WO2012084939A1 - Fuel injection valve having a hydraulically damped control valve - Google Patents
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- WO2012084939A1 WO2012084939A1 PCT/EP2011/073398 EP2011073398W WO2012084939A1 WO 2012084939 A1 WO2012084939 A1 WO 2012084939A1 EP 2011073398 W EP2011073398 W EP 2011073398W WO 2012084939 A1 WO2012084939 A1 WO 2012084939A1
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- F02M63/0017—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using electromagnetic operating means
Definitions
- the invention relates to a fuel injection valve, as used for example for the injection of fuel into a combustion chamber of a high-speed, self-igniting internal combustion engine.
- the injection of fuel with the fuel injection valve is thereby controlled by a nozzle needle, which is arranged longitudinally movable in the fuel injection valve and controls the inflow of compressed fuel to one or more injection openings.
- the nozzle needle is moved hydraulically, that is, there is a control chamber in which by means of a control valve, an alternating fuel pressure is adjustable and exerts a closing force on the nozzle needle.
- the control chamber is connected to the desired injection time with a low-pressure chamber, so that the fuel pressure decreases there and moves the nozzle needle in its open position, thus releasing the Einspritzöff- openings.
- a fuel injection valve which operates according to the principle described above.
- the control valve is constructed as follows: In a control valve chamber, a control valve piston is formed, which has a shaft part and a substantially frustoconical head part has, on which a valve sealing surface is formed. This valve sealing surface cooperates with a control valve seat and thus opens or closes the connection of the control valve chamber with a low-pressure space within the fuel! ns ritz ve ntils. Since the control valve chamber is connected to a control chamber whose fuel pressure acts at least indirectly on the valve needle and exerts a closing force on it, the fuel pressure in the control chamber and thus the closing force on the valve needle can be controlled by means of the control valve.
- the known control valve must switch at high speed, since the total fuel injection usually lasts only a few milliseconds and is usually divided into several partial injections, between which the fuel injection valve and thus the control valve must be closed and reopened. This is only possible by the control valve piston is moved at high speed, which in turn high forces are necessary. Therefore, when the control valve is closed, the control valve piston is seated at high speed on the control valve seat, causing wear to the control valve seat and valve sealing surface which may affect the operation of the control valve over time.
- WO 2010/116221 AI is known to provide the valve sealing surface or the control valve seat with a wear-reducing coating, for example with a diamond-like carbon layer.
- the fuel according to the invention has a damping gap between the valve sealing surface and the control valve seat.
- the fuel between the control valve seat and the valve sealing surface is displaced until the control valve piston rests on the control valve seat and the connection between the control valve chamber and the leakage oil chamber closes.
- Due to the design of the damping chamber remains between the two surfaces of a fuel cushion, which is displaced only gradually during the closing operation of the control valve, so that the control valve piston dampens touches on the control valve seat. This leads to a lower wear between the control valve piston and the control valve seat and thus to a reliable function over the entire life of the control valve and the fuel injection valve.
- the valve sealing surface is concavely curved inward, while the opposite control valve seat is designed as a straight conical surface, so that between the control valve seat and the valve sealing surface of the damping gap is formed.
- the formation of the concave curvature results in a fuel cushion, which is largely displaced upon closing of the control valve in the control valve chamber and in the leakage oil space, but fuel remains in the damping gap formed by the curvature, so that the control valve member dampens touches.
- the valve sealing surface are formed concave as a straight conical surface and the control valve seat, whereby also forms a damping gap.
- the valve sealing surface is formed with a concave curvature and the control valve seat with a convex curvature, so that between the valve sealing surface and the control valve seat, two annular sealing regions 60, 62 are formed, which limit the damping space.
- the convex-concave shape By forming the convex-concave shape, the fuel is effectively displaced from the gap between the valve sealing surface and the control valve seat to achieve a good sealing effect, but nevertheless a good damping effect is achieved.
- a height of the damping gap of 0.5 to 2 pm has been found to be optimal, preferably a height of 0.5 to 1 ⁇ . drawing
- FIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection valve according to the invention, wherein only the essential components are shown,
- FIG. 2 shows a detail enlargement of FIG. 1 in the region of the control valve
- FIG. 3 shows an enlarged detail of the designated III section of Figure 2 and
- FIG. 4 shows a further detail enlargement of the section of FIG. 3 designated by IV.
- a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section, wherein only the essential components are shown.
- the fuel injection valve has a housing 1, which comprises a holding body 3, a valve body 4, a throttle plate 5 and a nozzle body 6, which abut each other in this order and are pressed against each other by a clamping nut 8.
- a pressure chamber 25 is formed, in which a piston-shaped nozzle needle 26 is arranged longitudinally movable.
- the nozzle needle 26 has at its combustion chamber end a substantially conical nozzle needle seat 28, with which the nozzle needle 26 cooperates with a likewise substantially conical body seat 29 and thereby a flow cross-section between the pressure chamber 25 and a plurality of injection ports 30 by the longitudinal movement of the nozzle needle 26th opens and closes.
- the nozzle needle 26 is guided in a central portion of the pressure chamber 25, wherein the fuel flow is ensured by the pressure chamber 25 on the nozzle needle 26 over in the direction of the injection openings 30 by a plurality of bevels 32 on the nozzle needle 26.
