DE10241445A1

DE10241445A1 - 3/2-Wegeventil zur Steuerung einer Common-Rail-Einspritzdüse

Info

Publication number: DE10241445A1
Application number: DE2002141445
Authority: DE
Inventors: Maik Fiedler; Tobias Dr. Flämig-Vetter; Alexander Dipl.-Ing. Kämmer; Jens Kitte; Hans-Christian Prof. Dr.-Ing. Reuss
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffsteuerventil mit einer einen ersten Ventilkörper 2.3 und einen zweiten Ventilkörper 2.4 aufweisenden Ventilnadel 2.1. Das Kraftstoffsteuerventil 1 weist hierbei einen Hochdruckzuflusskanal 1.1, einen Hochdruckabflusskanal 1.2 sowie einen Niederdruckabflusskanal 1.3 auf, wobei der erste Ventilkörper 2.3 mit Bezug zur Hochdruckströmungsrichtung vor der ersten Dichtfläche 1.4 angeordnet ist und der zweite Ventilkörper 2.4 mit Bezug zur Niederdruckströmungsrichtung nach der zweiten Dichtfläche 1.5 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffsteuerventil für eine Einspritzdüse mit einem Hochdruckzuflusskanal, einem Hochdruckabflusskanal, einem Niederdruckabflusskanal und einem Steuerstößel mit einer, zwei Endlagen aufweisenden Ventilnadel mit einem, einer ersten Dichtfläche zugeordneten ersten Ventilkörper und einem, einer zweiten Dichtfläche zugeordneten zweiten Ventilkörper, wobei, mit Bezug zur Strömungsrichtung, die erste Dichtfläche nach dem Hochdruckzuflusskanal und vor dem Hochdruckabflusskanal angeordnet ist und die zweite Dichtfläche nach dem Hochdruckabflusskanal und vor dem Niederdruckabflusskanal vorgesehen ist.

Es ist bereits eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung aus der DE 197 44 723 A1 bekannt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckquelle auf, aus der, aus mehreren jeweils von einem 3-Wegeventil gesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen Kraftstoff zugeführt wird. Dieses 3-Wegeventil hat ein Ventilglied mit einem mit Dichtflächen versehenen Schließkörper, der mit Ventilsitzen zusammenwirkt und dabei in seinen Schließstellungen druckausgesetzte Flächen begrenzt, die resultierende, in die jeweilige Schließstellung des Schließkörpers wirkende Kräfte bilden. Hierbei ist der Stößel mit Bezug zum Schließkörper druckseitig angeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffsteuerventil derart auszubilden und anzuordnen, dass ein einfacher und kostengünstiger Aufbau gewährleistet ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der erste Ventilkörper mit Bezug zu einer Hochdruckströmungsrichtung vor der ersten Dichtfläche angeordnet ist und der zweite Ventilkörper mit Bezug zu einer Niederdruckströmungsrichtung nach der zweiten Dichtfläche vorgesehen ist, wobei der Steuerstößel niederdruckseitig unmittelbar am zweiten Ventilkörper angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass durch eine einfache Verjüngung des Ventildurchflussquerschnitts zwischen den beiden Dichtflächen der geschlossene Zustand des Kraftstoffsteuerventils gewährleistet ist. Durch die entsprechende Verbreiterung des Ventildurchflussquerschnitts im Bereich der zweiten Dichtfläche wird die zweite Dichtfläche gebildet, die in der Durchflussstellung des Kraftstoffsteuerventils mit dem zweiten Ventilkörper in Kontakt steht. Daneben kann durch die erfindungsgemäße Anordnung des Steuerstößels auf der Niederdruckseite die notwendige Dichtung zum Kraftstoffsteuerventilgehäuse weniger aufwendig gestaltet sein.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Ventilnadel zweiteilig ausgebildet ist bzw. aus einem ersten Ventilkörper und einem damit form- und/oder kraftschlüssig verbundenen zweiten Ventilkörper besteht, wobei der zweite Ventilkörper und der Steuerstößel materialidentisch und/oder einteilig ausgebildet sind. Somit kann das Kraftstoffsteuerventilgehäuse im Wesentlichen einteilig ausgebildet sein, während die Ventilnadel montiert wird.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass die Ventilnadel innerhalb eines Ventilgehäuses verschiebbar gelagert ist, wobei an der dem Steuerstößel gegenüberliegenden Seite der Ventilnadel ein als Schiebelager ausge bildetes Axiallager für die Ventilnadel vorgesehen ist. Die Anordnung des Schiebelagers innerhalb des Kraftstoffsteuerventilgehäuses im Hochdruckbereich gewährleistet eine einfache Ausbildung des Lagersitzes, da keine Hochdruckdichtungen realisiert werden müssen.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Axiallager und das Ventilgehäuse materialidentisch und/oder einteilig ausgebildet sind, wobei das Ventilgehäuse eine Wandstärke zwischen 1 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die erste Dichtfläche, die zweite Dichtfläche, der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper kegelförmig ausgebildet sind, wobei der Kegelwinkel des Ventilkörpers kleiner ist, als der Kegelwinkel der jeweiligen Dichtfläche. Somit ergibt sich eine bestimmte Endlage der Ventilnadel in beiden Endlagen.

