KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTILE FÜR BRENNKRAFTMASCHINEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise für die direkte Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet wird.

Stand der Technik

[0002] Einspritzdüsen zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum von Brennkraftmaschinen sind seit langer Zeit bekannt. So zeigt die Offenlegungsschrift DE 100 24 703 A1 ein solches Einspritzventil, wie es bei so genannten Common-Rail-Einspritzsystemen verwendet wird. Die Einspritzdüse beinhaltet eine Ventilnadel, die längsbeweglich in einem Ventilkörper angeordnet ist und die durch ihre Längsbewegung das Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung steuert, indem sie mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Bewegung der Ventilnadel wird hierbei durch ein Steuerventil geregelt, wobei die die Ventilnadel bewegenden Kräfte hydraulisch erzeugt werden. Nachteil dieser Kraftstoffeinspritzventile ist zum einen die große bewegte Masse, da die Ventilnadel, die die gesamte Länge der Einspritzdüse umfasst, relativ lang und damit schwer ist. Die dadurch bedingte Trägheit macht sehr schnell aufeinander folgende Einspritzvorgänge nur schwer durchführbar. Zum anderen tritt bei immer höheren Einspritzdrücken das Problem auf, dass die Ventilnadel mit sehr großen Kräften bewegt werden muss, um die schnellen Öffnungs- und Schließvorgänge zu erreichen. Dadurch setzt die Ventilnadel hart auf dem Ventilsitz auf, was dort zu Verschleiß und vorzeitigem Ausfall des Einspritzventils führen kann, insbesondere wenn im Zuge der weiteren technischen Entwicklung immer höhere Einspritzdrücke, die deutlich über 2000 bar liegen, angesteuert werden.

[0003] Aus der europäischen Patentanmeldung EP 967 382 A2 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem die Ventilnadel eine kleinere Ventilnadel beinhaltet, die zumindest einen Teil der Einspritzöffnungen öffner und schließt. Durch diese kleinere Ventilnadel, die vorzugsweise in einer Längsbohrung der größeren Ventilnadel angeordnet ist, lassen sich zumindest bestimmte Betriebszustände schnell durch die kleine Ventilnadel steuern. Darüber hinaus wird über die kleinere Ventilnadel eine saubere Zentrierung der eigentlichen Ventilnadel im Bereich des Ventilsitzes erreicht, sodass eine gleichmäßige Einspritzung durch sämtliche Einspritzöffnungen ermöglicht wird.

[0004] Eine andere Lösung ist aus dem WO 02/084110 bekannt. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist hierbei jedoch den Nachteil auf, dass eine unabhängige Steuerung der kleinen Ventilnadel nicht möglich ist. Dies erschwert eine schnelle Ansteuerung, wie sie für Mehrfach-Einspritzungen, d. h. eine in mehrere Teileinspritzungen unterteilte Kraftstoffeinspritzung notwendig ist. Darüber hinaus weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, dass bei immer höherem Druck, der die Düsennadel umgibt, erhebliche elastische Verformungen des Ventilkörpers auftreten. Dies vergrößert die Leckagespalte und führt dazu, dass Kraftstoff vermehrt in den Kraftstoffrücklauf gefördert wird, was zusätzliche Pumpenleistung der Hochdruckpumpe notwendig macht, die den Kraftstoff verdichtet und der Einspritzdüse zur Verfügung stellt.

Vorteile der Erfindung

Offenbarung der Erfindung

[0005] Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine schnelle Steuerung der Einspritzung bei niedriger Leckage erfolgen kann, auch bei einem Druck, der deutlich über den heute erreichbaren 2000 bar liegt. Dazu ist in der Bohrung des Ventilkörpers ein Ventilbolzen angeordnet, auf dem eine Ventilnadel geführt ist. Ein erster Steuerraum befindet sich innerhalb des Ventilbolzens, wobei der erste Steuerraum mit einem zweiten Steuen-aum durch eine im Ventilbolzen ausgebildete Verbindung verbunden ist. Der Druck im zweiten Steuerraum ist einstellbar, vorzugsweise über ein Steuerventil, sodass sich auch der Druck im ersten Steuerraum sehr rasch ändern lässt. Durch die geringe bewegte Masse kann die Ventilnadel sehr schnell die Einspritzöffnungen öffnen oder verschließen, wodurch sehr rasch aufeinander folgende Einspritzungen ermöglicht werden. Da im Hochdruckbereich keine Leckagespalten vorhanden sind, ergibt sich auch bei höheren Einspritzdrücken keine Beeinträchtigung der Funktion des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils.

