WO2005119045A1 - Einspritzventil - Google Patents

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WO2005119045A1
WO2005119045A1 PCT/EP2004/051618 EP2004051618W WO2005119045A1 WO 2005119045 A1 WO2005119045 A1 WO 2005119045A1 EP 2004051618 W EP2004051618 W EP 2004051618W WO 2005119045 A1 WO2005119045 A1 WO 2005119045A1
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WO
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nozzle needle
control chamber
inner nozzle
sealing sleeve
injection valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/051618
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Dick
Werner Reim
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Freudenberg, Hellmut
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Publication date
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Publication of WO2005119045A1 publication Critical patent/WO2005119045A1/de

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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
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention relates to an injection valve, in particular an injection valve for metering fuel in a diesel internal combustion engine.
  • register nozzle injection valves have become known with two injection nozzle circuits and associated first and second nozzle needles, by means of which a gradual opening or closing of the individual injection nozzle circuits is possible.
  • a valve is known from EP 0 976 649 A2.
  • the valve has a housing in which a valve drive designed as a piezo actuator and a nozzle body are arranged.
  • the nozzle body has a first row of injection holes and a second row axially spaced therefrom Row of injection holes.
  • a nozzle needle is guided in a recess of the nozzle body and, in its closed position, prevents the fuel flow through both the first and the second row of injection holes and, in its open position, at least releases the fuel flow through the first row of injection holes.
  • the nozzle needle acts via an entraining mechanism on an insert body which forms an inner nozzle needle.
  • the inner nozzle needle prevents fuel flow through the second row of injection holes and enables the other positions to flow through the second row of injection holes.
  • the piezo actuator acts on the nozzle needle via a servo valve.
  • the servo valve includes a drain hole, a valve stem, a closing member, a control chamber and a leakage space.
  • the result of this is that it first releases the first row of injection holes and then, with falling pressure in the control chamber, the inner nozzle needle is moved from its closed position to its open position via the driver mechanism, and thus the second row of injection holes is also released.
  • the first row of injection holes is designed so that its cross section is significantly smaller than the cross section of the injection holes of the second row.
  • the result of this is that the fuel, which is metered through the first row of injection holes into the combustion chamber of the internal combustion engine, is significantly finer is dusted. This is particularly advantageous in part-load operation of the internal combustion engine, in which a smaller amount of fuel is injected and then smaller fuel drops occur due to the smaller diameter of the injection holes, and soot formation is thus reduced.
  • the significantly larger diameter of the second row of injection holes can then ensure in the full-load operation of the internal combustion engine that a sufficient amount of fuel is metered into the respective combustion chamber of the cylinder.
  • a common rail injector is known with a nozzle needle, which prevents a fuel flow through an injection nozzle in its closed position and releases a fuel flow through the injection nozzle in its open position.
  • a control chamber is formed, which is encapsulated by means of a sleeve, which is biased by a nozzle spring against a wall of the recess, from a nozzle spring chamber such that the control chamber and the nozzle spring chamber are hydraulically coupled to one another only via a feed throttle.
  • an injection device for an internal combustion engine with coaxially arranged first and second nozzle needles for opening and closing a first and a second injection opening.
  • the object of the invention is to provide an injection valve which has an outer nozzle needle with a recess into which an inner nozzle needle is introduced and in which the inner and outer nozzle needles can be controlled simply and precisely.
  • the object is achieved by the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by an injection valve with a body which has a first recess in which an outer nozzle needle is arranged.
  • the outer nozzle needle has a recess, which is inserted into an inner nozzle needle.
  • the outer nozzle needle and body are configured such that the outer nozzle needle prevents fluid flow through a first injection hole when it is in its closed position and releases it when it is out of its closed position.
  • the inner nozzle needle and body are configured such that the inner nozzle needle prevents fluid flow through a second injection hole when it is in its closed position and releases it when it is outside its closed position.
  • a first control chamber is provided, into which the inner nozzle needle opens, and a second control chamber is provided, into which the outer nozzle needle opens.
  • a sealing sleeve is provided which is brought into sealing contact with a contact surface of the inner nozzle needle by means of a spring and thus separates the first from the second control chamber.
  • the first and the second control chamber are designed such that the position of the inner nozzle needle can be controlled by the fluid pressure in the first control chamber and the position of the outer nozzle needle can be controlled by the fluid pressure in the second control chamber.
  • a switching valve is assigned in each case in the first or second control chamber, and the fluid pressure in the first or second control chamber can be set by means of this.
  • the body of the injection valve can be formed in one piece. However, it is preferably composed of several parts.
