(19) |
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(11) |
EP 0 949 415 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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13.10.2004 Patentblatt 2004/42 |
(22) |
Anmeldetag: 14.12.1998 |
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(54) |
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
A fuel injection device for internal combustion engines
Dispositif d'injection de combustible pour moteurs à combustion interne
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
11.04.1998 DE 19816316
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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13.10.1999 Patentblatt 1999/41 |
(73) |
Patentinhaber: ROBERT BOSCH GMBH |
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70442 Stuttgart (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Heinz, Rudolf Dr.
71272 Renningen (DE)
- Kienzler, Dieter
71229 Leonberg (DE)
- Potschin, Roger
74336 Brackenheim (DE)
- Schmoll, Klaus-Peter Dr.
74251 Lehrensteinfeld (DE)
- Boecking, Friedrich
70499 Stuttgart (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 745 764 EP-A- 0 829 641
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EP-A- 0 816 670 DE-A- 19 624 001
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen, durch die DE 196 24
001 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der Ventilraum in einer ersten
Ausführung ohne Querschnittsverminderung mit dem Steuerraum verbunden. Das Steuerventil
steuert dabei bei Betätigung durch den Piezoaktor den Abflußquerschnitt zum Abflußkanal
hin entweder ganz auf oder schließt diesen. In einer weiteren Ausführung ist der Ventilraum
über ein Verbindungskanal mit dem Steuerraum verbunden, wobei dieser Verbindungskanal
koaxial zum Ventilsitz zur Seite des Abflußkanals liegt. Durch Betätigung des Steuerventilglieds
durch den Piezoaktor wird dabei entweder der Abflußquerschnitt vom Ventilraum zum
Abflußkanal hin ganz geöffnet oder geschlossen oder es wird zur Erzielung einer Voreinspritzung
das Steuerventilglied vom Ventilsitz zum Abflußkanal hin weg zum Eintritt des Verbindungskanals
in den Ventilraum bewegt, wobei in der Folge dieser Bewegung der Steuerraum kurzzeitig
über den Ventilraum zum Abflußkanal hin geöffnet ist. Für eine anschließende Haupteinspritzung
wird das Steuerventilglied in eine Mittelstellung bewegt, in der sowohl der Querschnitt
zum Abflußkanal hin als auch der Querschnitt des Verbindungskanals in den Ventilraum
hinein ganz geöffnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, daß zur Entlastung
des Druckes im Steuerraum nur ein einziger geometrisch festgelegter Abflußquerschnitt
zum Abflußkanal hin besteht. Die Menge der Voreinspritzung ist dabei in der zweiten
geschilderten Ausführung so, daß die Verstellgeschwindigkeit des Steuerventilgliedes
durch den Piezoaktor und der geometrisch festgelegte Weg des Steuerventilglieds bestimmende
Größen für den Grad der Entlastung des Druckes im Steuerraum sind. Insbesondere ist
der maximale Entlastungsquerschnitt sowohl für die Entlastung für die Voreinspritzung
als auch für die Entlastung für die Haupteinspritzung gleich groß, was für eine Feinabstimmung
der Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils bei verschiedenen Betriebszuständen
von Nachteil ist.
[0002] Aus der DE 196 24 001 A 1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der
der Abflußquerschnitt durch ein Ventilglied gesteuert ist, das von einem Piezoaktor
betätigt wird.
[0003] Aus der EP 0 745 764 A2 und EP 0 829 641 A2 sind Brennstoffeinspritzventile bekannt,
die einen Abströmquerschnitt haben, der von einem Flachsitzventil gesteuert wird,
das mittels eines Elektromagneten betätigt werden kann.
Vorteile der Erfindung
[0004] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 hat dagegen den Vorteil, daß durch das erfindungsgemäße Steuerventil
sequentiell zwei Abflußquerschnitte nacheinander aufsteuerbar sind. Somit kann eine
Gradation des Abflußquerschnittes in Abhängigkeit vom Hub erzielt werden. Insbesondere
für geringe Entlastungen des Steuerdrucks im Steuerraum kann dabei ein erster kleinerer
Abflußquerschnitt zur Wirkung kommen, mit dem mit höherer Genauigkeit die Voreinspritzung
eingestellt werden kann. Für die Haupteinspritzung steht danach ein großer Abflußquerschnitt
zur Verfügung, der eine schnelle Bewegung des Einspritzventilgliedes erlaubt. In vorteilhafter
Weise ist dabei gemäß Patentanspruch 2 ein hülsenförmiges Schleppventilglied vorgesehen,
das einen zweiten Abflußquerschnitt des Abflußkanals steuert, wenn das Steuerventilglied
einen ersten, den Steuerraum entlastenden Hub durchgeführt hat. Die dabei vor der
Öffnung des zweiten Abflußquerschnittes durch das Schleppventilglied erfolgende Druckabsenkung
im Ventilraum beziehungsweise Steuerraum erleichtert ein schnelles Öffnen des zweiten
Abflußquerschnitts in der Nachfolge auf die Öffnung des ersten Abflußquerschnitts
bei der ersten Bewegung des Schleppventilglieds. Damit kann insbesondere ein schnelles
Öffnen des Einspritzventilgliedes zum Beginn der Haupteinspritzung erzielt werden.
[0005] In der weiteren Ausgestaltung gemäß den Patentansprüche 3 bis 5 werden vorteilhafte
Arten der Abflußquerschnittsbildung vorgeschlagen. Zur Öffnung des zweiten Abschlußquerschnitts
durch das Schleppventilglied kann dieses vorteilhaft gemäß Patentanspruch 6 durch
einen Mitnehmer am Steuerventilglied von seinem Hauptventilsitz abgehoben werden.
In alternativer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8 kann das Schleppventilglied vorteilhaft
auch durch eine Druckfeder bei entsprechender Absenkung des Druckes im Ventilraum
in Öffnungsstellung bewegt werden, indem es nach Absenkung des Druckes dem Steuerventilglied
folgen kann. Dabei ist in einer Endstellung des Steuerventilglieds der Abflußquerschnitt
durch den Querschnitt am Hauptventilsitz bestimmt. Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
9 bietet eine genaue Führung des Schleppventilglieds auf dem Ventilstößel. Weiterhin
kann die Führungsqualität des Ventilstößels dadurch vergrößert werden, daß gemäß Patentanspruch
11 auf dem Ventilstößel eine Hülse vorgesehen ist, deren Außendurchmesser größer ist
als der Durchmesser der inneren Begrenzungsfläche des Schleppventilglieds. Dabei wird
vorteilhaft gemäß Patentanspruch 12 diese Hülse nach dem Auffädeln des Schleppventilglieds
auf den Stößel auf diesen aufgepreßt und kann dann als Ganzes eingebaut werden. Patentanspruch
13 zeigt eine alternative Befestigung der Hülse auf dem Ventilstößel auf. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung mit deren Vorteilen sind der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.
Zeichnung
[0006] In der Zeichnung sind sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, sie werden
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische
Darstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraftstoffversorgung aus einem
Kraftstoffhochdruckspeicher und einem Kraftstoffeinspritzventil bekannter Bauart,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Steuerventilglied,
auf dem ein Schleppventilglied angeordnet ist, das durch einen Mitnehmer am Ventilstößel
von seinem Ventilsitz wegbewegt wird, Figur 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels
nach Figur 2 mit einem Steuerventilglied, das eine verbesserte Führung aufweist, Figur
4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Weiterbildung zum Ausführungsbeispiel
nach Figur 2, wobei statt eines Mitnehmers zur Mitnahme des Schleppventilglieds eine
Druckfeder vorgesehen ist, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung bei
dem am Schleppventilglied ein dritter Ventilsitz vorgesehen ist, Figur 6 ein fünftes
Ausführungsbeispiel mit einem Steuerventilglied, das sowohl den Abflußquerschnitt
vom Ventilraum zum Abflußkanal als auch den Verbindungskanal zwischen Ventilraum und
Steuerraum steuert, und Figur 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuerventil
in analoger Ausgestaltung zur Figur 2 den Druck eines Steuerraumes mit Hilfe einer
3/2-Ventilgestaltung steuert, wobei vom Ventilraum unverschließbar eine Verbindung
zum Steuerraum besteht und koaxial zum Steuerventilglied ein Hochdruckzufluß zum Steuerraum
vorgesehen ist, der durch eine Extremstellung des Steuerventilglieds verschließbar
ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0007] Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit der bei hohen Einspritzdrücken mit geringem
Aufwand eine große Variation der Kraftstoffeinspritzung bezüglich Einspritzmenge und
Einspritzzeitpunkt möglich ist, wird durch ein sogenanntes Common Rail System verwirklicht.
Dieses stellt eine andere Art von Kraftstoffhochdruckquelle zur Verfügung als es durch
die üblichen Kraftstoffhochdruckeinspritzpumpen gegeben ist. Dabei ist jedoch die
Erfindung prinzipiell auch bei konventionellen Kraftstoffeinspritzpumpen verwendbar.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung jedoch bei einem Common Rail Einspritz-System.
[0008] Bei dem in Figur 1 dargestellten Common Rail-Einspritzsystem ist als Kraftstoffhochdruckquelle
ein Kraftstoffhochdruckspeicher 1 vorgesehen, der von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe
2 aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 4 mit Kraftstoff versorgt wird. Der Druck in
dem Kraftstoffhochdruckspeicher 1 wird durch einen Drucksensor 6 erfaßt und einer
elektrische Steuereinrichtung 8 zugeführt, die über ein Drucksteuerventil 5 den Druck
im Kraftstoffhochdruckspeicher steuert. Die Steuereinrichtung steuert ferner auch
das Öffnen und Schließen von Kraftstoffhochdruckeinspritzventile 9, die zur Einspritzung
von Kraftstoff vom Kraftstoffhochdruckspeicher versorgt werden.
