DE102007059265A1 - Switching valve for injectors - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schaltventil für Injektoren, insbesondere für Kraftstoffinjektoren (1), ein Schließelement (31) umfassend, mit dem ein Steuerraum (9) zur Betätigung eines Einspritzventilgliedes (3) druckentlastbar ist. Das Schließelement (31) wird durch einen Magnetaktor, umfassend eine Magnetbaugruppe (51) und einen Anker (49), angesteuert. Das Schließelement (31) ist derart mit einem Anschlagelement verbunden, dass das Anschlagelement und das Schließelement (31) einen Dämpfungsraum (71) umschließen, wobei der Dämpfungsraum (71) mit Flüssigkeit befüllt ist und bei einer Bewegung des Schließelements (31) die Menge der Flüssigkeit im Dämpfungsraum (71) im Wesentlichen konstant bleibt, so dass sich Schließelement (31) und Anschlagelement gemeinsam bewegen.The invention relates to a switching valve for injectors, in particular for fuel injectors (1), comprising a closing element (31), with which a control chamber (9) for actuating an injection valve member (3) is pressure-relieved. The closing element (31) is driven by a magnetic actuator comprising a magnet assembly (51) and an armature (49). The closing element (31) is connected to a stop element in such a way that the stop element and the closing element (31) enclose a damping space (71), the damping space (71) being filled with liquid and the quantity of the closing element (31) being filled Liquid in the damping chamber (71) remains substantially constant, so that closing element (31) and stop element move together.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Schaltventil für Injektoren, insbesondere für Kraftstoffinjektoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Invention is based on a switching valve for injectors, in particular for fuel injectors, according to Preamble of claim 1.
Kraftstoffinjektoren werden eingesetzt, um Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff zu versorgen. Der Kraftstoff wird dabei unter hohem Druck in die Brennräume eingespritzt. Insbesondere bei selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen kommen Hochdruckspeichereinspritzsysteme zur Anwendung, bei denen der Einspritzdruck unabhängig von der Drehzahl und Last der Verbrennungskraftmaschine ist. Hierdurch lassen sich die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe reduzieren. Um eine weitere Reduzierung der Schadstoffe zu erreichen, ist jedoch eine signifikante Erhöhung des Einspritzdruckes notwendig.fuel injectors are used to combustion chambers of an internal combustion engine to supply fuel. The fuel is under high Pressure injected into the combustion chambers. Especially at self-igniting internal combustion engines come high-pressure accumulator injection systems for use in which the injection pressure is independent from the speed and load of the internal combustion engine. hereby can reduce the pollutants produced during combustion. However, to achieve a further reduction of pollutants, is a significant increase in the injection pressure necessary.
Kraftstoffinjektoren, die bei den geforderten Drücken eingesetzt werden können, werden leckagefrei ausgeführt. Hierzu wird auf eine Niederdruckstufe verzichtet. Durch das Fehlen der Niederdruckstufe stehen jedoch nur geringe Nadelschließkräfte zur Verfügung. Dies führt zu steilen Kennfeldern und somit zu einer schlechten Kleinstmengenfähigkeit. Dieser Nachteil kann jedoch mit sehr schnell schaltenden Ventilen kompensiert werden.fuel injectors, which can be used at the required pressures, be carried out leak-free. For this purpose, a low-pressure stage is dispensed with. Due to the absence of the low-pressure stage, however, there are only a few Needle closing forces available. This leads to steep maps and thus to a bad one Small-volume capability. This disadvantage can however with be compensated very quickly switching valves.