[0006] Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ventilbolzen im wesentlichen eine Hohlzylinderform auf, sodass die Verbindung zwischen den beiden Steuerräumen durch einen Längskanal im Ventilbolzen gebildet wird. Der Ventilbolzen stützt sich hierbei vorzugsweise über eine Schließfeder an der Ventilnadel ab, sodass die Ventilnadel durch die Federkraft gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Dadurch bleiben die Einspritzöffnungen auch dann verschlossen, wenn das Kraftstoffeinspritzventil nicht betrieben wird. Der Ventilbolzen kann sich darüber hinaus vorteilhafterweise über eine Druckfeder an einem ortfesten Anschlag abstützen, sodass er zwischen der Schließfeder einerseits und der Druckfeder andererseits gelagert ist. Dies erleichtert eine leichte Montage und Demontage des Kraftstoffeinspritzventils und erlaubt es, in Längsrichtung mit relativ großen Toleranzen zu fertigen.

[0007] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich der Ventilbolzen an seinem ventilsitzseitigen Ende mit einer Anlagefläche am Ventilsitz ab, sodass er durch die Druckfeder ortsfest gehalten wird. Der Ventilbolzen weist in diesem Fall vorzugsweise Öffnungen auf, durch die der Kraftstoff aus einem Druckraum, der den Ventilbolzen umgibt, in Richtung der Einspritzöffnungen fließen kann.

[0008] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es ebenso möglich, dass eine weitere Hülse vorgesehen ist, die ebenfalls in der Bohrung des Ventilkörpers angeordnet ist und die den Ventilbolzen und die Ventilnadel umgibt. Die Hülse wird hierbei in der Bohrung geführt und sorgt ebenso für eine Führung des Ventilbolzens und der Ventilnadel, wobei der erste Steuerraum zwischen dem Ventilbolzen und der Ventilnadel ausgebildet ist und von der Hülse radial nach außen begrenzt wird. Die Hülse weist ventilsitznah ebenfalls Öffnungen auf, durch die Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen fließen kann. Durch die Hülse werden sowohl der Ventilbolzen als auch die Ventilnadel sehr exakt bezüglich der Längsachse des Ventilkörpers geführt, sodass auch die Einspritzung entsprechend symmetrisch stattfindet.

[0009] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ventilbolzen eine Aufnahme auf, in die ein Druckkolben hineinragt. Der Druckkolben begrenzt zusammen mit der Aufnahme den zweiten Steuerraum, der über einen Längskanal innerhalb des Ventilbolzens mit dem ersten Steuerraum verbunden ist. Der Druckkolben lässt sich beispielsweise über ein Piezoaktor bewegen, sodass die Bewegung der Ventilnadel direkt über dem Piezoaktor gesteuert werden kann. Durch diese Bauform, bei der die Steuerung der Ventilnadel in den Ventilkörper verlegt wird, lassen sich sehr kompakte Einspritzventile konstruieren, die dem steten Bedarfnach Bauteilverkleinerung Rechnung tragen.

Zeichnung

[0010] In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt:

Figur 1

einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil,

Figur 1a

einen Querschnitt durch das in Figur 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie A-A,

Figur 2

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt,

Figur 2a

einen Querschnitt entlang der Linie A-A und

Figur 2b

eine alternative Konstruktion des in Figur 2 gezeigten Einspritzventils, wobei nur der ventilsitzabgewandte Bereich dargestellt ist,

Figur 3, Figur 4

und

Figur 5

zeigen weitere Ausführungsbeispiele, die jeweils im Längsschnitt dargestellt sind und

Figur 6

ein letztes Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich ein Piezoaktor dargestellt ist, der Teil des gesamten Einspritzventils ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0011] In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil umfasst einen Ventilkörper 1, der in Einbaulage gegen einen in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper verspannt ist. Der Ventilkörper 1 weist eine Bohrung 3 auf, die an ihrem brennraumseitigen Ende von einem konischen Ventilsitz 4 begrenzt wird. Der konische Ventilsitz 4 läuft in eine Sacklochbohrung 6 aus, wobei wenigstens eine Einspritzöffnung 10, 10' entweder von der Sacklochbohrung 6 oder vom konischen Ventilsitz 4 ausgeht und in Einbaulage des Kraftstoffeinspritzventils in den Brennraum der Brennkraftmaschine mündet. In der Bohrung 3 ist ein Ventilbolzen 5 längsverschiebbar angeordnet, wobei zwischen der Wand der Bohrung 3 und dem Ventilbolzen 5 ein Druckraum 8 ausgebildet, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Der Ventilbolzen 5 ist in einem mittleren Abschnitt 105 in der Bohrung 3 geführt: Figur 1a zeigt hierzu einen Querschnitt durch das in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie A-A. Der Ventilbolzen 5 weist im mittleren Führungsabschnitt 105 Ausnehmungen 16 in Form von Längsnuten auf, sodass hier vier Führungsflächen 17 an der Außenseite des Ventilbolzens 5 gebildet werden, die an der Wand der Bohrung 3 anliegen. Durch die Ausnehmungen 16 ist ein ausreichend großer Durchflussquerschnitt gebildet, durch den Kraftstoff in Richtung der Einspritzöffnungen 10 ungedrosselt fließen kann.