  • two control rooms which are decoupled from one another are thus created in an extremely simple manner, and there is thus the possibility of actuating the first and second control rooms independently of one another with appropriately designed switching valves.
  • the inner and outer nozzle needles can then be controlled independently of one another in their respective open and closed positions.
  • the spring is a spiral spring and the sealing sleeve extends into a cylinder space enclosed by the spring. In this way, the fluid volume of the first control chamber can be kept very low. This has the advantage that the response time of the inner nozzle needle to switching the switching valve is very short.
  • the inner nozzle needle has a pin which extends into the sealing sleeve. This also makes it easy to ensure that the first control chamber takes up a very small volume of fluid.
  • the pin projects into the cylinder space enclosed by the spring. In this way, the fluid volume of the first control chamber can be reduced further.
  • the sealing sleeve has a biting edge, which is formed at the axial end of the sealing sleeve, which is sealingly brought into contact with the contact surface of the inner nozzle needle.
  • the bite edge is formed radially on the outside.
  • an outlet throttle is assigned to the first control chamber, via which it is hydraulically coupled to the switching valve.
  • the response time of the inner nozzle needle can be easily adapted to a switching process of the respective switching valve using the drain valve.
  • FIG. 2 shows an enlargement of a partial area of a first embodiment of the injection valve according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an enlargement of the partial area of a second embodiment of the injection valve according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows an enlargement of the partial area of a third embodiment of the injection valve according to FIG. 1.
  • An injection valve (FIG. 1) has an injector housing 1.
  • An actuator 4 is arranged in a recess 2 of the injector housing 1 and is preferably designed as a piezo actuator.
  • the piezo actuator is designed as a stack of piezo elements and changes its axial extent depending on the electrical energy supplied or discharged to it.
  • the piezo actuator is coupled to a transformer, which is also arranged in the recess 2 of the injector housing 1.
  • a leakage space 14 is formed in the recess 2 of the injector housing 1 and can be connected to a low-pressure fuel circuit via a leakage bore.
  • the injection valve further comprises a valve plate 16, a throttle plate 18, a needle guide body 20 and a nozzle body 21.
  • the valve plate 16, the throttle plate 18, the needle guide body 20 and the nozzle body 21 form a nozzle assembly, which is fastened to the electrode housing 1 by means of a nozzle clamping nut 22 is.
  • the needle guide body 20 has a first recess 24, which is continued as the recess 26 of the nozzle body 21 and in which an outer nozzle needle 27 is arranged.
  • the outer nozzle needle 27 is guided in the needle guide body 20.
  • An inner nozzle needle 29 is arranged in a recess 28 of the outer nozzle needle 27, preferably coaxially with the latter, and is guided in the recess 28 of the outer nozzle needle 27.
  • the recess 28 of the outer nozzle needle 27 completely penetrates the outer nozzle needle 27 in the axial direction.
  • a first nozzle spring 30 biases the outer nozzle needle 27 into a closed position in which it prevents the fuel flow through at least one first injection hole 34.
  • a second nozzle spring 32 is arranged in such a way that it prestresses the inner nozzle needle 29 into a closed position assigned to it, in which it prevents the fuel flow through at least one second injection hole 36.
  • a control chamber recess 38 (FIG. 2) of the throttle plate 18 is formed in the region of its end facing the needle guide body 20.
  • the first recess 24 of the needle guide body 20 opens into the control chamber recess 38.
  • a cavity 50 is formed in the throttle plate 18, which receives the second nozzle spring 32, which is supported on a shoulder 42 of the cavity 50 on the one hand and on the other hand presses a sealing sleeve 40 onto a contact surface 64 of the inner nozzle needle 29.
  • the sealing sleeve 40 is guided in the cavity 50.
  • the wall of the cavity 50, at least in the area in which the sealing sleeve 40 is guided, and the outer wall of the sealing sleeve 40 are made very precisely in terms of their dimensions, in order to ensure that the least possible leakage between the wall of the cavity 50 and the outer circumference of the sealing sleeve 40 is possible.
  • the sealing sleeve 40 preferably has a biting edge 44 at the axial end which faces the contact surface 64 of the inner nozzle needle 29.
  • the biting edge is formed radially on the outside.
  • the sealing sleeve 40 thus separates a first control chamber 46 from a second control chamber 48.
  • the first control chamber is limited by the contact surface 64 of the inner nozzle needle 29 located radially inside the biting edge 46, by the sealing sleeve 40 and the walls of the cavity 50 in the throttle plate 18.
  • the first control chamber 46 is hydraulically coupled via a first inlet throttle 52 to a high-pressure bore 54, which can be coupled to a high-pressure circuit of the fuel supply.
