Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs
1 aus. Bei einer solchen aus der EP 0 178 427 B1 bekannten
Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist eine
Kraftstoffhochdruckpumpe saugseitig mit einem
Kraftstoffniederdruckversorgungssystem und hochdruckseitig
zumindest mittelbar mit einem in den Brennraum der
Brennkraftmaschine ragenden Kraftstoffeinspritzventil
verbunden. Dabei ist zwischen dem vom Pumpenkolben
begrenzten Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffhochdruckpumpe
und dem Einspritzventil ein Hochdruckkanal vorgesehen, von
dem bei der bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine
Entlastungsleitung abzweigt, die in das
Kraftstoffniederdrucksystem mündet und die mittels eines
elektrischen Steuerventils verschließbar ist. Dabei erfolgt
die Steuerung der Kraftstoffhochdruckförderung im
Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffhochdruckpumpe durch das
Verschließen der mit dem Hochdruckkanal verbundenen
Entlastungsleitung mittels des elektrischen Steuerventils.
Infolge dieses Verschließens der Entlastungsleitung baut
sich während der Förderhubbewegung des Pumpenkolbens der
Kraftstoffhochdruckpumpe im Pumpenarbeitsraum ein
Kraftstoffhochdruck auf, der über den Hochdruckkanal an das
Einspritzventil geführt wird und dort in bekannter Weise zum
Öffnen des Einspritzventils führt. Die Beendigung der
Kraftstoffhochdruckförderung beziehungsweise
Kraftstoffhochdruckeinspritzung wird an der bekannten
Kraftstoffeinspritzvorrichtung durch das Aufsteuern der
Entlastungsleitung mittels des elektrischen Steuerventils
vorgenommen, in dessen Folge sich der im Pumpenarbeitsraum
und im Hochdruckkanal befindliche Kraftstoffhochdruck über
das Steuerventil in das Niederdruckleitungssystem entspannt.The invention relates to a fuel injection device
for internal combustion engines according to the preamble of the patent claim
1 off. In such a known from EP 0 178 427 B1
Fuel injector is one
High pressure fuel pump on the suction side with a
Low-pressure fuel supply system and high-pressure side
at least indirectly with one in the combustion chamber of the
Internal combustion engine protruding fuel injector
connected. It is between that of the pump piston
limited pump work space of the high pressure fuel pump
and the injection valve a high pressure channel is provided by
that in the known fuel injection device
Discharge line branches off into the
Low-pressure fuel system opens and that by means of a
electrical control valve is closable. This is done
the control of high-pressure fuel delivery in the
Pump workspace of the high-pressure fuel pump through the
Closing the connected to the high pressure duct
Relief line by means of the electrical control valve.
As a result of this closing the relief line is building
during the delivery stroke movement of the pump piston
High-pressure fuel pump in the pump workspace
High pressure fuel, which via the high pressure channel to the
Injector is guided and there in a known manner
Opening the injector leads. The termination of the
High pressure fuel delivery respectively
High-pressure fuel injection is known on the
Fuel injection device by opening the
Relief line by means of the electrical control valve
made, as a result of which in the pump work room
and high-pressure fuel in the high-pressure channel
the control valve relaxes in the low pressure line system.