[0012] Am ventilsitzseitigen Ende geht der Ventilbolzen 5 in einen Führungsabschnitt 14 über, der im Durchmesser verringert ist. Auf dem Führungsabschnitt 14 ist eine Ventilnadel 7 geführt, die eine entsprechende Aufnahme 15 aufweist, die den Führungsabschnitt 14 des Ventilbolzens 5 aufnimmt. Die Ventilnadel 7 weist eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 11 auf, mit der sie auf dem Ventilsitz 4 aufliegt und dabei bei Anlage am Ventilsitz 4 den Druckraum 8 von den Einspritzöffnungen 10 trennt. Die Ventilnadel 7 ist über eine Schließfeder 12 gegen den Ventilbolzen 5 verspannt, wobei die Schließfeder 12 den Führungsabschnitt 14 des Ventilbolzens 5 umgibt.

[0013] Durch die Aufnahme 15 der Ventilnadel 7 und den Führungsabschnitt 14 des Ventilbolzens 5 wird ein erster Steuerraum 25 begrenzt, der über einen im Ventilbolzen 5 ausgebildeten Längskanal 22 mit einem zweiten Steuerraum 27 verbunden ist. Dieser wird durch das ventilsitzabgewandte Ende des Ventilbolzens 5 und eine Druckhülse 18 begrenzt, wobei die Druckhülse 18 den Ventilbolzen 5 an seinem ventilsitzabgewandten Ende umgibt. Die Druckhülse 18 wird über eine Druckfeder 20, die sich an einem mit dem Ventilbolzen 5 verbundenen Stützring 13 abstützt, gegen den in der Figur 1 nicht dargestellten Haltekörper gedrückt. Dadurch wird auch der Ventilbolzen 5 in Richtung des Ventilsitzes 4 gedrückt, während er gleichzeitig von der Schließfeder 12 in die entgegengesetzte Richtung beaufschlagt wird.

[0014] Damit sich der Druck möglichst rasch von zweiten Steuerraum 27 in den ersten Steuerraum 25 fortsetzt, muss das Volumen der beiden Steuerräume 25, 27 und das Volumen des Längskanals 22 möglichst klein sein. Da der Durchmesser des Längskanals 22 fertigungsbedingt einen gewissen Mindestquerschnitt aufweisen muss, kann es vorgesehen sein, dass im Längskanal 22 ein Füllstift 31 angeordnet ist. Über die Dicke und die Länge des Füllstiftes 31 kann so das Volumen optimal angepasst werden.

[0015] Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Im Druckraum 8 wird ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrechterhalten, der beispielsweise in einem sogenannten Common-Rail zur Verfügung gestellt wird. Durch eine gesonderte Verbindung oder durch Leckagespalte, etwa zwischen dem Ventilbolzen 5 und der Druckhülse 18, herrscht im zweiten Steuerraum 27 und über den Längskanal 22 auch im ersten Steuerraum 25 derselbe hohe Kraftstoffdruck wie im Druckraum 8. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird die über eine Steuervorrichtung, beispielsweise ein Steuerventil, das in dem in der Zeichnung nicht dargestellten Haltekörper untergebracht ist, ein niedrigerer Druck im zweiten Steuerraum 27 eingestellt. Durch den Druckabfall im zweiten Steuerraum 27 sinkt praktisch instantan auch der Druck im ersten Steuerraum 25, da beide Steuerräume 25, 27 über den Längskanal 22 hydraulisch miteinander verbunden sind. Dies bewirkt ein Absinken der hydraulischen Kraft auf die Ventilnadel 7, die durch den Druck im ersten Steuerraum 25 eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes 4 erfährt. Durch Druckbeaufschlagung eines Teils der Ventildichtfläche 11 hebt die Ventilnadel 7 nunmehr vom Ventilsitz 4 ab, sodass Kraftstoff aus dem Druckraum 8 zwischen der Ventildichtfläche 11 und dem Ventilsitz 4 hindurch zu den Einspritzöffnungen 10 strömt und von dort in den Brennraum eingespritzt wird. Durch anschließende Druckerhöhung im zweiten Steuerraum 27 steigt auch der Druck im ersten Steuerraum 25 wieder an, und die Ventilnadel 7 gleitet zurück in ihre Schließstellung, d.h. in Anlage an den Ventilsitz 4.