- the nozzle needle 26 is guided at its end facing away from the body in a guide sleeve 35, wherein between the guide sleeve 35 and one at the nozzle Needle 26 arranged shoulder 34 with the interposition of a retaining ring 36, a spring 33 is arranged under pressure bias, which acts on the nozzle needle 26 in the direction of the body seat 29.
- a control chamber 37 is limited, which is connected via a ne inflow throttle 40 with a high pressure passage 13, in the holding body
- valve body 4, the throttle plate 5 and the nozzle body 6 extends.
- fuel is always kept at high pressure, which is provided, for example, by a rail of a common-rail system.
- the pressure in the control chamber 37 results in a hydraulic closing force on the nozzle needle 26, which presses it in the direction of the body seat 29 and thus closes the injection openings 30. Only when the pressure in the control chamber 37 drops significantly below the pressure in the high pressure passage 13, the nozzle needle 26 is moved away from the body seat 29 by the hydraulic forces in the pressure chamber 25.
- the control of the fuel pressure in the control chamber 37 is done by a control valve 15 which is arranged in the valve body 4.
- the control valve 15 has a control valve chamber 17, which is connected to the control chamber 37 via an outlet throttle 41.
- a control valve piston 20 is arranged lekssbeweg- borrowed, which is tightly guided in a sleeve 22, wherein between the
- Control valve piston 20 and the sleeve 22, a closing spring 18 is arranged under pressure bias, which presses the control valve piston 20 in the direction of a valve body 4 formed in the control valve seat 52.
- the control valve chamber 17 is connected to or separated from a leakage oil space 12, the leakage oil space 12 being formed in the holding body 3 and accommodating a hydraulic coupler 10 which is connected to the control valve piston 20.
- a piezoelectric actuator not shown in the drawing is transmitted to the control valve piston 20 so that it controlled by the piezoelectric actuator performs a longitudinal movement in the control valve chamber 17.
- Piezoactors it is also possible to use another electric actuator, such as a magnetic actuator for moving the control piston 20.
- FIG. 2 shows an enlargement of the control valve 15 from FIG.
- the control valve piston 20 has a shaft 120 with a longitudinal axis 21, which is guided in the sleeve 22.
- the Control valve piston At the end facing away from the throttle plate 5, the Control valve piston on a head portion 220, so that a substantially conical valve sealing surface 50 is formed, with which the control valve piston 20 cooperates with a control valve seat 52 and thereby opens or closes the connection between the control valve chamber 17 and the leakage oil chamber 12 by its longitudinal movement.
- the designated III section of Figure 2 is shown in Figure 3 again enlarged.
- a return 43 is provided in the throttle plate 5. Only when this space is depressurized, the hydraulic forces on the control valve piston 20 largely cancel when the control valve piston 20 is in its closed position on the control valve seat 52.
- the movement of the control valve piston 20 in the control valve chamber 17 is done by the activation of the piezoelectric actuator, whereby the control valve piston 20 is moved in the direction of the throttle plate 5 and lifts off with its valve sealing surface 50 from the control valve seat 52.
- a gap is opened between the control valve seat 52 and the valve sealing surface 50, by which the control valve chamber 17 is connected to the leakage oil chamber 12, so that the pressure in the control valve chamber 17 drops very rapidly.
- the fuel pressure drops in the control chamber 37, wherein the inlet throttle 40 and the outlet throttle 41 are coordinated so that when open control valve 15 more fuel through the outlet throttle 41 in the leakage oil space 12 flows as can flow over the inlet throttle 40.
- valve sealing surface 50 on the control valve piston 20 is concavely curved and, viewed in cross-section, has a rounding radius R d , as shown here.
- the opposite control valve seat 52 is convexly curved, with a rounding radius R s , as viewed in cross section.
- R d is smaller than R s , so that there is a first sealing area
- control valve piston 20 moves to the control valve seat 52 and displaces the intermediate fuel in the control valve chamber 17 and in the Lecköl- space 12.
- the closest approach between the control valve piston 20 and the control valve seat 52 is in the region of the two Sealing areas 60, 62 achieved while still a quantity of fuel - limited by the two sealing regions 60, 62 - between the control valve seat 52 and the valve sealing surface 50 is located.
- Control valve piston 20 less strong and retains its functionality over a much longer period of time than without such a damping function.
- valve sealing face 50 and control valve seat 52 may also be provided to concave only the valve sealing face 50, while the control valve seat 52 is designed as a straight conical surface.
- the damping effect also occurs in this case and also offers the advantage that the production is cheaper, since in most cases a straight conical surface is easier to manufacture than to form a specific curvature.
- the reverse case is conceivable in which the control valve seat 52 is concavely curved and the valve sealing surface 50 is formed as a straight conical surface.
- the damping must not be too strong in the control valve 15 according to the invention to ensure a safe and fast closing. It has therefore been found a damping gap 55 with a maximum height h of 0.5 to 2 m useful, preferably a height h of 0.5 to 1 ⁇ .
- a damping gap 55 with a maximum height h of 0.5 to 2 m useful, preferably a height h of 0.5 to 1 ⁇ .
- a seat width s of about 0.25 mm, which corresponds to the distance between the two sealing regions 60, 62
- a rounding radius R d of about 1.45 mm and a rounding radius R s of the control valve seat 52 of about 1.6 mm leads to a good Result.