[0009] In einer bekannten Ausgestaltung weist das Kraftstoffeinspritzventil 9 ein Ventilgehäuse
11 auf, das an seinem einen Ende, das zum Einbau an der Brennkraftmaschine bestimmt
ist, Einspritzöffnungen 12 besitzt, deren Austritt aus dem Innern des Kraftstoffeinspritzventils
durch ein Einspritzventilglied 14 gesteuert wird. Dieses ist im ausgeführten Beispiel
als langgestreckte Ventilnadel ausgebildet, die an ihrem einen Ende eine konische
Dichtfläche 15 besitzt, die mit einem innenliegenden Ventilsitz am Ventilgehäuse zusammenwirkt,
von dem aus die Einspritzöffnungen 12 abführen. Die Ventilnadel ist in einer Längsbohrung
13 an ihrem oberen, der Dichtfläche 15 abgewandten Ende geführt und wird am der Dichtfläche
15 abgewandten, aus der Längsbohrung 13 heraustretenden Ende durch eine Druckfeder
18 in Schließrichtung beaufschlagt. Zwischen der Führung in der Längsbohrung 13 und
dem Ventilsitz ist die Ventilnadel 14 von einem Ringraum 19 umgeben, der in einen
Druckraum 16 mündet, welcher wiederum über eine Druckleitung 17 in ständiger Verbindung
mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 1 steht. Im Bereich dieses Druckraumes weist die
Ventilnadel 14 eine Druckschulter 20 auf, über die sie vom Druck im Druckraum 16 entgegen
der Kraft der Feder 18 beaufschlagt wird im Sinne eines Abhebens der Dichtfläche 15
vom Ventilsitz.
[0010] Die Ventilnadel wird weiterhin durch einen Stößel 21 beaufschlagt, dessen der Ventilnadel
14 abgewandte Stirnseite 22 in einer Stößelführungsbohrung 23 einen Steuerraum 24
begrenzt. Dieser ist über einen Zulaufkanal 26, in dem eine Zulaufdrossel 28 vorgesehen
ist, ständig mit der Druckleitung 17 beziehungsweise dem Kraftstoffhochdruckspeicher
1 verbunden. Der Zulaufkanal mündet seitlich unverschließbar in den Steuerraum 24
ein. Koaxial zum Stößel 21 führt vom Steuerraum 24 ein Verbindungskanal 29 ab, der
in einen Ventilraum 30 eines Steuerventils 31 mündet. In dem Verbindungskanal, der
zugleich auch einen Abflußkanal darstellt, ist eine Durchmesserbeschränkung, vorzugsweise
in Form einer Abflußdrossel 32 vorgesehen. Der nähere Aufbau des Steuerventils 31
ist in den verschiedenen Ausführungsbeispielen 2 bis 7 detaillierter dargestellt.
Diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß das Steuerventil 31 ein Steuerventilglied
34 aufweist, bestehend aus einem Ventilstößel 35, der in einer Stößelbohrung 36 geführt
ist, und einem Ventilkopf 37 an dem in den Ventilraum 30 ragenden Ende des Steuerventilglieds
34. An dem dem Ventilkopf gegenüberliegenden Ende des Ventilstößels 35 ist eine Federteller
38 vorgesehen, an dem sich eine Druckfeder 39 abstüzt, die bestrebt ist, das Steuerventilglied
in Schließstellung zu bringen. In entgegengesetzter Richtung wird das Steuerventilglied
34 durch einen Kolben 40 beaufschlagt, der Teil eines Piezoaktors 41 ist und bei Erregen
des Piezos je nach Grad der Erregung das Steuerventilglied in verschiedene Öffnungsstellungen
bringen kann. Dabei kann der Kolben direkt mit dem Piezo des Piezoaktors verbunden
sein oder mittels einer hydraulischen oder mechanischen Übersetzung von diesem bewegt
werden.
[0011] Zur genaueren Darstellung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Steuerventils 31
wird dieses anhand von Figur 2 näher beschrieben. Dort ist wiederum das Ende des Stößel
21, der die Ventilnadel 14 betätigt, dargestellt. Der Stößel 21 schließt in der Stößelführungsbohrung
23 mit seiner als bewegliche Wand dienenden Stirnseite 22 den Steuerraum 24 ein. Die
Verstellung des Stößels 21 wird nach oben hin durch einen Anschlag 42 begrenzt, der
einen außenliegenden Ringraum 43 freiläßt, in den der Zulauf 26 mündet. Axial führt
im Bereich des Anschlags 42 der Verbindungskanal 29 ab, der die Abflußdrossel 32 enthält
und in den Ventilraum 30 mündet. Dieser hat eine kreiszylindrische Umfangswand 45,
die über einen konischen Ventilsitz 46 in einen den Ventilstößel 35 umgebenden Ringraum
48 übergeht. Von diesem führt ein Abflußkanal 49 zu einem Kraftstoffrücklauf oder
einem Entlastungsraum ab.
[0012] Der am Ende des Ventilstößels 35 angeordnete Ventilkopf 37 weist eine konische dem
Eintritt des Verbindungskanals 29 in den Ventilraum 30 abgewandte Ventilkopfdichtfläche
51 auf, die mit einem Vorventilsitz 52 unter Bildung eines Vorventils 58 zusammenwirkt.
Dieser Vorventilsitz 52 befindet sich am Übergang zu einer inneren Durchgangsbohrung
53 eines hülsenförmigen Schleppventilglieds 54, das den Ventilstößel mit Abstand umgibt.
Die innere Umfangswand der inneren Durchgangsbohrung 53 bildet somit zusammen mit
der Mantelfläche 55 des Ventilstößels 35 einen Durchtrittsquerschnitt 56. Zur Festlegung
der Lage des hülsenförmigen Schleppglieds 54 ist diese über Abstandsrippen 57 am Ventilstößel
35 geführt. Diese Rippen lassen den ausreichend bemessenen Durchtrittsquerschnitt
56 frei.
[0013] An dem Vorventilsitz 52 axial gegenüberliegenden Ende weist das hülsenförmige Schleppglied
54 eine Ventilglieddichtfläche 59 auf, die ebenfalls konisch ausgebildet ist, mit
einem kleineren Konusspitzenwinkel als der Konusspitzenwinkel des konischen Ventilsitzes
46 und mit dem Ventilsitz 46 zusammenwirkt. Dabei stellt der konische Ventilsitz 46
einen Hauptventilsitz eines Hauptvenils 61 dar, der einen wesentlich größeren Durchtrittsquerschnitt
vom Ventilraum 30 zum Ringraum 48 begrenzt als der Durchtrittsquerschnitt der zwischen
Ventilkopf 37 und Vorventilsitz 52 des Vorventils 58 begrenzt wird. Weiterhin sind
zur besseren Führung des hülsenförmigen Schleppventilglieds zwischen diesem und der
Umfangswand 45 des Ventilraumes 30 ebenfalls Längsrippen 60 mit dazwischen liegenden
Nuten vorgesehen, die einen ausreichend großen Durchtrittsquerschnitt 56 zum Hauptventil
61 freilassen.
[0014] In Figur 2 ist das Steuerventil 31 in Schließstellung gezeigt, dabei ist der Ventilkopf
37 mit seiner Dichtfläche 51 zur Anlage an dem Vorventilsitz 52 gelangt und hat über
diesen das hülsenförmige Schleppventilglied 54 mit dessen Schleppventildichtfläche
59 zur Anlage an dem Hauptventilsitz 46 gebracht, so daß eine Verbindung zwischen
Ventilraum 30 und Ringraum 48 beziehungsweise Abflußkanal 49 unterbunden ist.
[0015] In dieser Schließstellung des Steuerventilglieds wird der Steuerraum 24 durch den
ständigen Zufluß von Kraftstoffhochdruckmengen auf den Druck des Kraftstoffhochdruckspeichers
1 gehalten, was bewirkt, daß der Stößel 21 das Einspritzventilglied 14 in seiner Schließstellung
auf dem Ventilsitz hält. Dies ergibt sich daraus, daß die Fläche der beweglichen Wand
22 wesentlich größer ist als die Fläche der mit dem selben Druck beaufschlagten Druckschulter
20 des Einspritzventilglieds 14. Dieser hohe Druck im Steuerraum 24 beaufschlagt auch
den Ventilkopf 37 und das hülsenförmige Schleppglied 54 in jeweils deren Schließrichtung.
[0016] Zur Einleitung einer Einspritzung wird der Piezoaktor angesteuert der dadurch das
Steuerventilglied um einen Öffnungshub verstellt. Dabei wird zunächst das Vorventil
58 geöffnet, indem der Ventilkopf 37 von dem Vorventilsitz 52 abhebt. Es kann eine
Teilmenge von Kraftstoff zum Abflußkanal 49 über den Durchtrittsquerschnitt 56 aus
den Ventilraum bzw. Steuerraum abfließen. Dennoch bleibt der Druck im Ventilraum 30
so groß, daß das Schleppventilglied mit seiner Ventilglieddichtfläche in Schließstellung
am Hauptventilsitz 46 verbleibt. Erst wenn der Hub des Steuerventilglieds so groß
ist, daß ein Mitnehmer 63, der am Ventilstößel 35 z.B. in Form eines U-förmigen Spannelements
befestigt ist, in Anlage an der Stirnfläche 64 des hülsenförmigen Schleppventilglieds
gelangt, wird dieses mit der Weiterbewegung des Ventilstößels 35 von dem Hauptventilsitz
46 abgehoben, so daß nun ein größerer Abflußquerschnitt freigegeben wird zur Entlastung
des Ventilraums 30 beziehungsweise des Steuerraums 24. Mit Abfall der Erregung des
Piezoaktors gelangt der Ventilstößel 35 unter Einwirkung der Feder 39 zusammen mit
dem geschleppten hülsenförmigen Schleppventilglied 54 wieder in die gezeigte Ausgangsschließstellung
zurück.