[0016] In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Die Ventilnadel 7 ist hier, abgesehen von der konischen Ventildichtfläche 11, als kompakter Zylinder ausgeführt und somit nicht auf dem Ventilbolzen 5 geführt. Der erste Steuerraum 25 ist zwischen der Ventilnadel 7 und der ventilsitzzugewandten Stirnfläche des Ventilbolzens 5 ausgebildet. In der Bohrung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Hülse 30 angeordnet, die sowohl den Ventilbolzen 5 als auch die Druckhülse 18 und die Ventilnadel 7 umgibt und die mit einer Anlagefläche 37 am Ventilsitz 4 aufliegt. Die Hülse 30 ist ortsfest in der Bohrung 3 angeordnet und weist Ausnehmungen 16 auf, durch die - ebenso bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - Führungsflächen 17 gebildet werden, mit denen die Hülse 30 an der Wand der Bohrung 3 anliegt. Ventilsitzzugewandt wird die Hülse 30 vom Druckraum 8 umgeben, der ebenfalls mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt ist. Um den Zustrom von Kraftstoff zu den Einspritzöffnungen 10 zu ermöglichen, sind an der Hülse 30 mehrere Öffnungen 32 angeordnet, die schlitzförmig ausgeführt sind und einen ausreichenden Strömungsquerschnitt zur Verfügung stellen. Figur 2a zeigt hierzu einen Querschnitt entlang der Linie A-A der Figur 2, durch die die Anordnung der Druckhülse 18 in der Hülse 30 deutlich wird. Die Funktionsweise dieses Kraftstoffeinspritzventils ist identisch mit der Funktionsweise des in Figur 1 gezeigten Einspritzventils, sodass auf eine Funktionsbeschreibung hier verzichtet werden kann.

[0017] Figur 2b zeigt eine alternative Ausgestaltung des ventilsitzabgewandten Endes des Einspritzventils nach Figur 2, wobei hier nur die wesentlichen Komponenten gezeigt sind. Statt der Druckhülse 18 ist hier ein Druckstück 34 vorgesehen, das eine Längsbohrung 36 aufweist. Zwischen dem Druckstück 34 und dem Ventilbolzen 5 ist ein Zwischenraum 29 ausgebildet, in dem die Druckfeder 20 angeordnet ist, die das Druckstück 34 gegen den nicht gezeigten Haltekörper drückt und gleichzeitig den Ventilbolzen 5 in Richtung der Ventilnadel 7. Somit ergibt sich eine Hintereinander-Schaltung des zweiten Steuerraums 27, des Zwischenraums 29 und des ersten Steuerraums 25, die jeweils über eine Längsbohrung 36 bzw. einen Längskanal 22 im Ventilbolzen 5 und im Druckstück 34 miteinander verbunden sind. Durch diese Ausgestaltung ergeben sich andere Dämpfüngseigenschaften, insbesondere, wenn der Ventilbolzen 5 bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 7 eine leichte Bewegung ausführt.

[0018] In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellt. Der Ventilbolzen 5 ist hier, ebenso wie bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, durch Führungsflächen 17 in der Bohrung 3 geführt. Zwischen der Druckhülse 18 und dem Ventilbolzen 5 ist hier eine Druckfeder angeordnet, die den Ventilbolzen 5 mit einer Anlagefläche 19 gegen den Ventilsitz 4 drückt. Um den Kraftstofffluss zu den Einspritzöffnungen 10 zu ermöglichen, sind hier Öffnungen 32' vorgesehen, die ähnlich wie die Öffnungen 32 in der Hülse 30 des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 ausgeführt sind. Die Ventilnadel 7 weist der Ventildichtfläche 11 abgewandt ein kolbenförmiges Ende 21 auf, mit der sie in einer Aufnahme 24 im Ventilbolzen 5 geführt ist. Zwischen einem Ringbund 33 und einem Absatz in der Aufnahme 24 ist die Schließfeder 12 angeordnet, die die Ventilnadel 7 gegen den Ventilsitz 4 drückt. Der erste Steuerraum 25 wird durch die Stirnfläche des kolbenförmigen Endes 21 und durch die Grundfläche der Aufnahme 24 begrenzt und ist auch hier durch den Längskanal 22 mit dem zweiten Steuerraum 27 verbunden. Die Funktionsweise ist auch hier identisch mit dem der vorangegangenen Ausführungsbeispiele, wobei hier an der Ventilnadel 7 eine weitere Druckfläche 35 durch den Ringbund 33 gebildet wird, der eine zusätzliche hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 7 in Öffnungsrichtung bewirkt. Anders als bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen bewegt sich der Ventilbolzen 5 hier nicht und bleibt während der gesamten Einspritzung ortsfest.

