DE19618468C1 - Einspritzventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 426 205 B1 ist bereits ein elektro-hydraulisches Einspritzventil bekannt, das einen Steuerkolben aufweist, der durch eine Feder von einer Aktuatorstange beabstandet ist, so daß zwischen dem Steuerkolben und der Aktuatorstange ein Steuerraum ausgebildet ist. Die Aktuatorstange geht an einem Ende in eine Düsennadel über, die mit einem Ventilsitz mit Einspritzöffnungen zusammenwirkt. Über einen Zulauf wird Kraftstoff über eine Leitung im Inneren des Steuerkolbens in den Steuerraum geleitet. Die Leitung im Steuerkolben ist über ein elektromagnetisch betätigbares Steuerventil mit einer Ab­ flußleitung verbunden. Der Steuerkolben wird von der Feder gegen eine Dichtfläche eines Anschlagteiles gedrückt, in dem Leitungen angeordnet sind, die von der Dichtfläche zu einem Kraftstoffzulauf geführt sind.

Das beschriebene Einspritzventil ist relativ aufwendig in der Herstellung.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein relativ einfach aufgebautes Einspritzventil bereitzustellen, das ein schnel­ les Schließen ermöglicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil des Anspruchs 1 beruht darin, daß auf der Außenseite des Steuerkolbens ein Ringkanal eingebracht ist, der mit einen Kraftstoffzulauf in Verbindung steht, und der Steuerkolben den Ringkanal gegen den Steuerraum abdichtet, wobei durch eine Bewegung des Steu­ erkolbens gegen ein Federelement der Ringkanal mit dem Steu­ erraum verbindbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Druck im Steuerraum sehr schnell erhöht wird und dadurch die Aktuatorstange nach unten gedrückt wird und somit die Dü­ sennadel des Einspritzventils auf den zugeordneten Ventilsitz gepreßt wird und die Einspritzung abrupt unterbricht.

Das erfindungsgemäße Einspitzventil ist zudem einfach zu fer­ tigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: Ein schematisch dargestelltes Einspritzventil,

Fig. 2 Ein Einspritzventil mit einer Druckplatte,

Fig. 3 Ein zweiteiliges Einspritzventil,

Fig. 4 Ein Einspritzventil mit einer Buchse und

Fig. 5 Verschiedene Varianten eines Steuerventils.

Fig. 1 zeigt ein Einspritzventil mit einem Gehäuse 13, in das eine zylinderförmige Steuerbohrung 25 eingebracht ist, an die sich eine zylinderförmige Aktuatorbohrung 26 anschließt. In der Steuerbohrung 25 ist ein zylinderförmiger Steuerkolben 3 angeordnet. Der Steuerkolben 3 erstreckt sich bis in die Aktuatorbohrung 26, wobei sich das Abschlußstück 28 des Steu­ erkolbens in Richtung auf die Aktuatorbohrung 26 konisch ver­ größert. Im Übergangsbereich von der Steuerbohrung 25 zur Ak­ tuatorbohrung 26 ist eine ringförmig umlaufende Dichtfläche 27 im Gehäuses 13 ausgebildet, die konisch von dem größeren Durchmesser der Aktuatorbohrung 26 zu dem kleineren Durchmes­ ser der Steuerbohrung 25 überleitet. Die Dichtfläche 27 und das Abschlußstück 28 des Steuerkolbens 3 bilden einen ring­ förmig umlaufenden Dichtsitz 11. Oberhalb des Dichtsitzes 11 ist in das Gehäuse 13 eine Zulaufbohrung 1 für Kraftstoff ein­ gebracht. Auf der Höhe der Zulaufbohrung 1 weist der Steuer­ kolben 3 eine ringförmig umlaufende Ausnehmung auf, so daß in diesem Bereich zwischen dem Steuerkolben 3 und der Wandung des Gehäuses 13 ein Ringkanal 2 ausgebildet ist. Ausgehend vom Ringkanal 2 führt eine Eingangsbohrung 29 radial zur Mit­ tenlinie des Steuerkolbens 3 zu einer Zulaufdrossel 4, die zu einem in Achsialrichtung des Steuerkolbens 3 angeordneten Druckraum 5 führt. Der Druckraum 5 erstreckt sich nach oben in Richtung auf eine Ablaufbohrung 30, die symmetrisch zur Mittensymmetrielinie 31 über dem Steuerkolben 3 in das Gehäu­ se 13 eingebracht ist und mit der Steuerbohrung 25 verbunden ist. Die Ablaufbohrung 30 geht in eine Ablaufdrossel 12 über und führt zu einem elektromagnetisch betätigbaren Steuerven­ til 8, das die Ablaufdrossel 12 mit einem Ablauf 34 verbin­ det.

