Einspritzventil

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Ventil ist beispielsweise durch die EP-A 0 531 533 bekannt. Diese Veröffentlichung behandelt eine Die- seleinspritzeinrichtung mit einem Hochdrucksystem (Common Rail-System) , bei dem der Kraftstoff einem Hochdruckspeicher über eine Hochdruckpumpe zugeführt wird. Dieser unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird dann entsprechend einer Steue¬ rung den einzelnen Zylindern eines Dieselmotors über Ein- spritzventile zugeführt. Dabei werden die Einspritzventile jeweils über ein Magnetventil angesteuert, um u.a. auch individuelle Einspritzzeiten zu ermöglichen.

Um insbesondere Einspritzventile zu erhalten, mit denen auch eine Voreinspritzung möglich ist, um damit Verbrauch, Abgas¬ werte, Geräusch usw. zu verbessern, sollen die Einspritzven¬ tile bei hohen Einspritzdrücken schnell schaltbar sein. Dieses Erfordernis benötigt jedoch Solenoide, die einen relativ großen Platzbedarf erfordern, da sie eine große Stromaufnahme zur Abgabe der benötigten Leistung erfordern. Die üblichen Einspritzventile sind für eine Voreinspritzung nur bedingt tauglich, da sie im allgemeinen relativ langsam schalten.

Um die gewünschten Einspritzkennlinien, insbesondere für die Zeitdauer der Voreinspritzung und Haupteinspritzung zu bekom¬ men, weist die DE-OS 41 18 236 einen Weg, bei dem zwei So¬ lenoide verwendet werden, deren Kraftstoffzuführungsbohrungen an ein Hochdrucksystem angeschlossen sind. Die beiden So- lenoide sorgen dabei je nach Strombeaufschlagung über ein Bohrungs- und Ventilsystem für eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung, wobei der Einspritzvorgang zwischen Vor-

und Haupteinspritzung ohne Unterbrechung des Einspritzvor¬ gangs vor sich gehen kann.

Durch diese Vorrichtung sind in großem Umfang beliebige Einspritzkennlinien erhältlich. Die Vorrichtung ist jedoch wegen der Notwendigkeit von zwei Solenoiden und der entspre¬ chend notwendigen Steuereinrichtung aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, schnell schaltende Einspritz- ventile vorzusehen, um die Abgas- und Geräuschemission insbe¬ sondere bei Diesel- und Magermotoren zu reduzieren, bei denen die Einspritzkennlinien in gewissem Umfang geformt werden können.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteran¬ sprüchen gekennzeichnet.

Durch geeignete Dimensionierung und Anordnung dieser Kanäle können Strömungswiderstände bzw. Drosseln gebildet werden, die das Öffnen und/oder das Schließen der Einspritznadel beeinflussen. Wenn beispielsweise der unmittelbar vor dem Rücklaufanschluß befindliche Kanal als Drosselbohrung ausge¬ bildet wird, kann das Anheben der Düsennadel verlangsamt werden, was für eine weichere Einspritzung bei Einspritzbe¬ ginn erwünscht sein kann. Durch Anordnung eines Strömungswi¬ derstandes im Bereich zwischen dem Rückraum und der Ventil¬ kammer kann außerdem das Schließen der Einspritznadel verzö¬ gert werden, was jedoch nur in weniger häufigen Fällen wün- sehenswert ist.

Die Erfindung wird nun anhand von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein Einspritzventil mit einem Magnetventil im Schnitt;

Figur 2 ein weiteres Einspritzventil mit einem Magnetventil im Schnitt, wobei der Rücklauf des Kraftstoffs modifiziert wurde; und

Figur 3 eine Schnittansicht des oberen Teils eines Einspritz¬ ventils, wobei ein Steuerventil durch zwei Kolben gebildet ist.

Die in Figur 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung be¬ steht aus einem langgestreckten Gehäuse 1, auf dessen unterem Ende eine Überwurfmutter 2 aufgeschraubt ist. Mit dieser Überwurfmutter 2 wird vom unteren Ende des Gehäuses 1 aus eine Zwischenplatte 3 und ein Einspritzdüsengehäuse 29, in dem eine Einspritzdüsennadel 6 geführt ist, gehalten. Sowohl die Zwischenscheibe 3 als auch das Einspritzdüsengehäuse 29 weisen eine Mittelbohrung 5 auf, in der die Düsennadel 6 axial verschiebbar angeordnet ist. An ihrem einen Ende liegt im gezeichneten Zustand die Düsennadel 6 an einem ringförmi¬ gen Düsensitz 7 an, so daß die Düsennadel 6 die Düsenlöcher 8,9 verschließt. Am anderen Ende ist die Düsennadel 6 mit einem Druckbolzen 10 versehen, der in einem im Gehäuse 1 als Federkammer 11 ausgebildeten Rückraum angeordnet ist und von einer in der Federkammer 11 angeordneten Düsenfeder 12 beaufschlagt wird, so daß die Düsennadel 6 auf dem Düsensitz 7 anliegt und diesen verschließt. Das andere Ende der Düsenfeder 12 liegt an dem dem Druckbolzen 10 gegenüberliegendem Ende der Federkammer 11 an.

