EP1706631A1 - Ventil für flüssigkeitseinspritzung - Google Patents

Ventil für flüssigkeitseinspritzung

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EP1706631A1
EP1706631A1 EP04703786A EP04703786A EP1706631A1 EP 1706631 A1 EP1706631 A1 EP 1706631A1 EP 04703786 A EP04703786 A EP 04703786A EP 04703786 A EP04703786 A EP 04703786A EP 1706631 A1 EP1706631 A1 EP 1706631A1
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EP
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valve
injection
needle
injection valve
valve needle
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Heribert O. Geisser
Peter Klaus Affolter
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Dualon International Holding SA
Original Assignee
Dualon International Holding SA
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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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/161—Means for adjusting injection-valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • F02M61/12—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type characterised by the provision of guiding or centring means for valve bodies

Definitions

  • the present invention relates to a valve for liquid injection, in particular for internal combustion engines, with an injection valve that can be opened and closed for liquid injection by means of an injection valve needle that can be moved via a control valve.
  • DE 197 17 833 discloses a hydraulic servo control element for injection injectors in which a control piston can be moved via a solenoid in order to control the movement of an injection valve needle via the servo control element.
  • the control by the servo control element can, however, be improved; in particular, the control for high pressures and short injection times can be better coordinated.
  • the control valve has a valve housing with flow channels, a pressure chamber arranged in the axial direction adjacent to the injection valve needle for controlling the axial movement of the injection valve needle and a self-centering valve body for opening and closing an unloading channel of the pressure chamber, so that the self-centering valve body enables a particularly precise one Control of the fluid flow can take place.
  • the guidance of the valve body is simplified in particular in the area of a valve seat, since the valve body is designed to be self-centering and even at high pressures for liquid injection, for example between 1,000 and 1,500 bar accurate movement of the valve body to control the injector needle is achieved.
  • a valve seat on the discharge channel is frustoconical. Then the valve body can be centered by the shape of the valve seat.
  • the valve body for closing the discharge channel can have a ball which can then be pressed onto the valve seat.
  • the valve body preferably has a valve needle arranged in a cylindrical guide of the valve housing.
  • the ball can be mounted on a pressure piece, which is arranged with radial play in the cylindrical guide for the valve needle.
  • the valve body of the control valve can preferably be moved by means of a solenoid, so that electronic control of the valve is made possible with high accuracy.
  • valve body is biased by a spring force into the position closing the unloading channel, the opening and closing movement can be carried out in a defined manner.
  • the spring force for prestressing the valve body is preferably adjustable, so that the properties of the control valve for a targeted opening and closing of the injection valve can be determined depending on further factors, such as viscosity of the fluid, pressure, temperature etc.
  • Figure 1 is a sectional view of an embodiment of a valve according to the invention.
  • FIG. 2 is an enlarged detail view of a control valve of the valve shown in Figure 1;
  • FIG. 3 is an enlarged detail view in the area of the pressure chamber of the control valve of Figure 2;
  • FIG. 4 shows an enlarged detailed view of the control valve with the valve seat closed
  • Figure 5 is an enlarged detail view of the control valve with the valve open.
  • a valve 1 comprises an injection valve 2 for liquid injection, in particular for internal combustion engines such as diesel engines, in which the fuel has injection pressures of e.g. more than 1,300 bar takes place in order to keep the pollutant emissions low.
  • the injection valve 2 comprises an injection valve needle 4, by means of which one or more injection openings 5 can be closed.
  • the injector needle 4 is movably mounted in the axial direction.
  • a high-pressure channel 6 is provided on the injection valve 2, which is connected through a connection
  • the injection valve needle 4 is biased into the closed position by a spring 8.
  • a control valve 3 which has a valve needle 11 which is mounted in an axially movable manner in a cylindrical guide in a housing 10.
  • the movement of the valve needle 11 can be activated via a solenoid 13, a stop disk 12 being provided to limit the movement stroke.
  • the solenoid 13 is located within the housing 10 and, depending on an electrical pulse, pulls the armature and the valve needle 11 connected to it in order to control a movement of the injection valve needle 4.
  • a hard bush 15 Arranged within the solenoid 13 is a hard bush 15, in which a compression spring 16 is positioned, which is supported on the one hand on the stop disk 12 and on the other hand on an intermediate piece 17.
  • the intermediate piece 17 can be moved via an adjusting screw 18, so that the prestressing of the compression spring 16 can be adjusted.
  • the adjusting screw 18 is secured by a lock nut 19.
