quergeteiltem Ventilführungseinsatz auch anderweitig zweckmäßig sein, da durch die Aufteilung des Ventileinsatzes in einen für den Steuerkolben führenden Teil und in einen vom Steuerkolben geführten Teil nicht nur Vorteile hinsichtlich des Aufbaues als druckausgeglichenem Ventil, bei mit einem radial überstehenden Steuerbund ausgebildetem Steuerkolben, hinsichtlich Aufbau und Montage erreichbar sind, sondern gegebenenfalls auch für Servicezwecke der Zugriff auf die Innenteile des Ventiles erleichtert wird, ohne dass dessen Zentrierung gegenüber dem jeweils aufnehmenden Teil aufgegeben bzw. gelöst werden muß, da der Zugang über den auf dem Kolben geführten Teil des Ventileinführungseinsatzes möglich wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 in stark schematisierter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Einspritzinjektor, wobei dieser Ausschnitt im wesentlichen auf die Darstellung des Servosteuerventiles im Schnitt beschränkt ist, das über einen Axialsteller in Form eines Magnetstellers angesprochen wird und über das die Druckbeaufschlagung für einen Stellkolben, bevorzugt einen Stellkolben eines Steuerventiles gesteuert wird, und
2 eine Ausschnittsvergrößerung entsprechend A in 1.
Die Figuren zeigen einen Ausschnitt aus einem Einspritzinjektor 1, wobei mit 2 ein Teilbereich eines Steuerventiles 2 bezeichnet ist, dem ein Servosteuerventil 3 vorgelagert ist. In der Wirkkette davor liegt ein Axialsteller in Form eines schematisch angedeuteten Magnetstellers 4 mit einem Magnetanker 5 der in Richtung auf das Servosteuerventil 3 über eine Feder 6 belastet ist. Wird der Magnetsteller 9 bestromt, so wird der Magnetanker 5 gegen die Kraft der Feder 6 angehoben.
Der Magnetanker 5 wirkt auf einen Steuerkolben 7, der in einem Ventilführungseinsatz 8 angeordnet ist, welcher bezogen auf die gemeinsame Fluchtachse 9 von Magnetsteller 4, Servosteuerventil 3 und Steuerventil 2 quergeteilt ist und dessen einer Teil als Ventilkörper 10 und dessen anderer Teil als Gegenventilkörper 11 axial aneinander anschließen und gegeneinander abgestützt sind, wobei der Ventilkörper 10 in ein Aufnahmegehäuse für das Servosteuerventil 3 dichtend axial eingepresst ist. Der den Ventilführungseinsatz 8 umschließende Gehäusebereich ist mit 12 bezeichnet und kann durch einen Gehäuseteil des Einspritzinjektors 1 gebildet sein.
Die Teilungsebene zwischen Ventilkörper 10 und Gegenventilkörper 11 liegt zwischen den axial beabstandeten Dichtkanten 14 und 15, von denen die Dichtkante 14 dem Ventilkörper 10 und die Dichtkante 15 dem Gegenventilkörper 11 zugeordnet ist, die zwischen sich die Ventilkammer 16 einschließen. Der Ventilkammer 16 ist seitens des Steuerkolbens 7 ein Ringbund 17 zugeordnet, der Steuerkanten 18 und 19 aufweist, welche bei verhältnismäßig geringer radialer Überdeckung des Ringbundes 17 zur Ventilkammer 16 mit den Dichtkanten 14 und 15 der Ventilkammer 16 zusammenwirken, wenn entsprechend dem axialen Verstellweg des Steuerkolbens 7 die eine oder die andere in ihrer Anlagestellung kommt.
Beiderseits des Ringbundes 17 weist der Steuerkolben 7 im Durchmesser zurückgenommene Ringbereiche als Ringräume 20 und 21 auf, wobei die Ringkammer 21 im Bereich des im Gegenventilkörper 11 liegenden Endes des Steuerkolbens 7 durch einen Führungsbund 22 begrenzt ist, auf dem, quasi als Zentrierbund, der Gegenventilkörper 11 geführt ist, wobei der Gegenventilkörper 11, bei napfförmiger Ausbildung eine Bodenzone 23 aufweist, die den Steuerkolben 7 untergreift und die die Abstützung für eine Feder 24 bildet, welche in einer Axialbohrung 25 des Steucrkolbens 7 liegend. gegen eine Schulter 26 desselben abgestützt ist.
In Gegenrichtung bildet die Bodenzone 23 eine Abstützung für eine Feder 27, die einen Druckraum 28 überbrückend einen Stellkolben 29 beaufschlagt, der axial verschieblich dem Steuerventil 2 zugeordnet ist und sich gegen dessen Steuerkolben abstützt.