- the angle a which includes the valve sealing surface 50 with the longitudinal axis 21 of the control valve piston 20 should be about 120 ° to 130 °.
- the radii of the concave or convex curvatures in order to achieve the desired damping effect.
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Abstract
Description
Titel title
Kraftstoffe i ns ritz venti I mit hydraulisch gedämpftem Steuerventil Fuels i ns ritz venti I with hydraulically damped control valve
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, wie es beispielsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer schnelllaufenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine verwendet wird. The invention relates to a fuel injection valve, as used for example for the injection of fuel into a combustion chamber of a high-speed, self-igniting internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind seit längerem sogenannte Common Rai! Systeme bekannt. Dabei wird Kraftstoff durch eine Pumpe auf einen hohen Druck verdichtet, meist zwischen 500 undFor injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine so-called Common Rai! Known systems. This fuel is compressed by a pump to a high pressure, usually between 500 and
2000 bar, und dieser Kraftstoff in einem sogenannten Rail gespeichert und vorgehalten. Von diesem Rail geht für jeden Brennraum der Brennkraftmaschinen eine Hochdruckleitung ab, die das Rail mit jeweils einem, in den Brennraum ragenden Kraftstoffe i ns p ritz ve nti I verbindet, durch welches der verdichtete Kraftstoff getaktet eingespritzt wird. 2000 bar, and this fuel stored in a so-called rail and held. From this rail goes for each combustion chamber of the internal combustion engine from a high-pressure line, which connects the rail with one, in the combustion chamber protruding fuels i ns p ritz ve nti I, through which the compressed fuel is injected clocked.
Die Einspritzung von Kraftstoff mit dem Kraftstoffeinspritzventil wird dabei durch eine Düsennadel gesteuert, die längsbeweglich im Kraftstoffeinspritzventil angeordnet ist und den Zufluss von verdichtetem Kraftstoff zu einer oder zu mehreren Einspritzöffnungen steuert. Die Düsennadel wird dabei hydraulisch bewegt, das heißt, es ist ein Steuerraum vorhanden, in dem mittels eines Steuerventils ein wechselnder Kraftstoffdruck einstellbar ist und der eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Dazu wird der Steuerraum zum gewünschten Einspritzzeitpunkt mit einem Niederdruckraum verbunden, so dass der Kraftstoffdruck dort abnimmt und sich die Düsennadel in ihre Öffnungsstellung bewegt und so die Einspritzöff- nungen freigibt. The injection of fuel with the fuel injection valve is thereby controlled by a nozzle needle, which is arranged longitudinally movable in the fuel injection valve and controls the inflow of compressed fuel to one or more injection openings. The nozzle needle is moved hydraulically, that is, there is a control chamber in which by means of a control valve, an alternating fuel pressure is adjustable and exerts a closing force on the nozzle needle. For this purpose, the control chamber is connected to the desired injection time with a low-pressure chamber, so that the fuel pressure decreases there and moves the nozzle needle in its open position, thus releasing the Einspritzöff- openings.
Aus der DE 10 2008 001 330 AI ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das nach dem oben beschriebenen Prinzip arbeitet. Das Steuerventil ist dabei folgender- maßen aufgebaut: In einem Steuerventilraum ist ein Steuerventilkolben ausgebildet, der einen Schaftteil und ein im Wesentlichen kegelstumpfförmiges Kopfteil aufweist, an dem eine Ventildichtfläche ausgebildet ist. Diese Ventildichtfläche wirkt mit einem Steuerventilsitz zusammen und öffnet oder verschließt so die Verbindung des Steuerventilraums mit einem Niederdruckraum innerhalb des Kraftstoffe! ns ritz ve ntils. Da der Steuerventilraum mit einem Steuerraum verbunden ist, dessen Kraftstoffdruck zumindest mittelbar auf die Ventilnadel wirkt und eine Schließkraft auf diese ausübt, kann so mittels des Steuerventils der Kraftstoffdruck im Steuerraum und damit die Schließkraft auf die Ventilnadel gesteuert werden. From DE 10 2008 001 330 AI a fuel injection valve is known which operates according to the principle described above. The control valve is constructed as follows: In a control valve chamber, a control valve piston is formed, which has a shaft part and a substantially frustoconical head part has, on which a valve sealing surface is formed. This valve sealing surface cooperates with a control valve seat and thus opens or closes the connection of the control valve chamber with a low-pressure space within the fuel! ns ritz ve ntils. Since the control valve chamber is connected to a control chamber whose fuel pressure acts at least indirectly on the valve needle and exerts a closing force on it, the fuel pressure in the control chamber and thus the closing force on the valve needle can be controlled by means of the control valve.
