Stand der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zum
Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einer Düsennadel, die durch ihre
Längsbewegung mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch wenigsten eine Einspritzöffnung
öffnet und schließt, wobei die Düsennadel durch den Druck in einem Düsennadelsteuerraum
eine in Richtung des Ventilsitzes gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einem Steuerventil,
durch welches der Druck in dem Düsennadelsteuerraum einstellbar ist und das einen
Steuerventilraum umfasst, in welchem ein Steuerventilglied längsbewegbar angeordnet
ist und durch seine Längsbewegung eine Verbindung des Steuerventilraums mit einem
Leckölraum öffnet und schließt.
[0002] Kraftstoffeinspritzventile, wie sie vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung direkt
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind bekannt. Bei Einspritzsystemen,
die nach dem so genannten Common-Rail-Prinzip arbeiten, wird mittels einer Hochdruckpumpe
verdichteter Kraftstoff in einem so genannten Rail zur Verfügung gestellt und mittels
Injektoren in die jeweiligen Brennräume einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Die
Einspritzung wird mittels einer Düsennadel angesteuert, die eine Längsbewegung ausführt
und dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt.
Offenbarung der Erfindung
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
[0004] Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zum Einspritzen
von Kraftstoff unter hohem Druck, mit einer Düsennadel, die durch ihre Längsbewegung
mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet
und schließt, wobei die Düsennadel durch den Druck in einem Düsennadelsteuerraum eine
in Richtung des Ventilsitzes gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einem Steuerventil,
durch welches der Druck in dem Düsennadelsteuerraum einstellbar ist und das einen
Steuerventilraum umfasst, in welchem ein Steuerventilglied längsbewegbar angeordnet
ist und durch seine Längsbewegung eine Verbindung des Steuerventilraums mit einem
Leckölraum öffnet und schließt, dadurch gelöst, dass das Steuerventilglied einen Führungsabschnitt
aufweist, mit dem das Steuerventilglied außerhalb des Steuerventilraums längsbewegbar
geführt ist und von dem sich das Steuerventilglied in den Steuerventilraum hinein
erstreckt. Als Steuerventilraum wird ein Raum innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils
bezeichnet, der mit einem Steuerventilraumdruck beaufschlagt ist, der auch als Steuerdruck
bezeichnet wird. Durch die Führung des Steuerventilglieds außerhalb des Steuerventilraums
kann der Steuerventilraum deutlich kleiner ausgeführt werden als bei einer Ausführung,
in der das Steuerventilglied in einer Dichthülse geführt ist, die in dem Steuerventilraum
angeordnet ist. Darüber hinaus ist es bei dieser Art der Führung des Steuerventilglieds
auf einfache Art und Weise möglich, eine hydraulische Dichtunterstützung auf das Steuerventilglied
aufzubringen. Die hydraulische Dichtunterstützung kann in Abhängigkeit von dem Druck
variieren, mit welchem der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt
wird und der auch als Raildruck bezeichnet wird.
[0005] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied eine Schulter aufweist, die so mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist, dass eine hydraulische Schließkraft auf das Steuerventilglied aufgebracht
wird. Das liefert den Vorteil, dass eine zum Schließen des Steuerventilsglieds verwendete
Steuerventilfeder kleiner ausgelegt werden kann als bei herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen.
Dadurch kann die Größe des Steuerventilraums weiter reduziert werden.
[0006] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerventilfeder gegen die Schulter vorgespannt ist. Durch die Steuerventilfeder
ist das Steuerventilglied in seine Schließstellung vorgespannt, in welcher die Verbindung
des Steuerventilraums mit dem Leckölraum unterbrochen oder geschlossen ist.
[0007] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied einen der Schulter abgewandten Dichtkörper aufweist, der mit
einem Steuerventilsitz zusammenwirkt, um die Verbindung des Steuerventilraums mit
dem Leckölraum zu öffnen und zu schließen. An dem Dichtkörper ist eine Dichtkante
oder Dichtfläche ausgebildet, die dichtend an einer Dichtfläche oder Dichtkante zur
Anlage kommen kann, um den Ventilsitz darzustellen.
