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WO2003054376A1 - Einspritzinjektor für brennkraftmaschinen - Google Patents

Einspritzinjektor für brennkraftmaschinen Download PDF

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Publication number
WO2003054376A1
WO2003054376A1 PCT/EP2002/014350 EP0214350W WO03054376A1 WO 2003054376 A1 WO2003054376 A1 WO 2003054376A1 EP 0214350 W EP0214350 W EP 0214350W WO 03054376 A1 WO03054376 A1 WO 03054376A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control piston
control
end wall
injection
stop
Prior art date
Application number
PCT/EP2002/014350
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Scheibe
Horst Ressel
Wilhelm Malitsky
Original Assignee
L'orange Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L'orange Gmbh filed Critical L'orange Gmbh
Priority to KR1020037010962A priority Critical patent/KR100629026B1/ko
Priority to EP02787951A priority patent/EP1456524B1/de
Priority to JP2003555062A priority patent/JP3908736B2/ja
Priority to US10/470,202 priority patent/US6991179B2/en
Priority to DE50211706T priority patent/DE50211706D1/de
Publication of WO2003054376A1 publication Critical patent/WO2003054376A1/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/06Other fuel injectors peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/008Means for influencing the flow rate out of or into a control chamber, e.g. depending on the position of the needle

Definitions

  • the invention relates to an injector for internal combustion engines, in particular for internal combustion engines operated with diesel or heavy oil as the injection medium, according to the preamble of claim 1.
  • a control valve Upstream of the main flow valve, a control valve is provided which has a control chamber, the volume of which is partially limited by a stroke-movable control piston, the actuating movements of which are transmitted to the valve closing element of the main flow valve, for example the nozzle needle of an injection nozzle or an injection quantity control valve.
  • the actuating forces of the control piston depend on the pressure in the control chamber, to which a throttled, high-pressure-side inlet opens and from which a throttled and controlled outlet starts. If the drain is open, the pressure in the control room is reduced and part of the control room volume is displaced into the drain via the control piston.
  • the leakage which occurs when the drain is open due to the short circuit between the high-pressure side inlet and the low-pressure side outlet, irrespective of the throttling on both sides as a control leak, is significantly greater than this quantity of injection medium which is also used as the control medium. This applies to openings of the inlet and outlet exposed to the control room, irrespective of which wall areas of the control room which have not been run over or are not covered by the control piston.
  • the inflow to the control chamber lies radially outside the front-side circumference of the control piston with respect to its opening cross section, and the outlet-side opening cross section is assigned to the front wall of the control chamber in overlap with the front side of the control piston, wherein the control piston has a bulge with respect to its end face, which, as part of the stop limitation, lies in overlap with the outlet cross-section associated with the end wall, so that the connection between the inlet and the control piston for the control piston is opened via the stop limitation when the control valve is open and the pressure-relieved control chamber Expiration more or less blocking position results.
  • a solution of this type means that a substantial part of the end face cross-sectional area in connection with the surrounding Position of the control valve from its open position to the shut-off position is not available for direct pressurization, so that, in accordance with the delayed adjustment of the control piston, the adjustment of the actuated valve closing element, for example the nozzle needle, is delayed in the closing direction, taking into account tax engineering considerations these conditions by appropriate control of the control valve is difficult, since even small geometric changes in the limit stop, or in the small gap spaces created by this type of limit stop have a greater impact on the response behavior of the control piston, so that a stable, timely control of the closing movement of the controlled valve closing member difficult, if not impossible.
  • the invention has for its object to design an injection injector of the type mentioned in such a way that starting from the control valve and its control, the adjustment of the control piston and thus the closing movement of the valve closing member can be initiated in a timely and stable manner, based on appropriate operating times.
  • the starting position is thus created so that when the control valve is closed, in view of the opening of the inlet onto the gap space delimited by the stop limitation, the end face of the control piston is abruptly acted on, which enables timely control of the closing movement of the valve closing member, whereby the pinch-gap bond described at the same time ensures that the limit stop in the function of a path-limiting sealing limit with sensitive but highly stressed seat surfaces - in analogy to the seat surface of the nozzle needle of an injection nozzle - is generally not or only slightly stressed, so that it remains stable over the long term Employment relationships are also guaranteed from a geometric point of view.
  • the gap space can be formed by an end-side recess of the control piston and / or an end wall-side recess, the delimitation of the gap space running against the stop limitation or can also be designed in a step-like manner, as a result of which, apart from manufacturing technology options, the flow conditions with regard to the formation of the pinch gap can also be influenced.
