DE19940290A1

DE19940290A1 - Control valve for a fuel injector

Info

Publication number: DE19940290A1
Application number: DE1999140290
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2001-03-01
Also published as: GB0019914D0; GB2353564A; JP2001082296A; GB2353564B

Abstract

Bei einem Steuerentil für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Ventilnadel (28), die in einer Steuerkammer (22) verstellbar ist, und mit einem Steuerdruckraum (16), der mit einem Zulauf (18) und einem Ablauf (42, 44, 50) versehen ist, soll sowohl ein langsamer Druckabfall im Steuerdruckraum, wie er zum Darstellen einer Voreinspritzung wünschenswert ist, als auch ein schneller Druckabfall in dem Steuerdruckraum erzielbar sein, wie er für eine Haupteinspritzung wünschenswert ist. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß in dem Steuerdruckraum (16) ein Ventilsitz (44) für ein Drosselelement (40) gebildet ist, das mit einer Drosselbohrung (50) versehen ist, und von einem Federelement (48) gegen den Ventilsitz (44) beaufschlagt wird, und daß ein Verschlußelement (54; 60) vorgesehen ist, das beim Abheben des Drosselelements (40) vom Ventilsitz (44) den Zulauf (18) mindestens teilweise verschließt.In the case of a control valve for a fuel injection valve, with a valve needle (28) which is adjustable in a control chamber (22) and with a control pressure chamber (16) which is provided with an inlet (18) and an outlet (42, 44, 50) both a slow pressure drop in the control pressure chamber, as is desirable for representing a pre-injection, and a rapid pressure drop in the control pressure chamber, as is desirable for a main injection, should be achievable. For this purpose, it is provided that a valve seat (44) for a throttle element (40) is provided in the control pressure chamber (16), which is provided with a throttle bore (50), and a spring element (48) against the valve seat (44) is acted upon, and that a closure element (54; 60) is provided which at least partially closes the inlet (18) when the throttle element (40) is lifted off the valve seat (44).

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Ventilnadel, die in einer Steuerkammer verstellbar ist, und mit einem Steuerdruckraum, der mit einem Zulauf und einem Ablauf versehen ist.The invention relates to a control valve for a Fuel injector, with a valve needle that is in a control chamber is adjustable, and with a Control pressure chamber with an inlet and an outlet is provided.

Ein solches Steuerventil ist beispielsweise aus der DE 197 27 896 A1 bekannt und dient dazu, das Öffnen einer Düsennadel des Einspritzventils hervorzurufen, um Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine einzuspritzen.Such a control valve is for example from DE 197 27 896 A1 known and serves to open a nozzle needle the injector to cause fuel into one Injecting cylinders of an internal combustion engine.

Die Düsennadel wird permanent mit einem Öffnungsdruck beaufschlagt, der die Düsennadel vom zugeordneten Ventilsitz abzuheben sucht. Dieser Öffnungskraft wirkt eine Schließkraft entgegen, die in dem Steuerdruckraum erzeugt wird. Solange der Druck im Steuerdruckraum auf einem hohen Niveau gehalten wird, ist die dort erzeugte Schließkraft höher als die auf die Düsennadel einwirkende Öffnungskraft, so daß die Düsennadel geschlossen bleibt. Wenn dagegen der Druck im Steuerdruckraum und folglich auch die dort erzeugte Schließkraft absinkt, gelingt es der Öffnungskraft, die Düsennadel vom Ventilsitz abzuheben. Es kann nun Kraftstoff eingespritzt werden.The nozzle needle becomes permanent with an opening pressure acts on the nozzle needle from the associated valve seat tries to take off. A closing force acts on this opening force counter that is generated in the control pressure chamber. As long as the pressure in the control pressure chamber was kept at a high level the closing force generated there is higher than that on the opening force acting on the nozzle needle, so that the The nozzle needle remains closed. If, on the other hand, the pressure in the Control pressure space and consequently also the one created there Closing force drops, the opening force succeeds Lift the nozzle needle off the valve seat. It can now run on fuel be injected.

