DE19519192C1 - Einspritzventil - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil nach dem Oberbe
griff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Einspritzventil ist beispielsweise durch die
EP-A 0 531 533 bekannt. Diese Veröffentlichung behandelt eine
Dieseleinspritzeinrichtung mit einem Hochdrucksystem (Common-
Rail-System) bei dem der Kraftstoff einem Hochdruckspeicher
über eine Hochdruckpumpe zugeführt wird. Dieser unter hohem
Druck stehende Kraftstoff wird dann entsprechend einer Steue
rung den einzelnen Zylindern eines Dieselmotors über Ein
spritzventile zugeführt. Dabei werden die Einspritzventile
jeweils über ein Magnetventil angesteuert, um beispielsweise
auch individuelle Einspritzzeiten zu ermöglichen.
Um insbesondere Einspritzventile zu erhalten, mit denen auch
eine Voreinspritzung möglich ist, um damit Verbrauch, Abgas
werte, Geräusch usw. zu verbessern, sollen die Einspritzven
tile bei hohen Einspritzdrücken schnell schaltbar sein. Bei
hohen Speicherdrücken ist bei Verwendung eines Magnetventils
eine Voreinspritzung schwer möglich, da die Schaltzeiten des
Magnetventils zu lang sind und der volle Hub des Ventils
durchlaufen werden muß, damit reproduzierbare Bedingungen,
beispielsweise die Einspritzmenge, erreicht werden. Außerdem
ist die Formung der Einspritzrate, d. h. langsames Öffnen,
jedoch schnellstes Schließen der Düsennadel, wobei die For
mung der Einspritzrate gemäß einem Kennfeld vorgenommen
werden kann, kaum möglich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einspritzven
til bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die Einspritz
rate präzise zu regeln, d. h., kleinste reproduzierbare Vor
einspritzmengen, langsame Erhöhung der Einspritzrate zu
Beginn der Einspritzung bei schnellem Schließen der Düsenna
del zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vor
teilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Im Gegensatz zu einem Ansteuern des Ventils mittels eines
Magnetventils bietet ein Ansteuern mittels eines Piezoaktors
die Möglichkeit, äußerst schnell zu schalten und jede belie
bige Ventil-Zwischenstellung anzusteuern. Außerdem ist durch
die besondere Gestaltung des Einspritzventils, insbesondere
der Drosseln, die Voreinspritzmenge auch bei geringster
Voreinspritzmenge durch Reduzierung der Einspritzrate
(Verringerung des Düsennadelhubs) reproduzierbar.
Durch die sorgfältige Abstimmung der Drosseln gemäß den
Maßnahmen nach Patentanspruch 2 kann das Ein
spritzventil als sogenanntes 2/2-Wegeventil ausgebildet
werden, das sich durch eine einfache Bauweise auszeichnet, da
bei diesem Typus nur ein einfaches Sitzventil zur Steuerung
der Düsennadel erforderlich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Abbildung näher
erläutert.
Die Abbildung zeigt ein 2/2-Wegeventil mit Piezoantrieb.
Das in der Abbildung gezeigte Einspritzventil besteht aus
einem langgestreckten Gehäuse 6, auf dessen unterem Ende eine
Überwurfmutter 3 aufgeschraubt ist. Mit dieser Überwurfmutter
3 wird vom unteren Ende des Gehäuses 6 aus eine Zwischen
scheibe 4 und ein Düsenkörper 1, in welchem eine Düsennadel 2
geführt ist, gehalten. Sowohl die Zwischenscheibe 4 als auch
der Düsenkörper 1 weisen eine Mittelbohrung 35 auf, in der
die Düsennadel 2 in axialer Richtung verschiebbar geführt
ist. An ihrem Ende liegt im gezeichneten Zustand die Düsenna
del 2 an einem ringförmigen Düsensitz 36 an, in dessen Be
reich Düsenlöcher 37, 35 vorgesehen sind, die die Düsennadel
2 verschließt. Am anderen Ende ist die Düsennadel 2 mit einem
Druckbolzen 5 versehen, der in einem im Gehäuse 6 vorgesehe
nen Federraum 30 angeordnet ist und von einer im Federraum 30
angeordneten Düsenfeder 7 beaufschlagt wird, so daß die
Düsennadel 2 leicht in Richtung auf den Düsensitz 36 vorge
spannt wird und diesen verschließt. Das andere Ende der
Düsenfeder 7 liegt an dem dem Druckbolzen 5 gegenüberliegen
den Ende des Federraums 30 an, wobei dazwischen eine Ein
stellscheibe 9 zur Einstellung der Düsenfedervorspannkraft
angeordnet ist. Mit dem Druckbolzen 5 steht an einem Ende ein
Schließkolben 8 in Verbindung, der teilweise von der Düsenfe
der 7 umfaßt wird und an seinem anderen Ende in Bereich eines
ersten Druckraums 11 endet.