  • the first control chamber 46 is also hydraulically coupled via an outlet throttle 56 to a first outlet bore 58, which in turn is hydraulically coupled to the switching valve 60, which is designed in particular as a servo valve and is driven by the actuator designed as a piezo actuator 4.
  • the inner nozzle needle 29 has a high pressure shoulder that is in contact with fluid that is approximately at the pressure that the fluid has in the high pressure bore 54.
  • the high-pressure shoulder is designed such that the force caused by the pressure of the fluid has an opening effect on the inner nozzle needle 29.
  • the position of the inner nozzle needle 29 ultimately depends on the balance of forces of the forces caused by the pressure of the fluid on the high-pressure heel and on the other hand the spring force and the force caused by the pressure of the fluid located in the first control chamber 46 , and the force caused thereby is introduced via the contact surface 64 of the inner nozzle needle 29 and the shoulder 42 of the inner nozzle needle 29 in the closing direction of the nozzle needle 29.
  • the first inlet throttle 52 can be adapted to the desired response behavior of the first control chamber 46 and can be dimensioned independently of the response behavior of the second control chamber 48.
  • the flow restrictor 56 can also be adapted to the desired response behavior of the first control chamber 46. In connection with the switching valve 60 in particular, this has the advantage that only the cross is used to change the response behavior cut the flow restrictor 56 is to be adjusted and the switching valve 60 can be used unchanged.
  • the second control chamber 48 comprises the area of the first recess 24 of the needle guide body 20, which is located radially outside the bite edge 44 of the sealing sleeve 40, and the control chamber recess 38. It also optionally includes a second drain hole 68, up to a possibly existing further outlet throttle ,
  • the second control chamber 48 is hydraulically coupled to the high-pressure bore 54 by means of a second inlet throttle 66.
  • the second control chamber is hydraulically coupled to the control valve 60 by means of the second drain hole 68.
  • the response behavior of the second control chamber 48 can be set by dimensioning the second inlet throttle 66.
  • the outer nozzle needle 27, like the inner nozzle needle 29, has a high-pressure shoulder which is pressurized with high-pressure fluid from the high-pressure bore 54 and which is designed such that the force caused by the pressure of the fluid has an opening effect on the outer nozzle needle 27.
  • This force acts against the force exerted by the first nozzle spring 30 in the closing direction and the force caused by the pressure of the fluid in the second control chamber 48 on the outer nozzle needle 27, which is introduced via a contact surface 70 of the outer nozzle needle 27.
  • the position of the outer nozzle needle 27 can be adjusted depending on the balance of forces of these forces.
  • the switching valve 60 can be designed, for example, as a two-stage servo valve, which is designed such that, depending on the stroke of the actuator 4, the first drain hole 58 is first hydraulically coupled to the leakage space 14 and when the stroke continues to increase, the second drain hole 68 is then also coupled to the leakage space 14.
  • the inner nozzle needle 29 can thus be moved axially out of its closed position towards its open position, in which it preferably bears with its contact surface against a wall of the throttle plate 18. It can also be brought back into its closed position without the outer nozzle needle 27 necessarily being moved out of its closed position.
  • the two-stage servo valve which can also be referred to as a double servo valve, thus has the advantage that it only requires one actuator, but essentially has the function of two separately designed servo valves.
  • the switching valve 60 can, however, be designed as two separate servo valves, which can optionally be controlled independently of one another.
  • the outer nozzle needle 27 and the inner nozzle needle 29 can then be controlled completely independently of one another.
  • the sealing sleeve 40 extends axially beyond the area on which the second nozzle spring rests, into the cavity 50 and specifically into a cylinder space enclosed by the second nozzle spring 32.
  • the volume of the first control chamber 46 can easily be adapted. In particular, it can thus be reduced, which leads to a faster response of the inner nozzle needle 29 to changes in the switching position of the switching valve 60.
  • the inner nozzle needle 29 has a pin 74 which extends through the recess 73 of the sealing sleeve 40 into the cavity 50.
  • the diameter and the axial extent of the pin 74 also make it easy to set the free volume of the first control chamber 46.
  • the pin 74 can extend as far into the cavity 50.
  • the pin 74 can also be present in the case of the second embodiment of the injection valve.

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Abstract

Ein Einspritzventil umfasst einen Körper, in dem eine äussere und innere Düsennadel (27, 29) angeordnet sind, wobei die innere Düsennadel (29) in einer Ausnehmung der äusseren Düsennadel (27) geführt ist. Ein erster und ein zweiter Steuerraum (46,48) sind vorgesehen, mittels derer durch entsprechendes Einstellen des jeweiligen Druckes die axialen Positionen der Düsennadeln (27, 29) einstellbar ist. Eine Dichthülse (40) ist vorgesehen, die mittels einer Feder dichtend gegen eine Kontaktfläche (64) der inneren Düsennadel (29) in Anlage gebracht ist und so den ersten Steuerraum (46) von dem zweiten Steuerraum (48) trennt.