Der Druck im Steuerdruckraum wird von dem Steuerventil gesteuert, indem ein Ablauf geschlossen oder geöffnet wird. Wenn durch Schließen des Ablaufs das dem Steuerdruckraum zugeführte Medium, üblicherweise Kraftstoff, aufgestaut wird, wird im Steuerdruckraum ein hoher Druck erzeugt, der die Düsennadel in einem geschlossenen Zustand hält. Wenn dagegen das Steuerventil den Ablauf öffnet, sinkt der Druck im Steuerdruckraum ab, so daß die Düsennadel öffnen kann.The pressure in the control pressure chamber is from the control valve controlled by closing or opening a drain. If the control pressure chamber by closing the drain supplied medium, usually fuel, is jammed, a high pressure is generated in the control pressure chamber, which the Keeps the needle in a closed state. If against the control valve opens the drain, the pressure in the Control pressure chamber so that the nozzle needle can open.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Steuerventil mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine erhöhte Geschwindigkeit der Düsennadel beim Öffnen und beim Schließen erhalten wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch Abheben des Drosselelementes vom Ventilsitz ein vergleichsweise großer Ablaufquerschnitt erzielt werden kann, was zu einem schnellen Druckabfall im Steuervolumen und zu einer hohen Nadelgeschwindigkeit führt. Gleichzeitig wird der Querschnitt des Zulaufs zum Steuerdruckraum verringert, was den Druckabfall im Steuerdruckraum unterstützt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vor- und die Haupteinspritzung genauer eingestellt werden können, da der für die Voreinspritzung relevante Ablaufquerschnitt, nämlich der Durchmesser der Drosselbohrung, unabhängig von dem für die Haupteinspritzung maßgebenden Ablaufquerschnitt, nämlich dem Durchmesser des Ventilsitzes, eingestellt werden kann. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine Verringerung der Ausschußzahlen bei der Produktion, da das Drosselelement für den Ablauf unabhängig von einem im Zulauf angeordneten Drosselelement gefertigt werden kann. Weiterhin können die beiden Drosseln besser experimentell abgestimmt werden, da sie aus zwei getrennten Bauteilen bestehen.The control valve according to the invention with the features of characterizing part of claim 1 has the advantage that an increased speed of the nozzle needle when opening and is obtained when closing. This is on it attributed to that by lifting the throttle element from Valve seat has a comparatively large drain cross-section can be achieved, resulting in a rapid pressure drop in the Control volume and leads to a high needle speed. At the same time, the cross section of the inlet becomes Control pressure chamber reduces what the pressure drop in Control pressure room supported. Another advantage is there in that the pre and the main injection are more accurate can be set because of the pre-injection relevant drainage cross-section, namely the diameter of the Throttle bore, regardless of that for the main injection decisive drainage cross-section, namely the diameter of the Valve seat, can be adjusted. Another advantage the number of rejects at the Production because the throttle element is independent for the process manufactured by a throttle element arranged in the inlet can be. Furthermore, the two chokes can do better be experimentally tuned as they consist of two separate Components exist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verschlußelement von einer Steuerkante des Drosselelements gebildet ist. Auf diese Weise läßt sich ohne Zwischenschaltung zusätzliche Elemente unmittelbar eine Verringerung des Zulaufquerschnittes dann erhalten, wenn das Drosselelement vom Ventilsitz abgehoben wird.According to a preferred embodiment of the invention provided that the closure element from a control edge of the throttle element is formed. In this way without interposing additional elements immediately one Obtain a reduction in the inlet cross-section if that Throttle element is lifted from the valve seat.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verschlußelement von einer Ventilkugel gebildet ist und daß das Drosselelement mit einer Schrägfläche versehen ist, welche die Ventilkugel betätigen kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß über die Neigung der Schrägfläche das Schaltverhalten der Ventilkugel in der gewünschten Weise eingestellt werden kann.According to an alternative embodiment it is provided that the closure element is formed by a valve ball and that the throttle element is provided with an inclined surface, which can actuate the valve ball. This embodiment has the advantage that the inclination of the inclined surface Switching behavior of the valve ball in the desired way can be adjusted.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigenThe invention is described below with reference to two Embodiments described in the accompanying Drawings are shown. Show in these