  • an annular free space is provided between the control piston and the receiving bore in the axial region adjacent to the stop limitation and if the drain with its opening cross section is assigned to this free space, the free space preferably being provided by an expansion of the bore to accommodate the Control piston is formed in the axial end region associated with the end wall, but can also be formed by a certain diameter reduction of the control piston adjacent to its end face.
  • This free space in the form of a
  • the annular space can be used for the formation of a pinch gap in that its end boundary is axially offset against the end wall and forms a small step so that the piston lies in its upper limit position adjacent to the end wall in the area of the sealing limit in axial overlap with the step. which results in a particularly intensive damping when entering this upper limit and / or stop position of the control piston.
  • FIG. 1 is a schematic overall view of an injection injector in section to explain its overall structure and the function of the control valve, and 2 and 3 highly schematic and enlarged detail representations of a control valve in an embodiment according to the invention, with FIG. 2 the control valve in its open position and FIG. 3 in its
  • nozzle 1 essentially consists of a nozzle part 2 and a control and actuator part 3, which also forms the function of the nozzle holder and for which the supply connection, symbolically represented by the arrow 4 - for the high-pressure injection medium, in particular diesel or heavy oil, is assigned.
  • the corresponding return connection on the return side is symbolized by arrow 5.
  • the control and actuator part 3 comprises a magnetic actuator 6, via which the control valve 7 is addressed, which includes the valve member 8 acted upon by the magnetic actuator 6, via which the pressurization of a control chamber 9 is controlled.
  • the injector 1, on the one hand, in the case of a modular construction of the injector, is covered by the end wall 10 of an intermediate plate 11 and, on the other hand, is delimited by a bore 12 and a control piston 13 guided therein, which acts on the nozzle needle 15.
  • the bore 12 is provided in a sleeve 14 which is guided on the control piston 13, which in turn is connected coaxially to a nozzle needle 15.
  • the nozzle needle 15 forms the valve member of a main flow valve, the seat of which is assigned to the nozzle body 16, which at the same time also forms the guide for the nozzle needle 15 and has a pressure chamber 17 to which the high-pressure supply side supply with injection medium via the dashed line connection 18 takes place.
  • the nozzle needle 15 lies sealingly in the nozzle seat 19 and is loaded by the pressure in the pressure chamber 17 when its pressure shoulder 20 is applied in the opening direction.
  • the nozzle needle 15 is acted upon by the spring 21 and by the pressure in the control chamber 9 when, as indicated by the broken line in FIG. 1, the control chamber 9 is fed from the high-pressure line connection 18 by the throttled inlet 22 indicated by the broken line and the throttled outlet 23, also shown in broken lines, is blocked via the valve member 8 in its connection to the return line (arrow 5) indicated by the line 24. If the valve member 8 is transferred into an open position (not shown in FIG.
  • arrow 5 connects the pressure chamber volume in control room 9 with the pressure reduction in control chamber 9 due to the opening of nozzle needle 15 connected, rectified stroke movement of the control piston 13 is reduced and a corresponding volume is forced onto the return 5. Furthermore, the short-circuit connection created when the valve member 8 opens, regardless of the throttling in the inlet 22 and outlet 23, remains open until the valve member 8 is reversed. The open flow connection causes considerable leakage losses.
  • FIG. 2 and 3 illustrate, in a highly simplified schematic representation, an embodiment of area A according to the invention, regardless of structural deviations, the same reference numerals are used for corresponding parts as in FIG. 1, and the functions and configurations described in this regard do not imply a design of the injector 1 1 are bound, for example to the modular structure of the injector 1 or the like.
  • the valve member of the control valve is designated 8 and the control piston 13.
  • the control piston 13 is guided in the bore 12 in a stroke-movable manner and delimits the control chamber 9 with the bore 12 and the end wall 10 covering the bore 12, the control chamber 9 being enlarged in diameter adjacent to the end wall 10 by a radial widening 27 of the bore 12 is, so that there is an annular free space, in particular a cylindrical annular space around the front end of the control piston 13 opposite the end wall 10.
  • the opening cross section 29 of the inlet 22 to the control chamber 9 lies in the radial overlap region to the end face 28 of the piston 13.
  • a throttle 30 is located in the inlet 22.
  • the outlet 23 has an opening cross section 31 on the control chamber side.
  • a flow restrictor 32 is assigned to the outlet 23, which in the exemplary embodiment is formed by a bore in a seat plate 33, which is covered and closed in the closed position by the valve member 8 provided with a flat blocking surface 34 in the exemplary embodiment.