In Richtung auf die Aktuatorbohrung 26 geht der Druckraum s in eine Steuerdrossel 6 über, die in einen Steuerraum 7 mün­ det, der zwischen dem Steuerkolben 3 und einer in der Aktua­ torbohrung 26 angeordneten Aktuatorstange 9 ausgebildet ist. Der Steuerkolben 3 weist angrenzend zum Steuerraum 7 ein zy­ linderförmiges Zentrierstück 32 auf. Die Aktuatorstange 9 weist angrenzend an den Steuerraum 7 ein zweites, zylinder­ förmiges Zentrierstück 33 auf, das einen kleineren Durchmes­ ser als die Aktuatorstange 9 aufweist. Zwischen dem Steuer­ kolben 3 und der Aktuatorstange 9 ist eine erste Feder 10 im Steuerraum 7 angeordnet, die sowohl das erste als auch das zweite Zentrierstück 32, 33 umfaßt. Die erste Feder 10 sorgt für einen Abstand zwischen dem Steuerkolben 3 und der Aktua­ torstange 9, so daß der Steuerraum 7 ausgebildet wird. Zudem drückt die erste Feder 10 die Düsennadel 40, die sich an die Aktuatorstange 9 anschließt, auf einen Ventilsitz 41, so daß die Spritzlöcher 45 der Einspritzdüse von der Kraftstoffzu­ fuhr getrennt sind. Zwischen der Düsennadel 40 und dem Gehäu­ se 13 ist ein Kraftstoffraum 43 ausgebildet, der über einen Kraftstoffzulauf 44 mit Kraftstoff versorgt wird.

Parallel zur Kraft der Feder 10 wirkt eine zweite Feder 36, die die Aktuatorstange 9 gegen den Ventilsitz 41 drückt und sich dabei gegen das Gehäuse 13 abstützt. Auf diese Weise kann die Kraft, mit der der Steuerkolben 3 gegen den Dicht­ sitz 11 gedrückt wird, kleiner gewählt werden, als die Schließkraft der Düsennadel 40.

Der Steuerkolben 3, die Aktuatorstange 9, die Steuerbohrung 25 und die Aktuatorbohrung 26 sind radialsymmetrisch zur Mit­ tensymmetrielinie 31 ausgebildet.

Anhand der Fig. 1 wird im folgenden die Funktionsweise des Einspritzventils erläutert: Im geschlossenen Zustand befindet sich die Aktuatorstange 9 in einer Schließposition, bei der die Düsennadel 40 auf den Ventilsitz 41 gepreßt ist und die Spritzlöcher 45 der Einspritzdüse von der Kraftstoffversor­ gung getrennt sind. Es findet somit keine Einspritzung statt. In diesem Zustand wird über die Zulaufbohrung 1 Kraftstoff in den Ringkanal 2, davon ausgehend über die Eingangsbohrung 29, die Zulaufdrossel 4 in den Druckraum 5 des Steuerkolbens 3 gedrückt. Vom Druckraum 5 fließt der Kraftstoff über die Steuerdrossel 6 in den Steuerraum 7. Zudem versucht der Kraftstoff vom Druckraum 5 über die Ablaufbohrung 30 und die Ablaufdrossel 12 zu entweichen. In diesem Zustand ist jedoch das elektromagnetisch betätigbare Steuerventil 8 geschlossen. Im Druckraum 5 und im Steuerraum 7 herrscht der gleiche Druck. Die Aktuatorstange 9 wird in Richtung auf den Ventil­ sitz 41 der Düsennadel 40 gedrückt, da der Kraftstoffdruck im Steuerraum 7 auf eine größere Fläche der Aktuatorstange 9 einwirkt als der Kraftstoffdruck auf der Unterseite der Dü­ sennadel 40 im Kraftstoffraum 43. Der Steuerkolben 3 wird in dieser Situation durch die erste Feder 10 im oberen Anschlag gehalten, so daß der Steuerkolben 3 auf dem Dichtsitz 11 auf­ sitzt und den Ringkanal 2 gegen den Steuerraum 7 abdichtet.

Wird nun das Steuerventil 8 geöffnet, so fließt der Kraft­ stoff durch die Ablaufdrossel 12 über den Ablauf 34 ab. Da der nachlaufende Kraftstoff die Zulaufdrossel 4 passieren muß, sinkt der Druck im Druckraum 5. Die Folge davon ist, daß aus dem Steuerraum 7 Kraftstoff durch die Steuerdrossel 6 in den Druckraum 5 abfließt. Daraufhin sinkt im Steuerraum 7 der Kraftstoffdruck ab und die Aktuatorstange 9 und damit auch die Düsennadel 40 werden durch den im Kraftstoffraum 43 wir­ kenden Kraftstoffdruck angehoben und Kraftstoff wird über die Spritzlöcher 45 eingespritzt.