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzventils; Fig. 1 is a schematic view of a fuel injection valve;

Fig. 2 in einer vergrößerten Ansicht ein Steuerventil gemäß dem Stand der Technik, das bei dem Kraftstoffeinspritzventil von Fig. 1 eingesetzt werden kann; FIG. 2 shows an enlarged view of a control valve according to the prior art, which can be used in the fuel injection valve of FIG. 1;

Fig. 3 in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes Steuerventil mit Steuerdruckraum gemäß einer ersten Ausführungsform; und Fig. 3 according to a cross section of an inventive control valve with the control pressure chamber to a first embodiment; and

Fig. 4 in einem Querschnitt ein erfindungsgemäßes Steuerventil mit Steuerdruckraum gemäß einer zweiten Ausführungsform. Fig. 4 in a cross section an inventive control valve with control pressure chamber according to a second embodiment.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil mit Steuerventil (siehe Fig. 2) gezeigt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper 10 auf, in welchem eine Düsennadel 12 verschiebbar angebracht ist. Die Düsennadel 12 steuert das Einspritzen des Kraftstoffs in einen Zylinder einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine. Der zugeführte Kraftstoff übt auf die Düsennadel 12 eine Öffnungskraft aus, welche die Düsennadel sowie ein Betätigungsteil 14, an dem sich die Düsennadel 12 abstützt, zu einem Steuerdruckraum 16 hin zu . verstellen sucht.In Fig. 1, a conventional fuel injection valve with a control valve (see FIG. 2) is shown. The fuel injection valve has a valve body 10 , in which a nozzle needle 12 is slidably mounted. The nozzle needle 12 controls the injection of the fuel into a cylinder of an internal combustion engine (not shown). The supplied fuel exerts an opening force on the nozzle needle 12 , which forces the nozzle needle and an actuating part 14 , on which the nozzle needle 12 is supported, to a control pressure chamber 16 . adjust seeks.

Dem Steuerdruckraum 16 wird ebenfalls Kraftstoff zugeführt, der aufgrund des im Steuerdruckraum 16 herrschenden Drucks eine Schließkraft auf das Betätigungsteil 14 ausübt. Der Kraftstoff wird über einen Zulauf 18 bereitgestellt, und vom Steuerdruckraum 16 geht ein Ablauf 20 ab, der zu einer Steuerkammer 22 eines Steuerventils 24 führt. Für das Steuerventil 24 stellt der Ablauf 20 wiederum den Zulauf dar, und es ist ein Ablauf 26 vorgesehen, durch den der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 und der Steuerkammer 22 abfließen kann.The control pressure chamber 16 is also supplied with fuel, which exerts a closing force on the actuating part 14 due to the pressure prevailing in the control pressure chamber 16 . The fuel is provided via an inlet 18 , and an outlet 20 leads from the control pressure chamber 16 and leads to a control chamber 22 of a control valve 24 . For the control valve 24 , the outlet 20 in turn represents the inlet, and an outlet 26 is provided through which the fuel can flow out of the control pressure chamber 16 and the control chamber 22 .