Vorteilhaft ist es auch, dass der erste Ventilkörper und/oder der zweite Ventilkörper zumindest teilweise kugelförmig ausgebildet ist.

Zudem ist es vorteilhaft, dass mindestens eine Vorspannfeder für den Steuerstößel vorgesehen ist, die innerhalb und/oder außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet ist. Je nach Beanspruchung kann die Vorspannfeder leichter ausgewechselt bzw. überprüft werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Kraftstoff-steuerventils mit Ventilnadel, Steuerstößel und Ventilkörper;
2 eine Schnittdarstellung des Kraftstoffsteuerventils.
Das in 1 dargestellte Kraftstoffsteuerventil 1 weist eine Ventilnadel 2.1 auf, die in einer oberen bzw. offenen Endlage gemäß 1 und in einer in 2 dargestellten geschlossenen Endlage festsetzbar ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 1.6 ist eine erste Dichtfläche 1.4 sowie eine zweite Dichtfläche 1.5 vorgesehen. Die zweite Dichtfläche 1.5 und die erste Dichtfläche 1.4 sind hierbei konisch ausgebildet.
Die Ventilnadel 2.1 weist einen ersten Ventilkörper 2.3 und einen zweiten Ventilkörper 2.4 auf, wobei der erste Ventilkörper 2.3 mit der ersten Dichtfläche 1.4 und der zweite Ventilkörper 2.4 mit der zweiten Dichtfläche 1.5 in Wirkverbindung stehen.
Gemäß 1 fließt der Kraftstoff über einen Hochdruckzuflusskanal 1.1 in das Ventilgehäuse 1.6 ein. Hierbei durchströmt der Kraftstoff den durch den ersten Ventilkörper 2.3 und die erste Dichtfläche 1.4 begrenzten Ventilspalt S. Anschließend strömt der Kraftstoff in den Hochdruckabflusskanal 1.2 zu einer Einspritzdüse 3.
Die Ventilnadel 2.1 ist hierbei in einem Axiallager 1.7 innerhalb des Ventilgehäuses 1.6 geführt. An der dem Axiallager 1.7 gegenüberliegenden Seite der Ventilnadel 2.1 ist ein Steuerstößel 2.2 angeordnet, der mit einem nicht dargestellten Aktor in Wirkverbindung steht. Der Steuerstößel 2.2 ist innerhalb des Ventilgehäuses 1.6 in einem Gleitlager mit einer nicht dargestellten Dichtung geführt. Außen um den Steuerstößel 2.2 herum ist eine Vorspannfeder 2.5 vorgesehen, die die Ventilnadel 2.1 gemäß 1 nach oben hin in die geöffnete Stellung hin vorspannt.
Die Ventilkörper 2.3 und (Ventilkörper)? 2.4 sind zylinderförmig ausgebildet und weisen eine gemäß 1 teilkreisförmige, mit der Dichtfläche 1.4 und der Dichtfläche 1.5 in Wirkverbindung stehende Sitzfläche 2.6 bzw. Sitzfläche 2.6' auf.
In der in 2 dargestellten offenen Stellung der Ventilnadel 2.1 liegt der erste Ventilkörper 2.3 an der ersten Dichtfläche 1.4 an, wohingegen der zweite Ventilkörper 2.4 mit der zweiten Dichtfläche 1.5 einen in 2 dargestellten Ventilspalt S' bildet. Das innerhalb des Ventilgehäuses 1.6 bzw. der von der Einspritzdüse 3 zurückströmende überschüssige Kraftstoff fließt über den Ventilspalt S' und den Niederdruckabflusskanal 1.3 in ein nicht dargestelltes Kraftstoffreservoir ab.
Die Einspritzdüse 3 weist eine Düsennadel 3.1 auf, die innerhalb der Einspritzdüse 3 über eine Düsennadelfeder 3.2 gegen die Austrittsöffnung 3.3 und die Austrittsöffnung 3.3' vorgespannt ist. Über den Hochdruckabflusskanal 1.2 des Kraftstoffsteuerventils 1 wird die Einspritzdüse 3 mit Kraftstoff versorgt.
Gemäß 2 weist das Ventilgehäuse 1.6 zu beiden Seiten hin einen trichterförmigen bzw. kegelförmigen Querschnitt auf. Zur rechten bzw. zur linken Seite hin schließt an den kegelförmigen Querschnitt ein zylinderförmiger Teil an, der auf der Hochdruckseite das Axiallager 1.7 und auf der Niederdruckseite den Steuerstößel 2.2 mit einer nicht dargestellten Gleitdichtung aufnimmt.
Der zweite Ventilkörper 2.4 und der erste Ventilkörper 2.3 sind im Querschnitt kegelförmig ausgebildet und stehen mit der eben falls kegelförmigen ersten Dichtfläche 1.4 bzw. der zweiten Dichtfläche 1.5 in Wirkverbindung. Zwischen der Dichtfläche 1.4 und der Dichtfläche 1.5 ist der Hochdruckabflusskanal 1.2 vorgesehen, der zu einer nicht dargestellten Einspritzdüse führt.
Der Steuerstößel 2.2 ist gemäß 2 innerhalb des Ventilgehäuses 1.6 über ein nicht weiter dargestelltes Gleitlager geführt. Der Steuerstößel 2.2 ist mit dem zweiten Ventilkörper 2.4 einteilig verbunden. Innerhalb des zweiten Ventilkörpers 2.4 ist eine Aufnahme für den ersten Ventilkörper 2.3 bzw. den übrigen Teil der Ventilnadel 2.1 vorgesehen, über die der zweite Ventilkörper 2.4 mit dem ersten Ventilkörper 2.3 verbunden ist.
Im Gegensatz zu 1 befindet sich die Ventilnadel 2.1 in 2 in der geschlossenen Stellung, so dass der Hochdruckabflusskanal 1.2 druckfrei ist und über den Ventilspalt S' und den Niederdruckabflusskanal 1.3 mit dem nicht dargestellten Kraftstoffreservoir in Durchflussverbindung steht. Der Hochdruckzuflusskanal 1.1 bzw. der in 2 geschlossene Ventilspalt S sind durch den innerhalb der ersten Dichtfläche 1.4 anliegenden ersten Ventilkörper 2.3 verschlossen.

1: Kraftstoffsteuerventil
1.1: Hochdruckzuflusskanal
1.2: Hochdruckabflusskanal
1.3: Niederdruckabflusskanal
1.4: erste Dichtfläche
1.5: zweite Dichtfläche
1.6: Ventilgehäuse
1.7: Axiallager
2.1: Ventilnadel
2.2: Steuerstößel
2.3: erster Ventilkörper
2.4: zweiter Ventilkörper
2.5: Vorspannfeder
2.6: Sitzfläche
2.6': Sitzfläche
3: Einspritzdüse
3.1: Düsennadel
3.2: Düsennadelfeder
3.3: Austrittsöffnung
3.3': Austrittsöffnung

Claims

Kraftstoffsteuerventil (1) für eine Einspritzdüse mit einem Hochdruckzuflusskanal (1.1), einem Hochdruckabflusskanal (1.2), einem Niederdruckabflusskanal (1.3) und einem Steuerstößel (2.2) mit einer in zwei Endlagen positionierbaren Ventilnadel (2.1) mit einem, einer ersten Dichtfläche (1.4) zugeordneten ersten Ventilkörper (2.3) und einem, einer zweiten Dichtfläche (1.5) zugeordneten zweiten Ventilkörper (2.4), wobei mit Bezug zur Strömungsrichtung die erste Dichtfläche (1.4) nach dem Hochdruckzuflusskanal (1.1) und vor dem Hochdruckabfluss-kanal (1.2) angeordnet ist und die zweite Dichtfläche (1.5) nach dem Hochdruckabflusskanal (1.2) und vor dem Niederdruckabflusskanal (1.3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilkörper (2.3) mit Bezug zu einer Hochdruckströmungsrichtung vor der ersten Dichtfläche (1.4) angeordnet ist und der zweite Ventilkörper (2.4) mit Bezug zu einer Niederdruckströmungsrichtung nach der zweiten Dichtfläche (1.5) vorgesehen ist, wobei der Steuerstößel (2.2) niederdruckseitig unmittelbar am zweiten Ventilkörper (2.4) angeordnet ist.
Kraftstoffsteuerventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2.1) aus einem. ersten Ventilkörper (2.3) und einem damit form- und/oder kraftschlüssig verbundenen zweiten Ventilkörper (2.4) besteht.
Kraftstoffsteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilkörper (2.4) und der Steuerstößel (2.2) materialidentisch und/oder einteilig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (2.1) innerhalb eines Ventilgehäuses (1.6) verschiebbar gelagert ist, wobei an der dem Steuerstößel (2.2) gegenüberliegenden Seite der Ventilnadel (2.1) ein als Schiebelager ausgebildetes Axiallager (1.7) für die Ventilnadel vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (1.7) und das Ventilgehäuse (1.6) materialidentisch und/oder einteilig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (1.6) eine Wandstärke zwischen 1 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtfläche (1.4), die zweite Dichtfläche (1.5), der erste Ventilkörper (2.3) und der zweite Ventilkörper (2.4) kegelförmig ausgebildet sind, wobei der Kegelwinkel des Ventilkörpers (2.3, 2.4) kleiner ist als der Kegelwinkel der jeweiligen Dichtfläche (1.4, 1.5).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilkörper (2.3) und/oder der zweite Ventilkörper (2.4) zumindest teilweise kugelförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorspannfeder (2.5) für den Steuerstößel (2.2) vorgesehen ist, die innerhalb und/oder außerhalb des Ventilgehäuses (1.6) angeordnet ist.