  • edge of the piston 13 which may be cut-shaped 35 edge-enclosed flat gap space 37, the depth of which is shown exaggerated in the figures and which is stepped radially outwards or extends into the edge zone 36.
  • This configuration in conjunction with the opening (opening cross-section 29) of the inlet 22 onto the annular space enclosed by the stop limitation 35, means that when the outlet 23 is opened via the valve member 8 against the return (arrow 5) and due to the pressurization in FIG the nozzle needle 15 in the opening direction stroke movement of the control piston 13 against the end wall 10 of the control piston 13 starts up against a pressure cushion fed by the still open inlet 22, so that even with the desired, almost sudden opening movements of the nozzle needle 15, they are cushioned in the final phase because the stop limit 35 has the function of a pinch gap.
  • the limit stop 35 generally does not form an absolute sealing limit, but rather a throttle gap, which initially significantly reduces the leakage when the valve member is open.
  • the Design according to the invention also provides the prerequisite for the end face 25 of the control piston 13 to be fully acted on without any noticeable time delay.
  • the solution according to the invention prevents, in the opening phase of the valve member 8, the high-pressure injection medium flowing out between the end wall 10 and the end face 25 - corresponding to the hydrodynamic paradox - from sticking the control piston 13 with its end face 25 to the end wall 10 leads, which would have a delaying effect when reversing the valve member 8 from the open to the closed position on the desired, almost sudden closing of the nozzle needle 15 by a corresponding displacement of the control piston 13.
  • the desired "pinch gap formation" and damping function can also be achieved or improved within the scope of the invention in that the annular space formed by the radial extension 27 is not pulled through to the end wall 10, so that an annular step 38 is formed, into which the Control piston 13 is immersed when it approaches its upper end position. In spite of only a slight axial overlap, this results in a radially narrow flow gap and a corresponding damping.
  • the ring step 38 indicated by way of example in FIG. 3 differs from the body schematically shown in FIG. 2 and FIG. 3 and receives the cylinder bore 12, but is expediently formed in one piece with this body, for example based on an overview 1, in one piece with the intermediate plate 11.

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Abstract

Ein Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen mit einem einem Hauptstromventil vorgelagerten Steuerventil wird dahingehend ausgebildet, dass die über das Ventilglied des Steuerventiles gesteuerte, über den Steuerraum führende Verbindung zwischen Zulauf und Ablauf durch die Anschlagbegrenzung des Steuerkolbens gegen die den Steuerraum überdeckende Stirnwand unter anderem die Funktion einer die Steuerleckage reduzierenden Drosselstelle übernimmt.

Description

Einspritzinjektor für Brennkraftmasσhinen
Die Erfindung betrifft einen Einspritzin ektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl als Einspritzmedium betriebene Brennkraftmaschinen, gemäß dem 0- berbegriff des Anspruches 1.
Bei Einspritzinjektoren müssen zur Steuerung des Ventilschließgliedes eines Hauptstromventiles teilweise erhebliche Stell- bzw. Haltekräfte aufgebracht werden. Hierzu wird dem
Hauptstromventil vorgelagert ein Steuerventil vorgesehen, das einen Steuerraum aufweist, der in seinem Volumen teilweise über einen hubbeweglichen Steuerkolben begrenzt ist, dessen Stellbewegungen auf das Ventilschließglied des Hauptstromven- tiles, so beispielsweise die Düsennadel einer Einspritzdüse oder eines Einspritzmengensteuerventiles übertragen werden. Die Stellkräfte des Steuerkolbens sind abhängig vom Druck im Steuerraum, auf den ein gedrosselter, hochdruckseitiger Zulauf ausmündet und von dem ein gedrosselter und gesteuerter Ablauf ausgeht. Ist der Ablauf geöffnet, so wird der Druck im Steuerraum abgebaut und über den Steuerkolben ein Teil des Steuerraumvolumens in den Ablauf verdrängt. Wesentlich größer als diese in den Ablauf verdrängte Menge von auch als Steuermedium eingesetzten Einspritzmedium ist die Leckage, die bei geöffnetem Ablauf durch den Kurzschluss zwischen hochdruck- seitigem Zulauf und niederdruckseitigem Ablauf, ungeachtet der beiderseitigen Drosselung als Steuerleckage, zustande kommt . Dies gilt bei zum Steuerraum freiliegenden Mündungen von Zu- und Ablauf, ungeachtet dessen, welchen vom Steuerkolben nicht überfahrenen bzw. nicht abgedeckten Wandbereichen des Steuerraumes diese zugeordnet sind.