Ein
Steuerventil für ein schnell schaltendes Kraftstoffeinspritzventil
ist zum Beispiel aus
Schnell schaltende Ventile haben jedoch den Nachteil, dass aufgrund eines Prellens Kennfeldwelligkeiten auftreten. Einerseits ergibt sich ein Prellen des Schließelementes aufgrund eines harten Anschlages in Verbindung mit einem schnellen Schließelement. Der harte Anschlag resultiert aus dem Aufprellen von Metall auf Metall. Diese Preller, die beim Aufschlagen des Schließelementes auftreten, haben jedoch einen negativen Einfluss auf die Funktion des Kraftstoffinjektors und führen im Allgemeinen zu großen Hub/Hub-Streuungen. Bei magnetgesteuerten Schaltventilen wird am oberen Hubanschlag zwischen Anker und Magnet ein Quetschspalt ausgebildet, der den Anschlag dämpft und so das Prellen reduziert. Ein solcher Quetschspalt kann jedoch am Ventilsitz aufgrund dessen Dichtfunktionen nicht angebracht werden, um den Einschlagimpuls des Schließelementes im Ventilsitz zu reduzieren.Fast switching valves, however, have the disadvantage that due to a Bounce characteristic map ripples occur. On the one hand results a bouncing of the closing element due to a hard Stop in connection with a fast closing element. The hard stop results from the bouncing of metal on Metal. This Preller, when striking the closing element occur, but have a negative impact on the function of the fuel injector and generally lead to large Hub / Hub variations. For solenoid-operated switching valves, the upper stroke stop between armature and magnet forms a nip, which dampens the stop and thus reduces bouncing. One however, such nip can be on the valve seat due to its sealing functions not be attached to the impact of the closing element to reduce in the valve seat.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schaltventil für Injektoren, insbesondere für Kraftstoffinjektoren, umfasst ein Schließelement, mit dem ein Steuerraum zur Betätigung eines Einspritzventilgliedes druckentlastbar ist. Das Schließelement wird durch einen Magnetaktor, umfassend eine Magnetbaugruppe und einen Anker, angesteuert. Das Schließelement ist mit einem Anschlagelement derart verbunden, dass das Anschlagelement und das Schließelement einen Dämpfungsraum umschließen, wobei der Dämpfungsraum mit Flüssigkeit befüllt ist, deren Menge bei einer Bewegung des Schließelementes im Wesentlichen konstant bleibt, so dass sich Schließelement und Anschlagelement gemeinsam bewegen.One According to the invention designed switching valve for Injectors, in particular for fuel injectors comprises a closing element with which a control room for actuation an injection valve member is relieved of pressure. The closing element is achieved by a magnetic actuator comprising a magnetic assembly and an anchor, driven. The closing element is with a Stop element connected such that the stop element and the Close closing element a damping chamber, wherein the damping chamber filled with liquid is, whose amount during a movement of the closing element essentially remains constant, so that closing element and stop element move together.
Während der Öffnungsbewegung des Schließelementes nimmt der Druck im Dämpfungsraum zunächst ab. Aufgrund des abnehmenden Drucks wirkt eine Kraft auf das Anschlagelement, durch die das Anschlagelement mit dem Schließelement mitbewegt wird. Das Volumen des Dämpfungsraumes ändert sich bei gleich bleibender Menge an Flüssigkeit nicht. Auf diese Weise bleibt die Position des Anschlagelementes zum Schließelement unverändert. Beim Schließen des Schaltventils nimmt der Druck im Dämpfungsraum zunächst zu. Das Anschlagelement wird mit dem Schließelement mitbewegt. Beim Anschlagen bildet sich zwischen dem Anschlagelement und einer Anschlagfläche ein Quetschspalt aus, durch den die Bewegung gedämpft wird und ein großer Teil des Anschlagimpulses aufgenommen wird. Die Bewegung des Schließelementes wird durch den bei einem Durchschwingen zunehmenden Druck im Dämpfungsraum gedämpft. Ein Prellen oder ein Ventilsitzverschleiß wird verhindert, da ein großer Teil des Enschlagimpulses bereits durch das Anschlagen des Anschlagelementes vernichtet worden ist. While the opening movement of the closing element takes the pressure in the damping chamber initially from. by virtue of the decreasing pressure acts on the stop element, by which moves the stop element with the closing element becomes. The volume of the damping chamber changes not with a constant amount of liquid. To this Way remains the position of the stop element to the closing element unchanged. When closing the switching valve The pressure in the damping chamber initially increases. The stop element is moved with the closing element. When striking forms between the stop element and a Stop surface is a nip, through which the movement is damped and a large part of the stop pulse is recorded. The movement of the closing element is due to the increasing pressure in the damping chamber during a swing-through attenuated. Bouncing or valve seat wear is prevented since a large part of the impulse already by the Striking the stop element has been destroyed.