EP1421272B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1421272B1
EP1421272B1 EP02760079A EP02760079A EP1421272B1 EP 1421272 B1 EP1421272 B1 EP 1421272B1 EP 02760079 A EP02760079 A EP 02760079A EP 02760079 A EP02760079 A EP 02760079A EP 1421272 B1 EP1421272 B1 EP 1421272B1
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    • F02M63/0049—Combined valve units, e.g. for controlling pumping chamber and injection valve

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • the valve is for controlling the in the control room prevailing pressure as a slide valve and the valve to Switching the injection pressure formed as a seat valve.
  • the fuel injection device shown in FIG. 1 1 for internal combustion engines comprises a high-pressure accumulator 2 (common rail), is mounted in the fuel at a fuel pressure P1. From the high-pressure accumulator 2, the fuel is discharged respectively via pressure lines 3 and injection lines 4 to the individual, projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied injectors (injectors) 5 , of which in Fig. 1, only one is shown.
  • injectors injectors
  • the valve sealing surface 8 facing away from the end face of the valve member 7 forms a second control surface 14, which limits a control chamber 15 and acts in the valve closing direction.
  • the control chamber 15 is connected via a Z-throttle 16 with the injection line 4 and via an A-throttle 17 and a slide valve 18 with a discharge line (oil leakage) 19 connectable.
  • the second control surface 14 is larger than the first control surface 13, so that when the slide valve 18 is closed, ie at the same pressure in the nozzle chamber 12 and the control chamber 15, the valve member 7, the injection ports 11 closes.
  • a local pressure booster unit 20 is provided with a against the action of a return spring 21 axially displaceable translation piston 22 , which primary side a primary chamber 23 , the secondary side, a secondary chamber 24 and the pressure side, a pressure chamber 25 limited.
  • the primary chamber 23 is connected directly, the secondary chamber 24 via a throttle 26 and the pressure chamber 25 via a check valve 27 to the pressure line 3, wherein the injection line 4 goes off from the pressure chamber 25.
  • the secondary chamber 24 is connected to the discharge line 19. With closed switching valve 28 prevails in all three chambers 23, 24, 25 of the fuel pressure P1 of the pressure accumulator 2, so that the transmission piston 22 is pressed by the return spring 21 in its initial position.
  • the slide valve 18 and the seat valve 28 are combined to form a 4/3 control valve 29 with a common valve body 30 .
  • the valve body 30 is slidably mounted in an axial guide bore 31 of the valve housing and axially adjustable by means of a piezoelectric actuator 32 .
  • the slide valve 18 has on the input side a provided in the wall of the guide bore 29, lower annular space 33 , in which the outgoing from the control chamber 15 line opens.
  • the slide valve 18 On the output side, the slide valve 18 has a provided on the valve body 30, lower annular space 34 , which opens to the annular space 33 through. Via a transverse bore 35 and a longitudinal bore 36 of the valve body 30, the lower annular space 34 of the valve body 30 is connected to the front side of the guide bore 29 outgoing discharge line 19.
  • the slide valve 18 closes when at a stroke H 2 of the valve body 30, the control edge 37 of the annular space 34, the upper sealing edge 38 of the annular space 33 passes over.
  • Fig. 2 the timing of the injection process is plotted in a diagram.
  • the beginning of the injection process is initiated at time t0 by a stroke H 1 of the valve body 30, so that the seat valve 28 opens and the slide valve 18 remains open.
  • the secondary chamber 24 is depressurized, and in the pressure chamber 25 and thus also in the nozzle chamber 12, a higher fuel pressure builds up.
  • the valve member 7 opens under pressure control against the action of the closing spring 9 and is controlled to maximum stroke h max , so that the injection takes place with the pressure prevailing in the nozzle chamber 12 fuel pressure.
  • the maximum injection pressure P max results from the piston cross-sectional ratio in the primary and pressure chambers 23, 25.
  • the slide valve 18 is closed by a stroke H 2 of the valve body 30.
  • the control chamber 15 is no longer depressurized, and the pressure in the control chamber 15 increases, so that the valve member 7 closes the injection openings 11 in a stroke-controlled manner.
  • the slide valve 18 is opened and the seat valve 28 is closed.
  • the control chamber 15 is depressurized again, and the valve member 7 opens hubsammlung, so that a post-injection with the prevailing in the injection chamber 12 fuel pressure, for example, with P max occurs.
  • the injection process is terminated at time t4 when the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber 12 becomes smaller than the opening pressure P S. Due to the no longer pressure-relieved secondary chamber 24, the transmission piston 22 is pressed by the return spring 21 in its initial position and the pressure chamber 25 filled with fuel from the pressure accumulator 2.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen umfasst mehrere jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehene Einspritzventile (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7), das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschliessrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein erstes Ventil (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks und ein zweites Ventil (28) zum Schalten des Einspritzdruckes aufweist. Erfindungsgemäss ist für beide Ventile (18, 28) ein gemeinsamer Ventilkörper (30) vorgesehen, wobei der zum Schliessen des ersten Ventils (18) erforderliche Hub (H2) des Ventilkörpers (30) grösser als der zum Öffnen des zweiten Ventils (18) erforderliche Hub (H1) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art (DE 199 10 970 A1) ist der Steuerraum über ein 2/2-Wegeventil mit einer Entlastungsleitung verbindbar. Ein anderes 2/2-Wegeventil dient zur Aktivierung eines Druckübersetzers, mit dem ein hoher Einspritzdruck erzeugt wird (Siehe auch DE 10008268 A1).
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der gemeinsame Ventilkörper von einem einzigen Stellantrieb betätigbar ist und so ein Ventilkörper und ein Stellantrieb eingespart werden können.
Vorzugsweise ist das Ventil zum Steuern des im Steuerraum herrschenden Drucks als Schieberventil und das Ventil zum Schalten des Einspritzdruckes als Sitzventil ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen stands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 4/3-Steuerventil zum Steuern des Einspritzvorgangs; und
Fig. 2
ein Diagramm, das für die in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzvorrichtung über die Zeitachse den Hub (H) des Ventilkörpers des 4/3-Steuerventils, den Einspritzdruck (P) und den Hub (h) des Ventilglieds des Einspritzventils angibt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail), in dem Kraftstoff unter einem Kraftstoffdruck P1 gelagert ist. Vom Hochdruckspeicher 2 wird der Kraftstoff jeweils über Druckleitungen 3 und Einspritzleitungen 4 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen (Injektoren) 5 abgeführt, von denen in Fig. 1 nur eines gezeigt ist.
In einer axialen Führungsbohrung 6 des Einspritzventils 5 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 7 mit einer konischen Ventildichtfläche 8 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 9 gegen eine konische Ventilsitzfläche 10 des Ventilgehäuses gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 11 verschließt. Die Einspritzleitung 4 mündet im Einspritzventil 5 in einen ringförmigen Düsenraum 12, von dem ein zwischen Führungsbohrung 6 und Ventilglied 7 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 10 führt. Das Ventilglied 7 hat im Bereich des Düsenraumes 12 eine als Druckschulter ausgebildete erste Steuerfläche 13, an welcher der über die Einspritzleitung 4 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d.h. nach innen) am Ventilglied 7 angreift. Die der Ventildichtfläche 8 abgewandte Stirnseite des Ventilglieds 7 bildet eine zweite Steuerfläche 14, die einen Steuerraum 15 begrenzt und in Ventilschließrichtung wirkt. Der Steuerraum 15 ist über eine Z-Drossel 16 mit der Einspritzleitung 4 verbunden sowie über eine A-Drossel 17 und ein Schieberventil 18 mit einer Entlastungsleitung (Lecköl) 19 verbindbar. Die zweite Steuerfläche 14 ist größer als die erste Steuerfläche 13, so daß bei geschlossenem Schieberventil 18, d.h. bei gleichem Druck im Düsenraum 12 und im Steuerraum 15, das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 verschließt. Die Z-Drossel 16 ist kleiner als die A-Drossel 17, so daß bei geöffnetem Schieberventil 18 der im Steuerraum 15 herrschende Druck über die Entlastungsleitung 19 abgebaut wird und oberhalb eines Öffnungsdruckes PS das Ventilglied 7 durch den im Düsenraum 12 herrschenden Druck gegen die Wirkung der Schließfeder 9 aufgesteuert wird.
Für jedes Einspritzventil 5 ist eine lokale Druckübersetzungseinheit 20 mit einem gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 21 axial verschiebbaren Übersetzungskolben 22 vorgesehen, welcher primärseitig eine Primärkammer 23, sekundärseitig eine Sekundärkammer 24 und druckseitig eine Druckkammer 25 begrenzt. Die Primärkammer 23 ist direkt, die Sekundärkammer 24 über eine Drossel 26 und die Druckkammer 25 über ein Rückschlagventil 27 mit der Druckleitung 3 verbunden, wobei die Einspritzleitung 4 von der Druckkammer 25 abgeht. Über ein Sitzventil 28 ist die Sekundärkammer 24 mit der Entlastungsleitung 19 verbindbar. Bei geschlossenem Schaltventil 28 herrscht in allen drei Kammern 23, 24, 25 der Kraftstoffdruck P1 des Druckspeichers 2, so daß der Übersetzungskolben 22 durch die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangslage gedrückt ist. Wird durch Öffnen des Sitzventils 28 die Sekundärkammer 24 druckentlastet, wird der Übersetzungskolben 22 in Kompressionsrichtung verschoben und dadurch entsprechend dem Kolbenquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 23, 25 der in der Druckkammer 25 befindliche Kraftstoff auf einen höheren Kraftstoffdruck komprimiert. Das Rückschlagventil 27 verhindert dabei den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff zurück in die Druckleitung 3.
Das Schieberventil 18 und das Sitzventil 28 sind zu einem 4/3-Steuerventil 29 mit einem gemeinsamen Ventilkörper 30 zusammengefaßt. Der Ventilkörper 30 ist in einer axialen Führungsbohrung 31 des Ventilgehäuses verschiebbar gelagert und mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs 32 axial verstellbar.
Das Schieberventil 18 weist eingangsseitig einen in der Wand der Führungsbohrung 29 vorgesehenen, unteren Ringraum 33 auf, in den die vom Steuerraum 15 abgehende Leitung mündet. Ausgangsseitig weist das Schieberventil 18 einen am Ventilkörper 30 vorgesehenen, unteren Ringraum 34 auf, der sich zum Ringraum 33 hin öffnet. Über eine Querbohrung 35 und eine Längsbohrung 36 des Ventilkörpers 30 ist der untere Ringraum 34 des Ventilkörpers 30 mit der stirnseitig von der Führungsbohrung 29 abgehenden Entlastungsleitung 19 verbunden. Das Schieberventil 18 sperrt, wenn bei einem Hub H2 des Ventilkörpers 30 die Steuerkante 37 des Ringraums 34 die obere Dichtkante 38 des Ringraums 33 überfährt.
Das Sitzventil 28 weist eingangsseitig einen in der Wand der Führungsbohrung 29 vorgesehenen, oberen Ringraum 39 mit einer konischen Ventilsitzfläche 40 auf, in den die von der Sekundärkammer 24 abgehende Leitung mündet. Der Ventilkörper 30 hat eine mit der Ventilsitzfläche 40 zusammenwirkende konische Ventildichtfläche 41, die sich nach unten zu einem Ringraum 42 erweitert, von dem die Entlastungsleitung 19 abgeht.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung des 4/3-Steuerventils 29 ist das Schieberventil 18 geöffnet, so daß der Steuerraum 15 druckentlastet ist, und das Sitzventil 28 geschlossen, so daß die Sekundärkammer 24 nicht druckentlastet ist. Der zum Öffnen des Sitzventils 28 erforderliche Hub H1 des Ventilkörpers 30 ist kleiner als der zum Schließen des Schieberventils 18 erforderliche Hub H2.
In Fig. 2 ist in einem Diagramm der zeitliche Ablauf des Einspritzvorgangs aufgetragen.
Der Beginn des Einspritzvorgangs wird zum Zeitpunkt t0 durch einen Hub H1 des Ventilkörpers 30 eingeleitet, so daß das Sitzventil 28 öffnet und das Schieberventil 18 geöffnet bleibt. Die Sekundärkammer 24 wird druckentlastet, und in der Druckkammer 25 und damit auch im Düsenraum 12 baut sich ein höherer Kraftstoffdruck auf.
Wenn zum Zeitpunkt t1 im Düsenraum 12 der Öffnungsdruck PS erreicht wird, öffnet das Ventilglied 7 gegen die Wirkung der Schließfeder 9 druckgesteuert und wird auf maximalen Hub hmax aufgesteuert, so daß die Einspritzung mit dem im Düsenraum 12 herrschenden Kraftstoffdruck erfolgt. Der maximale Einspritzdruck Pmax ergibt sich aus dem Kolbenquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 23, 25.
Zum Zeitpunkt t2, zu dem der im Düsenraum 12 herrschende Druck noch höher als der Öffnungsdruck PS ist, wird durch einen Hub H2 des Ventilkörpers 30 das Schieberventil 18 geschlossen. Der Steuerraum 15 ist nicht mehr druckentlastet, und der Druck im Steuerraum 15 steigt an, so daß das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 hubgesteuert verschließt.
Zum Zeitpunkt t3 werden durch Zurückstellen des Ventilkörpers 30 in seine Ausgangsstellung das Schieberventil 18 geöffnet und das Sitzventil 28 geschlossen. Der Steuerraum 15 ist wieder druckentlastet, und das Ventilglied 7 öffnet hubgesteuert, so daß eine Nacheinspritzung mit dem in der Einspritzkammer 12 herrschenden Kraftstoffdruck, z.B. mit Pmax, erfolgt.
Der Einspritzvorgang ist zum Zeitpunkt t4 beendet, wenn der im Düsenraum 12 herrschende Kraftstoffdruck kleiner als der Öffnungsdruck PS wird. Aufgrund der nicht mehr druckentlasteten Sekundärkammer 24 wird der Übersetzungskolben 22 durch die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangslage gedrückt und die Druckkammer 25 mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 2 gefüllt.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7), das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein erstes Ventil (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks und ein zweites Ventil (28) zum Schalten des Einspritzdruckes aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß für beide Ventile (18, 28) ein gemeinsamer Ventilkörper (30) vorgesehen ist und daß der zum Schließen des ersten Ventils (18) erforderliche Hub (H2) des Ventilkörpers (30) größer als der zum Öffnen des zweiten Ventils (28) erforderliche Hub (H1) ist.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) als Schieberventil ausgebildet ist.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (28) als Sitzventil ausgebildet ist.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Ventilkörper (30) vorgesehene Stellantrieb als piezoelektrischer Stellantrieb (32) ausgebildet ist.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein tieferer Kraftstoffdruck (P1) in einem zentralen Druckspeicher (2) gespeichert ist.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitung (4) sowohl über ein Rückschlagventil (27) mit einem tieferen Kraftstoffdruck (P1) als auch mit der Druckkammer (25) eines durch das zweite Ventil (28) aktivierbaren Druckübersetzungskolbens (22) verbunden ist.
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