Das die Hochdruckförderung der Hochdruckpumpe steuernde
elektrische Steuerventil ist dabei als Magnetventil
ausgebildet, dessen verschiebbarer Anker mit einem
kolbenförmigen Ventilglied des Steuerventils verbunden ist,
an dessen Mantelfläche eine Ventildichtfläche vorgesehen
ist. Mit dieser Ventildichtfläche wirkt das
Steuerventilglied mit einem ortsfesten Ventilsitz am
Steuerventilkörper zusammen, wobei zwischen
Ventildichtfläche und Ventilsitzfläche ein Dichtquerschnitt
gebildet ist, der den Entlastungskanal verschließt. Dabei
weist das Steuerventilglied der bekannten
Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Nachteil auf, daß es ein
relativ großes Massenträgheitsmoment aufweist und somit sehr
große Stellkräfte zur Realisierung schneller Steuerzeiten
des Steuerventils benötigt. Diese großen Stellkräfte sind
jedoch nur durch großbauende Stellmagneten in aufwendiger
Weise realisierbar, so daß die heutigen Stellmagneten den
hohen Anforderungen hinsichtlich der raschen Steuerzeiten
nicht genügen können. Ein weiterer Nachteil des bekannten
Steuerventils ist der an der Ventilsitzfläche auftretende
Sitzverschleiß, der infolge der hohen
Aufschlaggeschwindigkeiten des Ventilgliedes oder durch
einen Erosionsabtrag infolge von Kraftstoffverunreinigungen
eintritt und der Undichtheiten am Dichtquerschnitt und in
weiterer Folge dessen Zerstörung verursachen kann.The one that controls the high pressure delivery of the high pressure pump
electrical control valve is used as a solenoid valve
trained, the movable anchor with a
piston-shaped valve member of the control valve is connected,
a valve sealing surface is provided on the lateral surface thereof
is. This works with this valve sealing surface
Control valve member with a fixed valve seat on
Control valve body together, being between
Valve sealing surface and valve seat surface a sealing cross section
is formed, which closes the relief channel. Here
has the control valve member of the known
Fuel injector has the disadvantage that it is a
has a relatively large moment of inertia and thus very much
large actuating forces for realizing fast control times
of the control valve is required. These large actuators are
however, only through large-scale actuating magnets in complex
Realizable so that today's solenoids
high demands with regard to the fast timing
can not suffice. Another disadvantage of the known
Control valve is the one that occurs on the valve seat surface
Seat wear resulting from high
Impact speeds of the valve member or through
erosion due to fuel contamination
occurs and the leaks at the sealing cross-section and in
further consequence of which can cause destruction.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die
Massenträgheit des Steuerventilgliedes durch dessen
Ausbildung aus Keramik stark verringert werden kann. Dabei
lassen sich bei vergleichbaren Ventilgliedgeometrien
Massenreduzierungen bis zu 60% gegenüber herkömmlichen
Ventilgliedern aus Stahl erreichen. Diese Massenreduktion
ermöglicht dabei auch sehr kurze Schaltfolgen,
beziehungsweise sehr schnelle Steuerzeiten der elektrischen
Steuerventile, ohne daß dazu die zur Betätigung dienenden
Stellmagneten größer ausgelegt werden müssen. Weiterhin läßt
sich der Verschleiß an den Dichtflächen der Ventilglieder
durch die Verwendung keramischen Materials erheblich
verringern. Dabei ist es besonders vorteilhaft, neben der
Ausbildung des Ventilgliedes und somit der Ventildichtfläche
aus Keramik auch die mit diesem zusammenwirkende
Ventilsitzfläche aus Keramik auszubilden, was den
Ventildichtsitzverschleiß noch einmal erheblich reduziert.
Um dies konstruktiv zu ermöglichen, ist das kolbenförmige
Ventilglied in vorteilhafter Weise in einer Keramikhülse
gleitverschiebbar geführt, die ihrerseits in eine
Aufnahmebohrung des Ventilkörpers eingesetzt ist. Dabei ist
es desweiteren besonders vorteilhaft, das die
Hochdruckförderung der Hochdruckpumpe steuernde elektrische
Steuerventil direkt in dem Hochdruckkanal zwischen
Hochdruckpumpe und Einspritzventil vorzusehen. Ein weiterer
Vorteil der Verwendung von Steuerventilgliedern und/oder
Sitzhülsen aus Keramik wird durch deren vereinfachte
Fertigung mittels eines Formpreßverfahrens erreicht.
The fuel injection device according to the invention for
Internal combustion engines with the characteristic features of the
Claim 1 has the advantage that the
Mass inertia of the control valve member by the
Training from ceramics can be greatly reduced. Here
can be used with comparable valve element geometries
Mass reductions of up to 60% compared to conventional ones
Reach steel valve members. This mass reduction
enables very short switching sequences,
or very fast control times of the electrical
Control valves without the serving for the actuation
Solenoids must be designed larger. Furthermore leaves
wear on the sealing surfaces of the valve members
by using ceramic material significantly
reduce. It is particularly advantageous in addition to the
Formation of the valve member and thus the valve sealing surface
made of ceramic also the one that interacts with it
Valve seat made of ceramic, what the
Valve seal seat wear significantly reduced once again.
