EP0949415B1 - A fuel injection device for internal combustion engines - Google Patents
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- EP0949415B1 EP0949415B1 EP98123745A EP98123745A EP0949415B1 EP 0949415 B1 EP0949415 B1 EP 0949415B1 EP 98123745 A EP98123745 A EP 98123745A EP 98123745 A EP98123745 A EP 98123745A EP 0949415 B1 EP0949415 B1 EP 0949415B1
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- F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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- F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
Definitions
- the invention relates to a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of the patent claim 1 off.
- the known fuel injection device is the valve chamber in a first version with no reduction in cross section connected to the control room.
- the control valve contributes Actuation by the piezo actuator to the drain cross section Drain channel either completely or closes it.
- Another version is the valve chamber over a Connection channel connected to the control room, this Connection channel coaxial to the valve seat on the side of the Drain channel is.
- the amount of pre-injection is in the second described embodiment so that the Adjustment speed of the control valve member by the Piezo actuator and the geometrically defined path of the Control valve member determining quantities for the degree of Relieve the pressure in the control room.
- a fuel injection device in which the Drain cross-section is controlled by a valve member which is actuated by a piezo actuator becomes.
- Fuel injection valves are known from EP 0 745 764 A2 and EP 0 829 641 A2, which have an outflow cross section which is controlled by a flat seat valve which can be actuated by means of an electromagnet.
- the fuel injection device with the characterizing features of claim 1 has against it the advantage that the control valve according to the invention sequentially two drain cross sections in succession are taxable.
- a gradation of the Drain cross-section can be achieved depending on the stroke.
- a first smaller discharge cross-section come into effect with which the Pre-injection can be set.
- a sleeve-shaped Drag valve member provided that a second Drainage cross section of the drainage channel controls if that Control valve member a first, relieving the control room Stroke.
- the one before the opening of the second Outflow cross-section through the drag valve member Pressure reduction in the valve room or control room facilitates a quick opening of the second Drain cross section in succession to the opening of the first discharge cross section at the first movement of the Trolling valve member. This can be particularly fast Opening the injection valve member at the beginning of the Main injection can be achieved.
- the This increases the guiding quality of the valve lifter be that according to claim 11 on the valve lifter a sleeve is provided, the outer diameter of which is larger than the diameter of the inner boundary surface of the Trolling valve member. It is advantageous according to Claim 12 this sleeve after threading the Drag valve member pressed onto the plunger on this and can then be installed as a whole. Claim 13 shows an alternative attachment of the sleeve on the Valve tappet. Further embodiments of the invention with their advantages are the following description in Take connection with the drawing.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a Fuel injector with fuel supply off a high pressure fuel accumulator and one Fuel injection valve of known type
- Figure 2 a first embodiment of the invention with a Control valve member on which a drag valve member is arranged is that of a driver on the valve lifter of his Valve seat is moved away
- Figure 3 shows a modification of the Embodiment of Figure 2 with a Control valve member having improved guidance
- Figure 4 shows a third embodiment of the invention in Further development of the embodiment of Figure 2, wherein instead of a driver to take the drag valve member a compression spring is provided
- Figure 5 is a fourth Embodiment of the invention in the Drag valve member a third valve seat is provided
- Figure 6 shows a fifth embodiment with a Control valve member that both the discharge cross section from Valve space to the drainage channel as well as the connecting channel controls between the valve space and the control space
- FIG sixth embodiment in which the control valve in analogous configuration to Figure 2, the pressure of a
- a fuel injector with which at high Injection pressures a large variation with little effort the fuel injection with respect to the injection quantity and Injection time is possible by a so-called Common Rail System implemented.
- This represents another kind of high pressure fuel source available as it through the usual high pressure fuel injection pumps is given.
- the invention is also in principle conventional fuel injection pumps can be used.
- use with one is particularly advantageous Common rail injection system.
- a high pressure fuel source High-pressure fuel reservoir 1 provided by a High-pressure fuel delivery pump 2 from one Fuel tank 4 is supplied with fuel.
- the pressure in the high-pressure fuel accumulator 1 is determined by detects a pressure sensor 6 and an electrical one Control device 8 supplied via a Pressure control valve 5 the pressure in the high-pressure fuel reservoir controls.
- the control device also controls this Opening and closing of high-pressure fuel injection valves 9, used to inject fuel from the high-pressure fuel accumulator be supplied.
- This is in the executed example as an elongated valve needle trained that a conical at one end Has sealing surface 15 with an inner Valve seat cooperates on the valve housing from which the Remove injection openings 12.
- the valve needle is in one Longitudinal bore 13 on its upper, sealing surface 15 end facing away and is on the sealing surface 15th facing away from the longitudinal bore 13 end acted upon by a compression spring 18 in the closing direction.
- valve needle 14 Between the guide in the longitudinal bore 13 and the The valve seat is the valve needle 14 from an annular space 19 surrounded, which opens into a pressure chamber 16, which in turn via a pressure line 17 in constant connection with the High-pressure fuel accumulator 1 stands.
- the valve needle 14 In the area of this Pressure chamber, the valve needle 14 has a pressure shoulder 20 on, over which they oppose the pressure in the pressure chamber 16 Force of the spring 18 is applied in the sense of lifting the sealing surface 15 from the valve seat.
- the valve needle continues to be driven by a plunger 21 applied, the valve needle 14 facing away End face 22 in a tappet guide bore 23 Control room 24 limited.
- This is via an inlet channel 26, in which an inlet throttle 28 is provided, always with the pressure line 17 or the High-pressure fuel accumulator 1 connected.
- the inlet channel opens into the control room 24 in a non-closable manner.
- Connecting channel 29 from the one in a valve chamber 30 Control valve 31 opens.
- In the connecting channel that also represents a drainage channel is one Diameter restriction, preferably in the form of a Drain throttle 32 is provided.
- the detailed structure of the Control valve 31 is in the different Embodiments 2 to 7 shown in more detail.
- Control valve 31 has a control valve member 34, consisting from a valve tappet 35 which is in a tappet bore 36 is guided, and a valve head 37 on the in the Valve chamber 30 protruding end of the control valve member 34.
- a spring plate 38 is provided, on which a Compression spring 39, which strives to Bring the control valve member into the closed position.
- the control valve member 34th acted upon by a piston 40 which is part of a Piezo actuator 41 is and when the piezo is excited depending on the degree of excitation the control valve member in different Can bring opening positions.
- the piston can be connected directly to the piezo of the piezo actuator or by means of a hydraulic or mechanical transmission be moved by this.
- valve head 37 arranged at the end of the valve tappet 35 has a conical entry to the connecting channel 29 in the valve head sealing surface 51 facing away from the valve chamber 30, which with a valve seat 52 to form a Valve 58 cooperates.
- This valve seat 52 is located at the transition to an inner through hole 53 of a sleeve-shaped drag valve member 54 that the Valve tappet surrounds at a distance.
- the inner peripheral wall of the inner through hole 53 thus forms together with the Shell surface 55 of the valve lifter 35 a Passage cross section 56.
- Spacer ribs 57 guided on the valve lifter 35 To determine the location of the sleeve-shaped towing member 54, this is over Spacer ribs 57 guided on the valve lifter 35. These ribs leave the adequately dimensioned passage cross section 56 free.
- Valve member sealing surface 59 which is also conical is formed with a smaller cone tip angle than the cone tip angle of the conical valve seat 46 and with the valve seat 46 cooperates.
- the conical Valve seat 46 a main valve seat of a main valve 61 represents a much larger passage cross-section limited from the valve space 30 to the annular space 48 than that Passage cross section between the valve head 37 and The valve seat 52 of the valve 58 is limited. Farther are for better guidance of the sleeve-shaped Drag valve member between this and the peripheral wall 45th of the valve chamber 30 also longitudinal ribs 60 with in between lying grooves provided that are sufficiently large Leave passage cross-section 56 to main valve 61 free.
- the piezo actuator is used to initiate an injection controlled by the control valve member by one Opening stroke adjusted.
- the pilot valve 58 opened by the valve head 37 from the pilot valve seat 52 takes off.
- the great advantage of a piezo drive is the fact that a control valve member actuated thereof corresponding to the Excitation of the actuator can be brought into defined positions can. This makes it easy and exact Injections into a pre and a main injection divide.
- a pre-injection is required for the above presented construction of the fuel injector only a slight relief of the control room 24 so that the Injector valve member only a short opening Injection openings 12 causes.
- the control chamber 24 quickly and be relieved effectively. The faster the injector can open or close, the more precise the Injection phase can be determined.
- the inlet 26 Includes inlet throttle 28 and this is smaller than that Cross section on the outflow side of the control chamber 24, in particular the cross section of the discharge throttle 32, the effective relief of the control room can be achieved.
- the final control of the cross-section to the drain channel 49 takes over the control valve. This must first against the high pressure in the control room 24 or Work on valve chamber 30. But now the cross section of the drain at the pre-valve 58 is small in relation to the main valve 61, will be a relatively minor job for opening the Valve 58 required.
- By opening the pilot valve the pressure in the valve chamber 30 is already significantly reduced, so that when a larger pressure in the valve chamber 30th wall must be adjusted against this pressure, the force to be applied is already lower.
- the pressure after Opening the valve should only be relieved to the extent that Injection valve member 14 remains closed, but one only little further relief of opening it causes.
- By subsequently adjusting the Valve tappet 35 can then by increasing the Degree of opening of the pilot valve and / or by dragging Opening the drag valve member a short further relief the pressure in the control chamber 24 or valve chamber 30 be made to generate a pilot injection and then by taking back the valve lifter stroke Termination of the same. This is followed by a larger one Valve tappet stroke in which the drag valve member 54 again a full relief of the control room 24 Carrying out the main injection is effected.
- the Front side can be designed with a crown radial passage cross sections. Limiting the Drain cross section through the drain throttle 32, which in the executed example is arranged in the connecting channel 29, can also follow in another place, for example in Drain channel 49 or by dimensioning a maximum Flow cross section 56 therebetween.
- Figures 8a to 8c are the control processes of this Control valve.
- Figure 8a the stroke of the Injection valve member 14 on the angle of rotation of the Internal combustion engine or the time applied. you recognizes the smaller forward stroke V of the injection valve needle 14 to carry out the pre-injection, the intermediate one Pause P at which the control valve is fully or as far it is concluded that the injection valve member pressure in the control chamber 24 bringing it back into the closed position sets, and the subsequent stroke H, via the Duration the main injection is defined. Is triggered this is shown by the sequence shown below Strokes of the control valve member.
- the diagram 8c below shows the pressure curve shown in the control room 24 with corresponding Pressure drops when, according to diagram 8b Control valve member h1 has opened.
- FIG. 3 A modification of the control valve according to FIG. 2 is shown in Figure 3 shown. As far as this configuration with Figure 2 matches, the same reference numbers are used. Reference is made to the corresponding description for FIG. 2 directed. Deviates from the embodiment according to FIG. 2 in Figure 3 in the area in which in Figure 2 the Valve tappet 135 is guided in the tappet bore 36, a Sleeve 166 arranged on the plunger 135. In Figure 3 is this sleeve axially between a stop 167 and one Holding disc 168 fixed on the plunger. The attack is made by a shoulder of the plunger formed at the end of the from the sleeve-shaped drag link 54 protruding spacing ribs 57 is provided.