  • the hard sleeve 15 is slightly protruding on the solenoid 13 and bears against the stop disk 12, so that a residual air gap 31 between the solenoid
  • valve body of the control valve 3 includes a pressure piece 20 which has a slightly smaller diameter than the valve needle 11, so that there is a slight radial play in the housing 10 for cylindrical guidance.
  • the ball 25 arranged on the pressure body 20 closes the unloading channel 24, which opens into the pressure chamber 23.
  • the pressure chamber 23 is delimited on a side wall of the injection valve needle 4, and if the pressure in the pressure chamber 23 changes, the injection valve needle 4 moves accordingly.
  • the fluid contained in the pressure chamber 23 can then be fed back into the fluid circuit via the discharge channel 24 in the plate 21 recessed radial flow channel 27 and a flow channel 28. Due to the pressure drop, the axial forces acting on the injection valve needle 4 in the figures are greater from bottom to top than the force of the spring 8 and thus lift the injection valve needle 4 from the injection openings 5. This allows the high-pressure fluid to flow out.
  • valve needle 11 with the ball 25 If the valve needle 11 with the ball 25 is moved into the closed position by a further actuation of the solenoid 13, fluid flows through the inlet duct 22 designed as a throttle from the inlet line 6 and a pressure builds up again in the pressure chamber 23, which corresponds approximately to the pressure in the front area of the injection valve needle 4. Due to the pressure compensation, the injection valve needle 4 closes again due to the force of the spring 8.
  • FIG. 4 shows the closed position of the valve needle 11, in which the ball 25 closes the discharge channel 24.
  • the sealing surface is formed by an annular area which is formed between the ball 25 and a valve seat 26.
  • valve 2 The open position of the valve 2 is shown in FIG. 5, the frustoconical valve seat 26 being visible. With an axial movement of the ball 25 to the
  • Valve seat 26 is self-centering, so that the discharge channel 24 is securely closed even with lateral forces.

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Description

Ventil für Flüssigkeitseinspritzung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil für die Flüssigkeitseinspritzung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Einspritzventil, dass für die Flüssigkeitseinspritzung mittels einer Einspritzventilnadel zu öffnen und zu schließen ist, die über ein Steuerventil bewegbar ist.
Die DE 197 17 833 offenbart ein hydraulisches Servosteuerelement für Einspritzinjektoren bei dem ein Steuerkolben über ein Solenoid bewegbar ist, um über das Servosteuerelement die Bewegung einer Einspritzventilnadel zu steuern. Die An- Steuerung durch das Servosteuerelement kann jedoch verbessert werden, insbesondere ist die Ansteuerung für hohe Drücke und kurze Einspritzzeiten in der Genauigkeit noch besser abzustimmen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ventil für die Flüssigkeits- einspritzung zu schaffen, das ein Steuerventil mit hoher Ansprechgenauigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Ventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Steuerventil ein Ventilgehäuse mit Strömungskanälen, einen in axialer Richtung benachbart zu der Einspritzventilnadel angeordneten Druckraum zur Steuerung der axialen Bewegung der Einspritzventilnadel und einen selbstzentrierenden Ventilkörper zum Öffnen und Verschließen eines Entlade- kanals des Druckraumes auf, sodass mittels des selbstzentrierenden Ventilkörpers eine besonders genaue Steuerung des Fluidstromes erfolgen kann. Die Führung des Ventilkörpers wird insbesondere im Bereich eines Ventilsitzes vereinfacht, da der Ventilkörper selbstzentrierend ausgebildet ist und auch bei hohen Drücken für die Flüssigkeitseinspritzung, beispielsweise zwischen 1.000 und 1.500 bar, eine genaue Bewegung des Ventilkörpers zur Steuerung der Einspritzventilnadel erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ventilsitz an dem Entladekanal kegelstumpfförmig ausgebildet. Dann kann der Ventilkörper durch die Form des Ventilsitzes zentriert werden. Insbesondere kann der Ventilkörper zum Verschließen des Entladekanals eine Kugel aufweisen, die dann auf den Ventilsitz anpressbar ist.
Vorzugsweise weist der Ventilkörper eine in einer zylindrischen Führung des Ventilgehäuses angeordnete Ventilnadel auf. Dabei kann die Kugel an einem Druckstück gelagert sein, das mit radialem Spiel in der zylindrischen Führung für die Ventilnadel angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Bewegung der Kugel durch die Ventilnadel in axialer Richtung mit minimalem radialen Spiel steuern, und für ein genaues Verschließen des Entladekanals erfolgt die Selbstzentrierung an dem Ventilsitz. Der Zeitpunkt des Schließens und des Öff ens lässt sich damit besonders genau festlegen.