Wird nun das Steuerventil 8 geschlossen, so strömt weiterhin Kraftstoff durch die Zulaufdrossel 4 in den Druckraum 5 ein. Aufgrund der Steuerdrossel 6 steigt zunächst der Druck im Druckraum 5 schneller an als im Steuerraum 7. Infolgedessen wirkt auf die Oberseite des Steuerkolbens 3 eine größere Kraft als auf die Unterseite, so daß der Steuerkolben 3 nach unten gegen die erste Feder 10 verschoben wird und sich dabei vom Dichtsitz 11 abhebt und so eine direkte Verbindung zwi­ schen dem Ringkanal 2 und dem Steuerraum 7 freigibt. Die Fol­ ge davon ist, daß der Kraftstoff aus dem Zulauf 1 über den Ringkanal 2 direkt durch den gesamten Querschnitt des geöff­ neten Dichtsitzes 11 in den Steuerraum 7 fließt. Daraufhin erhöht sich im Steuerraum 7 der Kraftstoffdruck abrupt, so daß die Düsennadel 40 auf den Ventilsitz 41 gedrückt wird, so daß die Einspritzung abrupt endet.

Am Dichtsitz 11 tritt eine im Vergleich zur Zulaufdrossel 4 und zur Steuerdrossel 6 sehr geringe Drosselwirkung durch die erste Feder 10 auf. Stellt sich ein Druckausgleich zwischen dem Druckraum 5 und dem Steuerraum 7 ein, dann wird der Steu­ erkolben 3 von der erste Feder 10 wieder nach oben in seine Ausgangslage gedrückt, so daß der Steuerkolben 3 den Dicht­ sitz 11 wieder abschließt und der Ringkanal 2 vom Steuerraum 7 wieder getrennt ist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung des Einspritzventils mit einem geteilten Gehäuse, bei dem auf das Gehäuse 13 eine Druckplat­ te 14 aufgelegt ist, die die Steuerbohrung 25 in Richtung auf das Steuerventil 8 abschließt. In die Druckplatte 14 ist die Ablaufbohrung 30, die Ablaufdrossel 12 und das Steuerventil 8 mit dem Ablauf 34 eingebracht. Die Druckplatte 14 ist über eine Überwurfmutter fest mit dem Gehäuse 13 verschraubt. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 13 und der Druckplatte 14 er­ folgt über einen ebenen Dichtsitz 15. Es kann jedoch auch ei­ ne Abdichtung über einen Schneidring oder einen Kegelsitz An­ wendung finden. Die Ausführung des Einspritzventils mit einer gesonderten Druckplatte besitzt den Vorteil, daß die Steuer­ bohrung 25 bei der Herstellung des Einspritzventiles leichter zu bearbeiten ist.

Fig. 3 zeigt eine Aufteilung des Gehäuses 13, bei der der ebene Dichtsitz 15 in der Höhe des Dichtsitzes 11 angeordnet ist. Auf diese Weise ist der konisch zulaufende Dichtsitz 11 bei der Herstellung leicht zu bearbeiten. Justierprobleme zwischen der Steuerbohrung 25 und dem Dichtsitz 11 treten nicht auf, da die Steuerbohrung 25 und der Dichtsitz 11 in das gleiche Gehäuseteil eingebracht sind.

Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfin­ dung, bei der die Steuerbohrung 25 in Richtung auf das Steu­ erventil 8 mit einer Druckplatte 14 entsprechend Fig. 2 ab­ geschlossen ist und in die Steuerbohrung 25 eine Führungs­ buchse 17 eingebracht ist. Vorteilhafter Weise ist die Füh­ rungsbuchse 17 von einem Ringraum 18 umgeben, der an den Zu­ lauf 1 angeschlossen ist. Die Verwendung der Führungsbuchse 17 bietet die Möglichkeit, die Führungsbuchse 17 genau zu fertigen und anschließend in das Gehäuse 13 einzubringen.

Der Ringraum 18, der die Führungsbuchse 17 auf der gesamten Außenfläche abdeckt bietet den Vorteil, daß der im Ringraum 18 vorhandene Kraftstoffdruck eine Aufweitung der Kraftstoff­ buchse 17 nach außen verhindert. Dadurch wird die Spaltauf­ weitung zwischen den Steuerkolben 3 und der Führungsbuchse 17 verringert.

Fig. 5 zeigt mehrere vorteilhafte Ausführungsformen des Ab­ laufventils 8.