[0019] In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei hier dieselbe Darstellung wie in Figur 3 gewählt wurde. Die beiden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich nur dadurch, dass die Ventilnadel 7 hier in einen Zapfen 23 ausläuft, der in der Aufnahme 24 angeordnet ist und durch den eine Ventilnadel 7 eine Schulter gebildet wird, an der die Schließfeder 12 anliegt. Die Ventilnadel 7 wird in der Aufnahme 24 geführt, wobei sich eine hydraulische Öffnungskraft nur dadurch ergibt, dass ein Teil der Dichtfläche 11 vom Kraftstoffdruck des Druckraums 8 beaufschlagt wird.

[0020] Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, das ebenfalls im Längsschnitt dargestellt ist, weist der Ventilbolzen 5 keine Führungsflächen 17 auf, sondern eine zylindrische Außenform und einen Außendurchmesser, der deutlich kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 3. Um den Druckbolzen 5 in der Bohrung 3 zu zentrieren, ist eine Führungsscheibe 38 vorgesehen, die an einem Absatz 41 am Druckbolzen 5 anliegt. Zwischen der Führungsscheibe 38 und der Druckhülse 18 ist die Druckfeder 20 angeordnet, die an die Führungsscheibe 38 gegen den Absatz 41 drückt. In der Führungsscheibe 38 sind mehrere Durchlässe 39 vorgesehen, sodass der Kraftstoff durch den Druckraum 8 in Richtung der Einspritzöffnungen ungedrosselt fließen kann. Bei der Öffnungshubbewegung der Ventilnadel 7 wird nur die Ventilnadel 7 bewegt, während der Druckbolzen 5 ortsfest in der Bohrung 3 verbleibt.

[0021] In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem neben dem Ventilkörper 1 noch eine Antriebsvorrichtung, hier in Form eines Piezoaktors 40 dargestellt, der in der Regel im Haltekörper angeordnet ist. Der Ventilbolzen 5 weist eine Aufnahme 24 auf, in der die Ventilnadel 7 - wie bereits in vorhergehenden Ausführungsbeispielen - geführt ist. Darüber hinaus weist der Ventilbolzen 5 an seiner gegenüberliegenden Seite eine weitere Aufnahme 26 auf, in der ein Druckkolben 42 geführt ist, wobei der zweite Steuerraum 27 durch den Druckkolben 42 und durch die Wandung der zweiten Aufnahme 26 begrenzt wird. Zwischen dem Druckkolben 42 und dem Ventilbolzen 5 ist die Druckfeder 20 angeordnet, die den Druckkolben 42 vom Ventilbolzen 5 wegdrückt.

[0022] Der Druckkolben 42 ist direkt mit dem Piezoaktor 40 verbunden, sodass durch eine entsprechende Bestromung des Piezoaktors 40 eine Längsbewegung des Druckkolbens 42 erfolgt, durch die das Volumen des zweiten Steuerraums 27 veränderbar ist, so dass entweder Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraum 27 verdrängt oder über Leckagespalte zwischen der Wand der zweiten Aufnahme 26 und dem Druckkolben 42 in den zweiten Steuerraum 27 gefordert wird. Zu Beginn der Einspritzung ist der Piezoaktor 40 verkürzt. Der zweite Steuerraum 27 ist ebenso wie der erste Steuerraum 25 und der Längskanal 22 über Leckagespalte, die z. B. zwischen dem Druckkolben 42 und der zweiten Aufnahme 26 ausgebildet sind, mit dem Druckraum 8 verbunden und damit mit Kraftstoff unter Druck befüllt. Der Piezoaktor 40 befindet sich in seiner maximalen Auslenkungslage, sodass das Volumen des zweiten Steuerraums 27 und des ersten Steuerraum 25 möglichst klein ist. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Piezoaktor 40 verkürzt, sodass sich der Druckkolben 42 zurückzieht. Hierdurch erhöht sich das Volumen des zweiten Steuerraums 27, wodurch der Druck auch im ersten Steuerraum 25 rasch absinkt, wobei zur Vermeidung von Druckschwingungen und zur zeitlichen Steuerung des Druckabfalls im Längskanal 22 eine Drossel 28 vorgesehen sein kann. Durch den Druckabfall im ersten Steuerraum 25 und die damit einhergehende Abnahme der hydraulischen Schließkraft auf die Ventilnadel 7 wird diese vom Kraftstoffdruck im Druckraum 8 in ihre Öffnungsstellung, d. h. vom Ventilsitz 4 weggedrückt, so dass die Einspritzöffnungen 10 freigegeben werden. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Piezoaktor 40 wieder verlängert, sodass sich der Druck in den Steuerräumen 25, 27 erneut aufbaut und die Ventilnadel 7 zurück in ihre Schließstellung drückt. Über die Leckagespalte findet anschließend ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum 8 und den Steuerräumen 25, 27 statt.