[0017] Der große Vorteil eines Piezoantriebs ist die Tatsache, daß ein davon betätigtes
Steuerventilglied entsprechend der Erregung des Aktors in definierte Stellungen gebracht
werden kann. Somit lassen sich auch einfach und exakt Einspritzungen in eine Vor-
und in eine Haupteinspritzung unterteilen. Für eine Voreinspritzung bedarf es bei
der oben vorgestellten Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils nur einer geringen
Entlastung des Steuerraums 24 so, daß das Einspritzventilglied nur eine kurzzeitige
Öffnung der Einspritzöffnungen 12 bewirkt. Für eine Haupteinspritzung dagegen muß
zur Durchführung eines großen, schnellen Hubes des Einspritzventilglieds 14 der Steuerraum
24 schnell und wirksam entlastet werden. Je schneller das Einspritzventil öffnen bzw.
schließen kann, desto genauer wird die Einspritzphase bestimmbar. Dadurch daß der
Zulauf 26 die Zulaufdrossel 28 enthält und diese kleiner ist als der Querschnitt auf
der Abflußseite des Steuerraums 24, insbesondere der Querschnitt der Abflußdrossel
32, kann die wirksame Entlastung des Steuerraumes erzielt werden. Die endgültige Steuerung
des Querschnitts zum Abflußkanal 49 hin übernimmt das Steuerventil. Dabei muß dieses
zunächst gegen den hohen Druck im Steuerraum 24 beziehungsweise im Ventilraum 30 anarbeiten.
Da nun aber der Abflußquerschnitt am Vorventil 58 im Verhältnis zum Hauptventil 61
klein ist, wird eine relativ geringe Arbeit für das Öffnen des Vorventils 58 erforderlich.
Durch das Öffnen des Vorventils wird der Druck im Ventilraum 30 bereits wesentlich
abgebaut, so daß dann, wenn eine größere vom Druck im Ventilraum 30 beaufschlagte
Wand gegen diesen Druck verstellt werden muß, die aufzuwendende Kraft bereits geringer
ist. Mit dieser geringeren als bei einstufigem Öffnen erforderlichen Kraft wird der
Querschnitt des Hauptventils schnell geöffnet, was zu einer entsprechend schnellen
Entlastung von Ventilraum und Steuerraum führt. Die Steuerung des Steuerventils kann
dabei so erfolgen, daß mit dem Öffnen des Vorventils 58 der Druck im Steuerraum 24
bereits so abgesenkt wird, daß ein kurzer Öffnungshub des Einspritzventilglieds 14
ermöglicht ist. Daran anschließend kann das Steuerventilglied 35 nochmals weiterbewegt
werden und über das Schleppventilglied 54 den größeren Abflußquerschnitt aufsteuern,
um mit der dann folgenden schnellen Entlastung die Öffnung des Einspritzventilglieds
14 zur Haupteinspritzung zu initiieren. Die Beendigung der Haupteinspritzung wird
durch Schließen des Steuerventils gesteuert und somit auch die Einspritzmenge.
[0018] In einer alternativen Ausgestaltung der Ansteuerung des erfindungsgemäßen Steuerventils
kann der Druck nach dem Öffnen des Vorventils nur soweit entlastet werden, daß das
Einspritzventilglied 14 noch geschlossen bleibt, aber eine nur noch geringere weitere
Entlastung ein Öffnen desselben bewirkt. Durch eine anschließende weitere Verstellung
des Ventilstößels 35 kann dann durch die Vergrößerung des Öffnungsgrades des Vorventils
und/oder durch geschlepptes Öffnen des Schleppventilglieds eine kurze weitere Entlastung
des Druckes im Steuerraum 24 beziehungsweise Ventilraum 30 vorgenommen werden, zur
Erzeugung einer Voreinspritzung und anschließend durch Rücknahme des Ventilstößelhubes
eine Beendigung derselben. Dem folgt dann ein größerer Ventilstößelhub, bei dem über
das Schleppventilglied 54 wiederum eine volle Entlastung des Steuerraums 24 zur Durchführung
der Haupteinspritzung bewirkt wird.
[0019] Mit Hilfe des Hubes h1 des Ventilstößel 35, der notwendig ist, damit der Mitnehmer
63 zur Anlage an der Stirnseite 64 des Schleppventilglieds 54 gelangt, kann der Öffnungshub
des Vorventils definiert werden. Die Stirnseite 64 ist dabei so gestaltet, daß auch
bei Anlage des ringförmigen Mitnehmers 63 der ausreichende Durchtrittsquerschnitt
56 vom Ventilraum 30 zum Ringraum 48 zur Verfügung steht. Dabei kann die Stirnseite
zum Beispiel kronenartig ausgeführt werden, mit radialen Durchtrittsquerschnitten.
Die Begrenzung des Ablaufquerschnittes durch die Ablaufdrossel 32, die im ausgeführten
Beispiel im Verbindungskanal 29 angeordnet ist, kann auch an einer anderen Stelle
folgen, zum Beispiel im Ablaufkanal 49 oder durch Dimensionierung eines maximalen
Durchflußquerschnittes 56 dazwischen.
[0020] Den Figuren 8a bis 8c sind die Steuerabläufe dieses Steuerventils zu entnehmen. In
Figur 8a ist der Hub des Einspritzventilglieds 14 über den Drehwinkel der Brennkraftmaschine
beziehungsweise der Zeit aufgetragen. Man erkennt den kleineren Vorhub V der Einspritzventilnadel
14 zur Durchführung der Voreinspritzung, die dazwischenliegende Pause P, bei dem das
Steuerventil ganz oder soweit geschlossen wird, daß sich ein das Einspritzventilglied
wieder in Schließstellung bringender Druck im Steuerraum 24 einstellt, und dem daran
anschließenden Hub H, über dessen Dauer die Haupteinspritzung definiert ist. Ausgelöst
wird dies durch die in der darunterliegenden Folge dargestellten Hübe des Steuerventilglieds.
Man erkennt den Hub V1, durch den bei Erreichen der Maximalöffnungsposition beim Hub
h1 des Stößels 35 , bevor also zum Beispiel das Schleppventilglied vom Hauptventilsitz
abgehoben wird, der Steuerraum 24 so entlastet ist, daß der Hub des Einspritzventilglieds
14 für den Hub V beginnen kann. Über den Hub V1 bleibt die Entlastung zur Voreinspritzung
bestehen. In der Betätigungspause P1 des Steuerventilglieds, d.h. bei nicht erregtem
Piezo bleibt das Einspritzventilglied 14 geschlossen. Am Ende von P1 beginnt die Wiederbetätigung
des Steuerventilglieds 35 durch den Piezo bis zu einem Hub h2, in dem der gesamte
Absteuerquerschnitt nach Öffnen des Hauptventils 61 durch das Schleppventilglied 54
aufgesteuert ist und der Steuerraum 24 maximal entlastet ist. Bereits im Bereich zwischen
h1 und h2 öffnet das Einspritzventilglied und bleibt über die Länge des Geöffnetseins
des Steuerventils in Offenstellung, solange, bis bei der Schließbewegung des Steuerventilglieds
wieder der Druck im Steuerraum 24 unterschritten wird, der in der Lage ist das Einspritzventilglied
geöffnet zu halten.
[0021] In dem darunterliegenden Diagramm 8c wird der Druckverlauf im Steuerraum 24 dargestellt
mit entsprechenden Druckeinbrüchen dann, wenn gemäß Diagramm 8b das Steuerventilglied
h1 geöffnet hat.
[0022] Eine Modifikation des Steuerventils gemäß Figur 2 wird in Figur 3 dargestellt. Soweit
diese Ausgestaltung mit Figur 2 übereinstimmt, werden die gleiche Bezugsziffern verwendet.
Es wird hierzu auf die entsprechende Beschreibung zu Figur 2 verwiesen. Abweichend
von der Ausführung nach Figur 2 ist bei Figur 3 in dem Bereich, in dem bei Figur 2
der Ventilstößel 135 in der Stößelbohrung 36 geführt ist, eine Hülse 166 auf dem Stößel
135 angeordnet. In der Figur 3 ist diese Hülse axial zwischen einem Anschlag 167 und
einer Haltescheibe 168 am Stößel fixiert. Der Anschlag wird durch eine Schulter des
Stößels gebildet, die am Ende der aus den hülsenförmigen Schleppglied 54 herausragenden
Abstandsrippen 57 vorgesehen ist. Die Haltescheibe kann zum Beispiel als Sprengring
in eine Ringnut 69 des Stößels an seinem aus der Stößelbohrung 136 herausragendem
Ende verwirklicht sein. Alternativ kann jedoch die Hülse auch auf den Stößel 135 aufgepreßt
sein. Durch den Anschlag 167 wird ferner der Hub h1 definiert, ab dem der Stößel,
der sich zusammen mit der Hülse 166 bewegt, zur Anlage an dem hülsenförmigen Schleppglied
54 gelangt. Ferner besitzt die Hülse 166 an ihrem unteren zum Schleppventilglied 54
weisenden Ende eine Durchmesserreduzierung, mit der im Ersatz zu dem Ringraum 48 von
Figur 2 hier wiederum ein Ringraum 148 gebildet wird, der ständig in Verbindung mit
dem Abflußkanal 49 steht. Das Schleppglied 54 ist wie auch im vorigen Ausführungsbeispiel
nach Figur 2 an seiner Stirnfläche so gestaltet, daß einen Überströmquerschnitt freigelassen
wird, der in der Größenordnung des Durchtrittsquerschnitt 56 liegt.
[0023] Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß die Führungsfläche innerhalb
der Stößelbohrung 136 größer ist und somit das Steuerventilglied exakter geführt wird.
Da der Stößel 135 zum Zusammenbau durch die innere Durchgangsbohrung 53 hindurchgeführt
werden muß, wäre einer Vergrößerung des Führungsdurchmessers des Stößels im Bereich
der Stößelbohrung gemäß Figur 2 eigentlich eine Grenze gesetzt. Durch die Hinzufügung
der Hülse 166 kann dennoch die Führungsfläche vergrößert werden, wobei die Hülse nachträglich
nach Auffädelung des Schleppventilglieds 54 auf den Ventilstößel montiert wird. Der
Außendurchmesser der Hülse ist dabei größer als der Durchmesser der inneren Durchgangsbohrung
53 des Schleppventilglieds und kleiner als der Durchmesser des Ventilraums 30.
