EINSPRITZVENTIL

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-C-4 341 739).

[0002] Ein piezoelektrischer Aktor mit hydraulischer Hub - übersetzung für Steuerventile von Einspritzsystemen ist aus der DE-A-4 119 467 bekannt.

[0003] Um insbesondere Einspritzventile zu erhalten, mit denen auch eine Voreinspritzung möglich ist, um damit Verbrauch, Abgaswerte, Geräusch usw. zu verbessern, sollen die Einspritzventile bei hohen Einspritzdrücken schnell schaltbar sein. Bei hohen Speicherdrücken ist bei Verwendung eines Magnetventils eine Voreinspritzung schwer möglich, da die Schaltzeiten des Magnetventils zu lang sind und der volle Hub des Ventils durchlaufen werden muß, damit reproduzierbare Bedingungen, beispielsweise die Einspritzmenge, erreicht werden. Außerdem ist die Formung der Einspritzrate, d.h. langsames Öffnen, jedoch schnellstes Schließen der Düsennadel, wobei die Formung der Einspritzrate gemäß einem Kennfeld vorgenommen werden kann, kaum möglich.

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einspritzventil bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die Einspritzrate präzise zu regeln, d.h., kleinste reproduzierbare Voreinspritzmengen, langsame Erhöhung der Einspritzrate zu Beginn der Einspritzung bei schnellem Schließen der Düsennadel zu ermöglichen.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0006] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Abbildung näher erläutert.

[0007] Die Abbildung zeigt ein 2/2-Wegeventil mit Piezoantrieb.

[0008] Das in der Abbildung gezeigte Einspritzventil besteht aus einem langgestreckten Gehäuse 6, auf dessen unterem Ende eine Überwurfmutter 3 aufgeschraubt ist. Mit dieser Überwurfmutter 3 wird vom unteren Ende des Gehäuses 6 aus eine Zwischenscheibe 4 und ein Düsenkörper 1, in welchem eine Düsennadel 2 geführt ist, gehalten. Sowohl die Zwischenscheibe 4 als auch der Düsenkörper 1 weisen eine Mittelbohrung 35 auf, in der die Düsennadel 2 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. An ihrem Ende liegt im gezeichneten Zustand die Düsennadel 2 an einem ringförmigen Düsensitz 36 an, in dessen Bereich Düsenlöcher 37, 35 vorgesehen sind, die die Düsennadel 2 verschließt. Am anderen Ende ist die Düsennadel 2 mit einem Druckbolzen 5 versehen, der in einem im Gehäuse 6 vorgesehenen Federraum 30 angeordnet ist und von einer im Federraum 30 angeordneten Düsenfeder 7 beaufschlagt wird, so daß die Düsennadel 2 leicht in Richtung auf den Düsensitz 36 vorgespannt wird und diesen verschließt. Das andere Ende der Düsenfeder 7 liegt an dem dem Druckbolzen 5 gegenüberliegenden Ende des Federraums 30 an, wobei dazwischen eine Einstellscheibe 9 zur Einstellung der Düsenfedervorspannkraft angeordnet ist. Mit dem Druckbolzen 5 steht an einem Ende ein Schließkolben 8 in Verbindung, der teilweise von der Düsenfeder 7 umfaßt wird und an seinem anderen Ende in Bereich eines ersten Druckraums 11 endet.

[0009] Mit dem Gehäuse 6 ist im oberen Teil der Einspritzdüse eine Ansteuereinrichtung für die Düsennadel 2 fest verbunden. Im Inneren des Ansteuergehäuses ist ein hydraulisch übersetzter Piezoantrieb vorgesehen, der aus einem Piezoaktor 20 besteht, der in einem Verschluß 21 gelagert ist, wobei dieser durch einen O-Ring 22 abgedichtet ist. Ein Sicherungsring 24 sichert den Piezoaktor 20 im Ansteuergehäuse in axialer Richtung. Die elektrische Verbindung zum Piezoaktor 20 wird über die elektrischen Anschlüsse 23 hergestellt. Der Piezoaktor 20 liegt an einem Primärkolben 19 an, der auf eine Tellerfeder 16, die einen großen Durchmesser aufweist, einwirkt. Im Inneren des Primärkolbens 19 ist ein Sekundärkolben 39 vorgesehen, der mit einer Ventilnadel 27 fest verbunden ist. Im Sekundärkolben 39 ist eine kleine Feder 17 vorgesehen, die zwischen einer Innenfläche des Primärkolbens 19 und dem Sekundärkolben 39 angeorndet ist und die Ventilnadel 27 auf einen Ventilsitz 40 drückt, der mit einer Sekundärdrossel 32 in Verbindung steht. Die Sekundärdrossel 32 steht mit dem ersten Druckraum 11 in Verbindung, der außerdem über eine Primärdrossel 14 und eine Bohrung 13 mit dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoffzulauf 11 in Verbindung steht. Der Kraftstoffzulauf 12 steht über eine Zulaufbohrung 10 mit einem zweiten Druckraum 41 in Verbindung, der durch eine Ausnehmung im Gehäuse 6 im Bereich der Düsennadel 2 gebildet ist, wobei die Düsennadel in diesem Bereich stufenartig abgesetzt ist, so daß dadurch Steuerflächen für die Düsennadel 2 gebildet werden.

[0010] Der Raum 31 im Bereich des Ventilsitzes 40 bildet einen Entlastungsraum sowie im Bedarfsfall eine weitere Drossel zur Formung der Einspritzung und steht mit einem Niederdruckzulauf 29 in Verbindung, mit dem außerdem eine Leckagebohrung 33, die in den Federraum 30 mündet, verbunden ist. Weiter steht der Niederdruckzulauf 29 mit einem Füllzulauf 34 zum Arbeitsraum 28 des Piezoantriebs und einer Entlastungsbohrung 18 über einen Leckageraum 26 mit einem Rücklauf 25 in Verbindung.

[0011] Die Funktionsweise des Einspritzventils ist wie folgt.

[0012] Es sei zunächst angenommen, daß der Piezoaktor 20 spannungslos ist. Damit liegt die Ventilnadel 27 aufgrund der Kraft der Feder 17 im Sekundärkolben 39 auf ihrem Sitz 40 an, wodurch die Sekundärdrossel 15 verschlossen und somit die Verbindung zum Niederdruckzulauf 29 unterbrochen ist. Der Hochdruck liegt damit über die Primärdrossel 14 an der oberen großen Fläche des Schließkolbens 8 an. Weiter liegt der Hochdruck an der abgestuften kleineren wirksamen Fläche der Düsennadel 2 im zweiten Druckraum 41 an, so daß aufgrund der wirksamen Flächen die Düsennadel 2 (auch ohne die Wirkung der Feder 7) auf ihren Sitz 36 gedrückt wird, der die Düsenöffnungen 37, 38 verschließt. Über eine Bohrung 15 und die Sekundärdrossel 32 liegt der Hochdruck außerdem am Ventilsitz 40 an.

[0013] Wird nun die Ventilnadel 27 geöffnet, so entweicht durch die Sekundärdrossel 32 ein Kraftstoff-Volumenstrom. Ist dieser Volumenstrom größer als der durch die Primärdrossel 14 zugeführte Volumenstrom, so sinkt der Druck im ersten Druckraum 11 oberhalb des Schließkolbens 8, so daß die Düsennadel 2 öffnet, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs freigegeben wird. Wird die Ventilnadel 27 geschlossen, so erhöht sich der Druck im ersten Druckraum 11 und die Düsennadel 2 wird wieder auf ihren Sitz 36 gedrückt.

[0014] Die Antriebseinrichtung für die Ventilnadel 27 arbeitet wie folgt.

[0015] Zum Öffnen der Ventilnadel 27 wird der Piezoaktor 20 geladen. Dabei dehnt er sich aus und schiebt den Primärkolben 19 gegen die Kraft der Tellerfeder 16 nach unten. Der Arbeitsraum 28 ist vollständig mit Kraftstoff gefüllt, wodurch der Sekundäkolben 39 mit der Ventilnadel 27 gegen die Federkraft der Feder 17 nach oben bewegt wird. Dadurch wird das Ventil geöffnet. Bei Entladen des Piezoaktors 20 wird die Ventilnadel 27 entsprechend wieder geschlossen.

[0016] Der Temperaturausgleich bzw. die Grundstellung des Ventils wird über definierte Spalte zwischen Ventilnadel 27 und Primäkolben 19 und zwischen Primärkolben 19 und Sekundärkolben 27 erreicht. Um eine ständige vollständige Befüllung des Arbeitsraums 28 zu gewährleisten, bleibt der Rücklauf 25 am Einspritzventil immer mit einem Niederdruck beaufschlagt.