[0023] Durch die Anordnung der Komponenten nach Figur 6 kann die komplette Steuerung der Ventilnadel 7 und damit der Einspritzung in den Ventilkörper 1 verlegt werden, was im Haltekörper lediglich der Piezoaktor 40 mit seinen elektrischen Anschlüssen vorgesehen sein muss und die Verbindung des Druckraums 8 mit der Kraftstoffhochdruckquelle.

[0024] Die gezeigten Ausführungsbeispiele weisen drüber hinaus den Vorteil auf, dass die Ventilnadel 7 sehr klein ausgeführt ist, sodass sich die Herstellungskosten senken lassen. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn zur weiteren Erhöhung der Präzision relativ teure Materialien zur Herstellung der Ventilnadel 7 Verwendung finden, beispielsweise Edelstähle.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (1), in dem eine Bohrung (3) mit einer darin angeordneten Ventilnadel (7) ausgebildet ist, wobei die Ventilnadel (7) so mit einem im Ventilkörper (1) ausgebildeten Ventilsitz (4) zusammenwirkt, dass dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (10; 10') geöffnet oder geschlossen werden kann, und mit einem Ventilbolzen (5), der ebenfalls in der Bohrung (3) angeordnet ist und der zusammen mit der Ventilnadel (7) einen ersten Steuerraum (25) begrenzt, der mit Kraftstoff befüllbar ist, wobei der Kraftstoffdruck im ersten Steuerraum (25) so auf die Ventilnadel (7) wirkt, dass diese gegen den Ventilsitz (4) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilbolzen (5) ein Längskanal (22) zu einem zweiten Steuerraum (27) ausgebildet ist, in dem ein veränderbarer Druck einstellbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (5) im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ventilbolzen (5) über eine Schließfeder (12) an der Ventilnadel (7) abstützt, so dass die Ventilnadel (7) durch die Federkraft gegen den Ventilsitz (4) gedrückt wird.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ventilbolzen (5) an seinem der Ventilnadel (7) abgewandten Ende über eine Druckfeder (20) ortsfest abstützt.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ventilbolzen (5) über die Druckfeder (20) an einer Druckhülse (18) abstützt, die den zweiten Steuerraum (27) begrenzt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilnadel (7) eine Aufnahme (15) aufweist, in die der Ventilbolzen (5) mit einem Führungsabschnitt (14) eintaucht, so dass die Ventilnadel (7) bei ihrer Bewegung zum Öffnen und Schließen der wenigstens einen Einspritzöffnung (10; 10') auf dem Führungsabschnitt (14) geführt ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (5) eine Aufnahme (24) an seinem der Ventilnadel (7) zugewandten Ende aufweist, in welche die Ventilnadel (7) hineinragt und dabei bei ihrer Bewegung zum Öffnen und Schließen der wenigstens einen Einspritzöffnung (10; 10') in der Aufnahme (24) gerührt ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ventilbolzen (5) an seinem der Ventilnadel (7) abgewandten Ende über eine Druckfeder (20) ortsfest abstützt und dadurch mit einer Anlagefläche (19) gegen den Ventilsitz (4) gedrückt wird.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilbolzen (5) Öffnungen (32') ausgebildet sind, über die Kraftstoff der wenigstens einen Einspritzöffnung (10; 10') zufließen kann, wenn die Ventilnadel (7) die wenigstens eine Einspritzöffnung (10; 10') freigibt.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ventilnadel (7) eine Druckfläche (35) ausgebildet ist, die vom Kraftstoff beaufschlagt wird, der durch die Öffnungen (32') des Ventilbolzens (5) wirkt, so dass durch die hydraulische Kraft auf die Druckfläche (35) eine vom Ventilsitz (4) weggerichtete Kraft auf die Ventilnadel (7) wirkt.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (5) von einer Hülse (30) umgeben ist, die mit einer Anlagefläche (37) am Ventilsitz (4) aufliegt und die den ersten Steuerraum (25) radial nach außen begrenzt.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (5) ventilsitzabgewandt eine zweite Aufnahme (26) für einen Druckkolben (42) aufweist, so dass durch die Wand (26) der zweiten Aufnahme und den Druckkolben (42) der zweite Steuerraum (27) begrenzt wird.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbolzen (5) durch eine Antriebsvorrichtung (40) so längsbewegbar ist, dass durch seine Längsbewegung das Volumen des zweiten Steuerraums (27) veränderbar ist.