Dem Ringraum 20 ist ein Versorgungsanschluss 30 zugeordnet, der durch eine Radialbohrung gebildet ist und den Ventilkörper 10 und den anschließenden Gehäusebereich durchsetzt. Im Ausführungsbeispiel ist der Versorgungsanschluss 30 ein Hochdruckanschluss, über den Steueröl zugeführt wird. Dieses tritt in der gezeigten Schaltstellung des Servosteuerventiles 3, in der der Magnetanker 5 über die Feder 6 den Steuerkolben 7 in Richtung auf den Gegenventilkörper 11 belastet und in der die Dichtkante 15 mit der Steuerkante 19 dichtend zusammenwirkt, auf die Ventilkammer 16 über, und gelangt von dort über radiale Überströmquerschnitte 31 in den Druckraum 28. Hierbei sind die radialen Überströmquerschnitte 31 als Ringspalte oder dergleichen ausgebildet, die beispielsweise dadurch gebildet sind, das zwischen dem Gegenventilkörper 11 und dem Ventilkörper 10 Distanzelemente liegen, die durch axiale Ansätze an dem Ventilkörper 10 und/oder an dem Gegenventilkörper 11 gebildet sind. Gegebenenfalls kann auch ein ringförmiger Einsatz vorgesehen sein, der entsprechende Übertrittsquerschnitte 31 freigibt.
Der Gegenventilkörper 11 kann aufgrund seiner Führung auf dem Steuerkolben 7 über den Führungsbund 22 oder entsprechende Führungsflächen, radial beabstandet zur Wandung der Aufnahmebohrung 37 für den Ventilkörper 10 liegen, so dass sich ausgehend von den Überströmquerschnitten 31 axiale Durchströmungswege 32 auf den Druckraum 28 ergeben. Damit. ist der Stellkolben 29 über den Hochdruckversorgungsanschluss 30 und dessen Verbindung zum Druckraum 28 zusätzlich zur Feder 27 druckbelastet und hält damit den Steuerkolben des nicht dargestellten Steuerventiles in einer der Schließlage der Einspritzdüse entsprechenden Stellung.
Wird der Magnet 5 bestromt, so wird der Steuerkolben 7 in die nicht dargestellte obere Anschlaglage, in der die Dichtkante 14 mit der Steuerkante 18 zusammenwirkt, umgesteuert, mit der Folge, dass der Druckraum 28 über die Überströmquerschnitte 31, den Ringraum 21 und einen auf die Axialbohrung 25 mündenden Überströmquerschnitt an den Rücklauf 36 angeschlossen ist. Der angesprochene Überströmquerschnitt kann, wie in 2 gezeigt, durch Radialbohrungen 33 oder auch dadurch gebildet sein, dass der Ringbund axiale Durchlassöffnungen 34 aufweist, die zum Kolben 7 stirnseitig den Übertritt in die Axialbohrung 25 ermöglichen. Die Axialbohrung 25 steht, wie durch den Pfeil 35 angedeutet, mit dem Rücklaufkanal 36 in Verbindung.
Für Zu- und Ablauf lassen sich bei dieser Lösung verhältnismäßig große Querschnitte verwirklichen, so dass sich kurze Schaltzeiten ergeben. Ferner ist in der Übergangsphase zwischen der. beiden Schaltstellungen des Steuerkolbens 7 ein Kurzschluß der Druckkammer 28 sowohl zum Zulauf – Anschluss 30 – wie auch zum Rücklauf – Anschluss 36 – gegeben. Wird das Einspritzventil geöffnet, so entspricht dies einer Bestromung des Magneten 4 und einer Amsteuerung des zulaufseitigen Versorgungsanschlusses 30 durch Verschiebung des Steuerkolbens 7 an seine in der Zeichnung obere Dichtgrenze, gebildet durch die Steuerkante 18 und die Dichtkante 14. Im Zuge dieser Umsteuerung wird der zulaufseitige Anschluss (Versorgungsanschluss 30) zunehmend abgesteuert, bei gleichzeitiger Freigabe des rücklaufseitigen Anschlusses 36, so dass schon in der Übergangsphase der Druckabbau in der Druckkammer 28 beginnt, mit der Folge, das bei entsprechendem Öffnungsdruck auf die Druckschulter der Düsennadel der Einspritzdüse für diese eine schnelle Öffnung gewährleistet werden kann. Entsprechendes gilt in umgekehrter Richtung, wobei ungeachtet des herrschenden Druckes im Druckraum Stellkolben 29 und Gegenventilkörper 11 über die Feder 27 abgestützt sind, so dass der Gegenventilkörper 11 in seiner Anlagestellung zum Ventilkörper 10 gehalten wird. Wird der Magnetsteller 4 bestromt, so wird der Magnetanker 5 gegen die Feder 6 angehoben und der Steuerkolben 7 über die Feder 24 nachgeschoben, während in Gegenrichtung, bei abfallenden Magnetsteller 4, der Steuerkolben 7 über die Feder 6 entgegen der Kraft der Feder 24 verschoben wird. Die druckbeaufschlagten Flächen des Steuerkolbens 7 sind in der Umstellphase gleich groß, so dass mit vergleichsweise geringen Federkräften gearbeitet werden kann.