Ansprüche

1. Einspritzventil für Kraftstoffeinspritz-Systeme, mit

- einer in einem Ventilgehäuse (1) angeordneten Düsennadel (2), die von einer Düsenfeder (7) gegen einen Düsensitz (36) vorgespannt ist und zumindest eine Einspritzdüsenöffnung (37, 38) öffnen und schließen kann,

- einem Kraftstoffzulauf (12), der über einen ersten Druckraum (11) mit einer ersten Steuerfläche und über einen zweiten Druckraum (41) mit einer zweiten Steuerfläche der Düsennadel (2) in Verbindung steht, wobei ein Druck auf die erste Steuerfläche die Düsennadel (2) auf den zugeordneten Düsensitz (36) drückt und ein Druck auf die zweite Steuerfläche die Düsennadel (2) vom Düsensitz (36) abhebt,

- einer Ansteuereinrichtung, die eine Ventilnadel (27) ansteuert, um die erste Steuerfläche zur Steuerung der Kraftstoff-Einspritzung druckmäßig zu entlasten,

- der erste Druckraum (11) steht mit dem Kraftstoffzulauf (12) über eine Primärdrossel (14) und über eine Sekundärdrossel (32) mit einem Entlastungsraum (31) in Verbindung,

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ansteuereinrichtung einen piezoelektrischen Aktor (20) aufweist, der über eine hydraulische Übersetzung (19) die Ventilnadel (27) ansteuert, die den Durchfluß durch die Sekundärdrossel (32) steuert und

- daß zwischen der Ventilnadel (27) und dem Ventilgehäuse (1) sowie zwischen einem die Ansteuereinrichtung aufweisenden Primärkolben (19) und Sekundärkolben (39) sowie zwischen Primärkolben (19) und dem Ventilgehäuse (1) Spalte vorgesehen sind, über die eine geringe Leckage stattfinden kann, wodurch ein Arbeitsraum (28) immer mit Flüssigkeit gefüllt ist und daß bei Wärmedehnungen die piezoelektrische Ansteuereinrichtung eine spielausgeglichene, mit Druckspannung vorgespannte und eindeutig definierte Ausgangslage hat.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor (20) an einem Primärkolben (19) anliegt,

- daß im Primärkolben (19) ein Sekundärkolben (39) geführt ist, daß der Primärkolben (19), der Sekundärkolben (39) und das Ventilgehäuse (1) einen Arbeitsraum (28) begrenzen,

- daß der Arbeitsraum (28) mit Flüssigkeit gefüllt ist, so daß der Sekundärkolben (39) bei einer Bewegung des Primärkolbens (19) entgegen der Bewegungsrichtung des Primärkolbens (19) bewegt wird,

- daß der Sekundärkolben (39) mit der Ventilnadel (27) verbunden ist, die auf einem Ventilsitz (40) anliegt,

- daß bei einer Auslenkung des piezoelektrischen Aktors (20) der Sekundärkolben (39) entgegen dem Primärkolben (19) bewegt wird und die Ventilnadel (27) vom Ventilsitz (40) abhebt, so daß die Sekundärdrossel (15) geöffnet wird.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungsraum (31) als weitere Drossel ausgebildet ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärdrossel (14, 32) so ausgelegt ist, daß der beim Öffnen der Ventilnadel (27) sich einstellende Kraftstoff-Volumenstrom durch die Sekundärdrossel (32) größer ist als durch die Primärdrossel (14).

5. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (27) als Sitzventil ausgebildet ist, das den Öffnungsgrad der die dem Druckraum (11) abgewandten Öffnung der Sekundärdrossel (32) regelt.

Claims

1. Injection valve for fuel injection systems, with

- a nozzle needle (2) mounted in a valve housing (1), said nozzle needle being biased against a nozzle seat (36) by a nozzle spring (7) and able to open and close at least one injection nozzle orifice (37, 38),

- a fuel inlet (12) which is connected to a first control surface via a first pressure chamber (11) and to a second control surface of the nozzle needle (2) via a second pressure chamber (41), a pressure applied to the first control surface pressing the nozzle needle (2) onto the assigned nozzle seat (36) and a pressure applied to the second control surface lifting the nozzle needle (2) off the nozzle seat (36),

- a control device controlling a valve needle (27) to relieve the pressure on the first control surface to control the injection of fuel,

- the first pressure chamber (11) being connected to the fuel inlet (12) via a primary throttle (14) and to a relief chamber (31) via a secondary throttle (32),

characterised in that

- the control device has a piezoelectric actuator (20) which controls the valve needle (27) via a hydraulic translator (19), said valve needle controlling the flow through the secondary throttle (32) and that

- gaps are provided between the valve needle (27) and the valve housing (1) and between a primary plunger (19) containing the control device and a secondary plunger (39) and between primary plunger (19) and the valve housing (1), a slight leakage being possible via said gaps, causing a working chamber (28) always to be filled with fluid, and that on thermal expansion the piezoelectric control device has an initial state that is backlash-compensated, compressively pre-stressed and uniquely defined.

