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EP1404962A1 - Kraftstoffinjektor mit einspritzverlaufsformung - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit einspritzverlaufsformung

Info

Publication number
EP1404962A1
EP1404962A1 EP02754256A EP02754256A EP1404962A1 EP 1404962 A1 EP1404962 A1 EP 1404962A1 EP 02754256 A EP02754256 A EP 02754256A EP 02754256 A EP02754256 A EP 02754256A EP 1404962 A1 EP1404962 A1 EP 1404962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
chamber
valve
control valve
seat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02754256A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1404962A1 publication Critical patent/EP1404962A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M63/0045—Three-way valves
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    • F02M63/0056—Throttling valves, e.g. having variable opening positions throttling the flow
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    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
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    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • fuel injection systems are used, the fuel injectors of which are supplied with fuel via the interposition of high-pressure common spaces. Start of injection and injection quantity are set with the electrically controllable injector.
  • the fuel injectors are attached to the cylinder head without having to make any significant modifications to the cylinder head of the internal combustion engine. Depending on the application, whether on passenger cars or commercial vehicles, the injectors used can influence the course of the injection.
  • EP 0 987 432 A2 relates to a fuel injector.
  • This comprises a nozzle needle, which is pressed into its seat via a spring element. The end face of the nozzle needle is acted upon by the fuel pressure in a control chamber, in which fuel flows in via a supply line in which a throttle element is received.
  • a control chamber in which fuel flows in via a supply line in which a throttle element is received.
  • an outlet valve which controls the outlet of the fuel from the supply line into a low-pressure area, and a control valve which releases or closes the connection between the control chamber and the low-pressure area.
  • the drain valve and the control valve are operated via a common electromagnetic actuator.
  • the actuator is housed in a housing that encloses the drain valve and the control valve.
  • the control valve, the drain valve and the actuator are arranged such that in the deactivated state the drain valve and the control valve are in their respective open positions. If the actuator is moved into a first position, which corresponds to a first current level, the drain valve is closed while the control valve remains in its open position. Will the electromagnetic On the other hand, if the actuator continues to be energized and reaches a second, higher current level, the control valve is also closed.
  • the injection is ended by deactivating the actuator, the drain valve initially opening. Since the control valve is still open shortly before the drain valve is opened, the pressure against which the spring element of the nozzle needle works when the nozzle is closed can be reduced, so that faster needle closing can be achieved.
  • EP 0 994 248 A2 relates to a fuel injector with injection course shaping by a piezo actuator.
  • An injection opening is formed on the injector body of the fuel injector.
  • a nozzle needle is movably received in the injector body and can be moved back and forth between a release position of the injection opening and a closed position of the injection opening.
  • a piezoelectric actuator is accommodated in the injector body and can be moved between an active and an inactive position.
  • the nozzle needles and the piezoelectric actuator are connected to one another by means of a coupling element in order to convert the movement of the piezoelectric actuator into a larger movement of the nozzle needle during its stroke in the injector body.
  • DE 197 15 234 AI relates to a solenoid-controlled fuel injection valve for accumulator injection systems of multi-cylinder brake machines.
  • This comprises a feed line leading into each valve housing of a spring-loaded nozzle needle and lockable by a control block with valve function.
  • a nozzle needle spring is provided which is supported in a spring chamber and presses the nozzle needle onto its needle seat, a control chamber arranged on the back of the control piston under system pressure and a solenoid valve through which the control chamber can be connected to a relief line and at the same time the shut-off for injection the supply line leading to the nozzle needle can be lifted by a control piston arranged high pressure valve.
  • a throttled line connection extends between the supply line and the relief line, the line connection comprising a leakage valve in back connection with the solenoid valve, through which the line connection can be interrupted during the injection.
  • the movement of the nozzle needle in the injector housing of a fuel injector can be brought about by controlling the pressure relief of a control chamber integrated in the injector housing, the control chamber using two Flow restrictors can be relieved of pressure.
  • a valve member of a 3/2-way valve can be switched back and forth between individual switching stages, the valve member switching at a first seat in the valve space and into a second seat in the valve space and an intermediate position between the seats leaves.
  • the 3/2 way valve can be operated using a piezo actuator or a solenoid valve.
  • the inlet throttle acting on the control chamber with the control volume under high pressure can open directly into the control chamber which acts on a nozzle needle end face; Another possibility is to position an inlet throttle in the injector body so that it acts on the valve chamber of a 3/2-way valve and one or both outlet channels with integrated outlet throttles can be used as inlets with inlet throttles to the control chamber.
  • a control valve body for example, configured spherically, can be actuated in a second seat or an intermediate position between two seats, so that a slower pressure relief of the control chamber can be achieved via only one flow restrictor or a faster pressure relief of the control chamber via two open drainage channels with therein Drain throttle elements can be achieved.
  • Providing a second outlet throttle to the control chamber acting on the nozzle needle of the fuel injector allows an individual opening and closing of the nozzle needle to be set, so that the injection rate at which the fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can be influenced accordingly.
