DE19826719A1

DE19826719A1 - Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE19826719A1
Application number: DE19826719A
Authority: DE
Inventors: Dieter Kienzler; Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 1999-12-23
Also published as: EP1029173B1; DE59907284D1; JP2002518629A; KR20010022916A; EP1029173A1; WO1999066192A1

Abstract

Eine Ventilsteuereinheit (1) für ein Kraftstoffeinspritzventil weist zwei miteinander in Verbindung stehende Ventilsteuerräume (5, 8) auf. Innerhalb des ersten mit einem Zulaufkanal (6) verbundenen Ventilsteuerraum (5) ist ein Endglied (13) eines druckbeaufschlagbaren Ventilsteuerkolbens (3) derart verfahrbar, daß der Strömungsquerschnitt für einen Kraftstoffaustausch aus dem ersten Ventilsteuerraum (5) in den zweiten, mit einem Ablaufkanal (9) verbundenen Ventilsteuerraum (8) veränderbar ist. In dem Endglied (13) des Ventilsteuerkolbens (3) ist ein Drosselkanal (17) für den Kraftstoffaustausch zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) ausgebildet. Aufgrund der Ausbildung des Drosselkanals (17) ist ein mechanischer Anschlag des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) an Randbereichen des Durchgangs zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) möglich. Der Anschlag läßt eine Vergrößerung des Volumens des ersten Ventilsteuerraums (5) zu, ohne daß sich die Volumenvergrößerung negativ auf das Anschlagverhalten des Endglieds (13) auswirken könnte. Als Endresultat der konstruktiven Maßnahmen kann eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens (3) nach Beendigung des Einspritzvorgangs erreicht werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Common-rail-Injektor, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Ventilsteuereinheit ist beispielsweise durch die EP 0 661 442 A1 bekanntgeworden.

Ventilsteuereinheiten sind dazu vorgesehen, die Druckbeaufschlagung des einen Endes eines verschieblich gelagerten Ventilsteuerkolbens zu beeinflussen. Das andere Ende des Ventilsteuerkolbens kann auf eine Düsennadel einwirken, so daß die Düsennadel entweder die Einspritzöffnung abdichtet oder aber den Austritt von Kraftstoff aus der Einspritzöffnung zuläßt.

Bei der bekannten Ventilsteuereinheit wird die Druckbeaufschlagung eines Endglieds des Ventilsteuerkolbens durch Änderung der Druckverhältnisse innerhalb eines ersten Ventilsteuerraums durchgeführt, der über einen Zulaufkanal mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden ist. Beim Ansteuern der Ventilsteuereinheit wird ein Ablaufkanal, der an einen zweiten mit dem ersten Ventilsteuerraum durchgängig verbundenen Ventilsteuerraum angeschlossen ist, geöffnet. Deshalb sinkt der Druck im ersten Ventilsteuerraum und damit die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben. Nachteiligerweise weist der erste Ventilsteuerraum nur ein geringes Volumen auf, so daß eine Öffnung des Ablaufkanals einen schnellen Druckverlust innerhalb des ersten Ventilsteuerraums zur Folge hat. Die bekannte Ventilsteuereinheit weist insbesondere deshalb nur ein geringes Volumen des ersten Ventilsteuerraums auf, weil der Ventilsteuerkolben im Bereich des Durchgangs vom ersten zum zweiten Ventilsteuerraum an einem hydraulischen Anschlag (Kraftstoffpolster) anliegt, der sich in diesem Durchgangsbereich ausbildet. Eine Volumenvergrößerung würde bei einem hydraulischen Anschlag zu einem nachteiligen Schwingungsverhalten des am Anschlag anliegenden Ventilsteuerkolbens führen.

Weiterhin ist der Austritt von Kraftstoff (Dieselkraftstoff) aus dem ersten Ventilsteuerraum über den zweiten Ventilsteuerraum in den Ablaufkanal lediglich über einen Spalt im Bereich des hydraulischen Anschlags möglich, indem zwischen dem Endglied des Ventilsteuerkolbens und Randbereichen des Durchgangs zwischen den beiden Steuerräumen Kraftstoff hindurchtreten kann. Der Austritt von Kraftstoff in den zweiten Ventilsteuerraum korrespondiert mit dem Druckverlust innerhalb des Ventilsteuerraums und stellt sich erst nach einer gewissen Zeit auf einen konstanten Wert ein.