[0008] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper durch einen Aktor beaufschlagbar beziehungsweise beaufschlagt ist,
durch den das Steuerventil betätigbar ist. Bei dem Aktor handelt es sich zum Beispiel
um einen Piezoaktor oder einen Magnetaktor. Durch den Aktor wird zum Öffnen des Steuerventils
eine Kraft auf das Steuerventilglied beziehungsweise auf den Dichtkörper des Steuerventilglieds
aufgebracht, die der von der Steuerventilfeder erzeugten Schließkraft und/oder der
hydraulischen Schließkraft auf das Steuerventilglied entgegenwirkt.
[0009] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass die im geschlossenen Zustand des Steuerventilglieds entgegen der Schließrichtung
mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers kleiner als die
oder gleich der Fläche der Schulter ist, die in Schließrichtung mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist. Wenn die Flächen gleich groß sind, dann ist das Steuerventilglied
druckausgeglichen. Wenn die im geschlossenen Zustand des Steuerventilglieds entgegen
der Schließrichtung mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers
kleiner als die in Schließrichtung mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche
der Schulter ist, dann wirkt eine hydraulische Schließkraft auf das Steuerventilglied.
[0010] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied mit dem Führungsabschnitt in einer Drosselplatte geführt ist.
Die Drosselplatte hat im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe mit mehreren
Durchgangslöchern und/oder Sacklöchern. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte ein Sackloch umfasst, in welchem das Steuerventilglied mit dem
Führungsabschnitt geführt ist und in welches ein Leckölkanal mündet. Das Sackloch
ist vorzugsweise als Längsbohrung in der Drosselplatte ausgeführt. Der in das Sackloch
mündende Rücklaufkanal oder Leckölkanal ist vorzugsweise als Querbohrung ausgeführt
und ermöglicht bei einer Bewegung des Steuerventilsglieds in das Sackloch hinein einen
Druckabbau in dem Sackloch.
[0011] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte einen Ablaufkanal umfasst, der den Düsennadelsteuerraum mit dem
Steuerventilraum verbindet. Der Ablaufkanal ist vorzugsweise mit einer Ablaufdrossel
versehen. Die Drosselplatte umfasst des Weiteren einen Zulaufkanal mit einer Zulaufdrossel,
über welche der Düsennadelsteuerraum mit Kraftstoff aus einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher
beziehungsweise einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle gefüllt wird.
[0012] Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerventilraum in einer Ventilplatte ausgespart ist, die an die Drosselplatte
angebaut ist. Die beiden Platten, die auch als Körper oder Scheiben ausgeführt sein
können, sind so aneinander angebaut, dass das Sackloch zur Führung des Steuerventilglieds
in den Steueventilraum mündet. Das in der Drosselplatte geführte Steuerventilglied
ragt mit dem Dichtkörper in den Steuerventilraum der Ventilplatte, die auch den Steuerventilsitz
aufweist.
[0013] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im
Einzelnen beschrieben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0014] Es zeigen:
- Figur 1
- ein brennraumfernes Ende eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz- ventils und
- Figur 2
- das brennraumnahe Ende des Kraftstoffeinspritzventils.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0015] Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil 1 im Längsschnitt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Haltekörper 2, einen Ventilkörper oder
eine Ventilplatte 4, eine Drosselplatte oder Drosselscheibe 6 und einen Düsenkörper
8 auf, die in dieser Reihenfolge aneinander anliegen. Die Bauteile werden durch eine
Spannmutter 9 gegeneinander gepresst, die sich an einer Schulter des Düsenkörpers
8 abstützt und durch ein Gewinde am Haltekörper 2 gehalten wird. Im Düsenkörper 8
ist ein Druckraum 14 ausgebildet, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 10 längsverschiebbar
angeordnet ist. Die Düsennadel 10 weist an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende eine
Dichtfläche 11 auf, mit der sie mit einem Ventilsitz oder Düsensitz 13 zusammenwirkt,
der am brennraumseitigen Ende des Druckraums 14 ausgebildet ist. Vom Düsensitz 13
gehen eine oder mehrere Einspritzöffnungen 12 ab, die in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils
1 direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine münden. Die Düsennadel 10 wird
in einem mittleren Abschnitt im Druckraum 14 geführt, wobei der Kraftstoff durch mehrere
Anschliffe 15 zu den Einspritzöffnungen 12 geleitet wird.