  • the nozzle needle stroke can be influenced by rapid pressure build-up and rapid pressure relief by the fact that the two outlet throttles relieving the control space can also be used as inlet throttles or inlet ducts by means of a 3/3-way control valve.
  • pressure can build up both over both throttles and over one of the two throttles, so that two closing speeds can be impressed on the nozzle needle via a push rod protruding into the nozzle space or its end face.
  • Both embodiment variants of the idea on which the invention is based thus permit injection course shaping by generating a boot phase or a ramp-shaped injection course.
  • the injection course shaping represents a tried and tested means of positively influencing the emission behavior of the internal combustion engine, by avoiding end-of-combustion injections that would result in high HC emissions.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of the solution proposed according to the invention with a 3/2-way valve and an inlet throttle opening into the control chamber,
  • FIG. 2 shows the comparison of the injection rates that occur depending on the switching position of the valve body according to the embodiment variant in FIGS. 1 and
  • Figure 3 shows a second embodiment of the solution according to the invention, in which the inlet throttle opens into the valve chamber of a 3/3 control valve.
  • FIG. 1 shows a first embodiment variant of the solution proposed according to the invention with a 3/2-way valve and an inlet throttle opening directly into the control chamber.
  • an injector housing 1 of a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine comprises a valve chamber 3.
  • a spherically configured control valve body 6 of a 3/2-way valve is located in the valve chamber 3 in the injector housing 1.
  • Control valve 5 added.
  • the control valve body 6 of the 3/2-way control valve is actuated via a schematically illustrated transmission element 2.
  • the transmission element 2 passes through a drain hole 4 in the injector housing 1, via which the control volume, which is diverted into the valve chamber 3, can flow when a control chamber 21 is relieved of pressure.
  • a first seat 7 is formed on the valve chamber 3 in the injector housing 1, and a second seat 8 is located opposite it. In dashed lines, an intermediate position 9 is shown, in which the control valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 can be adjusted by means of the transmission element 2.
  • a first opens into the valve chamber 3 in the injector housing 1 Drain channel 10 of the control chamber 21.
  • a first drain throttle 12, which is designed in a throttle cross-section 13, is integrated into this. It also extends from the pressure relief.
  • the second outlet throttle 15 is formed in a throttle cross section 16; the cross section of the drain channel 14 provided with a knee 11 is identified by reference numeral 18.
  • the second drain channel 14 also opens into the valve chamber 3, in which the control valve body 6 is received.
  • control chamber 21 in the injector housing 1 is opened with a control volume via an inlet throttle 19.
  • the inlet throttle 19 is integrated into an inlet 20, which extends from a high-pressure collecting space (common rail), not shown.
  • the control chamber 21 is delimited on the one hand by a wall 22 of the injector housing 1, on the other hand the control chamber 21 is delimited by an end face 24 of a push rod 23 which in turn controls the vertical movement of a nozzle needle (not shown in FIG. 1) in the injector housing 1 of the fuel injector.
  • control valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 If the control valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 is placed over the transmission element 2 in its first seat 7, the control chamber 21 is closed on the outlet side. High pressure is present in the control chamber 21 via the inlet throttle 19 and the inlet 20 from the high-pressure collecting chamber (common rail), which forces the push rod 23 and thus the nozzle needle in the injector housing 1 into its closed position. If, after actuation of the actuator (not shown here), the control valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 is placed in its second seat 8 via the transmission element 2, the first outlet channel 10 is closed, so that pressure relief of the control chamber 21 is only via the outlet throttle 15 takes place in the second outlet channel 14.
  • the pressure relief of the control chamber 21 depends on the outlet throttle cross section 16 of the outlet throttle element 15 accommodated in the second outlet duct 14. Corresponding to the pressure relief of the control chamber 21 by the outflowing control volume via the second outlet channel 14 into the valve chamber 3, the push rod 23 is raised into the control chamber 21, so that the nozzle needle opens at a first opening speed.
  • both drain channels 10 and 14 of the control space 21 are connected to the valve chamber 3, so that pressure relief of the control chamber 21 takes place more rapidly by means of two outlet channels 10 and 14 the outflow of control volume can take place.
  • the nozzle needle actuated via the push rod 23 opens faster.
  • the control valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 is moved into a central position 9 in accordance with the course of the switching positions designated 43 'in the lower diagram of the illustration in FIG. 2, an injection takes place, which is shown in the upper diagram of the illustration in FIG is shown with the curve 43 in a punctiform representation.
  • the valve body 6 of the 3/2-way control valve 5 moved in the central position 9 results in a faster pressure relief of the control chamber 21, which results in a faster opening movement of the nozzle needle, since the pressure rod 23 moves faster in the control chamber 21 due to a faster pressure relief and therefore the nozzle needle opens faster.
  • the valve body 6 is switched into its second seat 8, so that the switching point is subjected to a slow reduction in pressure in the control chamber 21, which slows down the opening movement of the nozzle needle in the injector housing 1.