Das bekannte Steuerventil muss mit hoher Geschwindigkeit schalten, da die gesamte Kraftstoffeinspritzung in der Regel nur wenige Millisekunden andauert und zumeist noch in mehrere Teileinspritzungen unterteilt ist, zwischen denen das Kraftstoffeinspritzventil und damit auch das Steuerventil geschlossen und wieder geöffnet werden muss. Dies ist nur möglich, indem der Steuerventilkolben mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird, wozu wiederum hohe Kräfte notwendig sind. Beim Schließen des Steuerventils setzt der Steuerventilkolben deshalb mit hoher Geschwindigkeit auf dem Steuerventilsitz auf, wodurch sich am Steuerventilsitz und an der Ventildichtfläche Verschleiß einstellt, der die Funktion des Steuerventils im Laufe der Zeit beeinträchtigen kann. The known control valve must switch at high speed, since the total fuel injection usually lasts only a few milliseconds and is usually divided into several partial injections, between which the fuel injection valve and thus the control valve must be closed and reopened. This is only possible by the control valve piston is moved at high speed, which in turn high forces are necessary. Therefore, when the control valve is closed, the control valve piston is seated at high speed on the control valve seat, causing wear to the control valve seat and valve sealing surface which may affect the operation of the control valve over time.
Zur Verminderung des Verschleißes ist unter anderem aus der WO 2010/116221 AI bekannt, die Ventildichtfläche oder den Steuerventilsitz mit einer verschleißmindernden Beschichtung zu versehen, beispielsweise mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht. Dadurch lässt sich der Verschleiß zwar wirksam mindern, jedoch ist das Aufbringen dieser Schicht teuer und darüber hinaus besteht immer die Gefahr, dass sich die Schicht im Laufe des Betriebs vom Untergrund löst und damit ihre verschleißmindernden Eigenschaften einbüßt. In order to reduce the wear, inter alia, WO 2010/116221 AI is known to provide the valve sealing surface or the control valve seat with a wear-reducing coating, for example with a diamond-like carbon layer. Although this effectively reduces wear, it is costly to apply this layer, and there is always a risk that the layer will come off the surface during operation and thus lose its wear-reducing properties.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das erfindungsgemäße Kraftstoff ei ns p ritz ve nti I weist zwischen der Ventildichtfläche und dem Steuerventilsitz einen Dämpfungsspalt auf. Beim Schließen des Steuerventils wird der zwischen dem Steuerventilsitz und der Ventildichtfläche be- findliche Kraftstoff verdängt, bis der Steuerventilkolben auf dem Steuerventilsitz aufliegt und die Verbindung zwischen dem Steuerventilraum und dem Leckölraum verschließt. Durch die Ausbildung des Dämpfungsraums verbleibt zwischen den beiden Flächen ein Kraftstoffpolster, das beim Schließvorgang des Steuerventils nur allmählich verdrängt wird, so dass der Steuerventilkolben gedämpft auf dem Steuerventilsitz aufsetzt. Dies führt zu einem geringeren Verschleiß zwischen dem Steuerventilkolben und dem Steuerventilsitz und somit zu einer verlässlichen Funktion über die gesamte Lebensdauer des Steuerventils bzw. des Kraftstoffeinspritzventils. The fuel according to the invention has a damping gap between the valve sealing surface and the control valve seat. When the control valve is closed, the fuel between the control valve seat and the valve sealing surface is displaced until the control valve piston rests on the control valve seat and the connection between the control valve chamber and the leakage oil chamber closes. Due to the design of the damping chamber remains between the two surfaces of a fuel cushion, which is displaced only gradually during the closing operation of the control valve, so that the control valve piston dampens touches on the control valve seat. This leads to a lower wear between the control valve piston and the control valve seat and thus to a reliable function over the entire life of the control valve and the fuel injection valve.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Ven- tildichtfläche konkav nach innen gewölbt, während der gegenüberliegende Steuerventilsitz als gerade Kegelfläche ausgebildet ist, so dass zwischen dem Steuerventilsitz und der Ventildichtfläche der Dämpfungsspalt gebildet wird. Durch die Ausbildung der konkaven Wölbung ergibt sich ein Kraftstoffpolster, das beim Schließen des Steuerventils weitgehend in den Steuerventilraum als auch in den Leckölraum verdrängt wird, jedoch verbleibt Kraftstoff in dem durch die Wölbung gebildeten Dämpfungsspalt, so dass das Steuerventilglied gedämpft aufsetzt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ventildichtfläche als gerade Kegelfläche und der Steuerventilsitz konkav gewölbt ausgebildet sind, wodurch sich ebenfalls ein Dämpfungsspalt bildet. In an advantageous embodiment of the article of the invention, the valve sealing surface is concavely curved inward, while the opposite control valve seat is designed as a straight conical surface, so that between the control valve seat and the valve sealing surface of the damping gap is formed. The formation of the concave curvature results in a fuel cushion, which is largely displaced upon closing of the control valve in the control valve chamber and in the leakage oil space, but fuel remains in the damping gap formed by the curvature, so that the control valve member dampens touches. It can also be provided that the valve sealing surface are formed concave as a straight conical surface and the control valve seat, whereby also forms a damping gap.