Mit Hilfe einer erneuten Ansteuerung der Ventilsteuereinheit wird der Ablaufkanal wieder verschlossen. Durch einen Druckaufbau innerhalb der Ventilsteuerräume kann der Ventilsteuerkolben in Richtung der Einspritzöffnung bewegt werden, so daß diese wieder geschlossen wird. Aufgrund des (bei geöffnetem Ablaufkanal) erheblichen Druckverlustes innerhalb des ersten und zweiten Ventilsteuerraums wird eine Bewegung des Ventilsteuerkolbens in Richtung Einspritzöffnung (Düsennadel) erst nach einer gewissen Zeit erreicht, wenn nämlich ein ausreichender Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums wieder aufgebaut ist. Bei Beendigung des Einspritzvorgangs kann daher die Einspritzöffnung mittels der Düsennadel nicht mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden, weil eine solche Bewegung des Ventilsteuerkolbens nicht möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Common-rail-Injektor, weist für einen schnelleren Schließvorgang der Düsennadel zur Beendigung des Einspritzvorgangs die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum wird durch einen Drosselkanal hergestellt, der innerhalb des Endglieds des Ventilsteuerkolbens ausgebildet ist. Hinsichtlich der Strömungsführung des Kraftstoffs von einem Hochdruckspeicher (common rail) durch den ersten Ventilsteuerraum hindurch in den Ablaufkanal sind der Zulaufkanal und der Drosselkanal in Reihe hintereinander geschaltet. Durch den Drosselkanal wird eine definierte Strömung von Kraftstoff zwischen Ventilsteuerräumen und dem Ablaufkanal gewährleistet. Die Ausbildung des Drosselkanals ermöglicht einen mechanischen Anschlag des Endglieds des Ventilsteuerkolbens an Randbereichen des Durchgangs zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum. Das Endglied des Ventilsteuerkolbens kann dort anschlagen und die Ablauföffnung abdichten, so daß Kraftstoff nur über den Drosselkanal in den zweiten Ventilsteuerraum und damit in den Ablaufkanal gelangen kann. Aufgrund des mechanischen Anschlags kann der erste Ventilsteuerraum ein großes Volumen besitzen, ohne daß ein Schwingungsverhalten des Ventilsteuerkolbens auftreten kann. Diese im Vergleich zum Stand der Technik ausgebildete Volumenvergrößerung führt dazu, dazu innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ein langsamer Druckabfall stattfindet. Nach Schließen des Ablaufkanals muß lediglich der Druck innerhalb des kleineren zweiten Ventilsteuerraum erhöht werden, um die Druckbeaufschlagung des Ventilsteuerkolbens durchzuführen. Der Ventilsteuerkolbens kann zur Bewegung der Düsennadel schneller reagieren.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ventilsteuereinheit sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Endglied eines Ventilsteuerkolbens für eine Ventilsteuereinheit gemäß Fig. 1.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das Ausführungsbeispiel einer Ventilsteuereinheit 1 befindet sich in einem Ruhezustand, bei dem die Einspritzöffnung geschlossen ist, die in der Fig. 1 nicht gezeigt ist.

Die Ventilsteuereinheit 1 weist einen Gehäusekörper 2 auf, in dem ein Ventilsteuerkolben 3 verschieblich gelagert ist. Oberhalb einer druckbeaufschlagbaren Kolbenfläche 4 ist ein erster Ventilsteuerraum 5 ausgebildet. Über einen Zulaufkanal in Form einer Zulaufdrossel 6 ist der erste Ventilsteuerraum 5 mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden. Mit Hilfe eines Durchgangs 7 kann Kraftstoff in einen zweiten Ventilsteuerraum 8 gelangen. Der zweite Ventilsteuerraum 8 besitzt an einem dem Durchgang 7 gegenüberliegenden Endglied eine Verbindung zu einem Ablaufkanal in Form einer Ablaufdrossel 9. Die Ablaufdrossel 9 ist im dargestellten Zustand der Fig. 1 durch eine Ventilkugel 10 eines Magnetventils geschlossen, das in der Fig. 1 nicht näher dargestellt ist.