Description

Beschreibung
Einspritzventil
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil, insbesondere ein Einspritzventil zum Zumessen von Kraftstoff in einer Diesel- Brennkraftmaschine .
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoff-Emissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die die Schadstoff-Emissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoff-Emissionen zu senken. Ein anderer Ansatzpunkt ist die von der Brennkraftmaschine erzeugten Emissionen mittels von Abgasnachbehandlungssystemen in unschädliche Stoffe umzuwandeln. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Um eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung zu erreichen, wird Kraftstoff zunehmend unter sehr hohem Druck zugemessen. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu 2.000 bar.
Ferner sind sogenannte Registerdüsen-Einspritzventile bekannt geworden mit zwei Einspritzdüsen-Kreisen und diesen zugeordneten ersten und zweiten Düsennadeln, mittels derer ein stufenweises Öffnen bzw. Schließen der einzelnen Einspritzdüsen- Kreise möglich ist. So ist aus der EP 0 976 649 A2 ein derartiges Ventil bekannt. Das Ventil hat ein Gehäuse, in dem ein als Piezo-Aktuator ausgebildeter Ventilantrieb und ein Düsenkörper angeordnet sind. Der Düsenkörper hat eine erste Reihe von Einspritzlöchern und axial beabstandet dazu eine zweite Reihe von Einspritzlöchern. In einer Ausnehmung des Düsenkörpers ist eine Düsennadel geführt, die in ihrer Schließposition den Kraftstofffluss sowohl durch die erste als auch die zweite Reihe von Einspritzlöchern unterbindet und in ihrer Offenposition zumindest den Kraftstofffluss durch die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt.
Die Düsennadel wirkt über einen Mitnehmermechanismus auf einen Einsatzkörper ein, der eine innere Düsennadel bildet. Die innere Düsennadel verhindert in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern und gibt den sonstigen Positionen den Kraftstofffluss durch die zweite Reihe von Einspritzlöchern frei. Der Piezo-Aktuator wirkt über ein Servoventil auf die Düsennadel ein. Das Servoventil umfasst eine Abiaufbohrung, eine Ventilstange, ein Schließglied, eine Steuerkammer und einen Leckageraum. Durch ein entsprechend gesteuertes Ausdehnen des Piezo-Aktua- tors wird über die Schließstange das Schließglied von seinem Dichtsitz weggedrückt. Dies hat zur Folge, dass Kraftstoff aus der Steuerkammer abfließt. Durch das damit verbundene Sinken des Drucks in der Steuerkammer öffnet oder bewegt sich die Düsennadel von ihrer Schließposition hin zu ihrer Offenposition. Dies hat zur Folge, dass sie zunächst die erste Reihe von Einspritzlöchern freigibt und mit sinkendem Druck in der Steuerkammer dann über den Mitnehmermechanismus die innere Düsennadel von ihrer Schließposition hin in ihre Offenposition bewegt wird und somit auch die zweite Reihe der Einspritzlöcher freigegeben wird. Die erste Reihe der Einspritzlöcher ist so ausgebildet, dass ihr Querschnitt deutlich geringer ist als der Querschnitt der Einspritzlöcher der zweiten Reihe. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoff, der durch die erste Reihe von Einspritzlöchern in den Brennraum der Brennkraftmaschine zugemessen wird, deutlich feiner zer stäubt wird. Dies ist insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von Vorteil, in dem eine geringere Kraftstoffmenge eingespritzt wird und durch den geringeren Durchmesser der Einspritzlöcher dann kleinere Kraftstofftropfen entstehen und somit die Rußbildung verringert wird. Durch den deutlich größeren Durchmesser der zweiten Reihe von Einspritzlöchern kann dann im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet werden, dass eine ausreichende Menge an Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Zylinders zugemessen wird.
Aus der DE 199 366 68 AI ist ein Common-Rail-Injektor bekannt mit einer Düsennadel, die in ihrer Schließposition einen Kraftstofffluss durch eine Einspritzdüse verhindert und in ihrer Offenposition einen Kraftstofffluss durch die Einspritzdüse freigibt. In einer Ausneh ung des Injektorgehäuses ist ein Steuerraum ausgebildet, der mittels einer Hülse, die von einer Düsenfeder gegen eine Wandung der Ausnehmung vorgespannt ist, von einem Düsenfederraum so abgekapselt ist, dass der Steuerraum und der Düsenfederraum lediglich über eine Zuführdrossel hydraulisch miteinander gekoppelt sind.
