[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.
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.