Eine diesbezügliche Zuordnung ist der EP 0 907 018 A2 zu entnehmen, bei der der zulaufseitige Öffnungsquerschnitt zum Steuerraum dessen Stirnwand in Überdeckung zur Stirnseite des Steuerkolbens zugeordnet ist, während der ablaufseitige Öff- nungsquerschnitt radial außerhalb des stirnseitigen Umfangs des Steuerkolbens im vom Steuerkolben nicht übersteuerten Bereich liegt, wobei das Steuerglied und die zugehörigen Stelleinrichtungen des Steuerventiles entsprechend der radialen Lage des ablaufseitigen Öffnungsquerschnittes radial zum Steuerkolben angeordnet sind, um zu einer verkürzten und gedrängten Bauweise des Einspritzinjektors zu kommen.
Bei einem Einspritzinjektor der eingangs genannten und im 0- berbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Art liegt der Zulauf auf den Steuerraum bezüglich seines Öffnungsquerschnittes radial außerhalb des stirnseitigen Umfangs des Steuerkolbens und es ist der ablaufseitige Öffnungsquerschnitt der Stirnwand des Steuerraumes in Überdeckung zur Stirnseite des Steuerkolbens zugeordnet, wobei der Steuerkol- ben bezüglich seiner Stirnseite eine Überwölbung aufweist, die als Teil der Anschlagbegrenzung in Überdeckung zum ablaufseitigen, der Stirnwand zugeordneten Öffnungsquerschnitt liegt, so dass sich über die Anschlagbegrenzung bei geöffnetem Steuerventil und druckentlastetem Steuerraum für den Steuerkolben eine die Verbindung zwischen Zu- und Ablauf mehr oder minder absperrende Lage ergibt. Verbunden ist mit einer derartigen Lösung auf Grund der flachen Überwölbung der Stirnseite des Steuerkolbens, dass ein wesentlicher Teil der stirnseitigen Querschnittsfläche in Verbindung mit der Um- Stellung des Steuerventiles von seiner Öffnungslage in die Absperrlage nicht für eine unmittelbare Druckbeaufschlagung zur Verfügung steht, so dass sich, entsprechend zur verzögerten Verstellung des Steuerkolbens, die Verstellung des ange- steuerten Ventilschließgliedes, so beispielsweise der Düsennadel, in Schließrichtung verzögert, wobei eine steuertechnische Berücksichtigung dieser Gegebenheiten durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventiles schwierig ist, da bereits geringe geometrische Änderungen in der Anschlagbegrenzung, bzw. in den durch diese Art der Anschlagbegrenzung entstehenden kleinen Spalträumen größere Auswirkungen auf das Ansprechverhalten des Steuerkolbens haben, so dass eine stabile, zeitgenaue Steuerung der Schließbewegung des angesteuerten Ventilschließgliedes erschwert, wenn nicht unmöglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einspritzinjektor der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass ausgehend vom Steuerventil und dessen Ansteuerung die Verstellung des Steuerkolbens und damit die Schließbewegung des Ventilschließgliedes zeitgenau und auch, bezogen auf angemessene Betriebszeiten, stabil eingeleitet werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Einspritzinjektor der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht, wobei durch die Lage der Anschlagbegrenzung in einer stirnseitigen Randzone des Steuerkolbens und die Ausmündung des Zulaufes auf einen durch die Anschlagbegrenzung umgrenzten Spaltraum eine vorgegebene Beaufschlagungsfläche für das zulaufseitig eingebrachte, unter hohem Druck stehende und als Steuermedium eingesetzte Einspritzmedium gegeben ist mit der Folge, dass beim Aufsteuern des Steuerventiles und Verlagerung des Steuerkolbens gegen die Stirnwand der anschlagbegrenzt umgrenzte Raum mit zunehmender Annäherung des Steuerkolbens gegen die Stirnwand ein Druck- kissen bildet, das durch Anschluss an die Zulaufseite, und damit an die Hochdruckseite, in seinem Volumen aufgefüllt wird, bei gleichzeitiger zunehmender Drosselung über die Anschlagbegrenzung, so dass die Anschlagbegrenzung quasi einen Quetschspalt bildet, über den zwar eine wesentliche Verringerung der im Kurzschluss vom