Aus der DE 100 40 738 AI ist eine Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt mit koaxial angeordneten ersten und zweiten Düsennadeln zum Öffnen und Schließen einer ersten bzw. zweiten Einspritzöffnung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil zu schaffen, das eine äußere Düsennadel mit einer Ausnehmung hat, in die eine innere Düsennadel eingebracht ist und bei dem die innere und die äußere Düsennadel einfach und präzise steuerbar sind. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Einspritzventil mit einem Körper, der eine erste Ausnehmung hat, in der eine äußere Düsennadel angeordnet ist. Die äußere Düsennadel hat eine Ausnehmung, die eine innere Düsennadel eingebracht ist. Die äußere Düsennadel und der Körper sind so ausgebildet, dass die äußere Düsennadel einen Fluidfluss durch ein erstes Einspritzloch verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist, und ihn freigibt, wenn sie außerhalb ihrer Schließposition ist. Die innere Düsennadel und der Körper sind so ausgebildet, dass die innere Düsennadel einen Fluidfluss durch ein zweites Einspritzloch verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist und ihn freigibt, wenn sie außerhalb ihrer Schließposition ist. Ein erster Steuerraum ist vorgesehen, in den die innere Düsennadel mündet, und ein zweiter Steuerraum ist vorgesehen, in den die äußere Düsennadel mündet. Eine Dichthülse ist vorgesehen, die mittels einer Feder dichtend gegen eine Kontaktfläche der inneren Düsennadel in Anlage gebracht ist und so den ersten von dem zweiten Steuerraum trennt. Der erste und der zweite Steuerraum sind so ausgebildet, dass durch den Fluiddruck in dem ersten Steuerraum die Position der inneren Düsennadel steuerbar ist und durch den Fluiddruck in dem zweiten Steuerraum die Position der äußeren Düsennadel steuerbar ist. Je ein Schaltventil ist im ersten bzw. zweiten Steuerraum zugeordnet und mittels jeweils dessen ist der Fluiddruck in dem ersten bzw. zweiten Steuerraum einstellbar. Der Körper des Einspritzventils kann einstückig ausgebildet sein. Ist jedoch bevorzugt aus mehreren Teilen zusammengesetzt . Erfindungsgemäß werden so zwei voneinander entkoppelte Steuerräume geschaffen auf äußerst einfache Art und Weise und es besteht somit die Möglichkeit, bei entsprechend ausgebildeten Schaltventilen die ersten und zweiten Steuerräume unabhängig voneinander anzusteuern. Dadurch können dann gegebenenfalls die innere und die äußere Düsennadel unabhängig voneinander in ihre jeweilige Offen- und Schließposition gesteuert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder eine Spiralfeder und die Dichthülse erstreckt sich in einen von der Feder umfassten Zylinderraum. Auf diese Weise kann einfach das Fluidvolumen des ersten Steuerraums sehr gering gehalten werden. Dies hat den Vorteil, dass dann die Ansprechzeit der inneren Düsennadel auf ein Schalten des Schaltventils sehr gering ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die innere Düsennadel einen Zapfen auf, der sich in die Dichthülse hinein erstreckt. Auch auf diese Weise kann einfach gewährleistet werden, dass der erste Steuerraum ein sehr geringes Fluidvolumen aufnimmt.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Zapfen in den von der Feder umfassten Zylinderraum hineinragt. Auf diese Weise kann das Fluidvolumen des ersten Steuerraums weiter verringert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die Dichthülse eine Beißkante, die an dem axialen Ende der Dichthülse ausgebildet ist, das dichtend gegen die Kontaktfläche der inneren Düsennadel in Anlage gebracht ist. Die Beißkante ist radial außen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine sehr hohe Dichtigkeit und ein geringer Verschleiß der Dichthülse gewährleistet werden kann, wenn bei dem Betrieb des Einspritzventils in dem ersten Steuerraum zuerst der Fluiddruck verringert wird. Durch den höheren Druck in dem zweiten Steuerraum können dann nur geringe Kräfte auf die Dichthülse einwirken, die sie von ihrer Anlage an der Kontaktfläche der inneren Düsennadel wegdrücken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dem ersten Steuerraum eine Ablaufdrossei zugeordnet, über die er hydraulisch mit dem Schaltventil gekoppelt ist. Durch die Ablaufdrqssel kann einfach die Ansprechzeit der inneren Düsennadel auf einen Schaltvorgang des jeweiligen Schaltventils angepasst werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Einspritzventil,
Figur 2 eine Vergrößerung eines Teilbereichs einer ersten Aus ührungsform des Einspritzventils gemäß Figur 1,
Figur 3 eine Vergrößerung des Teilbereichs einer zweiten Ausführungsform des Einspritzventils gemäß Figur 1,
Figur 4 eine Vergrößerung des Teilbereichs einer dritten Ausführungsform des Einspritzventils gemäß Figur 1.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein Einspritzventil (Figur 1) hat ein Injektorgehäuse 1. In einer Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ist ein Stellantrieb 4 angeordnet, der bevorzugt als Piezoaktuator ausgebildet ist. Der Piezoaktuator ist als ein Stapel von Piezoele- menten ausgebildet und ändert seine axiale Ausdehnung abhängig von der ihm zugeführten oder abgeführten elektrischen E- nergie. Der Piezoaktuator ist mit einem Übertrager gekoppelt, der ebenfalls in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 angeordnet ist. Ferner ist in der Ausnehmung 2 des Injektorgehäuses 1 ein Leckageraum 14 ausgebildet, der über eine Leckagebohrung mit einem Niederdruckkraftstoffkreis verbindbar ist.
