DE10348922A1

DE10348922A1 - Einspritzventil

Info

Publication number: DE10348922A1
Application number: DE2003148922
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-10-18
Filing date: 2003-10-18
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Es wird ein Einspritzventil vorgeschlagen, umfassend ein Düsenmodul (12), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (15) zusammenwirkende Düsennadel (13) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (16) zusammenwirkende, koaxial zu der ersten Düsennadel (13) angeordnete Düsennadel (14) axial verschieblich geführt sind. Des Weiteren umfasst das Einspritzventil ein Ventilsteuermodul (11), das ventilartig ausgebildet ist und einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (18) herrscht, der an eine der ersten Einspritzöffnung (15) abgewandte Stirnseite der ersten Düsennadel (13) grenzt. Erfindungsgemäß ist die zweite Düsennadel (14) derart in der ersten Düsennadel (13) geführt, dass ein Öffnen der ersten Düsennadel (13) ein Öffnen der zweiten Düsennadel (14) bewirkt (Figur 1).

Description

Die Erfindung geht von einem Einspritzventil gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.

Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 101 33 434 A1 bekannt und dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine.

Das aus der DE 101 33 434 A1 bekannte Einspritzventil umfasst ein Gehäuse, in dem ein Düsenmodul und ein Ventilsteuermodul angeordnet sind. Das Düsenmodul umfasst eine innere Düsennadel und eine äußere Düsennadel, die in einem Ventilkörper geführt ist und zur Steuerung von ersten Einspritzöffnungen mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Steuerung der äußeren Düsennadel erfolgt mittel des Ven tilsteuermoduls, und zwar derart, dass ein mit der äußeren Düsennadel zusammenwirkender Ventilsteuerkolben über eine Druckveränderung in einem Ventilsteuerraum eine Lageveränderung erfährt, wodurch die äußere Düsennadel verschoben wird und die ersten Einspritzöffnungen freigegeben werden. Der Ventilsteuerraum ist einerseits über eine sogenannte Zulaufdrossel mit einer Kraftstoffzufuhrleitung und andererseits über eine sogenannte Ablaufdrossel mit einem Ventilraum des Ventilsteuermoduls verbunden, in dem ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied angeordnet ist. Durch Öffnen des Ventilschließglieds wird der Ventilraum des Ventilsteuermoduls und damit auch der an den Ventilsteuerkolben des Düsenmoduls grenzende Ventilsteuerraum entlastet, so dass die Düsennadel öffnen kann.

Die innere Düsennadel ist bei diesem bekannten Einspritzventil in der äußeren Düsennadel geführt und koaxial zu dieser angeordnet. Auf die innere Düsennadel wirkt ein Steuerkolben, dessen freie Stirnseite an einen weiteren Steuerraum grenzt. Dieser Steuerraum ist über eine außerhalb des Ventilkörpers angeordnete Druckquelle mit einem Fluiddruck beaufschlagt. Bei einer Druckentlastung des Steuerraums kann die innere Düsennadel bei geöffneter äußeren Düsennadel öffnen, so dass über mit der inneren Düsennadel zusammenwirkende, zweite Einspritzöffnungen ebenfalls Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.

Nachteilig ist bei diesem bekannten Einspritzventil, dass insbesondere die Ansteuerung der inneren Düsennadel mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei dem die zweite Düsennadel derart in der ersten Düsennadel geführt ist, dass ein Öffnen der ersten Düsennadel ein Öffnen der zweiten Düsennadel bewirkt, hat den Vorteil, dass das Öffnen der inneren Düsennadel allein durch das Öffnen der äußeren Düsennadel ausgelöst wird und somit keine weiteren externen Mittel zum Öffnen der inneren Düsennadel erforderlich sind.

Das Einspritzventil nach der Erfindung kann insbesondere Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein und zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dienen.