Mit dem Gehäuse 6 ist im oberen Teil der Einspritzdüse eine
Ansteuereinrichtung für die Düsennadel 2 fest verbunden. Im
Inneren des Ansteuergehäuses ist ein hydraulisch übersetzter
Piezoantrieb vorgesehen, der aus einem Piezoaktor 20 besteht,
der in einem Verschluß 21 gelagert ist, wobei dieser durch
einen O-Ring 22 abgedichtet ist. Ein Sicherungsring 24 si
chert den Piezoaktor 20 im Ansteuergehäuse in axialer Rich
tung. Die elektrische Verbindung zum Piezoaktor 20 wird über
die elektrischen Anschlüsse 23 hergestellt. Der Piezoaktor 20
liegt an einem Primärkolben 19 an, der auf eine Tellerfeder
16, die einen großen Durchmesser aufweist, einwirkt. Im
Inneren des Primärkolbens 19 ist ein Sekundärkolben 39 vorge
sehen, der mit einer Ventilnadel 27 fest verbunden ist. Im
Sekundärkolben 39 ist eine kleine Feder 17 vorgesehen, die
zwischen einer Innenfläche des Primärkolbens 19 und dem
Sekundärkolben 39 angeordnet ist und die Ventilnadel 27 auf
einen Ventilsitz 40 drückt, der mit einer Sekundärdrossel 32
in Verbindung steht. Die Sekundärdrossel 32 steht mit dem
ersten Druckraum 11 in Verbindung, der außerdem über eine
Primärdrossel 14 und eine Bohrung 13 mit dem unter Hochdruck
stehenden Kraftstoffzulauf 11 in Verbindung steht. Der
Kraftstoffzulauf 12 steht über eine Zulaufbohrung 10 mit
einem zweiten Druckraum 41 in Verbindung, der durch eine
Ausnehmung im Gehäuse 6 im Bereich der Düsennadel 2 gebildet
ist, wobei die Düsennadel in diesem Bereich stufenartig
abgesetzt ist, so daß dadurch Steuerflächen für die Düsenna
del 2 gebildet werden.
Der Raum 31 im Bereich des Ventilsitzes 40 bildet einen
Entlastungsraum sowie im Bedarfsfall eine weitere Drossel zur
Formung der Einspritzung und steht mit einem Niederdruckzu
lauf 29 in Verbindung, mit dem außerdem eine Leckagebohrung
33, die in den Federraum 30 mündet, verbunden ist. Weiter
steht der Niederdruckzulauf 29 mit einem Füllzulauf 34 zum
Arbeitsraum 28 des Piezoantriebs und einer Entlastungsbohrung
18 über einen Leckageraum 26 mit einem Rücklauf 25 in Verbin
dung.
Die Funktionsweise des Einspritzventils ist wie folgt.
Es sei zunächst angenommen, daß der Piezoaktor 20 spannungs
los ist. Damit liegt die Ventilnadel 27 aufgrund der
Kraft der Feder 17 im Sekundärkolben 39 auf ihrem Sitz 40 an,
wodurch die Sekundärdrossel 15 verschlossen und somit die
Verbindung zum Niederdruckzulauf 29 unterbrochen ist. Der
Hochdruck liegt damit über die Primärdrossel 14 an der oberen
großen Fläche des Schließkolbens 8 an. Weiter liegt der
Hochdruck an der abgestuften kleineren wirksamen Fläche der
Düsennadel 2 im zweiten Druckraum 41 an, so daß aufgrund der
wirksamen Flächen die Düsennadel 2 (auch ohne die Wirkung der
Feder 7) auf ihren Sitz 36 gedrückt wird, der die Düsenöff
nungen 37, 38 verschließt. Über eine Bohrung 15 und die
Sekundärdrossel 32 liegt der Hochdruck außerdem am Ventilsitz
40 an.