  • a dashed line 44 in the upper diagram in FIG. 2 shows a ramp-shaped increase in the injection rate corresponding to the increase in the injection rate 40. If the valve body 6 is then actuated further in order to transfer it into its central position 9 between the first seat 7 and the second seat 8 by means of the transmission element 2, an abrupt sequence follows in accordance with the injection rate curve denoted by reference numeral 44 in the upper diagram of the illustration in FIG. 2 Increase the injection rate to its maximum value, since the nozzle needle now moves into the nozzle chamber 21 at a higher speed via the push rod 23.
  • Figure 3 shows a second embodiment, in which the inlet throttle opens the valve chamber of a 3/3-way control valve.
  • the pressure-releasable control chamber 21 can be controlled via two outlet channels 10 and 14 both in the relief direction to the valve chamber 3 and in the inflow direction 26 to the nozzle chamber 21.
  • the inlet throttle 19 from the inlet 20 of the high-pressure collecting chamber opens into the valve chamber 3.
  • the valve body 6 of a 3/3-way control valve 256 is configured as a spherical body analogous to the representation of the first embodiment variant in FIG. 1 and can be placed in a first seat 7 or a second seat 8 in the valve chamber 3.
  • control valve body 6 of the 3/3-way control valve 25 is actuated by means of a transmission element 2, which can be actuated via an actuator ear (not shown here), be it a piezoelectric actuator or a solenoid valve.
  • the transmission element 2 passes through a leakage oil drain 4 and limits the drain volume from the valve chamber 3 through the throttle point thus formed, in which the preferably spherically configured control valve body of the 3/3-way control valve 25 is accommodated.
  • the control chamber 21 is pressurized by injecting fuel from the inlet 20 of the high-pressure collection chamber via the inlet throttle 19 into the valve chamber 3 and from there in the inlet direction 26 the throttle elements 12 and 15 in the channels 10 and 14 in the injector housing 1, which serve as inlet channels in this switch position.
  • the nozzle needle is moved into its closed position and held in this position by pressurizing the end face 24, which delimits the control chamber 21 on its underside.
  • control chamber 21 is depressurized via the channels 10 and 14 in the injector housing 1, which now function as drainage channels.
  • the control chamber is quickly depressurized 21 over both connected in parallel, Drain channels 10 and 14 opening into the control chamber.
  • the outflowing control volume is based on the cross sections 13 and 16, in which the throttles 12 and 15 are embodied, which are accommodated in the channels 10 and 14 functioning as drain channels.
  • the control valve body 6 of the 3/3-way control valve 25 is placed in its second seat 8, the first channel 10 is closed.
  • a pressure reduction of the pressure-relieved control chamber 21 can only follow via the channel 10 functioning as an outlet channel and the throttle element 15 accommodated therein.
  • the opening speed which in this case is significantly lower than with the control valve body 6 of the 3/3-way control valve 25 switched in the central position, can be achieved by coordinating throttle cross sections of the inlet throttle 19 with the cross section 16 of the throttle element 15.
  • the channel 14 opens laterally in the valve chamber 3 next to the control valve body 6 and acts permanently.
  • the wall 30 of the pressure-releasable control chamber 21 is designed with a stop surface 29, which serves as a stop surface for the end face 24 of the push rod 23 with which the nozzle needle, which is not shown here, has a Vertical movement in the injector housing 1 is impressed.

Landscapes

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Abstract

Der Erfindung bezieht sich auf einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. In einem Injektorgehäuse (1) ist ein Steuerraum (21) ausgebildet, über welchem eine Düsennadel zum Verschliessen oder Freigeben von Einspritzöffnungen angesteuert wird. Der Steuerraum (21) ist mittels eines 3/2-Wege-Steuerventiles (5) oder mittels eines 3/3-Wege-Steuerventiles (25) druckentlastbar, wobei die Steuerventile (5, 25) von einem Ventilraum (3) umschlossen sind. Der Steuerraum (21) ist entweder über eine Zulaufdrossel direkt druckbeaufschlagbar und zwei mit einem 3/2-Wege-Steuerventil (5) parallel schaltbare Drosselelemente (12, 5) sind druckentlastbar, wenn als Steuerteil ein 3/2-Wege-Ventil (5) zum Einsatz kommt. Bei Einsatz eines 3/2-Wege-Steuerventiles (25) kann der Steuerraum (21) über zwei Drosselelemente (2, 15) druckentlastet werden, die in Zulaufrichtung (26) als Zulaufdrosseln (27, 28) zum Steuerraum (21) schaltbar sind.

Description

Kraftstoffmjektor mit Einspritzverlaufs ormung
Technisches Gebiet
Bei Kraftfahrzeugen mit luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen werden Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, deren Kraftstoffinjektoren über Zwischenschaltung von Hochdrucksammeiräumen (Common rail) mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Einspritzbeginn und Einspritzmenge werden mit dem elektrisch ansteuerbaren Injektor eingestellt. Die Kraftstoffinjektoren werden, ohne wesentliche Modifikationen am Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine vornehmen zu müssen, an diesen angebaut. Je nach Einsatzzweck, ob an Personenkraftwagen oder an Nutzfahrzeugen, kann durch die jeweils eingesetzten Injektoren Einfluss auf den Verlauf der Einspritzung genommen werden.
Stand der Technik
EP 0 987 432 A2 betrifft einen Kraftstoffinjektor. Dieser umfasst eine Düserrnadel, welche über ein Federelement in ihren Sitz gedrückt wird. Die Stirnfläche der Düsemiadel wird über den Kraftstoffdruck in einem Steuerraum beaufschlagt, in welchem Kraftstoff über eine Versorgungsleitung einströmt, in der ein Drosselelement aufgenommen ist. Im Kraftstoffinjektor ist ferner ein Ablaufventil aufgenommen, welches das Ablaufen des Kraftstoffs von der Versorgungsleitung in einen Niederdruckbereich steuert, ferner ein Steuer- ventil, welches die Verbindung zwischen Steuerraum und dem Niederdruckbereich freigibt oder verschließt. Das Ablaufventil und das Steuerventil werden über einen gemeinsamen elektromagnetischen Aktor betätigt. Der Aktor ist in einem Gehäuse aufgenommen, welches das Ablaufventil und das Steuerventil umschließt. Das Steuerventil, das Ablaufventil und der Aktor sind so angeordnet, dass im deaktivierten Zustand das Ablaufventil und das Steuerventil in ihrer jeweiligen Offenstellung stehen. Wird der Aktor in eine erste Stellung bewegt, welche einem ersten Stromniveau entspricht, wird das Ablaufventil geschlossen, während das Steuerventil in seiner Offenstellung verbleibt. Wird der elektromagnetische Aktor hingegen weiterbestromt und erreicht ein zweites, höherliegendes Bestromungsni- veau, wird auch das Steuerventil geschlossen.
Mit dieser Lösung wird die Einspritzung durch die Deaktivierung des Aktors beendet, wo- bei das Ablaufventil zunächst öffnet. Da kurz vor dem Öffnen des Ablaufventils das Steuerventil noch offen steht, kann der Druck, gegen den das Federelement der Düsennadel beim Schließen der Düse arbeitet, abgesenkt werden, so dass ein schnelleres Nadelschließen erzielbar ist.
EP 0 994 248 A2 bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor mit Einspritzverlaufformung durch einen Piezoaktor. Am Injektorkörper des Kraftstoffinjektors ist eine Einspritzöffnung ausgebildet. Im Injektorkörper ist eine Düsennadel bewegbar aufgenommen, die zwischen einer Freigabestellung der Einspritzöffnung und einer Schließstellung der Einspritzöffnung hin- und her bewegbar ist. Ein piezoelektrischer Aktor ist im Injektorkörper aufgenommen und zwischen einer aktiven und einer inaktiven Position bewegbar. Mittels eines Kupplungselementes sind die Düsennadeln und der piezoelektrische Aktor miteinander verbunden, um die Bewegung des piezoelektrischen Aktors in eine größere Bewegung der Düsennadel bei deren Hub im Injektorkörper umzuwandeln.
DE 197 15 234 AI bezieht sich auf ein magnetventilgesteuertes Kraftstoffeinspritzventil für Speichereinspritzsysteme von mehrzylindrigen Bremikräftmaschinen. Dieses umfasst eine in jedes Ventilgehäuse einer federbelasteten Düserrnadel führende und durch einen Steuerblock mit Ventilfunktion absperrbare Zuführleitung. Ferner ist eine sich in einem Federraum abstützende und die Düserrnadel auf ihren Nadelsitz drückende Düsennadelfe- der vorgesehen, ferner ein auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneter Steuerraum sowie ein Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig zur Einspritzung die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung durch einen Ansteuerkolben angeordnetes Hochdruckventil aufhebbar ist. Zwischen der Zufuhrleitung und der Entlastungsleitung erstreckt sich eine gedrosselte Leitungsverbindung, wobei die Leitungsverbindung ein mit dem Magnetventil in Rückverbindung stehendes Leckageventil umfasst, durch das während der Einspritzung die Leitungsverbindung unterbrochen werden kann.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich die Bewegung der Düsennadel im Injektorgehäuse eines Kraftstoffinjektors durch Steuerung der Druckentlastung eines im Injektorgehäuse integrierten Steuerraums herbeiführen, wobei der Steuerraum über zwei Ablaufdrosseln druckentlastet werden kann. Mit der erfindurigsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein Ventilglied eines 3/2-Weg- Ventils zwischen individuellen Schaltstufen hin- und her geschaltet werden, wobei sich das Ventilglied an einem ersten Sitz im Ventilraum sowie in einen zweiten Sitz im Ventilraum sowie eine Zwischenstellung zwischen den Sitzen schalten lässt. Dazu lässt sich das 3/2 -Weg-Ventil mittels eines Piezoaktors oder eines Magnetventils betätigen.
In einer Ausf hrungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung kann die den Steuerraum mit unter hohem Druck stehenden Steuervolumen beaufschlagende Zulaufdrossel unmittelbar in den Steuerraum, der eine Düsennadelstirnfläche beaufschlagt, münden; eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Zulaufdrossel im Injektorkörper zu positionieren, so dass diese den Ventilraum eines 3/2- Weg- Ventils beaufschlagt und ein oder beide Ablaufkanäle mit integrierten Ablaufdrosseln als Zuläufe mit Zulaufdrosseln zum Steuerraum genutzt werden können.
Mit den erfindungsgemäßen Lösungsvarianten kann ein Ansteuern eines zum Beispiel kugelförmig konfigurierten Steuerventilkörpers in einen zweiten Sitz oder eine Zwischenstellung zwischen zwei Sitzen erzielt werden, sodass sich eine langsamere Druckentlastung des Steuerraumes über lediglich eine Ablaufdrossel oder eine schnellere Druckentlastung des Steuerraumes über zwei geöffnete Ablaufkanäle mit darin aufgenommenen Ablaufdrosselelementen erzielen lässt. Über das Vorsehen einer zweiten Ablaufdrossel zum die Düsennadel des Kraftstoffinjektors beaufschlagenden Steuerraum lässt sich ein individuelles Öffnen und Schließen der Düsennadel einstellen, so dass die Einspritzrate, mit der der Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, dement- sprechend beeinflusst werden kann.
Daneben ist eine Beeinflussung des Düsennadelhubes durch schnellen Druckaufbau und schnelle Druckentlastung auch dadurch möglich, dass die den Steuerraum entlastenden beiden Ablaufdrosseln mittels eines 3/3-Wege-Steuerventiles auch als Zulaufdrosseln be- ziehungsweise Zulaufkanäle einsetzbar sind. Dadurch kann ein Druckaufbau sowohl über beide Drosseln als auch über eine der beiden Drosseln folgen, sodass der Düsennadel über eine in den Düsenraum hineinragende Druckstange beziehungsweise deren Stirnfläche zwei Schließgeschwindigkeiten aufgeprägt werden können.
Beide Ausführungsvarianten des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens erlauben somit eine Einspritzverlaufsformung durch Erzeugung einer Boot-Phase oder eines ram- penförmigen Einspritzverlaufes. Die Einspritzverlaufsformung stellt einerseits ein probates Mittel dar, das Emissionsverhalten der Verbrermungskraftmaschine positiv zu beeinflussen, indem Einspritzungen gegen Ende der Verbrennung, die zu hohen HC-Emissionen führen würden, vermieden werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 eine erste Ausführungsvariante der erfmdungsgemäß vorgeschlagenen Lösung mit 3/2- Wege-Ventil und in den Steuerraum mündender Zulaufdrossel,
Figur 2 die Gegenüberstellung sich einstellender Einspritzraten abhängig von der Schaltstellung des Ventilkörpers gemäß der Ausführungsvariante in Figur 1 und
Figur 3 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung, bei der die Zulaufdrossel in den Ventilraum eines 3/3-Steuerventiles mündet.
Ausfuhrungsvarianten
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung mit 3/2-Wege-Ventil und in den Steuerraum direkt mündender Zulaufdrossel.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 umfasst ein Injektorgehäuse 1 eines Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine einen Ventilraum 3. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ist im Ventilraum 3 im Injektorgehäuse 1 ein kugelförmig konfigurierter Steuerventilkörper 6 eines 3/2-Weg- Steuerventiles 5 aufgenommen. Wie bei einem hier nicht dargestellten Steller, sei es einem Piezoaktor oder ein schnell schaltendes Magnetventil, wird der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles über ein schematisch dargestelltes Übertragungselement 2 betätigt. Das Übertragungselement 2 durchsetzt eine Abiaufbohrung 4 im Injektorgehäuse 1, über welches in den Ventilraum 3 abgesteuertes Steuervolumen bei Druckentlastung eines Steuerraumes 21 abströmen kann.
Am Ventilraum 3 im Injektorgehäuse 1 ist ein erster Sitz 7 ausgebildet, dem ein zweiter Sitz 8 gegenüberliegt. In gestrichelter Darstellung ist eine Zwischenstellung 9 wiedergegeben, in welche der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 mittels des Übertragungselementes 2 stellbar ist. In den Ventilraum 3 im Injektorgehäuse 1 mündet ein erster Ablaufkanal 10 des Steuerraumes 21. In diesen ist eine erste Ablaufdrossel 12 integriert, die in einem Drosselquerschnitt 13 ausgebildet ist. Weiterhin erstreckt sich vom druckent- lastbaren. Steuerraum 21 ein zweiter Druckablaufkanal 14, in welchem eine zweite Ablaufdrossel 15 aufgenommen ist. Die zweite Ablaufdrossel 15 ist in einem Drosselquerschnitt 16 ausgebildet; der Querschnitt des mit einem Knie 11 versehenen Ablaufkanals 14 ist mit Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Auch der zweite Ablaufkanal 14 mündet in den Ventilraum 3, in welchem der Steuerventilkörper 6 aufgenommen ist.