Eine konstruktiv besonders einfach herzustellende Ausführungsform des Einspritzventils gemäß der Erfindung besteht darin, dass die erste Düsennadel und die zweite Düsennadel über einen Mitnehmer zusammenwirken. In diesem Fall greift also die erste Düsennadel ab einem bestimmten Öffnungsgrad an der zweiten Düsennadel an, so dass diese ebenfalls in Öffnungsstellung verfahren wird. Insbesondere in diesem Fall kann die innere Düsennadel auch ohne Druckschulter ausgelegt sein.

Zur Unterstützung des Öffnens der zweiten Düsennadel wirkt aus dem angrenzenden Brennraum der Brennkraftmaschine über die mit der zweiten Düsennadel zusammenwirkende, zweite Einspritzöffnung ein sogenannter Gasgegendruck auf eine der zweiten Einspritzöffnung zugewandte Stirnseite der zweiten Düsennadel. Der Gasgegendruck wird in dem Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugt.

Eine spezielle Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung kann so ausgelegt sein, dass das Öffnen der zweiten Düsennadel allein durch den in dem Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugten Gasgegendruck erfolgt.

Die zweite Düsennadel, die vorzugsweise in einer stirnseitigen, sacklochartigen Ausnehmung der ersten Düsennadel angeordnet ist, ist bei einer vorteilhaften Ausführung mittels einer Dichtfeder in Schließrichtung vorgespannt. Damit kann gewährleistet werden, dass die zweite Düsennadel in Schließstellung dichtend auf ihrem zugeordneten Sitz aufliegt und kein Kraftstoff zu der bzw. den zugeordneten Einspritzöffnungen gelangt.