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ventildichtfläche mit einer konkaven Wölbung und der Steuerventilsitz mit einer konvexen Wölbung ausgebildet, so dass zwischen der Ventildichtfläche und dem Steuerventilsitz zwei ringförmige Dichtbereiche 60, 62 gebildet werden, die den Dämpfungsraum begren- zen. Durch die Ausbildung der konvex-konkaven Form wird der Kraftstoff effektiv aus dem Spalt zwischen der Ventildichtfläche und dem Steuerventilsitz verdrängt, um eine gute Dichtwirkung zu erzielen, jedoch wird trotzdem eine gute Dämpfungswirkung erzielt. Um eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erzielen, ohne die Funktionalität durch einen übergroßen Dämpfungsspalt zu beeinträchtigen, hat sich eine Höhe des Dämpfungsspaltes von 0,5 bis 2 pm als optimal erwiesen, vorzugsweise eine Höhe von 0,5 bis 1 μηπ. Zeichnung In a further advantageous embodiment, the valve sealing surface is formed with a concave curvature and the control valve seat with a convex curvature, so that between the valve sealing surface and the control valve seat, two annular sealing regions 60, 62 are formed, which limit the damping space. By forming the convex-concave shape, the fuel is effectively displaced from the gap between the valve sealing surface and the control valve seat to achieve a good sealing effect, but nevertheless a good damping effect is achieved. In order to achieve a sufficient damping effect, without impairing the functionality by an oversized damping gap, a height of the damping gap of 0.5 to 2 pm has been found to be optimal, preferably a height of 0.5 to 1 μηπ. drawing
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoff - einspritzventils dargestellt. Es zeigen In the drawing, an embodiment of the fuel injection valve according to the invention is shown. Show it
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil, wobei nur die wesentlichen Komponenten dargestellt sind,1 shows a longitudinal section through a fuel injection valve according to the invention, wherein only the essential components are shown,
Figur 2 eine Ausschnittsvergrößerung von Figur 1 im Bereich des Steuerventils, FIG. 2 shows a detail enlargement of FIG. 1 in the region of the control valve,
Figur 3 eine Ausschnittsvergrößerung des mit III bezeichneten Ausschnitts von Figur 2 und Figure 3 shows an enlarged detail of the designated III section of Figure 2 and
Figur 4 eine weitere Ausschnittsvergrößerung des mit IV bezeichneten Ausschnitts von Figur 3. FIG. 4 shows a further detail enlargement of the section of FIG. 3 designated by IV.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Komponenten dargestellt sind. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 3, einen Ventilkörper 4, eine Drosselplatte 5 und einen Düsenkörper 6 umfasst, die in dieser Reihenfolge aneinander anliegen und durch eine Spannmutter 8 gegeneinander ge- presst werden. Im Düsenkörper 6 ist ein Druckraum 25 ausgebildet, in dem eine kolbenförmige Düsennadel 26 längsbewegbar angeordnet ist. Die Düsennadel 26 weist an ihrem brennraumseitigen Ende einen im Wesentlichen konischen Dü- sennadelsitz 28 auf, mit dem die Düsennadel 26 mit einem ebenfalls im Wesentlichen konischen Körpersitz 29 zusammenwirkt und dadurch einen Durchflussquerschnitt zwischen dem Druckraum 25 und mehreren Einspritzöffnungen 30 durch die Längsbewegung der Düsennadel 26 öffnet und schließt. Die Düsennadel 26 ist in einem mittleren Abschnitt des Druckraums 25 geführt, wobei der Kraftstofffluss durch den Druckraum 25 an der Düsennadel 26 vorbei in Richtung der Einspritzöffnungen 30 durch mehrere Anschliffe 32 an der Düsennadel 26 sicher gestellt ist. In Figure 1, a fuel injection valve according to the invention is shown in longitudinal section, wherein only the essential components are shown. The fuel injection valve has a housing 1, which comprises a holding body 3, a valve body 4, a throttle plate 5 and a nozzle body 6, which abut each other in this order and are pressed against each other by a clamping nut 8. In the nozzle body 6, a pressure chamber 25 is formed, in which a piston-shaped nozzle needle 26 is arranged longitudinally movable. The nozzle needle 26 has at its combustion chamber end a substantially conical nozzle needle seat 28, with which the nozzle needle 26 cooperates with a likewise substantially conical body seat 29 and thereby a flow cross-section between the pressure chamber 25 and a plurality of injection ports 30 by the longitudinal movement of the nozzle needle 26th opens and closes. The nozzle needle 26 is guided in a central portion of the pressure chamber 25, wherein the fuel flow is ensured by the pressure chamber 25 on the nozzle needle 26 over in the direction of the injection openings 30 by a plurality of bevels 32 on the nozzle needle 26.