In der Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Figur 1 wird der Steuerraum 21 im Injektorgehäuse 1 über eine Zulaufdrossel 19 mit einem Steuervolumen aufschlagt. Die Zulaufdrossel 19 ist in einen Zulauf 20, der sich von einem nicht dargestellten Hochdrucksammeiraum (Common rail) aus erstreckt, integriert. Der Steuerraum 21 wird einerseits durch eine Wandung 22 des Injektorgehäuses 1 begrenzt, andererseits ist der Steuerraum 21 durch eine Stirnfläche 24 einer Druckstange 23 begrenzt, die ihrerseits die Vertikalbe- wegung einer in Figur 1 nicht dargestellten Düsennadel im Injektorgehäuse 1 des Kraftstof- fmjektos steuert.
Wird der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 über das Übertragungselement 2 in seinem ersten Sitz 7 gestellt, ist der Steuerraum 21 ablaufseitig geschlossen. Über die Zulaufdrossel 19 und den Zulauf 20 vom Hochdrucksammeiraum (Common rail) steht hoher Druck im Steuerraum 21 an, der die Druckstange 23 und damit die Düsemiadel im Injektorgehäuse 1 in ihre Schließstellung zwingt. Wird nach Betätigung des hier nicht dargestellten Aktors der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 über das Übertragungselement 2 in seinen zweiten Sitz 8 gestellt, wird der erste Ablaufkanal 10 verschlossen, so dass eine Druckentlastung des Steuerraumes 21 nur über die Ablaufdrossel 15 im zweiten Ablaufkanal 14 erfolgt. Die Druckentlastung des Steuerraumes 21 ist vom Ablaufdrosselquerschnitt 16 des im zweiten Ablaufkanal 14 aufgenommenen Ablaufdrosselelementes 15 abhängig. Entsprechend der Druckentlastung des Steuerraumes 21 durch abströmendes Steuervolumen über den zweiten Ablaufkanal 14 in den Ventilraum 3, erfolgt ein Auffahren der Druckstange 23 in den Steuerraum 21, so dass die Düsennadel mit einer ersten Öff ungsgeschwindigkeit öffnet.
Wird hingegen über den nicht dargestellten Aktor und das Übertragungselement 2 der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 in eine in gestrichelter Darstellung wiedergegebene Mittelstellung 9 gefahren, sind beide Ablaufkanäle 10 beziehungsweise 14 des Steuerraues 21 mit dem Ventilraum 3 verbunden, so dass eine schnellere Druckentlastung des Steuerraumes 21 durch über zwei Ablaufkanäle 10 beziehungsweise 14 erfolgen- des Abströmen von Steuervolumen erfolgen kann. In diesem Falle öffnet die über die Druckstange 23 betätigte Düserrnadel schneller.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht eine Gegenüberstellung sich einstellender Ein- ' spritzraten abhängig von der Schaltstellung des Ventilkörpers gemäß der in Figur 1 wiedergegebenen Ausfährungsvariante hervor.
Wird der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 von seinem ersten Sitz 7 unmittelbar in seinen zweiten Sitz 8 gemäß des geschlossenen Kurvenzuges im unteren Dia- gramm der Darstellung nach Figur 2 gestellt, erfolgt ein allmählicher Einstieg der Ein- spritzrate gemäß des im oberen Diagramm der Darstellung gemäß Figur 2 gezeigten, in durchgezogenen Linien wiedergegebenen Kurvenzuges 50. Es stellt sich demnach ein langsamer Druckabbau im Steuerraum 21 über den Ablaufkanal 14 in dem Ventilraum 3 ein, der ein allmähliches Öffnen der Düserrnadel durch die in den Steuerraum 21 einfahrende Druckstange 23 zur Folge hat.
Wird der Steuerventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 hingegen entsprechend des im unteren Diagramm der Darstellung nach Figur 2 mit 43' bezeichneten Verlaufs der Schaltstellungen in eine Mittelstellung 9 gefahren, erfolgt eine Einspritzung, die im oberen Diagramm der Darstellung gemäß Figur 2 mit dem Kurvenzug 43 in punktförmiger Darstellung wiedergegeben ist. Durch den in Mittelstellung 9 gefahrenen Ventilkörper 6 des 3/2-Wege-Steuerventiles 5 erfolgt eine schnellere Druckentlastung des Steuerraumes 21, der eine schnellere Öffnungsbewegung der Düsennadel zur Folge hat, da sich durch schnellere Druckentlastung des Steuerraumes 21 die Druckstange 23 schneller in diesen bewegt und die Düserrnadel daher schneller öffnet. Am Durchschaltezeitpunkt 48 wird der Ventilkörper 6 in seinen zweiten Sitz 8 geschaltet, so dass sich dem Durchschaltezeitpunkt ein langsamer Druckabbau im Steuerraum 21 vollzieht, was eine Verlangsamung der Öffnungsbewegung der Düsennadel im Injektorgehäuse 1 nach sich zieht.