Zulauf zum Ablauf fließenden Leckmenge erreicht wird, der aber, insbesondere in Anbetracht der kurzen Steuerzeiten, als Leckspalt eine gewisse Durchtrittsmenge zulässt. Damit ist die Ausgangsposition dafür ge- schaffen, dass beim Schließen des Steuerventiles in Anbetracht der Ausmündung des Zulaufes auf den durch die Anschlagbegrenzung umgrenzten Spaltraum eine schlagartige Beaufschlagung der Stirnfläche des Steuerkolbens erreicht wird, was eine zeitgenaue Steuerung der Schließbewegung des Ventil- schließgliedes ermöglicht, wobei die geschilderte Quetsch- spaltbindung gleichzeitig sicherstellt, dass die Anschlagbegrenzung in der Funktion einer wegbegrenzenden Dichtgrenze mit empfindlichen, aber hochbeanspruchten Sitzflächen - in A- nalogie zur Sitzfläche der Düsennadel einer Einspritzdüse - im Regelfall nicht oder nur gering beansprucht ist, so dass langzeitig gleichbleibende, stabile Arbeitsverhältnisse auch unter geometrischen Gesichtspunkten gewährleistet sind. Grundsätzlich ist eine, wenn auch querschnittskleine KurzschlussVerbindung nötig, bzw. eine nur momentane, also sehr kurzzeitige Abdichtung im Rahmen der Erfindung zulässig, da andernfalls eine vollständige Abdichtung über die Dichtgrenze bei geöffnetem Steuerventil gegeben wäre, eine solche vollständige Abdichtung aber eine Reaktion des Kolbens auf Vorgaben des Steuerventils verhindern würde.
In Ausgestaltung der Erfindung kann der Spaltraum von einer stirnseitigen Vertiefung des Steuerkolbens und/oder einer stirnwandseitigen Vertiefung gebildet sein, wobei die Abgrenzung des Spaltraumes gegen die Anschlagbegrenzung verlaufend oder auch stufenartig ausgebildet sein kann, wodurch sich, abgesehen von fertigungstechnischen Möglichkeiten, auch die Strömungsverhältnisse hinsichtlich der Quetschspaltbildung beeinflussen lassen.
Des Weiteren erweist es sich als zweckmäßig, wenn zwischen Steuerkolben und aufnehmender Bohrung im der Anschlagbegrenzung benachbarten Axialbereich ein ringförmiger Freiraum vorgesehen wird und wenn der Ablauf mit seinem Öffnungsquer- schnitt diesem Freiraum zugeordnet wird, wobei der Freiraum bevorzugt durch eine Erweiterung der Bohrung zur Aufnahme des Steuerkolbens im axialen, der Stirnwand zugeordneten Endbereich gebildet wird, aber auch durch eine gewisse Durchmesserreduzierung des Steuerkolbens angrenzend an dessen Stirn- fläche gebildet sein kann. Dieser Freiraum in Form eines
Ringraumes lässt sich erfindungsgemäß zur Quetschspaltbildung dadurch nutzen, dass seine stirnseitige Begrenzung axial gegen die Stirnwand abgesetzt ist und eine kleine Stufe bildet, so dass der Kolben in seiner oberen, der Stirnwand benachbar- ten Grenzlage im Bereich der Dichtgrenze in axialer Überdeckung zur Stufe liegt, womit sich eine besonders intenvise Dämpfung beim Einfahren in diese obere Grenz- und/oder Anschlaglage des Steuerkolbens ergibt .
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, ferner wird die Erfindung nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematisierte Gesamtdarstellung eines Einspritzinjektors im Schnitt zur Erläuterung von dessen Gesamtaufbau und der Funktion des Steuerventils, und Fig. 2 und 3 stark schematisierte und vergrößerte Ausschnittsdarstellungen eines Steuerventils in erfindungsgemäßer Ausgestaltung, wobei Fig. 2 das Steuerventil in seiner Öffnungslage und Fig. 3 in seiner
Schließlage zeigt.
Der in der schematisierten Gesamtdarstellung gemäß Fig. 1 gezeigte Einspritzinjektor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Düsenteil 2 und einem Steuer- und Stellerteil 3, das funktio- nell auch den Düsenhalter bildet und dem der Versorgungsan- schluss, symbolisch dargestellt durch den Pfeil 4 - für das unter Hochdruck stehende Einspritzmedium, insbesondere Diesel oder Schweröl, zugeordnet ist. Zur RücklaufSeite ist der ent- sprechende rücklaufseitige Anschluss durch den Pfeil 5 symbolisiert .