Die Düsennadel 26 ist an ihrem körpersitzabgewandten Ende in einer Führungshülse 35 geführt, wobei zwischen der Führungshülse 35 und einer an der Düsen- nadel 26 angeordneten Schulter 34 unter Zwischenlage eines Halterings 36 eine Feder 33 unter Druckvorspannung angeordnet, die die Düsennadel 26 in Richtung des Körpersitzes 29 beaufschlagt. Durch die Düsennadel 26, die Führungshülse 35 und die Drosselscheibe 5 wird ein Steuerraum 37 begrenzt, der über ei- ne Zulaufdrossel 40 mit einem Hochdruckkanal 13 verbunden ist, im HaltekörperThe nozzle needle 26 is guided at its end facing away from the body in a guide sleeve 35, wherein between the guide sleeve 35 and one at the nozzle Needle 26 arranged shoulder 34 with the interposition of a retaining ring 36, a spring 33 is arranged under pressure bias, which acts on the nozzle needle 26 in the direction of the body seat 29. Through the nozzle needle 26, the guide sleeve 35 and the throttle disk 5, a control chamber 37 is limited, which is connected via a ne inflow throttle 40 with a high pressure passage 13, in the holding body
3, dem Ventilkörper 4, der Drosselscheibe 5 und dem Düsenkörper 6 verläuft. Im Hochdruckkanal 13 wird stets Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten, der beispielsweise durch ein Rail eines Common- Rail-Systems zur Verfügung gestellt wird. Durch den Druck im Steuerraum 37 ergibt sich eine hydraulische Schließ- kraft auf die Düsennadel 26, die diese in Richtung des Körpersitzes 29 drückt und damit die Einspritzöffnungen 30 verschließt. Erst wenn sich der Druck im Steuerraum 37 deutlich unter den Druck im Hochdruckkanal 13 erniedrigt, wird die Düsennadel 26 durch die hydraulischen Kräfte im Druckraum 25 vom Körpersitz 29 wegbewegt. 3, the valve body 4, the throttle plate 5 and the nozzle body 6 extends. In the high-pressure passage 13, fuel is always kept at high pressure, which is provided, for example, by a rail of a common-rail system. The pressure in the control chamber 37 results in a hydraulic closing force on the nozzle needle 26, which presses it in the direction of the body seat 29 and thus closes the injection openings 30. Only when the pressure in the control chamber 37 drops significantly below the pressure in the high pressure passage 13, the nozzle needle 26 is moved away from the body seat 29 by the hydraulic forces in the pressure chamber 25.
Die Steuerung des Kraftstoffdrucks im Steuerraum 37 geschieht durch ein Steuerventil 15, das im Ventilkörper 4 angeordnet ist. Das Steuerventil 15 weist einen Steuerventilraum 17 auf, der mit dem Steuerraum 37 über eine Ablaufdrossel 41 verbunden ist. Im Steuerventilraum 17 ist ein Steuerventilkolben 20 längsbeweg- lieh angeordnet, der in einer Hülse 22 dicht geführt ist, wobei zwischen demThe control of the fuel pressure in the control chamber 37 is done by a control valve 15 which is arranged in the valve body 4. The control valve 15 has a control valve chamber 17, which is connected to the control chamber 37 via an outlet throttle 41. In the control valve chamber 17, a control valve piston 20 is arranged längsbeweg- borrowed, which is tightly guided in a sleeve 22, wherein between the
Steuerventilkolben 20 und der Hülse 22 eine Schließfeder 18 unter Druckvorspannung angeordnet ist, die den Steuerventilkolben 20 in Richtung eines im Ventilkörper 4 ausgebildeten Steuerventilsitzes 52 drückt. Der Steuerventilraum 17 ist je nach Stellung des Steuerventilkolbens 20 mit einem Leckölraum 12 ver- bunden oder von diesem getrennt, wobei der Leckölraum 12 im Haltekörper 3 ausgebildet ist und einen hydraulischen Koppler 10 aufnimmt, der mit dem Steuerventilkolben 20 verbunden ist. Über diesen hydraulischen Koppler 10 wird die Bewegung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Piezoaktors auf den Steuerventilkolben 20 übertragen, so dass dieser gesteuert durch den Piezoaktor eine Längsbewegung im Steuerventilraum 17 ausführt. Neben der Verwendung desControl valve piston 20 and the sleeve 22, a closing spring 18 is arranged under pressure bias, which presses the control valve piston 20 in the direction of a valve body 4 formed in the control valve seat 52. Depending on the position of the control valve piston 20, the control valve chamber 17 is connected to or separated from a leakage oil space 12, the leakage oil space 12 being formed in the holding body 3 and accommodating a hydraulic coupler 10 which is connected to the control valve piston 20. About this hydraulic coupler 10, the movement of a piezoelectric actuator, not shown in the drawing is transmitted to the control valve piston 20 so that it controlled by the piezoelectric actuator performs a longitudinal movement in the control valve chamber 17. In addition to using the
Piezoaktors ist es auch möglich, einen anderen elektrischen Aktor, etwa einen Magnetaktor zur Bewegung des Steuerkolbens 20 zu verwenden. Piezoactors, it is also possible to use another electric actuator, such as a magnetic actuator for moving the control piston 20.
In Figur 2 ist eine Vergrößerung des Steuerventils 15 aus Figur 1 dargestellt. Der Steuerventilkolben 20 weist einen Schaft 120 mit einer Längsachse 21 auf, der in der Hülse 22 geführt ist. An dem der Drosselplatte 5 abgewandten Ende weist der Steuerventilkolben ein Kopfteil 220 auf, so dass eine im Wesentlichen konische Ventildichtfläche 50 gebildet wird, mit der der Steuerventilkolben 20 mit einem Steuerventilsitz 52 zusammenwirkt und dadurch die Verbindung zwischen dem Steuerventilraum 17 und dem Leckölraum 12 durch seine Längsbewegung öffnet oder schließt. Der mit III bezeichnete Ausschnitt von Figur 2 ist in Figur 3 nochmals vergrößert dargestellt. Um den Zwischenraum zwischen dem Steuerventilkolben 20 und der Hülse 22 drucklos zu halten, ist in der Drosselscheibe 5 ein Rücklauf 43 vorgesehen. Nur wenn dieser Zwischenraum drucklos ist, heben sich die hydraulischen Kräfte auf den Steuerventilkolben 20 weitgehend auf, wenn der Steuerventilkolben 20 in seiner Schließstellung am Steuerventilsitz 52 ist. FIG. 2 shows an enlargement of the control valve 15 from FIG. The control valve piston 20 has a shaft 120 with a longitudinal axis 21, which is guided in the sleeve 22. At the end facing away from the throttle plate 5, the Control valve piston on a head portion 220, so that a substantially conical valve sealing surface 50 is formed, with which the control valve piston 20 cooperates with a control valve seat 52 and thereby opens or closes the connection between the control valve chamber 17 and the leakage oil chamber 12 by its longitudinal movement. The designated III section of Figure 2 is shown in Figure 3 again enlarged. In order to keep the gap between the control valve piston 20 and the sleeve 22 depressurized, a return 43 is provided in the throttle plate 5. Only when this space is depressurized, the hydraulic forces on the control valve piston 20 largely cancel when the control valve piston 20 is in its closed position on the control valve seat 52.
