DE3688753T2

DE3688753T2 - Steuereinrichtung für elektro-hydraulisch betätigte Kraftstoffeinspritzventile.

Info

Publication number: DE3688753T2
Application number: DE90125027T
Authority: DE
Inventors: Marco Alfredo Ganser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-02
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2006-11-29
Also published as: EP0228578A1; DE3681711D1; US4826080A; EP0228578B1; JPH06108948A; EP0426205B1; ES2025054B3; JPH0681935B2; DE3688753D1; EP0426205A2; JP2603896B2; ATE91752T1; JPS62282164A; ES2042184T3; EP0426205A3; ATE67825T1

Description

Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vorrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilgliedes von elektro-hydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzventilen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung

Unterschiedliche Konstruktionen von elektrohydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzventilen werden in der US-A-3,610,529 und in der US-A-4,566,416 offenbart. In diesen offenbarten Brennstoffeinspritzventilen werden die Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilgliedes vom Brennstoffdruck gesteuert, welcher auf beiden Seiten eines Kolbens des Einspritzventilgliedes einwirkt. Die Stirnseite des Kolbens des Einspritzventilgliedes welche sich auf der der Spitze und dem Sitz des Einspritzventilgliedes gegenüberliegenden Seite befindet, wird vom Brennstoffdruck in einem Steuerraum beaufschlagt. Eine Einlaßdrosselbohrung zu diesem Steuerraum verbindet diesen mit einer Hochdruck-Brennstoffzufuhrbohrung. Eine Auslaßdrosselbohrung von diesem Steuerraum kann von einem elektromagnetisch betätigten Auf-Zu-Steuerventil geöffnet und geschlossen werden. Nach Erregung eines Solenoids wird das Steuerventil von seinem Sitz bei der Auslaßdrosselbohrung zurückgezogen, öffnet sie, und wegen der Drosselung der Einlaßdrosselbohrung fällt der Druck im Steuerraum genügend ab, um die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes und damit den Beginn des Einspritzvorgangs zuzulassen. Das Zurückschieben des Steuerventils nach dem Ende des elektrischen Impulses zum Solenoid bewirkt einen Druckanstieg im Steuerraum, gegeben durch den von der Einlaßdrosselbohrung in den Steuerraum fließenden Brennstoff. Wegen diesem Druckanstieg wird das Einspritzventilglied geschlossen und der Einspritzvorgang wird beendet.
Um den Verbrennungsvorgang der dazugehörigen Brennkraftmaschine zu verbessern, wird ein rasches und sauberes Ende des Einspritzvorganges benötigt, was durch ein rasches Schließen des Einspritzventilgliedes bewerkstelligt wird. Für eine gegebene Motorgröße wird eine gegebene Größe der Einspritzbohrungen benötigt, welche den Sitzdurchmesser des Einspritzventilgliedes und folglich den Durchmesser des Kolbens des Einspritzventilgliedes bestimmen. Je größer die Abmessungen der besagten Einlaßdrosselbohrung, desto rascher findet das Wiederauffüllen des Steuerraumes statt, und demzufolge desto rascher wird die Schließbewegung des Einspritzventilgliedes stattfinden.
Eine große Abmessung der Einlaßdrosselbohrung bedeutet aber auch eine große Abmessung der Auslaßdrosselbohrung, da sonst der Druckabfall im Steuerraum nicht genügend ist. Da beide Drosselbohrungen ganz offen sind wenn das Steuerventil zurückgezogen wird, wird während jedem Einspritzvorgang eine beachtliche Brennstoffmenge durch beide Drosselbohrungen gefördert. Für klassische Ventile dieser Bauart werden bei voller Motorbelastung zusätzlich zum eingespritzten Brennstoff 50% durch beide Steuer-Drosselbohrungen gefördert. Bei Teillast des Motors nimmt dieser Prozentsatz zu und übersteigt zeitweise die Einspritzmenge.
Es ist nun der Hauptzweck dieser Erfindung, eine Vorrichtung zur hydraulischen Steuerung der Bewegung des Einspritzventilgliedes von Brennstoffeinspritzventilen der obengenannten Art vorzuschlagen, die eine genaue und immer wiederholbare Steuerung der Öffnungs- und raschen Schließbewegung des Einspritzventilgliedes ermöglicht, mit einem wesentlich kleineren Bedarf an Brennstoff, um diese Bewegungen zu bewerkstelligen.