Wenn nun die Ablaufdrossel 9 mit Hilfe des Magnetventils geöffnet wird, indem die Ventilkugel 10 eine Ablauföffnung 11 freigibt, kann Kraftstoff in Pfeilrichtung 12 austreten und in ein Vorratsbehältnis geleitet werden. Der Druck innerhalb des zweiten Ventilsteuerraums 8 nimmt ab. Die Voreinspritzung läßt sich mittels der Ventilsteuereinheit 1 in bekannter Weise durchführen. Auch der Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ändert sich, so daß sich ein Endglied des Ventilsteuerkolbens 3 derart verschiebt, daß eine Stirnfläche 14 des Endglieds 13 an Anschlagflächen 15 von Randbereichen 16 des Durchgangs 7 zur Anlage kommen. Dabei kann Kraftstoff durch einen Drosselkanal in vorm einer weiteren Zulaufdrossel 17 hindurchtreten. Die Zulaufdrossel 17 erstreckt sich von einer Außenumfangsfläche 18 des Endglieds 13 bis zu ihrer Stirnseite 14. Trotz eines Anschlags des Endglieds 13 an den Randbereichen 16 kann ein Kraftstoffaustausch zwischen dem ersten Ventilsteuerraum 5 und dem zweiten Ventilsteuerraum 8 auftreten. Die Zulaufdrossel 6 und die weitere Zulaufdrossel 17 sind dabei hintereinander in Reihe geschaltet. Der Durchfluß innerhalb der Zulaufdrossel 17 ist dabei kleiner als innerhalb des Zulaufdrossel 6. Der erste Ventilsteuerraum 5 steht in Verbindung mit dem Hochdruckspeicher und besitzt innerhalb seines Volumens einen Druck, der dem Hochdruckspeicher vergleichbar ist, weil ein Druckausgleich zwischen den Ventilsteuerräumen 5 und 8 aufgrund der Volumenverhältnisse und der Strömungsquerschnitte der Zulaufdrosseln 6 und 17 nur langsam erfolgen kann.

Beim Schließen der Einspritzöffnung mittels der Ventilsteuereinheit 1 wird zunächst die Ablauföffnung 11 geschlossen. Innerhalb des ersten Ventilsteuerraums 5 ist nahezu Hochdruck ausgebildet, so daß lediglich der zweite Ventilsteuerraum 8 mit Hochdruck gefüllt werden muß, damit der Ventilsteuerkolben 3 in Pfeilrichtung 19 bewegt wird.

Aufgrund der Ausbildung des Ventilsteuerkolbens 3 hinsichtlich seines Endglieds 13, das zu dem Ventilsteuerkolben 3 koaxial mit verringertem Außendurchmesser gebildet ist, läßt sich das freie Volumen des ersten Ventilsteuerraums 5 weiter vergrößern. Die Volumenvergrößerung des Ventilsteuerraums 5 unterstützt in Verbindung mit dem mechanischen Anschlag das Auftreten eines nur langsamen Druckverlustes innerhalb des ersten Ventilsteuerraums 5 bei Öffnung der Ablauföffnung 11. Dies wirkt sich positiv auf eine hohe Schließgeschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens 3 bzw. einer nicht gezeigten Düsennadel aus.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausgestaltung eines Endglieds 20 des Ventilsteuerkolbens 3 gezeigt. Das Endglied 20 weist eine quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens 3 verlaufende Zulaufdrossel 21 auf, die T-förmig mit einer weiteren Zulaufdrossel 22 verbunden ist. Durch den Eintritt von Kraftstoff in die Zulaufdrosseln 21 bzw. 22 kann Kraftstoff aus dem ersten Ventilsteuerraum 5 in den zweiten Ventilsteuerraum 8 gelangen.

Claims

1. Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit zwei miteinander in Verbindung stehenden Ventilsteuerräumen (5, 8), in deren erstem mit einem Zulaufkanal (6) für Kraftstoff verbundenen Ventilsteuerraum (5) ein Endglied (13; 20) eines druckbeaufschlagbaren Ventilsteuerkolbens (3) derart verfahrbar ist, daß der Strömungsquerschnitt für einen Kraftstoffaustausch aus dem ersten Ventilsteuerraum (5) in den zweiten, mit einem verschließbaren Ablaufkanal (9) verbundenen Ventilsteuerraum (8) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Endglied (13; 20) des Ventilsteuerkolbens (3) ein Drosselkanal (17; 21, 22) für den Kraftstoffaustausch zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) ausgebildet ist.

2. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (17; 21, 22) einen gegenüber dem Zulaufkanal (6) verringerten Strömungsquerschnitt aufweist.

3. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (17; 21, 22) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) angeordnet ist und sich von einer Außenumfangsfläche (18) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (14) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.

4. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal durch einen ersten innerhalb des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) verlaufenden Kanalabschnitt (21) und einen zweiten Kanalabschnitt (22) gebildet ist, der mit dem ersten Kanalabschnitt (21) durchgängig verbunden ist und sich in Richtung der Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (23) des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.

5. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche (16), die den zum ersten Ventilsteuerraum (5) gerichteten Durchgang (7) begrenzen, Anschlagflächen (15) für Gegenflächen des Endglieds (13; 20) des Ventilsteuerkolbens (3) bilden.

6. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilsteuerkolben (3) zu seinem Endglied (13; 20) hin verjüngt.

7. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verjüngung in einem stufenartigen Übergang des Ventilsteuerkolbens (3) in einen zylindrischen, zu dem Ventilsteuerkolben (3) koaxialen Endabschnitt mit einem gegenüber dem Ventilsteuerkolben (3) verringerten Außendurchmesser besteht.