Fig. 5a zeigt einen ebenen Ventilsitz 20, bei dem die Ven­ tilnadel 35 in Richtung auf den Ventilsitz 20 konisch zuläuft und in eine parallel zum Ventilsitz 20 angeordnete Dichtflä­ che übergeht.

Fig. 5b zeigt ein Steuerventil 8, bei dem die Ventilnadel 35 eine Kugel 19 in einen konusförmigen Ventilsitz 20 drückt und somit die Ablaufdrossel 12 öffnet und schließt.

Fig. 5c zeigt ein Steuerventil 8, bei dem die Ventilnadel 35 in Richtung auf die Ablaufdrossel konisch zuläuft und auf ei­ ner ebenfalls konisch zulaufende Bohrung 21 aufliegt, wobei die konisch zulaufende Bohrung 21 in einen flacheren Winkel zusammenläuft als die konische Spitze 22 der Ventilnadel.

Claims (10)

1. Einspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse (13), in das eine Aktua­ torbohrung (26) eingebracht ist, in der eine bewegbare Aktua­ torstange (9) angeordnet ist, die eine Düsennadel (40) auf­ weist, die im geschlossenen Zustand des Einspritzventils ge­ gen einen Ventilsitz (41) gedrückt ist, der eine Ein­ spritzöffnung aufweist;
mit einer Steuerbohrung (25), die sich an die Aktuatorbohrung (26) anschließt, wobei in der Steuerbohrung (25) ein bewegba­ rer Steuerkolben (3) eingebracht ist,
wobei zwischen der Aktuatorstange (9) und dem Steuerkolben (3) ein Federelement (10) angeordnet ist, so daß zwischen dem Steuerkolben (3) und der Aktuatorstange (9) ein Steuerraum (7) ausgebildet ist;
mit einem Zulauf (1), der in das Gehäuse (13) eingebracht ist, und der über Leitungen (2, 29, 4, 5, 6, 30) mit dem Steuerraum (7) und über ein Steuerventil (8) mit einem Ablauf (34) in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitungen einen in den Randbereich des Steuerkolbens (3) eingebrachten Ringkanal (2) aufweisen, der über eine Zu­ laufbohrung (29, 4) mit einem Druckraum (5) im Innern des Steuerkolbens (3) verbunden ist,
daß der Druckraum (5) mit dem Ablauf (34) und dem Steuerraum (7) in Verbindung steht,
daß der Steuerkolben (3) von dem Federelement (10) gegen ei­ nen im Gehäuse (13) ausgebildeten Dichtsitz (11) gedrückt wird, der den Ringkanal (29) gegen den Steuerraum (7) abdich­ tet, und
daß der Steuerkolben (3) gegen die Federkraft des Federelements (10) bewegbar ist und dadurch der Ringkanal (29) mit dem Steuerraum (7) direkt verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von der Steuerbohrung (25) zu der Aktuator­ bohrung (26) eine radial umlaufende, in Richtung auf die Steuerbohrung (25) konisch zulaufende Dichtfläche (11) auf­ weist, daß sich der Steuerkolben (3) bis in die Aktuatorboh­ rung (26) hinein erstreckt, daß der Steuerkolben (3) im Be­ reich der Dichtfläche (11) eine an die Dichtfläche (11) ange­ paßte Form aufweist, so daß der Steuerkolben (3) die Dicht­ fläche (11) abdichtet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkanal (29) und dem Druckraum (5) eine Zulaufdrossel (4), daß zwischen dem Druckraum (5) und dem Ab­ lauf eine Ablaufdrossel (12), und daß zwischen dem Druckraum (5) und dem Steuerraum (7) eine Steuerdrossel (6) eingebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (4) einen kleineren Öffnungsquerschnitt aufweist als die Ablaufdrossel (12).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufdrossel (12) in einer Druckplatte (14) einge­ bracht ist, die zwischen dem Gehäuse (13) und einer Ventil­ platte angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) aus mindestens zwei Teilen besteht, wo­ bei ein Teil die Aktuatorbohrung (26) beinhaltet und der zweite Teil die Steuerbohrung (25) beinhaltet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Steuerbohrung (25) eine Buchse (17) eingebracht ist, daß zwischen dem Gehäuse (13) und der Buchse (17) ein Ringraum (18) ausgebildet ist, und daß der Ringraum (18) mit dem Zulauf (1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) als ein Nadelventil mit einem ebenen Dichtsitz (15) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) eine Ventilnadel (35) aufweist, die eine Kugel (19) gegen einen konischen Sitz (20) drückt, der mit der Ablaufdrossel (12) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (8) als Nadelventil ausgebildet ist, das eine konisch zulaufende Ventilnadel (35) aufweist, die eine konisch zulaufende Stichbohrung (21) abdichtet, die mit der Ablaufdrossel (12) verbunden ist.