Wird der Ventilkörper 6 des 3/2- Wege- Ventils zunächst von seinem ersten Sitz 7 in seinen zweiten Sitz 8 geschaltet, erfolgt gemäß der strichpunktierten Linie 44 im oberen Diagramm in Figur 2 ein rampenförmiger, dem Einspritzratenanstieg 40 entsprechender Anstieg der Einspritzrate. Erfolgt dann eine weitere Ansteuerung des Ventilkörpers 6, um diesen mittels des Übertragungselementes 2 in seine Mittelstellung 9 zwischen dem ersten Sitz 7 und dem zweiten Sitz 8 zu überfuhren, folgt gemäß des mit Bezugszeichens 44 bezeichneten Einspritzratenverlaufes im oberen Diagramm der Darstellung nach Figur 2 eine abrupte Erhöhung der Einspritzrate auf ihren Maximalwert, da nun die Düsennadel über die Druckstange 23 in den Düsenraum 21 mit höherer Geschwindigkeit auffährt. Figur 3 stellt eine 2. Ausfunrungsvariante dar, bei der die Zulaufdrossel den Ventilraum eines 3/3-Wege-Steuerventiles mündet.
In der Darstellung gemäß Figur 3 ist der druckentlastbare Steuerraum 21 über zwei Ablaufkanäle 10 beziehungsweise 14 sowohl in Entlastungsrichtung zum Ventilraum 3, als auch in Zulaufrichtung 26 zum Düsenraum 21 steuerbar. Im Ventilraum 3 münden neben den Ablaufkanälen 10 beziehungsweise 14 mit darin aufgenommenen Ablaufdrosseln 12 beziehungsweise 15 die Zulaufdrossel 19 vom Zulauf 20 des Hochdrucksammeiraumes (Common rail). Der Ventilkörper 6 eines 3/3-Wege-Steuerventiles 256 ist analog zur Darstellung der ersten Ausführungsvariante in Figur 1 als kugelförmiger Körper konfiguriert und im Ventilraum 3 in einen ersten Sitz 7 beziehungsweise in einen zweiten Sitz 8 stellbar. Dazu wird der Steuerventilkörper 6 des 3/3-Wege-Steuerventiles 25 mittels eines Übertragungselementes 2 betätigt, welches über einen hier nicht dargestellten Aktohr, sei es ein Piezoalctor oder ein Magnetventil, betätigt werden kann. Analog zur Darstellung des ersten Ausfuhrungsbeispieles durchsetzt das Übertragungselement 2 eine Leckölablauf 4 und begrenzt durch die so gebildete Drosselstelle das Ablaufvolumen aus dem Ventilraum 3, in welchem der vorzugsweise kugelförmig konfigurierte Steuerventilkörper des 3/3- Wege-Steuerventiles 25 aufgenommen ist.
Die Wirkungsweise der zweiten in Figur 3 dargestellten Ausfuhrungsvariante wird nachfolgend beschrieben:
Ist der Ventilkörper 6 des 3/3-Wege-Steuerventiles 25 in seinen ersten Sitz 7 gefahren, erfolgt eine Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 21 über Einschießen des Kraftstoffes vom Zulauf 20 des Hochdrucksammeiraumes über die Zulaufdrossel 19 in den Ventilraum 3 und von dort in Zulaufrichtung 26 über die Drosselelemente 12 beziehungsweise 15 in den in dieser Schaltstellung als Zulaufkanäle dienenden Kanälen 10 beziehungsweise 14 im Injelctorgehäuse 1. Dadurch erfolgt ein Druckaufbau im Steuerraum 21, der sich ent- sprechend der Durchflüsse an den Drosselelementen 12 beziehungsweise 15 in den Kanälen 10 beziehungsweise 14 einstellt. Die Düsennadel wird über Druckbeaufschlagung der Stirnfläche 24, welche den Steuerraum 21 an seiner Unterseite begrenzt, in ihrer Schließstellung gefahren und in dieser gehalten.
Sobald der Steuerventilkörper 6 des 3/3-Weg-Steuerventiles 25 aus seinem ersten Sitz 7 bewegt wird, folgt eine Druckentlastung des Steuerraumes 21 über die nun als Ablaufkanäle fungierenden Kanäle 10 beziehungsweise 14 im Injektorgehäuse 1. In diesem Falle erfolgt eine schnelle Druckentlastung des Steuerraumes 21 über beide parallelgeschaltete, in den Steuerraum mündende Ablaufkanäle 10 beziehungsweise 14. Das abströmende Steuervolumen richtet sich dabei nach den Querschnitten 13 beziehungsweise 16, in welchem die Drosseln 12 beziehungsweise 15 ausgestaltet sind, die in den als Ablaufkanälen fungierenden Kanälen 10 beziehungsweise 14 aufgenommen sind.
