Steuerventil für ein Einspritzventil

Abstract

 Ein Steuerventil für Einspritzventile für Verbrennungskraftmaschinen, umfasst ein Ventilgehäuse (1), eine in axialer Richtung bewegbare Ventilnadel (3), die in einer zylindrischen Führung (11) angeordnet ist, und einem in der Ventilnadel (3) angeordneten Kolben (4). Erfindungsgemäß ist in dem Ventilgehaüse (1) ein Einsatz (2) augenommen, an dem der Stift (4) und Kolben (5) gehalten ist. Der Einsatz (2) umgibt die Ventilnadel (3) teilweise und ein Kolben (4) liegt an dem Stift (5) an. Das Steuerventil kann mit geringen Kräften und kurzen Schaltzeiten betrieben werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil, insbesondere für Einspritzventile für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Ventilgehäuse, einer in axiale Richtung bewegbaren Ventilnadel, die in einer zylindrischen Führung angeordnet ist, und einem in der beweglichen Ventilnadel angeordneten Kolben.

[0002] Aus der JP 5-332220 ist ein Steuerventil für ein Einspritzventil bekannt, bei dem innerhalb der Ventilnadel ein mit dem Gehäuse verbundener Kolben vorgesehen ist. Die Ventilnadel ist dabei hülsenförmig ausgebildet und der Kolben greift in axialer Richtung in die Ventilnadel ein. Nachteilig bei diesem Steuerventil ist, dass die durch das Fluid auf die Ventilnadel wirkenden Druckkräfte nicht ausgeglichen werden und somit die zum Schalten erforderlichen Kräfte bei höheren Drücken groß sind. Dies führt zu einer Verlängerung der Schaltzeit und somit zu einer Begrenzung der Effektivität der Einspritzung.

[0003] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steuerventil, insbesondere für ein Einspritzventil, zu schaffen, das nur geringe Schaltkräfte benötigt und mit dem die Schaltzeiten sehr kurz ausgestaltet werden können.

[0004] Diese Aufgabe wird mit einem Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0005] Erfindungsgemäß ist in dem Ventilgehäuse ein Einsatz aufgenommen, an dem der Kolben innerhalb der Ventilnadel gehalten ist. Dadurch können die auf den Kolben wirkenden Axialkräfte über den Einsatz auf das Gehäuse abgetragen werden, ohne dass sich der Kolben durch ein Ende der Ventilnadel hindurch erstrecken muss. Daher können auf engem Bauraum die wirkenden Kräfte über den Einsatz auf das Ventilgehäuse abgetragen werden.

[0006] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung heben sich im geschlossenen Zustand der Ventilnadel die durch ein Fluid wirkenden axialen Druckkräfte auf. Denn gerade bei hohen Drücken sind die axialen Druckkräfte dafür verantwortlich, dass zum Schliessen und geschlossen halten des Ventils hohe Kräfte aufgewendet werden müssen. Wenn die Ventilnadel hingegen nicht wesentlich durch axiale Druckkräfte eines Fluides in eine Richtung gedrückt wird, können die Schaltkräfte minimiert werden und entsprechend kann die Schaltzeit äußerst kurz gestaltet werden.

[0007] Vorzugsweise umgibt der Einsatz die Ventilnadel zumindest teilweise, sodass der Kolben auch innerhalb des Einsatzes aufgenommen sein kann. Insbesondere kann eine radiale Abstützung vorgesehen sein, wenn die Ventilnadel eine Öffnung aufweist und der Kolben an einem Abstützkörper anliegt, der durch die Öffnung der Ventilnadel an dem Einsatz festgelegt ist. Die Öffnung kann dabei als Langloch ausgebildet sein, um eine gewisse Relativbewegung der Ventilnadel zu dem Abstützkörper für die Schaltung des Steuerventils zu ermöglichen.

[0008] Für eine einfache Montage ist der Kolben in die hülsenförmige Ventilnadel einschiebbar. Für eine axiale Führung der Ventilnadel dient die äußere zylindrische Führung , die in dem Einsatz ausgebildet ist.

[0009] In dem Einsatz ist vorzugsweise ein Ventilsitz für die Ventilnadel ausgebildet. Dadurch kann die Herstellung vereinfacht werden, da der Einsatz als vorgefertigtes Bauteil dann in das Steuerventil einsetzbar ist.

[0010] Wenn die Fläche des Querschnittes des Ventilsitzes der Fläche des Querschnittes des Kolbens entspricht, werden die durch ein Fluid wirkenden axialen Druckkräfte aufgehoben. Dadurch kann auch bei hohen Drücken, beispielsweise über 1500 bar, wie sie bei Einspritzventilen für Dieselinjektoren auftreten, ein Schaltvorgang ohne größere Schaltkräfte bewirkt werden.