- the holding disc can, for example, as Snap ring in an annular groove 69 of the plunger at its out Ram bore 136 protruding end can be realized.
- the sleeve can also be placed on the plunger 135 be pressed on.
- the stroke 167 is also the stroke h1 defines from which the plunger, which is together with the Sleeve 166 moves to abut the sleeve-shaped Towing member 54 arrives.
- the sleeve 166 also has their lower end facing the drag valve member 54 Reduction in diameter with which to replace the annular space 48 an annular space 148 is again formed here from FIG. 2, who is constantly in communication with the drain channel 49.
- the Towing member 54 is as in the previous embodiment designed according to Figure 2 on its end face so that a Overflow cross section is released in the Magnitude of the passage cross section 56 is.
- This configuration has the advantage that the Guide surface within the tappet bore 136 is larger and thus the control valve member is guided more precisely. Since the Tappet 135 for assembly by the inner one Through hole 53 must be passed, would be one Enlargement of the ram guide diameter in the area the tappet bore according to FIG. 2 is actually a limit set. By adding the sleeve 166 can still the guide surface can be enlarged, the sleeve subsequently after threading the drag valve member 54 on the valve lifter is installed. The outside diameter of the The sleeve is larger than the diameter of the inner one Through hole 53 of the drag valve member and smaller than the diameter of the valve chamber 30.
- FIG. 4 Another variant of a control valve in a modification to The exemplary embodiment according to FIG. 2 is shown in FIG. 4 played.
- two are different Drain cross sections of the drain channel in succession turned on.
- the one from limited the plunger 21 of the injection valve member 14 Control chamber 24 is provided, through which the throttle 32nd contained connection channel 29 with the valve chamber 30th connected is.
- the tappet 235 also projects into this valve space the valve head 237 and the valve head sealing surface 251, which in Closed state of the control valve in contact with the valve seat 52 of the sleeve-shaped drag valve member 54 is below Formation of the pilot valve 58.
- Via the valve head 237 this additionally with its valve member sealing surface 59 in System held on the main valve seat 46 of the main valve 61.
- valve seat 46 Beyond this valve seat 46 is again the Annulus 48, which is penetrated by the plunger 235 and in permanent connection with the drain channel 49.
- sleeve-shaped drag valve member 54 on its outer circumference over longitudinal ribs 60 which are formed by grooves between them are formed on the peripheral wall 45 of the valve chamber 30 guided. These longitudinal ribs leave the flow cross section to the main valve 61 free.
- the inner through hole 53 of the drag valve member 54 is from the valve lifter 35 spaced so that starting from the pilot valve corresponding flow cross-section 56 to the annular space 48 or drain channel 49.
- the connecting channel 29 lies coaxially with the valve head 237 opposite and ends in an axial boundary wall 270 of the valve chamber 30.
- the axial boundary wall is thus as the valve seat of a third valve 279 with the Valve head 237 designed as a valve member.
- valve tappet 235 is actuated so that the realization of a pilot injection Valve head 237 in one go from its installation on The valve seat 52 is moved away until it touches Sealing surface 271 on the valve seat 270 of the third valve 279 or on the axial boundary wall 270 the valve head is relieved for a short time of the valve chamber 30 and the control chamber 24, which at appropriate dimensioning is sufficient, an opening of the Injection valve member 14 for performing a To effect pre-injection.
- the connecting channel 29 is completely closed, so the pressure in the valve chamber can continue to relax, meanwhile the pressure in the control room 24 via the inlet 26 is rebuilding what a closing the Injector needle 14 follows.
- the pressure relief in the valve chamber 30 in turn leads to the Return forces arranged in the annular space 48 Compression spring 272, which is between the housing and the end face of the drag valve member 54 on the annulus side supports, predominates and the drag valve member 54 of the Adjustment of the valve head 237 up to the turn tight system on the valve head sealing surface 251. If then by controlling the Piezo actuator the valve head in an intermediate position between the valve seats 270 and 46 is moved, the control room 24 over the valve chamber 30 and the large opening cross section of the main valve 61 very quickly to the fullest extent possible be relieved, so that here to carry out a Main injection a maximum, quick adjustment of the Injection valve member can take place in the opening direction.
- the Decoupling the control room 24 from the pressure source 1 via the Inlet throttle 28 allows relief to almost full relief pressure, favored by the large Outflow cross section on the outer circumference of the drag valve member.
- the valve head returned together with the drag valve member 54, with tight sealing of the valve 58 and the Main valve 61.
- the great advantage of this design is that to perform the pre-injection only a single movement of the control valve member in one Direction is required and to carry out the The main injection continues to be just a return movement in shape a partial stroke in the direction of the starting position and one itself subsequent final repatriation.
- FIGS. 2 and 3 only two valves each in connection with the Control valve member and the drag valve member realized were in the above-described embodiment 4 realized a total of three valves, the valve 58 with the valve seat 52, the main valve 61 with the Main valve seat 46 and the third valve 279 with the Valve seat 270.
- three valves are also implemented here. This execution However, builds on the configuration according to Figure 3. As in 3, the valve chamber 30 is again provided here, in the coaxial to the valve lifter 35 of the connecting channel 29 Coming from the control room 24, flows out.
- the sleeve 366 has now in their area overlapping the annular groove 374 on the front side a conical sealing surface 375, which at corresponding movement of the valve lifter 335 to the system a conical valve seat 376 on the front of the Drag valve member 354 can be brought.
- This valve seat 376 thus forms 375 together with the conical sealing surface a third valve 379.
- the conical valve seat is 376 thereby to the inside of the inner through hole 53 of the Drag valve member 354 inclined, so in the opposite direction the inclination of the valve member sealing surface 59 of the main valve 61st
- This stroke h5 is brief Relief of the valve chamber 30 and the control chamber 24, the is sufficient, the injection valve member 14 in a Pre-injection position to move.
- the advantage in this embodiment is that by a staged energization of the piezo actuator for the pre and Main injection can be switched in only one direction got to. This results in very short switching times, in particular by switching through the one Valve seat 52 to the other valve seat 376 a very short Relief and therefore a very small pre-injection quantity realizable. To end the injection, the Tappet returned to the starting position shown. For there is a separate injection process Relief cross-section available to match the corresponding Can be adapted to requirements.
- FIG. 6 A fifth exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 6 shown that a further development of Representing embodiment of Figure 4.
- the mouth opens again Connection channel 29 coaxial to the valve lifter 435 in the Valve chamber 30 a.
- the valve head 437 carries the Valve head sealing surface 51, which with the valve seat 52 on Transition from the front of the drag valve member 454 to its inner through hole 53 to form the Valve 58 cooperates.
- the drag valve member 454 carries a conical Valve member sealing surface 459 that mates with the main valve seat 46 at the transition from the valve chamber 30 to the annular chamber 48 Formation of the main valve 61 cooperates.
- the drag valve member 454 by a compression spring 472 in the direction of opening the Main valve 61 loaded.
- the spring 472 overrides a thrust washer 477 on a neck-shaped extension 478 of the drag valve member 54.
- this nozzle-shaped extension 478 becomes the drag valve member 454 tight on the outer jacket 455 of the valve lifter 435 guided so that between the valve head 437 and the Drag valve member 454 has an annular recess 480 which is included through a by the Throttle bore 481 in constant trailing valve member Connection to the annular space 48 is.
- valve head 437 is lifted from the valve seat 52 and is moved until its sealing surface 471 touches Valve seat 470 of the third valve 479.
- the control room is relieved for a short period of time 24, which is determined by the cross section of the Throttle bore 481 as the only connection between Control room 24 and annulus 48 at initially still Main valve seat 46 adjacent drag valve member. Then in the closed position of the third valve 479 in contact with the axial boundary wall 470 of the valve chamber 30 the valve chamber continues via the throttle bore 481 relieved.
- Deviating from the embodiment according to FIG. 4 offers itself here the possibility of a targeted use of chokes to determine the relief dynamics of the control room 24.
- the discharge is used to carry out the pilot injection determined by the throttle bore 481 and at The main injection is the relief of the control room 24 determined by the larger discharge throttle 32, which is smaller than the outflow cross section of the main valve 61. Together with the inlet throttle 29 then turns to the definition of Main injection in the desired gradation of pressure in the Control room 24 a.
- the main injection will eventually by moving plunger 435 back into the one shown Starting position achieved in Figure 6, in which the pilot valve 58 and the main valve 61 are closed and the third Valve 479 is open.
- the cross sections can be used for the preliminary and Main injection can be customized.
- Figure 9a to 9c is recorded as the Motion sequences of the injector needle 14, the Valve head 437 and the drag valve member 454 formed are.
- FIG 9a is about the stroke and the Time the movement of the injector needle is recorded, with a small stroke for pre-injection V, one intermediate pause P in which the injector is closed and a subsequent main injection H.
- the pilot injection is triggered according to the underlying diagram 9b by adjusting the Valve head 437.
- the valve head is moved through by the valve seat 52 up to the valve seat 470 of the third valve, which in represented by the number 470 on the ordinate is.
- FIG. 7 can such a valve is also designed as a 3/2 valve be, with a in a first position of the valve Connection from the high-pressure fuel reservoir from the control room is manufactured with simultaneous closure of the Drain channel and in a second position of the valve Connection between high-pressure fuel accumulator 1 and Control room can be prevented, producing the Connection of the control room to the relief channel.
- Figure 7 shows a very similar one in this context Design as Figure 2 with the difference that the Valve chamber 530 in permanent connection channel 529 Connection to the control room not shown here stands. This connecting channel branches from the peripheral wall of the cylindrical valve space 530.
- valve chamber 530 The inflow of high pressure fuel takes place here on the axial End wall 570 of valve chamber 530, this inlet 526 coaxial to the axis of the valve chamber 530 or the Ram 535 opens.
- the end face 570 forms in Mouth area of the inlet 526 a valve seat with an end sealing surface 571 on the valve head 537 in analogous configuration to FIG. 4 as third valve 479, but here in a different function, interacts.
- Valve tappet 535 guided in a tappet bore 36 and penetrates the annular space 48, which in turn over the Main valve seat 46 the valve chamber larger in diameter 530 passes.
- Valve member sealing surface 59 is conical, analogous to that conical transition between valve space 530 and annulus 48 and at one end of the sleeve-shaped drag valve member 54 is inclined to the outer periphery.
- a conical valve seat 52 which with a Valve head sealing surface 551, which is also conical is formed, cooperates on the valve head 537.
- the valve lifter 535 also has one Driver 563, which, for example, as a snap ring in a Ring groove 583 of the valve lifter can be clipped.
- the valve head is in contact with the valve seat 52 of the valve 58 and the valve member sealing surface 59 in System on the main valve seat 46 of the main valve 61, is the Driver 563 by a stroke h1 from an end face 564 of the Drag valve member spaced. Even when the Driver 563 on the end face 564 remains sufficient Cross-section free to allow fuel flow from valve compartment 530 when the pilot valve is open through the between valve tappet 535 and the inner through hole Passage cross section 56 can flow to the annular space 48 and from there via the drainage channel to the discharge side.
