DE10231623A1

DE10231623A1 - Magnetventilgesteuertes Servoventil, insbesondere Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10231623A1
Application number: DE2002131623
Authority: DE
Inventors: Lorenz Zerle; Holger Rapp; Matthias Horn; Norbert Lampl; Andreas Rettich; Thomas-Christian Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-01-29
Also published as: FR2845426A1; JP2004044595A; GB0315142D0; GB2391906A; FR2845426B1; GB2391906B

Abstract

Ein magnetventilgesteuertes Servoventil zur Steuerung einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit, insbesondere ein Injektor eines Kraftstoff-Einspritzsystems für Brennkraftmaschinen, mit einem einen Hochdruck-Flüssigkeitszulauf (29) besitzenden Gehäusekörper (10), weist eine Axialausnehmung (16) auf, die einen einen Steuerraum (27) und einen Magnetventilsitz (22) bildenden Ventilkörper (23) aufnimmt, wobei der Steuerraum (27) über einen im Gehäusekörper (10) ausgebildeten Ringraum (28) und eine Zulaufdrossel (30) mit dem Hochdruck-Flüssigkeitszulauf (29) und über eine Ablaufdrossel (31) mit dem Magnetventilsitz (22) verbunden ist und wobei der Magnetventilkörper (23) bzw. der diesen umgebende Ringraum (28) beidseitig, d. h. an beiden Stirnseiten des Ringraums (28), durch Hochdruckdichtungen (33, 35; 34, 36) gegenüber dem Gehäusekörper (10) abgedichtet ist. DOLLAR A Eine wesentliche Besonderheit besteht darin, dass im Bereich der dem Magnetventilsitz (22) zugewandten, die Schnittstelle des Magnetventilkörpers (23) zum Gehäusekörper (10) abdichtenden (oberen) Hochdruckdichtung (33, 35) - konstruktiv und gezielt - eine Leckagestelle vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetventilgesteuertes Servoventil zur Steuerung einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit, insbesondere auf einen Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen, mit einem einen Hochdruck-Flüssigkeitszulauf besitzenden Gehäusekörper, der eine Axialausnehmung aufweist, die einen einen Steuerraum und einen Magnetventilsitz bildenden Ventilkörper aufnimmt, wobei der Steuerraum über einen im Gehäusekörper ausgebildeten Ringraum und eine Zulaufdrossel mit dem Hochdruck-Flüssigkeitszulauf und über eine Ablaufdrossel mit dem Magnetventilsitz verbunden ist und wobei der Magnetventilkörper bzw. der diesen umgebende Ringraum beidseitig, d.h. an beiden Stirnseiten des Ringraumes, durch Hochdruckdichtungen gegenüber dem Gehäusekörper abgedichtet ist.

Servoventile der vorbezeichneten Art kommen insbesondere als sogenannte CR-Injektoren (CR = Common Rail) in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Hierbei steht der Injektorkörper mit einem zentralen Hochdruckspeicher (sog. Common Rail) in hydraulischer Verbindung. In einer den Injektorkörper durchsetzenden, mehrfach abgestuften Axialausnehmung ist eine Düsennadel axial beweglich angeordnet, welche die durch die Einspritzdüse austretende Kraftstoff-Einspritzmenge in Abhängigkeit von dem Druck im Steuerraum des Magnetventilkörpers steuert. Zum Stand der Technik bei derartigen magnetventilgesteuerten Servoventilen wird – beispielsweise – die DE 196 50 865 A1 genannt.

Bei einer aktuellen Konstruktion eines CR-Injektors der in Rede stehenden Art wird die Schnittstelle von Magnetventilkörper und Gehäusekörper (Injektorkörper) durch eine harte, metallische Hochdruckdichtung zum Magnetventilraum hin abgedichtet. Am anderen (unteren) Ende des sich zwischen Injektorkörper und Magnetventilkörper erstreckenden Ringraums ist dagegen eine „weiche" Hochdruckdichtung angeordnet, welche die Schnittstelle Magnetventilkörper/Injektorkörper zum Niederdruck-Rücklauf hin abdichtet. Diese „weiche" Hochdruckdichtung, bei der es sich um einen elastischen Dichtring handelt, wird durch einen aus Weicheisen bestehenden sog. Backup-Ring gegen Extrusion in den Dichtspalt hin geschützt. Zum diesbezüglichen Stand der Technik sei die DE 100 20 870 A1 angeführt.