[0011] Vorzugsweise erweitert sich außen benachbart zu dem Ventilsitz der Strömungsquerschnitt. Denn beim Öffnen der Ventilnadel würden in einem Bereich benachbart zu der Dichtkante des Ventilsitzes relativ hohe Druckkräfte auch in axialer Richtung wirken, wenn das Fluid an der Ventilnadel nicht gut abströmen kann. Für eine besonders große Erweiterung des Strömungsquerschnittes benachbart zu der Dichtkante, kann an dem vorderen Endabschnitt der Ventilnadel radial nach außen benachbart zu der Dichtkante eine Stufe ausgebildet sein, sodass sich der Strömungsquerschnitt erweitert.

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1

eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Steuerventils in einem Einspritzventil;

Figur 2

eine geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A der Figur 1;

Figur 3

eine geschnittene Detailansicht des Steuerventils der Figur 1 mit geschlossener Ventilnadel;

Figur 4

eine geschnittene Detailansicht des Steuerventils mit geöffneter Ventilnadel, und

Figur 5

eine geschnittene Detailansicht der Ventilnadel gemäß einer modifizierten Ausführungsform.

[0013] Ein Ventil für die intermittierende Flüssigkeitseinspritzung (Einspritzventil) umfasst u.a. ein Ventilgehäuse 1 und ein Steuerventil. Das Einspritzventil ist an sich bekannt und kann ausgebildet sein, wie es in der PCT-Anmeldung PCT/EP04/00434 beschrieben ist. Das Steuerventil umfasst einen zylindrischen Einsatz 2, in dem eine Ventilnadel 3 geführt ist. Die Ventilnadel 3 ist hülsenförmig ausgebildet und ein zylindrischer Kolben 4 ist innerhalb der Ventilnadel 3 vorgesehen, der an einem Stift 5 anliegt. Der Kolben 4 und die Ventilnadel 3 sind für einen Schaltvorgang relativ zueinander beweglich.

[0014] Die Ventilnadel 3 ist über ein Zwischenstück 9 mit einem Anker 6 verbunden, der über ein Solenoid 7 bewegbar ist. Das Solenoid zieht in Abhängigkeit eines elektrischen Impulses während einer bestimmten Zeit den Anker 6 und die mit ihm verbundene Ventilnadel 3 an, um das Steuerventil zu öffnen. Die Ventilnadel 3 ist über eine Feder 8, die an dem Zwischenstück 9 anliegt, in die geschlossene Position vorgespannt. Die Ventilnadel 3, der Kolben 4, das Zwischenstück 9 sowie die Feder 8 sind koaxial um eine Achse 50 positioniert.

[0015] Der Kolben 4 ist über einen Stift 5 gehalten, der durch eine als Langloch ausgebildete Öffnung 10 in der Ventilnadel 3 durchgeführt ist.

[0016] Zur axialen Führung der Ventilnadel 3 ist eine zylindrische Führung 11 in dem Einsatz 2 ausgebildet und ferner ist eine zylindrische Führung zwischen dem als Stift ausgebildeten Kolben 4 und der Innenwand der Ventilnadel 3 vorgesehen. Die Ventilnadel 3 ist dabei relativ zu dem stationär angeordneten Einsatz 2, dem Kolben 4 und dem Stift 5 bewegbar.

[0017] Um einen vorderen Endabschnitt der Ventilnadel 3 ist eine Kammer 13 vorgesehen, die mit einem Entleerungskanal 14 in Verbindung steht.

[0018] Ferner ist ein mit Fluid mit hohem Druck gefüllter Zulaufkanal 15 in dem Ventilgehäuse 1 und dem Einsatz 2 ausgebildet, von dem eine als Drossel ausgebildete Abzweigung 16 zu einem Druckraum 17 führt. Der Druckraum 17 ist benachbart zu einem Kolben 18 angeordnet, der an der gegenüberliegenden Seite des Druckraumes 17 an einer Verlängerung der Ventilnadel 19 des Einspritzventils anliegt.

[0019] Bei einem Druckabfall in dem Druckraum 17 bewegt sich der Kolben 18 zusammen mit der Ventilnadel 19 des Einspritzventils nach oben, sodass das Einspritzventil eine Flüssigkeit z.B. in einen Verbrennungsraum einspritzen kann.

[0020] Wie in Figur 2 gezeigt ist, befindet sich in dem Einsatz 2 eine Bohrung 20, in der der Stift 5 beispielsweise mit Presssitz eingefügt ist. An dem Stift 5 liegt der Kolben 4 an, der ansonsten durch den Druck des Fluides in den Figuren nach oben gedrückt wird.

[0021] In Figur 3 ist der vordere Bereich des Steuerventils vergrößert dargestellt, wobei die Ventilnadel 3 in der geschlossenen Position ist. Ein vorderer Endabschnitt 21 der Ventilnadel 3 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und mit einer Dichtkante 22 liegt die Ventilnadel 3 an dem Ventilsitz 33 des Einsatzes 2 an.

[0022] Im Hinblick auf geringe Schaltkräfte, sind drei in axialer Richtung Druck beaufschlagte Flächen so gestaltet, dass sie, wie in Fig. 3 dargestellt, einen gemeinsamen Aussendurchmesser D aufweisen: Die Ventilnadel 3 verfügt aussen über eine durch den Durchmesser D und die Bohrung 25 begrenzte Druckfläche 23. Durch die Bohrung 25 in der Ventilnadel 3 gelangt das unter Druck stehende Fluid in einen Innenraum und beaufschlagt dort an der Ventilnadel 3 die für die axiale Kraft resultierende Fläche 24 und am Kolben 4 die Querschnittsfläche von Durchmesser D, zugleich Durchmesser der Führung 12. Für die Schaltkräfte müssen nur bewegliche Druck beaufschlagte Teile, also die Ventilnadel 3 betrachtet werden. Da die axialen Druckkräfte auf die Druckflächen 23 und 24 nahezu gleich gross sind und in entgegen gesetzter Richtung wirken, heben sie sich auf.

[0023] In Figur 4 ist die Ventilnadel 3 in der geöffneten Position dargestellt. Das in dem Druckraum 17 enthaltene Fluid kann in den Kanal 14 abströmen, sodass die Einspritzventilnadel 19 bewegt wird. Sobald das Solenoid 7 die Ventilnadel 3 nicht mehr anhebt wird aufgrund der Kraft der Feder 8 die Ventilnadel 3 wieder in die geschlossene Position gedrückt und in dem Druckraum 17 baut sich ein entsprechender Druck auf und schließt auch die Einspritzventilnadel 19 des Einspritzventils.

[0024] Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der vordere Endabschnitt der Ventilnadel 3' leicht modifiziert ausgebildet, um bei dem Öffnen der Ventilnadel 3' die infolge Strömungswiderstände auftretenden Axialkräfte zu reduzieren. Hierfür ist oberhalb der Dichtkante 22 an der Ventilnadel 3' eine gestufte Freistellung ausgebildet, die sich aus zwei kegeligen Flächen 30 und 31 zusammen setzt. Dadurch werden der Strömungsquerschnitt zur benachbarten Kammer 13 vergrössert, die hydraulischen Druckkräfte an der Ventilnadel 3' und somit auch die Axialkräfte auf die Ventilnadel 3' verringert.

[0025] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die Geometrie des Endabschnittes der Ventilnadel 3 variiert werden, um bei einem Öffnen der Ventilnadel 3 definierte Strömungsverhältnisse zu haben. Der Winkel W zwischen dem gestuften Abschnitt 30 und einem kegeligen Abschnitt 32 kann dabei so gewählt sein, um optimale Strömungsverhältnisse zu besitzen.

Ansprüche

1. Steuerventil, insbesondere für Einspritzventile für Verbrennungskraftmaschinen, mit einem Ventilgehäuse (1), einer in axialer Richtung bewegbaren Ventilnadel (3), die in einer zylindrischen Führung (11) angeordnet ist, und einem in der beweglichen Ventilnadel (3) angeordneten Kolben (4), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilgehäuse (1) ein Einsatz (2) aufgenommen ist, an dem ein Stift (5) und der Kolben (4) gehalten sind.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand der Ventilnadel (3) die durch ein Fluid wirkenden axialen Druckkräfte sich einander im Wesentlichen aufheben.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (3) über den Einsatz (2) hervorsteht.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (3) eine Öffnung (10) aufweist und der Kolben (4) an einem Stift (5) anliegt, der durch die Öffnung (10) der Ventilnadel (3) an dem Einsatz (2) festgelegt ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) als innerhalb der Ventilnadel (3) angeordneter Stift ausgebildet ist.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsatz (2) die zylindrische Führung (11) für die Ventilnadel (3) ausgebildet ist.

7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einsatz (2) ein Ventilsitz (33) für die Ventilnadel (3) ausgebildet ist.

8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Querschnittes einer Dichtkante (22) des Ventilsitzes (33) der Fläche des Querschnittes des Kolbens (4) entspricht.

9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich außen benachbart zu der Dichtkante (22) der Strömungsquerschnitt erweitert.

10. Steuerventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Endabschnitt der Ventilnadel (3') radial nach außen benachbart zu der Dichtkante (22) gestuft ausgebildet ist.

Zeichnung