[0024] Eine weitere Variante eines Steuerventils in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach
Figur 2 ist in Figur 4 wiedergegeben. Auch hier werden zwei unterschiedliche Abflußquerschnitte
des Abflußkanals aufeinander folgend aufgesteuert. Wie auch in Figur 2 ist hier wiederum
der von dem Stößel 21 des Einspritzventilgliedes 14 begrenzte Steuerraum 24 vorgesehen,
der über den die Drossel 32 enthaltenen Verbindungskanal 29 mit dem Ventilraum 30
verbunden ist. In diesen Ventilraum ragt der Stößel 235 mit dem Ventilkopf 237 und
der Ventilkopfdichtfläche 251, die im Schließzustand des Steuerventils in Anlage am
Vorventilsitz 52 des hülsenförmigen Schleppventilglieds 54 ist, unter Bildung des
Vorventils 58. Über den Ventilkopf 237 wird dieses zusätzlich mit ihrer Ventilglieddichtfläche
59 in Anlage am Hauptventilsitz 46 des Hauptventils 61 gehalten. Jenseits dieses Ventilsitzes
46 befindet sich wiederum der Ringraum 48, der vom Stößel 235 durchdrungen ist und
der in ständiger Verbindung mit dem Ablaufkanal 49 ist. Wie auch in den Ausführungsbeispielen
nach Figur 2 und 3 ist das hülsenförmige Schleppventilglied 54 an seinem Außenumfang
über Längsrippen 60, die durch zwischen diesen liegende Nute gebildet sind, an der
Umfangswand 45 des Ventilraums 30 geführt. Diese Längsrippen lassen den Durchflußquerschnitt
zum Hauptventil 61 hin frei. Die innere Durchgangsbohrung 53 des Schleppventilglieds
54 ist vom Ventilstößel 35 beabstandet, so daß ausgehend vom Vorventil ein entsprechender
Durchflußquerschnitt 56 zum Ringraum 48 beziehungsweise Abflußkanal 49 besteht.
[0025] Der Verbindungskanal 29 liegt dem Ventilkopf 237 koaxial gegenüber und mündet dort
in einer axialen Begrenzungswand 270 des Ventilraums 30. Der Einmündung des Verbindungskanals
29 gegenüberliegend ist der Ventilkopf 237 an seiner Stirnseite mit einer Dichtfläche
271 versehen, die entweder eben kegelförmig oder konisch sein kann. Entsprechend ist
der Bereich des Austritts des Verbindungskanals 29 an der axialen Begrenzungswand
270 als Ventilsitz ausgebildet, so daß der Verbindungskanal durch die Dichtfläche
271 verschlossen werden kann. Die axiale Begrenzungswand ist somit als Ventilsitz
eines dritten Ventils 279 mit dem Ventilkopf 237 als Ventilglied ausgebildet.
[0026] Bei diesem Ventil folgt die Betätigung des Ventilstößels 235 so, daß zur Realisierung
einer Voreinspritzung der Ventilkopf 237 in einem Zug von seiner Anlage am Vorventilsitz
52 wegbewegt wird, bis zur Anlage seiner Dichtfläche 271 an dem Ventilsitz 270 des
dritten Ventils 279 beziehungsweise an der axialen Begrenzungswand 270. Über den Weg
des Ventilkopfs erfolgt eine kurzzeitige Entlastung des Ventilraums 30 und des Steuerraums
24, die bei entsprechender Bemessung ausreichend ist, eine Öffnung des Einspritzventilglieds
14 zur Durchführung einer Voreinspritzung zu bewirken. Liegt der Ventilkopf 237 mit
seiner Dichtfläche 271 dicht an der axialen Begrenzungswand 270 an, ist also der Verbindungskanal
29 ganz geschlossen, so kann sich der Druck im Ventilraum weiter entspannen, währenddessen
der Druck im Steuerraum 24 über den Zulauf 26 wieder aufgebaut wird, was ein Schließen
der Einspritzventilnadel 14 nachsichzieht. Die Druckentlastung im Ventilraum 30 führt
wiederum dazu, daß die Rückführungskräfte einer im Ringraum 48 angeordneten Druckfeder
272, die sich zwischen dem Gehäuse und der ringraumseitigen Stirnseite des Schleppventilglieds
54 abstützt, überwiegt und das Schleppventilglied 54 der Verstellung des Ventilkopfes
237 nachführt bis zur wiederum dichten Anlage an dessen Ventilkopfdichtfläche 251.
Wenn dann in der Folge durch entsprechende Steuerung des Piezoaktors der Ventilkopf
in eine Zwischenstellung zwischen den Ventilsitzen 270 und 46 bewegt wird, kann der
Steuerraum 24 über den Ventilraum 30 und den großen Öffnungsquerschnitt des Hauptventils
61 sehr schnell im vollen möglichen Umfang entlastet werden, so daß hier zur Durchführung
einer Haupteinspritzung eine maximale, schnelle Verstellung des Einspritzventilglieds
in Öffnungsrichtung erfolgen kann. Die Abkopplung des Steuerraums 24 von der Druckquelle
1 über die Zulaufdrossel 28 erlaubt hier eine Entlastung auf nahezu vollständigen
Entlastungsdruck, begünstigt durch den großen Abströmquerschnitt am Außenumfang des
Schleppventilglieds. Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird der Ventilkopf zusammen
mit dem Schleppventilglied 54 wieder zurückgeführt, unter dichtem Verschluß des Vorventils
58 und des Hauptventils 61. Der große Vorteil bei dieser Ausgestaltung besteht darin,
daß zur Durchführung der Voreinspritzung nur eine einzige Bewegung des Steuerventilglieds
in einer Richtung erforderlich ist und zur Durchführung der Haupteinspritzung weiterhin
nur eine Rückbewegung in Form eines Teilhubes in Richtung Ausgangsstellung und einer
sich anschließenden endgültigen Rückführung.
[0027] Während bei den Ausführungsbeispielen Figuren 2 und 3 jeweils nur zwei Ventile im
Zusammenhang mit dem Steuerventilglied und dem Schleppventilglied verwirklicht wurden,
waren im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel Figur 4 insgesamt drei Ventile verwirklicht,
das Vorventil 58 mit dem Vorventilsitz 52, das Hauptventil 61 mit dem Hauptventilsitz
46 und das dritte Ventil 279 mit dem Ventilsitz 270. In alternativer Ausgestaltung
nach Figur 5 sind auch hier drei Ventile verwirklicht. Diese Ausführung baut jedoch
auf die Ausgestaltung nach Figur 3 auf. Wie in Figur 3 ist auch hier wieder der Ventilraum
30 vorgesehen, in dem koaxial zum Ventilstößel 35 der Verbindungskanal 29 vom Steuerraum
24 herkommend, einmündet.
[0028] Es ist hier wieder am in den Ventilraum 30 ragenden Ende des Stößels 335 der Ventilkopf
337 vorgesehen, mit der Ventilkopfdichtfläche 351, die mit dem Vorventilsitz 52 am
Schleppventilglied 354 unter Bildung des Vorventils 58 zusammenwirkt. Dieses hat wiederum
an seinem dem Ventilkopf 337 abgewandten Ende außen zu seiner Umfangswand kegelförmig
geneigt oder kugelförmig angeordnet die Ventilglieddichtfläche 59, die mit dem Hauptventilsitz
46 unter Bildung des Hauptventils 61 am Übergang zwischen Ventilraum 30 zum Ringraum
48 zusammenwirkt. Das Schleppventilglied ist am Außenumfang durch Längsrippen 60 an
der Umfangswand des Ventilraumes geführt. Auch ist auf dem Ventilstößel 335 eine Hülse
366 aufgepreßt, die einen vergrößerten Außenumfang bereithält, über den der Ventilstößel
in der Stößelbohrung 336 geführt wird. Diese Hülse 366 ragt in den mit dem Abflußkanal
49 verbundenen Ringraum 48 hinein und überragt dort eine Ringnut 374 des Stößels 335,
die axial von der Ventilkopfdichtfläche des Ventilkopfes 337 begrenzt ist und den
radialen Abstand zur inneren Durchgangsbohrung 53 des Schleppgliedes 54 hält und somit
den Durchflußquerschnitt 56 bildet. Die Hülse 366 hat nun in ihrem die Ringnut 374
überlappenden Bereich stirnseitig eine kegelförmige Dichtfläche 375, die bei entsprechender
Bewegung des Ventilstößels 335 zur Anlage auf einen kegelförmigen Ventilsitz 376 an
der Stirnseite des Schleppventilglieds 354 bringbar ist. Dieser Ventilsitz 376 bildet
somit zusammen mit der kegelförmigen Dichtfläche 375 ein drittes Ventil 379. Der kegelförmige
Ventilsitz 376 ist dabei zum Innern der inneren Durchgangsbohrung 53 des Schleppventilglieds
354 hin geneigt, also in Gegenrichtung der Neigung der Ventilglieddichtfläche 59 des
Hauptventils 61.
[0029] In der gezeigten Schließstellung des Steuerventils wird der Ventilkopf mit seiner
Ventilkopfdichtfläche in Anlage an dem Vorventilsitz 52 gebracht und weiterhin das
Schleppventilglied 354 mit seiner Ventilglieddichtfläche 59 in Anlage an den Hauptventilsitz
46 gebracht. Damit ist die Verbindung zwischen dem Ventilraum 30 und dem Ablaufkanal
49 unterbunden und es kann der Steuerraum 24 auf den von der Druckquelle vorgegebenen
hohen Druck gebracht werden, mit dem Erfolg des Schließens des Einspritzventilglieds
14. Bei einer anschließenden Betätigung des Steuerventils zur Durchführung einer Voreinspritzung
wird der Stößel 335 mit der Hülse 366 soweit bewegt, daß die kegelförmige Dichtfläche
375 der Hülse 366 in dichter Anlage an den kegelförmigen Ventilsitz 376 des Schleppventilglieds
354 gelangt. Über diesen Hub h5 erfolgt eine kurzzeitige Entlastung des Ventilraums
30 und des Steuerraums 24, die ausreicht, das Einspritzventilglied 14 in eine Voreinspritzstellung
zu bewegen. Mit Schließen des dritten Ventils 379 durch Anlage der Dichtfläche 375
an den kegelförmigen Ventilsitz 376 nach Zurücklegen des Hubes h5, wird durch Druckaufbau
im Steuerraum 24 die Voreinspritzung beendet. Für die Haupteinspritzung wird nachfolgend
das Steuerventilglied weiterbewegt. Dadurch wird das Schleppventilglied 354 vom Hauptventilsitz
46 abgehoben, so daß es zu einer vollen maximalen Entlastung des Steuerraums 24 kommt.