Die Bewegung des Steuerventilkolbens 20 im Steuerventilraum 17 geschieht durch die Aktivierung des Piezoaktors, wodurch der Steuerventilkolben 20 in Richtung der Drosselscheibe 5 bewegt wird und mit seiner Ventildichtfläche 50 vom Steuerventilsitz 52 abhebt. Dadurch wird zwischen dem Steuerventilsitz 52 und der Ventildichtfläche 50 ein Spalt aufgesteuert, durch den der Steuerventilraum 17 mit dem Leckölraum 12 verbunden wird, so dass der Druck im Steuerventilraum 17 sehr rasch abfällt. Wegen der Verbindung des Steuerventilraums 17 mit dem Steuerraum 37 über die Ablaufdrossel 41 fällt auch im Steuerraum 37 der Kraftstoffdruck ab, wobei die Zulaufdrossel 40 und die Ablaufdrossel 41 so aufeinander abgestimmt sind, dass bei geöffnetem Steuerventil 15 mehr Kraftstoff über die Ablaufdrossel 41 in den Leckölraum 12 abfließt als über die Zulaufdrossel 40 zufließen kann. Durch die Erniedrigung des Kraftstoff drucks im Steuerraum 37 öffnet die Düsennadel 26, und Kraftstoff wird durch die Einspritzöffnungen 30 ausgespritzt. Wird das Steuerventil 15 wieder geschlossen, so baut sich im Steuerventilraum 17 und im Steuerraum 37 erneut der hohe Kraftstoffdruck des Hoch- druckkanals 13 auf, worauf die Düsennadel 26 die Einspritzöffnungen 30 wieder verschließt. In Figur 4 ist eine weitere Ausschnittsvergrößerung des mit IV bezeichnetenThe movement of the control valve piston 20 in the control valve chamber 17 is done by the activation of the piezoelectric actuator, whereby the control valve piston 20 is moved in the direction of the throttle plate 5 and lifts off with its valve sealing surface 50 from the control valve seat 52. As a result, a gap is opened between the control valve seat 52 and the valve sealing surface 50, by which the control valve chamber 17 is connected to the leakage oil chamber 12, so that the pressure in the control valve chamber 17 drops very rapidly. Because of the connection of the control valve chamber 17 with the control chamber 37 via the outlet throttle 41, the fuel pressure drops in the control chamber 37, wherein the inlet throttle 40 and the outlet throttle 41 are coordinated so that when open control valve 15 more fuel through the outlet throttle 41 in the leakage oil space 12 flows as can flow over the inlet throttle 40. By lowering the fuel pressure in the control chamber 37, the nozzle needle 26 opens, and fuel is ejected through the injection openings 30. When the control valve 15 is closed again, the high fuel pressure of the high-pressure channel 13 builds up again in the control valve chamber 17 and in the control chamber 37, whereupon the nozzle needle 26 closes the injection openings 30 again. In Figure 4 is a further detail enlargement of the designated IV
Ausschnitts von Figur 3 dargestellt. Die Ventildichtfläche 50 am Steuerventilkolben 20 ist konkav gewölbt und zeigt im Querschnitt betrachtet - wie hier dargestellt - einen Rundungsradius Rd. Der gegenüber liegende Steuerventilsitz 52 ist hingegen konvex gewölbt, wobei sich im Querschnitt betrachtet ein Rundungsra- dius Rs ergibt. Hierbei ist Rd kleiner als Rs, so dass sich ein ersten DichtbereichDetail of Figure 3 shown. The valve sealing surface 50 on the control valve piston 20 is concavely curved and, viewed in cross-section, has a rounding radius R d , as shown here. On the other hand, the opposite control valve seat 52 is convexly curved, with a rounding radius R s , as viewed in cross section. Here, R d is smaller than R s , so that there is a first sealing area
60 und ein zweiter Dichtbereich 62 ergeben, die beide kreisförmig sind und an denen der Steuerventilkolben 20 auf dem Steuerventilsitz 52 aufliegt. Durch die konvexe bzw. konkave Wölbung von Steuerventilsitz 52 und Ventildichtfläche 50 wird ein Drosselspalt 55 gebildet, der auch bei geschlossenem Steuerventil 15 immer mit Kraftstoff gefüllt bleibt. Beim Schließen des Steuerventils 15 bewegt sich der Steuerventilkolben 20 auf den Steuerventilsitz 52 zu und verdrängt den dazwischen liegenden Kraftstoff in den Steuerventilraum 17 bzw. in den Lecköl- raum 12. Die größte Annäherung zwischen dem Steuerventilkolben 20 und dem Steuerventilsitz 52 wird im Bereich der beiden Dichtbereiche 60, 62 erreicht, während sich noch eine Kraftstoffmenge - begrenzt durch die beiden Dichtbereiche 60, 62 - zwischen dem Steuerventilsitz 52 und der Ventildichtfläche 50 befindet.60 and a second sealing region 62, both of which are circular and on the control valve piston 20 rests on the control valve seat 52. Due to the convex or concave curvature of control valve seat 52 and valve sealing surface 50, a throttle gap 55 is formed, which always remains filled with fuel even when the control valve 15 is closed. When closing the control valve 15, the control valve piston 20 moves to the control valve seat 52 and displaces the intermediate fuel in the control valve chamber 17 and in the Lecköl- space 12. The closest approach between the control valve piston 20 and the control valve seat 52 is in the region of the two Sealing areas 60, 62 achieved while still a quantity of fuel - limited by the two sealing regions 60, 62 - between the control valve seat 52 and the valve sealing surface 50 is located.
