Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus,
wie es der Offenlegungsschrift DE 32 29 828 A1 entnehmbar ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil
weist ein Gehäuse auf, in dem eine kolbenförmige Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet
ist. Die Ventilnadel wirkt mit einem Ventilsitz zusammen und steuert durch ihre Längsbewegung
dieÖffnung wenigstens einer Einspritzöffnung, über welche Kraftstoff in den Brennraum
der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Im Gehäuse ist eine Hülse längsverschiebbar
angeordnet, die stets an der Ventilnadel anliegt, so dass sich die Hülse und die Ventilnadel
synchron bewegen. In der Hülse ist ein Längskanalausgebildet, der mit einem Ende in
einen im Gehäuse ausgebildeten Zulaufkanal und dessen anderes Ende in einen in der
Ventilnadel ausgebildeten Kraftstoffkanal mündet. Über den Kraftstoffkanal in der
Ventilnadel wird Kraftstoff den Einspritzöffnungen zugeführt und durch diese eingespritzt,
sofern die Ventilnadel die Einspritzöffnungen freigegeben hat.
[0002] Dieses Kraftstoffeinspritzventil mit einem sogenannten zentralen Kraftstoffzulauf
kann recht kompakt gebaut werden, da eine separate Kraftstoffzuführung durch Kraftstoffkanäle,
die parallel zur Ventilnadel im Gehäuse verlaufen, entfällt. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil
weist jedoch den Nachteil auf, dass die Einspritzung rein druckgesteuert geschieht,
d.h., dassüber den Druck des Kraftstoffs, der über die Hülsand den Zulaufkanal den
Einspritzöffnungen zugeführt wird, die Bew e-gung der Ventilnadel gesteuert wird,
die dann durch ihre Längsbewegung die Einspritzöffnungen freigibt oder verschließt.
Es ist damit nicht möglich, ein solches Kraftstoffeinspritzventil beispielsweise mit
einem Common-Rail-System zu betreiben. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil wird in
einem Hochdrucksammelraum ständig Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten, so dass
eine Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils durch den Einspritzdruck nicht möglichst,
ohne weitere Steuerungselemente vorzusehen, beispielsweise ein separates Zumessventil.
Dies verursacht weitere Kosten und benötigt zusätzlichenBauraum.
Vorteile der Erfmdung
[0003] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Kraftstoffeinspritzventil
hubgesteuert betrieben werden kann, d.h., dass die Ventilnadel unabhängig vom anstehenden
Kraftstoffdruck im Kraftstoffeinspritzventil aufgesteuert und zugesteuert werden kann.
Hierzu ist im Gehäuse ein Steuerraum ausgebildet, in dem ein variabler Druck einstellbar
ist. Hierbei wirkt der Druck im Steuerraum zumindest mittelbar auf die Ventilnadel
undübt dabei eine Schließkraft auf diese aus, welche die Ventilnadel in ihre Schließstellung
drücktBei einer Minderung des Drucks im Steuerraum wird die Ventilnadel dann durchÖffnungskräfte
in ihreÖffuungsposition gefahren und die Einspritzöffnungen freigegeben.
[0004] Durch die Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung
möglich. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zulaufkanal, über den
Kraftstoff dem Längskanal der Hülse zugeführt wird, in einer weiteren Hülse ausgebildet,
die im Gehäuse angeordnet ist und in der die Hülse geführt ist. Durch die Anordnung
der Hülse in einer weiteren Hülse ergibt sich ein besseres Dichtverhalten, so dass
die Leckströme durch den Spalt zwischen den Hülsen reduziert werden. Hierdurch ist
eine einwandfreie Funktion des Kraftstoffeinspritzventils stets gewährleistet, da
auch bei einwandfreien Bauteilen eine exakte Fluchtung von Ventilnadel und Hülse aufgrund
von unvermeidlichen Fertigungstoleranzen und Ungenauigkeiten bei der Montage nicht
erreichbar ist.
[0005] In einer weiten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auflagefläche zwischen der Ventilnadel
und der Hülse so ausgebildet, dass ein leichter axialer Versatz oder ein leichtes
Verkippen von Ventilnadel und Hülse ausgeglichen wird.
[0006] Um den Steuerraum vorteilhaft in das Gehäuse integrieren zu könneflist der Steue
r-raum vorzugsweise als ein die Hülse umgebender Ringraum ausgebildet, wobei der Druck
im Steuerraum vorteilhafterweise das ventilsitzabgewandte Ende der Ventilnadel zumindest
teilweise beaufschlagt. Hierdurch ergibt sich eine Schließkraft auf die Ventilnadel
in Richtung des Ventilsitzes, ohne dass weitere Elemente nötig sind, um die hydraulische
Kraft auf die Ventilnadel zuübertragen.
[0007] Um den Kraftstoffdruck im Steuerraum einzustellen ist dieser in vorteilhafter Weiseüber
eine Zulaufdrossel mit dem Zulaufkanal verbindbar undüber einen Ablaufkanal mit einem
Leckölraum, in dem stets ein niedriger Druck herrscht. Durch Öffnen und Schließen
entweder der Zulaufdrossel oder des Ablaufkanals kann der Druck im Steuerraum schnell
und zuverlässig gesteuert werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung eines Steuerventils
im Ablaufkanal des Steuerraums, welches Steuerventil als Magnetventil oder Piezoventil
ausgebildet sein kann. Derartige Ventile können sehr schnell schalten, so dass sich
der Druck im Steuerraum entsprechend schnell auf das gewünschte Niveau einregeln lässt.
Es kann hierbei auch vorgesehen sein, dass, wenn mehrere Kraftstoffeinspritzventile
an der Brennkraftmaschine vorhanden sind, sämtliche Ablaufkanälder entsprechenden
Steuerräume mit einem Sammelraum verbunden sind und dieser Sammelraumüber ein gemeinsames
Steuerventil mit dem Leckölraum verbindbar ist. Auf diese Weise lässt sich der Kraftstoffdruck
durch ein einzelnes Steuerventil in mehreren Kraftstoffeinspritzventilen steuern.
[0008] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der in der Ventilnadel ausgebildete
Kraftstoffkanal mit einem Ringraum verbunden, der zwischen der Ventilnadel und der
Wand einer Bohrung ausgebildet ist, die im Gehäuse ausgebildet ist und in der die
Ventilnadel angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Ventilnadel sowohl in ihrem Inneren,
als auch in dem sie umgebenden Ringraum mit Hochdruck beaufschlagt, so dass sie sich
durch den Druck des Kraftstoffs in diesen Räumen nicht verformt. Auf diese Weise ist
eine optimale Führung der Ventilnadel in der Bohrung gewährleistet, unabhängig vom
Druck des zugeführten Kraftstoffs. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn an der
Ventilnadel eine entsprechende Ventildichtfläche ausgebildet ist, die so am Ventilsitz
anliegt, dass die Einspritzöffnungen sowohl gegen den Kraftstoffkanal in der Ventilnadel,
als auch gegen den Ringkanal abgedichtet werden.
[0009] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventilnadel von einer längsverschiebbaren
Ventilhohlnadel umgeben, die ebenfalls mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und damit
die Öffnung wenigstens einer weiteren Einspritzöffnung steuert. Durch die Verwendung
einer weiteren Ventilhohlnadel lassen sich die Einspritzöffnungen unabhängig voneinanderöffnen,
so dass der Einspritzquerschnitt an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepasst
werden kann. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn neben dem Ringraum, der in diesem
Fall die Ventilhohlnadel umgibt, auch der Zwischenraum zwischen der Ventilnadel und
der Ventilhohlnadel mit dem Zulaufkanal der Ventilnadel verbunden ist, so dass eine
druckbedingte Verformung von Ventilnadel und Ventilhohlnadel nicht eintritt. Auch
hier ist es vorteilhaft, wenn die Ventilhohlnadel eine weitere Ventildichtfläche besitzt,
die so mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, dass die der Ventilhohlnadel zugeordneten
Einspritzöffnungen sowohl gegen den Zwischenraum, als auch gegen den Ringraum abgedichtet
werden.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfmdung sind der Beschreibung
und der Zeichnung entnehmbar.
Zeichnung
[0011] In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Es zeigt
- Figur 1
- einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,
- Figur 2
- einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils,
- Figur 3
- ebenfalls im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
- Figur 4
- eine vergrößerte Darstellung im Bereich des Ventilsitzes des in Figur 3 gezeigten
Ausführungsbeispiels,
- Figur 5
- ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils, wobei nur der geänderte
Teil vergrößertlargestellt ist,
- Figur 6a
- bis
- Figur 6f
- verschiedene Ausgestaltungen und Anordnungen der Hülsenund
- Figur 7a
- bis
- Figur 7e
- verschiedene Auflageflächen der Hülse auf der Ventilnadel und
- Figur 8
- eine schematische Darstellung der Einspritzventile mit einem zentralen Steuerventil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0012] In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil
weist ein Gehäuse 1 auf, das unter anderem einen Ventilkörper 3, einen Steuerkörper
5 und eine Drosselscheibe 7 umfasst. Diese drei Teile des Gehäuses 1 werden durch
eine in der vorliegenden Figur 1 nicht dargestellte Vorrichtung gegeneinander gepresst.
Im Ventilkörper 3 ist eine Bohrung 10 ausgebildet, in der eine Ventilnadel 12 angeordnet
ist, die auf ihrer gesamten Länge von einem Kraftstoffkanal 22 durchzogen ist, der
entlang einer Längsachse 8 der Ventilnadel 12 verläuft. Die Bohrung 10 wird am brennraumzugewandten
Ende des Ventilkörpers 3 von einem Ventilsitz 15 begrenzt, der im wesentlichen konisch
ausgebildet ist. Vom Ventilsitz 15 gehen Einspritzöffnungen 17 ab, die in Einbaulage
des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum münden. Die Ventilnadel 12 ist in
einem ventilsitzabgewandten Abschnitt der Bohrung 10 dichtend geführt und verjüngt
sich unter Bildung einer Druckschulter 48 dem Ventilsitz 15 zu. Am ventilsitzzugewandten
Ende ist an der Ventilnadel 12 eine Ventildichtfläche 20 ausgebildet, mit der die
Ventilnadel 12 mit dem Ventilsitz 15 so zusammenwirkt, dass bei Anlage der Ventilnadel
12 auf dem Ventilsitz 15 die Einspritzöffnungen 17 verschlossen werden. Hebt die Ventilnadel
12 hingegen vom Ventilsitz 15 ab, so werden die Einspritzöffnungen 17 freigegeben,
und Kraftstoff wird in den Brennraum eingespritzt. Die genaue Form der Ventildichtfläche
20 wird weiter unten erläutert.
[0013] Im Steuerkörper 15 ist eine Zentralbohrung 25 ausgebildet, in der eine Hülse 30 angeordnet
ist. Die Hülse 30 weist einen Längskanal 38 auf, der in den Kraftstoffkanal 22 der
Ventilnadel 12 mündet. Die Hülse 30 ist in der Zentralbohrung 25 ebenfalls längsverschiebbar
angeordnet und liegt mit ihrem ventilsitzzugewandten Ende auf der Ventilnadel 12 auf.
Die Hülse 30 weist hierbei einen geringeren Außendurchmesser auf, als die Ventilnadel
12, ist jedoch so groß, dass sie nicht in den Kraftstoffkanal 22 eintaucht. Zwischen
der Hülse 30 und einem ortsfesten Anschlag in der Drosselscheibe 7 ist eine innere
Feder 34 unter Druckvorspannung angeordnet, die die Hülse 30 gegen die Ventilnadel
12 und damit sowohl die Hülse 30 als auch die Ventilnadel 12 gegen den Ventilsitz
15 drückt. Zwischen der inneren Feder 34 und der Hülse 30 ist darübehinaus eine Ausgleichsscheibe
35 vorgesehen, übederen Dicke die Druckvorspannung der inneren Feder 34 eingestellt
werden kann.
[0014] In der Zentralbohrung 25 des Steuerkörpers 5 ist darübehinaus eine weitere Hülse
32 angeordnet, die die Hülse 30 umgibt und in der ein Zulaufkanal 40 ausgebildet ist,
der einen solchen Durchmesser aufweist, dass die Hülse 30 dichtend im Zulaufkanal
40 der weiteren Hülse 32 geführtwird. Zwischen einem in der Zentralbohrung 25 angeordneten
Druckstück 28, das sich mit einem Ende am Ventilkörper 3 abstützt und mit dem anderen
Ende an der weiteren Hülse 32 ist unter Druckvorspannung eineäußere Feder 36 angeordnet,
die die weitere Hülse 32 gegen die Drosselscheibe 7 drückt. Auch hier ist es vorgesehen,
dass zwischen deräußeren Feder 36 und der weiteren Hülse 32 eine Ausgleichsscheibe
37 vorgesehen ist, über deren Dicke sich die Druckvorspannung deräußeren Feder 36
einstellen lässt. Das Druckstück 28 ist hierbei so ausgebildet, dass zwischen einer
ventilsitzabgewandten Stirnseite 29 der Ventilnadel 12 und dem Druckstück 28 ein Spalt
der Dicke h
0 verbleibt, wenn die Ventilnadel 12 auf dem Ventilsitz 15 aufliegt. In dieser Lage
ergibt sich auch ein Abstand h
1 zwischen dem Druckstück 28 und einer Schulter 27, die in der Zentralbohrung 25 ausgebildet
ist.
[0015] In der Drosselscheibe 7 setzt sich der Zulaufkanal 40 fort und endet an einer in
der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle. Über den Zulaufkanal
40 wird Kraftstoff unter hohem Druck dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt und gelangtüber
den Teil des Zulaufkanals 40, der in der weiteren Hülse 32 ausgebildet ist, in den
Längskanal 38 der Hülse 30 und von dort weiter in den Kraftstoffkanal 22, der in der
Ventilnadel 12 ausgebildet ist. In der Ventilnadel 12 sind Querbohrungen 33 ausgebildet,
die stromabwärts der Druckschulter 48 an mehreren Stellen den Kraftstoffkanal 22 mit
einem Ringraum 23 verbinden, wobei der Ringraum 23 zwischen der Ventilnadel 12 und
der Wand der Bohrung 10 ausgebildet ist. Der Kraftstoff, der in den Zulaufkanal 22
eingebracht wird, fließt somit sowohlüber den Ringraum 23, als auchüber den Zulaufkanal
22 selbst den Einspritzöffnungen 17 zu.
[0016] Die Verbindungen zwischen der Hülse 30 und der Ventilnadel 12 und zwischen der weiteren
Hülse 32 und der Drosselscheibe 7 sind jeweils so ausgebildet, dass sie den Kraftstoff,
der sich im Zulaufkanal 40 bzw. im Kraftstoffkanal 22 befmdet, nach außen abdichtet.
Dies ermöglicht es, den Raum, der die Hülse 30 und die weitere Hülse 32 umgibt und
in dem die äußere Feder 36 angeordnet ist, als Steuerraum 42 zu verwenden, indem dort
ein variabler Druck einstellbar ist. Hierzu ist in der Drosselscheibe 7 eine Zulaufdrossel
44 ausgebildet, die eine Verbindung zwischen dem Zulaufkanal 40 dem Steuerraum 42
herstellt, so dassüber die Zulaufdrossel 44 Kraftstoff in Steuerraum 42 fließen kann.
Die Zulaufdrossel 44 limitiert hierbei die Zulaufmenge, damit der gegebenenfalls bestehende
Druckunterschied mit einer gewissen Verzögerung ausgeglichen wird. Darüber hinaus
ist in der Drosselscheibe 7 ein Ablaufkanal 46 vorgesehen, der mit einem in der Zeichnung
nicht dargestellten Leckölraum verbindbar ist, wobei der Ablaufkanal 46 mittels eines
Steuerventils 50 verschließbar ist.
[0017] Das Kraftstoffeinspritzventil funktioniert wie folgt:
[0018] Vor Beginn der Einspritzung ist das Steuerventil 50 geschlossen, so dass auch der
Ablaufkanal 46 geschlossen ist. Dadurch herrscht im Steuerraum 42 durch seine Verbindungüber
die Zulaufdrossel 44 der gleiche Druck wie im Zulaufkanal 40, in dem Kraftstoff unter
hohem Druck ansteht. Durch den Druck im Steuerraum 42 ergibt sich eine hydraulische
Kraft auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 12, die die Ventilnadel
12 auf den Ventilsitz 15 drückt. Darüberhinaus wirkt auf die Ventilnadel 12 die Kraft
der inneren Feder 34, die auf die Hülse30 drückt, die wiederum an der Ventilnadel
12 anliegt. Die weitere Hülse 32 wird durch dieäußere Feder 36 gegen die Drosselscheibe
7 gedrückt undübt keine Kräfte auf die Ventilnadel 12 aus. Durch die Anlage der Dichtfläche
20 auf dem Ventilsitz 15 werden die Einspritzöffnungen 17 verschlossen, so dass der
unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff im Kraftstoffkanal 22 bzw. im Ringraum 23
nicht in die Einspritzöffnungen 17 gelangen kann. Um die Einspritzung zu initiieren
wird das Steuerventil 50 geöffnet, so dass Kranstoffüber den Ablaufkanal 46 aus dem
Steuerraum 42 abfließt. Hierdurch sinkt der Druck im Steuerraum 42, daüber die Zulaufdrossel
44 weniger Kraftstoff nachströmt, alsüber den Ablaufkanal 46 hinaus. Durch den nachlassenden
Druck auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel 12 und die durch den
Kraftstoffdruck im Ringraum 23 auf die Druckschulter 48 wirkende hydraulischeÖffnungskraft
wird die Ventilnadel 12 entgegen der Kraft der inneren Feder 34 nach oben gedrückt
und bewegt hierbei auch die Hülse 30. Wenn die Ventilnadel 12 den Hub h
0 durchfahren hat, kommt sie zur Anlage am Druckstück 28. Eine weitere Bewegung der
Ventilnadel 12 ist dann nur gegen die Kraft sowohl der inneren Feder 34 als auch deräüßeren
Feder 36 möglich, so dass sich dieÖffnungsbewegung der Ventilnadel 12 etwas verzögert
und erst danach fortgesetzt wird. Nach dem Durchfahren des weiteren Hubs h
1 kommt das Druckstück 28 schließlich an der Schulter 27 zur Anlage und beendet dieÖffnungshubbewegung
der Ventilnadel 12. Dieser zweistufige Hubanschlag ist notwendig, um eine Einspritzverlaufsformung
zu erreichen. Nach Durchfahren des Hubs h
0 gibt die Ventilnadel 12 die Einspritzöffnungen 17 frei, jedoch bleibt die Ventildichtfläche
20 in unmittelbarer Nähe des Ventilsitzes 15, so dass der Kraftstoffstrom aus dem
Kraftstoffkanal 22 und dem Ringraum 23 nur gedrosselt zu den Einspritzöffnungen 17
gelangt, so dass die Einspritzrate entsprechend gering ist. Erst nach Durchfahren
des weiteren Hubs h
1 ergibt sich eine Einspritzung mit der vollen Einspritzrate. Die dadurch erreichte
Einspritzverlaufsformung sorgt für einen weicheren Verbrennungsvorgang und damit eine
Reduzierung des Geräusches der Brennkraftmaschine.
[0019] Zur Beendigung der Einspritzung wird das Steuerventil 50 geschlossen, so dassüber
den Ablaufkanal 46 kein Kraftstoff mehr aus dem Steuerraum 42 entweichen kann. Durch
denüber die Zulaufdrossel 44 nachströmenden Kraftstoff baut sich erneut ein hoher
Druck im Steuerraum 42 auf, der auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Ventilnadel
12 drückt und diese schließlich zurückn ihre Schließstellung in Anlage am Ventilsitz
15 bringt. Die Hülse 30 folgt der Bewegung der Ventilnadel 12, angetrieben durch die
innere Feder 34. Ebenso geht durch die Kraft deräußeren Feder 36 das Druckstück 28
zurück an seinen Anschlag am Ventilkörper 3.
[0020] In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt. Der Aufbau entspricht weitgehend dem in Figur 1 gezeigten, so dass hier
nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Neben der Ventilnadel 12 ist in
der Bohrung 10 auch eine Hohlnadel 14 angeordnet, die die Ventilnadel 12 umgibt. Die
Hohlnadel 14 weist an ihrem ventilsitzzugewandten Ende eine weitere Ventildichtfläche
21 auf, mit der sie mit dem Ventilsitz 15 zur Steuerung weiterer Einspritzöffnungen
18 zusammenwirkt. Die Hohlnadel 14 ist hierbei so ausgebildet, dass zwischen der Ventilnadel
12 und der Hohlnadel 14 ein Zwischenraum 24 ausgebildet ist, derüber die Querbohrung
33 mit dem Kraftstoffkanal 22 verbunden ist. Über eine weitere, in der Hohlnadel 14
ausgebildete Querbohrungen 39 ist der Zwischenraum 24 mit dem zwischen der Hohlnadel
14 und der Wand der Bohrung 10 ausgebildeten Ringraum 23 verbunden, so dass sowohl
im Kraftstoffkanal 22, als auch im Zwischenraum 24 und im Ringraum 23 stets der gleiche
Kraftstoffdruck herrscht.
[0021] Dieäußere Feder 36 liegt in diesem Ausführungsbeispiel direkt auf der Hohlnadel 14
auf, so dass dadurch die Hohlnadel 14 gegen den Ventilsitz 15 gedrückt wird. Die weitere
Hülse 32 umschließt die Hülse 30 in diesem Ausführungsbeispiel fast auf ihrer gesamten
Länge, so dass das der Ventilnadel 12 zugewandte Ende der weiteren Hülse 32 als Hubanschlag
dient. An der Hohlnadel 14 ist eine weitere Druckschulter 49 ausgebildet, die vom
Kraftstoffdruck des Ringraums 23 beaufschlagt ist. Die Öffnungsbewegungdes Kraftstoffeinspritzventils
erfolgt hier analog zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass
der Kraftstoffdruck im Steuerraum 42 abgesenkt wird. Durch eine entsprechende Auslegung
der Druckschulter 49 und der weiteren Druckschulter 49 bewegt sich hier zuerst die
Hohlnadel 14 vom Ventilsitz 15 weg, wobei die Bewegung entgegen der Kraft deräußeren
Feder 36 erfolgt, bis die Hohlnadel 14 an einer Anschlagschulter 41 des Steuerkörpers
5 anliegt. Etwa zeitverzögert zur Hohlnadel 14 bewegt sich die Ventilnadel 12 vom
Ventilsitz 15 weg, wobei die Bewegung gegen die von der inneren Feder 34 beaufschlagte
Hülse 30 erfolgt. Die Ventilnadel 12 setzt ihreÖffnungshubbewegung fort, bis sie an
der Anschlagfläche 43 der weiteren Hülse 32 zur Anlage kommt. Die Schließbewegung
der Ventilnadel 12 und der Hohlnadel 14 erfolgt analog zu dem Ausführungsbeispiel
der Figur 1 dadurch, dass der Kraftstoffdruck im Steuerraum 42 wieder erhöht wird.
[0022] In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
dargestellt, wobei gegenüber dem Ausführungsbeispielder Figur 2 hauptsächlich der
Aufbau der Ventilnadel 2 geändert ist. Der Kraftstoffkanal 22 durchzieht die Ventilnadel
12 nicht mehr auf ihrer gesamten Länge, sondern, ausgehend von der ventilsitzabgewandten
Stirnfläche, nur etwa bis zur Höheder Querkanäle 33 und 39. Der Kraftstoffzustrom
zu den Einspritzöffnungen 17 und 18 erfolgt hier also ausschließlichüber den Ringraum
23 und den Zwischenraum 24. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Ventilnadel 12 stabiler
zu gestalten und darüber hinaus die Ventildichtfläche 20 einfacher zu gestalten. Als
weitere Ausführungsvariante ist hier ein zusätzlicher Leckölablaufvorgesehen, der
als Ablaufkanal 26 im Steuerkörper 5 ausgebildet ist und der ebenfallsüber ein Steuerventil
50 mit dem Leckölraum verbunden wird. In der Ventilnadel 12 ist umfangsseitig eine
Umfangsnut 32 ausgebildet und ebenso eine Umfangsnut 54 in der Hohlnadel 14. Beide
Umfangsnuten 52, 54 sind durch eine Querbohrung 55 miteinander und mit dem Ablaufkanal
26 verbunden, so dass Kraftstoff, der aus den Hochdruckbereichen in den Bereich der
Führung von Ventilnadel 12 oder Hohlnadel 14 gelangt, abgeführt wird.
[0023] Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Figur 3 im Bereich des Ventilsitzes
15. Die Ventilnadel 12 weist an ihrer Ventildichtfläche 20 eine Dichtkante 120 auf,
mit der sie am Ventilsitz 15 aufliegt und dadurch den Zwischenraum 24 gegen die Einspritzöffnungen
17 verschließt. Beim Abheben der Ventilnadel 12 vom Ventilsitz 15 wird entsprechend
ein Querschnitt aufgesteuert, über den Kraftstoff aus dem Zwischenraum 24 in die Einspritzöffnungen
17 gelangt. Die Hohlnadel 14 weist eine weitere Ventildichtfläche 21 auf, an der eine
erste Dichtkante 121 und eine zweite Dichtkante 221 ausgebildet sind.Über eine elastische
Verformung der Hohlnadel 14 beim Aufsetzen auf dem Ventilsitz 15 kann erreicht werden,
dass sowohl die erste Dichtkante 121 als auch die zweite Dichtkante 221 am Ventilsitz
15 dichtend anliegen und dadurch die weiteren Einspritzöffnungen 18 gegen den Zwischenraum
24 und den Ringraum 23 abdichten. Beim Abheben der Hohlnadel 14 vom Ventilsitz 15
strömt also Kraftstoff aus dem Zwischenraum 24 und aus dem Ringraum 23 in die weiteren
Einspritzöffnungen 18 und wird von dort in den Brennraum eingespritzt. Es kann alternativ
auch vorgesehen sein, dass eine Ventildichtfläche, wie sie hier an der Hohlnadel 14
gezeigt ist, auch an der Ventilnadel 12 vorgesehen ist. Dies entspricht den Ausführungsbeispielen
nach Figur 1 und Figur 2 und ist in diesem Fall notwendig, um die Einspritzöffnungen
17 zusätzlichgegen den Kraftstoffkanal 22 abzudichten.
[0024] In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßetKraftstoffeinspritzventils
dargestellt, wobei hier nur die wesentlichen Teile nochmals dargestellt sind. Zwischen
der Drosselplatte 7 und dem Steuerkörper 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Druckkörper
6 vorgesehen, in dem ein Druckbegrenzungsventil 60 vorgesehen ist. Die Aufgabe des
Druckbegrenzungsventils 60 ist es, den Druck im Steuerraum 42 nur soweit zu erhöhen,
wie unbedingt notwendig. Es ist für eine Steuerung der Ventilnadeln 12, 14 nicht unbedingt
nötig, den vollen Einspritzdruck im Steuerraum 42 anliegen zu lassen, da dermaßen
hohe Drücke, die bei modernen Einspritzsystemen deutlichüber 100 MPa liegen, auch
zu starken mechanischen Verformungen der Bauteile führen, was zum Teil erhebliche
Probleme verursachen kann.
[0025] Im Druckkörper 6 ist eine Kolbenbohrung 64 ausgebildet, in der ein Kolben 62 längsverschiebbar
angeordnet ist. Im Kolben 62 ist eine Querbohrung 66 und eine die Querbohrung 66 schneidende
Längsbohrung 68 ausgebildet, wobei die Längsbohrung 68 in den im Steuerkörper 5 ausgebildeten
Steuerraum 42 mündet. Der Kolben 62 wird von einer Kolbenfeder 65 beaufschlagt, die
zwischen dem Kolben 62 und der Drosselscheibe 7 unter Druckvorspannung angeordnet
ist. Die Querbohrung 66 istüber eine Verbindung 70 mit dem Zulaufkanal 40 verbunden,
der auch im Druckkörper 6 vorhanden ist und den in der Drosselscheibe 7 ausgebildeten
Abschnitt des Zulaufkanals 40 mit dem Abschnitt in der weiteren Hülse 32 verbindet.
Der Raum, in dem sich die Kolbenfeder 65 befmdet, istüber eine Ablaufdrossel 77 mit
dem Leckölraum verbunden, damit der Federraum 65 stets druckentlastet bleibt.
[0026] Das Druckbegrenzungsventil 60 funktioniert wie folgt: Herrscht im Steuerraum 42 ein
Druck, der niedriger ist als der vorgegebene Druck, so wird der Kolben 62 durch die
Kolbenfeder 65 in Anlage an einen Anschlag am Steuerkörper 5 gedrückt. Dadurch wirdüber
die Verbindung 70, die Querbohrung 66 und die Längsbohrung 68 eine Verbindung zum
Zulaufkanal 40 geöffnet, so dass Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 40 in den Steuerraum
42 nachströmt. Wenn der nachströmende Kraftstoff den Druck im Steuerraum 42 erhöht,
steigt auch die Kraft auf die Stirnseite des Kolbens 62, der beiÜberschreiten eines
Schwelldrucks entgegen der Kraft einer Kolbenfeder 65 in Richtung der Drosselscheibe
7 wandert. Durchfährt der Kolben 62 hierbei einen genügend großen Hub, so wird die
Verbindung zwischen der Querbohrung 66 und dem Zulaufkanal 40 unterbrochen und das
Nachströmen des Kraftstoffs beendet. Je nach Auslegung der Druckflächen und der Kraft
der Kolbenfeder 65 lässt sich so ein Druck im Steuerraum 42 einstellen, der unter
dem Kraftstoffdruck im Zulaufkanal 42, jedochüber dem Lecköldruck liegt.
[0027] Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus noch eine Ablaufdrossel
75 vorgesehen, die den Ablaufkanal 26 stets mit dem Leckölraum verbindet. Darüber
hinaus ist eine Ablaufdrossel 46 vorgesehen, die eine Verbindung zum Leckölraum bildet
undüber ein Steuerventil 50 geöffnet oder geschlossen werden kann. Durch die Ablaufdrossel
75 ist sichergestellt, dass sich auch bei geschlossenem Steuerventil 50 ein zu hoher
Druck im Steuerraum 42 abbaut. Das Druckbegrenzungsventil 60 regeltüber seine Bewegung
die Kraftstoffzufuhr so, dass sichüber das Zusammenspiel des Druckbegrenzungsventils
60 und der Ablaufdrossel 75 der gewünschte Druck im Steuerraum 42 einstellt.
[0028] In den Figuren 6a bis 6f sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anordnung
von Hülse 30 und weiterer Hülse 32 dargestellt.
[0029] Figur 6a zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie es dem in Figur 1 gezeigten entspricht.
Die Hilse 30 ist in der weiteren Hilse 32 gefihrt undüber das Druckstück 28 lässt
sich eine gestufte Kraft auf die Ventilnadel 12 erreichen.
[0030] Figur 6b zeigt eine Anordnung, bei der sowohl dieäßere Feder 36 als auch die innere
Feder 34 stets auf die Ventilnadel 12 wirken. Dadurch lässt sich eine relativ hohe
Schließkraft auf die Ventilnadel 12 erreichen, wobei die Schließkraft nicht gestuft
ist und eine Einspritzverlaufsformung auf diesem Wege nicht möglichst.
[0031] Figur 6c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem sich die innere Feder 34
und dieäußere Feder 36 teilweise kompensieren, jedoch in Summe eine Schließkraft auf
Ventilnadel 12 wirkt.
[0032] In Figur 6d ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Hülse 30 von
nur einer Feder 34 beaufschlagt ist, die die Hülse 30 gegen die Ventilnadel 12 drückt.
Die Feder beaufschlagt gleichzeitig die weitere Hülse 32, die dadurch ortsfest bleibt.
Als Anschlag für die Ventilnadel 12 dient entweder ein Absatz 80 oder ein Absatz 81,
der an der Hülse 30 bzw. an der weiteren Hülse 32 ausgebildet ist. Alternativ kann
auch ein Absatz 82 im Steuerkörper 5 vorgesehen sein.
[0033] Figur 6e zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem neben der Hülse 30 und der
weiteren Hülse 32 eine Zwischenhülse 31 vorgesehen ist. Die Zwischenhülse 31 wird
sowohl von einer inneren Feder 34, als auch von deräußeren Feder 36 beaufschlagt,
während zwischen der Hülse 30 und der weiteren Hülse 32 eine Zwischenfeder 134 unter
Druckvorspannung angeordnet ist. Der Hubanschlag für die Ventilnadel 12 erfolgt durch
Absätze an der Zwischenhülse 31.
[0034] In Figur 6f ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das weitgehend dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6e entspricht, jedoch ist die Zwischenhülse 31 im Inneren
des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet und die Federn 34, 36 entfallen hier. Die
Zwischenhülse 31 hat dadurch eine unbestimmte Lage, was jedoch die Funktion bei derÖffnungsbewegung
der Ventilnadel 12 nicht beeinträchtigt.
[0035] In Figur 7a bis 7e sind verschiedene Auflageflächen zwischen der Hülse 30 und der
Ventilnadel 12 dargestellt. Figur 7a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine Auflagefläche
130 der Hülse 30 ballig ausgebildet ist, während an der Ventilnadel 12 eine Auflageschulter
112 in Form einer Kante ausgebildet ist. Durch die ballige Ausbildung der Auflagefläche
130 erreicht man eine Unempfmdlichkeit der Anordnung von Ventilnadel 12 und Hülse
30 bezüglichines axialen Versatzes. Da beide Bauteile in unterschiedlichen Teilen
des Gehäuses 1 untergebracht sind, lässt sich eine exakte Fluchtung aufgrund von unvermeidlichen
Fertigungstoleranzen nicht erreichen. Durch die ballige Auflagefläche 130 an der Hülse
30 wird ein solch leichter axialer Versatz jedoch ausgeglichen.
[0036] Figur 7b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auflageschulter 112
ebenfalls ballig ausgebildet ist, während die Auflageflächel 30 eine Konusform a n-nimmt.
[0037] Figur 7c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auflageschulter 112
konkav geformt ist, während die Auflagefläche 130 ebenfalls ballig ausgebildet ist.
[0038] Figur 7d zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auflageschulter 112
konisch ausgebildet ist, während die Auflagefläche 130 erneut ballige Form aufweist.
[0039] Figur 7e zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auflageschulter 112
konisch ausgebildet ist, jedoch hier von Längsachse 8 weg orientiert ist. Die Auflagefläche
130 ist erneut ballig ausgebildet. Alle diese Ausführungsbeispiele gewährleisten eine
Kompensation eines leichten axialen Versatzes zwischen Hülse 30 und Ventilnadel 12.
[0040] In Figur 8 ist eine Anordnung von Kraftstoffeinspritzventilen 100 schematisch dargestellt,
die vom Typ nach Figur 5 sind. Von jedem Kraftstoffeinspritzventil 100 geht eine Ablaufleitung
101 ab, die mit dem Ablaufkanal nach Figur 5 verbunden ist. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 5 entfällt hier das bei jedem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehene Steuerventil
50, sondern die Ablaufleitungen 101 münden in einen zentralen Sammelraum 105, von
wo ein zentrales Steuerventil 50' die Verbindung mit einem Leckölraum 106 steuert.
Auf diese Weise lässt sich der Druck im Sammelraum 105 einstellen, der sich dann für
sämtliche Kraftstoffeinspritzventile 100 als Steuerdruck verwenden lässt. Diese Anordnung
setzt allerdings voraus, dass der Steuerdruck relativ niedrig und unterhalb des Einspritzdrucks
liegt, da sich ein großes Volumen, wie es der Sammelraum 105 und die Ablaufleitungen
101 darstellen, nur schwer mit Hochdruck befüllen und entleeren lässt. Darüber hinaus
ist es dann sinnvoll einsetzbar, wenn der Steuerraumdruck, wie in Figur 5 gezeigt,
direkt auf die Ventilnadel 12 bzw. die Hohlnadel 14 wirkt, da sonst zwei getrennte
Rückläufein den Leckölraum 106 nötig wären. Durch die Anordnung nach Figur 8 lässt
sich so der Druck im Steuerraum des Kraftstoffeinspritzventilsüber das zentrale Steuerventil
50' regeln, so dass eine kostengünstige und einfache Alternative zur Anordnung je
eines separaten Steuerventils gegeben ist.
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem eine
kolbenförmige Ventilnadel (12) längsverschiebbar angeordnet ist, die durch ihre Längsbewegung
mit einem Ventilsitz (15) zusammenwirkt und so dieÖffnung wenigstens einer Einspritzöffnung
(17; 18) steuert, und mit einer Hülse (30), die längsverschiebbar im Gehäuse(1) angeordnet
ist und die stets an der Ventilnadel (12) anliegt, wobei die Hülse (30) mit einem
der Ventilnadel (12) abgewandten Endbereich dichtend in einem Zulaufkanal (40) geführt
ist und in der Hülse (30) ein Längskanal (38) ausgebildet ist, dessen eines Ende in
den Zulaufkanal (40) mündet und dessen anderes Ende in einen in der Ventilnadel (12)
ausgebildeten Kraftstoffkanal (22) mündet, über welchen Kraftstoffkanal (22) den Einspritzöffnungen
(17; 18) Kraftstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) ein Steuerraum (42) ausgebildet ist, in dem ein variabler Druck einstellbar
ist, wobei durch den Druck zumindest mittelbar eine Schließkraft auf die Ventilnadel
(12) ausübbar ist
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (40) in einer weiteren Hülse (32) ausgebildet ist, in der die Hülse
(30) geführt ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (30) durch eine innere Feder (34) gegen das ventilsitzabgewandte Ende der
Ventilnadel (12) gedrückt wird.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Hülse (32) von eineräußeren Feder (36) gegen einen ortsfesten Anschlag
gedrückt wird, so dass sich die weitere Hülse (32) bei einer Längsbewegung der Hülse
(30) nicht bewegt.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (42) als ein die Hülse (30) umgebende Ringraum ausgebildet ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffdruck im Steuerraum (42) eine ventilsitzabgewandte Stirnseite (29)
der Ventilnadel (12) beaufschlagt, so dass abhängig vom Druck im Steuerraum (42) eine
in Richtung des Ventilsitzes (15) wirkende Schließkraft auf die Ventilnadel (12) ausgeübt
wird.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (42)über eine Zulaufdrossel (44) mit dem Zulaufkanal (40) verbindbar
ist undüber einen Ablaufkanal (46) mit einem Leckölraum, in dem stets ein niedriger
Druck herrscht.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Ablaufkanals (46) mit dem Leckölraum durch ein Steuerventil (50)
geöffnet und geschlossen werden kann.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) als Magnetventil ausgebildet ist.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (50) als Piezo-Ventil ausgebildet ist.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kraftstoffeinspritzventile vorhanden sind, deren Ablaufkanäle (46) mit einem
Sammelraum (105) verbunden sind, wobei das Steuerventil (50') die Verbindung dieses
Sammelraums (105) mit dem Leckölraum (106) steuert.
12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuführkanal ein Druckbegrenzungsventil (60) angeordnet ist, das beiÜberschreiten
eines Schwelldrucks im Steuerraum (42) eine Verbindung (70) zwischen dem Zulaufkanal
(40) schließt und bei Unterscheiten des Schwelldrucks die Verbindung (70) öffnet.
13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffkanal (22) in der Ventilnadel (12) als Längsbohrung ausgebildet ist,
die mittig in der Ventilnadel (12) verläuft
14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffkanal (22) die Ventilnadel (12) auf ihrer gesamten Länge durchläuzft.
15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffkanal (22) mit einem Ringraum (23) verbunden ist, der zwischen der
Ventilnadel (12) und der Wand einer Bohrung (10) ausgebildet ist, die im Gehäuse (1)
ausgebildet ist und in der die Ventilnadel (12) angeordnet ist.
16. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzöffnungen (17; 18) vom Ventilsitz (15) ausgehen und an der Ventilnadel
(12) eine Ventildichtfläche (20) so ausgebildet ist, dass bei Anlage der Ventilnadel
(12) am Ventilsitz (15) die Einspritzöffnungen (17; 18) sowohl gegen den Kraftstoffkanal
(22) als auch gegen den Ringraum (23) abdichtet.
17. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (12) von einer längsverschiebbaren Hohlnadel (14) umgeben ist, die
ebenfalls mit dem Ventilsitz (15) zusammenwirkt und dabei dieÖffnung wenigstens einer
weiteren Einspritzöffnung (18) steuert.
18. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffkanal (22) in der Ventilnadel (12) mit einem zwischen der Ventilnadel
(12) und der Hohlnadel (14) ausgebildeten Zwischenraum (24) verbunden ist.
19. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (24) mit einem Ringraum (23) verbunden ist, der zwischen der Ventilnadel
(12) und der Wand einer Bohrung (10) ausgebildet ist, die im Gehäuse (1) ausgebildet
ist und in der die Hohlnadel (14) angeordnet ist.
20. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hohlnadel (14) eine weitere Ventildichtfläche (21) ausgebildet ist, mit der
die Hohlnadel (14) so mit dem Ventilsitz (15) zusammenwirkt, dass die weiteren Einspritzöffnungen
(18) bei Anlage der Hohlnadel (14) auf dem Ventilsitz (15) sowohl gegen den Ringraum
(23) als auch gegen den Zwischenraum (24) abgedichtet werden.