EP1208297B1 - Einspritzventil für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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EP1208297B1
EP1208297B1 EP00936814A EP00936814A EP1208297B1 EP 1208297 B1 EP1208297 B1 EP 1208297B1 EP 00936814 A EP00936814 A EP 00936814A EP 00936814 A EP00936814 A EP 00936814A EP 1208297 B1 EP1208297 B1 EP 1208297B1
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EP
European Patent Office
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actuating
valve
injection valve
valve according
face
Prior art date
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EP00936814A
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English (en)
French (fr)
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EP1208297A1 (de
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Wolfgang Scheibe
Horst Ressel
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LOrange GmbH
Original Assignee
LOrange GmbH
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0033—Lift valves, i.e. having a valve member that moves perpendicularly to the plane of the valve seat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0012—Valves
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    • F02M63/007—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of the groups F02M63/0014 - F02M63/0059
    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member

Definitions

  • the invention relates to an injection valve for an internal combustion engine with an electromagnetically actuated control valve, which by means of a valve actuator alternatively closes a fluid passage opening associated with a sealing surface or releases and thereby the pressure in a connected to the passage opening Control pressure chamber controls.
  • FIG. 2 of the European Patent EP 0531 533 B1 An injection valve with the aforementioned features is shown in FIG. 2 of the European Patent EP 0531 533 B1.
  • Valve actuator firmly connected to the armature of the electromagnet and is through Spring force pressed on a sealing surface, so that the passage opening for Control pressure chamber is closed.
  • injectors are at Memory injection systems used where very high control pressures of the order several 100 bar occur.
  • valve actuator By switching off the solenoid current the armature strikes and with this usually the cylindrical bolt executed valve actuator with its end face under the spring force on the sealing surface and thus closes the passage opening.
  • a good sealing effect of the valve actuator against the very high pressure in the control pressure chamber is by as small as possible Cross-sectional area and thus achieved small diameter of the valve actuator.
  • One The smallest possible diameter of the valve actuator is therefore also desirable, so Angle error, d. H. Deviations in the orientation of the end face of the valve actuator from the associated sealing seat surface caused by manufacturing inaccuracies, not lead to leakage gaps.
  • a third reason for the least possible Diameter of the valve actuator a high aspired sealing seat pressure and thus a more precise control.
  • a disadvantage of a small diameter of the valve actuator is that with a small diameter and thus smaller face a possibly inadmissible high seat impact at the valve opening results.
  • Another disadvantage of a low Diameter of the valve actuator can be seen in the fact that the closing movement of Magnetic armature and the valve actuator, which together create a considerable inertial mass form, little steamed to be delayed to zero and so rebound effects occur. For a damping braking of the valve actuator would be the largest possible diameter and thus a correspondingly large end face desirable.
  • the anchor plate can by suitable adjustment of the size of the free path of the Anchor plate and the return spring done.
  • the wear of the sealing surface is characterized reduced that the mass forces are reduced.
  • the forces acting in the sealing surface However, they depend on dynamic processes, so that a defined sealing force can not be set.
  • Object of the present invention is inadmissible high wear by the Avoid impact movement of the valve actuator by the in the sealing surface acting sealing forces to a predetermined fixed, independent of the operation value be set.
  • the object is achieved by a device according to claim 1.
  • the Actuator stop surface is substantially larger than the actuator sealing surface.
  • the local separate training of actuator stop surface and actuator sealing surface has about addition, the advantage that high fluid pressures, as in the field of Fluid passage opening and thus the actuator sealing surface occur locally from Electromagnets can be moved away and so far the electromagnet of high hydraulic pressure is protected.
  • Another advantage is that the Electromagnet also from interference by the physical or chemical Properties of the control fluid can be better protected.
  • an injection valve according to the invention that is Valve actuator formed with a one-piece or multi-part valve rod.
  • valve actuator comprises a spherical Valve body, which rests on the front side of the valve stem and with conical Sealing surfaces of the passage opening cooperates.
  • actuator sealing surface but can also serve directly the front side of the valve stem.
  • the length of the valve rod is determined essentially by the distance, the Actuator sealing surface or the valve body stop of the valve stem of the Actuator stop surface has.
  • valve actuator is designed substantially mushroom-shaped, wherein the mushroom shaft forms the valve rod and the actuator stop surface in the area of Mushroom hat the valve stem is concentric surrounding collar.
  • the Length of the valve stem is larger by a minimum amount than the distance Sealing surface of the fluid passage opening or the valve body stop of the valve rod from the reference stop for the actuator stop surface.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the Valve actuator in the actuator stop surface having actuator stop and one operatively connected to the actuator sealing surface and the actuator stop Valve rod is split.