- valve lifter 535 When the valve lifter 535 is actuated by the actuator this is lifted off the valve seat 52 with the valve head be so that with simultaneous inflow of fuel via the inlet channel 536 and outflow of fuel via the Passage cross section 56 to the drain channel 49 in the Control room sets an average pressure that is sufficient is to pre-injection by opening the Injector member 14 to effect.
- the control valve member For the Main injection is the control valve member with the Valve head 537 switched through until the Sealing surface 571 on valve seat 570 or closing of the third valve 579. The inflow of High pressure fuel in the valve compartment and thus in the Control room prevented and the control room can to Drain channel 49 are completely relieved.
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Description
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs
1 aus. Bei einer solchen, durch die DE 196 24 001 A1
bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der Ventilraum
in einer ersten Ausführung ohne Querschnittsverminderung mit
dem Steuerraum verbunden. Das Steuerventil steuert dabei bei
Betätigung durch den Piezoaktor den Abflußquerschnitt zum
Abflußkanal hin entweder ganz auf oder schließt diesen. In
einer weiteren Ausführung ist der Ventilraum über ein
Verbindungskanal mit dem Steuerraum verbunden, wobei dieser
Verbindungskanal koaxial zum Ventilsitz zur Seite des
Abflußkanals liegt. Durch Betätigung des Steuerventilglieds
durch den Piezoaktor wird dabei entweder der
Abflußquerschnitt vom Ventilraum zum Abflußkanal hin ganz
geöffnet oder geschlossen oder es wird zur Erzielung einer
Voreinspritzung das Steuerventilglied vom Ventilsitz zum
Abflußkanal hin weg zum Eintritt des Verbindungskanals in
den Ventilraum bewegt, wobei in der Folge dieser Bewegung
der Steuerraum kurzzeitig über den Ventilraum zum
Abflußkanal hin geöffnet ist. Für eine anschließende
Haupteinspritzung wird das Steuerventilglied in eine
Mittelstellung bewegt, in der sowohl der Querschnitt zum
Abflußkanal hin als auch der Querschnitt des
Verbindungskanals in den Ventilraum hinein ganz geöffnet
sind. Diese Ausgestaltung hat den Nachteil, daß zur
Entlastung des Druckes im Steuerraum nur ein einziger
geometrisch festgelegter Abflußquerschnitt zum Abflußkanal
hin besteht. Die Menge der Voreinspritzung ist dabei in der
zweiten geschilderten Ausführung so, daß die
Verstellgeschwindigkeit des Steuerventilgliedes durch den
Piezoaktor und der geometrisch festgelegte Weg des
Steuerventilglieds bestimmende Größen für den Grad der
Entlastung des Druckes im Steuerraum sind. Insbesondere ist
der maximale Entlastungsquerschnitt sowohl für die
Entlastung für die Voreinspritzung als auch für die
Entlastung für die Haupteinspritzung gleich groß, was für
eine Feinabstimmung der Öffnungsgeschwindigkeit des
Einspritzventils bei verschiedenen Betriebszuständen von
Nachteil ist.The invention relates to a fuel injection device
for internal combustion engines according to the preamble of the
Aus der DE 196 24 001 A 1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der der Abflußquerschnitt durch ein Ventilglied gesteuert ist, das von einem Piezoaktor betätigt wird.From DE 196 24 001 A 1 a fuel injection device is known in which the Drain cross-section is controlled by a valve member which is actuated by a piezo actuator becomes.
Aus der EP 0 745 764 A2 und EP 0 829 641 A2 sind Brennstoffeinspritzventile bekannt, die einen Abströmquerschnitt haben, der von einem Flachsitzventil gesteuert wird, das mittels eines Elektromagneten betätigt werden kann.Fuel injection valves are known from EP 0 745 764 A2 and EP 0 829 641 A2, which have an outflow cross section which is controlled by a flat seat valve which can be actuated by means of an electromagnet.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat dagegen
den Vorteil, daß durch das erfindungsgemäße Steuerventil
sequentiell zwei Abflußquerschnitte nacheinander
aufsteuerbar sind. Somit kann eine Gradation des
Abflußquerschnittes in Abhängigkeit vom Hub erzielt werden.
Insbesondere für geringe Entlastungen des Steuerdrucks im
Steuerraum kann dabei ein erster kleinerer Abflußquerschnitt
zur Wirkung kommen, mit dem mit höherer Genauigkeit die
Voreinspritzung eingestellt werden kann. Für die
Haupteinspritzung steht danach ein großer Abflußquerschnitt
zur Verfügung, der eine schnelle Bewegung des
Einspritzventilgliedes erlaubt. In vorteilhafter Weise ist
dabei gemäß Patentanspruch 2 ein hülsenförmiges
Schleppventilglied vorgesehen, das einen zweiten
Abflußquerschnitt des Abflußkanals steuert, wenn das
Steuerventilglied einen ersten, den Steuerraum entlastenden
Hub durchgeführt hat. Die dabei vor der Öffnung des zweiten
Abflußquerschnittes durch das Schleppventilglied erfolgende
Druckabsenkung im Ventilraum beziehungsweise Steuerraum
erleichtert ein schnelles Öffnen des zweiten
Abflußquerschnitts in der Nachfolge auf die Öffnung des
ersten Abflußquerschnitts bei der ersten Bewegung des
Schleppventilglieds. Damit kann insbesondere ein schnelles
Öffnen des Einspritzventilgliedes zum Beginn der
Haupteinspritzung erzielt werden.The fuel injection device according to the invention with the
characterizing features of
In der weiteren Ausgestaltung gemäß den Patentansprüche 3
bis 5 werden vorteilhafte Arten der Abflußquerschnittsbildung
vorgeschlagen. Zur Öffnung des zweiten
Abschlußquerschnitts durch das Schleppventilglied kann
dieses vorteilhaft gemäß Patentanspruch 6 durch einen
Mitnehmer am Steuerventilglied von seinem Hauptventilsitz
abgehoben werden. In alternativer Ausgestaltung gemäß
Patentanspruch 8 kann das Schleppventilglied vorteilhaft
auch durch eine Druckfeder bei entsprechender Absenkung des
Druckes im Ventilraum in Öffnungsstellung bewegt werden,
indem es nach Absenkung des Druckes dem Steuerventilglied
folgen kann. Dabei ist in einer Endstellung des
Steuerventilglieds der Abflußquerschnitt durch den
Querschnitt am Hauptventilsitz bestimmt. Die Ausgestaltung
gemäß Patentanspruch 9 bietet eine genaue Führung des
Schleppventilglieds auf dem Ventilstößel. Weiterhin kann die
Führungsqualität des Ventilstößels dadurch vergrößert
werden, daß gemäß Patentanspruch 11 auf dem Ventilstößel
eine Hülse vorgesehen ist, deren Außendurchmesser größer ist
als der Durchmesser der inneren Begrenzungsfläche des
Schleppventilglieds. Dabei wird vorteilhaft gemäß
Patentanspruch 12 diese Hülse nach dem Auffädeln des
Schleppventilglieds auf den Stößel auf diesen aufgepreßt und
kann dann als Ganzes eingebaut werden. Patentanspruch 13
zeigt eine alternative Befestigung der Hülse auf dem
Ventilstößel auf. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung mit
deren Vorteilen sind der nachfolgenden Beschreibung in
Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.In the further embodiment according to patent claims 3
to 5 are advantageous types of drainage cross-section formation
proposed. To open the second
Final cross section through the drag valve member can
this advantageous according to
In der Zeichnung sind sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, sie werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraftstoffversorgung aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher und einem Kraftstoffeinspritzventil bekannter Bauart, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Steuerventilglied, auf dem ein Schleppventilglied angeordnet ist, das durch einen Mitnehmer am Ventilstößel von seinem Ventilsitz wegbewegt wird, Figur 3 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 mit einem Steuerventilglied, das eine verbesserte Führung aufweist, Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Weiterbildung zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2, wobei statt eines Mitnehmers zur Mitnahme des Schleppventilglieds eine Druckfeder vorgesehen ist, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung bei dem am Schleppventilglied ein dritter Ventilsitz vorgesehen ist, Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einem Steuerventilglied, das sowohl den Abflußquerschnitt vom Ventilraum zum Abflußkanal als auch den Verbindungskanal zwischen Ventilraum und Steuerraum steuert, und Figur 7 ein sechstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuerventil in analoger Ausgestaltung zur Figur 2 den Druck eines Steuerraumes mit Hilfe einer 3/2-Ventilgestaltung steuert, wobei vom Ventilraum unverschließbar eine Verbindung zum Steuerraum besteht und koaxial zum Steuerventilglied ein Hochdruckzufluß zum Steuerraum vorgesehen ist, der durch eine Extremstellung des Steuerventilglieds verschließbar ist.In the drawing, six embodiments of the Invention shown, they are in the following Description explained in more detail. 1 shows a schematic representation of a Fuel injector with fuel supply off a high pressure fuel accumulator and one Fuel injection valve of known type, Figure 2 a first embodiment of the invention with a Control valve member on which a drag valve member is arranged is that of a driver on the valve lifter of his Valve seat is moved away, Figure 3 shows a modification of the Embodiment of Figure 2 with a Control valve member having improved guidance Figure 4 shows a third embodiment of the invention in Further development of the embodiment of Figure 2, wherein instead of a driver to take the drag valve member a compression spring is provided, Figure 5 is a fourth Embodiment of the invention in the Drag valve member a third valve seat is provided, Figure 6 shows a fifth embodiment with a Control valve member that both the discharge cross section from Valve space to the drainage channel as well as the connecting channel controls between the valve space and the control space, and FIG sixth embodiment in which the control valve in analogous configuration to Figure 2, the pressure of a Controls the control room with the help of a 3/2-valve design, whereby a connection to the valve chamber cannot be closed Control room exists and coaxially to the control valve member High pressure flow to the control room is provided, which by an extreme position of the control valve member can be closed is.
Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, mit der bei hohen Einspritzdrücken mit geringem Aufwand eine große Variation der Kraftstoffeinspritzung bezüglich Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt möglich ist, wird durch ein sogenanntes Common Rail System verwirklicht. Dieses stellt eine andere Art von Kraftstoffhochdruckquelle zur Verfügung als es durch die üblichen Kraftstoffhochdruckeinspritzpumpen gegeben ist. Dabei ist jedoch die Erfindung prinzipiell auch bei konventionellen Kraftstoffeinspritzpumpen verwendbar. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung jedoch bei einem Common Rail Einspritz-System.A fuel injector with which at high Injection pressures a large variation with little effort the fuel injection with respect to the injection quantity and Injection time is possible by a so-called Common Rail System implemented. This represents another Kind of high pressure fuel source available as it through the usual high pressure fuel injection pumps is given. However, the invention is also in principle conventional fuel injection pumps can be used. However, use with one is particularly advantageous Common rail injection system.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Common Rail-Einspritzsystem
ist als Kraftstoffhochdruckquelle ein
Kraftstoffhochdruckspeicher 1 vorgesehen, der von einer
Kraftstoffhochdruckförderpumpe 2 aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter 4 mit Kraftstoff versorgt wird.