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlagelement in Form einer Hülse ausgebildet. Wenn das Anschlagelement in Form einer Hülse ausgebildet ist, ist es bevorzugt, wenn das Schließelement in einer Hülse geführt ist, wobei zwischen einer in Richtung der Magnetbaugruppe weisenden oberen Stirnfläche der Hülse und einer der oberen Stirnfläche der Hülse gegenüberliegenden Stirnfläche des Schließelementes der Dämpfungsraum ausgebildet ist. Um bei geschlossenem Schaltventil die Position des Anschlagelementes an die Position des Schließelements anzupassen, ist es bevorzugt, wenn die obere Stirnfläche der Hülse derart von einer ringförmigen Kante abgeschlossen ist, dass die Innenseite der ring förmigen Kante und die Außenseite der Stirnfläche des Schließelementes beim Schließen des Schaltventils und bei geschlossenem Schaltventil einen Ringspalt ausbilden. Der Ringspalt wirkt gegenüber dem umgebenden Raum als Drossel, so dass der Druck im Dämpfungsraum höher ist als der umgebende Druck. Hierdurch wird eine vollständige Befüllung des Dämpfungsraumes mit Flüssigkeit gewährleistet. Zudem kann auf diese Weise ein Flüssigkeitsausgleich erfolgen, der zum Beispiel notwendig ist, wenn sich zum Beispiel durch Sitzverschleiß zunächst die Position des Schließelementes zum Anschlagelement ändert. Auf diese Weise wird die Funktion des Anschlagelementes immer gewährleistet. So kann über den Ringspalt zum Beispiel Flüssigkeit ausströmen, wenn zum Ausgleich der Positionen ein kleineres Volumen des Dämpfungsraumes erforderlich ist.In a preferred embodiment, the stop element is designed in the form of a sleeve. If the stop element is designed in the form of a sleeve, it is preferred if the closing element is guided in a sleeve, wherein between a pointing in the direction of the magnet assembly upper end surface of the sleeve and one of the upper end face of the sleeve opposite Stirnflä surface of the closing element of the damping chamber is formed. In order to adapt the position of the stop element to the position of the closing element when the switching valve is closed, it is preferred if the upper end face of the sleeve is closed by an annular edge, that the inside of the ring-shaped edge and the outside of the end face of the closing element when closing the Switching valve and form an annular gap with closed switching valve. The annular gap acts as a throttle relative to the surrounding space, so that the pressure in the damping chamber is higher than the surrounding pressure. As a result, a complete filling of the damping chamber is ensured with liquid. In addition, can be done in this way a liquid equalization, which is necessary, for example, if, for example, by seat wear first changes the position of the closing element to the stop element. In this way, the function of the stop element is always guaranteed. For example, liquid can flow out via the annular gap if a smaller volume of the damping chamber is required to compensate for the positions.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus des Schaltventils ist, dass die hydraulische Dämpfungskraft nur eine Funktion der Ankergeschwindigkeit ist. Anders als bei einem Quetschspalt hat der Ankerhub keinen Einfluss auf die Dämpfungskraft. Auf diese Weise wird auch bei einem Hubdrift, der z. B. durch einen Ventilsitzverschleiß begründet sein kann, sichergestellt, dass das Ventil jederzeit schließt.One Another advantage of the structure of the invention the switching valve is that the hydraulic damping force is only a function of the anchor speed. Unlike one Quetschspalt the armature stroke has no effect on the damping force. In this way, even at a Hubdrift, z. B. by a Valve seat wear can be justified, ensured that the valve closes at any time.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse relativ zum Schließelement in axiale Richtung bewegbar. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Dämpfer nur beim Schließen, jedoch nicht beim Öffnen des Ventils wirkt. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Verzögern der Ventilöffnungsbewegung verhindert. Durch die Öffnungsbewegung des Schließelementes wird das Volumen des Dämpfungsraumes vergrößert. Hierdurch sinkt der Druck im Dämpfungsraum ab. Da die Hülse relativ zum Schließelement in axialer Richtung bewegbar ist, kann sich die Hülse zunächst mitsamt dem Schließelement mitbewegen, so dass das Volumen des Dämpfungsraumes im Wesentlichen konstant bleiben kann und keine Kraft überwunden werden muss, die aufgrund eines verminderten Druckes im Dämpfungsraum auf das Schließelement wirkt. Ein schnelles Öffnen des Schaltventils ist somit möglich.In a preferred embodiment is the sleeve movable relative to the closing element in the axial direction. Advantage of this embodiment is that the damper only when closing, but not when opening the Valve acts. In this way, an unwanted delay prevents the valve opening movement. Through the opening movement the closing element is the volume of the damping chamber increased. This reduces the pressure in the damping chamber from. Since the sleeve is relative to the closing element in Axial direction is movable, the sleeve can first move along with the closing element, so that the volume the damping chamber can remain substantially constant and no force has to be overcome because of a diminished Pressure in the damping chamber on the closing element acts. A quick opening of the switching valve is thus possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Hülse eine tellerförmige Erweiterung ausgebildet und ein Federelement ist mit einer Seite auf die tellerförmige Erweiterung an der Hülse und mit der anderen Seite gegen den Anker gestellt. Das Federelement ist vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder. Durch das Federelement wird die Hülse bei geschlossenem Schaltventil in ihren Anschlag gestellt. Hierdurch kann eine Änderung der Position von Schließelement und Hülse, wie sie zum Beispiel bei einem Hubdrift auftritt, ausgeglichen werden. Das Volumen des Dämpfungsraumes ändert sich dabei, bleibt jedoch dann während des nächsten Öffnungs- und Schließvorganges wieder konstant, um die Dämpfungsfunktion zu erfüllen.In a preferred embodiment is on the sleeve formed a plate-shaped extension and a spring element is with one side on the plate-shaped extension the sleeve and with the other side against the anchor. The spring element is preferably designed as a compression spring Coil spring. By the spring element, the sleeve is at closed switching valve placed in its stop. hereby may be a change in the position of closing element and sleeve, such as occurs at a Hubdrift, be compensated. The volume of the damping chamber changes but then remains during the next opening and closing process again constant to the damping function to fulfill.
Damit das Schließelement nicht verkantet oder sich in radialer Richtung verschiebt und so eine Funktionsstörung des Injektors hervorruft, ist das Schließelement vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und auf einem Führungsstift geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Führungsstift zwischen einer oberen und einer unteren Führung des Schließelementes ein ringförmiger Raum ausgebildet. Der ringförmige Raum dient als Leckagesammelraum von Flüssigkeit, die als Leckage über die untere Führung strömt. Da der Leckagespalt zwischen der unteren Führung und dem Schließelement in hydraulischer Verbindung mit dem Ablaufkanal aus dem Steuerraum steht, wird der Leckagesammelraum mit Flüssigkeit befüllt.In order to the closing element is not tilted or in radial Direction shifts and so a malfunction of the injector causes the closure element is preferably sleeve-shaped trained and guided on a guide pin. In a preferred embodiment, the guide pin is between an upper and a lower guide of the closing element an annular space is formed. The annular Space serves as a leak reservoir of fluid that acts as a Leak over the lower guide flows. Because the leakage gap between the lower guide and the Closing element in hydraulic connection with the drainage channel out of the control room, the leak collection chamber is filled with liquid filled.
Vorzugsweise werden die obere Führung und die untere Führung jeweils als Leckagespalte ausgebildet, so dass die obere Führung und die untere Führung als Druckteiler wirken und der druck im Ringraum durch das Spaltmaß der oberen Führung und der unteren Führung einstellbar ist. Aufgrund der oberen Führung ist der Druck im Leckageraum höher als im Niederdruckbereich. Aufgrund der ebenfalls als Drossel wirkenden unteren Führung jedoch niedriger als der Systemdruck. Bei Einsatz des Injektors als Kraftstoffinjektor in Hochdruckspeichereinspritzsystemen treten hierbei Systemdrücke von weit über 1000 bar auf.Preferably become the upper guide and the lower guide each formed as a leakage column, so that the upper guide and the lower guide act as a pressure divider and the pressure in the annulus by the gap of the upper guide and the lower guide is adjustable. Due to the upper Guide, the pressure in the leakage chamber is higher than in the low pressure range. Due to the also acting as a throttle lower guide, however, lower than the system pressure. at Use of the injector as a fuel injector in high-pressure accumulator injection systems Here are system pressures of well over 1000 bar up.