Das Gehäuse 1 weist im oberen Bereich eine zylinderförmige Ventilkammer 13 auf, in der ein in axialer Richtung ver¬ schiebbarer als Ventilschieber 14 ausgebildetes Steuerventil angeordnet ist. Der Ventilschieber 14 weist zumindest eine in axialer Richtung verlaufende Bohrung 15 auf. Zwischen der Ventilkammer 13 und der Federkammer 11 ist ein die

Ventilkammer 13 verschließendes Verschlußteil 16 angeordnet, das eine in axialer Richtung sich erstreckende Durchlaßbohrung 17 aufweist, die die Ventilkammer 13 mit der Federkammer 11 verbindet. Der Ventilschieber 14 ist über einen Stößel 18 mit einem in einer Kammer 20 des Gehäuses 1 angeordneten Magnetanker 19 verbunden, der von einer Druckfeder 21 beaufschlagt wird, die in einer Ausnehmung 23 des Spulengehäuses 22 gelagert ist. Im Spulengehäuse 22 ist weiterhin eine Spule 24 angeordnet, die mit Spulenanschlüssen 25,26 nach außen hin verbunden ist.

Im Gehäuse 1 ist links oben in der Figur 1 ein Anschluß CR vorgesehen, der mit einem Hochdruckspeicher (nicht gezeigt) für den zu liefernden Kraftstoff verbunden ist. An den An- Schluß CR ist eine im Innern des Gehäuses 1 vorgesehene erste Zuführungsbohrung 27 geführt, die an ihrem anderen Ende in einen im Einspritzdüsengehäuse 29 gebildeten Druckraum 28 mündet. Dieser Druckraum 28 steht mit einem axial sich er¬ streckenden Zwischenraum 30 mit dem Düsensitz 7 in Verbin- düng. Der Zwischenraum 30 wird dadurch gebildet, daß der untere Teil der Düsennadel 6 abgesetzt ist, d.h., daß der untere Teil der Düsennadel 6 einen kleineren Durchmesser als der obere Teil der Düsennadel 6 aufweist, der im Einspritzdü¬ sengehäuse 29 geführt ist. Der Bereich des Übergangs vom kleinen zum großen Durchmesser endet im oberen Teil des Druckraums 28. Durch ihn wird ein ringförmiger Ansatz 35 der abgesetzten Düsennadel 6 gebildet.

Der Anschluß CR steht weiter mit einer zweiten Zuführungsboh- rung 31 in Verbindung, die in die Ventilkammer 13 mündet.

Im Gehäuse 1 ist rechts oben ein Rücklaufanschluß RL erkenn¬ bar, der sowohl mit der Ventilkammer 13 über eine Rücklauf¬ bohrung 32 als auch mit der Kammer 20 für den Magnetanker 19 über eine Entlastungsbohrung 33 in Verbindung steht.

Der Ventilschieber 14 weist eine solche Länge auf, daß er entweder die zweite Zuführungsbohrung 31 oder die Rücklauf- bohrung 32 verschließen kann.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung zeigt den Ruhezustand, d.h., es findet keine Einspritzung statt, da die Düsennadel 6 am Düsensitz 7 anliegt und diesen somit verschließt. Über den Hochdruckanschluß CR befindet sich Kraftstoff unter einem hohen Druck in der ersten Zuführungsbohrung 27, in dem sich daran anschließenden Druckraum 28 sowie im Zwischenraum 30. Weiter wird in der gezeigten Stellung des Ventilschiebers 14 der obere Teil der Ventilkammer 13 über die zweite Zufüh- rungsbohrung 31 mit unter einem hohen Druck stehenden Kraft¬ stoff versorgt. Über die Bohrungen 15 im Ventilschieber 14 und die Durchlaßbohrung 17 im Verschlußteil 16 gelangt der Kraftstoff unter dem hohen Druck in die Federkammer 11. Die Rücklaufbohrung RL ist durch den Ventilschieber 14 verschlos- sen. Damit liegt ein Hochdruck einmal auf der oberen Seite der Düsennadel 6 an, wobei aufgrund der wirksamen Druckflä¬ chen (die wirksame Fläche der Düsenoberseite ist größer als die wirksame Fläche der Düsennadel 6 im Druckraum 28) die Düsennadel 6 auf den Düsensitz 7 gedrückt wird. Die in der Federkammer 11 vorgesehene Düsenfeder 12 dient dazu, daß die Schließkraft auf die Düsennadel 6 unterstützt wird, so daß in diesem Zustand die Düsennadel 6 auf ihrem Düsensitz 7 an¬ liegt. Bei nicht angezogenem (nicht bestromten) Magneten wird die Düsennadel 6 immer auf ihren Düsensitz 7 gedrückt.