Um ein definiertes Schließen der zweiten Düsennadel zu gewährleisten, ist die Dichtfeder zweckmäßigerweise derart eingespannt, dass ein Schließen der ersten Düsennadel ein Schließen der zweiten Düsennadel bewirkt. Die Vorspannung der Dichtfeder wird also bei Schließen der ersten Düsennadel so angehoben, dass die zweite Düsennadel bei geschlossener erster Düsennadel oder auch während des Schließens der ersten Düsennadel gegen den Gasgegendruck schließt, der aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine über die mindestens eine zweite Einspritzöffnung auf die zweite Düsennadel wirkt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Einspritzventils nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine Prinzipskizze eines Kraftstoffeinspritzventils in einem vereinfachten Längsschnitt; und
2 ein Diagramm, das eine Einspritzmenge Q des Ventils nach 1 in Abhängigkeit von dessen Ansteuerzeit t bei verschiedenen Eingangsdrücken p darstellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein Einspritzventil 1 dargestellt, das Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Dieselbrennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Das Einspritzventil 1 umfasst hierzu als wesentliche Baueinheiten ein ventilartig ausgebildetes Ventilsteuermodul 2 und ein Düsenmodul 3.
Das Düsenmodul 3 ist als Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und weist hierzu eine Nadeleinheit auf, die aus einer äußeren Düsennadel 13 und einer inneren Düsennadel 14 gebildet ist.
Die äußere Düsennadel 13, die axial verschieblich in einem Ventilgehäuse 4 geführt ist, dient zur Steuerung von ersten, zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 15, und die innere Düsennadel 14 dient zur Steuerung von zweiten, zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 16. Die äußere Düsennadel 13 ist entlang einer in ihrem mittleren Bereich angeordneten Führung 17 in dem Ventilgehäuse 4 axial verschieblich geführt.
Zur Steuerung ragt die äußere Düsennadel 13 mit ihrem den Einspritzöffnungen 15 abgewandten Ende in einen Ventilsteuerraum 18, der radial von einer Hülse 19 begrenzt ist, die sich an einem Gehäuse 5 des Ventilsteuermoduls 2 abstützt. An der dem Ventilsteuermodul 2 abgewandten Stirnseite liegt an der Hülse 19 eine Spiralfeder 20 an, die sich an einem mit der äußeren Düsennadel 13 fest verbundenen Auflager 21 abstützt. Dadurch ist die äußere Düsennadel 13 in Schließrichtung, d. h. in Richtung ihres Ventilsitzes 22, vorgespannt.
Des Weiteren ist die äußere Düsennadel 13 in ihrem dem Ventilsteuerraum 18 abgewandten Endbereich von einem Druckraum 23 umgeben, in welchen ein Kraftstoffzufuhrkanal 24 mündet, der mit einem sogenannten Common-Rail des Einspritzsystems verbunden ist, welcher mit mehreren Einspritzventilen der dargestellten Art verbunden ist. Der Druckraum 23 kann unter einem in Common-Rail-Systemen üblichen Hochdruck von beispielsweise bis zu 1,5 kbar stehen.
In dem Bereich des Druckraums 23 weist die äußere Düsennadel 13 eine Druckschulter 25 auf, auf die ein das Öffnen der äußeren Düsennadel 13 unterstützender Fluiddruck wirkt. An ihrer dem Ventilsteuerraum 18 abgewandten Stirnseite weist die äußere Düsennadel 13 eine im Wesentlichen sacklochartige Ausnehmung 26 auf, in welcher die innere Düsennadel 14 geführt ist.
Die innere Düsennadel 14 ist mittels einer Vorspann- bzw. Dichtfeder 27 in Schließrichtung, d. h. in Richtung ihres Ventilsitzes 28, vorgespannt. Die Vorspannfeder 27, die auf eine Schulter 29 der inneren Düsennadel 14 wirkt, stützt sich an einem Ring 30 ab, der einen Bereich geringeren Durchmessers der inneren Düsennadel 14 umgreift und an einer Schulter 31 der äußeren Düsennadel 13 anliegt. In dem den Einspritzöffnungen 16 abgewandten Bereich der inneren Düsennadel 14 ist des Weiteren ein Mitnehmerring 32 aufgepresst, an dem der Ring 30 beim Öffnen der äußeren Düsennadel 13 zur Anlage kommt, so dass auch die innere Düsennadel 14 in Öffnungsstellung verfahren wird.
Die innere Düsennadel 14 ist vorliegend ohne eine mit dem in dem Druckraum herrschenden Fluiddruck zusammenwirkende Druckschulter bzw. Druckstufe ausgebildet.
Der Ventilsteuerraum 18 ist einerseits über eine Zulaufdrossel 33 mit dem Kraftstoffzufuhrkanal 24 und andererseits über einen mit einer Ablaufdrossel 34 versehenen Ablaufkanal 35 mit einem Ventilraum 36 des Ventilsteuermoduls 2 verbunden.
In dem Ventilraum 36 ist ein im Wesentlichen pilzförmiges Ventilschließglied 37 angeordnet, das mit einem als Kegelsitz ausgebildeten Ventilsitz 38 zusammenwirkt und in Schließstellung den Ventilraum 36 von einem stromab des Ventilsitzes 38 angeordneten Rücklaufraum 39 trennt, der über einen Rücklaufkanal 45 mit einem hier nicht näher dargestellten Kraftstoffvorratstank verbunden ist. Das Ventilschließglied 37 ist mittels einer Rückstellfeder 40 in Schließrichtung vorgespannt.