Wird nun die Ventilnadel 27 geöffnet, so entweicht durch die
Sekundärdrossel 32 ein Kraftstoff-Volumenstrom. Ist dieser
Volumenstrom größer als der durch die Primärdrossel 14 zuge
führte Volumenstrom, so sinkt der Druck im ersten Druckraum
11 oberhalb des Schließkolbens 8, so daß die Düsennadel 2
öffnet, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs freigegeben
wird. Wird die Ventilnadel 27 geschlossen, so erhöht sich der
Druck im ersten Druckraum 11 und die Düsennadel 2 wird wieder
auf ihren Sitz 36 gedrückt.
Die Antriebseinrichtung für die Ventilnadel 27 arbeitet wie
folgt.
Zum Öffnen der Ventilnadel 27 wird der Piezoaktor 20 geladen.
Dabei dehnt er sich aus und schiebt den Primärkolben 19
gegen die Kraft der Tellerfeder 16 nach unten. Der Arbeits
raum 28 ist vollständig mit Kraftstoff gefüllt, wodurch der
Sekundärkolben 39 mit der Ventilnadel 27 gegen die Federkraft
der Feder 17 nach oben bewegt wird. Dadurch wird das Ventil
geöffnet. Bei Entladen des Piezoaktors 20 wird die Ventilna
del 27 entsprechend wieder geschlossen.
Der Temperaturausgleich bzw. die Grundstellung des Ventils
wird über definierte Spalte zwischen Ventilnadel 27 und
Primärkolben 19 und zwischen Primärkolben 19 und Sekundärkol
ben 27 erreicht. Um eine ständige vollständige Befüllung des
Arbeitsraums 28 zu gewährleisten, bleibt der Rücklauf 25 am
Einspritzventil immer mit einem Niederdruck beaufschlagt.
Claims (12)
1. Einspritzventil für Kraftstoffeinspritz-Systeme, mit
- - einer in einem Ventilgehäuse (1) angeordneten Düsennadel (2), die zumindest eine Einspritzdüsenöffnung (37, 38) öffnen und schließen kann,
- - einem Kraftstoffzulauf (12), der über jeweils einen Druck raum (11, 41) mit zwei unterschiedlichen Steuerflächen der Düsennadel (2) hydraulisch in Verbindung steht, und
- - einer Ansteuereinrichtung, die eine Ventilnadel (27) an steuert, um eine der Steuerflächen zur Steuerung der Kraft stoff-Einspritzung druckmäßig zu entlasten, dadurch gekennzeichnet, daß
- - einer der Druckräume (11) mit dem Kraftstoffzulauf (12) über eine Primärdrossel (14) sowie mit einem Entlastungsraum (31) über eine Sekundärdrossel (32) in Verbindung steht.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sekundärdrossel (32) durchflußgeregelt
ist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Sekundärdrossel (32) steuerbar ist.
4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die durchflußgeregelte Sekundärdrossel (32)
durch die Ventilnadel (27) angesteuert wird.
5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Entlastungsraum (31) als weitere Dros
sel ausgebildet ist.
6. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ansteuereinrichtung eine piezoelektri
sche Ansteuereinrichtung ist.
7. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Primär- und Sekundärdrossel (14, 32) so
ausgelegt ist, daß der beim Öffnen der Ventilnadel (27) sich
einstellende Kraftstoff-Volumenstrom durch die Sekundärdros
sel (32) größer ist als durch die Primärdrossel (14).
8. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilnadel (27) als Sitzventil ausge
bildet ist, das den Öffnungsgrad der die dem Druckraum (11)
abgewandten Öffnung der Sekundärdrossel (32) regelt.
9. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die piezoelektrische Ansteuereinrichtung
hydraulisch übersetzt ist.
10. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilnadel (27) kraftschlüssig mit
einem Sekundärkolben (39) der piezoelektrischen Ansteuerein
richtung verbunden ist.
11. Einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ventilnadel (27) formschlüssig mit dem
Sekundärkolben (39) der piezoelektrischen Ansteuereinrichtung
verbunden ist.
12. Einspritzventil nach Anspruch 1 und 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Ventilnadel (27) und dem
Ventilgehäuse (1) sowie zwischen einem die Ansteuerein
richtung aufweisenden Primärkolben (19) und Sekundärkolben
(39) sowie zwischen Primärkolben (19) und dem Ventilgehäuse
(1) Spalte vorgesehen sind, über die eine geringe Leckage
stattfinden kann, wodurch ein Arbeitsraum (28) immer mit
Flüssigkeit gefüllt ist und daß bei Wärmedehnungen die pie
zoelektrische Ansteuereinrichtung eine spielausgeglichene,
mit Druckspannung vorgespannte und eindeutig definierte
Ausgangslage hat.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |