Technisches Gebiet
[0001] Zum Einbringen von Kraftstoff in die Brennräume direkteinspritzender Verbrennungskraftmaschinen
werden hubgesteuerte Einspritzsysteme mit Hochdruckspeicherraum (Common Rail) eingesetzt.
Der Vorteil dieser Einspritzsysteme liegt darin, dass der Einspritzdruck in den Brennraum
an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine in weiten Bereichen angepasst werden
kann. Zur Reduzierung der Emissionen und zum Erzielen einer hohen spezifischen Leistung
ist ein hoher Einspritzdruck erforderlich. Das erreichbare Druckniveau von Hochdruckkraftstoffpumpen
ist aus Festigkeitsgründen begrenzt, so dass zur weiteren Drucksteigerung bei Kraftstoffeinspritzsystemen
Druckverstärker in den Kraftstoffinjektoren zum Einsatz kommen.
Stand der Technik
[0002] Die
DE 101 23 917 A hat eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem von einer
Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor zum Gegenstand. Zwischen
dem Kraftstoffinjektor und der Kraftstoffhochdruckquelle ist eine einen beweglichen
Druckübersetzerkolben aufweisende Drückübersetzungseinrichtung geschaltet. Der Druckübersetzerkolben
trennt einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem
Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum. Durch Befüllen eines Rückraumes der
Druckübersetzungseinrichtung mit Kraftstoff beziehungsweise durch Entleeren des Rückraumes
von Kraftstoff kann der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum variiert werden. Der Kraftstoffinjektor
weist einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen
auf. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so dass der Schließkolben
mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schließrichtung auf
den Schließkolben wirkenden Kraft. Der Schließdruckraum und der Rückraum werden durch
einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des
Schließdruck-Rückraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden
sind. Es ist ein Druckraum zum Versorgen der Einspritzöffnungen mit Kraftstoff und
zum Beaufschlagen des Schließkolbens mit einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft
vorgesehen. Ein Hochdruckraum steht derart mit der Kraftstoffhochdruckquelle in Verbindung,
dass im Hochdruckraum, abgesehen von Druckschwingungen, ständig zumindest der Kraftstoffdruck
der Kraftstoffhochdruckquelle anliegen kann, wobei der Druckraum und der Hochdruckraum
durch einen gemeinsamen Einspritzraum gebildet werden. Sämtliche Teilbereiche des
Einspritzraumes sind permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden.
[0003] Eine weitere Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Einspritzventilglied, einer
Druckübersetzungseinrichtung und einem als 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten Schaltventil
zur Ansteuerung des Einspritzventilglieds und der Druckübersetzungseinrichtung ist
aus
DE 102 18 635 A1 bekannt. Die Druckübersetzungseinrichtung weist einen Druckübersetzerkolben auf,
der einem Arbeitsraum, einem Differenzdruckraum und einem Hochdruckraum ausgesetzt
ist. Das Einspritzventilglied steht mit einem Schließraum in Verbindung. Mittels des
3/2-Wege-Ventils erfolgt eine Druckentlastung und Druckbeaufschlagung des Differenzdruckraums.
Zur Erzielung einer Schließkraft für das Einspritzventilglied sind der Arbeitsraum
der Druckübersetzungseinrichtung und der Schließraum des Einspritzventilglieds permanent
hydraulisch miteinander gekoppelt.
[0004] Ein Schaltventil mit vier Anschlüssen und drei Schaltstellungen zur Ansteuerung eines
druckgesteuerten Kraftstoffinjektors ist aus
DE 100 31574 A1 bekannt Die Ventilnadel des Steuerventils umfasst drei Steuerkanten, wobei mittels
zwei Steuerkanten eine Düsennadel des Einspritzventilglieds über die Verbindung mit
einem Hochdruckanschluss auf- bwz. zusteuerbar ist. Die weitere Steuerkante gehört
zu einem Schiebersystem, das zur Druckentlastung die Düsennadel mit einem Lecköseystem
verbindet.
[0005] DE 102 294 15.1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Nadelhubdämpfung an druckgesteuerten Kraftstoffinjektoren.
Es wird eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine
offenbart, die einen Kraftstoffinjektor umfasst, der über eine Hochdruckquelle mit
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar ist. Der Kraftstoffinjektor
wird über ein Zumessventil betätigt, wobei ein Einspritzventilglied von einem Druckraum
umschlossen ist und das Einspritzventilglied in Schließrichtung durch eine Schließkraft
beaufschlagbar ist. Dem Einspritzventilglied ist ein von diesem unabhängig bewegbares
Dämpfungselement zugeordnet, welches einen Dämpfungsraum begrenzt und mindestens einen
Überströmkanal zur Verbindung des Dämpfungsraumes mit einem weiteren hydraulischen
Raum aufweist. Gemäß
DE 102 294 15.1 erfolgt die Steuerung des Kraftstoffinjektors mit einem 3/2-Ventil, wodurch sich
zwar ein kostengünstiger und bauraumsparender Injektor darstellen lässt, jedoch dieses
Ventil eine relativ große Rücklaufmenge des Drückübersetzers zu steuern hat.
[0006] Anstelle der aus
DE 102 294 15.1 bekannten Ausführungsform eines 3/2-Ventiles können auch Servoventile eingesetzt
werden, die im Ruhe zustand des Servoventiles am Führungsabschnitt leckagefrei ausgebildet
sind, was den Wirkungsgrad eines Kraftstoffinjektors günstig beeinflusst. Nachteilig
ist jedoch der Umstand, dass im geöffneten Zustand des Servoventilkolbens des 3/2-Wegeventils
keine in dessen Öffnungsrichtung weisende Druckfläche mit Systemdruck beaufschlagt
ist. Dadurch wird die Bewegung des Servoventilkolbens in seinem Gehäuse sehr toleranzempfindlich.
Ferner lässt sich eine langsame Öffnungsgeschwindigkeit des Servoventilkolbens nicht
erreichen, wodurch die Kleinstmengenfähigkeit eines derart konfigurierten Servoventiles
eingeschränkt ist. Im geöffneten Zustand des Servoventilkolbens stellt sich an einem
an diesem ausgebildeten zweiten Ventilsitz nur eine ungenügende Schließkraft ein,
was zu Undichtigkeiten und zu erhöhtem Verschleiß führen kann.
[0007] Nachteilig bei den aus dem Stande der Technik bekannten Servoventilen sind einerseits
der große fertigungstechnische Aufwand sowie andererseits die damit verbunden Kosten.
Darstellung der Erfindung
[0008] Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird ein direktschaltendes, als 3/2-Wegeventil
ausgebildetes Schaltventil vorgeschlagen, welches vollständig druckausgeglichen ist.
An der Ventilnadel des Schaltventiles ist sowohl ein Dichtsitz als auch eine Schieberdichtung
ausgebildet. Am Schaltventil sind, oberhalb eines Niederdruckraumes ein erster erster
Druckraum sowie ein zweiter Druckraum ausgebildet. Zur Erzielung einer Druckausgeglichenheit
sind der Durchmesser des Dichtsitzes und der Durchmesser der Ventilnadel nahezu identisch,
so dass der Kraftstoffdruck aus einem ersten Druckraum und der Kraftstoffdruck aus
einem zweiten Druckraum keine Kräfte auf die Ventilnadel äuszuüben vermögen.
[0009] Um zu vermeiden, dass aus dem Niederdruckraum Kräfte auf die Ventilnadel wirken,
kann an der Ventilnadel an dem dem Niederdruckraum zuweisenden Ende ein Fortsatz ausgebildet
sein.
[0010] Der Dichtsitz, der sich oberhalb des Niederdruckraumes befindet, kann entweder als
Flachsitz oder als Kegelsitz ausgebildet werden. Der das direktschaltende Schaltventil
betätigende Aktor kann sowohl als Piezosteller als auch als Magnetaktor ausgebildet
sein. Zur Verbesserung der Zumessgenauigkeit und zur Dosierung kleiner Kraftstoffmengen
kann eine Nadelhubdämpfung vorgesehen werden, mit welcher die Bewegung des Einspritzventilgliedes
auf kleinste Wege begrenzt werden kann. Durch das erfindungsgemäße, als 3/2-Wegeventil
ausgebildete Schaltventil können Kraftstoffinjektoren, die einen Druckverstärker enthalten
betätigt werden, um die großen Rücklaufmengen zu beherrschen. Die erfindungsgemäße
Lösung bietet gegenüber als 3/2-Servo-Ventilen ausgebildeten Schaltventilen den Vorteil,
dass diese hinsichtlich des fertigungstechnischen Aufwandes wesentlich einfacher und
damit kostengünstiger zu fertigen sind, da nur eine einteilige Ventilnadel notwendig
ist und der hydraulische Steuerraum mit den toleranzkritischen Drosseln und dem notwendigen
Vorsteuerventil entfällt. Die Ausbildung in einem einteiligen Ventilgehäuse gewährleistet
eine geringere Teilanzahl und eine hohe Fertigungsgenauigkeit zwischen der Nadelführung
und Nadelsitz. Andererseits kann das Ventilgehäuse in vorteilhafter Weise auch zweiteilig
ausgebildet werden, in Verbindung mit einem als Flachsitz ausgebildeten Dichtsitz.
Dabei liegt der Dichtsitz des Flachsitzes in einem zweiten als Dichtplatte ausgebildeten
Körperteil. Durch die verbesserte Zugänglichkeit zur Bearbeitung von Dichtsitz, Schieberkanten
und Ventilkammern lässt sich eine wesentlich kostengünstigere Fertigung des Ventiles
erreichen.
Zeichnung
[0011] Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
[0012] Es zeigt:
- Figur 1
- einen Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker, welcher über den Differenzdruck- raum
gesteuert wird und über ein direktschaltendes 3/2-Wegeventil geschaltet wird und
- Figur 2
- eine weitere Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors, dessen 3/2- Schaltventil
eine Ventilnadel aufweist, an welcher im Bereich des Niederdruck- raumes des Schaltventiles
ein Fortsatz ausgebildet ist, und
- Figur 3
- ein mehrteiliges Ventilgehäuse eines direkt schaltenden 3/2-Wegeventils.
Ausführungsvarianten
[0013] Der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker zu entnehmen,
der über einen Differenzdruckraum steuerbar ist und mittels eines direktschaltenden
3/2-Wege-Ventiles betätigbar ist.
[0014] Über eine Druckquelle 1, bei der es sich zum Beispiel um einen Hochdruckspeicher
(Common Rail) eines Kraftstoffeinspritzsystems handeln kann, steht über eine Hochdruckzuleitung
mit einem Druckverstärker 3 in Verbindung. Die Hochdruckzuleitung 2 mündet in einen
Arbeitsraum 4 des Druckverstärkers 3. Der Arbeitsraum 4 ist von einem druckentlastbaren
und druckbeaufschlagbaren Differenzdruckraum 6 über einen Verstärkerkolben 5 getrennt.
Eine Stirnseite des Verstärkerkolbens 5 beaufschlagt einen Kompressionsraum 8 des
Druckverstärkers 3. Dem Verstärkerkolben 5 des Druckverstärkers 3 ist eine Rückstellfeder
7 zugeordnet, welche die Rückstellbewegung des Verstärkerkolbens 5 in seine Ruhelage
unterstützt. Vom Arbeitsraum 4 des Druckverstärkers 3 erstreckt sich eine Überströmleitung
9 zu einem Schaltventil 22.
[0015] Der Differenzdruckraum 6 des Druckverstärkers 3 ist über eine Steuerleitung 10 ebenfalls
mit dem Schaltventil 22 verbunden, welches über einen Aktor 37 betätigbar ist. Der
Aktor 37 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, als ein eine Magnetspule 38 umfassendes Magnetventil
ausgestaltet sein oder auch als Piezoaktor ausgeführt werden.
[0016] Vom Kompressionsraum 8 des Druckverstärkers 3 erstreckt sich eine Druckraumzuleitung
11 zu einem Druckraum 12, der im Körper eines Kraftstoffinjektors ausgebildet ist.
Im Körper des Kraftstofinjektors ist ein Einspritzventilglied 13 aufgenommen. Das
Einspritzventilglied 13 weist im Bereich des Druckraumes 12 eine Druckstufe 14 auf.
Das Einspritzventilglied 13 ist an seiner oberen Stirnseite über eine in einem Steuerraum
aufgenommene Schließfeder 15 in Schließrichtung beaufschlagt. Vom Druckraum 12 aus
erstreckt sich ein Ringspalt 16, über welchen bei Druckbeaufschlagung des Druckraumes
12 Kraftstoff Einspritzöffnungen 17 zuströmt. Die Einspritzöffnungen 17 münden in
einen Brennraum 18 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine.
[0017] Die Druckbeaufschlagung des die Schließfeder 15 aufnehmenden Steuerraumes oberhalb
des Einspritzventilgliedes 13 erfolgt über eine den Differenzdruckraum 6 des Druckverstärkers
3 mit dem die Schließfeder aufnehmenden Steuerraum verbindende Verbindungsleitung
19. Von dieser zweigt ein Abzweig 20 ab, in welchem ein Befüllventil 21 aufgenommen
ist, welches in den Kompressionsraum 8 des Druckverstärkers 3 mündet und zu dessen
Wiederbefüllung bei einer Rückstellbewegung des Übersetzerkolbens 5 dient.
[0018] Die vom Differenzdruckraum 6 zum Schaltventil 22 führende Steuerleitung 10 mündet
in einen zweiten Druckraum 29 im Ventilgehäuse 35 des Schaltventiles 22. Das Schaltventil
22 umfasst eine Ventilnadel 23. Die Ventilnadel 23 weist einen Durchmesser 27 in ihrem
Führungsbereich innerhalb des einteilig ausgebildeten Ventilgehäuses 35 auf, der einem
Durchmesser 26 an einem Dichtsitz 24 an der Ventilnadel 23 entspricht. Dadurch ist
die einteilig ausgebildete Ventilnadel 23 des als direktschaltenden 3/2-Wege-Ventils
beschaffenen Schaltventiles 22 druckausgeglichen. Darüber hinaus weist die einteilige
Ventilnadel 23 des Schaltventiles 22 eine Schieberdichtung 25 auf.
[0019] Mittels der Schieberdichtung 25 an der einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23 kann
die in den ersten Druckraum 28 des Schaltventiles 22 vom Arbeitsraum 4 aus mündende
Überströmleitung 9 gegen den zweiten Druckraum 29 verschlossen werden. Bei geschlossenem
Dichtsitz 24 ist der zweite Druckraum 29 gegen einen Niederdruckraum 30 verschlossen.
Vom Niederdruckraum 30 zweigt ein niederdruckseitiger Rücklauf 32.2 ab, der zu einem
in Fig. 1 nicht dargestellten Kraftstoffreservoire führt.
[0020] Die Schieberdichtung 25 der einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23 wird durch eine
gehäuseseitig ausgebildete Steuerkante 33 und eine ventilnadelseitig ausgebildete
Steuerkante 34 gebildet und liegt dem Dichtsitz 24 am niederdruckseitigen Ende der
einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23 gegenüber.
[0021] In vorteilhafter Weise ist die Ventilnadel 23 einteilig ausgebildet und in ein ebenfalls
einteilig ausgebildetes Ventilgehäuse 35 eingelassen. Die Ventilnadel 23 wird durch
eine Schließfeder 36 in Schließrichtung beaufschlagt, so dass der Dichtsitz 24 bei
nicht betätigtem Aktor 37 stets den zweiten Druckraum 29 zum niederdruckseitigen Rücklauf
32.2 verschließt. Der Dichtsitz 24 kann als Dichtkante oder als Dichtfläche ausgebildet
werden. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante ist der Aktor 37 als Magnetaktor
ausgebildet, eine Spule 38 enthaltend. Der unteren Ringfläche der Spule 38 des Magnetaktors
gegenüberliegend, weist die einteilig ausgebildete Ventilnadel 23 eine Platte 39 auf.
[0022] Im deaktivierten Ruhezustand des Druckverstärkers 3 befindet sich das Schaltventil
22 aufgrund der auf die Ventilnadel 23 wirkenden Schließfeder 36 in einer geschlossenen
Position. In dieser in Fig. 1 dargestellten Position der einteilig ausgebildeten Ventilnadel
23 steht der Differenzdruckraum 6 über die geöffnete Schieberdichtung 25 des Schaltventiles
22 und die Steuerleitung 10, die Überströmleitung 9 mit dem Arbeitsraum 4 in Verbindung.
Dadurch herrscht im Differenzdruckraum 6 des Druckverstärkers 3 derselbe Druck wie
im Arbeitsraum 4 des Druckverstärkers 3. Demgegenüber ist aufgrund der Schließkraft
der Schließfeder 36 der Dichtsitz 24 zum Niederdruckraum 30 geschlossen, so dass der
Differenzdruckraum 6 vom niederdruckseitigen Rücklauf abgekoppelt ist und der Druckverstärker
3 sich in seinem druckausgeglichenen Zustand befindet und keine Druckverstärkung auftritt.
[0023] Zur Aktivierung des Druckverstärkers 3 wird der Differenzdruckraum 6 druckentlastet.
Dies erfolgt durch eine Ansteuerung, d.h. ein Öffnen des Schaltventiles 22, welches
beispielsweise über eine Bestromung der Magnetspule 38 erfolgen kann, so dass die
Platte 39 an der Oberseite der Ventilnadel 23 in Richtung auf die Spule 38 gezogen
wird. Aufgrund dessen bewegt sich die Ventilnadel 23 nach oben. Dabei erfolgt ein
Überdecken der Steuerkanten 33, 34 der Schieberdichtung 25, so dass diese schließt,
wohingegen der Dichtsitz 24 am niederdruckseitigen Ende der einteilig ausgebildeten
Ventilnadel 23 öffnet. Dadurch erfolgt eine Abkopplung des Differenzdruckraumes 6
vom Arbeitsraum 4, d. h. der Druckquelle 1 und der Differenzdruckraum 6 wird über
die Steuerleitung 10, welche in den zweiten Druckraum 29 mündet, den offen stehenden
Dichtsitz 24 in den niederdruckseitigen Rücklauf 32.2 druckentlastet. Dadurch fährt
der Verstärkerkolben 5 des Druckverstärkers 3 in den Kompressionsraum 8 ein, so dass
unter extrem hohem Druck stehender Kraftstoff von diesen via Druckraumzuleitung 11
in den Druckraum 12 gelangt. Die sich im Druckraum 12 aufbauende hydraulische Kraft
greift an der hydraulisch wirksamen Fläche der Druckstufe 14 an und bewegt das Einspritzventilglied
13 entgegen der Wirkung der Schließfeder 15 in eine Öffnungsstellung, so dass vom
Druckraum 12 über den Ringspalt 16 den Einspritzöffnungen 17 zuströmender Kraftstoff
in den Brennraum 18 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
[0024] Zum Beenden des Einspritzvorganges wird das als direktschaltendes 3/2-Wege-Ventil
ausgebildete Schaltventil 22 aktiviert, d.h. geschlossen. Über die Wirkung der Schließfeder
36 bewegt sich die einteilig ausgebildete Ventilnadel 23 in ihre untere Ausgangsstellung.
Bei der vertikalen Abwärtsbewegung der einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23 erfolgt
ein Schließen des Dichtsitzes 24 und ein Öffnen der Schieberdichtung 25, gebildet
durch die Steuerkanten 33 bzw. 34. Über den Arbeitsraum 4, die Überströmleitung 9,
den ersten Druckraum 28, dem zweiten Druckraum 29 und die Steuerleitung 10 baut sich
im Differenzdruckraum 6 des Druckverstärkers 3 Systemdruck auf, wodurch der Druckverstärker
3 deaktiviert wird, d. h. unterstützt durch die Rückstellfeder 7 wieder in seine Ruhelage
zurückkehrt. Das Einspritzventilglied 13 schließt, da der Druck im Druckraum 12 bei
Druckentlastung des Kompressionsraumes 8 ebenfalls abnimmt.
[0025] Bei Wiederbefüllung des Differenzdruckraumes 6 über die Steuerleitung 10 erfolgt
gleichzeitig ein Überströmen von Kraftstoff in die Verbindungsleitung 19 zu dem die
Schließfeder 15 aufnehmenden Steuerraum des Einspritzventilgliedes 13. Über den von
der Verbindungsleitung 19 abzweigenden Abzweig 20 strömt Kraftstoff über ein Befüllventil
21, welches beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein kann, dem wieder
zu befüllenden Kompressionsraum 8 des Druckverstärkers 3 zu.
[0026] Die Druckausgeglichenheit des als direktschaltendes 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten
Schaltventiles 22 wird durch übereinstimmende Durchmesser 26 im Bereich des Dichtsitzes
24 und im Bereich der Ventilnadel 23, vgl. Nadeldurchmesser 27 im einteiligen Gehäuse
35 erreicht. Dadurch üben sowohl der im ersten Druckraum 28 anstehende Kraftstoffdruck
als auch der im zweiten Druckraum 29 anstehende Kraftstoffdruck keine Kräfte auf die
einteilig ausgebildete Ventilnadel 23 aus.
[0027] Anstelle der im Differenzdruckraum 6 aufgenommenen Rückstellfeder 7 zur Unterstützung
der Rückstellbewegung des Verstärkerkolbens 5 in seine Ruhelage, kann diese Stellfeder
auch in einem anderen Raum des Druckverstärkers 3 untergebracht sein, oder es kann
auf hydraulischem Wege eine Rückstellkraft erzeugt werden.
[0028] Der Dichtsitz 24 kann zum Beispiel als Flachsitz oder wie in Fig. 1 angedeutet als
Kegelsitz ausgebildet werden. In Verbindung mit einem zweiteilig ausgebildeten Ventilgehäuse
können bei Ausbildung des Dichtsitzes 24 als Flachsitz erhebliche fertigungstechnische
Vorteile erzielt werden. Bei einem zweiteilig ausgebildeten Ventilgehäuse 35, kann
der als Flachsitz ausgeführte Dichtsitz 24 in einem zweiten, als Dichtplatte 35.2
ausgebildeten Ventilgehäuseteil liegen (Figur 3). Durch die verbesserte Zugänglichkeit
zur Bearbeitung des Dichtsitzes 24 sowie von Schieberkanten und Ventilkammern lässt
sich bei Einsatz eines zweiteilig ausgebildeten Ventilgehäuses eine kostengünstigere
Fertigung des Ventiles erreichen. Neben der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante
des Aktors 37 als Magnetspule 38, kann auch ein Piezosteller zur Betätigung der einteiligen
Ventilnadel 23 des direktschaltenden 3/2-Wege-Ventiles 22 eingesetzt werden. Zur Verbesserung
der Zumessgenauigkeit und zur Darstellung kleiner Einspritzmengen kann dem Einspritzventil
13 ein Dämpfungskolben zugeordnet werden, welcher die Öffnungsgeschwindigkeit des
Einspritzventilgliedes 13 bei aktiviertem Druckverstärker 3 und von dessen Kompressionraum
8 in den Druckraum 12 einströmenden, unter erhöhtem Druck stehenden Kraftstoff dämpft.
[0029] Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante eines direktschaltenden 3/2-Wege-Ventiles
zu entnehmen, dessen Ventilnadel einen niederdruckseitigen Fortsatz aufweist.
[0030] Im Unterschied zur in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante befindet sich an der
Ventilnadel 23 unterhalb des Dichtsitzes 24 ein Fortsatz 31, welcher in den Niederdruckraum
30 eintaucht. Oberhalb des Fortsatzes 31 der einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23
verläuft ein erster niederdruckseitiger Rücklauf 32.1, während unterhalb des Fortsatzes
31 ein zweiter niederdruckseitiger Rücklauf 32.2 abzweigt. Analog zur Darstellung
der einteiligen Ventilnadel 23 gemäß Fig. 1 umfasst die Ventilnadel 23 gemäß der Ausführungsvariante
nach Fig. 2 eine Schieberdichtung 25, welche durch eine ventilnadelseitige Steuerkante
34 und eine ventilgehäuseseitige Steuerkante 33 gebildet wird. Zur Druckausgeglichenheit
der Ventilnadel 23 entsprechen der Führungsdurchmesser 27 der Ventilnadel 23 und der
Sitzdurchmesser 26 des Dichtsitzes 24 einander. Mit der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante
kann erreicht werden, dass im Niederdruckraum 30 auftretende Druckkräfte nicht auf
die Ventilnadel 23 wirken. Die Funktionsweise der Ausführungsvariante, welche in Fig.
2 dargestellt ist, entspricht der Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Kraftstoffinjektors
mit Druckverstärker 3, der über das direktschaltende Schaltventil 22 betätigt wird,
dessen Ventilnadel 23 ohne den in Fig. 2 dargestellten Fortsatz 31 im Niederdruckraum
30 beschaffen ist.
[0031] Im Vergleich zu den aus dem Stande der Technik bekannten Servoventilen, mit welchen
ein Kraftstoffinjektor mit Druckverstärker 3 betätigbar ist, und mit welchen die hohen
Absteuermengen bei Druckentlastung des Differenzdruckraumes 6 des Druckverstärkers
3 beherrschbar sind, ist das Schaltventil 22 als direktschaltendes 3/2-Wege-Ventil
ausgebildet, und kann aufgrund der einteilig ausgebildeten Ventilnadel 23, sei sie
mit oder ohne Fortsatz 31 ausgebildet, wesentlich einfach und fertigungstechnisch
günstiger hergestellt werden und die einteilige Ausbildung des Ventilgehäuses 35 des
als direktschaltendes 3/2-Wege-Ventils ausgebildeten Schaltventiles 22 gewährleisten
eine ausreichende Fertigungsgenauigkeit und damit eine tolerierbare Dichtheit bei
Hochdruckeinspritzsystemen für die direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen.
[0032] Bei einem zweiteilig ausgebildeten Ventilgehäuse 35 kann unter Einsatz eines als
Flachsitz ausgebildeten Dichtsitzes 24 dieser in einem als Dichtplatte 35.2 ausgebildeten
Ventilgehäuseteil liegen. Diese Ausführungsvariante eröffnet die Möglichkeit einer
verbesserten Zugänglichkeit zur Bearbeitung des Dichtsitzes 24 der Schieberdichtung
25 sowie der Venteilkammern des Ventils. Die Ausführungsvariante eines direkt schaltenden
3/2-Wegeventiles mit einem mehrteiligen Ventilgehäuse ist in Figur 3 dargestellt.
Das mehrteilige Ventilgehäuse 35 umfasst einen ersten Gehäuseteil 35.1, in welchem
die Ventilnadel 23 des direkt schaltenden Schaltventiles 22 geführt ist. An der Ventilnadel
23, die in einem Durchmesser 27 ausgebildet ist, ist eine einer Magnetspule 38 gegenüberliegende
Platte 39 ausgebildet, die ihrerseits von der Schließfeder 36 beaufschlagt ist. Im
ersten Gehäuseteil 35.1 ist die gehäuseseitige Steuerkante 33, die mit der ventilnadelseitigen
Steuerkante 34 zusammenwirkt, ausgebildet. Der Dichtsitz 24 wird bevorzugt als Flachsitz
ausgebildet. Durch den Dichtsitz 24 wird der Niederdruckraum 30 abgedichtet. Dieser
kann in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise als Sacklochbohrung ausgebildet
werden, von der ein zweiter niederdruckseitiger Rücklauf 32.2 abzweigt. Die Steuerleitung
10 mündet in den zweiten Druckraum 29, die vom Arbeitsraum 4 des Druckverstärkers
3 abzweigende Überströmleitung 9 mündet in den ersten Druckraum 28. Der zweite Ventilgehäuseteil
35.2 des mehrteiligen Ventilgehäuses 35 kann ein eigenständiges Bauteil darstellen,
welches getrennt vom Injektorkörper eines Kraftstoffinjektors ausgebildet ist. Das
als Dichtplatte ausgebildete zweite Ventilgehäuseteil 35.2 kann jedoch ebenso gut
durch das Injektorgehäuse an sich gebildet werden.
[0033] Die in der Ausführungsvariante gemäß Figur 2 dargestellten niederdruckseitigen Rückläufe
32.1, 32.2 können zusammengeführt sein und an ein beiden Rückläufen 32.1, 32.2 gemeinsames
Rücklaufsystem angeschlossen werden.
[0034] Das erfindungsgemäß vorgeschlagene als direktschaltendes 3/2-Wege-Ventil ausgebildete
Schaltventil 22 lässt sich bei Druckverstärkern 3 einsetzen, die über eine Steuerung
des Druckes im Differenzdruckraum 6 gesteuert werden. Entsprechend des Auslegungsverhältnisses
des Druckverstärkers 3 erfolgt eine Druckerhöhung in dessen Kompressionsraum 8, welcher
über die Druckraumzuleitung 11 im Druckraum 12 indem das Einspritzventilglied 13 im
Bereich einer Druckstufe 14 umgebenden Druckraum 12 ansteht. Je höher der dort herrschende
Druck ist, desto höherer Einspritzdruck lässt sich an den in den Brennraum 18 der
Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen 17 erreichen.
Bezugszeichenliste
1 |
Druckquelle (Common Rail) |
33 |
gehäuseseitige Steuerkante |
2 |
Hochdruckzuleitung |
34 |
ventilnadelseitige Steuerkante |
3 |
Druckverstärker |
35 |
Ventilgehäuse |
4 |
Arbeitsraum |
35.1 |
erstes Gehäuseteill |
5 |
Verstärkerkolben |
35.2 |
zweites Gehäuseteil |
6 |
Differenzdruckraum |
36 |
Schließfeder 3/2-Ventil |
7 |
Rückstellfeder |
37 |
Aktor |
8 |
Kompressionsraum |
38 |
Magnetspule |
9 |
Überströmleitung |
39 |
Platte |
10 |
Steuerleitung |
|
|
11 |
Druckraumzuleitung |
|
|
12 |
Druckraum |
|
|
13 |
Einspritzventilglied |
|
|
14 |
Druckstufe |
|
|
15 |
Schließfeder |
|
|
16 |
Ringspalt |
|
|
17 |
Einspritzöffnung |
|
|
18 |
Brennraum |
|
|
19 |
Verbindungsleitung |
|
|
20 |
Abzweig |
|
|
21 |
Befüllventil |
|
|
22 |
Schaltventil (3/2-Wege-Ventil) |
|
|
23 |
Ventilnadel |
|
|
24 |
Dichtsitz |
|
|
25 |
Schieberdichtung |
|
|
26 |
Durchmesser Dichtsitz |
|
|
27 |
Führungsdurchmesser |
|
|
28 |
erster Druckraum |
|
|
29 |
zweiter Druckraum |
|
|
30 |
Niederdruckraum |
|
|
31 |
Ventilnadelfortsatz |
|
|
32.1 |
erster niederdruckseitiger Rücklauf |
|
|
32.2 |
zweiter niederdruckseitiger Rücklauf |
|
|
1. Kraftstoffinjektor mit einem Druckverstärker (3), der von einer Druckquelle (1) über
eine Hochdruckzuleitung (2) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird
und dessen Arbeitsraum (4) von einem Differenzdruckraum (6) über einen Verstärkerkolben
(5) getrennt ist, wobei die Druckentlastung und die Druckbeaufschlagung des Differenzdruckraumes
(6) über ein Schaltventil (22) mit einem ersten Druckraum (28) und einem zweiten Druckraum
(29) erfolgen, welches mit dem Differenzdruckraum (6) über eine Steuerleitung (10)
verbunden ist und ein Druckraum (12) am Einspritzventilglied (13) über eine Druckraumzuleitung
(11) mit einem Kompressionsraum (8) des Druckverstärkers (3) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (22) ein direktschaltendes 3/2-Wege-Ventil ist, dessen Ventilnadel
(23, 31) druckausgeglichen ist und sowohl einen Dichtsitz (24) als auch eine Schieberdichtung
(25) aufweist, dass die Ventilnadel (23) einen Führungsdurchmesser (27) im Ventilgehäuse
(35) aufweist, der im Wesentlichen einem Durchmesser (26) des Dichtsitzes (24) der
Ventilnadel (23) entspricht, dass der zweite Druckraum (29) des Schaltventils (22)
mittels des Dichtsitzes (24) von einem Niederdruckraum (30) trennbar ist, und dass
eine mit der Hochdruckzuleitung (2) verbundene Überströmleitung (9) in den ersten
Druckraum (28) des Schaltventils (22) mündet und eine den Differenzdruckraum (6) des
Druckverstärkers (3) druckbeaufschlagende oder druckentlastende Steuerleitung (10)
in den zweiten Druckraum (29) des Schaltventils (22) mündet, wobei die Druckräume
(28, 29) über die Schieberdichtung (25) entsprechend der Hubbewegung der Ventilnadel
(23) voneinander trennbar oder miteinander verbindbar sind.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckraum (28) und der zweite Druckraum (29) durch die Schieberdichtung
(25) voneinander trennbar sind.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (22) eine einteilig ausgebildete Ventilnadel (23) aufweist.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dass die Ventilnadel (23) einen Ventilnadelfortsatz
(31) umfasst, der von einem Niederdruckraum (30) umschlossen ist.
5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (24) am niederdruckraumseitigen Ende der Ventilnadel (23) als Kegelsitz
oder als Flachsitz ausgebildet ist.
6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilig ausgebildete Ventilnadel (23) in einem einteilig ausgebildeten Ventilgehäuse
(35) aufgenommen ist.
7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilig ausgebildete Ventilnadel (23) in einem mehrteilig ausgebildeten Ventilgehäuse
(35) geführt ist.
8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdurchmesser (27) der Ventilnadel (23) dem Durchmesser der Schieberdichtung
(25) entspricht.
1. Fuel injector having a pressure booster (3) which is supplied with highly pressurized
fuel from a pressure source (1) via a high-pressure supply line (2) and whose working
chamber (4) is separated from a differential pressure chamber (6) by means of a booster
piston (5), with the depressurization and pressurization of the differential pressure
chamber (6) taking place via a switching valve (22) having a first pressure chamber
(28) and a second pressure chamber (29) which is connected via a control line (10)
to the differential pressure chamber (6), and a pressure chamber (12) at the injection
valve member (13) is connected via a pressure chamber supply line (11) to a compression
chamber (8) of the pressure booster (3), characterized in that the switching valve (22) is a direct-switching 3/2 directional valve whose valve
needle (23, 31) is pressure-balanced and has both a sealing seat (24) and also a slide
seal (25), in that the valve needle (23) has a guide diameter (27) in the valve housing (35), which
guide diameter (27) corresponds substantially to a diameter (26) of the sealing seat
(24) of the valve needle (23), in that the second pressure chamber (29) of the switching valve (22) can be separated from
a low-pressure chamber (30) by means of the sealing seat (24), and in that an overflow line (9) which is connected to the high-pressure supply line (2) opens
out into the first pressure chamber (28) of the switching valve (22), and a control
line (10), which pressurizes or depressurizes the differential pressure chamber (6)
of the pressure booster (3), opens out into the second pressure chamber (29) of the
switching valve (22), with it being possible for the pressure chambers (28, 29) to
be separated from or connected to one another via the slide seal (25) corresponding
to the stroke movement of the valve needle (23).
2. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the first pressure chamber (28) and the second pressure chamber (29) can be separated
from one another by means of the slide seal (25).
3. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the switching valve (22) has a single-piece valve needle (23).
4. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the valve needle (23) comprises a valve needle projection (31) which is surrounded
by a low-pressure chamber (30).
5. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the sealing seat (24) on the low-pressure-chamber-side end of the valve needle (23)
is formed as a conical seat or as a flat seat.
6. Fuel injector according to Claim 3, characterized in that the single-piece valve needle (23) is held in a single-piece valve housing (35).
7. Fuel injector according to Claim 3, characterized in that the single-piece valve needle (23) is guided in a multi-part valve housing (35).
8. Fuel injector according to Claim 1, characterized in that the guide diameter (27) of the valve needle (23) corresponds to the diameter of the
slide seal (25).
1. Injecteur de carburant comprenant un multiplicateur de pression (3), qui est alimenté
en carburant à haute pression par une source de pression (1) par l'intermédiaire d'une
conduite d'amenée haute pression (2), et dont l'espace de travail (4) est séparé d'un
espace de pression différentielle (6) par le biais d'un piston multiplicateur (5),
la décharge de pression et la sollicitation en pression de l'espace de pression différentielle
(6) s'effectuant par le biais d'une soupape de commutation (22) ayant un premier espace
de pression (28) et un deuxième espace de pression (29) qui est connectée à l'espace
de pression différentielle (6) par le biais d'une conduite de commande (10) et un
espace de pression (12) sur l'organe de soupape d'injection (13) étant en liaison
par le biais d'une conduite d'amenée de l'espace de pression (11) avec un espace de
compression (8) du multiplicateur de pression (3), caractérisé en ce que la soupape de commutation (22) est une soupape à 3/2 voies à commutation directe,
dont l'aiguille de soupape (23, 31) est compensée en pression et présente également
un siège d'étanchéité (24) et un joint d'étanchéité à tiroir (25), en ce que l'aiguille de soupape (23) présente un diamètre de guidage (27) dans le boîtier de
soupape (35) qui correspond essentiellement à un diamètre (26) du siège d'étanchéité
(24) de l'aiguille de soupape (23), en ce que le deuxième espace de pression (29) de la soupape de commutation (22) peut être séparé
au moyen du siège d'étanchéité (24) d'un espace basse pression (30) et en ce qu'une conduite de transfert (9) connectée à la conduite d'amenée haute pression (2)
débouche dans le premier espace de pression (28) de la soupape de commutation (22)
et une conduite de commande (10) sollicitant en pression ou déchargeant en pression
l'espace de pression différentielle (6) du multiplicateur de pression (3) débouche
dans le deuxième espace de pression (29) de la soupape de commutation (22), les espaces
de pression (28, 29) pouvant être séparés l'un de l'autre ou connectés l'un à l'autre
par le biais du joint d'étanchéité à tiroir (25) en fonction du mouvement de course
de l'aiguille de soupape (23).
2. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier espace de pression (28) et le deuxième espace de pression (29) peuvent
être séparés l'un de l'autre par le joint d'étanchéité à tiroir (25).
3. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de commutation (22) présente une aiguille de soupape (23) réalisée d'une
seule pièce.
4. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aiguille de soupape (23) comprend une saillie d'aiguille de soupape (31) qui est
entourée par un espace basse pression (30).
5. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siège d'étanchéité (24) est réalisé sur l'extrémité de l'aiguille de soupape (23)
du côté de l'espace basse pression sous forme de siège conique ou de siège plat.
6. Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aiguille de soupape (23) réalisée d'une seule pièce est reçue dans un boîtier de
soupape (35) réalisé d'une seule pièce.
7. Injecteur de carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'aiguille de soupape (23) réalisée d'une seule pièce est guidée dans un boîtier
de soupape (35) réalisé en plusieurs parties.
8. Injecteur de carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de guidage (27) de l'aiguille de soupape (23) correspond au diamètre
du joint d'étanchéité à tiroir (25).