2. Injection valve according to Claim 1, characterised in that the actuator (20) is mounted on a primary plunger (19),

- a secondary plunger (39) is guided in the primary plunger (19), the primary plunger (19), the secondary plunger (39) and the valve housing (1) delimiting a working chamber (28),

- the working chamber (28) is filled with fluid so that the secondary plunger (39) is moved against the direction of travel of the primary plunger (19) when the primary plunger (19) is moved,

- the secondary plunger (39) is connected to the valve needle (27) which rests on a valve seat (40),

- when the piezoelectric actuator (20) is displaced, the secondary plunger (39) is moved contrary to the primary plunger (19) and the valve needle (27) lifts off the valve seat (40) so that the secondary throttle (15) is opened.

3. Injection valve according to Claim 1, characterised in that the relief chamber (31) is embodied as another throttle.

4. Injection valve according to Claim 1, characterised in that the primary and secondary throttles (14, 32) are designed such that the volume flow of fuel through the secondary throttle (32) when the valve needle (27) is opened is greater than through the primary throttle (14).

5. Injection valve according to Claim 1, characterised in that the valve needle (27) is designed as a seated valve which regulates the degree of opening of the orifice of the secondary throttle (32) facing away from the pressure chamber (11).

Revendications

1. Injecteur pour système d'injection de carburant, comportant:

- une aiguille d'injection (2) disposée dans un carter d'injecteur (1), qui est sollicitée par un ressort d'injecteur (7) contre un siège d'injecteur (36), et qui peut ouvrir et fermer au moins un orifice d'injecteur (37, 38),

- une arrivée de carburant (12), qui est reliée, par une première chambre sous pression (11), à une première surface de commande, et, par une deuxième chambre sous pression (41), à une deuxième surface de commande de l'aiguille d'injection (2), une pression sur la première surface de commande appliquant l'aiguille d'injection (2) sur le siège d'injecteur associé (36) et une pression sur la deuxième surface de commande levant l'aiguille d'injection (2) du siège d'injecteur (36),

- un dispositif d'actionnement, qui commande une aiguille d'injection (27) pour décharger de la pression la première surface de commande en vue de commander l'injection de carburant,

- la première chambre sous pression (11) étant reliée à l'arrivée de carburant (12) par un ajutage primaire (14), et, par un ajutage secondaire (32), à une chambre de détente (31),

   caractérisé en ce que

- le dispositif d'actionnement comporte un actionneur piézo-électrique (20), qui commande, au moyen d'un dispositif de transformation hydraulique (19), l'aiguille d'injection (27) commandant le passage au travers de l'ajutage secondaire (32), et

- en ce qu'entre l'aiguille d'injection (27) et le carter d'injecteur (1), ainsi qu'entre un piston primaire (19), présentant le dispositif d'actionnement, et un piston secondaire (39), ainsi qu'entre le piston primaire (19) et le carter d'injecteur (1), sont prévus des interstices au travers desquels peut se produire une faible fuite, ce qui a pour effet qu'une chambre de travail (28) est toujours remplie de fluide, et que, lors de dilatations thermiques, l'actionnement de commande piézo-électrique a une position initiale rattrapant les jeux, soumise à une précontrainte de pression, et définie de façon univoque.

2. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (20) est au contact d'un piston primaire (19),

- en ce qu'un piston secondaire (39) est guidé dans le piston primaire (19), en ce que le piston primaire (19), le piston secondaire (39) et le carter d'injecteur (1) délimitent une chambre de travail (28),

- en ce que la chambre de travail (28) est remplie de liquide, de façon, lorsque le piston primaire (19) se déplace, à faire déplacer le piston secondaire (39) dans le sens opposé au mouvement du piston primaire (19),

- en ce que le piston secondaire (39) est relié à l'aiguille d'injection (27) qui est en contact avec un siège d'injecteur (40),

- en ce que lorsqu'il se produit une déformation de l'actionneur piézo-électrique (20), le piston secondaire (39) se déplace dans le sens opposé au piston primaire (19), et l'aiguille d'injection (27) se soulève du siège d'injecteur (40), de telle façon que l'ajutage secondaire (15) s'ouvre.

3. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de détente (31) est réalisée sous la forme d'un autre ajutage.

4. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ajutages primaire (14) et secondaire (32) sont dimensionnés de telle façon que le débit volumique de carburant, se réglant au moment de l'ouverture de l'aiguille d'injection (27) et traversant l'ajutage secondaire (32), soit plus grand que celui traversant l'ajutage primaire (14).

5. Injecteur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'aiguille d'injection (27) est réalisée sous la forme d'une vanne à siège, qui règle le degré de l'ouverture de l'ajutage secondaire (32), située à l'opposé de la chambre sous pression (11).

Zeichnung