WO2002059475A1 - 3/2 wegeventil - Google Patents

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WO2002059475A1
WO2002059475A1 PCT/DE2002/000186 DE0200186W WO02059475A1 WO 2002059475 A1 WO2002059475 A1 WO 2002059475A1 DE 0200186 W DE0200186 W DE 0200186W WO 02059475 A1 WO02059475 A1 WO 02059475A1
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control piston
way valve
injector
pressure
fuel
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Achim Brenk
Wolfgang Klenk
Uwe Gordon
Manfred Mack
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Robert Bosch Gmbh
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Priority to US10/239,642 priority patent/US6964266B2/en
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0045—Three-way valves

Definitions

  • the invention relates to a 3/2-way valve for controlling the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, with a first switching position in which an injection nozzle is connected to a fuel return, and with a second switching position in which the Injector is connected to a high-pressure fuel accumulator.
  • a 3/2-way valve is known, for example, from DE 197 24 637 AI.
  • a high-pressure pump delivers the fuel to the central high-pressure accumulator, which is referred to as the common rail.
  • High pressure lines lead from the rail to the individual
  • Injectors that are assigned to the engine cylinders.
  • the injectors are individually controlled by the engine electronics.
  • the control valve opens, high-pressure fuel passes the nozzle needle, which is lifted against the biasing force of a nozzle spring, and into the combustion chamber.
  • the object of the invention is to improve the function and the quality of the injection.
  • the control valve according to the invention should be simple and inexpensive to manufacture.
  • the task in a 3/2 way valve for controlling the injection of fuel in a common rail injection system of an internal combustion engine, with a control piston guided in a housing, the control piston in a first switching position providing a hydraulic connection between an injector and a fuel return releases, and wherein the control piston releases a hydraulic connection between the injector and a high-pressure fuel accumulator in a second switching position, in that the movement of the control piston is transferred to the nozzle needle of the injector during the transition from the second switching position to the first switching position.
  • the stroke control of the nozzle needle during the closing phase of the control piston prevents pressure oscillations between the metering valve and nozzle from delaying the closing of the nozzle needle or reopening the injector. This delayed needle closing or reopening of the injector increases the fuel consumption of the internal combustion engine and worsens the emission values.
  • the 3/2-way valve according to the invention can be completely adjusted and assembled as a module and then placed on an injector, an injection nozzle, a nozzle holder combination or a pump-nozzle unit.
  • the 3/2-way metering valve according to the invention can be used with different injectors matched to the internal combustion engine without structural changes on the part of the metering valve.
  • a pressure rod is arranged between the control piston and the nozzle needle, so that the injector and metering valve can be assembled as assemblies to be manufactured independently of one another and the control piston and nozzle needle are coupled via the pressure rod.
  • control piston is designed in two parts, so that a complete force compensation of the control piston can be achieved and at the same time the manufacture and assembly of the 3/2-way valve according to the invention are simplified.
  • the 3/2 way valve can be designed as a seat-seat valve or as a seat slide valve.
  • the 3/2-way valve according to the invention can be actuated both via a solenoid valve or a piezo actuator, so that the valve according to the invention can be used for a wide variety of designs and requirements with regard to closing speed, closing force, etc. is more usable.
  • the 3/2 way valves according to the invention can be made in one part or two parts.
  • the control can take place directly via a solenoid valve or a piezo actuator or via a servo circuit.
  • Figure 1 is a schematic representation of a common rail injection system
  • Figure 2 shows a first embodiment of a 3/2 way valve according to the invention with one-piece control piston, which is controlled directly via a solenoid valve, in longitudinal section and
  • Figure 3 shows a second embodiment of a 3/2-way valve according to the invention in the first switching position.
  • a Com on-rail injection system is shown schematically in FIG. From a fuel tank 1, fuel is pumped into a pump unit 2
  • High-pressure fuel reservoir 3 promoted and pressurized with high pressure.
  • the fuel pressurized with high pressure is then allocated to the individual cylinders of the internal combustion engine to be supplied as required.
  • the injection of the high-pressure fuel is carried out by injectors 4, 5, 6 and 7.
  • an injector means any type of injection nozzle or nozzle holder combination. For reasons of clarity, only the injector 7 is shown in FIG.
  • the injector 7 is supplied with fuel via a metering valve 8 designed as a 3/2-way valve. In the exemplary embodiments of the invention described below, the metering valve 8 is arranged directly on the injector 7.
  • the metering valve 8 is a 3/2-way valve that is actuated electromagnetically. In the switch position shown in FIG. 1, the connection between the high-pressure fuel reservoir 3 and a high-pressure connection 10 of the injector 7 is interrupted. The high-pressure connection 10 of the injector 7 is connected to a fuel return 9 in the switching position of the metering valve 8 shown in FIG.
  • a switch is made to the second switching position, not shown in FIG. 1.
  • the high-pressure connection 10 of the injector 7 is connected directly to the high-pressure fuel reservoir 3.
  • high-pressure fuel flows from the high-pressure fuel reservoir 3 via the high-pressure connection 10 into a pressure chamber 11 which is formed in the injector 7.
  • a nozzle needle 12 which is biased against a nozzle spring 13, lifts off its seat, and high-pressure fuel is injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine to be supplied.
  • the common rail system shown in Figure 1 is pressure controlled; d. H. there is only fuel pressure at the injector 7 when fuel is to be injected into the combustion chamber.
  • FIG. 2 shows a metering valve 8 designed as a seat / slide valve with a control piston 44.
  • the Movement of the control piston 44 is controlled directly by an electromagnet 43.
  • direct control of the movement of the control piston 44 is only feasible if the required magnetic forces can be kept within certain limits.
  • the control piston 44 must be as completely pressure-balanced as possible in the opening and closing phase.
  • a connection between a fuel inlet 40 and a connection 41 for the injector 7 (not shown) is interrupted.
  • a connection between the connection 41 and a fuel return 42 is opened.
  • the control piston 44 is pressed against its valve seat 46 by means of a compression spring 45.
  • the pressure at the injector can be reduced via the connection 41, which is connected to a fuel return 42.
  • a central blind hole 50 is recessed in the end of the control piston 44 facing the compression spring 45.
  • the blind hole 50 is connected via a bore 51 to a longitudinal bore 49, in which the control piston 44 is received so as to be able to move back and forth.
  • a piston 52 is received in the blind hole 50 so that it can be moved back and forth.
  • the piston 52 is supported on the valve housing.
  • a desired throttling effect can be set via the diameter of the bore 51, which leads to a time delay in the pressure equalization.
  • the control piston 44 has two guides. First, the control piston 44 is guided above the fuel inlet 40 and secondly through a polygon guide 48 in the valve housing. Since the diameter of the valve seat 46 corresponds to the upper diameter of the control piston 44, the control piston 44 is completely pressure-balanced when opened. When the solenoid valve is energized to raise the control piston 44, only the forces of the compression spring 45 have to be overcome. When the control piston 44 is raised, the valve seat 46 opens and a control edge 47 closes the longitudinal bore 49. As a result, the valve fills via the fuel inlet 40 with the fuel under high pressure. A pressure wave runs at the speed of sound through the connection 41 to the injector 7 and the injection begins.
  • control piston 44 After opening, the control piston 44 is initially no longer pressure balanced. Additional hydraulic forces act in the opening direction, acting on the resulting annular surface between the control edge 47 and the upper guide
  • ! 0 engages in the blind hole 50 and generates forces in the closing direction of the control piston 44. These forces depend on the diameter of the blind hole 50, the surface of the connecting bore 51 having to be subtracted. If the pressure area in the blind hole 50 is as large as the 5 circular area between the control edge 47 and the upper guide of the control piston 44, the control piston 44 is completely pressure-balanced. The diameter of the blind hole 50 can, however, also be larger than the pressure area on the control piston 44. As a result, additional forces 0 can be generated, which enable accelerated closing. However, the additional closing forces should remain so low that the balance of forces is not shifted too much.
  • the piston 52 guided in the blind hole 50 prevents fuel under pressure from being permanently discharged from the Compensation room flows into the leak oil return.
  • the space of the blind hole 50 left free by the piston 52 is referred to as the compensation space.
  • the volume of the compensation space is decisive for the time after which the pressure equalization takes place after opening the valve seat 46. With a large volume, the time to inflow and build up pressure is longer. Since small pre-injection quantities are generally to be realized and the valve is to close again after the pre-injection, the volume must be kept as low as possible.
  • Push rod 53 which rests with one end on an end face of the control piston 44 and acts with its other end on the nozzle needle (not shown) of an injector 7 (also not shown).
  • Push rod 53 and nozzle needle can also be made in one piece.
  • the pressure rod 53 is moved upward by the pressure-controlled opening of the nozzle needle (not shown). If the control piston stroke and the nozzle needle stroke are the same, then the control piston 44 and the nozzle needle are decoupled, since the movement of the control piston 44 takes place before the nozzle needle movement. Only when the control piston 44 is moved downward at the end of the injection process in FIG. 2, is this downward movement transmitted from the push rod 53 to the nozzle needle and the nozzle needle also moved in the direction of its seat. As soon as the control edge 47 releases the fuel return 42, the pressure relief of the injector via the connection 41 begins.
  • the injector 7 is closed in a stroke-controlled manner and it is prevented that pressure oscillations between the metering valve and the injection nozzle result in a delayed needle closing or even reopening of the nozzle needle. Even if the pressure relief of the Injector 7 does not take place quickly enough, so the stroke-controlled closing of the nozzle needle avoids the risk of spraying. For manufacturing reasons, a small gap can remain between the push rod 53 and the control piston 44 when the control piston 44 and the nozzle needle are in their seats. This gap does not affect the dynamics of the closing process or its function.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a 3/2-way valve according to the invention designed as a seat-seat valve.
  • the metering valve shown in longitudinal section in FIG. 3 comprises a valve housing 20 in which a first control piston 21 and a second control piston
  • L5 22 are received in a guide bore 39 so that they can be moved back and forth.
  • the control piston 22 is force-balanced by the design of its pressure surfaces.
  • the control piston 22 is designed as a servo-hydraulic valve. The balance of forces
  • Puncture 37 in the first control piston 21 is reached in the region 27a of the connection 27.
  • the force equalization of the second control piston 22 is achieved by a second recess 38 in the second control piston 21 in the region 27b of the connection 27 5. That means lowest forces for one
  • the second control piston 22 is biased by a compression spring 23. In the switching position shown in Figure 2
  • a first valve seat 24 is formed on the first control piston 21 and the valve housing 20 and is shown closed in FIG. 3.
  • Fuel return 33 serves to return the leakage occurring during operation. In this first switch position, the injector is depressurized.
  • the movement of the two control pistons 21 and 22 is controlled by means of a solenoid valve 35 via the pressure in a control chamber 34.
  • a solenoid valve 35 In the first switching position shown in FIG. 3, pressure relief of the control chamber 34 is prevented by a valve ball 36. Via one formed in the first control piston 21
  • Inlet throttle 29 engages with highly pressurized fuel into the control chamber '34.
  • the control chamber 34 located in the highly pressurized fuel ensures that the first control piston 21 downward, is pressed against the second control piston 22nd As a result, the first valve seat 24 is kept closed. At the same time, the second control piston 22 is pressed against the compression spring 23.
  • the solenoid valve 35 opens and the valve ball 36 lifts from its associated seat, the pressure in the control chamber 34 drops and the first control piston 21 moves up to a stop 28.
  • the speed of movement of the first control piston 21 can be determined by the design of the pressurized areas on the first control piston 21 and the coordination of one Inlet throttle 29 and an outlet throttle 31 can be set.
  • the second control piston 22 is also moved upward by the biasing force of the compression spring 23, so that the second valve seat 30 is closed. 5
  • All valve surfaces that are in direct connection with the connection 27 are designed so that they cannot exert any forces on the control pistons 21 and 22.
  • the forces acting on the control pistons 21 and 22 originate L0 either from the compression spring 23 or are hydraulic forces which have no force jumps or other discontinuities during the movement phase of the first control piston 21 and the second control piston 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail-Einspritzung einer Brennkraftmaschine, mit einer ersten Schaltstellung, in der eine Einspritzdüse mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht, und mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Einspritzdüse mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung steht. Der Beginn der Einspritzung erfolgt druckgesteuert, während das Ende der Einspritzung hubgesteuert erfolgt.

Description

3 /2 -Wegeventil
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail - Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einer ersten Schaltstellung, in der eine Einspritzdüse mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung steht, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der die Einspritzdüse mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher in Verbindung steht .
Ein derartiges 3/2-Wegeventil ist bspw. aus der DE 197 24 637 AI bekannt. In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff in den zentralen Hochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen
Injektoren, die den Motorzylindern zugeordnet sind. Die Injektoren werden einzeln von der Motorelektronik angesteuert. Wenn das Steuerventil öffnet, gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff an der gegen die Vorspannkraft einer Düsenfeder abgehobenen Düsennadel vorbei in den Verbrennungsraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Funktion und die Qualität der Einspritzung zu verbessern. Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Steuerventil einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein. Die Aufgabe ist bei einem 3/2 -Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Common-Rail - Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse geführten Steuerkolben, wobei der Steuerkolben in einer ersten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen einem Injektor und einem Kraftstoffrücklauf freigibt, und wobei der Steuerkolben in einer zweiten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen Injektor und einem Kraftstoffhochdruckspeicher freigibt, dadurch gelöst, dass die Bewegung des Steuerkolbens beim Übergang von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung auf die Düsennadel des Injektors übertragen wird.
Vorteile der Erfindung
Die Hubsteuerung der Düsennadel während der Schließphase des Steuerkolbens verhindert, dass es durch Druckschwingungen zwischen Zumessventil und Düse zu einem verzögerten Schließen der Düsennadel oder zum Wiederöffnen des Injektors kommt. Dieses verzögerte Nadelschließen oder Wiederöffnen des Injektors erhöht den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine und verschlechtert die Emissionswerte. Außerdem kann das erfindungsgemäße 3/2- Wegeventilt als Baugruppe komplett eingestellt und montiert werden und anschließend auf einen Injektor, eine Einspritzdüse, eine Düsenhalterkombination oder eine Pumpe- Düse-Einheit aufgesetzt werden. Außerdem kann das erfindungsgemäße 3/2-Wege-Zumessventil mit verschiedenen, auf die Brennkraftmaschine abgestimmten Injektoren ohne bauliche Änderungen seitens des Zumessventils eingesetzt werden .
Die Kombination von 3/2-Wege-Zumessventil und Injektor wird erfindungsgemäß dadurch vereinfacht, dass Steuerkolben und die Düsennadel des Injektors koaxial zueinander zugeordnet sind .
Bei einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Steuerkolben und Düsennadel eine Druckstange angeordnet ist, so dass Injektor und Zumeεsventil als unabhängig voneinander zu fertigende Baugruppen montiert werden können und die Kopplung von Steuerkolben und Düsennadel über die Druckstange erfolgt .
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen Steuerkolben und Druckstange in der ersten Schaltstellung Spiel in axialer Richtung vorhanden ist, so dass in gleiche Wärmedehnungen oder Fertigungstoleranzen keine negativen Auswirkungen auf die Funktion des Einspritzsystems haben.
Bei Varianten der Erfindung ist der Steuerkolben zweiteilig ausgeführt, so dass ein vollständiger Kraftausgleich des Steuerkolbens erreicht werden kann und gleichzeitig Herstellung und Montage des erfindungsgemäße 3/2- Wegeventils vereinfacht werden.
Je nach Anfertigungsprofil kann das 3/2 -Wegeventil als Sitz-Sitz-Ventil oder als Sitz-Schieber-Ventil ausgeführt werden .
Das erfindungsgemäße 3/2-Wegeventil kann sowohl über ein Magnetventil oder einen Piezoaktor betätigt werden, so dass das erfindungsgemäße Ventil bei verschiedensten Bauarten und Anforderungen hinsichtlich Schließgeschwindigkeit, Schließkraft u.a. mehr einsetzbar ist.
Grundsätzlich können die erfindungsgemäßen 3/2 -Wegeventile einteilig oder zweiteilig ausgeführt werden. Die Steuerung kann über ein Magnetventil oder einen Piezo-Aktor direkt oder über einen Servokreislauf erfolgen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
L0
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 die schematische Darstellung eines Common-Rail- Einspritzsystems ;
-5
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3/2 -Wegeventils mit einteiligem Steuerkolben, das direkt über ein Magnetventil gesteuert wird, im Längsschnitt und
Figur 3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventils in der ersten Schaltstellung.
•In Figur 1 ist ein Com on-Rail-Einspritzsystem schematisch dargestellt. Aus einem Kraftstofftank 1 wird Kraftstoff mit Hilfe einer Pumpeinheit 2 in einen
Kraftstoffhochdruckspeicher 3 gefördert und mit Hochdruck beaufschlagt. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff wird dann bedarfsabhängig den einzelnen Zylindern der zu versorgenden Brennkraftmaschine zugeteilt. Die Einspritzung des mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs erfolgt durch Injektoren 4, 5, 6 und 7. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter Injektor jede Art von Einspritzdüsen oder Düsenhalterko binationen verstanden . In Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Injektor 7 dargestellt. Die Versorgung des Injektors 7 mit Kraftstoff erfolgt über ein ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Zumessventil 8. Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Zumessventil 8 direkt am Injektor 7 angeordnet.
Bei dem Zumessventil 8 handelt es sich um ein 3/2- Wegeventil, das elektromagnetisch betätigt wird. In der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung ist die Verbindung zwischen dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 und einem Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 unterbrochen. Der Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 ist in der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung des Zumessventils 8 mit einem Kraftstoffrücklauf 9 verbunden.
Bei einer Betätigung des Zumessventils 8 wird in die zweite, in Figur 1 nicht dargestellte, Schaltstellung umgeschaltet. In der zweiten Schaltstellung ist der Hochdruckanschluss 10 des Injektors 7 direkt mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 verbunden. In dieser Schaltstellung gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 3 über den Hochdruckanschluss 10 in einen Druckraum 11, der in dem Injektor 7 ausgebildet ist. Wenn der Druck in dem Druckraum 11 einen bestimmten Wert überschreitet, hebt eine gegen eine Düsenfeder 13 vorgespannte Düsennadel 12 von ihrem Sitz ab, und mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff wird in den Brennraum 14 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingespritzt. Das in Figur 1 dargestellte Common-Rail- System ist druckgesteuert; d. h. es liegt nur dann Kraftstoffdruck an dem Injektor 7 an, wenn Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden soll.
In Figur 2 ist ein als Sitz/Schieber-Ventil ausgebildetes Zumessventil 8 mit einem Steuerkolben 44 dargestellt. Die Bewegung des Steuerkolbens 44 wird direkt durch einen Elektromagneten 43 gesteuert. Die direkte Steuerung der Bewegung des Steuerkolbens 44 ist jedoch nur dann machbar, wenn die erforderlichen Magnetkräfte in bestimmten Grenzen gehalten werden können. Zu diesem Zweck muss der Steuerkolben 44 in der Öffnungs- und Schließphase möglichst vollständig druckausgeglichen sein.
Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung des Zumessventils 8 ist eine Verbindung zwischen einem KraftstoffZulauf 40 und einem Anschluss 41 für den Injektor 7 (nicht dargestellt) unterbrochen. Gleichzeitig ist eine Verbindung zwischen dem Anschluss 41 und einem Kraftstoffrücklauf 42 geöff et. In der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung wird der Steuerkolben 44 mit Hilfe einer Druckfeder 45 gegen seinen Ventilsitz 46 gedrückt. In dieser Schaltstellung kann der Druck an dem Injektor über den Anschluss 41, der mit einem Kraftstoffrücklauf 42 in Verbindung steht, abgebaut werden. In dem zu der Druckfeder 45 gewandten Ende des Steuerkolbens 44 ist ein zentrales Sackloch 50 ausgespart. Das Sackloch 50 steht über eine Bohrung 51 mit einer Längsbohrung 49 in Verbindung, in welcher der Steuerkolben 44 hin- und herbewegbar aufgenommen ist. In dem Sackloch 50 ist ein Kolben 52 hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Kolben 52 ist am Ventilgehäuse abgestützt. Über den Durchmesser der Bohrung 51 kann eine gewünschte Drosselwirkung eingestellt werden, die zu einer zeitlichen Verzögerung des Druckausgleichs führt .
Der Steuerkolben 44 besitzt zwei Führungen. Zum Ersten wird der Steuerkolben 44 oberhalb des KraftstoffZulaufs 40 und zum Zweiten durch eine Polygonführung 48 im Ventilgehäuse geführt. Da der Durchmesser des Ventilsitzes 46 dem oberen Durchmesser des Steuerkolbens 44 entspricht, ist der Steuerkolben 44 beim Öffnen vollständig druckausgeglichen. Bei einer Bestromung des Magnetventils zum Anheben des Steuerkolbens 44 müssen nur die Kräfte der Druckfeder 45 überwunden werden. Wenn der Steuerkolben 44 angehoben wird, öffnet der Ventilsitz 46 und eine Steuerkante 47 verschließt die Längsbohrung 49. Dadurch füllt sich das Ventil über den KraftstoffZulauf 40 mit dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff. Eine Druckwelle läuft mit Schallgeschwindigkeit durch den Anschluß 41 zum Injektor 7 und die Einspritzung beginnt.
L O
Nach dem Öffnen ist der Steuerkolben 44 vorerst nicht mehr druckausgeglichen. In Öffnungsrichtung wirken zusätzliche hydraulische Kräfte, die an der resultierenden Kreisringfläche zwischen Steuerkante 47 und oberer Führung
L5 des Steuerkolbens 44 angreifen. Diese Kräfte müssen ausgeglichen werden, da sie gegen die Druckfeder 45 wirken und ein Schließen des Steuerkolbens 44 verhindern. Der Druckausgleich wird durch das Sackloch 50 ermöglicht. Über die Bohrung 51 ist gewährleistet, dass der Hydraulikdruck
!0 in dem Sackloch 50 angreift und Kräfte in Schließrichtung des Steuerkolbens 44 erzeugt. Diese Kräfte hängen vom Durchmesser des Sacklochs 50 ab, wobei die Fläche der Verbindungsbohrung 51 abgezogen werden muss. Wenn die Druckfläche in dem Sackloch 50 so groß wie die 5 Kreisringfläche zwischen Steuerkante 47 und oberer Fürhung des Steuerkolbens 44 ist, ist der Steuerkolben 44 vollständig druckausgeglichen. Der Durchmesser des Sacklochs 50 kann aber auch größer als die Druckfläche an dem Steuerkolben 44 sein. Dadurch können zusätzliche Kräfte 0 erzeugt werden, die ein beschleunigtes Schließen ermöglichen. Die zusätzlichen Schließkräf e sollten jedoch so gering bleiben, dass das Kräftegleichgewicht nicht zu stark verschoben wird.
5 Der in dem Sackloch 50 geführte Kolben 52 verhindert, dass mit Druck beaufschlagter Kraftstoff permanent aus dem Kompensationsraum in den Leckölrücklauf strömt. Als Kompensationsraum wird der von dem Kolben 52 freigelassene Raum des Sacklochs 50 bezeichnet. Das Volumen des Kompensationsraums ist entscheidend dafür, in welcher Zeit nach dem Öffnen des Ventilsitzes 46 der Druckausgleich stattfindet. Bei einem großen Volumen ist die Zeit zum Einströmen und zum Druckaufbau länger. Da in der Regel kleine Voreinspritzmengen realisiert werden sollen und nach der Voreinspritzung das Ventil wieder schließen soll, ist das Volumen möglichst gering zu halten.
Unterhalb des Steuerkolben 44 ist eine Druckstange 53 vorgesehen, die mit einem Ende an einer Stirnfläche des Steuerkolbens 44 anliegt und mit ihren anderen Ende auf die nicht dargestellte Düsennadel eines ebenfalls nicht dargestellten Injektors 7 wirkt. Druckstange 53 und Düsennadel können auch einteilig ausgeführt sein.
Durch das druckgesteuerte das Öffnen der nicht dargestellten Düsennadel wird die Druckstange 53 nach oben bewegt . Wenn der Steuerkolbenhub und der Düsennadelhub gleich groß sind, dann sind Steuerkolben 44 und Düsennadel entkoppelt, da die Bewegung des Steuerkolbens 44 zeitlich vor der Düsennadelbewegung erfolgt . Erst wenn der Steuerkolben 44 am Ende des Einspitzvorgangs in Fig. 2 nach unten bewegt wird, wird diese Abwärtsbewegung von der Druckstange 53 auf die Düsennadel übertragen und auch die Düsennadel in Richtung ihres Sitzes bewegt. Sobald die Steuerkante 47 den Kraftstoffrücklauf 42 freigibt, beginnt die Druckentlastung des Injektors über den Anschluß 41.
Im Ergebnis wird der Injektor 7 hubgesteuert geschlossen und es wird verhindert, dass es durch Druckschwingungen zwischen Zumessventil und Einspritzdüse zu einem verzögerten Nadelschließen oder gar zu einem Wiederöffnen der Düsennadel kommt. Auch wenn Druckentlastung des Injektor 7 nicht schnell genug erfolgt, so wird durch das hubgesteuerte Schließen der Düsennadel die Gefahr von Nachspritzern vermieden. Zwischen der Druckstange 53 und dem Steuerkolben 44 kann fertigungstechnisch bedingt ein 5 kleiner Spalt verbleiben, wenn der Steuerkolben 44 und die Düsennadel in ihrem Sitz sind. Durch diesen Spalt wird die Dynamik des Schließvorgangs die Funktion nicht beeinträchtigt .
0 In Figur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines als Sitz-Sitz -Ventil ausgebildeten erfindungsgemäßen 3/2- Wegeventils dargestellt. Das in Figur 3 im Längsschnitt dargestellte Zumessventil umfasst ein Ventilgehäuse 20, in dem ein erster Steuerkolben 21 und ein zweiter Steuerkolben
L5 22 in einer Führungsbohrung 39 hin- und herbewegbar aufgenommen sind. Der Steuerkolben 22 ist durch die konstruktive Auslegung seiner Druckflächen kraftausgeglichen. Der Steuerkolben 22 ist als servohydraulisches Ventil ausgeführt. Der Kraftausgleich
!0 des ersten Steuerkolbens 21 wird durch einen ersten
Einstich 37 im ersten Steuerkolben 21 im Bereich 27a des Anschlusses 27 erreicht. Der Kraftausgleich des zweiten Steuerkolbens 22 wird durch einen zweiten Einstich 38 im zweiten Steuerkolben 21 im Bereich 27b des Anschlusses 27 5 erreicht. Das bedeutet, dass geringste Kräfte für eine
Bewegung des entsprechenden Steuerkolbens ausreichend sind.
Der zweite Steuerkolben 22 ist durch eine Druckfeder 23 vorgespannt. In der in Figur 2 dargestellten Schaltstellung
0 liegt an dem von der Druckfeder 23 abgewandten Ende des zweiten Steuerkolbens' 22 der erste Steuerkolben 21 an. An dem ersten Steuerkolben 21 und dem Ventilgehäuse 20 ist ein erster Ventilsitz 24 ausgebildet, der in Figur 3 geschlossen dargestellt ist.
5
In der in Figur 3 dargestellten ersten Schaltstellung ist eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffzulauf 26, der wiederum mit einem nicht dargestellten Common-Rail verbunden ist, und einem Anschluss 27 zu einem nicht dargestellten Injektor unterbrochen.
Ein zweiter Ventilsitz 30, der an dem zweiten Steuerkolben 22 und dem Ventilgehäuse 20 ausgebildet ist, ist in Figur 3 geöffnet dargestellt. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Anschluss 27 für die Einspritzdüse und einem ersten Kraftstoffrücklauf 32 freigegeben. Ein zweiter
Kraftstoffrücklauf 33 dient zur Rückführung der im Betrieb auftretenden Leckage. In dieser ersten Schaltstellung ist der Injektor drucklos.
Die Bewegung der beiden Steuerkolben 21 und 22 wird mit Hilfe eines Magnetventils 35 über den Druck in einem Steuerraum 34 gesteuert. Bei der in Figur 3 dargestellten ersten Schaltstellung wird eine Druckentlastung des Steuerraums 34 durch eine Ventilkugel 36 verhindert. Über eine in dem ersten Steuerkolben 21 ausgebildete
Zulaufdrossel 29 gelangt mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Steuerraum '34. Der in dem Steuerraum 34 befindliche mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff sorgt dafür, dass der erste Steuerkolben 21 nach unten, gegen den zweiten Steuerkolben 22 gedrückt wird. Dadurch wird der erste Ventilsitz 24 geschlossen gehalten. Gleichzeitig wird der zweite Steuerkolben 22 gegen die Druckfeder 23 gedrück .
Wenn das Magnetventil 35 öffnet und die Ventilkugel 36 von ihrem zugehörigen Sitz abhebt, sinkt der Druck in dem Steuerraum 34 und der erste Steuerkolben 21 bewegt sich bis zu einem Anschlag 28 nach oben. Die Geschwindigkeit der Bewegung des ersten Steuerkolbens 21 kann durch die Auslegung der mit Druck beaufschlagten Flächen an dem ersten Steuerkolben 21 und die Abstimmung von einer Zulaufdrossel 29 und einer Ablaufdrossel 31 eingestellt werden. Gleichzeitig wird der zweite Steuerkolben 22 durch die Vorspannkraft der Druckfeder 23 ebenfalls nach oben bewegt, so dass der zweite Ventilsitz 30 geschlossen wird. 5
Sämtliche Ventilflächen, die in direkter Verbindung mit dem Anschluß 27 stehen, sind so ausgelegt, dass sie keine Kräfte auf die Steuerkolben 21 und 22 ausüben können. Die auf die Steuerkolben 21 und 22 einwirkenden Kräfte stammen L0 entweder von der Druckfeder 23 oder sind hydraulische Kräfte, die während der Bewegungsphase des ersten Steuerkolbens 21 und des zweiten Steuerkolbens 22 keinerlei Kraftsprünge oder sonstige Unstetigkeiten aufweisen.
.5 Sobald erster und zweiter Steuerkolben sich in Fig. 3 nach oben bewegt haben, wird eine nicht dargestellte unterhalb der Druckstange 53 angeordnete Düsennadel des Injektors druckgesteuert geöffnet. In Folge dessen bewegt sich die Druckstange 53 in Fig. 3 nach oben.
0
Sobald das Magnetventil 35 schließt, bewegen sich ersters und zweiter Steuerkolben 21 und 22 in Fig. 3 nach unten und bewirken über die Druckstange 53 ein hubgesteuertes Schließen der nicht dargestellten Düsennadel. So dass die
5 Vorteile des druckgesteuerten Öffnens und des hubgesteuerten Schließens des Injektors auf einfache Weise miteinander verbunden werden.

Claims

Ansprüche
1. 3/2-Wegeventil zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in einem Com on-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Gehäuse (20) geführten Steuerkolben (44, 21, 22), wobei der Steuerkolben
(44, 21, 22) in einer ersten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen einem Injektor (7) und einem Kraftstoffrücklauf (42, 32) freigibt, und wobei der Steuerkolben (44, 21, 22) in einer zweiten Schaltstellung eine hydraulische Verbindung zwischen Injektor (7) und einem Kraftstoffhochdruckspeicher (3) freigibt, dadurch gekennzeichnet, die Bewegung des Steuerkolbens (44, 21, 22) beim Übergang von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung auf eine Düsennadel (12) des Injektors (7) übertragen wird.
2. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerkolben (44, 21, 22) und die Düsennadel (12) koaxial zueinander angeordnet sind.
3. 3/2-Wegeventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steuerkolben (44, 21, 22) und Düsennadel (12) eine Druckstange (53) angeordnet ist.
4. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steuerkolben (44, 21, 22) und Druckstange (53) in der ersten Schaltstellung Spiel in axialer Richtung vorhanden ist .
5. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben
(44) einteilig ausgeführt ist.
6. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (21, 22) zweiteilig ausgeführt ist.
7. 3/2-Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2 -Wegeventil
(8) als Sitz-Sitz-Ventil ausgeführt ist.
8. 3/2-Wegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil (8) als Sitz -Schieber-Ventil ausgeführt ist.
9. 3/2 -Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben
(44, 21, 22) über ein Magnetventil (35) oder einen Piezoaktor betätigt wird.
10. 3/2 -Wegeventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Verwendung mit einem Injektor (7) , einer Einspritzdüse, einer Düsenhalter-Kombination oder eine Pumpe-Düse vorgesehen ist.
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