Konstruktiv ist die erfindungsgemäße Steuerventilkonstruktion so ausgelegt, dass sie auch fertigungstechnisch gut zu beherrschen ist, da Führungssitz und Anschlagflächen für den Ventilkörper 10 wie auch für den Gegenventilkörper 11 jeweils in einer Aufspannung geschliffen werden könnten, so dass enge Tolerierungen möglich sind. Entsprechendes gilt auch für den Steuerkolben bezüglich dessen Führungs- bzw. Zentrierflächen und Sitzflächen. Neben einer günstigen Fertigung ist somit auch eine hohe Präzision zu gewährleisten.

Claims

Servosteuerventil für Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen, insbesondere von mit Speicherdruckeinspritzung arbeitenden und mit Diesel oder Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen, das als druckausgeglichenes 3/2-Wegeventil für einen über einen Axialsteller (4) beaufschlagten Steuerkolben (7) einen gehäusegefassten, quergeteilten Ventilführungseinsatz (8) aufweist, dessen Teilebene zwischen den Dichtkanten (14, 15) einer radialen Ventilkammer (16) liegt, mit denen Steuerkanten (18, 19) des Steuerkolbens (7) zusammenwirken, und von dessen Teilen (10, 11) der vom Axialsteller (4) abgelegene Teil als auf dem Steuerkolben (7) geführter Gegenventilkörper (11) über den Druck in einem zwischen dem Gegenventilkörper (11) und einem nachgeordneten Stellkolben (29) des Einspritzinjektors (1) liegenden, über das Servosteuerventil versorgten Druckraum (28) in Richtung auf den Axialsteller (4) abgestützt ist.
Servosteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanten (18, 19) des Steuerkolbens (7) einem Ringbund (17) des Steuerkolbens (7) zugeordnet sind.
Servosteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbund (17) mit seinen Steuerkanten (18, 19) in radialer Überdeckung zu den Dichtkanten (14, 15) der Ventilkammer (16) liegt, deren zum Gegenventilkörper (11) gegenüberliegende Dichtkante (14) dem die Führung für den Steuerkolben (7) bil denden Ventilkörper (10) als denm Axialsteller (4) zugewandtem Teil des Ventilführungseinsatzes (8) zugeordnet ist.
Servosteuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenventilkörper (11) und Ventilkörper (10) axial gegeneinander abgestützt sind.
Servosteuerventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenventilkörper (11) und Ventilkörper (10) in der Teilebene axial gegeneinander abgestützt sind.
Servosteuerventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenventilkörper (11) und Ventilkörper (10) spaltbildend gegeneinander abgestützt sind. 7 Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenventilkörper (11) und Ventilkörper (10) über Distanzelemente gegeneinander abgestützt sind.
Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbund (17) des Steuerkolbens (7) zwischen radial eingezogenen Ringbereichen liegt, die zum Ventilführungseinsatz (8) Ringräume (20; 21) bilden.
Servosteuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine der Ringräume (20) in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens (7) mit einem auf die Ventilkammer 16) ausmündenden Anschluss in Verbindung steht.
Servosteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Gegenventilkörper (11) eintauchende Ende des Steuerkolbens (7) als Führung für den Gegenventilkörper (11) ausgebildet ist.
Servosteuerventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung zur benachbarten Steuerkante (19) des Steuerkolbens (7) eine Begrenzung des anderen Ringraumes (21) bildet.
Servosteuerventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung als Zentrierlippe ausgebildet ist.
Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Gegenventilkörper (11) zugeordnete andere Ringraum (21) an einen den Steuerkolben (7) durchsetzenden Axialkanal (Axialbohrung 25) angeschlossen ist.
Servosteuerventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss an den Axialkanal (Axialbohrung 25) über einen Radialkanal (33) erfolgt.
Servosteuerventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss vom anderen Ringraum (21) an den Axialkanal (Axialbohrung 25) über die Stirnseite des Steuerkolbens (7) erfolgt.
Servosteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (29) den Druckraum überbrückend gegen den Gegenventilkörper (11) federnd abgestützt ist.
Servosteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (7) gegen den Gegenventilkörper (11) federnd abgestützt ist.
Servosteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialsteller (4) federnd in Richtung auf den Steuerkolben (7) belastet ist.
Servosteuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialsteller (4) als Magnetsteller ausgebildet ist, dessen Anker (5) in Richtung auf den Steuerkolben (7) federbelastet ist.
Servosteuerventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellkraft der Federabstützung zwischen Stellkolben (29) und Gegenventilkörper (11) größer ist als die auf den Magnetanker (5) wirkende Federkraft.
Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des den Magnetanker (5) gegen den Steuerkolben (7) belasteten Feder (6) höher ist als die der zwischen Gegenventilkörper (11) und Steuerkolben (7) angeordneten, den Steuerkolben (7) in Gegenrichtung abstützenden Federanordnung (Feder 24).
Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (6; 24; 27) koaxial angeordnet sind.
Servosteuerventil nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (6; 24; 27) als Druckfedern ausgebildet sind.