Zur Betätigung des Ventilschließglieds 37 weist das Ventilsteuermodul 2 vorliegend einen piezoelektrischen Aktor 41 auf, der mit einem als Stellkolben bezeichneten, ersten Kolben 42 verbunden ist. Der Stellkolben 42 wirkt über eine Hydraulikkammer 43 mit einem als Betätigungskolben bezeichneten zweiten Kolben 44 zusammen, an dem das Ventilschließglied 37 anliegt. Die Hydraulikkammer 43 dient als hydraulischer Koppler, der eine axiale Auslenkung des mittels des piezoelektrischen Aktors 41 verfahrenen Stellkolbens 42 auf den Betätigungskolben 44 überträgt. Die hydraulische Übersetzung bewirkt, dass der Betätigungskolben 44 einen um das Übersetzungsverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten Hub macht, wenn der Stellkolben 42, der hier einen größeren Durchmesser als der Betätigungskolben 44 aufweist, mittels des piezoelektrischen Aktors 41 eine bestimmte Wegstrecke verfahren wird.
Das in 1 dargestellte Einspritzventil 10 arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
Wenn das Ventilschließglied 37 mittels des piezoelektrischen Aktors 41 geöffnet wird, erfolgt eine Druckentlastung des mit Kraftstoff beaufschlagten Ventilraums 36. Diese Druckentlastung wird über die Ablaufdrossel 34 auf den Ventilsteuerraum 18 übertragen, so dass die äußere Düsennadel 13 durch den u. a. auf die Druckschulter 25 wirkenden Fluiddruck gegen die von der Spiralfeder 20 ausgeübte Kraft in Richtung des Ventilsteuermoduls 11 verfahren wird. Bei einem bestimmten Öffnungsgrad der äußeren Düsennadel 13, der in 1 anhand eines Hubs h 1 dargestellt ist, kommt der Ring 30 an dem auf die innere Düsennadel 14 auf gepressten Mitnehmerring 32 zur Anlage, so dass auch die innere Düsennadel 14 von ihrem Ventilsitz 28 abgehoben wird. Das Öffnen der inneren Düsennadel 14 wird mittels des Gasgegendrucks unterstützt, der aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine über die Einspritzöffnungen 16 auf die Stirnseite der inneren Düsennadel 14 wirkt. Die Einspritzöffnungen 16 sind so ausgelegt, dass bei geschlossener äußeren Düsennadel 13 die Vorspannung der Vorspannfeder 27 so groß ist, dass über den in dem Brennraum erzeugten Gasgegendruck keine Öffnung der inneren Düsennadel 14 erfolgen kann.
Wenn das Ventilschließglied 37 des Ventilsteuermoduls 11 geschlossen wird, steigt über die Zulaufdrossel 33 der Druck in dem Ventilsteuerraum 18 wieder an, so dass die äußere Düsennadel 13 auf ihren Ventilsitz 22 gedrückt wird. Dabei wird die Vorspannung der Vorspannfeder 27 so angehoben, dass die innere Düsennadel 13 gegen den über die Einspritzöffnungen 16 wirkenden Gasdruck, d. h. den Gasgegendruck, schließt.
In 2 ist eine mittels des Einspritzventils 10 erreichbare Einspritzmenge Q in Abhängigkeit von der Ansteuerzeit t dargestellt, und zwar für Drücke p des in dem Kraftstoffzufuhrkanal 24 strömenden Kraftstoffs zwischen 250 bar und 1600 bar. Die Einspritzmenge Q steigt hierbei jeweils nach dem Öffnen der äußeren Düsennadel 13 an. Sobald die innere Düsennadel 14 geöffnet wird, steigt die Einspritzmenge Q mit einer größeren Rate weiter an, wobei sie sich asymptotisch einem Grenzwert nähert. Wie anhand der verschiedenen Kurven ersichtlich ist, wird die eingespritzte Kraftstoffmenge mit steigendem Eingangsdruck größer.

Claims

Einspritzventil, mit einem Düsenmodul (12), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (15) zusammenwirkende Düsennadel (13) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (16) zusammenwirkende, koaxial zu der ersten Düsennadel (13) angeordnete Düsennadel (14) axial verschieblich geführt sind, und mit einem Ventilsteuermodul (11), das ventilartig ausgebildet ist und einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (18) herrscht, der an eine der ersten Einspritzöffnung (15) abgewandte Stirnseite der ersten Düsennadel (13) grenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (14) derart in der ersten Düsennadel (13) geführt ist, dass ein Öffnen der ersten Düsennadel (13) ein Öffnen der zweiten Düsennadel (14) bewirkt.
Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (13) und die zweite Düsennadel (14) über einen Mitnehmer (32) zusammenwirken.
Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (14) in einer stirnseitigen, sacklochartigen Ausnehmung (26) der ersten Düsennadel (13) angeordnet ist.
Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (14) mittels einer Dichtfeder (27) in Schließrichtung vorgespannt ist.
Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfeder (27) derart eingespannt ist, dass ein Schließen der ersten Düsennadel (13) ein Schließen der zweiten Düsennadel (14) bewirkt.