To make this constructively possible, it is piston-shaped
Valve member advantageously in a ceramic sleeve
slidably guided, which in turn in a
Location bore of the valve body is inserted. It is
it is also particularly advantageous that the
High pressure pumping electrical high pressure pump control
Control valve directly in the high pressure channel between
Provide high pressure pump and injector. Another
Advantage of using control valve members and / or
Ceramic seat sleeves are simplified by their
Manufacturing achieved by a compression molding process.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Steuerventilgliedes und
einer Ventilsitzhülse aus Keramik ist dabei neben einer
Verwendung an einer im Ausführungsbeispiel beschriebenen
Pumpe-Leitungs-Düse auch an anderen
Kraftstoffeinspritzsystemen, wie zum Beispiel Pumpedüsen und
allen magnetventilgesteuerten Einspritzsystemen möglich,
wobei Steuerventilglied und Ventilsitzfläche paarweise oder
auch einzeln aus keramischen Werkstoff hergestellt sein
können.The inventive design of the control valve member and
A ceramic valve seat sleeve is next to one
Use on a described in the embodiment
Pump line nozzle also on others
Fuel injection systems, such as pump nozzles and
possible with all solenoid valve-controlled injection systems,
where control valve member and valve seat surface in pairs or
also be made individually from ceramic material
can.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des
Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der
Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the
The invention relates to the description of
Drawing and the claims can be found.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen ist
in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention
Is fuel injection device for internal combustion engines
shown in the drawing and is shown in the following
Description explained in more detail.
Es zeigt die Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung im Bereich des in den
Hochdruckkanal eingesetzten elektrischen Steuerventils.1, there is shown in FIG. A simplified longitudinal section through the fuel injector in the field of electric control valve used in the high-pressure channel.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
Brennkraftmaschinen ist als sogenannte Pumpe-Leitungs-Düse
ausgebildet. Dabei weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1
einen in einer Führungsbohrung 3 eines Pumpengehäuses 5
axial verschiebbaren Pumpenkolben 7 auf, der von einem nicht
näher dargestellten Nockenantrieb der Brennkraftmaschine
axial hin- und hergehend angetrieben wird. Der Pumpenkolben
7 schließt in der Führungsbohrung 3 einen Pumpenarbeitsraum
9 ein, in den eine nicht näher dargestellte, zusteuerbare
Kraftstoffzulaufleitung eines
Kraftstoffniederdruckversorgungssystems einmündet, über die
der Pumpenarbeitsraum 9 während der nach unten gerichteten
Saughubbewegung des Pumpenkolbens 7 mit Kraftstoff aus einem
Kraftstoffvorratstank befüllbar ist. Vom Pumpenarbeitsraum 9
führt weiterhin ein Hochdruckkanal 11 ab, der andererseits
an ein Kraftstoffeinspritzventil 13 mündet, das mit seinen
Einspritzöffnungen in nicht näher dargestellter Weise in den
Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt.The embodiment of the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines shown in FIG. 1 is designed as a so-called pump-line nozzle. A high-pressure fuel pump 1 has a pump piston 7 which is axially displaceable in a guide bore 3 of a pump housing 5 and is driven axially back and forth by a cam drive of the internal combustion engine, not shown in any more detail. The pump piston 7 includes a pump work chamber 9 in the guide bore 3 , into which a controllable fuel feed line (not shown in more detail) of a fuel low-pressure supply system opens, via which the pump work chamber 9 can be filled with fuel from a fuel storage tank during the downward suction stroke movement of the pump piston 7 . A high-pressure duct 11 continues from the pump work chamber 9 , which on the other hand opens into a fuel injection valve 13 , which projects with its injection openings into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied in a manner not shown.
Zur Steuerung der Hochdruckförderung an der
Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist ein elektrisch betätigbares
Steuerventil 15 in den Hochdruckkanal 11 zwischen
Pumpenarbeitsraum 9 und Einspritzventil 13 eingesetzt.To control the high-pressure delivery at the high-pressure fuel pump 1 , an electrically actuable control valve 15 is inserted into the high-pressure channel 11 between the pump work chamber 9 and the injection valve 13 .
Das elektrisch verstellbare Steuerventil 15 ist dabei als
Magnetventil ausgebildet, wobei ein elektrisch ansteuerbarer
Stellmagnet 17 eine axial verschiebbare Ankerplatte 19
aufweist, die mit einem kolbenförmigen, hohlzylindrig
ausgebildeten Ventilglied 21 verbunden ist. Dieses, das
Stellglied des elektrischen Steuerventils 15 bildende
Ventilglied 21 ist dabei quer zum Hochdruckkanal 11 in das
Pumpengehäuse 5 eingesetzt, an das der Stellmagnet 17 dazu
radial vorstehend angeflanscht ist. Das Ventilglied 21 ist
in einer quer zum Hochdruckkanal 11 verlaufenden
Aufnahmebohrung 23 im Pumpengehäuse 5 angeordnet, in die
eine Ventilsitzhülse 25 an ihrem Außenumfang eingepreßt ist.