Das Steuerventil 24 weist in der Steuerkammer 22 eine Ventilnadel 28 auf, die mit einem Ventilsitz 30 zusammenwirkt. Wenn die Ventilnadel 28 am Ventilsitz 30 anliegt, ist das Steuerventil 24 geschlossen, so daß der über den Zulauf 18 der Steuerdruckraum 16 zugeführte Kraftstoff in dieser aufgestaut wird. Der auf diese Weise erzeugte hohe Druck übt auf das Betätigungsteil 14 eine Schließkraft auf, die größer ist als die auf die Düsennadel 12 wirkende Öffnungskraft. Das Kraftstoffeinspritzventil ist folglich geschlossen. Wenn dagegen die Ventilnadel 28 vom Ventilsitz 30 abgehoben wird, kann der Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 16 über die Steuerkammer 22 und den Ablauf 26 abfließen, so daß der Druck im Steuerdruckraum absinkt. Die dann verringerte Schließkraft ermöglicht das Öffnen der Düsennadel, so daß Kraftstoff eingespritzt wird.The control valve 24 has a valve needle 28 in the control chamber 22 , which cooperates with a valve seat 30 . When the valve needle 28 abuts the valve seat 30 , the control valve 24 is closed, so that the fuel supplied via the inlet 18 to the control pressure chamber 16 is accumulated in the latter. The high pressure generated in this way exerts a closing force on the actuating part 14 which is greater than the opening force acting on the nozzle needle 12 . The fuel injector is therefore closed. If, on the other hand, the valve needle 28 is lifted off the valve seat 30 , the fuel can flow out of the control pressure chamber 16 via the control chamber 22 and the outlet 26 , so that the pressure in the control pressure chamber drops. The then reduced closing force enables the nozzle needle to be opened so that fuel is injected.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Steuerventil mit Steuerdruckraum gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Im Steuerdruckraum 16 ist ein Drosselelement 40 angeordnet, das mit einer kegelstumpfförmigen Dichtfläche 42 versehen ist, die mit einem kegelstumpfförmigen Ventilsitz 44 zusammenwirkt. Im Steuerdruckraum 16 ist eine Druckfeder 48 angeordnet, die das Drosselelement 40 in Anlage an den Ventilsitz 44 beaufschlagt. In dem Drosselelement 40 ist eine Drosselbohrung 50 ausgebildet, die Teil des Ablaufs des Steuerdruckraumes 16 ist. Auf der von dem Betätigungsteil 14 abgewandten Seite ist das Drosselelement 40 mit einer Nut 52 versehen, die mit der Drosselbohrung 50 in Verbindung steht.A control valve according to the invention with a control pressure chamber according to a first embodiment is described below with reference to FIG. 3. A throttle element 40 is arranged in the control pressure chamber 16 and is provided with a truncated cone-shaped sealing surface 42 which interacts with a truncated cone-shaped valve seat 44 . A pressure spring 48 is arranged in the control pressure chamber 16 and acts on the throttle element 40 in contact with the valve seat 44 . A throttle bore 50 is formed in the throttle element 40 and is part of the sequence of the control pressure chamber 16 . On the side facing away from the actuating part 14 , the throttle element 40 is provided with a groove 52 which is connected to the throttle bore 50 .

Das Drosselelement 40 ist ferner mit einem Verschlußelement 54 versehen, das als Steuerkante ausgebildet ist und den Zulauf 18 zum Steuerdruckraum 16 verschließen kann. Wenn das Verschlußelement 54 als einseitiger Vorsprung an dem Drosselelement ausgebildet ist, muß zusätzlich eine Verdrehsicherung vorgesehen sein, die gewährleistet, daß die Steuerkante präzise gegenüber dem Zulauf 18 liegt. Wenn das Drosselelement dagegen als rotationssymmetrisches Teil ausgebildet wird, kann die Verdrehsicherung entfallen. Allerdings muß dann der gesamte Außenumfang präzise bearbeitet sein, damit er als Steuerkante wirken kann. The throttle element 40 is also provided with a closure element 54 , which is designed as a control edge and can close the inlet 18 to the control pressure chamber 16 . If the closure element 54 is designed as a one-sided projection on the throttle element, an anti-rotation device must also be provided, which ensures that the control edge lies precisely with respect to the inlet 18 . If, on the other hand, the throttle element is designed as a rotationally symmetrical part, the anti-rotation device can be omitted. However, the entire outer circumference must then be machined precisely so that it can act as a control edge.