Für diese Entlastung steht ein wesentlich größerer Querschnitt zur Verfügung, als
der der zur Durchführung der Voreinspritzung zur Verfügung stand, durch Öffnen des
Vorventils bis Schließen des dritten Ventils. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung
besteht darin, daß durch eine gestufte Bestromung des Piezoaktors dieser für die Vor-
und Haupteinspritzung in nur eine Richtung geschaltet werden muß. Es ergeben sich
dabei sehr kurze Schaltzeiten, insbesondere ist durch das Durchschalten von dem einen
Ventilsitz 52 zum anderen Ventilsitz 376 eine sehr kurze Entlastung und damit eine
sehr kleine Voreinspritzmenge verwirklichbar. Zur Beendigung der Einspritzung wird
der Stößel in die gezeigte Ausgangsstellung zurückgebracht. Für jeden Einspritzvorgang
steht ein separater Entlastungsquerschnitt zur Verfügung, der den entsprechenden Erfordernissen
angepaßt werden kann.
[0030] Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt, das eine
Weiterentwicklung des Ausführungsbeispiels nach Figur 4 darstellt. Wie beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 4 sind in Zusammenwirkung von Ventilkopf 437 und Schleppventilglied 454
drei Ventile verwirklicht. Wie auch bei Figur 4 mündet wiederum der Verbindungskanal
29 koaxial zum Ventilstößel 435 in den Ventilraum 30 ein. Wie auch beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 4 ist die axial gerichtete Wand 470 des Ventilraums 30 am Eintritt des
Verbindungskanals 29 als Ventilsitz des dritten Ventils 479 ausgebildet, an dem die
als Dichtfläche ausgebildete Stirnseite 471 des Ventilkopfes 437 in Anlage bringbar
ist. Der Ventilkopf 437 trägt die Ventilkopfdichtfläche 51, die mit dem Vorventilsitz
52 am Übergang von der Stirnseite des Schleppventilglieds 454 zu seiner inneren Durchgangsbohrung
53 unter Bildung des Vorventils 58 zusammenwirkt. Am gegenüberliegenden Ende trägt
das Schleppventilglied 454 eine kegelförmige Ventilglieddichtfläche 459, die mit dem
Hauptventilsitz 46 am Übergang des Ventilraums 30 zu dem Ringraum 48 unter Bildung
des Hauptventils 61 zusammenwirkt. Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4
ist das Schleppventilglied 454 durch eine Druckfeder 472 in Richtung eines Öffnen
des Hauptventils 61 belastet. Dabei setzt die Feder 472 über eine Druckscheibe 477
an einer stutzenförmigen Verlängerung 478 des Schleppventilglieds 54 an. Im Bereich
dieser stutzenförmigen Verlängerung 478 wird das Schleppventilglied 454 dicht auf
dem Außenmantel 455 des Ventilstößels 435 geführt, so, daß zwischen dem Ventilkopf
437 und dem Schleppventilglied 454 eine Ringausnehmung 480 eingeschlossen ist, die
über eine durch das Schleppentilglied führende Drosselbohrung 481 in ständiger Verbindung
mit dem Ringraum 48 steht.
[0031] Bei dieser Ausgestaltung sind somit drei Drosseln verwirklicht, zum einen ist das
die Zulaufdrossel 28 im Zulauf 26 zum Steuerraum 24, zum zweiten ist es die Abflußdrossel
32 im Verbindungskanal 29 und zum dritten die oben erwähnte Drosselbohrung 81.
[0032] Wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird zur Erzielung einer Voreinspritzung
das Steuerventilglied so betätigt, daß der Ventilkopf 437 vom Vorventilsitz 52 abgehoben
wird und durchbewegt wird bis zur Anlage seiner Dichtfläche 471 am Ventilsitz 470
des dritten Ventils 479. Über diese Bewegungsdauer erfolgt eine kurze Entlastung des
Steuerraums 24, die bestimmt ist durch den Querschnitt der Drosselbohrung 481 als
einzige Verbindung zwischen Steuerraum 24 und Ringraum 48 bei zunächst noch am Hauptventilsitz
46 anliegendem Schleppventilglied. Anschließend in der Schließstellung des dritten
Ventils 479 in Anlage an der axialen Begrenzungswand 470 des Ventilraums 30 wird der
Ventilraum über die Drosselbohrung 481 weiter entlastet. Es entsteht dabei im Ventilraum
30 ein Entlastungsdruck, der es erlaubt, das Schleppventilglied 454 durch die Feder
472 von dem Hauptventilsitz 46 weg zur Anlage auf die Ventilkopfdichtfläche 51 des
Ventilkopfes bewegt wird. Damit wird aber auch das Hauptventil 61 geöffnet, so daß
sich der Steuerraum 30 weiterhin entlasten kann. Zur Durchführung der Haupteinspritzung
wird darauf wiederum der Ventilkopf 437 zusammen mit dem Schleppventilglied 454 in
eine Zwischenstellung bewegt, in der der große Verbindungsquerschnitt des Hauptventils
61 zwischen dem Abflußkanal 49 und dem Steuerraum 24 geöffnet ist.
[0033] Abweichend von der Ausführungsform nach Figur 4 bietet sich hier die Möglichkeit
eines gezielten Einsatzes von Drosseln zur Bestimmung der Entlastungsdynamik des Steuerraums
24. Zur Durchführung der Voreinspritzung wird die Entlastung durch die Drosselbohrung
481 bestimmt und bei der Haupteinspritzung wird die Entlastung des Steuerraums 24
durch die größere Abflußdrossel 32 bestimmt, die kleiner ist als der Abströmquerschnitt
des Hauptventils 61. Zusammen mit der Zulaufdrossel 29 stellt sich dann zur Definition
der Haupteinspritzung in der gewünschten Gradation der Druck im Steuerraum 24 ein.
Die Haupteinspritzung wird schließlich durch Zurückbewegen des Stößels 435 in die
gezeigte Ausgangsstellung von Figur 6 erzielt, bei der das Vorventil 58 und das Hauptventil
61 geschlossen sind und das dritte Ventil 479 geöffnet ist. Man kann auf diese Weise
im Endhubbereich der Ventile den Toleranzeinfluß des Ventilhubes minimieren. Die Querschnitte
können für die Vorund Haupteinspritzung individuelle angepaßt werden.
[0034] Im Diagramm, Figur 9a bis 9c ist aufgezeichnet, wie der Bewegungsabläufe der Einspritzventilnadel
14, des Ventilkopfes 437 und des Schleppventilglieds 454 ausgebildet sind. Im oben
stehenden Diagramm 9a ist über den Hub und die Zeit die Bewegung der Einspritzventilnadel
aufgezeichnet, mit einem kleinem Hub zur Voreinspritzung V, einer dazwischenliegenden
Pause P, in dem das Einspritzventil geschlossen ist und einen anschließenden Haupteinspritzung
H. Ausgelöst wird die Voreinspritzung gemäß dem darunterliegenden Diagramm 9b durch
die Verstellung des Ventilkopfes 437. Ausgehend von der Schließstellung gemäß Figur
6 wird der Ventilkopf vom Vorventilsitz 52 durchbewegt bis zur Anlage am Ventilsitz
470 des dritten Ventils, was in dem Diagramm durch die Zahl 470 an der Ordinate dargestellt
ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Steuerraum 24 wieder verschlossen, so daß sich über
die Pause, in dem auch das dritte Ventil 479 verschlossen ist, der hohe Schließdruck
im Steuerraum 24 einstellt und das Einspritzventilglied 14 geschlossen hält. In diesem
Zeitraum bewegt sich aber gemäß Diagramm 9c das Schleppglied 454 ab Verschließen des
dritten Ventils 479 bis zur Anlage am Ventilkopf 437. Diese Position wird in dem Diagramm
mit der Zahl 52 an der Abszisse dargestellt. Nach Anlage verharrt auch das Schleppventilglied
454 in dieser Endstellung bis zum Ende der Pause P. Dann wird das Steuerventilglied
wieder zurück in eine Zwischenstellung bewegt wird. Hierbei bewegen sich der Ventilkopf
437 und das Schleppventilglied synchron in eine Zwischenstellung Z, die zur vollen
Entlastung des Steuerraumes 24 führt. Mit der Rückführung von Ventilkopf 437 und Schleppventilglied
454 wird schließlich die Entlastung des Steuerraumes 24 wieder unterbrochen und es
baut sich der das Schließen des Einspritzventilglied bewirkende Steuerdruck wieder
auf.
[0035] Im Vorstehenden wurden in verschiedenen Ausführungsformen des Steuerventils dargestellt,
daß zur Steuerung des Druckes im Steuerraum 24 eine Verbindung zum Abflußkanal 49
hergestellt wird, was zu einer Entlastung des Steuerraums 24 führt. Zur Belastung
des Steuerraums wird lediglich das Steuerventil wieder in Schließstellung gebracht
und der ständige Zulauf von Kraftstoffhochdruck über den Zulaufkanal 26 eingestellt.
Solche Ventile arbeiten im Prinzip als 2/2-Ventile. Im Vorliegenden wurde ein solches
2/2-Ventil durch das Schleppventilglied 54 modifiziert. Gemäß Figur 7 kann ein solches
Ventil aber auch als 3/2-Ventil ausgeführt werden, wobei in einer ersten Stellung
des Ventils eine Verbindung vom Kraftstoffhochdruckspeicher vom Steuerraum hergestellt
wird unter gleichzeitigem Verschluß des Abflußkanals und in einer zweiten Stellung
des Ventils die Verbindung zwischen Kraftstoffhochdruckspeicher 1 und Steuerraum unterbunden
werden, unter Herstellung der Verbindung des Steuerraums zum Entlastungskanal. Figur
7 zeigt in diesem Zusammenhang eine sehr ähnliche Ausgestaltung wie Figur 2 mit dem
Unterschied, daß der Ventilraum 530 über den Verbindungskanal 529 in ständiger Verbindung
mit dem hier nicht weiter gezeigten Steuerraum steht. Dieser Verbindungskanal zweigt
von der Umfangswand des zylindrisch ausgebildeten Ventilraums 530 ab. Der Zulauf von
Hochdruckkraftstoff erfolgt hier an der axialen Stirnwand 570 des Ventilraums 530,
wobei dieser Zulauf 526 koaxial zur Achse des Ventilraums 530 beziehungsweise des
Stößels 535 einmündet. Die Stirnseite 570 bildet dabei im Einmündungsbereich des Zulaufs
526 einen Ventilsitz, der mit einer stirnseitigen Dichtfläche 571 am Ventilkopf 537
in analoger Ausgestaltung zu Figur 4 als drittes Ventil 479, hier jedoch in abweichender
Funktion, zusammenwirkt. Wie auch in den vorigen Ausführungsbeispielen ist der Ventilstößel
535 in einer Stößelbohrung 36 geführt und durchdringt den Ringraum 48, der wiederum
über den Hauptventilsitz 46 den im Durchmesser größeren Ventilraum 530 übergeht. Mit
dem Hauptventilsitz 46 wirkt eine Ventilglieddichtfläche 59 eines gleichermaßen wie
bei Figur 2 ausgebildeten Schleppventilglieds 54 zusammen, wobei diese Ventilglieddichtfläche
konisch ausgebildet ist, analog dem konischen Übergang zwischen Ventilraum 530 und
Ringraum 48 und am einen Ende des hülsenförmigen Schleppventilglieds 54 zu dessen
Außenumfang geneigt angeordnet ist. Am gegenüberliegenden Ende des hülsenförmigen
Ventilglieds 54 befindet sich wiederum zur inneren Durchgangsbohrung 53 geneigt eine
kegelförmiger Vorventilsitz 52, der mit einer Ventilkopfdichtfläche 551, die ebenfalls
kegelförmig ausgebildet ist, am Ventilkopf 537 zusammenwirkt. Im Bereich des Ringraumes
48 weist der Ventilstößel 535 ferner einen Mitnehmer 563, der zum Beispiel als Sprengring
in eine Ringnut 583 des Ventilstößel eingeklippst sein kann. Befindet sich der Ventilkopf
in Anlage an dem Vorventilsitz 52 des Vorventils 58 und die Ventilglieddichtfläche
59 in Anlage am Hauptventilsitz 46 ds Hauptventils 61, ist der Mitnehmer 563 um einen
Hub h1 von einer Stirnseite 564 des Schleppventilglieds beabstandet. Auch bei Anlage
des Mitnehmers 563 an der Stirnseite 564 bleibt genügend Querschnitt frei, um ein
Kraftstoffluß vom Ventilraum 530 bei geöffnetem Vorventil durch den zwischen Ventilstößel
535 und der inneren Durchgangsbohrung gebildeten Durchtrittsquerschnitt 56 zum Ringraum
48 abfließen kann und von dort über den Abflußkanal zur Entlastungsseite.
[0036] Bei Betätigung des Ventilstößels 535 durch den Aktor kann dieser mit dem Ventilkopf
vom Vorventilsitz 52 abgehoben werden, so daß unter gleichzeitigem Zufluß von Kraftstoff
über den Zulaufkanal 536 und Abfluß von Kraftstoff über den Durchtrittsquerschnitt
56 zum Abflußkanal 49 sich im Steuerraum ein mittlerer Druck einstellt, der ausreichend
ist, um eine Voreinspritzung durch Öffnen des Einspritzventilglieds 14 zu bewirken.
Für die Haupteinspritzung wird das Steuerventilglied mit dem Ventilkopf 537 durchgeschaltet
bis zur Anlage der Dichtfläche 571 am Ventilsitz 570 beziehungsweise Schließen des
dritten Ventils 579. Damit ist der Zulauf von Hochdruckkraftstoff in den Ventilraum
und damit auch in den Steuerraum unterbunden und der Steuerraum kann zum Abflußkanal
49 ganz entlastet werden. Im Laufe dieser Bewegung ist zusätzlich der Mitnehmer 563
in Anlage an die Stirnseite 564 gelangt und hat das Schleppventilglied 54 vom Hauptventilsitz
46 abgehoben, so daß auch ein sehr großer Entlastungsquerschnitt vom Steuerraum 24
zum Abflußkanal 49 hergestellt ist. Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird daraufhin
der Ventilstößel mit Ventilkopf 537 wieder in die gezeigte Ausgangsstellung zurückbewegt,
bei der das dritte Ventil 579 geöffnet und das Vorventil 58 und das Hauptventil 61
geschlossen sind. Es kann sich dann durch den zulaufenden Hochdruckkraftstoff wieder
der hohe Druck im Steuerraum aufbauen und das Einspritzventilglied 14 in Schließstellung
bringen. In analoger Weise können bei einem solches 3/2-Steuerventils auch analog
die Ausgestaltungen nach Figuren 3 und 5 Anwendung finden.
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle
(1), aus der ein Kraftstoffeinspritzventil (9) mit Kraftstoff versorgt wird, das ein
Einspritzventilglied (14) zur Steuerung einer Einspritzöffnung (12) und einen Steuerraum
(24) aufweist, der von einer beweglichen Wand (22), die mit dem Einspritzventilglied
(14) wenigstens mittelbar verbunden ist, begrenzt wird und der einen von einer Hochdruckquelle,
vorzugsweise von der Kraftstoffhochdruckquelle (1) kommenden Zuflußkanal (26), und
einen zu einem Entlastungsraum führenden Abflußkanal (29) aufweist, und dessen Druck
durch ein den Zuflußkanal (26, 126) oder den Abflußkanal (29, 49) steuerndes Steuerventil
(31), das von einem Piezoaktor (41) betätigt wird, gesteuert wird, wobei das Steuerventil
(31) ein Steuerventilglied (34) hat mit einem in einem Gehäuse geführten Ventilstößel
(35), an dessen Ende ein in einen Ventilraum (30) ragender Ventilkopf (37, 137) vorgesehen
ist, der eine zu einem Ventilsitz (52) weisende Ventilkopfdichtfläche (51) hat und
der einen Abflußquerschnitt eines Abflußkanals (49) steuert wobei der Ventilraum (30,
130) mit dem Steuerraum (24) verbunden ist und bei geschlossenem Abflußquerschnitt
dem Druck der Krafstoffhochdruckquelle (19) ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuerventil aufeinanderfolgend zwei unterschiedlich große Abflußquerschnitte
nacheinander aufsteuerbar sind, wobei ein erster Abflußquerschnitt von einem Vorventil
(58) und ein zweiter Abflußquerschnitt von einem Hauptventil (61) gesteuert ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Ventilraumes (30, 530) der Ventilstößel (35) von einem hülsenförmigen
Schleppventilglied (54) umgeben ist, mit einer inneren Begrenzungsfläche (53) zwischen
der und dem Ventilstößel (35, 135) ein innerer Durchtrittquerschnitt (56) besteht,
und dass das Schleppventilglied (54) an seinem einen axialen Ende zur Seite der Ventilkopfdichtfläche
(51) hin einen Vorventilsitz (52) aufweist, der zusammen mit der Ventilkopfdichtfläche
(51) das Vorventil (58) bildet, das den ersten über den inneren Durchtrittsquerschnitt
(56) mit dem Abflußkanal (49) verbundenen Abflußquerschnitt steuert und an seinem
anderen axialen Ende eine Ventilglieddichtfläche (59) aufweist, die mit einem gehäusefesten
Hauptventilsitz (46) zusammenwirkt, unter Bildung des einen zweiten Abflußquerschnitt
des Abflußkanals(49) steuernden Hauptventils (61), von dem stromabwärts der Abflußkanal
(49) weiterführt.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wand (45) des Ventilraumes (30) und dem Schleppventilglied (54) ein
äußerer Durchtrittsquerschnitt zum Hauptventilsitz (46) besteht.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilsitz (46) am Übergang des Ventilraumes (30) zu einem vom Ventilstößel
(35) durchdrungenen Ringraum (48), gebildet wird, von dem der Abflußkanal (49) weiterführt.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventilglied (34) durch den Piezoaktor (41) um festglegte Hübe bewegbar
ist und bei Betätigung des Steuerventilglieds (34) zur einer Entlastung des Drucks
im Ventilraum (30) über den ersten Abflußquerschnitt des Abflußkanals bei einem ersten
Hub die Ventilkopfdichtfläche (51) des Vorventil (58) vom Vorventilsitz (52) abgehoben
wird und bei einer anschließenden weiteren Hub des Steuerventilgliedes (34) das Schleppventilglied
(54) von dem Hauptventilsitz (46) abgehoben und der zweite Abflußquerschnitt des Abflußkanals
(49) geöffnet wird.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppventilglied (54) durch einen am Steuerventilglied (34) angeordneten Mitnehmer
(63) vom Hauptventilsitz (46) abgehoben wird.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (63) ein in eine Ringnut des Stößels (35) eingesetzter Ring ist, der
bei geschlossenem Vorventil (58) einen einen Vorsteuerhub definierenden Abstand h1
von der Stirnseite (64) des Schleppventilglieds (54) hat.
8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppventilglied (54) durch eine sich gehäusefest abstützende Druckfeder (272,
472) zur Ventilkopfdichtfläche (251, 451) hin belastet ist und nach dem Öffnen des
Vorventils (58) und entsprechenden Druckabbau stromaufwärts des Vorsteuerventils vom
Hauptventilsitz (46) weg zur Ventilkopfdichtfläche (251, 451) hin und dieser nachgeführt
wird.
9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppventilglied (54) mittels Abstandslängsrippen (57) vom benachbarten Stößel
(35) unter Bildung des inneren Durchtrittsquerschnitts beabstandet und geführt ist.
10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppventilglied (54) auf seiner äußeren Mantelfläche Abstandslängsrippen (60)
aufweist, mittels der es an einer zylindrischen Umfangswand (45) des Ventilraumes
(30) unter Bildung des äußeren Durchtrittsquerschnitts geführt ist.