Vorzugsweise ist der Ventilkörper des Steuerventils mittels eines Solenoids be- wegbar, sodass eine elektronische Steuerung des Ventils mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Wenn der Ventilkörper durch eine Federkraft in die den Entladekanal verschließende Position vorgespannt ist, lässt sich die Öffhungs- und Schließbewegung de- fmiert durchführen. Vorzugsweise ist die Federkraft zum Vorspannen des Ventilkörpers einstellbar, sodass die Eigenschaften des Steuerventils für ein gezieltes Öffnen und Schließen des Einspritzventils abhängig von weiteren Faktoren, wie Viskosität des Fluides, Druck, Temperatur etc. bestimmt werden können.
Für eine einfache Montage des Ventils ist der zu dem Druckraum führende Entladekanal in einer Platte ausgespart. Diese Platte lässt sich dann bei einem Verschleiß vergleichsweise einfach auswechseln. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figurl eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils;
Figur 2 eine vergrößerte Detailansicht eines Steuerventils des in Figur 1 gezeigten Ventils;
Figur 3 eine vergrößerte Detailansicht im Bereich des Druckraumes des Steuerventils der Figur 2;
Figur 4 eine vergrößerte Detailansicht des Steuerventils mit geschlossenem Ven- tilsitz, und
Figur 5 eine vergrößerte Detailansicht des Steuerventils mit geöffnetem Ventil.
Ein Ventil 1 umfasst ein Einspritzventil 2 für die Flüssigkeitseinspritzung, insbe- sondere für Verbrennungskraftmaschinen wie Dieselmotoren, bei denen der Kraftstoff mit Einspritzdrucken von z.B. mehr als 1.300 bar erfolgt, um die Schadstoffemissionen gering zu halten. Das Einspritzventil 2 umfasst eine Einspritzventilnadel 4, mittels der ein oder mehrere Einspritzöffhungen 5 verschließbar sind. Hierfür ist die Einspritzventilnadel 4 in axiale Richtung bewegbar gelagert. An dem Einspritzventil 2 ist ein Hochdruckkanal 6 vorgesehen, der durch einen Anschluss
7 mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird. Die Einspritzventilnadel 4 ist über eine Feder 8 in die geschlossene Position vorgespannt.
Für die Steuerung der Bewegung der Einspritzventilnadel 4 ist ein Steuerventil 3 vorgesehen, das eine Ventilnadel 11 aufweist, die in einer zylindrischen Führung in einem Gehäuse 10 axial beweglich gelagert ist. Die Bewegung der Ventilnadel 11 ist über ein Solenoid 13 aktivierbar, wobei zur Begrenzung des Bewegungshubes eine Anschlagscheibe 12 vorgesehen ist.
Wie in Figur 2 zu sehen ist, befindet sich innerhalb des Gehäuses 10 das Solenoid 13, welcher in Abhängigkeit eines elektrischen Impulses während einer bestimmten Zeit den Anker und die mit ihm verbundene Ventilnadel 11 anzieht, um eine Bewegung der Einspritzventilnadel 4 zu steuern. Innerhalb des Solenoids 13 ist eine harte Büchse 15 angeordnet, in der eine Druckfeder 16 positioniert ist die einerseits an der Anschlagscheibe 12 und andererseits an einem Zwischenstück 17 ab- gestützt ist. Das Zwischenstück 17 ist über eine Einstellschraube 18 bewegbar, sodass die Vorspannung der Druckfeder 16 einstellbar ist. Die Einstellschraube 18 ist über eine Kontermutter 19 gesichert.
An dem Solenoid 13 ist die harte Büchse 15 leicht hervorstehend ausgebildet und liegt an der Anschlagscheibe 12 an, sodass ein Restluftspalt 31 zwischen Solenoid
13 und Anschlagscheibe 12 verbleibt. Axialkräfte sind somit an einem hervorstehenden Abschnitt 14 der Büchse 15 aufgenommen.
Der Ventilkörper des Steuerventils 3 umfasst neben der Ventilnadel 11 ein Druck- stück 20, das einen etwas geringeren Durchmesser als die Ventilnadel 11 aufweist, sodass zur zylindrischen Führung in dem Gehäuse 10 ein leichtes radiales Spiel gegeben ist. Am Druckstück 20 ist an einem Endabschnitt eine Kugel 25 gelagert, die für die Abdichtung eines Entladekanals 24 vorgesehen ist.
Wie insbesondere in Figur 3 ersichtlich ist, verschließt die an dem Druckkörper 20 angeordnete Kugel 25 den Entladekanal 24, der in den Druckraum 23 mündet. Der Druckraum 23 ist an einer Seitenwand der Einspritzventilnadel 4 begrenzt und bei einer Druckänderung in dem Druckraum 23 bewegt sich entsprechend die Einspritzventilnadel 4.
