Steueranordnung für ein Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen

Abstract

 Die Steueranordnung für ein Einspritzventil von Verbrennungskraftmaschinen zum Steuern der Oeffungs- und Schliessbewegung der Düsennadel (26) weist ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil (37) auf. Dieses Wegeventil (37) besitzt ein bewegliches Verschlussorgan (40), das mit dem Anker (104) eines Elektromagneten (38) verbunden ist und in einem gehäusefesten Einsatzteil (44) geführt wird. Das Verschlussorgan (40) ist jeweils in einer von zwei Schaltstellungen, in denen ein Ventilraum (72) entweder über ein Einlassventil mit einem Brennstoffhochdruckanschluss (10) oder über ein Auslassventil mit einem Brennstoffrücklauf (102) verbunden ist. Der Brennstoffdruck im Ventilraum (72) wirkt bei offenem Einlassventil direkt über einen Steuerraum (84) auf das rückseitige Ende der Düsennadel (26), so dass diese an den Düsennadelsitz gedrückt wird und die Einspritzbohrungen abschliesst. Da das Wegeventil (37) nur eine Gleitfläche (45) zur Führung des Verschlussorganes (40) aufweist, sind die Leckverluste des Einspritzventils klein.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steueranordnung für ein Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen gemäss Anspruch 1, die gegenüber bekannten Steueranordnungen dieser Art, wie sie insbesondere in der FR-A-2,543,647, aber auch in der DE-A-26 47 744 oder der US-A-3,680,782 beschrieben sind, geringere Leckverluste aufweist und zudem von wesentlich einfacherem Aufbau ist.

[0002] Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1

im Längsschnitt ein Brennstoffeinspritzventil,

Fig.2

im Längsschnitt den Steuerteil des Einspritzventils gemäss Fig.1 in vergrössertem Massstab,

Fig.3

im Längsschnitt einen Bereich des Steuerteils gemäss Fig.2 in vergrössertem Massstab und

Fig.4

in einer der Fig.3 entsprechenden Darstellung eine andere Ausführungsform des Steuerteils

Das Brennstoff-Einspritzventil, das in den Zeichnungen im Zustand zwischen zwei Einspritzvorgängen dargestellt ist, ist über einen Brennstoffhochdruckanschluss 10 und einen Brennstoffrücklaufanschluss 12 mit einer Hochdruck-Fördereinrichtung für den Brennstoff und über elektrische Anschlüsse 14 mit einer elektronischen Steuerung verbunden. Die Hochdruck-Fördereinrichtung und die elektronische Steuerung sind in den Zeichnungen nicht gezeigt.

[0003] Die Hochdruck-Fördereinrichtung pumpt den Brennstoff über den Brennstoffhochdruckanschluss 10 in eine Brennstoffzuführbohrung 16, die sich in einem Ventilgehäuse 18 des Einpritzventils befindet. Ein Teil des Brennstoffes wird praktisch drucklos über den Brennstoffrücklaufanschluss 12 an die Hochdruck-Fördereinrichtung zurückgeführt, wie untenstehend näher erläutert wird.

[0004] Der Brennstoff wird über die Brennstoffzuführbohrung 16 einerseits zu einem Raum 20 und anderseits zum Steuerteil geleitet, der in Fig.2 vergrössert dargestellt ist.

[0005] Der Raum 20 ist in einem Düsenkörper 22 ausgebildet, der mittels eines als Ueberwurfmutter ausgebildeten Halteteils 24 am Ventilgehäuse 18 festgeschraubt ist. Im Düsenkörper 22 ist eine den Raum 20 mit der Brennstoffzuführbohrung 16 verbindende Bohrung 25 vorhanden.

[0006] Im Düsenkörper 22 ist gleitend eine Düsennadel 26 geführt, die mit ihrem unteren Ende an einem Düsennadelsitz 28 anliegt und Einspritzbohrungen 30 abschliesst, die in einer, einen Teil des Düsenkörpers 22 bildenden Düsenspitze 32 ausgebildet sind. In dieser in den Figuren gezeigten Schliessstellung wird die Düsennadel 26 einerseits durch eine Düsennadelfeder 34 und andererseits durch den auf noch zu beschreibende Weise auf ihr rückseitiges Ende wirkenden Brennstoffdruck auf ihrem Düsennadelsitz 28 gehalten. Im Bereich des Raumes 20 weist die Düsennadel 26 einen Absatz 36 auf.

[0007] Der in den Fig. 2 und 3 vergrössert dargestellte Steuerteil weist ein 3/2-Wegeventil 37 auf, das mittels eines Elektromagneten 38 geschaltet wird. Das 3/2-Wegeventil 37 weist ein Verschlussorgan 40 auf, das mittels eines Führungsschaftes 42 und eines in das Ventilgehäuse 18 eingebauten, gehäusefesten Einsatzteils 44, zwischen welchen eine Gleitfläche 45 ausgebildet ist, geführt ist. Das Einsatzteil 44 und ein weiteres Einsatzteil 46 sind derart in das Ventilgehäuse 18 eingebaut und durch eine Sicherungsmutter 48 fixiert, dass keine oder keine nennenswerte Leckage zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil des Einspritzventils stattfinden kann. Dies wird z. B. mit einem Pressitz oder einem engen Schiebesitz zwischen dem Ventilgehäuse 18 und den Einsatzteilen 44 und 46 erreicht. Weitere brennstoffdichte Verbindungen sind aber denkbar, z.B. unter Verwendung von geeigneten Dichtungsringen (O-Ringen). Die beiden Einsatzteile 44,46 sind mittels eines in das Ventilgehäuse 18 eingepressten oder eingeschobenen Distanzringes 50 in einem Abstand voneinander gehalten. Das Verschlussorgan 40 bildet mit dem Einsatzteil 44 ein erstes Ventil 52 und mit dem andern Einsatzteil 46 ein zweites Ventil 54 (Fig. 3). Zu diesem Zwecke weist das Verschlussorgan 40 eine erste Schliessfläche 56 und eine zweite Schliessfläche 58 auf, die mit einem Ventilsitz 60 bzw. 62 im Einsatzteil 44 bzw. 46 zusammenwirken. Beide Schliessflächen 56,58 sind als Mantelflächen von Kreiskegeln ausgebildet. Zur Bildung von Ventilsitzen 60,62 in Form von ringförmigen Kanten sind in den Einsatzteilen 44, 46 Flächen 64,66 ausgebildet, die ebenfalls Kreiskegelflächen sind. Dabei sind die Oeffnungswinkel der Kreiskegel, die die Schliessfläche 56 und die zugeordnete Fläche 64 bzw. die Schliessfläche 58 und die zugeordnete Fläche 66 festlegen, verschieden gross. Entsprechende Differenzwinkel sind in Fig. 3 mit 68 und 70 bezeichnet und übertrieben gross dargestellt. In Wirklichkeit betragen diese Differenzwinkel wenige Grade, nämlich in der Regel höchstens 3 Grad. Zwischen den Einsatzteilen 44,46 befindet sich ein Ventilraum 72. Dieser steht über das erste Ventil 52 mit einem Zweig 73, der oben durch einen Stopfen 74 abgeschlossen ist, mit der Brennstoffzuführbohrung 16 in Verbindung. Diese Verbindung wird durch eine im Ventilgehäuse 18 ausgebildeten Querbohrung 76 gebildet, die in eine nach aussen offene Ringnut 78 im hohlzylindrischen Einsatzteil 44 mündet. Diese Ringnut 78 steht über Einlassbohrungen 80 in Verbindung mit einem Innenraum 81 des Einsatzteiles 44. Die Ringnut 78 könnte auch im Ventilgehäuse 18 ausgebildet werden. Der Ventilraum 72 ist über eine im Einsatzteil 46 vorhandene Verbindungsbohrung 82 mit einem Steuerraum 84 verbunden, der einerseits durch den Einsatzteil 46 und andererseits durch einen Steuerkolben 86 abgeschlossen ist, der gleitend im Ventilgehäuse 18 geführt ist. Zwischen dem Steuerkolben 86 und der Düsennadel 26 ist eine Verbindungsstange 87 angeordnet. Der Brennstoffdruck im Steuerraum 84 wirkt somit über den Steuerkolben 86 und die Verbindungsstange 87 auf das rückseitige Ende der Düsennadel 26.

[0008] Im unteren Einsatzteil 46 ist weiter ein Sackloch 88 vorhanden, das über eine Querbohrung 90 mit einer im Ventilgehäuse 18 ausgebildeten Entlastungsbohrung 92 in Verbindung steht. In diese Entlastungsbohrung 92 mündet eine weitere Querbohrung 94 (Fig. 1), die mit einem Entlastungsraum 96 in Verbindung steht, der durch die Ventilnadel 26, die Verbindungsstange 87 und das Ventilgehäuse 18 gebildet ist. Die Entlastungsbohrung 92 mündet in einen Abflussraum 98, der zwischen dem oberen Ende des Ventilgehäuses 18 und einer auf dieses Ende aufgeschraubten Haltemutter 100 für den Elektromagneten 38 gebildet wird. Dieser Abflussraum 98 ist über eine Abflussbohrung 102 in der Haltemutter 100 mit dem Brennstoffrücklaufanschluss 12 verbunden.

[0009] Der mit dem Verschlussorgan 40 einstückige Führungsschaft 42 ist bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform fest mit einem Anker 104 des Elektromagneten 38 verbunden, dessen Erregerspule 106 über die elektrischen Anschlüsse 14 von der elektronischen Steuerung Steuerimpulse erhält. Durch den Elektromagneten 38 ist ein Uebertragungsstift 108 hindurchgeführt, der mittels einer Druckfeder 110 gegen den Anker 104 gedrückt wird. Die Kraft, die die Druckfeder 110 auf den Uebertragungsstift 108 ausübt, lässt sich mittels einer Einstellschraube 112 einstellen (Fig. 1).

[0010] In einer nicht gezeigten, andern Ausführungsform ist der Anker 104 des Elektromagneten 38 anstatt mit dem Führungsschaft 42 mit dem Uebertragungsstift 108 fest verbunden. Der Uebertragungsstift 108 wird in diesem Fall im stromlosen Zustand des Elektromagnets 38 von der Druckfeder 110 an den Führungsschaft 42 angedrückt. Wird der Elektromagnet 38 erregt und demzufolge der Anker 104 angezogen, so muss sichergestellt werden, dass sich der mit dem Verschlussorgan 40 einstückige Führungsschaft 42 ebenfalls in Richtung der Ankerbewegung verschiebt. Dies kann z.B. auf an sich bekannte Weise durch eine geeignete Ausgestaltung des Ventilsitzes 60 so realisiert werden, dass kein vollständiger hydraulischer Ausgleich stattfindet und somit die hydraulische Druckkraft den Führungsschaft 42 aufdrückt und nach oben bewegt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Druckfeder zu verwenden, welche auf der Seite des Ventils 54 auf das Verschlussorgan 40 und damit auch auf den Führungsschaft 42 in Richtung der Ankerbewegung wirkt.

[0011] Die Funktionsweise des vorstehend beschriebenen Einspritzventils ist wie folgt:
Bei stromlosem Elektromagneten 38 wird das Ventil 52 des Wegeventils 37, das als Einlassventil dient, wie in den Figuren gezeigt, im wesentlichen unter der Wirkung der Druckfeder 110 offengehalten, während das Ventil 54, das ein Auslassventil bildet, geschlossen ist. Im Ventilraum 72 und auch im Steuerraum 84 herrscht ein Brennstoffdruck, der 1000 bar übersteigen kann. Dieser Brennstoffdruck wirkt über den Steuerkolben 86 und die Verbindungsstange 87 auf die Düsennadel 26, die gegen den Düsennadelsitz 28 gedrückt wird und die Einspritzbohrungen 30 abschliesst.

[0012] Beim Einschalten des Elektromagneten 38 wird dessen Anker 104 angezogen und damit das Verschlussorgan 40 angehoben. Das Einlassventil 52 wird geschlossen, während das Auslassventil 54 geöffnet wird. Dadurch wird der Steuerraum 84 über die Verbindungsbohrung 82, das Sackloch 88 und die Querbohrung 90 mit der Entlastungsbohrung 92 verbunden. Der Druck im Steuerraum 84 fällt. Die Düsennadel 26 wird durch den im Raum 20 herrschenden und auf den Absatz 36 der Düsennadel 26 wirkenden Brennstoffdruck angehoben. Die Einspritzbohrungen 30 werden freigegeben und es wird auf an sich bekannte Weise Brennstoff in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.

[0013] Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird der Elektromagnet 38 ausgeschaltet. Das Wegeventil 37 wird dadurch umgesteuert, d.h. das Auslassventil 54 wird geschlossen und das Einlassventil 52 geöffnet. Im Ventilraum 72 und im Steuerraum 84 kann sich nun der Druck wieder aufbauen, was zur Folge hat, dass die Düsennadel 26 wieder gegen den Düsennadelsitz 28 gedrückt wird, womit die Einspritzung beendet wird.

[0014] Da während des Einspritzvorganges, während dem der Ventilraum 72 des Wegeventils 37 über das offene Auslassventil 54 mit der Entlastungsbohrung 92 verbunden ist, das Einlassventil 52 geschlossen bleibt, ist während dieser Zeit der Ventilraum 52 gegenüber der Brennstoffzuführbohrung 16 abgeschlossen. Anders ausgedrückt ist der Hochdruckteil des Einspritzventils während des Einspritzvorganges vom Niederdruckteil getrennt. Es fliesst somit nur während des kurzen Umschaltens des Wegeventiles 37 eine gewisse Brennstoffmenge vom Hochdruckteil direkt zum Niederdruckteil.

[0015] Im weiteren ist die Leckage des Wegeventiles 37 vom Hochdruckteil zum Niederdruckteil zwischen den Einspritzvorgängen deswegen klein gehalten, weil nur der Führungsschaft 42 für das Verschlussorgan 40 mittels der Gleitfläche 45 im Einsatzteil 44 gleitend geführt ist, welcher zusammen mit dem Einsatzteil 46 auf die beschriebene Weise in das Ventilgehäuse 18 eingesetzt ist. Dadurch, dass nur eine Gleitfläche 45 vorhanden ist, kann die Leckage klein gehalten werden.

[0016] Diese Massnahmen zur Verringerung der vom Hochdruckteil in den Niederdruckteil dringenden Leckmenge wirken sich vor allem bei Einspritzsystemen vorteilhaft aus, die mit hohen Brennstoffdrücken arbeiten, d.h. mit Drücken von 500 bis 1000 bar und höher.

[0017] Durch die beschriebene Ausgestaltung der Schliessflächen 56 und 58 am Verschlussorgan 40 und der dazugehörigen Ventilsitze 60 und 62 wird ein einwandfreies Schliessen der Ventile 52, 54 während einer langen Betriebsdauer sichergestellt, d.h. die auftretende Abnützung vermag auch bei einer sehr grossen Zahl von Schaltvorgängen die Funktionsweise nicht nachteilig zu beeinflussen.

[0018] In der Fig. 4 ist in einer der Fig. 3 entsprechenden Darstellung eine andere Ausführungsform gezeigt, die sich von der Ausführungsform gemäss den Fig. 1-3 nur durch eine andere Gestaltung des Verschlussorganes 40 unterscheidet, das in Fig. 4 mit 140 bezeichnet ist. Im übrigen sind in den Fig. 3 und 4 für sich entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.

[0019] Im Gegensatz zum in den Fig. 1-3 gezeigten Verschlussorgan 40 mit kreiskegelförmigen Schliessflächen 56, 58 sind beim Verschlussorgan 140 die beiden mit 156, 158 bezeichneten Schliessflächen gewölbt und vorzugsweise als Kugelmantelflächen ausgebildet.

Ansprüche

1. Steueranordnung für ein Einspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen zum Steuern der Oeffnungs- und Schliessbewegung des Ventilgliedes des Einspritzventils, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) ein mittels eines Elektromagneten (38) betätigbares Wegeventil (37),

b) einen Steuerraum (84), der mittels des Wegeventils (37) wahlweise mit einer Zuleitung (16) für unter Druck stehenden Brennstoff oder einer Druckentlastungsleitung (92) verbindbar ist, wobei der Brennstoffdruck im Steuerraum (84) auf das rückseitige Ende des Ventilgliedes (26) einwirkt und letzteres an den Ventilsitz (28) des Einspritzventiles andrückt,

c) der Schliesskörper (40, 140) des Wegeventils (37) weist eine erste und eine zweite Schliessfläche (56, 58, 156, 158) auf, wobei der Schliesskörper (40, 140) je nach Schaltstellung des Wegeventils (37) entweder mit der ersten Schliessfläche (56, 156) mit einem ersten gehäusefesten Ventilsitz (60), der auf der Seite der Brennstoffzuleitung (16) angeordnet ist, oder mit der zweiten Schliessfläche (58, 158) mit einem zweiten gehäusefesten Ventilsitz (62), der auf der Seite der Druckentlastungsleitung (92) angeordnet ist, in Anlage kommt,

d) der Schliesskörper (40, 140) des Wegeventils (37) ist in einer gehäusefesten Führung (44) mittels einer einzigen Gleitfläche (45) geführt.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliessflächen (56, 58) des Schliesskörpers (40) als Mantelflächen von Kreiskegeln ausgebildet sind.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliessflächen (156, 158) des Schliesskörpers (140) gewölbt sind und vorzugsweise als Kugelmantelflächen ausgebildet sind.

4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsitze (60, 62) als Kanten ausgebildet sind.

5. Steueranordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden der Ventilsitze (60, 62) in einem gehäusefesten Einsatz (44, 46) Kreiskegelflächen (64, 66) vorgesehen sind, wobei sich der Oeffnungswinkel der die Kreiskegelflächen (64, 66) festlegenden Kreiskegel um wenige Grade, vorzugsweise um höchstens 3 Grad, vom Oeffnungswinkel der Kreiskegel, die die zugeordneten Schliessflächen (56, 58) festlegen, unterscheidet.

6. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusefeste Führung des Schliesskörpers (40, 140) durch einen im Ventilgehäuse (18) sitzenden, die einzige Gleitfläche (45) aufweisenden, Einsatzteil (44) gebildet ist.

7. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Einsatzteil (44) der erste Ventilsitz (60) sowie eine Verbindung (80, 81) zur Brennstoffzuleitung (16) ausgebildet sind und ein zweiter, im Ventilgehäuse (18) sitzender Einsatzteil (46) vorhanden ist, in dem der zweite Ventilsitz (62) ausgebildet ist, wobei zwischen den Einsatzteilen (44, 46) ein Ventilraum (72) gebildet wird.

8. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilraum (72) über mindestens eine Verbindungsöffnung (82) mit dem Steuerraum (84) verbunden ist.

9. Steueranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einsatzteilen (44, 46) ein Distanzelement (50) angeordnet ist.

10. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Einsatzteil (46) eine vom Ventilraum (72) zu einer Rückflussleitung (92) führende Abflussverbindung (88, 90) vorhanden ist.

Zeichnung