  • Valve actuator is that the significantly smaller in diameter valve stem easier to produce independently of the actuator stop. Another advantage is that uses different material for the valve rod and the actuator stop can be. In the split version of the valve actuator only needs ensure that the opening movement of the valve stem, d. H. So the take off from the sealing surface by the overpressure from the fluid passage opening or by a supporting auxiliary spring is ensured. The slight excess length of the valve stem, based on the distance between the actuator sealing surface or valve body stop and the actuator stopper surface (valve rod protrusion) becomes the closing movement absorbed by elastic deformation (shortening) of the valve rod.
  • the actuator stop is designed substantially mushroom-shaped, wherein the actuator stop surface in the area of the mushroom foot on the valve rod striking end face is.
  • This face will normally be a circular area whose Diameter is significantly larger than the diameter of the abutting valve rod.
  • valve stem in To guide guide bushes axially movable. It is with regard to a possible minimum actuator sealing surface to aim for a guide bush in low Distance of the actuator sealing surface of the valve rod is arranged. That way Bending vibrations of the free end of the valve stem with the actuator sealing surface prevented, so that the actuator sealing surface only a slightly larger diameter must have as the passage bore.
  • the length of the valve rod is preferably a multiple of its diameter.
  • the actuator sealing surface is a one- or two-part associated disc-shaped insert part, wherein on the side facing away from the sealing surface the control pressure chamber connects.
  • the corresponding Einlegteil can with little Expenditure material adapted to different claim cases and thereby the Gasket be improved.
  • inflow and Outflow throttle can be assigned to different parts, in a simple manner to meet different requirements in the injection characteristics.
  • the injection valve shown in Fig. 1 of a high-pressure accumulator injection system for a Internal combustion engine has a housing 1. At the bottom of the Injection valve is a valve needle 20 mounted by the axial movement of a Injection hole 24 can be released from a high-pressure chamber 21 and thus an injection takes place.
  • the high-pressure chamber 21 communicates with channels in the housing 1 a high pressure port 22 in conjunction.
  • the control of the movement of Nozzle needle 20 via an electromagnet 10, the armature 11 with a Valve actuator 12 is firmly connected.
  • the valve actuator 12 is part of a control valve, which is actuated by the electromagnet 10. The function of this Electromagnetically actuated control valve is based on the magnification of FIG. 2 explained.
  • the Valve actuator 12 is designed substantially mushroom-shaped, wherein the mushroom shaft as Valve rod 16 is formed, which extends from the region of the mushroom hat to a sealing surface 17th ranges, in which a fluid passage opening 14a from a control pressure chamber 14 opens.
  • the Diameter of the valve rod 16 is chosen so that the end face the Fluid passage opening 14a just covered and thus on the sealing surface 17 a Forms sealing seat. It can easily be seen that the length of the valve rod 16 a Multiple of its diameter.
  • the control pressure chamber 14 is above a Orifice communicates with the high pressure port system of the injector.
  • the Valve actuator 12 is through the valve rod 16 in an upper guide sleeve 15o and a lower guide sleeve 15u mounted on the housing side axially displaceable. It is the bottom guide bush 15u arranged so that only a small distance between the lower end of the valve rod 16, which is designed as an actuator sealing surface 16 a, and the lower edge of the lower guide sleeve 15u remains. The resulting there Annulus 18 communicates with a low pressure fluid port 19 of the injector Connection. In the closed position of the electromagnetic shown in Fig. 2 Control valve closes the valve rod 16 with its actuator sealing surface 16 a the Fluid passage bore 14 a from.
  • Valve rod 16 concentrically surrounding annular collar is as an actuator stop surface 12a trained and resting on the upper plane of the sleeve 15o.
  • the valve actuator 12th together with the armature 11 by a compression spring, not shown loaded, the actuator 12 on the sealing surface 17 and at the same time on the top of the upper guide sleeve 15o presses, which as a reference stop for the Actuator stop surface 12a of the actuator 12 is used.
  • FIG. 3 This danger is based on the greatly enlarged view of FIG. 3 at a conventional injection valve shown.
  • a valve is similar in construction shown in Fig. 1 and Fig. 2, but with the difference that the fluid passage opening 14a, which is in communication with the control pressure chamber 14, up to one, the function of a Stop and sealing surface having housing surface 13 is guided.
  • the valve actuator 12 is again mushroom-shaped, but does not have the inventive Valve rod 16.
  • the diameter e of the sealing seat and impact surface is clear chosen larger than the diameter of the fluid passage bore 14a. The must Danger be accepted that due to an angular error f, d. H.
  • FIG. 4 shows a region of an injection valve corresponding to FIG Area of the actuator sealing surface is modified.
  • the valve rod 16 acts as in FIG. 4 shown enlarged, on a valve body 30 which is formed as a ball.
  • a valve body 30 which is formed as a ball.
  • the fluid passage opening 14a includes a Outflow throttle 33.