Das Einspritzventil umfasst ferner eine Ventilplatte 16, eine Drosselplatte 18, einen Nadelführungskörper 20 und einen Düsenkörper 21. Die Ventilplatte 16, die Drosselplatte 18, der Nadelführungskörper 20 und der Düsenkörper 21 bilden eine Düsenbaugruppe, die mittels einer Düsenspannmutter 22 an dem In ektorgehäuse 1 befestigt ist.
Der Nadelführungskörper 20 hat eine erste Ausnehmung 24, die als Ausnehmung 26 des Düsenkörpers 21 fortgesetzt ist und in der eine äußere Düsennadel 27 angeordnet ist. Die äußere Düsennadel 27 ist in dem Nadelführungsköper 20 geführt. Eine innere Düsennadel 29 ist in einer Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 bevorzugt koaxial zu dieser angeordnet und in der Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 geführt. Die Ausnehmung 28 der äußeren Düsennadel 27 durchdringt die äußere Düsennadel 27 in axialer Richtung vollständig.
Eine erste Düsenfeder 30 spannt die äußere Düsennadel 27 in eine Schließposition vor, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens eine erstes Einspritzloch 34 unterbindet. Eine zweite Düsenfeder 32 ist so angeordnet, dass sie die innere Düsennadel 29 in eine dieser zugeordnete Schließposition vorspannt, in der sie den Kraftstofffluss durch mindestens ein zweites Einspritzloch 36 unterbindet.
Eine Steuerraumausnehmung 38 (Figur 2) der Drosselplatte 18 ist im Bereich ihres hin zu der Nadelführungskörper 20 gewandten Endes ausgebildet. Die erste Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20 mündet in die Steuerraumausnehmung 38.
Ferner ist in der Drosselplatte 18 ein Hohlraum 50 ausgebildet, der die zweite Düsenfeder 32 aufnimmt, die sich an einem Absatz 42 des Hohlraums 50 einerseits abstützt und andererseits eine Dichthülse 40 auf eine Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29 presst. Die Dichthülse 40 ist in dem Hohlraum 50 geführt. Die Wandung des Hohlraums 50, zumindest im Bereich, in dem die Dichthülse 40 geführt ist, und die äußere Wandung der Dichthülse 40 sind bezüglich ihrer Ausmaße sehr präzise gefertigt, um so sicherzustellen, dass eine möglichst geringe Leckage zwischen der Wandung des Hohlraums 50 und dem äußeren Umfang der Dichthülse 40 möglich ist.
Die Dichthülse 40 hat bevorzugt an dem axialen Ende, das der Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29 zugewandt ist, eine Beißkante 44. Die Beißkante ist radial außen ausgebildet.
Die Dichthülse 40 trennt so einen ersten Steuerraum 46 von einem zweiten Steuerraum 48. Der erste Steuerraum wird begrenzt durch die radial innerhalb der Beißkante 46 befindlichen Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29, durch die Dichthülse 40 und die Wandungen des Hohlraums 50 in der Drosselplatte 18. Der erste Steuerraum 46 ist über eine erste Zulaufdrossel 52 mit einer Hochdruckbohrung 54 hydraulisch gekoppelt, die mit einem Hochdruckkreis der Kraftstoffversorgung koppelbar ist. Der erste Steuerraum 46 ist ferner über eine Ablaufdrossel 56 hydraulisch gekoppelt mit einer ersten Ablaufbohrung 58, die wiederum hydraulisch gekoppelt ist mit dem Schaltventil 60, das insbesondere als Servoventil ausgebildet ist und von dem als Piezo-Aktuator 4 ausgebildeten Stellantrieb angetrieben wird.