Aufgrund des in dem den Magnetventilkörper umgebenden Ringraum herrschenden Hochdrucks kommt es zu unerwünschten Verformungen des Magnetventilkörpers. So verformt sich der Magnetventilkörper zuerst radial und dann axial, woraufhin es zu einer Verschiebung desselben in Richtung des Steuerraumes des Magnetventils kommt. Die Folge ist eine entsprechende Reduzierung des Ankerhubes des Magnetventils, welche einen nachteiligen Einfluss auf die Kraftstoff-Einspritzmenge ausübt. Besonders nachteilig wirkt sich dieser Einfluss bei kleinen Einspritzmengen (Voreinspritzmengen) aus.

Die unerwünschte Verformung und Verschiebung des Ventilkörpers ist umso stärker, je höher der in dem Ringraum herrschende Flüssigkeitsdruck und je größer die von dem Druck beaufschlagte Fläche ist. Bei der harten, metallischen Abdichtung, die den Ringraum zum Steuerraum des Magnetventils hin abdichtet, kann es mit steigendem Flüssigkeitsdruck zu einer sog. Unterwanderung der Dichtfläche kommen, wodurch sich die druckbeaufschlagte Fläche vergrößert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vergrößerung der druckbeaufschlagten Fläche infolge Unterwanderung der Dichtfläche zu unterbinden und auf diese Weise die hochdruckbedingte Verformung und Verschiebung des Ventilkörpers auf ein noch akzeptables Maß zu begrenzen.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem magnetventilgesteuerten Servoventil der eingangs bezeichneten Gattung dadurch gelöst, dass im Bereich der dem Magnetventilsitz zugewandten, die Schnittstelle des Magnetventilkörpers zum Gehäusekörper abdichtenden (oberen) Hochdruckdichtung – konstruktiv und gezielt – eine Leckagestelle vorgesehen ist.

Nach einer sich durch einfache praktische Realisierbarkeit auszeichnenden Ausführungsform der Erfindung sind – als gezielte Leckagestelle – in die Dichtfläche des Gehäusekörpers, z.B. Injektorkörpers, und/oder des Magnetventilkörpers eine oder mehrere radiale Nuten eingearbeitet.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, den gewünschten Leckageeffekt durch eine gezielte Verminderung der Oberflächenqualität der Dichtfläche des Gehäusekörpers und/oder des Magnetventilkörpers zu erzielen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sollte als dem Magnetventilsitz zugewandte, die Schnittstelle des Magnetventilkörpers zum Gehäusekörper abdichtende (obere) Hochdruckdichtung – an Stelle der bisher üblichen „harten" metallischen Abdichtung – ein „weicher" Hochdruckdichtring Verwendung finden, dem – zum Schutz gegen Extrusion in den Dichtspalt – ein aus vergleichsweise weichem Metall bestehender sog. Backup-Ring zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise besteht der „Backup-Ring" , wie an sich bekannt, aus Weicheisen.

Durch die Erfindung wird die Vergrößerung der druckbeaufschlagten Fläche verhindert und dadurch die Reduzierung des Magnetventil-Ankerhubes bei steigendem Flüssigkeitsdruck eingeschränkt. Der Einfluss des Flüssigkeitsdrucks auf die Kraftstoff-Einspritzmenge wird dadurch verringert.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird also die Dichtfunktion der „harten" Abdichtung aufgehoben, indem konstruktiv eine gezielte Leckagestelle vorgesehen wird. Dadurch gelingt es in einfacher Weise, die oben geschilderte „Unterwanderung der Dichtfläche" durch die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit zu vermeiden und damit die hochdruckbedingte Verformung und Verschiebung des Magnetventilkörpers auf ein erträgliches Maß zu beschränken.

Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im Folgenden detailliert beschrieben werden. Es zeigt (jeweils im vertikalen Längsschnitt):
1 eine Ausführungsform eines magnetventilgesteuerten CR-Injektors, und
2 die Einzelheit „A" aus 1, in gegenüber 1 vergrößerter Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es bezeichnet 10 einen Gehäusekörper (vorliegend einen Injektorkörper) mit jeweils angeformtem Ablaufstutzen 11 und Steckergehäuse 12 mit Stromanschluss 13 für einen – insgesamt mit 14 bezifferten – Elektromagneten. Ein – ebenfalls mit dem Gehäusekörper 10 des CR-Injektors verbundender – Hochdruckanschluss ist mit 15 bezeichnet. Dieser ist an einen (nicht gezeigten) Hochdruck-Kraftstoffspeicher (sog. Common Rail) angeschlossen. Innerhalb des Gehäusekörpers 10 ist eine mehrfach abgestufte Axialausnehmung 16 eingearbeitet, in der ein Ventilsteuerkolben 17 und eine von diesem betätigte Ventilnadel 18 axial beweglich angeordnet ist.
Des Weiteren bezeichnet 19 einen Magnetventilsteuerraum, in dem ein Magnetventil 20 mit Ventilkugel 21 angeordnet ist. Die Ventilkugel 21 kooperiert mit einem konischen Ventilsitz 22 des Magnetventils 20. Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, ist der Magnetventilsitz 22 Bestandteil eines insgesamt mit 23 bezifferten Magnetventilkörpers, der in dem oberen (erweiterten) Abschnitt der Axialausnehmung 16 angeordnet ist (vergleiche hierzu im Übrigen die Ausführungen weiter unten).
Die Ventilnadel 18 wird durch eine Rückstell-Druckfeder 24 (s. 1) in ihrer Schließstellung gehalten, in der sie eine am unteren Ende des Gehäusekörpers 10 eingearbeitete Einspritzdüse 25 verschließt.
Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, verläuft innerhalb des Gehäusekörpers 10 ein Druckkanal 26, der mit dem Hochdruckanschluss 15 hydraulisch verbunden ist und der Kraftstoffzuführung zur Einspritzdüse 25 dient. 2 macht deutlich, dass oberhalb des Ventilsteuerkolbens 17 innerhalb des Magnetventilkörpers 23 ein Steuerraum 27 ausgebildet ist, der über einen den Magnetventilkörper 23 umgebenden Ringraum 28, über einen Hochdruckzulauf 29 und über eine Zulaufdrossel 30 mit dem Hochdruckanschluss 15 und über eine Ablaufdrossel 31 mit dem Magnetventilsteuerraum 19 (s. 1) und einem Kraftstoffrücklauf 32 hydraulisch verbunden ist. Der Kraftstoff wird also vom Hochdruckanschluss 15 über den Druckkanal 26 zur Einspritzdüse 25 sowie über die Zulaufdrossel 30 in den Steuerraum 27 geführt. Die hydraulische Verbindung des Steuerraums 27 mit dem Kraftstoffrücklauf 32 kann – über die Ablaufdrossel 31 – durch Öffnen des Magnetventils 20, wobei die Ventilkugel 21 vom Magnetventilsitz 22 abhebt, hergestellt werden.
Aufgrund der im Vorstehenden geschilderten hydraulischen Verbindungen herrscht also im Ringraum 28 wie auch im Steuerraum 27 der am Hochdruckanschluss 15 anliegende Hochdruck. Es ist daher eine wirksame Abdichtung des Ventilkörpers 23 gegenüber dem Gehäusekörper 10 erforderlich. Dies wird durch einen oberen (elastischen) Hochdruckdichtring 33 und einen unteren Hochdruckdichtring 34 bewerkstelligt. Bei den Hochdruckdichtringen 33, 34 ist jeweils ein sog. Backup-Ring 35 bzw. 36, bestehend aus Weicheisen, zugeordnet.
Der im Ringraum 28 herrschende hohe Flüssigkeitsdruck bewirkt eine radiale und axiale Verformung des Ventilkörpers 23, wodurch sich der Ventilsitz 22 entsprechend in Pfeilrichtung 37, d.h. in Richtung auf das Magnetventil 20 hin, axial verschiebt. Eine wesentliche Besonderheit besteht nun darin, dass an der (oberen) Dichtfläche 38 des Gehäusekörpers 10 und/oder an der zugeordneten Dichtfläche 39 des Ventilkörpers 23 – im Bereich des Backup-Rings 35 – eine gezielte Leckagestelle vorgesehen ist. Die Leckagestelle kann durch Einarbeitung entsprechender Radialnuten oder auch einfach durch gezielte Verschlechterung der Oberflächenqualität der Dichtfläche(n) 38 und/oder 39 realisiert werden. Durch die Leckagestelle(n) wird ein (unerwünschtes) „Unterwandern" der Hochdruckdichtung 33, 35 durch die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit verhindert. Die oben erwähnte axiale Verschiebung des Ventilkörpers 23 (in Pfeilrichtung 37) lässt sich dadurch auf ein noch akzeptables Maß begrenzen.

Claims

Magnetventilgesteuertes Servoventil zur Steuerung einer unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit, insbesondere Injektor eines Kraftstoff-Einspritzsystems für Brennkraftmaschinen, mit einem einen Hochdruck-Flüssigkeitszulauf (29) besitzenden Gehäusekörper (10), der eine Axialausnehmung (16) aufweist, die einen einen Steuerraum (27) und einen Magnetventilsitz (22) bildenden Ventilkörper (23) aufnimmt, wobei der Steuerraum (27) über einen im Gehäusekörper (10) ausgebildeten Ringraum (28) und eine Zulaufdrossel (30) mit dem Hochdruck-Flüssigkeitszulauf (29) und über eine Ablaufdrossel (31) mit dem Magnetventilsitz (22) verbunden ist und wobei der Magnetventilkörper (23) bzw. der diesen umgebende Ringraum (28) beidseitig, d.h. an beiden Stirnseiten des Ringraums (28) durch Hochdruckdichtungen (33, 35; 34, 36) gegenüber dem Gehäusekörper (10) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der dem Magnetventilsitz (22) zugewandten, die Schnittstelle des Magnetventilkörpers (23) zum Gehäusekörper (10) abdichtenden (oberen) Hochdruckdichtung (33, 35) – konstruktiv und gezielt – eine Leckagestelle vorgesehen ist.
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – als Leckagestelle – in die Dichtfläche (38) des Gehäusekörpers (10) eine oder mehrere radiale Nuten) eingearbeitet ist (sind).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – als Leckagestelle – in die Dichtfläche (39) des Magnetventilkörpers (23) eine oder mehrere radiale Nuten) eingearbeitet ist (sind).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – als Leckagestelle – in die Dichtfläche (38) des Gehäusekörpers (10) und in die Dichtfläche (39) des Magnetventilkörpers (23) (je) eine oder mehrere radiale Nuten) eingearbeitet ist (sind).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gezielte Verminderung der Oberflächenqualität der Dichtfläche (38) des Gehäusekörpers (10).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gezielte Verminderung der Oberflächenqualität der Dichtfläche (39) des Magnetventilkörpers (23).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gezielte Verminderung der Oberflächenqualität der Dichtfläche (38) des Gehäusekörpers (10) und des Magnetventilkörpers (23).
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als dem Magnetventilsitz (22) zugewandte, die Schnittstelle des Magnetventilkörpers (23) zum Gehäusekörper (10) abdichtende (obere) Hochdruckdichtung (33, 35) ein „weicher" Hochdruckdichtring (33) dient, dem – zum Schutz des „weichen" Hochdruckdichtrings (33) gegen Extrusion in den Dichtspalt – ein aus vergleichsweise weichem Metall bestehender sog. Backup-Ring (35) zugeordnet ist.
Magnetventilgesteuertes Servoventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der „Backup-Ring" (35 bzw. 36) aus Weicheisen besteht.