Der Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 1 wird durch
einen Drucksensor 6 erfaßt und einer elektrische
Steuereinrichtung 8 zugeführt, die über ein
Drucksteuerventil 5 den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher
steuert. Die Steuereinrichtung steuert ferner auch das
Öffnen und Schließen von Kraftstoffhochdruckeinspritzventile
9, die zur Einspritzung von Kraftstoff vom Kraftstoffhochdruckspeicher
versorgt werden.In the common rail injection system shown in FIG. 1
is a high pressure fuel source
High-
In einer bekannten Ausgestaltung weist das
Kraftstoffeinspritzventil 9 ein Ventilgehäuse 11 auf, das an
seinem einen Ende, das zum Einbau an der Brennkraftmaschine
bestimmt ist, Einspritzöffnungen 12 besitzt, deren Austritt
aus dem Innern des Kraftstoffeinspritzventils durch ein
Einspritzventilglied 14 gesteuert wird. Dieses ist im
ausgeführten Beispiel als langgestreckte Ventilnadel
ausgebildet, die an ihrem einen Ende eine konische
Dichtfläche 15 besitzt, die mit einem innenliegenden
Ventilsitz am Ventilgehäuse zusammenwirkt, von dem aus die
Einspritzöffnungen 12 abführen. Die Ventilnadel ist in einer
Längsbohrung 13 an ihrem oberen, der Dichtfläche 15
abgewandten Ende geführt und wird am der Dichtfläche 15
abgewandten, aus der Längsbohrung 13 heraustretenden Ende
durch eine Druckfeder 18 in Schließrichtung beaufschlagt.
Zwischen der Führung in der Längsbohrung 13 und dem
Ventilsitz ist die Ventilnadel 14 von einem Ringraum 19
umgeben, der in einen Druckraum 16 mündet, welcher wiederum
über eine Druckleitung 17 in ständiger Verbindung mit dem
Kraftstoffhochdruckspeicher 1 steht. Im Bereich dieses
Druckraumes weist die Ventilnadel 14 eine Druckschulter 20
auf, über die sie vom Druck im Druckraum 16 entgegen der
Kraft der Feder 18 beaufschlagt wird im Sinne eines Abhebens
der Dichtfläche 15 vom Ventilsitz.In a known embodiment, the
Fuel injection valve 9 on a
Die Ventilnadel wird weiterhin durch einen Stößel 21
beaufschlagt, dessen der Ventilnadel 14 abgewandte
Stirnseite 22 in einer Stößelführungsbohrung 23 einen
Steuerraum 24 begrenzt. Dieser ist über einen Zulaufkanal
26, in dem eine Zulaufdrossel 28 vorgesehen ist, ständig mit
der Druckleitung 17 beziehungsweise dem
Kraftstoffhochdruckspeicher 1 verbunden. Der Zulaufkanal
mündet seitlich unverschließbar in den Steuerraum 24 ein.
Koaxial zum Stößel 21 führt vom Steuerraum 24 ein
Verbindungskanal 29 ab, der in einen Ventilraum 30 eines
Steuerventils 31 mündet. In dem Verbindungskanal, der
zugleich auch einen Abflußkanal darstellt, ist eine
Durchmesserbeschränkung, vorzugsweise in Form einer
Abflußdrossel 32 vorgesehen. Der nähere Aufbau des
Steuerventils 31 ist in den verschiedenen
Ausführungsbeispielen 2 bis 7 detaillierter dargestellt.
Diesen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß das
Steuerventil 31 ein Steuerventilglied 34 aufweist, bestehend
aus einem Ventilstößel 35, der in einer Stößelbohrung 36
geführt ist, und einem Ventilkopf 37 an dem in den
Ventilraum 30 ragenden Ende des Steuerventilglieds 34. An
dem dem Ventilkopf gegenüberliegenden Ende des Ventilstößels
35 ist eine Federteller 38 vorgesehen, an dem sich eine
Druckfeder 39 abstüzt, die bestrebt ist, das
Steuerventilglied in Schließstellung zu bringen. In
entgegengesetzter Richtung wird das Steuerventilglied 34
durch einen Kolben 40 beaufschlagt, der Teil eines
Piezoaktors 41 ist und bei Erregen des Piezos je nach Grad
der Erregung das Steuerventilglied in verschiedene
Öffnungsstellungen bringen kann. Dabei kann der Kolben
direkt mit dem Piezo des Piezoaktors verbunden sein oder
mittels einer hydraulischen oder mechanischen Übersetzung
von diesem bewegt werden.The valve needle continues to be driven by a
Zur genaueren Darstellung der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung des Steuerventils 31 wird dieses anhand von
Figur 2 näher beschrieben. Dort ist wiederum das Ende des
Stößel 21, der die Ventilnadel 14 betätigt, dargestellt. Der
Stößel 21 schließt in der Stößelführungsbohrung 23 mit
seiner als bewegliche Wand dienenden Stirnseite 22 den
Steuerraum 24 ein. Die Verstellung des Stößels 21 wird nach
oben hin durch einen Anschlag 42 begrenzt, der einen
außenliegenden Ringraum 43 freiläßt, in den der Zulauf 26
mündet. Axial führt im Bereich des Anschlags 42 der
Verbindungskanal 29 ab, der die Abflußdrossel 32 enthält und
in den Ventilraum 30 mündet. Dieser hat eine
kreiszylindrische Umfangswand 45, die über einen konischen
Ventilsitz 46 in einen den Ventilstößel 35 umgebenden
Ringraum 48 übergeht. Von diesem führt ein Abflußkanal 49 zu
einem Kraftstoffrücklauf oder einem Entlastungsraum ab.For a more precise representation of the invention
Design of the
Der am Ende des Ventilstößels 35 angeordnete Ventilkopf 37
weist eine konische dem Eintritt des Verbindungskanals 29 in
den Ventilraum 30 abgewandte Ventilkopfdichtfläche 51 auf,
die mit einem Vorventilsitz 52 unter Bildung eines
Vorventils 58 zusammenwirkt. Dieser Vorventilsitz 52
befindet sich am Übergang zu einer inneren Durchgangsbohrung
53 eines hülsenförmigen Schleppventilglieds 54, das den
Ventilstößel mit Abstand umgibt. Die innere Umfangswand der
inneren Durchgangsbohrung 53 bildet somit zusammen mit der
Mantelfläche 55 des Ventilstößels 35 einen
Durchtrittsquerschnitt 56. Zur Festlegung der Lage des
hülsenförmigen Schleppglieds 54 ist diese über
Abstandsrippen 57 am Ventilstößel 35 geführt. Diese Rippen
lassen den ausreichend bemessenen Durchtrittsquerschnitt 56
frei.The
An dem Vorventilsitz 52 axial gegenüberliegenden Ende weist
das hülsenförmige Schleppglied 54 eine
Ventilglieddichtfläche 59 auf, die ebenfalls konisch
ausgebildet ist, mit einem kleineren Konusspitzenwinkel als
der Konusspitzenwinkel des konischen Ventilsitzes 46 und mit
dem Ventilsitz 46 zusammenwirkt. Dabei stellt der konische
Ventilsitz 46 einen Hauptventilsitz eines Hauptvenils 61
dar, der einen wesentlich größeren Durchtrittsquerschnitt
vom Ventilraum 30 zum Ringraum 48 begrenzt als der
Durchtrittsquerschnitt der zwischen Ventilkopf 37 und
Vorventilsitz 52 des Vorventils 58 begrenzt wird. Weiterhin
sind zur besseren Führung des hülsenförmigen
Schleppventilglieds zwischen diesem und der Umfangswand 45
des Ventilraumes 30 ebenfalls Längsrippen 60 mit dazwischen
liegenden Nuten vorgesehen, die einen ausreichend großen
Durchtrittsquerschnitt 56 zum Hauptventil 61 freilassen.At the
In Figur 2 ist das Steuerventil 31 in Schließstellung
gezeigt, dabei ist der Ventilkopf 37 mit seiner Dichtfläche
51 zur Anlage an dem Vorventilsitz 52 gelangt und hat über
diesen das hülsenförmige Schleppventilglied 54 mit dessen
Schleppventildichtfläche 59 zur Anlage an dem
Hauptventilsitz 46 gebracht, so daß eine Verbindung zwischen
Ventilraum 30 und Ringraum 48 beziehungsweise Abflußkanal 49
unterbunden ist.In Figure 2, the
In dieser Schließstellung des Steuerventilglieds wird der
Steuerraum 24 durch den ständigen Zufluß von
Kraftstoffhochdruckmengen auf den Druck des
Kraftstoffhochdruckspeichers 1 gehalten, was bewirkt, daß
der Stößel 21 das Einspritzventilglied 14 in seiner
Schließstellung auf dem Ventilsitz hält. Dies ergibt sich
daraus, daß die Fläche der beweglichen Wand 22 wesentlich
größer ist als die Fläche der mit dem selben Druck
beaufschlagten Druckschulter 20 des Einspritzventilglieds
14. Dieser hohe Druck im Steuerraum 24 beaufschlagt auch den
Ventilkopf 37 und das hülsenförmige Schleppglied 54 in
jeweils deren Schließrichtung.In this closed position of the control valve
Zur Einleitung einer Einspritzung wird der Piezoaktor
angesteuert der dadurch das Steuerventilglied um einen
Öffnungshub verstellt. Dabei wird zunächst das Vorventil 58
geöffnet, indem der Ventilkopf 37 von dem Vorventilsitz 52
abhebt. Es kann eine Teilmenge von Kraftstoff zum
Abflußkanal 49 über den Durchtrittsquerschnitt 56 aus den
Ventilraum bzw. Steuerraum abfließen. Dennoch bleibt der
Druck im Ventilraum 30 so groß, daß das Schleppventilglied
mit seiner Ventilglieddichtfläche in Schließstellung am
Hauptventilsitz 46 verbleibt. Erst wenn der Hub des
Steuerventilglieds so groß ist, daß ein Mitnehmer 63, der am
Ventilstößel 35 z.B. in Form eines U-förmigen Spannelements
befestigt ist, in Anlage an der Stirnfläche 64 des
hülsenförmigen Schleppventilglieds gelangt, wird dieses mit
der Weiterbewegung des Ventilstößels 35 von dem
Hauptventilsitz 46 abgehoben, so daß nun ein größerer
Abflußquerschnitt freigegeben wird zur Entlastung des
Ventilraums 30 beziehungsweise des Steuerraums 24. Mit
Abfall der Erregung des Piezoaktors gelangt der Ventilstößel
35 unter Einwirkung der Feder 39 zusammen mit dem
geschleppten hülsenförmigen Schleppventilglied 54 wieder in
die gezeigte Ausgangsschließstellung zurück.The piezo actuator is used to initiate an injection
controlled by the control valve member by one
Opening stroke adjusted. First, the
Der große Vorteil eines Piezoantriebs ist die Tatsache, daß
ein davon betätigtes Steuerventilglied entsprechend der
Erregung des Aktors in definierte Stellungen gebracht werden
kann. Somit lassen sich auch einfach und exakt
Einspritzungen in eine Vor- und in eine Haupteinspritzung
unterteilen. Für eine Voreinspritzung bedarf es bei der oben
vorgestellten Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils
nur einer geringen Entlastung des Steuerraums 24 so, daß das
Einspritzventilglied nur eine kurzzeitige Öffnung der
Einspritzöffnungen 12 bewirkt. Für eine Haupteinspritzung
dagegen muß zur Durchführung eines großen, schnellen Hubes
des Einspritzventilglieds 14 der Steuerraum 24 schnell und
wirksam entlastet werden. Je schneller das Einspritzventil
öffnen bzw. schließen kann, desto genauer wird die
Einspritzphase bestimmbar. Dadurch daß der Zulauf 26 die
Zulaufdrossel 28 enthält und diese kleiner ist als der
Querschnitt auf der Abflußseite des Steuerraums 24,