Wird der Steuerventilkörper 6 des 3/3-Wege-Steuerventiles 25 hingegen in seinen zweiten Sitz 8 gestellt, ist der erste Kanal 10 verschlossen. Ein Druckabbau des druckentlastbaren Steuerraumes 21 kann in diesem Falle lediglich noch über den als Ablaufkanal fungierenden Kanal 10 und des darin aufgenommenen Drosselelementes 15 folgen. Die Öffnungsge- schwindigkeit, die in diesem Falle wesentlich geringer ist als bei in Mittelstellung geschalteten Steuerventilkörpers 6 des 3/3 -Wege- Steuerventiles 25, kann über die Abstimmung Drosselquerschnitte der Zulaufdrossel 19 mit dem Querschnitt 16 des Drosselelementes 15 erfolgen. Der Kanal 14 mündet im Ventilraum 3 seitlich neben dem Steuerventilkörper 6 und wirkt permanent. Bei Rückstellung des Steuerventilkörpers 6 in den ersten Sitz 7 des Ventilraumes 3 erfolgt die Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 21 in Zulaufrichtung 26, wobei die Drosselelemente 13 beziehungsweise 15 als zweite Zulaufdrossel 27 beziehungsweise dritte Zulaufdrossel 28 wirken.
Im Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß der Darstellung in Figur 1 ist die Wan- dung 30 des druckentlastbaren Steuerraumes 21 mit einer Anschlagfläche 29 ausgebildet, die als Anschlagfläche für die Stirnseite 24 der Druckstange 23 dient, mit welcher der Düsennadel, die hier nicht dargestellt ist, eine Vertikalbewegung im Injektorgehäuse 1 aufgeprägt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennraum einer Ver- brennungskraftmaschine mit einem Injektorgehäuse (1), in welchem ein Steuerraum
(21) ausgebildet ist, über welchen eine Düsennadel zum Verschließen oder Freigeben von Einspritzöffhungen angesteuert wird, wobei der Steuerraum (21) mittels eines 3/2-Wege- Ventils (5) oder mittels eines 3/3-Wege- Ventils (25) druckentlastbar ist und die Steuerventile (5, 25) von einem Ventilraum (3) umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (21)' durch mittels des Steuerventils (5, 25) parallel schaltbare Drosselelemente (12, 15) druckentlastbar ist, die in Kanälen (10, 14) aufgenommen sind, die in den Ventilraum (3) des Steuerventils (5, 25) münden.
2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerven- tilkörper (6) des' 3/2- Wege- Ventils (5) oder des 3/3 -Wege- Ventils (25) kugelförmig ausgebildet ist und mit einem Übertragungselement (2) in einen ersten Sitz (7) sowie einen zweiten Sitz (8) im Injektor gehäuse (2) stellbar ist.
3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Steuerraum (21) abströmende, in den Ventilraum (3) einströmende Steuervolumen aus diesen über einen Leckölablauf (4) abströmt, der von einem den Steuerventilkörper (6) betätigenden Übertragungselement (2) durchsetzt ist.
4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerven- tilkörper (6) mittels eines Aktors und eines Übertragungselementes (2) in mindestens zwei Stellpositionen (7, 8) im Ventilraum (2) stellbar ist.
5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schließstellung des Steuerventilkörpers (6) des 3/2- Wege- Ventils (5) im Injektorgehäuse (2) in seinen ersten Sitz (7) der Steuerraum (21) über eine Zulaufdrossel (19) befüllt wird.
6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine allmähliche Druckentlastung des Steuerraumes (21) bei Anlage des Steuerventilkörpers (6) des 3/2-Wege-Steuerventiles (5) in seinen zweiten Sitz (8) über den Kanal (14) mit Dros- selelement (15) in den Ventilraum (3) erfolgt.
7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei in eine Mittelstellung (9) zwischen dem ersten Sitz (7) und dem zweiten Sitz (8) gestellten Steu- erventilkörper (6) des 3/2-Wege-Steuerventiles (5) eine schnelle Druckentlastung des
Steuerraumes (21) über beide Kanäle (10, 14) in den Ventilraum (3) erfolgt.
8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei in den ersten Sitz (7) gefahrenem Steuerventilkörper (6) des 3/3-Wege-Steuerventiles (25) eine
Druckbeaufschlagung des Steuerraumes (21) über die in den Ventilraum (3) mündenden Drosselelemente (12, 15), welche als Zulaufdrosseln (27, 28) in Zulaufrichtung (26) wirken, über die Kanäle (10, 14) erfolgt.
9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei aus dem ersten Sitz (7) öffnenden Steuerventilkörper (6) des 3/3 -Wege-Steuerventils (25) der Steuerraum (21) über die beiden Kanäle (10, 14) in Abiaufrichtung zum Ventilraum (3) parallel druckentlastet wird.
10. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei in den zweiten Sitz (8) durchgeschalteten Steuerventilkörpers (6) des 3/3-Wege-Steuerventiles (25) eine Druckentlastung des Steuerraumes (21) in den Ventilraum (3) über den Kanal (14) mit Drqsselelement (12) in Abiaufrichtung erfolgt, der im Ventilraum (3) neben dem Steuerventilkörper (6) mündet.
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