Diese Ventilsitzhülse 25 weist in Höhe der
Eintrittsöffnungen des Hochdruckkanals 11 in die
Aufnahmebohrung 23 radiale Durchgangsbohrungen 27 auf, über
die die Kraftstoffströmung aus dem Pumpenarbeitsraum 9, über
den Hochdruckkanal 11, durch die Ventilsitzhülse 25 zum
Einspritzventil 13 erfolgt. Dabei bildet die Ventilsitzhülse
25 an ihrem rechten, dem Stellmagneten 17 abgewandten Ende
eine Ventilsitzfläche 29 an ihrer Stirnfläche. Die
Ventilsitzhülse 25 weist einen gestuften Innendurchmesser
auf, wobei die unterschiedlichen Durchmesserbereiche
ausgehend von den entgegengesetzten Stirnflächen jeweils bis
an die Durchgangsbohrungen 27 führen. Dabei ist ein im
Durchmesser kleinerer Innenwandbereich der Ventilsitzhülse
25 auf der dem Stellmagneten 17 zugewandten Seite der
Ventilsitzhülse 25 angeordnet. Dieser im Durchmesser
kleinere Innenwandbereich bildet dabei eine Führungsfläche
31 für das Ventilglied 21, das mit einem Teil seiner
Umfangswand gleitverschiebbar an der Führungsfläche 31
innerhalb der Hülse 25 geführt ist. Das kolbenförmige
Ventilglied 21 weist an seinem dem Stellmagneten 17
abgewandten Ende einen Ringbund 33 auf, der an seiner
Übergangsfläche zur zylindrischen Umfangswand des
Ventilgliedes 21 eine Ventildichtfläche 35 bildet, mit der
das Ventilglied 21 zur Bildung eines Dichtquerschnittes mit
der Ventilsitzfläche 29 an der Hülse 25 zusammenwirkt. Die
nach rechts in die vom Stellmagneten 17 abgewandte Richtung
gerichtete Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 21 des
Steuerventils 15 wird durch einen zylindrischen
Hubanschlagkörper 37 begrenzt, der mittels eines dichtenden
Flanschteiles 39 in die dem Stellmagneten 17 abgewandte
Öffnung der Aufnahmebohrung 23 eingesetzt ist. Dabei führt
im Bereich des Hubanschlagkörpers 37 eine Rücklaufleitung 41
aus der Aufnahmebohrung 23 ab, die in nicht näher gezeigter
Weise in das Kraftstoffniederdruckversorgungssystem der
Brennkraftmaschine einmündet. Das Ventilglied 21 des
Steuerventils 15 wird dabei mittels einer Ventilfeder 43 in
Öffnungsrichtung beaufschlagt, so daß bei stromlos
geschalteten Stellmagneten 17 das Ventilglied 21 mit seiner
Ventildichtfläche 35 vom Ventilsitz 29 abgehoben ist und der
Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal 11 über die Hülse 25, den
geöffneten Dichtquerschnitt zwischen den Flächen 29 und 35
in den den Hubanschlagkörper 37 umgebenden Ringbereich der
Aufnahmebohrung 23 und weiter über die Rücklaufleitung 41 in
das Niederdrucksystem abströmen kann. Soll eine Einspritzung
am Kraftstoffeinspritzventil 13 erfolgen, wird der
Stellmagnet 17 des elektrischen Steuerventils 15 während des
Hochdruckförderhubs des Pumpenkolbens 7 bestromt, so daß das
Ventilglied 21 mit seiner Ventildichtfläche 35 dichtend in
Anlage an die Ventilsitzfläche 29 gezogen wird. Damit ist
der Abströmquerschnitt in die Rücklaufleitung 41
verschlossen, so daß der unter Hochdruck geförderte
Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 9 über den
Hochdruckkanal 11 zum Einspritzventil 13 gefördert wird und
dort in bekannter Weise zur Einspritzung gelangt. Die
Kraftstoffhochdruckeinspritzung wird beendet, wenn der
Stellmagnet 17 erneut stromlos geschaltet wird, so daß die
Ventilfeder 43 das Ventilglied 21 erneut in Öffnungsstellung
verschiebt, in dessen Folge sich der Kraftstoffhochdruck im
Pumpenarbeitsraum 9 und im Hochdruckkanal 11 erneut in die
Rücklaufleitung 41 entspannt, so daß das
Kraftstoffeinspritzventil 13 schließt.The electrically adjustable control valve 15 is designed as a solenoid valve, an electrically controllable solenoid 17 having an axially displaceable armature plate 19 which is connected to a piston-shaped, hollow-cylindrical valve member 21 . This valve member 21 , which forms the actuator of the electric control valve 15 , is inserted transversely to the high-pressure channel 11 into the pump housing 5 , to which the actuating magnet 17 is flanged radially above. The valve member 21 is disposed in a direction transverse to the high pressure channel 11 receiving bore 23 in the