insbesondere der Querschnitt der Abflußdrossel 32, kann die
wirksame Entlastung des Steuerraumes erzielt werden. Die
endgültige Steuerung des Querschnitts zum Abflußkanal 49 hin
übernimmt das Steuerventil. Dabei muß dieses zunächst gegen
den hohen Druck im Steuerraum 24 beziehungsweise im
Ventilraum 30 anarbeiten. Da nun aber der Abflußquerschnitt
am Vorventil 58 im Verhältnis zum Hauptventil 61 klein ist,
wird eine relativ geringe Arbeit für das Öffnen des
Vorventils 58 erforderlich. Durch das Öffnen des Vorventils
wird der Druck im Ventilraum 30 bereits wesentlich abgebaut,
so daß dann, wenn eine größere vom Druck im Ventilraum 30
beaufschlagte Wand gegen diesen Druck verstellt werden muß,
die aufzuwendende Kraft bereits geringer ist. Mit dieser
geringeren als bei einstufigem Öffnen erforderlichen Kraft
wird der Querschnitt des Hauptventils schnell geöffnet, was
zu einer entsprechend schnellen Entlastung von Ventilraum
und Steuerraum führt. Die Steuerung des Steuerventils kann
dabei so erfolgen, daß mit dem Öffnen des Vorventils 58 der
Druck im Steuerraum 24 bereits so abgesenkt wird, daß ein
kurzer Öffnungshub des Einspritzventilglieds 14 ermöglicht
ist. Daran anschließend kann das Steuerventilglied 35
nochmals weiterbewegt werden und über das Schleppventilglied
54 den größeren Abflußquerschnitt aufsteuern, um mit der
dann folgenden schnellen Entlastung die Öffnung des
Einspritzventilglieds 14 zur Haupteinspritzung zu
initiieren. Die Beendigung der Haupteinspritzung wird durch
Schließen des Steuerventils gesteuert und somit auch die
Einspritzmenge.The great advantage of a piezo drive is the fact that
a control valve member actuated thereof corresponding to the
Excitation of the actuator can be brought into defined positions
can. This makes it easy and exact
Injections into a pre and a main injection
divide. A pre-injection is required for the above
presented construction of the fuel injector
only a slight relief of the
In einer alternativen Ausgestaltung der Ansteuerung des
erfindungsgemäßen Steuerventils kann der Druck nach dem
Öffnen des Vorventils nur soweit entlastet werden, daß das
Einspritzventilglied 14 noch geschlossen bleibt, aber eine
nur noch geringere weitere Entlastung ein Öffnen desselben
bewirkt. Durch eine anschließende weitere Verstellung des
Ventilstößels 35 kann dann durch die Vergrößerung des
Öffnungsgrades des Vorventils und/oder durch geschlepptes
Öffnen des Schleppventilglieds eine kurze weitere Entlastung
des Druckes im Steuerraum 24 beziehungsweise Ventilraum 30
vorgenommen werden, zur Erzeugung einer Voreinspritzung und
anschließend durch Rücknahme des Ventilstößelhubes eine
Beendigung derselben. Dem folgt dann ein größerer
Ventilstößelhub, bei dem über das Schleppventilglied 54
wiederum eine volle Entlastung des Steuerraums 24 zur
Durchführung der Haupteinspritzung bewirkt wird.In an alternative embodiment of the control of the
control valve according to the invention, the pressure after
Opening the valve should only be relieved to the extent that
Mit Hilfe des Hubes h1 des Ventilstößel 35, der notwendig
ist, damit der Mitnehmer 63 zur Anlage an der Stirnseite 64
des Schleppventilglieds 54 gelangt, kann der Öffnungshub des
Vorventils definiert werden. Die Stirnseite 64 ist dabei so
gestaltet, daß auch bei Anlage des ringförmigen Mitnehmers
63 der ausreichende Durchtrittsquerschnitt 56 vom Ventilraum
30 zum Ringraum 48 zur Verfügung steht. Dabei kann die
Stirnseite zum Beispiel kronenartig ausgeführt werden, mit
radialen Durchtrittsquerschnitten. Die Begrenzung des
Ablaufquerschnittes durch die Ablaufdrossel 32, die im
ausgeführten Beispiel im Verbindungskanal 29 angeordnet ist,
kann auch an einer anderen Stelle folgen, zum Beispiel im
Ablaufkanal 49 oder durch Dimensionierung eines maximalen
Durchflußquerschnittes 56 dazwischen.With the help of the stroke h1 of the
Den Figuren 8a bis 8c sind die Steuerabläufe dieses
Steuerventils zu entnehmen. In Figur 8a ist der Hub des
Einspritzventilglieds 14 über den Drehwinkel der
Brennkraftmaschine beziehungsweise der Zeit aufgetragen. Man
erkennt den kleineren Vorhub V der Einspritzventilnadel 14
zur Durchführung der Voreinspritzung, die dazwischenliegende
Pause P, bei dem das Steuerventil ganz oder soweit
geschlossen wird, daß sich ein das Einspritzventilglied
wieder in Schließstellung bringender Druck im Steuerraum 24
einstellt, und dem daran anschließenden Hub H, über dessen
Dauer die Haupteinspritzung definiert ist. Ausgelöst wird
dies durch die in der darunterliegenden Folge dargestellten
Hübe des Steuerventilglieds. Man erkennt den Hub V1, durch
den bei Erreichen der Maximalöffnungsposition beim Hub h1
des Stößels 35 , bevor also zum Beispiel das
Schleppventilglied vom Hauptventilsitz abgehoben wird, der
Steuerraum 24 so entlastet ist, daß der Hub des
Einspritzventilglieds 14 für den Hub V beginnen kann. Über
den Hub V1 bleibt die Entlastung zur Voreinspritzung
bestehen. In der Betätigungspause P1 des Steuerventilglieds,
d.h. bei nicht erregtem Piezo bleibt das
Einspritzventilglied 14 geschlossen. Am Ende von P1 beginnt
die Wiederbetätigung des Steuerventilglieds 35 durch den
Piezo bis zu einem Hub h2, in dem der gesamte
Absteuerquerschnitt nach Öffnen des Hauptventils 61 durch
das Schleppventilglied 54 aufgesteuert ist und der
Steuerraum 24 maximal entlastet ist. Bereits im Bereich
zwischen h1 und h2 öffnet das Einspritzventilglied und
bleibt über die Länge des Geöffnetseins des Steuerventils in
Offenstellung, solange, bis bei der Schließbewegung des
Steuerventilglieds wieder der Druck im Steuerraum 24
unterschritten wird, der in der Lage ist das
Einspritzventilglied geöffnet zu halten.Figures 8a to 8c are the control processes of this
Control valve. In Figure 8a the stroke of the
In dem darunterliegenden Diagramm 8c wird der Druckverlauf
im Steuerraum 24 dargestellt mit entsprechenden
Druckeinbrüchen dann, wenn gemäß Diagramm 8b das
Steuerventilglied h1 geöffnet hat.The diagram 8c below shows the pressure curve
shown in the
Eine Modifikation des Steuerventils gemäß Figur 2 wird in
Figur 3 dargestellt. Soweit diese Ausgestaltung mit Figur 2
übereinstimmt, werden die gleiche Bezugsziffern verwendet.
Es wird hierzu auf die entsprechende Beschreibung zu Figur 2
verwiesen. Abweichend von der Ausführung nach Figur 2 ist
bei Figur 3 in dem Bereich, in dem bei Figur 2 der
Ventilstößel 135 in der Stößelbohrung 36 geführt ist, eine
Hülse 166 auf dem Stößel 135 angeordnet. In der Figur 3 ist
diese Hülse axial zwischen einem Anschlag 167 und einer
Haltescheibe 168 am Stößel fixiert. Der Anschlag wird durch
eine Schulter des Stößels gebildet, die am Ende der aus den
hülsenförmigen Schleppglied 54 herausragenden Abstandsrippen
57 vorgesehen ist. Die Haltescheibe kann zum Beispiel als
Sprengring in eine Ringnut 69 des Stößels an seinem aus der
Stößelbohrung 136 herausragendem Ende verwirklicht sein.
Alternativ kann jedoch die Hülse auch auf den Stößel 135
aufgepreßt sein. Durch den Anschlag 167 wird ferner der Hub
h1 definiert, ab dem der Stößel, der sich zusammen mit der
Hülse 166 bewegt, zur Anlage an dem hülsenförmigen
Schleppglied 54 gelangt. Ferner besitzt die Hülse 166 an
ihrem unteren zum Schleppventilglied 54 weisenden Ende eine
Durchmesserreduzierung, mit der im Ersatz zu dem Ringraum 48
von Figur 2 hier wiederum ein Ringraum 148 gebildet wird,
der ständig in Verbindung mit dem Abflußkanal 49 steht. Das
Schleppglied 54 ist wie auch im vorigen Ausführungsbeispiel
nach Figur 2 an seiner Stirnfläche so gestaltet, daß einen
Überströmquerschnitt freigelassen wird, der in der
Größenordnung des Durchtrittsquerschnitt 56 liegt.A modification of the control valve according to FIG. 2 is shown in
Figure 3 shown. As far as this configuration with Figure 2
matches, the same reference numbers are used.
Reference is made to the corresponding description for FIG. 2
directed. Deviates from the embodiment according to FIG. 2
in Figure 3 in the area in which in Figure 2 the
Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich der Vorteil, daß die
Führungsfläche innerhalb der Stößelbohrung 136 größer ist
und somit das Steuerventilglied exakter geführt wird. Da der
Stößel 135 zum Zusammenbau durch die innere
Durchgangsbohrung 53 hindurchgeführt werden muß, wäre einer
Vergrößerung des Führungsdurchmessers des Stößels im Bereich
der Stößelbohrung gemäß Figur 2 eigentlich eine Grenze
gesetzt. Durch die Hinzufügung der Hülse 166 kann dennoch
die Führungsfläche vergrößert werden, wobei die Hülse
nachträglich nach Auffädelung des Schleppventilglieds 54 auf
den Ventilstößel montiert wird. Der Außendurchmesser der
Hülse ist dabei größer als der Durchmesser der inneren
Durchgangsbohrung 53 des Schleppventilglieds und kleiner als
der Durchmesser des Ventilraums 30. This configuration has the advantage that the
Guide surface within the tappet bore 136 is larger
and thus the control valve member is guided more precisely. Since the
Eine weitere Variante eines Steuerventils in Abwandlung zum
Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist in Figur 4
wiedergegeben. Auch hier werden zwei unterschiedliche
Abflußquerschnitte des Abflußkanals aufeinander folgend
aufgesteuert. Wie auch in Figur 2 ist hier wiederum der von
dem Stößel 21 des Einspritzventilgliedes 14 begrenzte
Steuerraum 24 vorgesehen, der über den die Drossel 32
enthaltenen Verbindungskanal 29 mit dem Ventilraum 30
verbunden ist. In diesen Ventilraum ragt der Stößel 235 mit
dem Ventilkopf 237 und der Ventilkopfdichtfläche 251, die im
Schließzustand des Steuerventils in Anlage am Vorventilsitz
52 des hülsenförmigen Schleppventilglieds 54 ist, unter
Bildung des Vorventils 58. Über den Ventilkopf 237 wird
dieses zusätzlich mit ihrer Ventilglieddichtfläche 59 in
Anlage am Hauptventilsitz 46 des Hauptventils 61 gehalten.