Das Steuerventil wirkt mit dem Drosselelement in der folgenden Weise zusammen: Wenn die Ventilnadel 28 nur geringfügig in die Steuerkammer 22 hinein verstellt wird, so daß sie nicht am Drosselelement 40 anliegt, ist ein Ablauf aus dem Steuerdruckraum 16 durch die Drosselbohrung 50 und den Ventilsitz 30 geöffnet, der einen vergleichsweise geringen Querschnitt hat. Dieser Querschnitt ist insbesondere vom Querschnitt der Drosselbohrung 50 bestimmt. Der bei diesem kleinen Ablaufquerschnitt hervorgerufene Druckabfall im Steuerdruckraum führt zu einer kleinen Verstellung des Betätigungsteils 14 und der Düsennadel 12, so daß eine Voreinspritzung erzielt wird.The control valve interacts with the throttle element in the following manner: If the valve needle 28 is only slightly adjusted into the control chamber 22 so that it does not abut the throttle element 40 , there is an outlet from the control pressure chamber 16 through the throttle bore 50 and the valve seat 30 opened, which has a comparatively small cross-section. This cross section is determined in particular by the cross section of the throttle bore 50 . The pressure drop in the control pressure chamber caused by this small discharge cross section leads to a small adjustment of the actuating part 14 and the nozzle needle 12 , so that a pre-injection is achieved.

Wenn die Ventilnadel 28 weiter in Richtung zum Betätigungsteil 14 verstellt wird, liegt sie an dem bezüglich Fig. 3 oberen Ende des Drosselelementes 40 an und drückt dieses in den Steuerdruckraum 16 hinein. Gleichzeitig mit dem Abheben des Drosselelementes 40 von dem Ventilsitz 44 verschließt die am Drosselelement ausgebildete Steuerkante den Zulauf 18 zumindest teilweise. Nunmehr ist bei verringertem Zulauf ein großer Ablauf zur Steuerkammer hin freigegeben, nämlich sowohl durch die Drosselbohrung 50 und die Nut 52 als auch zwischen Ventilsitz 44 und Ventilfläche 42. Aus verringertem Zulauf und vergrößertem Ablauf ergibt sich ein schneller Druckabfall im Steuerdruckraum, was zu einer hohen Geschwindigkeit der Düsennadel führt. Dies ist für die Haupteinspritzung vorteilhaft.If the valve needle 28 is adjusted further in the direction of the actuating part 14 , it bears against the upper end of the throttle element 40 with respect to FIG. 3 and presses it into the control pressure chamber 16 . Simultaneously with the lifting of the throttle element 40 from the valve seat 44 , the control edge formed on the throttle element at least partially closes the inlet 18 . Now, with a reduced inlet, a large outlet to the control chamber is released, namely both through the throttle bore 50 and the groove 52 and between the valve seat 44 and valve surface 42 . A reduced inlet and an enlarged outlet result in a rapid pressure drop in the control pressure chamber, which leads to a high speed of the nozzle needle. This is advantageous for the main injection.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird hier zum Verschließen des Zulaufs 18 eine Ventilkugel 60 verwendet. Diese wird in einem Halter 62 gehalten und von einer Druckfeder 64 zum Drosselelement 40 hin beaufschlagt. Der Zulauf 18 ist hier mit einem Ventilsitz 66 ausgebildet, der an der Stirnseite eines zylindrischen Fortsatzes 68 ausgebildet ist. Der Fortsatz 68 dient gleichzeitig zur Fixierung der Feder 64.An alternative embodiment is shown in FIG . In contrast to the embodiment according to FIG. 3, a valve ball 60 is used here to close the inlet 18 . This is held in a holder 62 and acted upon by a compression spring 64 toward the throttle element 40 . The inlet 18 is formed here with a valve seat 66 which is formed on the end face of a cylindrical extension 68 . The extension 68 also serves to fix the spring 64 .

An den Drosselelement 40 ist eine Schrägfläche 70 ausgebildet, die mit der Ventilkugel 60 zusammenwirkt. Die Schrägfläche 70 hat eine solche Neigung, daß das Schaltverhalten der Kugel 60 in Abhängigkeit von der Verstellung des Drosselelementes 40 im Inneren des Steuerdruckraumes 16 geeignet eingestellt werden kann.On the throttle element 40 , an inclined surface 70 is formed, which cooperates with the valve ball 60 . The inclined surface 70 has such an inclination that the switching behavior of the ball 60 can be suitably adjusted depending on the adjustment of the throttle element 40 inside the control pressure chamber 16 .

Die Funktionsweise des Drosselelementes gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht derjenigen des Drosselelementes der ersten Ausführungsform. In einem ersten Schaltzustand hebt sich lediglich die Ventilnadel 28 vom Ventilsitz 30 ab, während das Drosselelement 40 weiter am Ventilsitz 44 anliegt. Der Zufluß 18 bleibt somit unverändert, und das Abströmen des Kraftstoffes aus dem Steuerdruckraum 16 wird allein durch den Querschnitt der Drosselbohrung 50 bestimmt. In einem zweiten Zustand, in welchem die Ventilnadel 28 so weit verstellt ist, daß auch das Drosselelement 40 von seinem Sitz abgehoben ist, ergibt sich zum einen aufgrund des Zusammenwirkens der Schrägfläche 70, der Ventilkugel 60 und des Ventilsitzes 66, daß der Querschnitt des Zuflusses 18 verringert oder vollständig geschlossen wird. Züm anderen ergibt sich aufgrund des Abhebens des Drosselelementes 40 vom Ventilsitz 44 ein weiterer Ablaufquerschnitt zusätzlich zu demjenigen der Drosselbohrung 50.The operation of the throttle element according to the second embodiment corresponds to that of the throttle element of the first embodiment. In a first switching state, only the valve needle 28 lifts up from the valve seat 30 , while the throttle element 40 continues to bear against the valve seat 44 . The inflow 18 thus remains unchanged, and the outflow of the fuel from the control pressure chamber 16 is determined solely by the cross section of the throttle bore 50 . In a second state, in which the valve needle 28 is adjusted so far that the throttle element 40 is lifted from its seat, on the one hand, due to the interaction of the inclined surface 70 , the valve ball 60 and the valve seat 66 , the cross section of the inflow results 18 is reduced or completely closed. On the other hand, due to the lifting of the throttle element 40 from the valve seat 44, there is a further drain cross-section in addition to that of the throttle bore 50 .

Claims

1. Control valve for a fuel injection valve, with a valve needle ( 28 ) which is adjustable in a control chamber ( 22 ), and with a control pressure chamber ( 16 ) which is provided with an inlet ( 18 ) and an outlet ( 42 , 4450 ), characterized in that in the control pressure chamber ( 16 ) a valve seat ( 44 ) for a throttle element ( 40 ) is formed, which is provided with a throttle bore ( 50 ) and is acted upon by a spring element ( 48 ) against the valve seat ( 44 ), and that a closure element ( 54 ; 60 ) is provided which at least partially closes the inlet ( 18 ) when the throttle element ( 40 ) is lifted off the valve seat ( 44 ).

2. Control valve according to claim 1, characterized in that the closure element ( 54 ) is formed by a control edge of the throttle element ( 40 ).

3. Control valve according to claim 1, characterized in that the closure element is formed by a valve ball ( 60 ) and that the throttle element ( 40 ) is provided with an inclined surface ( 70 ) which can actuate the valve ball ( 60 ).