Das Steuer- und Stellerteil 3 umfasst einen Magnetsteller 6, über den das Steuerventil 7 angesprochen wird, das das vom Magnetsteller 6 beaufschlagte Ventilglied 8 umfasst, über das die Druckbeaufschlagung eines Steuerraumes 9 gesteuert wird.
Der Steuerraum 9 ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 einerseits, bei modularem Aufbau des Injektors, von der Stirnwand 10 einer Zwischenplatte 11 überdeckt und andererseits von einer Bohrung 12 und einem in dieser geführten, die Düsennadel 15 beaufschlagenden Steuerkolben 13 begrenzt. Die Bohrung 12 ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 in einer Hülse 14 vorgesehen, die auf dem Steuerkolben 13 geführt ist, der seiner- seits koaxial mit einer Düsennadel 15 verbunden ist. Die Düsennadel 15 bildet das Ventilglied eines Hauptstromventiles, dessen Sitz dem Düsenkörper 16 zugeordnet ist, der gleichzeitig auch die Führung für die Düsennadel 15 bildet und einen Druckraum 17 aufweist, auf den die hochdruckseitige Versor- gung mit Einspritzmedium über die strichliert angedeutete Leitungsverbindung 18 erfolgt. Die Düsennadel 15 liegt in der dargestellten Schließlage dichtend im Düsensitz 19 an und ist über den im Druckraum 17 anstehenden Druck durch Beaufschla- gung ihrer Druckschulter 20 in Öffnungsrichtung belastet. In Gegenrichtung ist die Düsennadel 15 über die Feder 21 beaufschlagt, sowie durch den im Steuerraum 9 anstehenden Druck, wenn, wie in Fig. 1 strichliert angedeutet, der Steuerraum 9 durch den gedrosselten, strichliert angedeuteten Zulauf 22 aus der hoch-druckseitigen Leitungsverbindung 18 gespeist ist und der ebenfalls strichliert dargestellte und gedrosselte Ablauf 23 über das Ventilglied 8 in seiner durch die Leitung 24 angedeuteten Verbindung zum Rücklauf (Pfeil 5) gesperrt ist. Wird das Ventilglied 8 durch Bestromung des Magnetstel- lers 6 in eine in Fig. 1 nicht dargestellte Öffnungsstellung überführt, so ist der Ablauf 23 mit der Leitung 24 verbunden und es wird der Steuerraum 9 druckentlastet, so dass die unter anderem über die Druckschulter 20 in Öffnungsrichtung beaufschlagte Düsennadel 15 vom Düsensitz 19 abhebt und die Einspritzung freigibt.
Entsprechend der geschilderten Anordnung mit gedrosseltem, hochdruckseitigem Zulauf 22 und gedrosseltem und gesteuertem Ablauf 23 zur Niederdruckseite wird bei Freigabe der Verbin- düng des Ablaufes 23 zum Rücklauf gemäß Pfeil 5 verbunden mit dem Druckabbau im Steuerraum 9 das Steuerraumvolumen durch die mit dem Öffnen der Düsennadel 15 verbundene, gleich gerichtete Hubbewegung des Steuerkolbens 13 verringert und ein entsprechendes Volumen auf den Rücklauf 5 abgedrängt. Im Wei- teren bleibt die mit dem Öffnen des Ventilgliedes 8 geschaffene Kurzschlussverbindung, ungeachtet der Drosselung im Zulauf 22 und im Ablauf 23, offen, bis das Ventilglied 8 umgesteuert wird. Die offene DurchlaufVerbindung bedingt erhebliche Leckverluste. Fig. 2 und 3 veranschaulichen in einer stark vereinfachten Schemadarstellung ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bereiches A, wobei ungeachtet baulicher Abweichungen für entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind und wobei die diesbezüglich geschilderten Funktionen und Ausgestaltungen nicht an eine Gestaltung des Injektors 1 gemäß Fig. 1 gebunden sind, so beispielsweise an den modularen Aufbau des Injektors 1 oder dergleichen.