Jenseits dieses Ventilsitzes 46 befindet sich wiederum der
Ringraum 48, der vom Stößel 235 durchdrungen ist und der in
ständiger Verbindung mit dem Ablaufkanal 49 ist. Wie auch in
den Ausführungsbeispielen nach Figur 2 und 3 ist das
hülsenförmige Schleppventilglied 54 an seinem Außenumfang
über Längsrippen 60, die durch zwischen diesen liegende Nute
gebildet sind, an der Umfangswand 45 des Ventilraums 30
geführt. Diese Längsrippen lassen den Durchflußquerschnitt
zum Hauptventil 61 hin frei. Die innere Durchgangsbohrung 53
des Schleppventilglieds 54 ist vom Ventilstößel 35
beabstandet, so daß ausgehend vom Vorventil ein
entsprechender Durchflußquerschnitt 56 zum Ringraum 48
beziehungsweise Abflußkanal 49 besteht.Another variant of a control valve in a modification to
The exemplary embodiment according to FIG. 2 is shown in FIG. 4
played. Again, two are different
Drain cross sections of the drain channel in succession
turned on. As in FIG. 2, the one from
limited the
Der Verbindungskanal 29 liegt dem Ventilkopf 237 koaxial
gegenüber und mündet dort in einer axialen Begrenzungswand
270 des Ventilraums 30. Der Einmündung des Verbindungskanals
29 gegenüberliegend ist der Ventilkopf 237 an seiner
Stirnseite mit einer Dichtfläche 271 versehen, die entweder
eben kegelförmig oder konisch sein kann. Entsprechend ist
der Bereich des Austritts des Verbindungskanals 29 an der
axialen Begrenzungswand 270 als Ventilsitz ausgebildet, so
daß der Verbindungskanal durch die Dichtfläche 271
verschlossen werden kann. Die axiale Begrenzungswand ist
somit als Ventilsitz eines dritten Ventils 279 mit dem
Ventilkopf 237 als Ventilglied ausgebildet.The connecting
Bei diesem Ventil folgt die Betätigung des Ventilstößels 235
so, daß zur Realisierung einer Voreinspritzung der
Ventilkopf 237 in einem Zug von seiner Anlage am
Vorventilsitz 52 wegbewegt wird, bis zur Anlage seiner
Dichtfläche 271 an dem Ventilsitz 270 des dritten Ventils
279 beziehungsweise an der axialen Begrenzungswand 270. Über
den Weg des Ventilkopfs erfolgt eine kurzzeitige Entlastung
des Ventilraums 30 und des Steuerraums 24, die bei
entsprechender Bemessung ausreichend ist, eine Öffnung des
Einspritzventilglieds 14 zur Durchführung einer
Voreinspritzung zu bewirken. Liegt der Ventilkopf 237 mit
seiner Dichtfläche 271 dicht an der axialen Begrenzungswand
270 an, ist also der Verbindungskanal 29 ganz geschlossen,
so kann sich der Druck im Ventilraum weiter entspannen,
währenddessen der Druck im Steuerraum 24 über den Zulauf 26
wieder aufgebaut wird, was ein Schließen der
Einspritzventilnadel 14 nachsichzieht. Die Druckentlastung
im Ventilraum 30 führt wiederum dazu, daß die
Rückführungskräfte einer im Ringraum 48 angeordneten
Druckfeder 272, die sich zwischen dem Gehäuse und der
ringraumseitigen Stirnseite des Schleppventilglieds 54
abstützt, überwiegt und das Schleppventilglied 54 der
Verstellung des Ventilkopfes 237 nachführt bis zur wiederum
dichten Anlage an dessen Ventilkopfdichtfläche 251. Wenn
dann in der Folge durch entsprechende Steuerung des
Piezoaktors der Ventilkopf in eine Zwischenstellung zwischen
den Ventilsitzen 270 und 46 bewegt wird, kann der Steuerraum
24 über den Ventilraum 30 und den großen Öffnungsquerschnitt
des Hauptventils 61 sehr schnell im vollen möglichen Umfang
entlastet werden, so daß hier zur Durchführung einer
Haupteinspritzung eine maximale, schnelle Verstellung des
Einspritzventilglieds in Öffnungsrichtung erfolgen kann. Die
Abkopplung des Steuerraums 24 von der Druckquelle 1 über die
Zulaufdrossel 28 erlaubt hier eine Entlastung auf nahezu
vollständigen Entlastungsdruck, begünstigt durch den großen
Abströmquerschnitt am Außenumfang des Schleppventilglieds.
Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird der Ventilkopf
zusammen mit dem Schleppventilglied 54 wieder zurückgeführt,
unter dichtem Verschluß des Vorventils 58 und des
Hauptventils 61. Der große Vorteil bei dieser Ausgestaltung
besteht darin, daß zur Durchführung der Voreinspritzung nur
eine einzige Bewegung des Steuerventilglieds in einer
Richtung erforderlich ist und zur Durchführung der
Haupteinspritzung weiterhin nur eine Rückbewegung in Form
eines Teilhubes in Richtung Ausgangsstellung und einer sich
anschließenden endgültigen Rückführung.With this valve,
Während bei den Ausführungsbeispielen Figuren 2 und 3
jeweils nur zwei Ventile im Zusammenhang mit dem
Steuerventilglied und dem Schleppventilglied verwirklicht
wurden, waren im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel Figur
4 insgesamt drei Ventile verwirklicht, das Vorventil 58 mit
dem Vorventilsitz 52, das Hauptventil 61 mit dem
Hauptventilsitz 46 und das dritte Ventil 279 mit dem
Ventilsitz 270. In alternativer Ausgestaltung nach Figur 5
sind auch hier drei Ventile verwirklicht. Diese Ausführung
baut jedoch auf die Ausgestaltung nach Figur 3 auf. Wie in
Figur 3 ist auch hier wieder der Ventilraum 30 vorgesehen,
in dem koaxial zum Ventilstößel 35 der Verbindungskanal 29
vom Steuerraum 24 herkommend, einmündet.While in the exemplary embodiments FIGS. 2 and 3
only two valves each in connection with the
Control valve member and the drag valve member realized
were in the above-described
Es ist hier wieder am in den Ventilraum 30 ragenden Ende des
Stößels 335 der Ventilkopf 337 vorgesehen, mit der
Ventilkopfdichtfläche 351, die mit dem Vorventilsitz 52 am
Schleppventilglied 354 unter Bildung des Vorventils 58
zusammenwirkt. Dieses hat wiederum an seinem dem Ventilkopf
337 abgewandten Ende außen zu seiner Umfangswand kegelförmig
geneigt oder kugelförmig angeordnet die
Ventilglieddichtfläche 59, die mit dem Hauptventilsitz 46
unter Bildung des Hauptventils 61 am Übergang zwischen
Ventilraum 30 zum Ringraum 48 zusammenwirkt. Das
Schleppventilglied ist am Außenumfang durch Längsrippen 60
an der Umfangswand des Ventilraumes geführt. Auch ist auf
dem Ventilstößel 335 eine Hülse 366 aufgepreßt, die einen
vergrößerten Außenumfang bereithält, über den der
Ventilstößel in der Stößelbohrung 336 geführt wird. Diese
Hülse 366 ragt in den mit dem Abflußkanal 49 verbundenen
Ringraum 48 hinein und überragt dort eine Ringnut 374 des
Stößels 335, die axial von der Ventilkopfdichtfläche des
Ventilkopfes 337 begrenzt ist und den radialen Abstand zur
inneren Durchgangsbohrung 53 des Schleppgliedes 54 hält und
somit den Durchflußquerschnitt 56 bildet. Die Hülse 366 hat
nun in ihrem die Ringnut 374 überlappenden Bereich
stirnseitig eine kegelförmige Dichtfläche 375, die bei
entsprechender Bewegung des Ventilstößels 335 zur Anlage auf
einen kegelförmigen Ventilsitz 376 an der Stirnseite des
Schleppventilglieds 354 bringbar ist. Dieser Ventilsitz 376
bildet somit zusammen mit der kegelförmigen Dichtfläche 375
ein drittes Ventil 379. Der kegelförmige Ventilsitz 376 ist
dabei zum Innern der inneren Durchgangsbohrung 53 des
Schleppventilglieds 354 hin geneigt, also in Gegenrichtung
der Neigung der Ventilglieddichtfläche 59 des Hauptventils
61.It is here again at the end of the projecting into the
In der gezeigten Schließstellung des Steuerventils wird der
Ventilkopf mit seiner Ventilkopfdichtfläche in Anlage an dem
Vorventilsitz 52 gebracht und weiterhin das
Schleppventilglied 354 mit seiner Ventilglieddichtfläche 59
in Anlage an den Hauptventilsitz 46 gebracht. Damit ist die
Verbindung zwischen dem Ventilraum 30 und dem Ablaufkanal 49
unterbunden und es kann der Steuerraum 24 auf den von der
Druckquelle vorgegebenen hohen Druck gebracht werden, mit
dem Erfolg des Schließens des Einspritzventilglieds 14. Bei
einer anschließenden Betätigung des Steuerventils zur
Durchführung einer Voreinspritzung wird der Stößel 335 mit
der Hülse 366 soweit bewegt, daß die kegelförmige
Dichtfläche 375 der Hülse 366 in dichter Anlage an den
kegelförmigen Ventilsitz 376 des Schleppventilglieds 354
gelangt. Über diesen Hub h5 erfolgt eine kurzzeitige
Entlastung des Ventilraums 30 und des Steuerraums 24, die
ausreicht, das Einspritzventilglied 14 in eine
Voreinspritzstellung zu bewegen. Mit Schließen des dritten
Ventils 379 durch Anlage der Dichtfläche 375 an den
kegelförmigen Ventilsitz 376 nach Zurücklegen des Hubes h5,
wird durch Druckaufbau im Steuerraum 24 die Voreinspritzung
beendet. Für die Haupteinspritzung wird nachfolgend das
Steuerventilglied weiterbewegt. Dadurch wird das
Schleppventilglied 354 vom Hauptventilsitz 46 abgehoben, so
daß es zu einer vollen maximalen Entlastung des Steuerraums
24 kommt. Für diese Entlastung steht ein wesentlich größerer
Querschnitt zur Verfügung, als der der zur Durchführung der
Voreinspritzung zur Verfügung stand, durch Öffnen des
Vorventils bis Schließen des dritten Ventils. Der Vorteil
bei dieser Ausgestaltung besteht darin, daß durch eine
gestufte Bestromung des Piezoaktors dieser für die Vor- und
Haupteinspritzung in nur eine Richtung geschaltet werden
muß. Es ergeben sich dabei sehr kurze Schaltzeiten,
insbesondere ist durch das Durchschalten von dem einen
Ventilsitz 52 zum anderen Ventilsitz 376 eine sehr kurze
Entlastung und damit eine sehr kleine Voreinspritzmenge
verwirklichbar. Zur Beendigung der Einspritzung wird der
Stößel in die gezeigte Ausgangsstellung zurückgebracht. Für
jeden Einspritzvorgang steht ein separater
Entlastungsquerschnitt zur Verfügung, der den entsprechenden
Erfordernissen angepaßt werden kann.In the closed position of the control valve shown, the
Valve head with its valve head sealing surface in contact with the
Brought
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 6
dargestellt, das eine Weiterentwicklung des
Ausführungsbeispiels nach Figur 4 darstellt. Wie beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 4 sind in Zusammenwirkung von