Die innere Düsennadel 29 hat einen Hochdruckabsatz, der mit Fluid in Kontakt steht, das in etwa den Druck hat, den das Fluid in der Hochdruckbohrung 54 hat. Der Hochdruckabsatz ist so ausgebildet, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene Kraft öffnend auf die innere Düsennadel 29 wirkt. Die Position der inneren Düsennadel 29 hängt letztlich ab von der Kräftebilanz der Kräfte, die hervorgerufen durch den Druck des Fluids auf den Hochdruckabsatz wirken, und andererseits der Federkraft und der Kraft, die durch den Druck des Fluids, das sich in dem ersten Steuerraum 46 befindet, und die dadurch hervorgerufene Kraft über die Kontaktfläche 64 der inneren Düsennadel 29 und den Absatz 42 der inneren Düsennadel 29 in Schließrichtung der Düsennadel 29 eingeleitet wird.
Die erste Zulaufdrossel 52 kann an das gewünschte Ansprechverhalten des ersten Steuerraums 46 angepasst sein und kann unabhängig davon dimensioniert sein, wie das Ansprechverhalten des zweiten Steuerraums 48 sein soll. Die Ablaufdrossel 56 kann ferner ebenfalls an das gewünschte Ansprechverhalten des ersten Steuerraums 46 angepasst sein. Dies hat insbesondere im Zusammenhang mit dem Schaltventil 60 den Vorteil, dass zum Ändern des Ansprechverhaltens lediglich der Quer schnitt der Ablaufdrossel 56 anzupassen ist und das Schaltventil 60 unverändert eingesetzt werden kann.
Der zweite Steuerraum 48 umfasst den Bereich der ersten Ausnehmung 24 des Nadelführungskörpers 20, der sich radial außerhalb der Beißkante 44 der Dichthülse 40 befindet, und die Steuerraumausnehmung 38. Er umfasst ferner gegebenenfalls eine zweite Abiaufbohrung 68 und zwar hin bis zu einer gegebenenfalls vorhandenen weiteren Ablaufdrossel .
Der zweite Steuerraum 48 ist mittels einer zweiten Zulauf- drossel 66 mit der Hochdruckbohrung 54 hydraulisch gekoppelt. Der zweite Steuerraum ist mittels der zweiten Abiaufbohrung 68 mit dem Steuerventil 60 hydraulisch gekoppelt. Durch die Dimensionierung der zweiten Zulaufdrossel 66 lässt sich das Ansprechverhalten des zweiten Steuerraums 48 einstellen. Die äußere Düsennadel 27 verfügt ebenso wie die innere Düsennadel 29 über einen Hochdruckabsatz, der mit unter Hochdruck stehendem Fluid aus der Hochdruckbohrung 54 beaufschlagt ist und der so ausgebildet ist, dass die durch den Druck des Fluids hervorgerufene Kraft öffnend auf die äußere Düsennadel 27 wirkt. Dieser Kraft wirken entgegen die von der ersten Düsenfeder 30 in Schließrichtung ausgeübte Kraft und die durch den Druck des Fluids in dem zweiten Steuerraum 48 hervorgerufene Kraft auf die äußere Düsennadel 27, die über eine Kontaktfläche 70 der äußeren Düsennadel 27 eingeleitet wird. Abhängig von der Kräftebilanz dieser Kräfte ist die Position der äußeren Düsennadel 27 einstellbar.
Das Schaltventil 60 kann beispielsweise als zweistufiges Servoventil ausgebildet sein, das so ausgebildet ist, dass abhängig von dem Hub des Stellantriebs 4 zunächst die erste Ablaufbohrung 58 hydraulisch mit dem Leckageraum 14 gekoppelt wird und bei weiter steigendem Hub dann auch die zweite Ablaufbohrung 68 mit dem Leckageraum 14 gekoppelt wird. Bei einem derartigen Schaltventil 60 kann somit die innere Düsennadel 29 von ihrer Schließposition axial herausbewegt werden hin zu ihrer Offenposition, in der sie bevorzugt mit ihrer Kontaktfläche an einer Wandung der Drosselplatte 18 anliegt. Sie kann so auch wieder zurück in ihre Schließposition gebracht werden, ohne dass die äußere Düsennadel 27 notwendigerweise aus ihrer Schließposition herausbewegt wird.
Das zweistufige Servoventil, das auch als Doppel-Servoventil bezeichnet werden kann, hat somit den Vorteil, dass es nur einen Stellantrieb benötigt, aber dennoch im wesentlichen die Funktion von zwei separat ausgebildeten Servoventilen hat.