[0016] Die Düsennadel 10 ist an ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Hülse 22 geführt,
wobei die Hülse 22 durch eine Schließfeder 18, die die Düsennadel 10 umgibt und sich
der Hülse 22 abgewandt an einem Absatz 16 abstützt, gegen die Drosselscheibe 6 gedrückt.
Durch die Hülse 22, die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 und die
Drosselscheibe 6 wird ein Düsennadelsteuerraum 20 begrenzt, der mit Kraftstoff befüllt
ist, so dass durch den Druck im Düsennadelsteuerraum 20 eine hydraulische Kraft auf
die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 10 ausgeübt wird und eine Kraft
in Richtung des Düsensitzes 13 auf die Düsennadel 10 ausübt.
[0017] Im Haltekörper 2, dem Ventilkörper 4 und der Drosselscheibe 6 ist ein Zulaufkanal
25 ausgebildet, über den verdichteter Kraftstoff unter hohem Druck von einer Kraftstoffhochdruckquelle
in den Druckraum 14 geleitet wird. Ein mehrere Abschnitte 24, 25, 26 umfassender Zulaufkanal
oder Hochdruckkanal 25 ist mit dem Steuerraum 20 über einen in der Drosselscheibe
6 verlaufenden Zulaufkanal 39 mit einer Zulaufdrossel 40 verbunden. Mit einer gewissen
zeitlichen Verzögerung stellt sich so stets der gleiche Kraftstoffdruck zwischen dem
Hochdruckkanal 25 und dem Düsennadelsteuerraum 20 ein.
[0018] Zur Steuerung des Kraftstoffdrucks im Düsennadelsteuerraum 20 ist ein Steuerventil
30 im Ventilkörper 4 vorgesehen, wobei das Steuerventil 30 einen Steuerventilraum
31 aufweist, der als Hohlraum im Ventilkörper 4 ausgebildet ist. Der Steuerventilraum
31 ist über einen Ablaufkanal mit einer Ablaufdrossel 42, die in der Drosselscheibe
6 ausgebildet ist, mit dem Düsennadelsteuerraum 20 im Düsenkörper 6 verbunden.
[0019] In den Steuerventilraum 31 ragt ein Steuerventilglied 34, das als Ventilbolzen oder
Ventilkolben 45 ausgeführt ist. Der Ventilbolzen 45 weist an seinem brennraumnahen
Ende einen Führungsabschnitt 44 auf, mit dem der Ventilbolzen 45 beziehungsweise das
Steuerventilglied 34 hin und her bewegbar in einem Sackloch 46 der Drosselplatte 6
geführt ist. Im Bereich des Bodens 48 des Sacklochs 46 mündet ein Leckölkanal 49 in
das Sackloch 46. Der Leckölkanal 49, der auch als Rücklaufkanal bezeichnet wird, steht
mit einem Druckentlastungsraum in Verbindung, der zum Beispiel mit Umgebungsdruck
beaufschlagt ist. Das Steuerventilglied 34 umfasst ein zentrales Sackloch 50, das
sich von dem brennraumnahen Ende des Ventilbolzens 45 bis zu einem Dichtkörper 52
erstreckt, der an dem brennraumfernen Ende des Steuerventilglieds 34 ausgebildet ist.
Der Dichtkörper 52 ist mit einer Dichtfläche oder Dichtkante ausgestattet, die mit
einer Dichtkante oder Dichtfläche an dem Ventilkörper 4 zusammenwirkt, um einen Steuerventilsitz
54 darzustellen.