Die Kammer 20 ist zusammen mit der Rücklaufbohrung 32 und der Entlastungsbohrung 33 mit dem Rücklaufanschluß RL verbunden, so daß sie zusammen ein Niederdrucksystem bilden. Das durch den Magnetanker 19, die Spule 24 und das Gehäuse 22 gebildete Solenoid 34 ist in der gezeigten Stellung nicht bestromt.

6 Wird nun das Solenoid 34 bestromt, so wird der Magnetanker 19 durch die Spule 24 angezogen und in eine obere Stellung bewegt. Über den mit dem Magnetanker 19 verbundenen Stößel 18 wird ebenfallls der Ventilschieber 14 nach oben bewegt, so daß dieser die zweite Zuführungsbohrung 31 verschließt und die Rücklaufbohrung 32 öffnet, so daß der Druck in der Feder¬ kammer 11 über die Durchlaßbohrung 17 im Verschlußteil 16 absinkt. Damit wird der Druck im Druckraum 28 relativ größer als der Druck in der Federkammer 11, so daß der Hochdruck am ringförmigen Ansatz 35 der Düsennadel 6 anliegt und diese nach oben treibt, so daß sich die Düsennadel 6 von ihrem Sitz löst, wodurch Kraftstoff eingespritzt werden kann. Über den Querschnitt der Durchlaßbohrung 17 und der Rücklaufbohrung 32 wird die Kennlinie, insbesondere das Ansprechverhalten der Einspritzeinrichtung festgelegt, so daß der Einspritzverlauf sozusagen geformt werden kann. Der bestimmende Drosselquer¬ schnitt ist vorzugsweise in der Bohrung 32 festzulegen, weil beim Ende der Einspritzung der Kraftstoff dann ungedrosselt schnell durch die Bohrung 17 wieder in die Federkammer 11 einströmen und ein erwünscht schnelles Schließen der Düsennadel 6 bewirken kann.

Der Einspritzvorgang ist beendet, wenn die Stromzufuhr zum Solenoid 34 unterbrochen wird, so daß die Rücklaufbohrung 32 durch den Ventilschieber 14 geschlossen wird und die ein¬ gangserwähnten Druckverhältnisse sich wieder einstellen. Damit ist das Sicherheitskriterium erfüllt, das darin be¬ steht, daß nur bei Bestromen des Magneten eingespritzt werden darf.

Das Ansprechverhalten des Solenoids 34 wird u.a. auch durch den Ventilschieber 14 bestimmt. Im dargestellten Fall ist die wirksame Fläche des Ventilschiebers 14 auf der dem Solenoid 34 zugewandten Seite und auf der der Federkammer 11 zugewand- ten Seite in etwa gleich groß. Lediglich der Stößel 18 ver¬ mindert die wirksame Fläche auf der dem Solenoid 34 zugewand¬ ten Seite des Ventilschiebers 14. Damit ist der Ventilschie-

ber 14 in etwa druckausgeglichen, so daß der Ansprechstrom des Solenoids 34 auf ein Minimum begrenzbar ist. Weiter wird der Schaltvorgang der Einspritzvorrichtung nicht durch anson¬ sten vorhandene unterschiedliche Druckverhältnisse negativ beeinflußt, so daß sehr schnell schaltende Einspritzventile erhalten werden können, die sich auch für eine Voreinsprit¬ zung eignen. Die verbleibende Differenzkraft am Ventilschie¬ ber 14,18 kann durch entsprechende Auslegung der Druckfeder 21 weitgehend ausgeglichen werden.

Die Figur 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungs¬ form einer Einspritzvorrichtung, bei der die Teile, die den in Figur 1 gezeigten Teilen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und daher nicht weiter beschrie- ben werden.