14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein Piezoaktor (40) ist.

15. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Längskanal (22) eine Drosselstelle (28) vorgesehen ist.

16. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilbolzen (5) in der Bohrung (3) des Ventilkörpers (1) durch Führungsflächen (17) zentriert ist, die an der Wand der Bohrung (3) anliegen.

17. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilbolzen (5) Ausnehmungen (16) ausgebildet sind, durch die einen Kraftstoffluss zu der wenigstens einen Einspritzöffnung (10; 10') ermöglicht wird.

Claims

1. Fuel injection valve for internal combustion engines, having a valve body (1) in which is formed a bore (3) with a valve needle (7) arranged therein, the valve needle (7) interacting with a valve seat (4), which is formed in the valve body (1), in such a way that at least one injection opening (10; 10') can thereby be opened or closed, and having a valve bolt (5) which is likewise arranged in the bore (3) and which, together with the valve needle (7), delimits a first control chamber (25) which can be filled with fuel, the fuel pressure in the first control chamber (25) acting on the valve needle (7) in such a way that the latter is pressed against the valve seat (4), characterized in that a longitudinal duct (22) is formed in the valve bolt (5) to a second control chamber (27) in which a variable pressure can be set.

2. Fuel injection valve according to Claim 1,
characterized in that the valve bolt (5) has substantially the shape of a hollow cylinder.

3. Fuel injection valve according to Claim 2,
characterized in that the valve bolt (5) is supported on the valve needle (7) via a closing spring (12), such that the valve needle (7) is pressed against the valve seat (4) by the spring force.

4. Fuel injection valve according to Claim 3,
characterized in that the valve bolt (5) is positionally fixedly supported, at its end facing away from the valve needle (7), by means of a pressure spring (20).

5. Fuel injection valve according to Claim 4,
characterized in that the valve bolt (5) is supported by means of the pressure spring (20) on a pressure sleeve (18) which delimits the second control chamber (27).

6. Fuel injection valve according to Claim 2 or 3, characterized in that the valve needle (7) has a receptacle (15) into which the valve bolt (5) protrudes with a guide section (14), such that the valve needle (7), during its movement for opening and closing the at least one injection opening (10; 10'), is guided on the guide section (14).

7. Fuel injection valve according to Claim 2 or 3, characterized in that the valve bolt (5) has a receptacle (24) at its end facing towards the valve needle (7), into which receptacle (24) the valve needle (7) projects, and here, said valve needle (7), during its movement for opening and closing the at least one injection opening (10; 10'), is guided in the receptacle (24).

8. Fuel injection valve according to Claim 1 or 2, characterized in that the valve bolt (5) is positionally fixedly supported, at its end facing away from the valve needle (7), by means of a pressure spring (20), and is thereby pressed with a contact surface (19) against the valve seat (4).

9. Fuel injection valve according to Claim 8,
characterized in that openings (32') are formed in the valve bolt (5), via which openings (32') fuel can flow to the at least one injection opening (10; 10') when the valve needle (7) opens up the at least one injection opening (10; 10').

10. Fuel injection valve according to Claim 9,
characterized in that a pressure surface (35) is formed on the valve needle (7), which pressure surface (35) is acted on by the fuel which acts through the openings (32') of the valve bolt (5), such that, as a result of the hydraulic force on the pressure surface (35), a force which is directed away from the valve seat (4) acts on the valve needle (7).

11. Fuel injection valve according to Claim 1,
characterized in that the valve bolt (5) is surrounded by a sleeve (30) which rests with a contact surface (37) on the valve seat (4) and which delimits the first control chamber (25) radially to the outside.

12. Fuel injection valve according to Claim 1,
characterized in that the valve bolt (5) has, facing away from the valve seat, a second receptacle (26) for a pressure piston (42), such that the second control chamber (27) is delimited by the wall (26) of the second receptacle and by the pressure piston (42).

13. Fuel injection valve according to Claim 12,
characterized in that the pressure bolt (5) can be moved longitudinally by a drive device (40), in such a way that the volume of the second control chamber (27) can be varied by means of the longitudinal movement of said pressure bolt (5).