Ventilkopf 437 und Schleppventilglied 454 drei Ventile
verwirklicht. Wie auch bei Figur 4 mündet wiederum der
Verbindungskanal 29 koaxial zum Ventilstößel 435 in den
Ventilraum 30 ein. Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach
Figur 4 ist die axial gerichtete Wand 470 des Ventilraums 30
am Eintritt des Verbindungskanals 29 als Ventilsitz des
dritten Ventils 479 ausgebildet, an dem die als Dichtfläche
ausgebildete Stirnseite 471 des Ventilkopfes 437 in Anlage
bringbar ist. Der Ventilkopf 437 trägt die
Ventilkopfdichtfläche 51, die mit dem Vorventilsitz 52 am
Übergang von der Stirnseite des Schleppventilglieds 454 zu
seiner inneren Durchgangsbohrung 53 unter Bildung des
Vorventils 58 zusammenwirkt. Am gegenüberliegenden Ende
trägt das Schleppventilglied 454 eine kegelförmige
Ventilglieddichtfläche 459, die mit dem Hauptventilsitz 46
am Übergang des Ventilraums 30 zu dem Ringraum 48 unter
Bildung des Hauptventils 61 zusammenwirkt. Wie auch beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist das Schleppventilglied
454 durch eine Druckfeder 472 in Richtung eines Öffnen des
Hauptventils 61 belastet. Dabei setzt die Feder 472 über
eine Druckscheibe 477 an einer stutzenförmigen Verlängerung
478 des Schleppventilglieds 54 an. Im Bereich dieser
stutzenförmigen Verlängerung 478 wird das Schleppventilglied
454 dicht auf dem Außenmantel 455 des Ventilstößels 435
geführt, so, daß zwischen dem Ventilkopf 437 und dem
Schleppventilglied 454 eine Ringausnehmung 480
eingeschlossen ist, die über eine durch das
Schleppentilglied führende Drosselbohrung 481 in ständiger
Verbindung mit dem Ringraum 48 steht.A fifth exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 6
shown that a further development of
Representing embodiment of Figure 4. As with
Embodiment according to Figure 4 are in cooperation of
Bei dieser Ausgestaltung sind somit drei Drosseln
verwirklicht, zum einen ist das die Zulaufdrossel 28 im
Zulauf 26 zum Steuerraum 24, zum zweiten ist es die
Abflußdrossel 32 im Verbindungskanal 29 und zum dritten die
oben erwähnte Drosselbohrung 81.In this embodiment, there are three chokes
realized, on the one hand, the
Wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird zur Erzielung
einer Voreinspritzung das Steuerventilglied so betätigt, daß
der Ventilkopf 437 vom Vorventilsitz 52 abgehoben wird und
durchbewegt wird bis zur Anlage seiner Dichtfläche 471 am
Ventilsitz 470 des dritten Ventils 479. Über diese
Bewegungsdauer erfolgt eine kurze Entlastung des Steuerraums
24, die bestimmt ist durch den Querschnitt der
Drosselbohrung 481 als einzige Verbindung zwischen
Steuerraum 24 und Ringraum 48 bei zunächst noch am
Hauptventilsitz 46 anliegendem Schleppventilglied.
Anschließend in der Schließstellung des dritten Ventils 479
in Anlage an der axialen Begrenzungswand 470 des Ventilraums
30 wird der Ventilraum über die Drosselbohrung 481 weiter
entlastet. Es entsteht dabei im Ventilraum 30 ein
Entlastungsdruck, der es erlaubt, das Schleppventilglied 454
durch die Feder 472 von dem Hauptventilsitz 46 weg zur
Anlage auf die Ventilkopfdichtfläche 51 des Ventilkopfes
bewegt wird. Damit wird aber auch das Hauptventil 61
geöffnet, so daß sich der Steuerraum 30 weiterhin entlasten
kann. Zur Durchführung der Haupteinspritzung wird darauf
wiederum der Ventilkopf 437 zusammen mit dem
Schleppventilglied 454 in eine Zwischenstellung bewegt, in
der der große Verbindungsquerschnitt des Hauptventils 61
zwischen dem Abflußkanal 49 und dem Steuerraum 24 geöffnet
ist. As in the embodiment of Figure 4 is to achieve
a pilot injection actuates the control valve member so that
the
Abweichend von der Ausführungsform nach Figur 4 bietet sich
hier die Möglichkeit eines gezielten Einsatzes von Drosseln
zur Bestimmung der Entlastungsdynamik des Steuerraums 24.
Zur Durchführung der Voreinspritzung wird die Entlastung
durch die Drosselbohrung 481 bestimmt und bei der
Haupteinspritzung wird die Entlastung des Steuerraums 24
durch die größere Abflußdrossel 32 bestimmt, die kleiner ist
als der Abströmquerschnitt des Hauptventils 61. Zusammen mit
der Zulaufdrossel 29 stellt sich dann zur Definition der
Haupteinspritzung in der gewünschten Gradation der Druck im
Steuerraum 24 ein. Die Haupteinspritzung wird schließlich
durch Zurückbewegen des Stößels 435 in die gezeigte
Ausgangsstellung von Figur 6 erzielt, bei der das Vorventil
58 und das Hauptventil 61 geschlossen sind und das dritte
Ventil 479 geöffnet ist. Man kann auf diese Weise im
Endhubbereich der Ventile den Toleranzeinfluß des
Ventilhubes minimieren. Die Querschnitte können für die Vorund
Haupteinspritzung individuelle angepaßt werden.Deviating from the embodiment according to FIG. 4 offers itself
here the possibility of a targeted use of chokes
to determine the relief dynamics of the
Im Diagramm, Figur 9a bis 9c ist aufgezeichnet, wie der
Bewegungsabläufe der Einspritzventilnadel 14, des
Ventilkopfes 437 und des Schleppventilglieds 454 ausgebildet
sind. Im oben stehenden Diagramm 9a ist über den Hub und die
Zeit die Bewegung der Einspritzventilnadel aufgezeichnet,
mit einem kleinem Hub zur Voreinspritzung V, einer
dazwischenliegenden Pause P, in dem das Einspritzventil
geschlossen ist und einen anschließenden Haupteinspritzung
H. Ausgelöst wird die Voreinspritzung gemäß dem
darunterliegenden Diagramm 9b durch die Verstellung des
Ventilkopfes 437. Ausgehend von der Schließstellung gemäß
Figur 6 wird der Ventilkopf vom Vorventilsitz 52 durchbewegt
bis zur Anlage am Ventilsitz 470 des dritten Ventils, was in
dem Diagramm durch die Zahl 470 an der Ordinate dargestellt
ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Steuerraum 24 wieder
verschlossen, so daß sich über die Pause, in dem auch das
dritte Ventil 479 verschlossen ist, der hohe Schließdruck im
Steuerraum 24 einstellt und das Einspritzventilglied 14
geschlossen hält. In diesem Zeitraum bewegt sich aber gemäß
Diagramm 9c das Schleppglied 454 ab Verschließen des dritten
Ventils 479 bis zur Anlage am Ventilkopf 437. Diese Position
wird in dem Diagramm mit der Zahl 52 an der Abszisse
dargestellt. Nach Anlage verharrt auch das
Schleppventilglied 454 in dieser Endstellung bis zum Ende
der Pause P. Dann wird das Steuerventilglied wieder zurück
in eine Zwischenstellung bewegt wird. Hierbei bewegen sich
der Ventilkopf 437 und das Schleppventilglied synchron in
eine Zwischenstellung Z, die zur vollen Entlastung des
Steuerraumes 24 führt. Mit der Rückführung von Ventilkopf
437 und Schleppventilglied 454 wird schließlich die
Entlastung des Steuerraumes 24 wieder unterbrochen und es
baut sich der das Schließen des Einspritzventilglied
bewirkende Steuerdruck wieder auf.In the diagram, Figure 9a to 9c is recorded as the
Motion sequences of the
Im Vorstehenden wurden in verschiedenen Ausführungsformen
des Steuerventils dargestellt, daß zur Steuerung des Druckes
im Steuerraum 24 eine Verbindung zum Abflußkanal 49
hergestellt wird, was zu einer Entlastung des Steuerraums 24
führt. Zur Belastung des Steuerraums wird lediglich das
Steuerventil wieder in Schließstellung gebracht und der
ständige Zulauf von Kraftstoffhochdruck über den Zulaufkanal
26 eingestellt. Solche Ventile arbeiten im Prinzip als 2/2-Ventile.
Im Vorliegenden wurde ein solches 2/2-Ventil durch
das Schleppventilglied 54 modifiziert. Gemäß Figur 7 kann
ein solches Ventil aber auch als 3/2-Ventil ausgeführt
werden, wobei in einer ersten Stellung des Ventils eine
Verbindung vom Kraftstoffhochdruckspeicher vom Steuerraum
hergestellt wird unter gleichzeitigem Verschluß des
Abflußkanals und in einer zweiten Stellung des Ventils die
Verbindung zwischen Kraftstoffhochdruckspeicher 1 und
Steuerraum unterbunden werden, unter Herstellung der
Verbindung des Steuerraums zum Entlastungskanal. Figur 7
zeigt in diesem Zusammenhang eine sehr ähnliche
Ausgestaltung wie Figur 2 mit dem Unterschied, daß der
Ventilraum 530 über den Verbindungskanal 529 in ständiger
Verbindung mit dem hier nicht weiter gezeigten Steuerraum
steht. Dieser Verbindungskanal zweigt von der Umfangswand
des zylindrisch ausgebildeten Ventilraums 530 ab. Der Zulauf
von Hochdruckkraftstoff erfolgt hier an der axialen
Stirnwand 570 des Ventilraums 530, wobei dieser Zulauf 526
koaxial zur Achse des Ventilraums 530 beziehungsweise des
Stößels 535 einmündet. Die Stirnseite 570 bildet dabei im
Einmündungsbereich des Zulaufs 526 einen Ventilsitz, der mit
einer stirnseitigen Dichtfläche 571 am Ventilkopf 537 in
analoger Ausgestaltung zu Figur 4 als drittes Ventil 479,
hier jedoch in abweichender Funktion, zusammenwirkt. Wie
auch in den vorigen Ausführungsbeispielen ist der
Ventilstößel 535 in einer Stößelbohrung 36 geführt und
durchdringt den Ringraum 48, der wiederum über den
Hauptventilsitz 46 den im Durchmesser größeren Ventilraum
530 übergeht. Mit dem Hauptventilsitz 46 wirkt eine
Ventilglieddichtfläche 59 eines gleichermaßen wie bei Figur
2 ausgebildeten Schleppventilglieds 54 zusammen, wobei diese
Ventilglieddichtfläche konisch ausgebildet ist, analog dem
konischen Übergang zwischen Ventilraum 530 und Ringraum 48
und am einen Ende des hülsenförmigen Schleppventilglieds 54
zu dessen Außenumfang geneigt angeordnet ist. Am
gegenüberliegenden Ende des hülsenförmigen Ventilglieds 54
befindet sich wiederum zur inneren Durchgangsbohrung 53
geneigt eine kegelförmiger Vorventilsitz 52, der mit einer
Ventilkopfdichtfläche 551, die ebenfalls kegelförmig
ausgebildet ist, am Ventilkopf 537 zusammenwirkt. Im Bereich
des Ringraumes 48 weist der Ventilstößel 535 ferner einen
Mitnehmer 563, der zum Beispiel als Sprengring in eine
Ringnut 583 des Ventilstößel eingeklippst sein kann.