So ist mit 8 das Ventilglied des Steuerventiles bezeichnet, und mit 13 der Steuerkolben. Der Steuerkolben 13 ist hubbeweglich in der Bohrung 12 geführt, und grenzt mit der Bohrung 12 und der die Bohrung 12 überdeckenden Stirnwand 10 den Steuerraum 9 ab, wobei der Steuerraum 9 angrenzend an die Stirnwand 10 im Durchmesser durch eine radiale Erweiterung 27 der Bohrung 12 vergrößert ist, so dass ein ringförmiger Freiraum, insbesondere ein zylindrischer Ringraum um das der Stirnwand 10 gegenüberliegende, stirnseitige Ende des Steuerkolbens 13 gegeben ist. Im radialen Überdeckungsbereich zur Stirnseite 28 des Kolbens 13 liegt der Öffnungsquerschnitt 29 des Zulaufes 22 auf den Steuerraum 9. Im Zulauf 22 liegt eine Drossel 30. Der Ablauf 23 weist einen steuerraumseitigen Öffnungsquerschnitt 31 auf. Dem Ablauf 23 ist eine Drossel 32 zugeordnet, die im Ausführungsbeispiel durch eine Bohrung in einer Sitz-platte 33 gebildet ist, die von dem im Ausführungsbeispiel mit einer flachen Sperrfläche 34 versehenen Ventilglied 8 in dessen Schließlage abgedeckt und verschlossen wird.
Zwischen dem Steuerkolben 13 und der Stirnwand 10 wird bei
Druckentlastung des Steuerraumes 9 und entsprechender Hubverlagerung des Steuerkolbens 13 gegen die Stirnwand 10 eine Anschlagbegrenzung 35 gebildet, die der Randzone 36 des Steuerkolbens 13 im Übergang zwischen Stirnwand 10 und Stirnseite 28 zugeordnet ist, wobei diese beispielsweise dadurch gebildet ist, dass innerhalb der Randzone 36, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, der Kolben 13 stirnseitig zurückgenommen ist. In a- naloger Weise könnte eine entsprechende Ausbildung auch der Stirnwand 10 zugeordnet sein. Die stirnseitige, gegenüber der Randzone 36 axial zurückgenommene Ausbildung des Steuerkolbens 13 führt in der der Öffnungslage des Ventilgliedes 8 entsprechenden, in Fig. 2 dargestellten oberen Grenzlage des Steuerkolbens 13 zur Bildung eines durch die gegebenenfalls schneidenför ige, durch den Rand des Kolbens 13 gebildete Anschlagbegrenzung 35 randumschlossenen flachen Spaltraumes 37, dessen Tiefe in den Figuren überzeichnet dargestellt ist und der radial nach außen gestuft oder verlaufend in die Randzone 36 übergeht .
Diese Ausgestaltung hat in Verbindung mit der Ausmündung (Öffnungsquerschnitt 29) des Zulaufes 22 auf den von der Anschlagbegrenzung 35 umschlossenen Ringraum zur Folge, dass bei Öffnung des Ablaufes 23 über das Ventilglied 8 entgegen dem Rücklauf (Pfeil 5) und die auf Grund der Druckbeaufschlagung in der Düsennadel 15 in Öffnungsrichtung erfolgende Hubbewegung des Steuerkolbens 13 gegen die Stirnwand 10 der Steuerkolben 13 gegen ein durch den nach wie vor offenen Zulauf 22 gespeistes Druckpolster anläuft, so dass auch bei der angestrebten, nahezu schlagartigen Öffnungsbewegungen der Düsennadel 15 diese in der Endphase gedämpft abgefangen wird, da die Anschlagbegrenzung 35 die Funktion eines Quetschspaltes hat. Entsprechend dieser Funktion bildet die Anschlagbegrenzung 35 im Regelfall auch keine absolute Dichtgrenze, sondern mehr einen Drosselspalt, der zunächst die Leckage bei geöffnetem Ventilglied wesentlich reduziert. Darüber hinaus wird dadurch aber auch sichergestellt, dass beim Schließen des Ventilgliedes 8 das Spaltvolumen nahezu schlagartig auf das Druckniveau des Zulaufes 22 angehoben wird, wobei die er- findungsgemäße Ausgestaltung auch die Voraussetzung dafür bietet, dass die Stirnfläche 25 des Steuerkolbens 13 ohne merkbare Zeitverzögerung vollständig beaufschlagt wird. Zudem verhindert die erfindungsgemäße Lösung, dass in der Öffnungs- phase des Ventilgliedes 8 das zwischen Stirnwand 10 und Stirnfläche 25 abströmende, unter Hochdruck stehende Ein- spritzmedium - entsprechend dem hydrodynamischen Paradoxon - zu einem Anhaften des Steuerkolbens 13 mit seiner Stirnfläche 25 an der Stirnwand 10 führt, was sich beim Umsteuern des Ventilgliedes 8 von der Öffnungs- in die Schließlage verzögernd auf das angestrebte, nahezu schlagartige Schließen der Düsennadel 15 durch eine entsprechende Verlagerung des Steuerkolbens 13 auswirken würde.