14. Fuel injection valve according to Claim 13,
characterized in that the drive device is a piezoelectric actuator (40).

15. Fuel injection valve according to Claim 12 or 13, characterized in that a throttle point (28) is provided in the longitudinal duct (22).

16. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve bolt (5) is centred in the bore (3) of the valve body (1) by guide surfaces (17) which bear against the wall of the bore (3).

17. Fuel injection valve according to Claim 16,
characterized in that recesses (16) are formed on the valve bolt (5), which recesses (16) enable a flow of fuel to the at least one injection opening (10; 10').

Revendications

1. Soupape d'injection de carburant pour moteurs à combustion interne comprenant un corps de soupape (1), dans lequel est réalisé un alésage (3) avec une aiguille de soupape (7) disposée à l'intérieur, l'aiguille de soupape (7) coopérant avec un siège de soupape (4) réalisé dans le corps de soupape (1) de telle sorte qu'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10') puisse de ce fait être ouverte ou fermée, et comprenant un goujon de soupape (5), qui est également disposé dans l'alésage (3) et qui limite, conjointement avec l'aiguille de soupape (7), un premier espace de commande (25), qui peut être rempli de carburant, la pression du carburant dans le premier espace de commande (25) agissant sur l'aiguille de soupape (7) de telle sorte que celle-ci soit pressée contre le siège de soupape (4), caractérisée en ce que dans le goujon de soupape (5) est réalisé un canal longitudinal (22) allant à un deuxième espace de commande (27), dans lequel une pression variable peut être ajustée.

2. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) présente essentiellement la forme d'un cylindre creux.

3. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) s'appuie sur l'aiguille de soupape (7) par le biais d'un ressort de fermeture (12), de sorte que l'aiguille de soupape (7) soit pressée par la force du ressort contre le siège de soupape (4).

4. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 3, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) s'appuie fixement sur son extrémité opposée à l'aiguille de soupape (7) par le biais d'un ressort de compression (20).

5. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 4, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) s'appuie par le biais du ressort de compression (20) contre une douille de pression (18) qui limite le deuxième espace de commande (27).

6. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que l'aiguille de soupape (7) présente un logement (15) dans lequel le goujon de soupape (5) plonge avec une portion de guidage (14), de sorte que l'aiguille de soupape (7), lors de son déplacement pour l'ouverture et la fermeture de l'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10'), soit guidée sur la portion de guidage (14).

7. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) présente un logement (24) à son extrémité tournée vers l'aiguille de soupape (7), dans lequel pénètre l'aiguille de soupape (7), qui est ainsi guidée dans le logement (24) lors de son déplacement pour ouvrir ou fermer l'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10').

8. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) s'appuie fixement à son extrémité opposée à l'aiguille de soupape (7), par le biais d'un ressort de compression (20) et est de ce fait pressé avec une face d'appui (19) contre le siège de soupape (4).

9. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 8, caractérisée en ce que des ouvertures (32') sont réalisées dans le goujon de soupape (5), par le biais desquelles du carburant peut affluer vers l'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10'), lorsque l'aiguille de soupape (7) libère l'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10').

10. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'une surface de pression (35) est réalisée sur l'aiguille de soupape (7), laquelle est sollicitée par du carburant qui agit à travers les ouvertures (32') du goujon de soupape (5), de sorte qu'une force orientée à l'écart du siège de soupape (4) agisse sur l'aiguille de soupape (7) du fait de la force hydraulique appliquée à la surface de pression (35).

11. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) est entouré par une douille (30) qui s'applique avec une surface d'appui (37) contre le siège de soupape (4) et qui limite radialement vers l'extérieur le premier espace de commande (25).

12. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 1, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) présente, à l'opposé du siège de soupape, un deuxième logement (26) pour un piston de pression (42), de sorte que le deuxième espace de commande (27) soit limité par la paroi (26) du deuxième logement et par le piston de pression (42).

13. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 12, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) peut être déplacé longitudinalement par un dispositif d'entraînement (40), de telle sorte que son mouvement longitudinal entraîne une variation du volume du deuxième espace de commande (27).

14. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 13, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement est un actionneur piézoélectrique (40).

15. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'un point d'étranglement (28) est prévu dans le canal longitudinal (22).

16. Soupape d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le goujon de soupape (5) est centré dans l'alésage (3) du corps de soupape (1) par des surfaces de guidage (17), qui s'appliquent contre la paroi de l'alésage (3).

17. Soupape d'injection de carburant selon la revendication 16, caractérisée en ce que des évidements (16) sont réalisés sur le goujon de soupape (5), lesquels permettent un flux de carburant vers l'au moins une ouverture d'injection (10 ; 10').

Zeichnung