Befindet sich der Ventilkopf in Anlage an dem Vorventilsitz
52 des Vorventils 58 und die Ventilglieddichtfläche 59 in
Anlage am Hauptventilsitz 46 ds Hauptventils 61, ist der
Mitnehmer 563 um einen Hub h1 von einer Stirnseite 564 des
Schleppventilglieds beabstandet. Auch bei Anlage des
Mitnehmers 563 an der Stirnseite 564 bleibt genügend
Querschnitt frei, um ein Kraftstoffluß vom Ventilraum 530
bei geöffnetem Vorventil durch den zwischen Ventilstößel 535
und der inneren Durchgangsbohrung gebildeten
Durchtrittsquerschnitt 56 zum Ringraum 48 abfließen kann und
von dort über den Abflußkanal zur Entlastungsseite.The foregoing have been in various embodiments
of the control valve shown that to control the pressure
in the control room 24 a connection to the
Bei Betätigung des Ventilstößels 535 durch den Aktor kann
dieser mit dem Ventilkopf vom Vorventilsitz 52 abgehoben
werden, so daß unter gleichzeitigem Zufluß von Kraftstoff
über den Zulaufkanal 536 und Abfluß von Kraftstoff über den
Durchtrittsquerschnitt 56 zum Abflußkanal 49 sich im
Steuerraum ein mittlerer Druck einstellt, der ausreichend
ist, um eine Voreinspritzung durch Öffnen des
Einspritzventilglieds 14 zu bewirken. Für die
Haupteinspritzung wird das Steuerventilglied mit dem
Ventilkopf 537 durchgeschaltet bis zur Anlage der
Dichtfläche 571 am Ventilsitz 570 beziehungsweise Schließen
des dritten Ventils 579. Damit ist der Zulauf von
Hochdruckkraftstoff in den Ventilraum und damit auch in den
Steuerraum unterbunden und der Steuerraum kann zum
Abflußkanal 49 ganz entlastet werden. Im Laufe dieser
Bewegung ist zusätzlich der Mitnehmer 563 in Anlage an die
Stirnseite 564 gelangt und hat das Schleppventilglied 54 vom
Hauptventilsitz 46 abgehoben, so daß auch ein sehr großer
Entlastungsquerschnitt vom Steuerraum 24 zum Abflußkanal 49
hergestellt ist. Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird
daraufhin der Ventilstößel mit Ventilkopf 537 wieder in die
gezeigte Ausgangsstellung zurückbewegt, bei der das dritte
Ventil 579 geöffnet und das Vorventil 58 und das Hauptventil
61 geschlossen sind. Es kann sich dann durch den zulaufenden
Hochdruckkraftstoff wieder der hohe Druck im Steuerraum
aufbauen und das Einspritzventilglied 14 in Schließstellung
bringen. In analoger Weise können bei einem solches 3/2-Steuerventils
auch analog die Ausgestaltungen nach Figuren 3
und 5 Anwendung finden.When the
Claims (22)
- Fuel injection device for internal combustion engines, having a high-pressure fuel source (1), from which a fuel injection valve (9) is supplied with fuel, which valve has an injection valve member (14) for controlling an injection opening (12) and a control space (24), which is delimited by a moveable wall (22) that is at least indirectly connected to the injection valve member (14) and which has an inlet passage (26) leading from a high-pressure source, preferably from the high-pressure fuel source (1), and an outlet passage (29) leading to a relief space, and the pressure in which is controlled by a control valve (31), which controls the inlet passage (26, 126) or the outlet passage (29, 49) and is actuated by a piezo actuator (41), the control valve (31) having a control valve member (34) with a valve plunger (35) which is guided in a housing and at the end of which there is a valve head (37, 137) that projects into a valve space (30), has a valve head sealing surface (51) facing a valve seat (52) and controls an outlet cross section of an outlet passage (49), the valve space (30, 130) being connected to the control space (24) and, when the outlet cross section is closed, being exposed to the pressure of the high-pressure fuel source (19), characterized in that the control valve can be used to successively open two outlet cross sections of different sizes, a first outlet cross section being controlled by a pilot valve (58) and a second outlet cross section being controlled by a main valve (61).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that inside the valve space (30, 530), the valve plunger (35) is surrounded by a sleeve-like follower valve member (54), having an inner delimiting surface (53) between which and the valve plunger (35, 135) there is an internal passage cross section (56), and in that the follower valve member (54) has, at its axial end on the side of the valve head sealing surface (51), a pilot valve seat (52), which together with the valve head sealing surface (51) forms the pilot valve (58) which controls the first outlet cross section, connected to the outlet passage (49) via the inner passage cross section (56), and at its other axial end has a valve member sealing surface (59), which interacts with a main valve seat (46) fixed to the housing, so as to form the main valve (61), which controls a second outlet cross section of the outlet passage (49) and from which the outlet passage (49) leads onwards in the downstream direction.
- Fuel injection device according to Claim 2, characterized in that there is an outer passage cross section to the main valve seat (46) between the wall (45) of the valve space (30) and the follower valve member (54).
- Fuel injection device according to Claim 3, characterized in that the main valve seat (46) is formed at the transition of the valve space (30) to an annular space (48) through which the valve plunger (35) penetrates and from which the outlet passage (49) leads onwards.
- Fuel injection device according to Claim 4, characterized in that the control valve member (34) can be moved over defined strokes by the piezo actuator (41), and when the control valve member (34) is actuated in order to relieve the pressure in the valve space (30) via the first outlet cross section of the outlet passage during a first stroke the valve head sealing surface (51) of the pilot valve (58) is lifted off the pilot valve seat (52), and during a subsequent further stroke of the control valve member (34) the follower valve member (54) is lifted off the main valve seat (46) and the second outlet cross section of the outlet passage (49) is opened.
- Fuel injection device according to Claim 5, characterized in that the follower valve member (54) is lifted off the main valve seat (46) by a driver (63) arranged on the control valve member (34).
- Fuel injection device according to Claim 6, characterized in that the driver (63) is a ring which is inserted into an annular groove in the plunger (35) and, when the pilot valve (58) is closed, is at a distance h1, which defines a pilot control stroke, from the end side (64) of the follower valve member (54).
- Fuel injection device according to Claim 5, characterized in that the follower valve member (54) is loaded towards the valve head sealing surface (251, 451) by a compression spring (272, 472) which is supported in a fixed position on the housing, and, after the pilot valve (58) has opened and there has been a corresponding drop in pressure upstream of the pilot control valve, is moved away from the main valve seat (46) towards the valve head sealing surface (251, 451), so as to follow the latter.
- Fuel injection device according to Claim 6 or 7, characterized in that the follower valve member (54) is spaced apart from the adjacent plunger (35), so as to form the inner passage cross section, and guided by means of longitudinal spacer ribs (57).
- Fuel injection device according to Claim 6, 7 or 9, characterized in that the follower valve member (54), on its outer lateral surface, has longitudinal spacer ribs (60), by means of which it is guided on a cylindrical circumferential wall (45) of the valve space (30), so as to form the outer passage cross section.
- Fuel injection device according to one of the preceding Claims 2 to 10, characterized in that the valve plunger (135, 335) is provided, in the region of its part which leads away from the annular space (48) and is guided in the housing, with a sleeve (166, 366), the external diameter of which is larger than the diameter of the inner delimiting surface (53) of the follower valve member (54).
- Fuel injection device according to Claim 11, characterized in that the sleeve (166, 366) is pressed onto the valve plunger (135, 335).
- Fuel injection device according to Claim 11, characterized in that the sleeve (166) is clamped onto the valve plunger (135) between a holding disk (168), which is fixed to the valve plunger outside its guidance, and a stop (167) on the valve plunger (135).
- Fuel injection device according to Claim 8, characterized in that the follower valve member (54) is guided by means of a cylindrical inner delimiting surface (453) on the cylindrical outer surface (455) of the plunger (453), and an annular recess (480), which is in constant communication with the annular space (48), is provided in the region of overlap between the inner delimiting surface and the outer surface of the plunger (435).
- Fuel injection device according to one of Claims 11 to 13, characterized in that a sealing surface (375) is provided at the end side of the sleeve (366), and the opposite side of the follower valve member (354) likewise has an additional sealing surface (376), which sealing surfaces together form a third valve (379), which opens towards the inner passage cross section and is closed when the valve plunger (335) has covered its stroke for opering the first outlet cross section of the pilot valve (58) (Figure 5).
- Fuel injection device according to Claim 15, characterized in that the sealing surfaces of the third valve (479) are conical in form.
- Fuel injection device according to one of the preceding claims, characterized in that the control space (24) is constantly connected to the high-pressure source (1) via an entry restrictor (28), the cross section of flow of the entry restrictor being smaller than the first outlet cross section (32) of the outlet passage (29, 49).
- Fuel injection device according to Claim 17, characterized in that the effective outlet cross section of the outlet passage (49) is limited by an outlet restrictor (32).
- Fuel injection device according to Claim 17 or 18, characterized in that the control space (24) is connected to the valve space (30) via a connecting passage (29) which leads out coaxially with respect to the axis of the valve plunger (35).
- Fuel injection device according to Claim 19, characterized in that the exit of the connecting passage (29) into the valve space (30) can be closed off from the control space by an end side (271, 471), designed as a sealing surface, of the valve head (235, 435) of the control valve (231, 431) and is closed at the end of the pilot control stroke of the control valve member after a duration of the relief of the control space (24) which is determined by the actuating movement of the control valve member.
- Fuel injection device according to Claim 20, characterized in that the outlet restrictor (32) is arranged in the connecting passage (29).
- Fuel injection device according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the valve space (530) is connected to the high-pressure fuel store (1) via a pressure passage (526) that enters the valve space (530) coaxially with respect to the axis of the valve plunger (535) and to the control space via a non-closeable connecting passage (529), it being possible to close off the entry of the pressure passage (526) into the valve space by an end side (571), designed as a sealing surface, of the valve head (537) of the control valve member at the end of the stroke of the control valve member which is used to relieve the control space (530), in order to define the start of relief of the control space for the main injection.
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