Der ringförmige Raum, der als Leckagesammelraum dient, ist vorteilhafterweise über einen Kanal im Schließelement mit dem Dämpferraum zwischen der oberen Stirnfläche der Hülse und der Stirnfläche des Schließelementes verbunden. Auf diese Weise kann Flüssigkeit aus dem Leckagesammelraum in den Dämpfungsraum strömen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Dämpfungsraum immer mit Flüssigkeit befüllt ist, wobei die Flüssigkeit über den Kanal einströmt und entlang des Ringspaltes wieder aus dem Dämpfungsraum ausströmen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Druck der Flüssigkeit im Dämpfungsraum oberhalb dem Siededruck liegt und die Flüssigkeit so gasfrei vorliegt. Auf diese Weise wird die Dämpfungsfunktion des Dämpfungsraumes sichergestellt.Of the annular space that serves as a leak collection chamber is advantageously via a channel in the closing element with the damper space between the upper end face the sleeve and the end face of the closing element connected. In this way, liquid can leak from the leakage collection space flow into the damping chamber. In this way Ensures that the damping chamber always with liquid is filled with the liquid over the channel flows in and along the annular gap again can flow out of the damping chamber. Another Advantage is that the pressure of the liquid in the damping chamber above the boiling pressure and the liquid is so gas-free is present. In this way, the damping function of the Damping space ensured.
Wenn das Schließelement hülsenförmig ausgebildet und auf dem Führungsstift geführt ist, weist das Schließelement vorzugsweise eine ringförmig ausgebildete Dichtfläche oder Dichtkante auf und einen über seine gesamte Länge konstanten Innendurchmesser. Da der unter Systemdruck stehende Kraftstoff nur auf die Innenseite des Schließelementes wirkt, treten durch den konstanten Innendurchmesser nur radiale Druckkräfte auf. Hierdurch ist das Schließelement druckausgeglichen und es müssen keine Druckkräfte zum Öffnen oder Schließen des Schaltventiles überwunden werden. Hierdurch sind bereits geringe Schaltkräfte ausreichend, um ein schnelles Schalten des Schaltventils zu ermöglichen.If the closing element is sleeve-shaped and guided on the guide pin, the closing element preferably has a ring-shaped trained sealing surface or sealing edge and a constant over its entire length inner diameter. Since the under system pressure fuel acts only on the inside of the closing element, occur through the constant inner diameter only radial compressive forces. As a result, the closing element is pressure balanced and no pressure forces to open or close the switching valve must be overcome. As a result, even low switching forces are sufficient to allow a quick switching of the switching valve.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A Embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Die einzige Figur zeigt einen Kraftstoffinjektor mit erfindungsgemäß ausgebildetem Schaltventil.The single figure shows a fuel injector inventively trained Switching valve.
Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten druckausgeglichenen Schaltventil.The single figure shows a schematic representation of a fuel injector with a pressure-balanced switching valve designed according to the invention.
Ein
Kraftstoffinjektor
Um
die mindestens eine Einspritzöffnung freizugeben, wird
der Steuerraum
Um
den Einspritzvorgang zu beenden, schließt das Schaltventil
die Verbindung aus dem Ablaufkanal
Die
Schließbewegung des Einspritzventilgliedes
Das
Ventilstück
Das
Schaltventil
In
der in der Figur dargestellten Ausführungsform ist das
Schaltventil
Um
zu vermeiden, dass das Schließelement
Das
Federelement
Das
Schließelement
Um
den Einspritzvorgang zu starten, muss das Schaltventil
Durch
die freigegebene Verbindung vom Ablaufkanal
Um
den Einspritzvorgang zu beenden, muss das Einspritzventilglied
Um
ein Rückprellen des Schließelementes
Beim Öffnen
des Schaltventils
Beim
Schließen des Schaltventils
Die
Schließbewegung der Hülse
Am
Führungsstift
Der
Kanal
Damit
die Dämpfungswirkung des Dämpfungsraumes
Die
Hülse
Damit
auch bei auf dem Ventilstück
Der
Resthub, ab dem die Bewegung des Schließelementes
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaltventils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130702 |