Dieser Zweck wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 erzielt.
In den FR 2 541 379-A1 und FR 2 543 647 A1 wird ein Brennstoffeinspritzventil mit einem elektro-hydraulisch betätigten Einspritzventilglied und einem Dreiwegeventil vorgeschlagen, um die Öffnungs- und Schließbewegung des Einspritzventilgliedes zu steuern. Die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes ist langsam, da sich eine dichtende Ventilplatte mit einer Drosselbohrung zwischen dem Ende des Kolbens des Einspritzventilgliedes und der Auslaßöffnung befindet. Die Schließbewegung des Einspritzventilgliedes ist rasch, da die Ventilplatte einen größeren Querschnitt für den Brennstoffdurchfluß während dem Schließvorgang des Einspritzventilgliedes öffnet. Der für den Schließvorgang benötigte Brennstoff wird durch eine Einlaßöffnung mittels des Dreiwegeventils gefördert. Infolgedessen ist die Konstruktion des Dreiwegeventils kompliziert und in der Herstellung teuer, besonders wenn das Brennstoffeinspritzventil bei hohen Brennstoffdrücken betrieben werden soll.
Bei der vorliegenden Erfindung kann ein einfaches Auf-Zu-Ventil verwendet werden, um die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes zu steuern, währenddem in der Anfangsphase seiner Schließbewegung ein Ventilkörper momentan und automatisch Einlaßdurchgänge von großem Querschnitt öffnet, welche in einem Drucksteuerelement angefertigt sind, um das rasche Schließen des Einspritzventilgliedes zu bewerkstelligen. Diese Einlaßdurchgänge werden vom Ventilkörper während der Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes im wesentlichen geschlossen gehalten, wodurch die Brennstofförderung durch den Sitz des Steuerventils während dem Einspritzvorgang auf einem Mindestmaß gehalten wird.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung diskutiert und in Fig. 1 gezeigt, die einen vergrößerten, teilweisen Längsschnitt des wesentlichen Teils eines elektrohydraulisch betätigten Brennstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ausführliche Beschreibung von Fig. 1

In Fig. 1 wird nun die Konstruktion des Teils eines Brennstoffeinspritzventils mit einem elektro-hydraulisch betätigten Einspritzventilglied offenbart, welche gemäß der vorliegenden Erfindung den Druck im Steuerraum auf der Stirnseite des Kolbens des Einspritzventilgliedes steuert. Bezüglich der Konstruktion des gesamten Brennstoffeinspritzventils wird sowohl auf Fig. 1 als auch auf die Fig. 4 und 5 der EP-A-0228578 verwiesen.
Das Kolbenelement 336 des Einspritzventilgliedes (welches nur teilweise gezeigt wird und welches die Brennstoffeinspritzöffnungen verschließt und momentan öffnet) besitzt ein oberes Teilstück 338 mit einem kleineren Durchmesser. Auf diesem kleineren Teilstück 338 befindet sich eine Feder 340. Die gegenüberliegende Seite der Feder 340 ist auf einem Teilstück mit kleinerein Durchmesser eines Zwischenventilkörpers 332 geschoben, und dieses Ende der Feder 340 ruht auf einer Schulter des Ventilkörpers 332. Zwischen dem oberen Teil des Zwischenventilkörpers 332 und dem oberen, verlängerten Teilstück einer Führungsbohrung 342 für das Kolbenelement 336, welche in einem Brennstoffeinspritzventilgehäuse 344 angefertigt ist, befindet sich ein nuten- und ringförmiger Raum 346 von relativ großem Querschnitt. Der Zwischenventilkörper 332 ist mit einer kleinen Bohrung 348 versehen, wovon ein Ende mit dem Steuerraum 350 stirnseitig des Kolbenelementes 336 verbunden ist. Das andere Ende der kleinen Bohrung 348 ist mit einer Bohrung 352 von größerem Durchmesser verbunden, welche im Zwischenventilkörper 332 angefertigt ist.