  • the use of a separate valve body 30, which is also a other than having a spherical shape, has the advantage that the seal is improved.
  • valve rod 16 and valve body 30th to use different materials.
  • Another improvement of the seal results from using an insert in the form of a disk-shaped part 37, which contains the outflow throttle 33.
  • This part 37 may be in terms of material and Throttle bore in a simple manner optimally to different load cases be matched. By providing inserts with different sizes Throttle holes, it is possible in the other by simple exchange, the Change injection characteristics. It is also possible second parts 34 with provide different Zufichdrosseln 36 to the simple replacement of the To tune injection characteristics. This procedure, the injection quantity and the Injection process by replacing first and second inserts with different Chokes to change is known per se from EP 0 844 385 A1.
  • the part 37 is through a centering and retaining clip 39 connected to a sleeve 38 in which the valve rod 16 is recorded with their guide bushes 15o and 15u.
  • FIG. 5 shows an inventive injection valve, which also a disc-shaped insert 32 includes.
  • the Einlegteils 32 connects directly to the control pressure chamber 14.
  • the nozzle needle 20 lies with its rear end directly in the control pressure chamber 14.
  • the Einlegteil 32nd is installed between the nozzle holder and the injection nozzle 40. Injector 40 and Einlegteil 32 are pressed by a nozzle nut to the nozzle holder, so that the high pressure leading areas are interconnected.
  • the insert 32 has a Central bore as the fluid passage opening 14a to the control pressure chamber 14 and in the Valve rod 16 opposite area a calibrated outflow throttle 33.
  • the Einlegteil also includes a high-pressure passage 41, which under the injection pressure standing fuel from a high pressure port 22 to a high pressure passage in the Injecting nozzle passes.
  • the high pressure passage 41 in the Einlegteil 32 has a Line connection to the center hole in Einlegteil 32 and in this line connection there is a calibrated inlet throttle 36.
  • the insert 32 has as shown in Figure 4, a conical sealing surface 17, in which a spherical valve body 30 concerned the seal.
  • a corresponding embodiment is in itself from the US 5,832,899 known.
  • the injector corresponds to the injector described under FIG. 1 or FIG. 2. Due to the design with the two sides of the insert directly assigned Control spaces, the seal is essentially reduced to this area, the easy can be mastered. In particular, it is by providing suitable Einlegteil in easy way possible to different load cases and requirements Injection quantity and injection course to react.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem elektromagnetisch betätigten Steuerventil, welches mittels eines Ventilstellgliedes alternativ eine einer Dichtfläche zugeordnete Fluiddurchtrittsöffnung verschließt oder freigibt und dadurch den Druck in einem mit der Durchtrittsöffnung verbundenen Steuerdruckraum steuert.
Ein Einspritzventil mit den vorgenannten Merkmalen ist aus Fig. 2 der europäischen Patentschrift EP 0531 533 B1 bekannt. Bei dem bekannten Einspritzventil ist das Ventilstellglied mit dem Anker der Elektromagneten fest verbunden und wird durch Federkraft auf eine Dichtfläche gedrückt, so dass die Durchtrittsöffnung zum Steuerdruckraum verschlossen ist. Üblicherweise werden solche Einspritzventile bei Speichereinspritzsystemen verwendet, wo sehr hohe Steuerdrücke in der Größenordnung mehrerer 100 Bar auftreten. Durch Bestromung des Elektromagneten wird das mit dem Magnetanker verbundene Ventilstellglied gegen die Federkraft angehoben, so dass die Durchtrittsöffnung freigegeben wird und dadurch im Steuerdruckraum der Hochdruck abgebaut werden kann. Durch den Druckabfall im Steuerdruckraum wird dann die Einspritzung im Einspritzventil ausgelöst. Durch das Abschalten des Magnetspulenstroms schlägt der Magnetanker und mit diesem das üblicherweise als zylindrischer Bolzen ausgeführte Ventilstellglied mit seiner Stirnfläche unter der Federkraft auf die Dichtfläche und verschließt damit die Durchtrittsöffnung. Eine gute Dichtwirkung des Ventilstellgliedes gegen den sehr hohen Druck im Steuerdruckraum wird durch eine möglichst kleine Querschnittsfläche und damit kleinen Durchmesser des Ventilstellglieds erreicht. Ein möglichst kleiner Durchmesser des Ventilstellglieds ist auch deshalb anzustreben, damit Winkelfehler, d. h. Abweichungen in der Ausrichtung der Stirnfläche des Ventilstellglieds von der zugehörigen Dichtsitzfläche, die durch Fertigungsungenauigkeiten entstehen, nicht zu Leckagespalten führen. Schließlich ist ein dritter Grund für einen möglichst geringen Durchmesser des Ventilstellglieds eine hohe anzustrebende Dichtsitzpressung und damit eine exaktere Steuerung.
Ein Nachteil eines geringen Durchmessers des Ventilstellglieds liegt allerdings darin, dass mit kleinem Durchmesser und damit kleiner Stirnfläche sich ein möglicherweise unzulässig hoher Sitzeinschlag an der Ventilöffnung ergibt. Ein weiterer Nachteil eines geringen Durchmessers des Ventilstellglieds ist darin zu sehen, dass die Schließbewegung des Magnetankers und des Ventilstellglieds, die zusammen eine beträchtliche träge Masse bilden, wenig gedämpft auf Null verzögert werden und so Rückpralleffekte auftreten. Für ein dämpfendes Abbremsen des Ventilstellgliedes wäre ein möglichst großer Durchmesser und damit eine entsprechend große Stirnfläche wünschenswert.
In der DE 197 08 104 A1 ist ein gattungsgemäßes Einspritzventil dargestellt, bei dem das Ventilstellglied des Steuerventils zusätzlich zur Stellglieddichtfläche eine in Richtung Schließen des Ventilstellgliedes wirkende Anschlagfläche aufweist. Die Anschlagfläche ist in einem axialen Abstand von der Stellgliedfläche angeordnet. Um Schwingungen zu verhindern, die entstehen, wenn eine große Masse beschleunigt und plötzlich schlagartig abgebremst wird, wenn z. B. Ankerbolzen mit Ankerplatte und Ventilglied als Masse auf dem Ventilsitz aufschlagen, wird vorgeschlagen, die Ankerplatte auf dem Ankerbolzen verschiebbar zu lagern. Nach dem Aufsetzen des Ventilglieds auf dem Ventilsitz bewegt sich die Ankerplatte gegen die Kraft einer Rückstellfeder weiter, so dass die effektiv abgebremste Masse geringer wird und die elastische Verformung des Ventilsitzes, die zu dem nachteiligen Rückprellen des Ventilglieds führt, geringer ist. Das Bewegungsverhalten der Ankerplatte kann durch geeignete Abstimmung der Größe des freien Wegs der Ankerplatte und der Rückführfeder erfolgen. Der Verschleiß der Dichtfläche wird dadurch gemindert, dass die Massenkräfte verringert sind. Die in der Dichtfläche wirkenden Kräfte sind jedoch von dynamischen Vorgängen abhängig, so dass sich eine definierte Dichtkraft nicht einstellen lässt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unzulässig hohen Verschleiß durch die Aufprallbewegung des Ventilstellgliedes zu vermeiden, indem die in der Dichtfläche wirkenden Dichtkräfte auf einen vorgegebenen festen, vom Betrieb unabhängigen Wert eingestellt werden.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Durch die elastische Verformung der Ventilstange bei räumlicher Trennung der Stellglieddichtfläche von der Stellgliedanschlagfläche lassen sich die gegensätzlichen Forderungen bezüglich der Dichtfunktion einerseits und der Aufpralldämpffunktion andererseits zugleich verwirklichen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stellgliedanschlagfläche wesentlich größer ist als die Stellglieddichtfläche. Die lokal getrennte Ausbildung von Stellgliedanschlagfläche und Stellglieddichtfläche hat darüber hinaus noch den Vorteil, dass hohe Fluiddrücke, wie sie im Bereich der Fluiddurchtrittsöffnung und damit der Stellglieddichtfläche auftreten, lokal vom Elektromagneten wegverlegt werden können und insoweit der Elektromagnet von hohem hydraulischen Druck geschützt ist. Schließlich liegt ein weiterer Vorteil darin, dass der Elektromagnet auch vor Beeinträchtigung durch die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Steuerfluids besser geschützt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einspritzventils ist das Ventilstellglied mit einer ein- oder mehrteiligen Ventilstange ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ventilstellglied einen kugelförmigen Ventilkörper, der auf der Stirnseite der Ventilstange anliegt und mit konischen Dichtflächen der Durchtrittsöffnung zusammenwirkt. Als Stellglieddichtfläche kann aber auch die Stirnseite der Ventilstange unmittelbar dienen.
Die Länge der Ventilstange ist dabei im wesentlichen von dem Abstand bestimmt, den die Stellglieddichtfläche bzw. der Ventilkörperanschlag der Ventilstange von der Stellgliedanschlagfläche aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Ventilstellglied im wesentlichen pilzförmig gestaltet ist, wobei der Pilzschaft die Ventilstange bildet und die Stellgliedanschlagfläche ein im Bereich des Pilzhutes die Ventilstange konzentrisch umgebender Ringbund ist. Ein solcherart ausgebildetes Ventilstellglied ist fertigungstechnisch mit wenig Aufwand herzustellen. Die Länge der Ventilstange ist dabei um einen minimalen Betrag größer als der Abstand der Dichtfläche der Fluiddurchtrittsöffnung bzw. des Ventilkörperanschlags der Ventilstange vom Referenzanschlag für die Stellgliedanschlagfläche.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellglied in einen die Stellgliedanschlagfläche aufweisenden Stellgliedanschlag und eine mit der Stellglieddichtfläche und dem Stellgliedanschlag in Wirkverbindung stehende Ventilstange geteilt ist.
Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen geteilten Gestaltung des Ventilstellglieds besteht darin, dass die im Durchmesser deutlich geringere Ventilstange leichter unabhängig vom Stellgliedanschlag herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass unterschiedliches Material für die Ventilstange und den Stellgliedanschlag verwendet werden kann. Bei der geteilten Ausführung des Ventilstellglieds muss lediglich sichergestellt sein, dass die Öffnungsbewegung der Ventilstange, d. h. also das Abheben von der Dichtfläche durch den Überdruck aus der Fluiddurchtrittsöffnung oder durch eine unterstützende Hilfsfeder gewährleistet ist. Die geringfügige Überlänge der Ventilstange, bezogen auf den Abstand zwischen der Stellglieddichtfläche bzw. Ventilkörperanschlag und der Stellgliedanschlagfläche (Ventilstangenüberstand) wird bei der Schließbewegung durch elastische Verformung (Verkürzung) der Ventilstange aufgenommen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Stellgliedanschlag im wesentlichen pilzförmig gestaltet ist, wobei die Stellgliedanschlagfläche eine im Bereich des Pilzfußes an der Ventilstange anschlagende Stirnfläche ist. Diese Stirnfläche wird im Regelfall ein Kreisfläche sein, deren Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser der anschlagenden Ventilstange.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Ventilstange in Führungsbüchsen axial beweglich zu führen. Dabei ist es im Hinblick auf eine möglichst minimale Stellglieddichtfläche anzustreben, dass eine Führungsbüchse in geringem Abstand der Stellglieddichtfläche der Ventilstange angeordnet ist. Auf diese Weise werden Biegeschwingungen des freien Endes der Ventilstange mit der Stellglieddichtfläche verhindert, so dass die Stellglieddichtfläche nur einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisen muss als den der Durchtrittsbohrung.
Die Länge der Ventilstange beträgt vorzugsweise ein Vielfaches ihres Durchmessers.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Stellglieddichtfläche einem ein- oder zweiteiligen scheibenförmigen Einlegteil zugeordnet, wobei auf der der Dichtfläche abgewandten Seite der Steuerdruckraum anschließt. Das entsprechende Einlegteil kann mit geringem Aufwand materialmäßig an unterschiedliche Beanspruchsfälle angepasst und dadurch die Dichtung verbessert werden. Natürlich ist es damit auch möglich durch baukastenartig kombinierbare Teile mit unterschiedlichem Drosselbohrungen, wobei Zufluss- und Abflussdrossel unterschiedlichen Teilen zugeordnet sein können, in einfacher Weise auf unterschiedliche Anforderungen in der Einspritzcharakteristik einzugehen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Einspritzventil im Längsschnitt,
Fig. 2
den Bereich des elektromagnetischen Steuerventils des Einspritzventils nach Fig. 1 vergrößert,
Fig. 3
einen gegenüber der Darstellung in Fig. 2 noch einmal stark vergrößerten Ausschnitt eines elektromagnetischen Steuerventils nach dem Stand der Technik,
Fig. 4
eine Variante des Einspritzventils mit einem Einlegteil im Bereich der Stellglieddichtfläche,
Fig. 5
eine vergrößerte Ansicht des unmittelbaren Stellglieddichtflächenbereichs mit am Ende der Ventilstange angeordnetem kugelförmigem Ventilkörper, und
Fig. 6
eine Variante eines erfindungsgemäßen Einspritzventils im Längsschnitt, wobei die Ventilnadel mit ihrem den Einspritzöffnungen abgewandten Ende unmittelbar im Steuerdruckraum liegt.
Das in Fig. 1 gezeigte Einspritzventil eines Hochdruckspeichereinspritzsystems für eine Verbrennungskraftmaschine weist ein Gehäuse 1 auf. Im unteren Bereich des Einspritzventils ist eine Ventilnadel 20 gelagert, durch deren Axialbewegung ein Einspritzloch 24 gegenüber einem Hochdruckraum 21 freigegeben werden kann und somit eine Einspritzung erfolgt. Der Hochdruckraum 21 steht über Kanäle in dem Gehäuse 1 mit einem Hochdruckanschluss 22 in Verbindung. Die Steuerung der Bewegung der Düsennadel 20 erfolgt über einen Elektromagneten 10, dessen Magnetanker 11 mit einem Ventilstellglied 12 fest verbunden ist. Das Ventilstellglied 12 ist Teil eines Steuerventils, welches durch den Elektromagneten 10 betätigt wird. Die Funktion dieses elektromagnetisch betätigten Steuerventils wird anhand der Vergrößerung nach Fig. 2 erklärt.
In Fig. 2 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Das Ventilstellglied 12 ist im wesentlichen pilzförmig gestaltet, wobei der Pilzschaft als Ventilstange 16 ausgebildet ist, die vom Bereich des Pilzhutes bis zu einer Dichtfläche 17 reicht, in die eine Fluiddurchtrittsöffnung 14a aus einem Steuerdruckraum 14 mündet. Der Durchmesser der Ventilstange 16 ist so gewählt, dass die Stirnfläche die Fluiddurchtrittsöffnung 14a gerade überdeckt und somit auf der Dichtfläche 17 einen Dichtsitz ausbildet. Es ist leicht erkennbar, dass die Länge der Ventilstange 16 ein Vielfaches ihres Durchmessers beträgt. Der Steuerdruckraum 14 steht über eine Drosselbohrung mit dem Hochdruckkanalsystem des Einspritzventils in Verbindung. Das Ventilstellglied 12 ist durch die Ventilstange 16 in einer oberen Führungsbüchse 15o und einer unteren Führungsbüchse 15u gehäuseseitig axial verschieblich gelagert. Dabei ist die untere Führungsbüchse 15u so angeordnet, dass nur ein geringer Abstand zwischen dem unteren Ende der Ventilstange 16, welches als Stellglieddichtfläche 16a ausgebildet ist, und der Unterkante der unteren Führungsbüchse 15u verbleibt. Der dort entstehende Ringraum 18 steht mit einem Niederdruckfluidanschluss 19 des Einspritzventils in Verbindung. In der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung des elektromagnetischen Steuerventils schließt die Ventilstange 16 mit ihrer Stellglieddichtfläche 16a die Fluiddurchtrittsbohrung 14a ab. Ein im Bereich des Pilzhutes des Stellglieds 12 die Ventilstange 16 konzentrisch umgebender Ringbund ist als Stellgliedanschlagfläche 12a ausgebildet und ruht auf der oberen Planfläche der Büchse 15o. In der gezeigten Schließstellung des elektromagnetischen Steuerventils wird das Ventilstellglied 12 zusammen mit dem Magnetanker 11 von einer nicht näher dargestellten Druckfeder belastet, die das Stellglied 12 auf die Dichtfläche 17 und gleichzeitig auf die Oberseite der oberen Führungsbüchse 15o presst, welche als Referenzanschlag für die Stellgliedanschlagfläche 12a des Stellgliedes 12 dient. Wird der Elektromagnet 10 bestromt, dann zieht der Magnetanker 11 gegen die Kraft der Druckfeder das Ventilstellglied 12 nach oben, so dass die Fluiddurchtrittsbohrung 14a freigegeben wird und damit ein Druckabfall im Steuerdruckraum 14 entsteht, der ein Anheben der Ventilnadel 20 und damit eine Einspritzung bewirkt. Bei Abschalten des Stroms schlägt unter der Kraft der Druckfeder das Ventilstellglied 12 zusammen mit dem Magnetanker 11 nach unten. Dabei wirkt die im Vergleich zur Stellglieddichtfläche 16a der Ventilstange 16 sehr viel größere Stellgliedanschlagfläche 12a des Stellgliedes 12 als reine Dämpf- und Aufprallfläche zum Abbau der Massenkräfte von Magnetanker und Ventilstellglied. Die sehr viel kleinere Stellglieddichtfläche 16a am unteren Ende der Ventilstange 16 übernimmt die Funktion des Dichtsitzes, was aufgrund der geringen Flächen selbst bei extrem hohen Steuerdrücken mit großer Exaktheit und ohne die Gefahr von Leckagen erfolgt.
Diese Gefahr wird anhand der stark vergrößerten Darstellung nach Fig. 3 bei einem herkömmlichen Einspritzventil aufgezeigt. Ein solches Ventil ist ähnlich aufgebaut wie das in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte, jedoch mit dem Unterschied, dass die Fluiddurchtrittsöffnung 14a, die mit dem Steuerdruckraum 14 in Verbindung steht, bis zu einer, die Funktion einer Anschlag- und Dichtfläche aufweisenden Gehäusefläche 13 geführt ist. Das Ventilstellglied 12 ist wiederum pilzförmig ausgebildet, hat jedoch nicht die erfindungsgemäße Ventilstange 16. Um die Dämpf- und Aufprallwirkung des Ventilstellglieds 12 nicht zu gering werden zu lassen, ist der Durchmesser e der Dichtsitz- und Aufprallfläche deutlich größer gewählt als der Durchmesser der Fluiddurchtrittsbohrung 14a. Dabei muss die Gefahr in Kauf genommen werden, dass infolge eines Winkelfehlers f, d. h. einem Abweichen der Dicht- und Anschlagfläche vom exakt rechten Winkel gegenüber der Längsachse des Ventilstellglieds 12 auch im angeschlagenen Zustand des Ventilstellglieds 12 ein minimaler Spalt s verbleibt, der einen dauerhaften Druckabfall im Hochdruckbereich 14 zur Folge hat.
In Figur 4 ist ein Figur 2 entsprechender Bereich eines Einspritzventils dargestellt, das im Bereich der Stellglieddichtfläche modifiziert ist. Die Ventilstange 16 wirkt, wie in Figur 4 vergrößert dargestellt, auf einen Ventilkörper 30, der als Kugel ausgebildet ist. Der Ventilkörper 30 liegt an einer konisch ausgeformten Dichtfläche 17 der Fluiddurchtrittsöffnung 14a an. Die Fluiddurchtrittsöffnung 14a beinhaltet eine Abflussdrossel 33. Die Verwendung eines separaten Ventilkörpers 30, der auch eine andere als eine kugelförmige Gestalt besitzen kann, hat den Vorteil, dass die Abdichtung verbessert wird. Insbesondere ist es auch möglich, für Ventilstange 16 und Ventilkörper 30 unterschiedliche Materialien zu verwenden. Eine weitere Verbesserung der Abdichtung ergibt sich durch Verwendung eines Einlegteils in Form eines scheibenförmigen Teils 37, das die Abflussdrossel 33 enthält. Dieses Teil 37 kann hinsichtlich Material und Drosselbohrung in einfacher Weise auf unterschiedliche Beanspruchungsfälle optimal abgestimmt werden. Durch Bereitstellung von Einlegteilen mit unterschiedlich großen Drosselbohrungen ist es im weiteren durch einfachen Austausch möglich, die Einspritzcharakteristik zu verändern. Ebenso ist es möglich zweite Teile 34 mit unterschiedlichen Zufaufdrosseln 36 bereitzustellen, um durch einfachen Austausch die Einspritzcharakteristik abzustimmen. Diese Vorgehensweise, die Einspritzmenge und den Einspritzverlauf durch Ersatz von ersten und zweiten Einlegteilen mit unterschiedlichen Drosseln zu ändern ist an sich aus der EP 0 844 385 A1 bekannt. Das Teil 37 ist durch eine Zentrier- und Halteklammer 39 mit einer Hülse 38 verbunden, in der die Ventilstange 16 mit ihren Führungsbüchsen 15o und 15u aufgenommen ist. Diese Teile bilden eine Baueinheit, die in Bezug auf den Ventilstangenüberstand für sich voreinstellbar ist.
Die Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Einspritzventil, das ebenfalls ein scheibenförmiges Einlegteil 32 beinhaltet. Auf der der Dichtfläche 17 abgewandten Seite des Einlegteils 32 schließt unmittelbar der Steuerdruckraum 14 an. Die Düsennadel 20 liegt mit ihrem rückwärtigen Ende unmittelbar im Steuerdruckraum 14. Das Einlegteil 32 ist zwischen Düsenhalter und der Einspritzdüse 40 eingebaut. Einspritzdüse 40 und Einlegteil 32 werden durch eine Düsenmutter an den Düsenhalter gepresst, so dass die hochdruckführenden Bereiche miteinander verbunden sind. Das Einlegteil 32 besitzt eine Mittelbohrung als Fluiddurchtrittsöffnung 14a zum Steuerdruckraum 14 und in dem der Ventilstange 16 gegenüberliegenden Bereich eine kalibrierte Abflussdrossel 33. Das Einlegteil beinhaltet außerdem einen Hochdruckkanal 41, welcher den unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff von einem Hochdruckanschluss 22 zu einem Hochdruckkanal in der Einspritzdüse weiterleitet. Der Hochdruckkanal 41 im Einlegteil 32 besitzt eine Leitungsverbindung zur Mittelbohrung im Einlegteil 32 und in dieser Leitungsverbindung befindet sich eine kalibrierte Zulaufdrossel 36. Vorzugsweise besitzt das Einlegteil 32 wie in Figur 4 dargestellt eine konische Dichtfläche 17, in der ein kugelförmiger Ventilkörper 30 die Abdichtung besorgt. Eine entsprechende Ausführung ist an sich aus der US 5,832,899 bekannt.
In der Funktion entspricht der Injektor dem unter Fig. 1 bzw. Fig. 2 beschriebenen Injektor. Aufgrund der Bauart mit den beiden Seiten des Einlegteils unmittelbar zugeordneten Steuerräumen ist die Abdichtung im wesentlichen reduziert auf diesen Bereich, der einfach beherrscht werden kann. Insbesondere ist es durch Bereitstellung geeigneter Einlegteil in einfacher Weise möglich auf unterschiedliche Beanspruchungsfälle und Anforderungen an Einspritzmenge und Einspritzverlauf zu reagieren.

Claims (20)

  1. Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem insbesondere elektromagnetisch betätigten Steuerventil, welches mittels eines Ventilstellgliedes (12) alternativ eine einer Dichtfläche (13, 17) zugeordnete Fluiddurchtrisöffntung (14a) verschließt oder freigibt und dadurch den Druck in einem mit der Fluiddurchtrittsöffnung verbundenen Steuerdruckraum (14) steuert, wobei das Ventilstellglied (12) zusätzlich zu einer Stellglieddichtfläche (16a), die mit der Dichtfläche (17) der Fluiddurchtrittsöffnung ( 14a) zusammenwirkt, eine Stellgliedanschlagfläche (12a) aufweist, die mit Abstand von der Stellglieddichtfläche (16a) angeordnet ist, wobei das eine Ventilstange (16) umfassende Ventilstellglied (12) in Bezug auf den Abstand zwischen der Stellglieddichtfläche (16a) und der Stellgliedanschlagfläche (12a) eine Überlänge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlänge bei der Schließbewegung durch elastische Verformung der Ventilstange (16) aufgenommen wird.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgliedanschlagfläche (12a) wesentlich größer ist als die Stellglieddichtfläche (16a).
  3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellglied (12) mit einer ein- oder mehrteiligen Ventilstange (16) ausgebildet ist.
  4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellglied (12) einen Ventilkörper (30) beinhaltet, der die Ventilstange (16) stirnseitig berührt und die Stellglieddichtfläche (16a) beinhaltet.
  5. Einspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (30) als Kugel ausgebildet ist, die dichtend mit der Fluiddurchtrittsöffnung (14a) zusammenwirkt.
  6. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieddichtfläche (16a) die Stirnseite der vom Ventilstellglied (12) ausgebildeten Ventilstange (16) ist.
  7. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellglied (12) im wesentlichen pilzförmig gestaltet ist, wobei der Pilzschaft die Ventilstange (16) bildet und die Stellgliedanschlagfläche (12a) ein im Bereich des Pilzhutes die Ventilstange (16) konzentrisch umgebender Ringbund ist.
  8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellglied (12) in einen die Stellgliedanschlagfläche (12a) aufweisenden Stellgliedanschlag und eine mit der Stellglieddichtfläche (16a) und mit dem Stellgliedanschlag in Wirkverbindung stehende Ventilstange (16) geteilt ist.
  9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellgliedanschlag im wesentlichen pilzförmig gestaltet ist, wobei die Stellgliedanschlagfläche (12a) eine im Bereich des Pilzfußes an der Ventilstange (16) anschlagende Stirnfläche ist.
  10. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (16) in wenigstens einer Führungsbüchsen (15o, 15u) axialbeweglich geführt ist.
  11. Einspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsbüchse (15u) in geringem Abstand zur Stellglieddichtfläche (16a) angeordnet ist.
  12. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Ventilstange (16) ein Vielfaches ihres Durchmessers ist.
  13. Einspritzventil nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (17) in der Stirnfläche eines scheibenförmigen Einlegteils (32) ausgebildet ist, und dass auf der der Dichtfläche (17) abgewandten Seite der Steuerdruckraum (14) anschließt.
  14. Einspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (32) zweiteilig mit einem die Fluiddurchtrittsöffnung (14a) und eine Abflussdrossel (33) beinhaltenden ersten Teil (37) und einem steuerdruckraumseitig liegenden zweiten Teil (34) mit einer den Steuerdruckraum (14) mit der Fluiddurchtrittsöffnung (14a) verbindenden Bohrung (35) ausgeführt ist.
  15. Einspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teil (34) eine mit der Bohrung (35) in Verbindung stehende Zuflussdrossel (36) beinhaltet.
  16. Einspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (32) außer der Abflussdrossel (33) auch die Zuflussdrossel (36) enthält.
  17. Einspritzventil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruckraum (14) mit einer Zuflussdrossel (36) in Verbindung steht.
  18. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilnadel (20) mit ihrem von der Düsennadelsitzfläche abgewandten rückwärtigen Ende im Steuerdruckraum (14) liegt.
  19. Einspritzventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (32) einen Anschlag für die Ventilnadel (20) bildet.
  20. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegteil (32), eine Zentrier- und Halteklammer (39) und eine Hülse (38), in der zumindest Ventilstange (16) und wenigstens eine Führungsbüchse (15o, 15u) mit der Stellgliedanschlagfläche (12a) aufgenommen ist, eine für sich in Bezug auf den Ventilstangenüberstand voreinstellbare Baueinheit bilden.
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