[0020] Wenn der Dichtkörper 52 dicht an dem Ventilkörper anliegt, dann ist der Steuerventilsitz
54 geschlossen. Wenn der Dichtkörper 52 von dem Ventilkörper 4 abhebt, das heißt,
wenn sich das Steuerventilglied 34 mit dem Dichtkörper 52 aus seiner in Figur 1 dargestellten
Schließstellung nach unten, also zur Düsennadel 10 hin, bewegt, dann wird der Steuerventilsitz
54 geöffnet und eine Verbindung von dem Steuerventilraum 31 in einen Leckölraum 55
freigegeben. Der Leckölraum 55, der auch als Rücklaufraum bezeichnet wird, steht wie
der Ablaufkanal oder Rücklaufkanal 41 mit dem Druckentlastungsraum in Verbindung.
[0021] Das Steuerventilglied 34 ist durch einen Aktor 60 betätigbar, der zum Beispiel als
Piezoaktor ausgeführt ist. An dem brennraumnahen Ende des Aktors 60 ist eine Nase
61 ausgebildet, die mit ihrem freien Ende an dem Dichtkörper 52 anliegt beziehungsweise
zur Anlage bringbar ist. Das Steuerventilglied 34 umfasst des Weiteren einen Bund
64, der auf seiner dem Brennraum abgewandten Seite einstückig mit dem Dichtkörper
52 verbunden ist. Der Dichtkörper 52 kann alternativ auch als separates Bauteil ausgeführt
sein. Auf seiner dem Brennraum zugewandten Seite bildet der Bund 64 eine Schulter
65, an der eine Ventilfeder 68 anliegt und die mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagt
ist. Die Ventilfeder 68 ist in einem Ringraum in axialer Richtung zwischen der Schulter
65 und der Drosselplatte 6 eingespannt und vorzugsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet.
[0022] Der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird über den Zulaufkanal 24 bis 26 mit Hochdruck
beaufschlagter Kraftstoff zugeführt. Dieser Hochdruck wird auch als Raildruck bezeichnet.
Über den Zulaufkanal 39 mit der Zulaufdrossel 40 gelangt der Raildruck in den Düsennadelsteuerraum
20. Über den Ablaufkanal 41 mit der Ablaufdrossel 42 gelangt der Raildruck in den
Steuerventilraum 31.
[0023] Das Steuerventilglied 34 kann kraftausgeglichen ausgeführt sein. Bei einem kraftausgeglichenen
Steuerventilglied 34 ist die entgegen der Schließrichtung, das heißt in Figur 1 nach
unten, mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers 52 genau
so groß wie die in Schließrichtung, das heißt in Figur 1 nach oben, mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagte Fläche der Schulter 65. Um eine Druckunterstützung beim Schließen zu
erreichen, müssen die Flächen entsprechend angepasst werden, das heißt die druckbeaufschlagte
Fläche der Schulter 65 muss größer ausgelegt werden als die druckbeaufschlagte Fläche
des Dichtkörpers 52.
[0024] Wenn der vorzugsweise als Piezoaktor ausgeführte Aktor 60 bestromt wird, dann dehnt
er sich aus, so dass das Steuerventilglied 34 mit dem Dichtkörper 52 nach unten bewegt.
Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Steuerventilraum 31 und dem Leckölraum beziehungsweise
Rücklaufraum 55 über den Steuerventilsitz 54 freigegeben. Dadurch wird der Druck in
dem Steuerventilraum 31 und über den Ablaufkanal 41 mit der Ablaufdrossel 42 auch
in dem Düsennadelsteuerraum 20 geringer, wodurch sich die Düsennadel 10 aus ihrem
Düsensitz 13 bewegt. Dadurch wird eine Einspritzung von Kraftstoff aus dem Druckraum
14 durch die Spritzlöcher beziehungsweise Einspritzöffnungen 12 ausgelöst.