pump housing 5, is pressed into a valve seat sleeve 25 on its outer periphery. This valve seat sleeve 25 has radial through bores 27 at the level of the inlet openings of the high-pressure channel 11 into the receiving bore 23 , via which the fuel flow from the pump work chamber 9 , via the high-pressure channel 11 , through the valve seat sleeve 25 to the injection valve 13 . The valve seat sleeve 25 forms a valve seat surface 29 on its end face at its right end, which faces away from the actuating magnet 17 . The valve seat sleeve 25 has a stepped inner diameter, the different diameter ranges starting from the opposite end faces each leading to the through bores 27 . In this case, an inner wall area of the valve seat sleeve 25 with a smaller diameter is arranged on the side of the valve seat sleeve 25 facing the actuating magnet 17 . This inner wall area, which is smaller in diameter, forms a guide surface 31 for the valve member 21 , which is slidably guided with a part of its peripheral wall on the guide surface 31 within the sleeve 25 . The piston-shaped valve member 21 has at its end facing away from the actuating magnet 17 an annular collar 33 , which forms a valve sealing surface 35 on its transition surface to the cylindrical peripheral wall of the valve member 21 , with which the valve member 21 cooperates with the valve seat surface 29 on the sleeve 25 to form a sealing cross section . The opening stroke movement of the valve member 21 of the control valve 15 directed to the right in the direction facing away from the adjusting magnet 17 is limited by a cylindrical lifting stop body 37 which is inserted into the opening of the receiving bore 23 by means of a sealing flange part 39 in the opening facing away from the adjusting magnet 17 . In the area of the stroke stop body 37, a return line 41 leads out of the receiving bore 23 , which opens into the fuel low-pressure supply system of the internal combustion engine in a manner not shown in any more detail. The valve member 21 of the control valve 15 is acted upon in the opening direction by means of a valve spring 43 , so that when the actuating magnet 17 is switched off, the valve member 21 with its valve sealing surface 35 is lifted off the valve seat 29 and the fuel from the high pressure channel 11 via the sleeve 25 , the opened sealing cross section can continue to flow out between the surfaces 29 and 35 in the Hubanschlagkörper 37 surrounding annular region of the receiving bore 23 and the return line 41 into the low-pressure system. If an injection is to take place at the fuel injection valve 13 , the actuating magnet 17 of the electric control valve 15 is energized during the high-pressure delivery stroke of the pump piston 7 , so that the valve member 21 with its valve sealing surface 35 is sealingly pulled into contact with the valve seat surface 29 . The outflow cross-section is thus closed in the return line 41 , so that the fuel delivered under high pressure is conveyed from the pump work chamber 9 via the high-pressure channel 11 to the injection valve 13 and is injected there in a known manner. The high-pressure fuel injection is ended when the actuating magnet 17 is again de-energized, so that the valve spring 43 shifts the valve member 21 again into the open position, as a result of which the high-pressure fuel in the pump work chamber 9 and in the high-pressure channel 11 relaxes again in the return line 41 , so that the Fuel injection valve 13 closes.
Um dabei möglichst hohe Stellzeiten am elektrischen
Steuerventil 15 zur Modulierung des Einspritzverlaufs sowie
einen möglichst geringen Dichtsitzverschleiß zu erreichen,
sind die Ventilsitzhülse 25 und das Ventilglied 21 des
Steuerventils 15 aus einem keramischen Werkstoff
hergestellt.In order to achieve the longest possible actuation times on the electrical control valve 15 for modulating the injection process and the least possible sealing seat wear, the valve seat sleeve 25 and the valve member 21 of the control valve 15 are made of a ceramic material.