Durch die Erfindung wird somit mit einfachen Mitteln eine Lösung geschaffen, die sowohl die Leckage reduziert als auch die Betriebssicherheit durch Verschleißverminderung erhöht.
Die angestrebte "Quetschspaltbildung" und Dämpfungsfunktion lässt sich im Rahmen der Erfindung auch dadurch erreichen bzw. verbessern, dass der ringförmige, durch die radiale Erweiterung 27 gebildete Freiraum nicht bis an die Stirnwand 10 durchgezogen ist, so dass eine Ringstufe 38 entsteht, in die der Steuerkolben 13 beim Anfahren seiner oberen Endlage ein- taucht. Hierdurch ergibt sich trotz nur geringer axialer Ü- berlappung ein radial schmaler Durchströmspalt, und eine entsprechende Dämpfung. Die beispielhaft in Fig. 3 angedeutete Ringstufe 38 ist zur besseren Erkennbarkeit abweichend vom in Fig. 2 und Fig. 3 schematisch dargestellten, die Zylinderboh- rung 12 aufnehmenden Körper schraffiert, wird zweckmäßigerweise aber einstückig mit diesem Körper ausgebildet, so beispielsweise bezogen auf eine Übersichtsdarstellung gemäß Figur 1, einstückig mit der Zwischenplatte 11.

Claims

Patentansprüche
1. Einspritzinjektor für Brennkraftmaschinen, insbesondere für mit Diesel oder Schweröl als Einspritzmedium betriebene Brennkraftmaschinen, mit einem einem Hauptstromventil vorgelagerten Steuerventil, das einen Steuerraum aufweist, der a- xial gegenüberliegend zu einer Stirnwand über einen in einer Bohrung geführten, in Richtung auf die Stirnwand anschlagbegrenzt verschieblichen Steuerkolben volumenveränderlich abge- grenzt ist und der in der Verbindung zwischen einem gedrosselten Zulauf und einem gedrosselten und gesteuerten Ablauf liegt, von deren Öffnungsquerschnitten zum Steuerraum der eine stirnwandseitig in Überdeckung zur Stirnseite des Steuerkolbens und der andere radial außerhalb des stirnseitigen Um- fangs des Steuerkolbens liegt, wobei die Anschlagbegrenzung für den Steuerkolben stirnseitig zum Steuerkolben gegen die Stirnwand des Steuerraumes vorgesehen und über die Anschlagbegrenzung eine Drosselstelle im Übergang zwischen Zulauf und Ablauf gebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anschlagbegrenzung (35) für den Steuerkolben (13) in Richtung auf die den Steuerraum (9) überdeckende Stirnwand (10) einer Randzone (36) des Steuerkolbens (13) zugeordnet ist, die einen zwischen Stirnwand (10) und Steuerkolben (13) verbleibenden Spaltraum (37) umgrenzt, auf den der Zulauf
(22 ) ausmündet .
2. Einspritzinjektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spaltraum (37) von einer stirnseitigen Vertiefung des Steuerkolbens (13) gebildet ist.
3. Einspritzin ektor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spaltraum (37) von einer stirnwandseitigen Vertiefung gebildet ist.
4. Einspritzin ektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vertiefung in einen der Anschlagbegrenzung (35) zugeordneten Anschlagrand (Randzone 36) einläuft.
5. Einspritzin ektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vertiefung gegen einen der Anschlagbegrenzung (35) zugeordneten Anschlagrand (Randzone 36) stufig abgesetzt ist.
6. Einspritzinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen Steuerkolben (13) und aufnehmender Bohrung (12) im der Anschlagbegrenzung (35) benachbarten Axialbereich ein ringförmiger Freiraum (Erweiterung 27) vorgesehen ist.
7. Einspritzinjektor nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Freiraum durch einen im Durchmesser reduzierten Axialbereich des Steuerkolbens (13) gebildet ist.
8. Einspritzinjektor nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Freiraum (Erweiterung 27) durch einen im Durchmesser erweiterten Axialbereich der den Steuerkolben (13) aufnehmenden Bohrung (12) gebildet ist.
9. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ablauf (23) vom Freiraum (Erweiterung 27) ausgehend vorgesehen ist.
10. Einspritzinjektor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der ringförmige Freiraum (Erweiterung 27) mit Abstand zur Stirnwand (10) endet, derart, dass der Steuerkolben (13) in seiner oberen Endlage in eine axiale Überdeckungslage zur dadurch gebildeten Ringstufe (38) einläuft.
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