Alternativ kann das Schaltventil 60 jedoch als zwei separate Servoventile ausgebildet sein, die gegebenenfalls unabhängig voneinander ansteuerbar sind. In diesem Fall können dann die äußere Düsennadel 27 und die innere Düsennadel 29 völlig unabhängig voneinander angesteuert werden.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Einspritzventils (Figur 3) erstreckt sich die Dichthülse 40 axial über den Bereich hinaus, auf dem die zweite Düsenfeder aufliegt, hinein in den Hohlraum 50 und zwar hinein in einen von der zweiten Düsenfeder 32 umfassten Zylinderraum. Auf diese Weise kann einfach das Volumen des ersten Steuerraums 46 angepasst sein. Es kann so insbesondere verringert werden, was zu einem schnelleren Ansprechen der inneren Düsennadel 29 auf Änderungen der Schaltstellung des Schaltventils 60 führt.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, eine die Dichthülse 40 in axialer Richtung durchdringende Ausnehmung 73 mit einem geeigneten geringen Durchmesser zu dimensionieren.
Bei einer dritten Ausführungsform des Einspritzventils (Figur 4) hat die innere Düsennadel 29 einen Zapfen 74, der sich durch die Ausnehmung 73 der Dichthülse 40 hinein in den Hohlraum 50 erstreckt. Durch den Durchmesser und die axiale Erstreckung des Zapfens 74 lässt sich auch so das freie Volumen des ersten Steuerraums 46 einfach einstellen. Selbstverständlich kann sich der Zapfen 74 beliebig weit in den Hohlraum 50 hinein erstrecken. Darüber hinaus kann der Zapfen 74 auch im Falle der zweiten Ausführungsform des Einspritzventils vorhanden sein.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzventil - mit einem Körper, der eine Ausnehmung hat, in der eine äußere Düsennadel (27) angeordnet ist, - mit der äußeren Düsennadel (27), die eine Ausnehmung (28) hat, in die eine innere Düsennadel (29) eingebracht ist, - wobei die äußere Düsennadel (27) und der Körper so ausgebildet sind, dass die äußere Düsennadel (27) einen Fluidfluss durch ein erstes Einspritzloch (34) verhindert, wenn sie in ihrer Schließposition ist, und ihn freigibt, wenn sie außerhalb ihrer Schließposition ist, und wobei die innere Düsennadel (29) und der Körper so ausgebildet sind, dass die innere Düsennadel (29) einen Fluidfluss durch ein zweites Einspritzloch (36) verhindert, wenn sei in ihrer Schließposition ist, und ihn freigibt, wenn sie außerhalb ihrer Schließposition ist, - mit einem ersten Steuerraum (46), in den die innere Düsennadel (29) mündet, - mit einem zweiten Steuerraum (48) , in den die äußere Düsennadel (27) mündet, - mit einer Dichthülse (40) , die mittels einer Feder dichtend gegen eine Kontaktfläche (64) der inneren Düsennadel (29) in Anlage gebracht ist und so den ersten Steuerraum (46) von dem zweiten Steuerräum (48) trennt, - wobei der erste und zweite Steuerraum (46, 48) so ausgebildet sind, dass durch den Fluiddruck in dem ersten Steuerraum (46) die Position der inneren Düsennadel (29) steuerbar ist und durch den Fluiddruck in dem zweiten Steuerraum (48) die Position der äußeren Düsennadel steuerbar ist, und - mit je einem Schaltventil (60) , das den ersten bzw. zweiten Steuerraum (46, 48) zugeordnet ist und mittels jeweils dessen der Fluiddruck in dem ersten bzw. zweiten Steuerraum (46, 48) einstellbar ist.
2. Einspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Feder eine Spiralfeder ist und bei dem sich die Dichthülse (40) axial in einen von der Feder umfassten Zylinderraum erstreckt.
3. Einspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die innere Düsennadel (29) einen Zapfen (74) aufweist, der sich in die Dichthülse (40) hinein erstreckt.
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, bei dem der Zapfen (74) in den von der Feder umfassten Zylinderraum hineinragt.
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Dichthülse (40) eine Beißkante (44) aufweist, die an dem axialen Ende der Dichthülse (40) ausgebildet . ist, das dichtend gegen die Kontaktfläche (64) der inneren Düsennadel (29) in Anlage gebracht ist, wobei die Beißkante (44) radial außen ausgebildet ist.
6. Einspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem dem ersten Steuerraum (46) eine Ablaufdrossel (56) zugeordnet ist, über die er hydraulisch mit dem Schaltventil (60) gekoppelt ist.
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