11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (135, 335) im Bereich seines vom Ringraum (48) wegführenden, im
Gehäuse geführten Teils mit einer Hülse (166, 366) versehen ist, deren Außendurchmesser
größer als der Durchmesser der inneren Begrenzungsfläche (53) des Schleppventilgliedes
(54) ist.
12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (166, 366) auf den Ventilstößel (135, 335) aufgepreßt ist.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das die Hülse (166) auf den Ventilstößel (135) zwischen einer außerhalb seiner Führung
am Ventilstößel festgelegten Haltescheibe (168) und einem Anschlag (167) am Ventilstößel
(135) eingespannt wird.
14. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Schleppventilglied (54) mit einer zylindrischen inneren Begrenzungsfläche (453)
auf dem zylindrischen Außenmantel (455) des Stößels (435) geführt ist und im Überdeckungsbereich
von der inneren Begrenzungsfläche mit dem Außenmantel des Stößels (435) eine Ringausnehmung
(480) vorgesehen ist, die in ständiger Verbindung mit dem Ringraum (48) ist.
15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite der Hülse (366) eine Dichtfläche (375) vorgesehen ist und die gegenüberliegende
Seite des Schleppventilgliedes (354) ebenfalls eine zusätzliche Dichtfläche (376)
aufweist, welche Dichtflächen zusammen ein zum inneren Durchtrittsquerschnitt öffnendes
drittes Ventil (379) bilden, das geschlossen wird, wenn der Ventilstößel (335) sein
Hub zum Öffnen des ersten Abflußquerschnitts des Vorventils (58) zurückgelegt hat.
(Figur 5)
16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen des dritten Ventils (479) konisch ausgebildet sind.
17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (24) über eine Zulaufdrossel (28) ständig mit der Hochdruckquelle
(1) verbunden ist, wobei der Durchflußquerschnitt der Zulaufdrossel kleiner ist als
der erste Abflußquerschnitt (32) des Abflußkanals (29, 49).
18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Abflußquerschnitt des Abflußkanals (49) durch eine Abflußdrossel (32)
begrenzt ist.
19. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (24) über einen koaxial zur Achse des Ventilstößels (35) abführenden
Verbindungskanal (29) mit dem Ventilraum (30) verbunden ist.
20. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Verbindungskanals (29) in den Ventilraum (30) vom Steuerraum her
durch eine als Dichtfläche ausgebidete Stirnseite (271, 471) des Ventilkopfes (235,
435) des Steuerventils (231, 431) verschließbar ist und am Ende des Vorsteuerhubes
des Steuerventilgliedes nach einer durch die Stellbewegung des Steuerventilgliedes
bestimmten Dauer der Entlastung des Steuerraumes (24) verschlossen wird.
21. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Ansruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verbindungskanal (29) die Abflußdrossel (32) angeordnet ist.
22. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilraum (530) über einen koaxial zur Achse des Ventilstößels (535) in den
Ventilraum (530) eintretenden Druckkanal (526) mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher
(1) und über einen unverschließbaren Verbindungskanal (529) mit dem Steuerraum verbunden
ist, wobei der Eintritt des Druckkanals (526) in den Ventilraum durch eine als Dichtfläche
ausgebildete Stirnseite (571) des Ventilkopfes (537) des Steuerventilgliedes am Ende
des der Entlastung des Steuerraumes (530) zur Voreinspritzung dienenden Hubes des
Steuerventilglieds verschließbar ist, zur Festlegung des Beginns der Entlastung des
Steuerraumes zur Haupteinspritzung.
1. Fuel injection device for internal combustion engines, having a high-pressure fuel
source (1), from which a fuel injection valve (9) is supplied with fuel, which valve
has an injection valve member (14) for controlling an injection opening (12) and a
control space (24), which is delimited by a moveable wall (22) that is at least indirectly
connected to the injection valve member (14) and which has an inlet passage (26) leading
from a high-pressure source, preferably from the high-pressure fuel source (1), and
an outlet passage (29) leading to a relief space, and the pressure in which is controlled
by a control valve (31), which controls the inlet passage (26, 126) or the outlet
passage (29, 49) and is actuated by a piezo actuator (41), the control valve (31)
having a control valve member (34) with a valve plunger (35) which is guided in a
housing and at the end of which there is a valve head (37, 137) that projects into
a valve space (30), has a valve head sealing surface (51) facing a valve seat (52)
and controls an outlet cross section of an outlet passage (49), the valve space (30,
130) being connected to the control space (24) and, when the outlet cross section
is closed, being exposed to the pressure of the high-pressure fuel source (19), characterized in that the control valve can be used to successively open two outlet cross sections of different
sizes, a first outlet cross section being controlled by a pilot valve (58) and a second
outlet cross section being controlled by a main valve (61).
2. Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that inside the valve space (30, 530), the valve plunger (35) is surrounded by a sleeve-like
follower valve member (54), having an inner delimiting surface (53) between which
and the valve plunger (35, 135) there is an internal passage cross section (56), and
in that the follower valve member (54) has, at its axial end on the side of the valve head
sealing surface (51), a pilot valve seat (52), which together with the valve head
sealing surface (51) forms the pilot valve (58) which controls the first outlet cross
section, connected to the outlet passage (49) via the inner passage cross section
(56), and at its other axial end has a valve member sealing surface (59), which interacts
with a main valve seat (46) fixed to the housing, so as to form the main valve (61),
which controls a second outlet cross section of the outlet passage (49) and from which
the outlet passage (49) leads onwards in the downstream direction.
3. Fuel injection device according to Claim 2, characterized in that there is an outer passage cross section to the main valve seat (46) between the wall
(45) of the valve space (30) and the follower valve member (54).
4. Fuel injection device according to Claim 3, characterized in that the main valve seat (46) is formed at the transition of the valve space (30) to an
annular space (48) through which the valve plunger (35) penetrates and from which
the outlet passage (49) leads onwards.
5. Fuel injection device according to Claim 4, characterized in that the control valve member (34) can be moved over defined strokes by the piezo actuator
(41), and when the control valve member (34) is actuated in order to relieve the pressure
in the valve space (30) via the first outlet cross section of the outlet passage during
a first stroke the valve head sealing surface (51) of the pilot valve (58) is lifted
off the pilot valve seat (52), and during a subsequent further stroke of the control
valve member (34) the follower valve member (54) is lifted off the main valve seat
(46) and the second outlet cross section of the outlet passage (49) is opened.
6. Fuel injection device according to Claim 5, characterized in that the follower valve member (54) is lifted off the main valve seat (46) by a driver
(63) arranged on the control valve member (34).
7. Fuel injection device according to Claim 6, characterized in that the driver (63) is a ring which is inserted into an annular groove in the plunger
(35) and, when the pilot valve (58) is closed, is at a distance h1, which defines
a pilot control stroke, from the end side (64) of the follower valve member (54).
8. Fuel injection device according to Claim 5, characterized in that the follower valve member (54) is loaded towards the valve head sealing surface (251,
451) by a compression spring (272, 472) which is supported in a fixed position on
the housing, and, after the pilot valve (58) has opened and there has been a corresponding
drop in pressure upstream of the pilot control valve, is moved away from the main
valve seat (46) towards the valve head sealing surface (251, 451), so as to follow
the latter.
9. Fuel injection device according to Claim 6 or 7, characterized in that the follower valve member (54) is spaced apart from the adjacent plunger (35), so
as to form the inner passage cross section, and guided by means of longitudinal spacer
ribs (57).
10. Fuel injection device according to Claim 6, 7 or 9, characterized in that the follower valve member (54), on its outer lateral surface, has longitudinal spacer
ribs (60), by means of which it is guided on a cylindrical circumferential wall (45)
of the valve space (30), so as to form the outer passage cross section.
11. Fuel injection device according to one of the preceding Claims 2 to 10, characterized in that the valve plunger (135, 335) is provided, in the region of its part which leads away
from the annular space (48) and is guided in the housing, with a sleeve (166, 366),
the external diameter of which is larger than the diameter of the inner delimiting
surface (53) of the follower valve member (54).
12. Fuel injection device according to Claim 11, characterized in that the sleeve (166, 366) is pressed onto the valve plunger (135, 335).
13. Fuel injection device according to Claim 11, characterized in that the sleeve (166) is clamped onto the valve plunger (135) between a holding disk (168),
which is fixed to the valve plunger outside its guidance, and a stop (167) on the
valve plunger (135).
14. Fuel injection device according to Claim 8, characterized in that the follower valve member (54) is guided by means of a cylindrical inner delimiting
surface (453) on the cylindrical outer surface (455) of the plunger (453), and an
annular recess (480), which is in constant communication with the annular space (48),
is provided in the region of overlap between the inner delimiting surface and the
outer surface of the plunger (435).
15. Fuel injection device according to one of Claims 11 to 13, characterized in that a sealing surface (375) is provided at the end side of the sleeve (366), and the
opposite side of the follower valve member (354) likewise has an additional sealing
surface (376), which sealing surfaces together form a third valve (379), which opens
towards the inner passage cross section and is closed when the valve plunger (335)
has covered its stroke for opering the first outlet cross section of the pilot valve
(58) (Figure 5).
16. Fuel injection device according to Claim 15, characterized in that the sealing surfaces of the third valve (479) are conical in form.
17. Fuel injection device according to one of the preceding claims, characterized in that the control space (24) is constantly connected to the high-pressure source (1) via
an entry restrictor (28), the cross section of flow of the entry restrictor being
smaller than the first outlet cross section (32) of the outlet passage (29, 49).
18. Fuel injection device according to Claim 17, characterized in that the effective outlet cross section of the outlet passage (49) is limited by an outlet
restrictor (32).
19. Fuel injection device according to Claim 17 or 18, characterized in that the control space (24) is connected to the valve space (30) via a connecting passage
(29) which leads out coaxially with respect to the axis of the valve plunger (35).
20. Fuel injection device according to Claim 19, characterized in that the exit of the connecting passage (29) into the valve space (30) can be closed off
from the control space by an end side (271, 471), designed as a sealing surface, of
the valve head (235, 435) of the control valve (231, 431) and is closed at the end
of the pilot control stroke of the control valve member after a duration of the relief
of the control space (24) which is determined by the actuating movement of the control
valve member.
21. Fuel injection device according to Claim 20, characterized in that the outlet restrictor (32) is arranged in the connecting passage (29).
22. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the valve space (530) is connected to the high-pressure fuel store (1) via a pressure
passage (526) that enters the valve space (530) coaxially with respect to the axis
of the valve plunger (535) and to the control space via a non-closeable connecting
passage (529), it being possible to close off the entry of the pressure passage (526)
into the valve space by an end side (571), designed as a sealing surface, of the valve
head (537) of the control valve member at the end of the stroke of the control valve
member which is used to relieve the control space (530), in order to define the start
of relief of the control space for the main injection.
1. Dispositif d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne comportant une
source de carburant haute pression (1) qui alimente un injecteur de carburant (9)
comportant un organe de soupape (14) permettant de commander un orifice d'injection
(12), ainsi qu'une chambre de commande (24) qui en étant limitée par une paroi mobile
(22) reliée au moins de manière indirecte à l'organe de soupape d'injection (14),
comporte un canal d'alimentation (26), venant d'une source haute pression, de préférence
de la source de carburant haute pression (1) ainsi qu'un canal d'évacuation (29) menant
à une chambre de décharge, alors que sa pression est commandée par une soupape de
commande (31) qui commande le canal d'alimentation (26, 126) ou le canal d'évacuation
(29, 49) et qui est actionnée par un piézoacteur (41), la soupape de commande (31)
possède un élément de commande (34) comportant un poussoir de soupape (35) guidé dans
un boîtier et dont l'extrémité comporte une tête de soupape (37, 137) qui en pénétrant
à l'intérieur d'une chambre de soupape (30), possède une surface d'étanchéité (51)
orientée vers un siège de soupape (52) pour commander une section d'évacuation d'un
canal d'évacuation (49) ; la chambre de soupape (30, 130) étant reliée à la chambre
de commande (24), en étant libérée de la pression de la source de carburant haute
pression (19) lorsque la section d'évacuation est fermée,
caractérisé en ce que
la soupape de commande permet de commander successivement deux sections d'évacuation
de taille différente, une première section de sortie étant commandée par une soupape
préliminaire (58) et une seconde section de sortie étant commandée par une soupape
principale (61).
2. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'
à l'intérieur de la chambre de soupape (30, 530) le poussoir (35) est entouré d'un
organe de soupape entraîné (54) en forme de manchon, comportant une surface de limitation
interne (53), de manière qu'entre entre celle-ci et le poussoir de soupape (35, 135)
il existe une section de passage intérieure (56), l'organe de soupape entraîné (54)
possède à l'une de ses extrémités axiales, en direction de la surface d'étanchéité
(51), un siège de soupape préliminaire (52) qui forme avec la surface d'étanchéité
(51), la soupape préliminaire (58) qui commande la première section d'évacuation reliée
au canal d'évacuation (49) par l'intermédiaire de la section de passage intérieure
(56), et à son autre extrémité axiale l'organe (54) possède une surface d'étanchéité
(59) qui coopère avec un siège de soupape (46) fixe par rapport au boîtier, en formant
la soupape principale (61) qui commande une seconde section d'évacuation du canal
d'évacuation (49) et à partir de laquelle le canal d'évacuation (49) mène plus loin
en aval.
3. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 2,
caractérisé en ce qu'
entre la paroi (45) de la chambre de soupape (30) et l'organe de soupape entraîné
(54) il existe une section de passage extérieure en direction du siège de soupape
principale (46).
4. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
le siège de soupape principale (46) est formé au passage de la chambre de soupape
(30) vers une chambre annulaire (48), traversée par le poussoir (35) et à partir de
laquelle le canal d'évacuation (49) mène plus loin.
5. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape de commande (34) est mobile au moyen du piézoacteur (41) sur une
course fixée, et quand l'organe de soupape de commande (34) est actionné pour une
décharge de pression dans la chambre de soupape (30) par l'intermédiaire de la première
section d'évacuation du canal d'évacuation, lors d'une première course de l'organe
(34) la surface d'étanchéité (51) de la tête de soupape préliminaire (58) est décollée
du siège de soupape préliminaire (25), et lors d'une seconde course de l'organe (34)
l'organe de soupape entraîné (54) est décollé du siège de soupape principale (46),
à la suite de quoi la seconde section d'évacuation du canal d'évacuation (49) est
ouverte.
6. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape entraîné (54) est décollé du siège de soupape principale (46)
au moyen d'un entraîneur (63) disposé sur l'organe de soupape de commande (34).
7. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 6,
caractérisé en ce que
l'entraîneur (63) est constitué d'un anneau, inséré dans une rainure annulaire du
poussoir (35) et qui présente, lorsque la soupape préliminaire (58) est fermée, une
distance h1 définissant une course de commande préliminaire, vis-à-vis de la face
frontale (64) de l'organe de soupape entraîné (54).
8. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 7,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape entraîné (54) est sollicité, au moyen d'un ressort de pression
(272, 472) s'appuyant fixement sur le boîtier, en direction de la surface d'étanchéité
(251, 451) de la tête de soupape, et après l'ouverture de la soupape préliminaire
(58) et la réduction de pression correspondante, ledit organe (54) est guidé en amont
de la soupape de commande préliminaire, de manière à l'écarter du siège de soupape
principale (46) et à l'entraîner en direction de la surface d'étanchéité (251, 451)
de la tête de soupape et à la suite de celle-ci.
9. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 6 ou 7,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape entraîné (54) se trouve écarté et guidé vis-à-vis du poussoir
voisin (35) par des nervures longitudinales d'écartement (57) de manière à former
la section de passage intérieure.
10. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 6, 7 ou 9,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape entraîné (54) comporte sur sa surface d'enveloppe extérieure des
nervures longitudinales d'écartement (60), qui le guident le long d'une paroi périphérique
cylindrique (45) de la chambre de soupape (30) en formant la section de passage extérieure.
11. Dispositif d'injection de carburant selon l'une des revendications 2 à 10,
caractérisé en ce que
le poussoir (135, 335) est pourvu, au voisinage de son élément guidé dans le boîtier
et s'écartant de la chambre annulaire (48), d'un manchon (166, 366) dont le diamètre
extérieur est supérieur au diamètre de la surface de limitation intérieure (53) de
l'organe de soupape entraîné (54).
12. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
le manchon (166, 366) est engagé par pression sur le poussoir de soupape (135. 335).
13. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
le manchon (166) est encastré sur le poussoir de soupape (135) entre un disque de
retenue (168), fixé sur le poussoir de soupape à l'extérieur de sa glissière de guidage,
et une butée (167) placée sur ledit poussoir (135).
14. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 8,
caractérisé en ce que
l'organe de soupape entraîné (54) est guidé, avec une surface de limitation intérieure
cylindrique (453), sur l'enveloppe extérieure cylindrique (455) du poussoir (435),
et dans la zone de recouvrement de la surface de limitation intérieure avec l'enveloppe
extérieure du poussoir (435) est prévu un évidement annulaire (480) qui se trouve
en liaison permanente avec la chambre annulaire (48).
15. Dispositif d'injection de carburant selon l'une des revendications 11 à 13,
caractérisé en ce que
sur la face frontale du manchon (366) est prévue une surface d'étanchéité (375), et
la face opposée de l'organe de soupape entraîné (354) comporte également une surface
d'étanchéité additionnelle (376), ces deux surfaces d'étanchéité formant ensemble
une troisième soupape (379) qui s'ouvre en direction de la section de passage intérieure
et qui se ferme lorsque le poussoir (335) a achevé sa course en vue d'ouvrir la première
section d'évacuation de la soupape préliminaire (58) (Figure 5).
16. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 15,
caractérisé en ce que
les surfaces d'étanchéité de la troisième soupape (479) ont une forme conique.
17. Dispositif d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
la chambre de commande (24) est reliée en permanence, par l'intermédiaire d'un
étranglement d'alimentation (28), à la source de haute pression (1), la section de
passage de l'étranglement étant inférieure à la section d'écoulement (32) du canal
d'évacuation (29, 49).
18. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 17,
caractérisé en ce que
la section d'écoulement efficace du canal d'évacuation (49) est limitée par un étranglement
d'évacuation (32).
19. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 17 ou 18,
caractérisé en ce que
la chambre de commande (24) est reliée à la chambre de soupape (30) par un canal de
jonction (29) disposé de manière coaxiale vis-à-vis de l'axe du poussoir (35).
20. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 19,
caractérisé en ce que
la sortie du canal de jonction (29) en direction de la chambre de soupape (30) peut
être fermée à partir de la chambre de commande au moyen d'une face frontale (271,
471), ayant la forme d'une surface d'étanchéité, de la tête de soupape (235, 435)
de la soupape de commande (231, 431), et elle est fermée à la fin de la course de
commande préliminaire de l'organe de soupape de commande, au bout d'une certaine durée,
déterminée par le mouvement d'ajustement de l'organe de la décharge de la chambre
de commande (24).
21. Dispositif d'injection de carburant selon la revendication 20,
caractérisé en ce que
l'étranglement d'évacuation (32) est disposé dans le canal de jonction (29).
22. Dispositif d'injection de carburant selon l'une des revendications 1 à 16,
caractérisé en ce que
la chambre de soupape (530) est reliée au réservoir de carburant haute pression (1)
par l'intermédiaire d'un canal de refoulement (526) entrant dans la chambre (530)
de manière coaxiale vis-à-vis de l'axe du poussoir (535), et elle est reliée à la
chambre de commande par l'intermédiaire d'un canal de jonction (529) ne pouvant être
fermé, alors que l'entrée du canal de refoulement (526) dans la chambre de soupape
peut être fermée au moyen d'une face frontale (571) ayant la forme d'une surface d'étanchéité,
de la tête de soupape (537) de l'organe de soupape de commande à la fin de sa course
servant à la décharge de la chambre de commande (530) en vue de l'injection préliminaire,
ceci afin de fixer le début de la décharge de la chambre de commande en vue de l'injection
principale.