[0025] Wenn die Ansteuerung beziehungsweise Bestromung des Aktors 60 ausgeschaltet wird,
dann wird das Steuerventilglied 34 durch die Vorspannkraft der Ventilfeder 68 und
gegebenenfalls durch eine sich aus einem eingestellten Flächenverhältnis ergebende
hydraulische Schließkraft geschlossen, so dass der Steuerventilraum 31 über den Ablaufkanal
41 mit der Ablaufdrossel 42 mit Kraftstoff aus dem Düsennadelsteuerraum 20 gefüllt
wird. Durch den zunehmenden Druck in dem Düsennadelsteuerraum 20 schließt die Düsennadel.
[0026] Die Größe der hydraulischen Schließkraft beziehungsweise die hydraulische Druckunterstützung
des Steuerventilglieds 34 beim Schließen ist abhängig vom
[0027] Raildruck. Das heißt, bei kleinen Raildrücken ist die hydraulische Schließkraft geringer
als bei großen Raildrücken. Dadurch kann der Verschleiß am Steuerventilsitz 54 reduziert
werden. Darüber hinaus kann durch das reduzierte Volumen des Steuerventilraums 31
der Gradient beim Einspritzen reduziert werden, wodurch sich die Einspritzmenge genauer
einstellen lässt. Des Weiteren kann eine Dichthülse, wie sie zur Führung des Steuerventilglieds
34 verwendet werden kann, entfallen.
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff unter
hohem Druck, mit einer Düsennadel (10), die durch ihre Längsbewegung mit einem Ventilsitz
(13) zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (12) öffnet und schließt, wobei die Düsennadel (10)
durch den Druck in einem Düsennadelsteuerraum (20) eine in Richtung des Ventilsitzes
(13) gerichtete Schließkraft erfährt, und mit einem Steuerventil (30), durch welches
der Druck in dem Düsennadelsteuerraum (20) einstellbar ist und das einen Steuerventilraum
(31) umfasst, in welchem ein Steuerventilglied (34) längsbewegbar angeordnet ist und
durch seine Längsbewegung eine Verbindung des Steuerventilraums (31) mit einem Leckölraum
(55) öffnet und schließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34) einen Führungsabschnitt (44) aufweist, mit dem das Steuerventilglied
(34) außerhalb des Steuerventilsraums (31) längsbewegbar geführt ist und von dem sich
das Steuerventilglied (34) in den Steuerventilraum (31) hinein erstreckt.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34) eine Schulter (65) aufweist, die so mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist, dass eine hydraulische Schließkraft auf das Steuerventilglied (34)
aufgebracht wird.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerventilfeder (68) gegen die Schulter (65) vorgespannt ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34) einen der Schulter (65) abgewandten Dichtkörper (52) aufweist,
der mit einem Steuerventilsitz (54) zusammenwirkt, um die Verbindung des Steuerventilraums
(31) mit dem Leckölraum (55) zu öffnen und zu schließen.
5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (52) durch einen Aktor (60) beaufschlagbar ist, durch den das Steuerventil
(30) betätigbar ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im geschlossenen Zustand des Steuerventilglieds (34) entgegen der Schließrichtung
mit dem Steuerventilraumdruck beaufschlagte Fläche des Dichtkörpers (52) kleiner als
die oder gleich der Fläche der Schulter (65) ist, die in Schließrichtung mit dem Steuerventilraumdruck
beaufschlagt ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilglied (34) mit dem Führungsabschnitt (44) in einer Drosselplatte
(6) geführt ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (6) ein Sackloch (46) umfasst, in welchem das Steuerventilglied
(34) mit dem Führungsabschnitt (44) geführt ist und in welches ein Leckölkanal (49)
mündet.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselplatte (6) einen Ablaufkanal (41) umfasst, der den Düsennadelsteuerraum
(20) mit dem Steuerventilraum (31) verbindet.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerventilraum (31) in einer Ventilplatte (4) ausgespart ist, die an die Drosselplatte
(6) angebaut ist.