Dieser Kraftstoff muss nun durch die immer enger werdenden Spalte bei den Dichtbereichen 60, 62 verdrängt werden, so dass der Druck im Dämpfungsspalt 55 ansteigt und die Bewegung des Steuerventilkolbens 20 etwas abbremst, so dass dieser gedämpft auf dem Steuerventilsitz 52 aufsetzt. Da auf diese Weise ein hartes Aufsetzen auf dem Steuerventilsitz 52 vermieden wird, verschleißt derThis fuel must now be displaced by the ever-narrowing gaps in the sealing regions 60, 62, so that the pressure in the damping gap 55 increases and the movement of the control valve piston 20 slows down somewhat, so that it muffled on the control valve seat 52 touches. Since a hard touchdown on the control valve seat 52 is avoided in this way, wears the
Steuerventilkolben 20 weniger stark und behält seine Funktionalität über einen wesentlich größeren Zeitraum als ohne eine solche Dämpfungsfunktion. Control valve piston 20 less strong and retains its functionality over a much longer period of time than without such a damping function.
Neben der Ausbildung von Ventildichtfläche 50 und Steuerventilsitz 52 wie in Fi- gur 4 dargestellt kann es auch vorgesehen sein, nur die Ventildichtfläche 50 konkav zu wölben, während der Steuerventilsitz 52 als gerade Kegelfläche ausgebildet ist. Die Dämpfungswirkung tritt auch in diesem Fall ein und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Fertigung günstiger ist, da in aller Regel eine gerade Kegelfläche einfacher zu fertigen ist als eine bestimmte Wölbung auszubilden. Ebenso ist der umgekehrte Fall denkbar, bei dem der Steuerventilsitz 52 konkav gewölbt ist und die Ventildichtfläche 50 als gerade Kegelfläche ausgebildet ist. In addition to the formation of valve sealing face 50 and control valve seat 52 as shown in FIG. 4, it may also be provided to concave only the valve sealing face 50, while the control valve seat 52 is designed as a straight conical surface. The damping effect also occurs in this case and also offers the advantage that the production is cheaper, since in most cases a straight conical surface is easier to manufacture than to form a specific curvature. Likewise, the reverse case is conceivable in which the control valve seat 52 is concavely curved and the valve sealing surface 50 is formed as a straight conical surface.
Die Dämpfung darf bei dem erfindungsgemäßen Steuerventil 15 nicht zu stark werden, um ein sicheres und schnelles Schließen zu gewährleisten. Es hat sich deshalb ein Dämpfungsspalt 55 mit einer maximalen Höhe h von 0,5 bis 2 m als sinnvoll erwiesen, vorzugsweise eine Höhe h von 0,5 bis 1 μηι. Bei einer Sitzbreite s von etwa 0,25 mm, was dem Abstand der beiden Dichtbereiche 60, 62 entspricht, führt ein Rundungsradius Rd von etwa 1,45 mm und ein Rundungsradius Rs des Steuerventilsitzes 52 von etwa 1,6 mm zu einem guten Ergebnis. Hierbei sollte der Winkel a, den die Ventildichtfläche 50 mit der Längsachse 21 des Steuerventilkolbens 20 einschließt, etwa 120° bis 130° betragen. Bei anderen Sitzwin- kein müssen gegebenenfalls die Radien der konkaven bzw. konvexen Wölbungen angepasst werden, um den gewünschten Dämpfungseffekt zu erreichen. The damping must not be too strong in the control valve 15 according to the invention to ensure a safe and fast closing. It has therefore been found a damping gap 55 with a maximum height h of 0.5 to 2 m useful, preferably a height h of 0.5 to 1 μηι. With a seat width s of about 0.25 mm, which corresponds to the distance between the two sealing regions 60, 62, a rounding radius R d of about 1.45 mm and a rounding radius R s of the control valve seat 52 of about 1.6 mm leads to a good Result. In this case, the angle a, which includes the valve sealing surface 50 with the longitudinal axis 21 of the control valve piston 20 should be about 120 ° to 130 °. For other seat warmers no need to be adjusted if necessary, the radii of the concave or convex curvatures in order to achieve the desired damping effect.
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