Der Zwischenventilkörper 332 besitzt eine Sitzfläche 354, welche mit einer Sitzfläche eines Drucksteuerelementes 334 zusammenwirkt. Das Steuerelement 334 ist mit einer Ringbohrung 356 versehen, welche mittels einer Bohrung 358 von großem Querschnitt mit dein Hochdruckeinlaß (nicht gezeigt) des Brennstoffeinspritzventils verbunden ist. Eine Anzahl Bohrungen 360, welche im Steuerelement 334 angefertigt sind, verbinden die Ringbohrung 356 mit der Sitzfläche des Steuerelementes 334. Die Sitzfläche 354 kann entweder, wie gezeigt, eben oder leicht kugelförmig oder auch konisch sein.
Eine kleine Bohrung 362 verbindet die Ringbohrung 356 mit einer sich auf der Längsachse des Drucksteuerelementes 334 befindenden kleinen Bohrung 364. Ein Ende der kleinen Bohrung 364 ist mit einer Sitzfläche 70 verbunden und kann vom Schaft 76 eines elektromagnetisch betätigten Auf-Zu-Solenoidventils 72 (nicht im einzelnen gezeigt) geöffnet und geschlossen werden. Die Konstruktion und Funktionsweise des Solenoidventils 72 wird in der EP-A-0228578 gezeigt und beschrieben. Das andere Ende der kleinen Bohrung 364 ist mit einer Bohrung 366 von größerem Durchmesser verbunden, welche ihrerseits mit der im Zwischenventilkörper 332 angefertigten Bohrung 352 verbunden ist. Das Steuerelement 334 und das Kolbenelement 336 werden mit enger Passung in die Führungsbohrung 342 eingepaßt, um Brennstoffleckage von Regionen mit hohem zu Regionen mit niedrigerem Druckpegel auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Zur Ausführung von Fig. 1 sind mehrere alternative Varianten brauchbar, von denen zwei nachfolgend kurz beschrieben werden. In einer ersten alternativen Ausführung ist es für gewisse Anwendungen praktischer, die Führungsbohrung 342 aus zwei Teilstücken mit unterschiedlichem Durchmesser auszuführen, wovon ein Teilstück das Steuerelement 334 führt, welches auch in die Führungsbohrung eingepreßt werden kann. Anstatt die Feder 340 auf ihrem inneren Durchmesser zu führen, könnte diese auch in einer zylinderförmigen Vertiefung des Kolbenelementes 336 ihren Platz finden, wobei die Vertiefung die Feder 340 am Außendurchmesser führen würde. Diese Lösung reduziert die Länge der Führungsbohrung 342 auf ein Mindestmaß.
Die Funktionsweise der Konstruktion von Fig. 1, wodurch der Druck im Steuerraum 350 die Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilgliedes steuert, ist nun folgendermaßen: vor dein Beginn des Einspritzvorgangs ist der Zwischenventilkörper 332 in Kontakt mit dem Steuerelement 334, und demzufolge verhindert die Sitzfläche 354 im wesentlichen den Brennstoffdurchfluß durch die Bohrungen 360. Wird das Solenoidventil 72 von seinem Sitz 70 zurückgezogen, wird der Brennstoffdruck in der kleinen Bohrung 364 und folglich auch in den größeren Bohrungen 366 und 352, in der kleinen Bohrung 348 und schlußendlich im Steuerraum 350 rasch absinken, was die Aufwärtsbewegung des Einspritzventilgliedes und den Beginn des Einspritzvorgangs verursacht, wie ausführlich in der EP-A-0228578 beschrieben wird.
Um den Einspritzvorgang zu beenden, wird zunächst vom Solenoidventil 72 der Auslaß der kleinen Bohrung 364 geschlossen. Der Brennstoff wird nun von der kleinen Bohrung 362 durch ein Teilstück der kleinen Bohrung 364 fließen und einen Druckanstieg in den größeren Bohrungen 366 und 352 verursachen. Dies wird zusammen mit dem in den Bohrungen 360 anstehenden Brennstoffdruck, momentan den Zwischenventilkörper 332 weg von seiner Lage zusammen mit dem Steuerelement 334 bewegen. Damit wird durch die Bohrungen 360 und durch den ringförmigen Raum 346 ein großer Durchflußquerschnitt zum Brennstoffnachfluß zur Verfügung gestellt, um das Einspritzventilglied abrupt zu schließen.
Ein erster Vorteil dieser Lösung ist demzufolge das Ermöglichen einer sehr raschen Schließbewegung des Einspritzventilgliedes, wobei seine Öffnungsbewegung nach wie vor gesteuert werden kann. Zusätzlich wird der Brennstoffdurchfluß durch die kleine Bohrung 364 während dem Einspritzvorgang, verglichen mit früheren Lösungen, stark reduziert.
In einer alternativen Ausführung ist die kleine Bohrung 362 mit der Bohrung 366 anstatt mit der kleinen Bohrung 364 verbunden, was eine einfachere Bearbeitung gestattet.
In einer zweiten alternativen Ausführung wird die kleine Bohrung 348 im Zwischenventilkörper 332 weggelassen, womit die Bohrung 352 den Steuerraum 350 mit der Bohrung 366 verbindet. In diesem Fall wird der ringförmige Raum 346 ebenfalls weggelassen und der Zwischenventilkörper 332 wird mit einer relativ engen Gleitpassung in der Führungsbohrung 342 geführt. Die geeignete Auslegung der Bohrung 352 wird einen großen Durchgang für den Brennstoff von den Bohrungen 360 in den Steuerraum 350 während der Schließbewegung des Einspritzventilgliedes zur Verfügung stellen. Die Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes wird nun von den Querschnitten der kleinen Auslaßbohrung 364 und der kleinen Bohrung 362 gesteuert. Die momentane Bewegung des Zwischenventilkörpers 332 während dem Schließvorgang des Einspritzventilglieds wird vom anstehenden Brennstoffdruck in den Bohrungen 360 eingeleitet.
In einer dritten alternativen Ausführung wird die kleine Bohrung 362 weggelassen. Die geeignete Bearbeitung eines Teils der Sitzfläche 354, zum Beispiel mit kleinen radialen Nuten oder mit einer anderen Methode, stellt den notwendigen Brennstoffdruck bereit, um die momentane Bewegung des Zwischenventilkörpers während der Schließbewegung des Einspritzventilgliedes einzuleiten.
Die Kombination einer oder mehrerer der oben diskutierten Ausführungsvarianten mit den Hauptmerkmalen der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Feinabstimmung der Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilgliedes auf einen optimalen Wert für eine gegebene Motoranwendung.
Jene Komponenten, welche die Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilgliedes bestimmen, nämlich der Schaft 76 des Solenoidventils 72, das Steuerelement 334, der Zwischenventilköper 332, und die Feder 340, können an einer beliebigen passenden Lage des Brennstoffeinspritzventils angeordnet werden, seitlich des Steuerraumes 350, und müssen folglich nicht zwangsläufig wie in Fig. 1 gezeigt, angeordnet werden. Diese Komponenten können mit einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Kolbenelements 336 angeordnet werden. In diesem Fall muß eine Verbindungsöffnung den Steuerraum 350 mit der der Sitzfläche 354 gegenüberliegenden Seite des Zwischenventilkörpers 332 verbinden.
Wie erwähnt gestattet die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verringerung des durch die kleine Bohrung 364 während dem Einspritzvorgang durchströmenden Brennstoffes. Dank dieser Tatsache kann die kleine Bohrung 364 für eine gegebene Motorgröße, verglichen mit den früheren Lösungen, kleiner sein. Folglich ermöglicht die dem Solenoidventilschaft 76 übertragene, kleinere hydraulische Kraft des Brennstoffdruckes in der kleinen Bohrung 364 die Verwendung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans mit reduzierten Abmessungen, was einen weiteren Vorteil darstellt. Um diesen Vorteil auszunützen, muß jedoch ein Solenoidventilsitz 70 verwendet werden, welcher die kleine Bohrung 364 ummittelbar an ihrem Umfang abdichtet. Dies ist der Fall in der Konstruktion von Fig. 1 mit einem Flachsitz 70. Ein leicht konischer oder sphärischer Sitz oder allgemein ein dauerhafter Sitz, der die Bohrung 364 unmittelbar an ihrem Umfang abdichtet, kann ebenfalls verwendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und raschen Schießbewegung des Einspritzventilgliedes eines Brennstoffeinspritzventils zur intermittierenden Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Gehäuse (344), einem Kolbenelement (336), das das Einspritzventilglied in der geschlossenen Lage gegen ein Ventilsitzelement welches mit Brennstoffeinspritzöffnungen versehen ist, andrückt, einer Führungsbohrung (342) für das Kolbenelement (336) und einem Steuerraum (350), wobei das Kolbenelement (336) vom Brennstoffdruck im Steuerraum (350) beaufschlagt wird, wobei die Vorrichtung zusätzlich ein elektromagnetisch betätigbares Solenoidventil (72) mit einem Schaft (76) aufweist, der mit einem Solenoidventilsitz (70) zusammenwirkt und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung verschiebbar ist, um die Auslaßseite einer Abflußöffnung (364) zu öffnen und zu schließen; gekennzeichnet durch mindestens einen ersten Durchlaß (360), der an einem Ende mit einer Sitzfläche (354) und am anderen Ende mit einem Brennstoffeinlaßdurchlaß (356, 358) des Brennstoffeinspritzventils von großem Querschnitt verbunden ist, einen Ventilkörper (332), der zumindest während der Öffnungsbewegung des Einspritzventilgliedes und folglich des Kolbenelementes (336) mit der Sitzfläche (354) zusammenwirkt Um im wesentlichen den Brennstoffdurchfluß durch den mindestens einen ersten Durchlaß (360) in den Steuerraum (350) zu verhindern, mindestens einen zweiten Durchlaß (352) im Ventilkörper (332), der den Steuerraum (350) mit der Abflußöffnung (364) verbindet, wobei die Öffnungsbewegung des Schaftes (76) einen Druckabfall zumindest in der Abflußöffnung (364), im zweiten Durchlaß (352) und im Steuerraum (350) verursacht um die Öffnungsbewegung des Kolbenelementes (336) und demzufolge des Einspritzventilgliedes zuzulassen und wobei die Schließbewegung des Schaftes (76) und das Zusammenwirken mit dem Sitz (70) eine momentane Bewegung des Ventilkörpers (332) weg von der Sitzfläche (354) bewirkt, um zuzulassen, daß Brennstoff vom mindestens einen ersten Durchlaß (360) in den Steuerraum (350) fließt, um eine rasche Schließbewegung des Kolbenelementes (336) des Einspritzventilgliedes zu bewerkstelligen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der mindestens eine erste Durchlaß (360) und die Abflußöffnung (364) in einem zylindrischen Element (334) angeordnet sind, welches im wesentlichen auf dichte Weise in einer Bohrung (342) im Gehäuse (344) angeordnet ist, wobei dieses Element (334) an einem Ende die Sitzfläche (354) und am anderen Ende den Solenoidventilsitz (70) beinhaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin ein ringförmiger Durchlaß (356), welcher entweder im zylindrischen Element (334) oder im Gehäuse (344) ausgebildet ist, den mindestens einen ersten Durchlaß (360) mit dem Brennstoffeinlaßdurchlaß (358) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das zylindrische Element (334), der Ventilkörper (332) und das Kolbenelement (336) des Einspritzventilgliedes axial ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin ein zusätzlicher, gedrosselter Durchlaß (362) den Brennstoffeinlaßdurchlaß (358) mit der Abflußöffnung (364) oder mit einem weiteren Durchlaß (366) verbindet, welcher an einem Ende mit der Abflußöffnung (364) und am anderen Ende mit dem mindestens einen zweiten Durchlaß (352) des Ventilkörpers (332) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Ventilkörper (332) eine Drosselbohrung (348) aufweist, welche an einem Ende mit dem Steuerraum (350) und am anderen Ende mit dem zweiten Durchlaß (352) verbunden ist, und worin der Ventilkörper (332) mindestens eine Verbindungsöffnung (346) zwischen der Sitzfläche (354) und dem Steuerraum (350) aufweist, wobei die Querschnittfläche dieser Verbindungsöffnung (346) wesentlich größer ist als die Querschnittfläche der Drosselbohrung (348).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Ventilkörper (332) an seinem äußeren Umfang in einer Bohrung (342) geführt ist und der Brennstoffdurchfluß von dem mindestens einen ersten Durchgang (360) in den Steuerraum (350) während der raschen Schließbewegung des Kolbenelementes (336) des Einspritzventilgliedes im wesentlichen durch den Durchlaß (352) im Ventilkörper (332) stattfindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Sitzfläche (354) im wesentlichen eben, leicht kugelförmig oder konisch ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin der Schaf t (76), der in seiner geschlossenen Lage mit dem Solenoidventilsitz (70) zusammenwirkt, die Abflußöffnung (364) im wesentlichen an ihrer Auslaßseite beim Durchmesser ihres Umfangs abschließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin der Solenoidventilsitz (70) und die Spitze des Schaftes (76) als Flachsitz ausgeführt sind.