Befindet sich die Kugel 25 in einer geschlossenen Stellung, baut sich in dem Druckraum 23 aufgrund eines Strömungskanals 22 ein Druck auf, der demjenigen der Zulaufleitung 6 für die einzuspritzende Flüssigkeit entspricht. Die in Axialrichtung auf die Einspritzventilnadel 4 wirkenden Kräfte aufgrund des unter hohem Druck stehenden Fluides heben sich in etwa auf, sodass aufgrund der Kraft der Feder 8 die Einspritzventilnadel 4 ebenfalls in der geschlossenen Position ver- bleibt. Wird nun aufgrund einer Betätigung des Solenoids 13 die Ventilnadel 11 geringfügig nach oben bewegt, hebt die Kugel 25 von dem Entladekanal 24 ab und es erfolgt ein Druckabfall in dem Druckraum 23, wobei aufgrund der Ausbildung des Zulaufkanals 22 als Drossel der Druckabfall nicht vollständig zu dem Zulaufkanal 6 weitergeleitet wird. Das in der Druckkammer 23 enthaltene Fluid kann dann über den Entladekanal 24 in der Platte 21 ausgesparten radialen Strömungskanal 27 sowie einen Strömungskanal 28 dem Fluidkreislauf wieder zugeführt werden. Durch den Druckabfall sind die auf die Einspritzventilnadel 4 wirkenden Axialkräfte in den Figuren von unten nach oben größer als die Kraft der Feder 8 und heben somit die Einspritzventilnadel 4 von den Einspritzöffnungen 5 ab. Da- durch kann ein Ausströmen des unter hohem Druck stehenden Fluides erfolgen.
Wird durch eine weitere Betätigung des Solenoids 13 die Ventilnadel 11 mit der Kugel 25 in die geschlossene Stellung bewegt, strömt durch den als Drossel ausgebildeten Zulauf kanal 22 Fluid aus der Zulaufleitung 6 nach und es baut sich wieder ein Druck in der Druckkammer 23 auf, der dem Druck im vorderen Bereich der Einspritzventilnadel 4 in etwa entspricht. Durch den Druckausgleich schließt die Einspritzventilnadel 4 wieder aufgrund der Kraft der Feder 8.
In Figur 4 ist die geschlossene Stellung der Ventilnadel 11 gezeigt, bei der die Ku- gel 25 den Entladekanal 24 verschließt. Die Dichtfläche ist dabei durch einen ringförmigen Bereich gebildet, der sich zwischen der Kugel 25 und einem Ventilsitz 26 ausbildet.
In Figur 5 ist die geöffnete Position des Ventils 2 gezeigt, wobei der kegelstumpf- formige Ventilsitz 26 sichtbar ist. Bei einer Axialbewegung der Kugel 25 zu dem
Ventilsitz 26 erfolgt eine Selbstzentrierung, sodass auch bei seitlichen Kräften ein sicheres Schließen des Entladekanals 24 gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Ventil (1) für die Flüssigkeitseinspritzung, insbesondere für Verbrennungs- kraftmaschinen, mit einem Einspritzventil (2), das für die Flüssigkeitseinspritzung mittels einer Einspritzventilnadel (4) zu öffnen und zu schließen ist, die über ein Steuerventil (3) bewegbar ist, wobei das Steuerventil (3) ein Ventilgehäuse (10) mit Strömungskanälen, einen in axialer Richtung benachbart zu der Einspritzventilnadel (4) angeordneten Druckraum (23) zur Steuerung der axialen Bewegung der Einspritzventilnadel (4) und einen selbstzentrierenden Ventilkörper (11, 20, 25) zum Öffnen und Verschließen eines Entladekanals (24) des Druckraumes (23) aufweist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilsitz (26) an dem Entladekanal (24) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper zum Verschließen des Entladekanals (24) eine Kugel (25) aufweist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper eine in einer zylindrischen Führung des Ventilgehäuses (10) angeordnete Ventilnadel (11) aufweist.
5. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (25) an einem Druckstück (20) gelagert ist, das mit radialem Spiel in der zylindrischen Führung für die Ventilnadel (11) angeordnet ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (11, 20, 25) des Steuerventils (3) mittels eines Solenoids beweg- bar ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (11, 20, 25) durch eine Federkraft in die den Entladekanal (24) verschließende Position vorgespannt ist.
8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft zum Vorspannen des Ventilkörpers (11, 20, 25) einstellbar ist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zu dem Druckraum (23) führende Entladekanal (24) in einer Platte (21) aus- gespart ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Ventilkörpers (11, 20, 25) mittels einer Anschlagscheibe (12) begrenzt ist.
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