Die Vorrichtung unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeig¬ ten Vorrichtung dadurch, daß die Verschlußplatte 37 anders als in Figur 1 ausgebildet ist. Weiterhin ist eine weitere Entlastungsbohrung 38 vorgesehen. Im gezeigten Fall weist der Ventilschieber 36 auf der dem Stößel 18 abgewandten Seite des Ventilschiebers 36 einen Zapfen 39 auf, der in einer Ausneh¬ mung 40 der Verschlußplatte 37 axial beweglich gelagert ist, so daß die Lagerung des Ventilschiebers verbessert wird. Die Ausnehmung 40 steht an ihrem unteren Ende mit dem Rück¬ laufanschluß RL über die weitere Entlastungsbohrung 38 in Verbindung, damit die leichte axiale Verschiebbarkeit des Zapfens 39 gewährleistet ist.

Im Prinzip arbeitet diese Vorrichtung wie die Vorrichtung nach Figur 1. Wie man jedoch erkennt, ist bei geeigneter Bemessung des Durchmessers des Zapfens 39, der in diesem Fall gleich dem Durchmesser des Stößels 18 ist, die wirksame Fläche auf beiden Seiten des Ventilschiebers 36 gleich groß, so daß der Ventilschieber 36 völlig druckausgeglichen ist, so daß sich die obengenannten Vorteile einstellen können.

In Figur 3 ist lediglich der obere Teil der Einspritzvorrich¬ tung von Figur 1 oder 2 gezeigt. Teile, die denen in Figur 1 gleich sind, sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht beschrieben.

Im oberen Teil des Gehäuses 1 ist wiederum die Ventilkammer 13 vorgesehen, die über eine zweite Zuführungsbohrung 31 mit dem Hochdruckanschluß CR in Verbindung steht. Weiterhin ist die Ventilkammer 13 mit dem Rücklaufanschluß RL über eine Rücklaufbohrung 41 verbunden, die einen Strömungswiderstand aufweisen kann und die gegenüber der Zuführungsbohrung 31 versetzt angeordnet ist. Weiter ist am oberen Ende der Ventilkammer 13 eine Entlastungsbohrung 42 vorgesehen, die die Ventilkammer 13 mit der Kammer 20 für den Magnetanker 19 verbindet. Eine weitere Entlastungsbohrung 43 ist zwischen der Kammer 20 und dem Rücklaufanschluß RL vorgesehen.

In der Ventilkammer 13 sind axial verschiebbar ein aus zwei voneinander beabstandet gehaltene Einzelkolben 45,46 angeord- net, wobei der Einzelkolben 45 über einen Stößel 44 mit dem Magnetanker 19 in Verbindung steht. Ein anderes freies Ende des Stößels 44 ist durch den Einzelkolben 46 hindurchgeführt und liegt an einer Verschlußplatte 47 für die Federkammer 11 an. Diese gezeigte Stellung ist die Stellung, bei der das Solenoid 34 nicht bestromt ist. Um die Bewegung der beiden Kolben 45,46 zu erleichtern, ist eine weitere Entlastungsboh¬ rung 48 vorgesehen, die den Raum zwischen dem Kolben 46 und der Verschlußplatte 47 mit dem Rücklaufanschluß RL verbindet. Eine weitere Bohrung 49 verbindet den Raum zwischen den Kolben 45,46 und der Federkammer 11.

Bei dem in Figur 3 gezeigten Zustand, d.h., dem Zustand, wo keine Einspritzung erfolgt, ist der Druck in der Federkammer 11 gleich dem Druck in der ersten Zuführungsbohrung 27, so daß der gleiche Zustand wie bei der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung besteht. Dabei ist die Federkammer 11 über die Bohrung 49 mit der Ventilkammer 13 verbunden.

Wird nun das Solenoid 34 mit Strom beaufschlagt, so zieht der Anker 19 an, wodurch die beiden Kolben 45,46 nach oben bewegt werden, der Kolben 46 die zweite Zuführungsbohrung 31 ver- schließt und der Kolben 45 die Rücklaufbohrung 41 freigibt, so daß die Ventilkammer 11 über die Rücklaufbohrung 41 entla¬ stet wird. Damit wird die Bohrung 49 ebenfalls mit der Rück¬ laufbohrung 41 verbunden, so daß der Druck in der Federkammer 11 absinkt, die Düsennadel wie bei Figur 1 nach oben bewegt wird und der Einspritzvorgang beginnt.

Bei dieser Ausführungsform ist die wirksame Druckfläche im Zwischenraum zwischen den beiden Kolben 45,46 gleich, so daß die beiden Kolben 45,46 druckentlastet sind, d.h., daß die resultierende Kraft an den beiden Kolben gleich ist. Damit bestehen wieder die gleichen Vorteile wie bei der in Figur 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung.