Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem 3/2-Wege-Steuerventil

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Injektor nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Injektor ist beispielsweise durch die DE 10 2004 061 800 A1 bekannt geworden.

Bei diesem bekannten Injektor ist zum hydraulischen öffnen und Schließen einer Düsennadel ein Steuerventil vorgesehen, das den Druck in einer Steuerleitung steuert. Dieses Steuerventil weist eine Stufenbohrung mit drei Bohrungsabschnitten zur Aufnahme eines Ventilkörpers auf, wobei ein erster Bohrungsabschnitt an eine Niederdruckseite, ein mittlerer zweiter Bohrungsabschnitt an die Steuerleitung und ein dritter Bohrungsabschnitt an eine Hochdruckseite angeschlossen sind. Am übergang zwischen erstem und zweitem Bohrungsabschnitt ist ein kegelförmiger Ventilsitz und am übergang zwischen zweitem und drittem Bohrungsabschnitt ein Flachsitz vorgesehen. Der Ventilkörper ist im zweiten Bohrungsabschnitt angeordnet und weist einen mit dem kegelförmigen Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkegel und eine mit dem Flachsitz zusammenwirkende zweite Dichtfläche auf.

Bei druckausgeglichenen Schaltventilen, insbesondere bei I-Ventilen (I-Ventile sind Ventile, deren Sitz radial nach innen durchströmt wird), besteht bei großen zu schaltenden Masseströmen die Gefahr, dass Kavitationserosion den Dichtsitz zerstört.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Injektor der eingangs genannten Art eine andere Ausführungsform für das Steuerventil anzugeben und insbesondere das Steuerventil druckausgeglichen auszubilden.

Offenbarung der Erfindung

Durch das erfindungsgemäß ausgebildete Steuerventil ist einerseits das Risiko von Kavitationserosion am ersten Ventilsitz, insbesondere gegenüber vergleichbaren I- Ventilen, reduziert und andererseits ein sehr einfacher Aufbau des Steuerventils möglich. Außerdem ist der erste Ventilsitz bei der Herstellung gut zugänglich und kann daher auch mit einer Beschichtung versehen werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Injektors sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:

Fig.1 einen Längsschnitt durch das Steuerventil des erfindungsgemäßen

Injektors; Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Steuerventil mit einem modifizierten Abströmraum; und

Fig. 3 das in Fig. 2 gezeigte Steuerventil mit einem zusätzlichen Ankerraum.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der erfindungsgemäße Injektor 1 wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder ein Injektor zugeordnet ist. Dieser Injektor 1 weist in an sich bekannter Weise eine in einen Zylinderbrennraum der Brennkraftmaschine ragende, hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse sowie eine die Einspritzdüse abhängig vom Druck in einem

Steuerraum 2 öffnende und schließende, hier nur zu einem kleinen Teil angedeutete Düsennadel 3 auf.

Zum Steuern des Einspritzvorgangs weist der Injektor ein 3/2-Wege-Steuerventil 4 auf, das den Steuerraum 2 über eine Steuerleitung 5 entweder mit einer Hochdruck- Zulaufleitung (Hochdruckseite) 6 oder mit einer Niederdruck-Abströmleitung (Niederdruckseite) 7 verbindet. Die Zulaufleitung 6 kann mit einem nicht gezeigten Hochdruckspeicher (Common Rail) und die Abströmleitung 7 mit Lecköl verbunden sein. Das zweiteiliges Gehäuse 8a, 8b des Steuerventils 4 weist eine Stufenbohrung 9 mit drei Bohrungsabschnitten 9a-9c zur Aufnahme eines Ventilkolbens

(Ventil körper) 10 auf, wobei ein erster Bohrungsabschnitt (Abströmraum) 9a an die Abströmleitung 7, ein mittlerer zweiter Bohrungsabschnitt 9b an die Steuerleitung 5 und ein dritter Bohrungsabschnitt 9c an eine Zulaufleitung 6 angeschlossen sind. Der zweite Bohrungsabschnitt 9b ist gegenüber den beiden anderen Bohrungsabschnitten 9a, 9c im Durchmesser reduziert. Am übergang zwischen erstem und zweitem Bohrungsabschnitt 9a, 9b ist ein kegelförmiger Ventilsitz 11 und am übergang zwischen zweitem und drittem Bohrungsabschnitt 9b, 9c ein Schiebersitz 12 vorgesehen. Der Ventilkolbeni 0 weist einen mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkenden Ventilkegel (Dichtkante) 13 und eine mit der gehäuseseitigen Schiebersitzkante 14 des Schiebersitzes 12 zusammenwirkende Steuerkante

(Dichtkante) 15 auf. Der Ventilsitz 11 ist dem ersten Bohrungsabschnitt 9a und die Schiebersitzkante 14 dem dritten Bohrungsabschnitt 9c zugewandt. Entsprechend ist der Ventilkegel 13 im ersten Bohrungsabschnitt 9a und die Steuerkante 15 bei geöffnetem Schiebersitz 12 im dritten Bohrungsabschnitt 9c vorgesehen. Der

Ventilkolben 10 ist mittels einer Schließfeder 16 in dichtende Anlage an den Ventilsitz 11 gedrückt. Statt als Kegelsitz kann der Ventilsitz 11 auch als Flachsitz ausgeführt sein.

Der Ventil kolben 10 ist gestuft mit drei Kolbenabschnitten 10a-10c ausgebildet, wobei der mittlere, zweite Kolbenabschnitt 10b gegenüber den beiden anderen Kolbenabschnitten 10a, 10b im Durchmesser reduziert ist. Der Ventilkegel 13 ist am übergang zwischen erstem und zweitem Kolbenabschnitt 10a, 10b und die Steuerkante 15 am übergang zwischen zweitem und drittem Kolbenabschnitt 10b, 10c vorgesehen. Der Ventilkolben 10 ist mit seinem dritten Kolbenabschnitt 10c in einem Führungsabschnitt 9d der Stufenbohrung 9 verschiebbar geführt. Der Schieberdurchmesser d des dritten Kolbenabschnitts 10c entspricht dem Sitzdurchmesser d des Ventilsitzes 11 , wodurch der Ventilkolben 10 im geschlossenen Zustand aber auch im geöffneten bzw. teilgeöffneten Zustand weitestgehend kraftausgeglichen ist.

An seinem im ersten Bohrungsabschnitt 9a vorgesehenen Ende weist der Ventilkolben 10 einen Magnetanker (Ankerplatte) 17 auf, der mit einem Elektromagneten 18 zusammenwirkt. Die Schließfeder 16 ist einerseits am Gehäuse 8a und andererseits am Magnetanker 17 abgestützt. Der direkt mit dem Magnetanker 17 verbundene Ventil kolben 10 kann - im Gegensatz zu so genannten Servo-3/2- Ventilen - somit direkt gesteuert werden. Zwischen Ventilkegel 13 und Anker 17 weist der Ventilkolben 10 einen Sitzbegrenzungsabschnitt 19 mit gleichem Außendurchmesser D (D > d) wie der Ventilkegel 13 auf. Durch den Sitzbegrenzungsabschnitt 19 ist der mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkende Dichtdurchmesser des Ventilkegels 13 auch bei Verschleiß maximal auf den Außendurchmesser D begrenzt, der dabei so groß gewählt ist, dass die Federkraft der Schließfeder 16 auch bei maximal angeglichenem Dichtdurchmesser D des Ventilkegels 13 noch ausreichend ist, den Ventilkolben 10 geschlossen zu halten. Der Raum 20 unterhalb des Ventilkolbens 10 ist an die Niederdruckseite angeschlossen.

Die Funktionsweise des Injektors 1 ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und soll hier nur kurz angerissen werden. Wenn der Elektromagnet 18 nicht

bestromt ist, wird durch die Schließfeder 16 der Ventilkolben 10 in den Ventilsitz 11 gedrückt, wodurch die Steuerleitung 5 gegen die Niederdruckseite 7 abgedichtet ist. Der Schiebersitz 12 ist geöffnet und die Steuerleitung 5 ist mit der Hochdruckseite 6 verbunden, wodurch auch im Steuerraum 2 Hochdruck herrscht und die Düsennadel 3 in Schließrichtung kraftbeaufschlagt ist und Einspritzöffnungen verschließt. Wird der Elektromagnet 18 bestromt, wird der Ventilkolben 10 vom Ventilsitz 11 abgehoben und die Steuerleitung 5 mit der Niederdruckseite 7 verbunden. Gleichzeitig wird der Schiebersitz 12 geschlossen und dadurch die Steuerleitung 5 von der Hochdruckseite 6 getrennt. Der Steuerraum 2 wird druckentlastet, so dass die auf die Düsennadel 3 wirkende hydraulische Schließkraft abgesenkt wird und die Düsennadel 3 von ihrem Ventilsitz abhebt und die Einspritzöffnungen freigibt. Idealerweise strömt die Flüssigkeit nach dem Durchtreten des Ventilsitzes 11 frei in den Abströmraum 9a ohne weitere Umlenkung ein. Somit werden Kavitationsblasen, welche bei Durchströmen durch den Ventilsitz 11 entstehen, nicht auf Bauteile gespült, an welchen sie Kavitationsschäden anrichten könnten. Zur Beendigung der Einspritzung wird der Elektromagnet 18 wiederum stromlos geschaltet, so dass der Ventilkolben 10, angetrieben durch die Schließfeder 16, zurück in dichtende Anlage an den Ventilsitz 11 gedrückt wird.

Vom Injektor der Fig. 1 unterscheidet sich der in Fig. 2 gezeigte Injektor 1 lediglich dadurch, dass hier der Ventilkolben 10 zwischen Magnetanker 17 und Sitzbegrenzungsabschnitt 19 einen Führungsabschnitt 21 aufweist, der in einem Führungsabschnitt 9e der Stufenbohrung 9 geführt ist. Durch diesen Führungsabschnitt 9e ist der Abströmraum 9a vom Ankerraum 22 getrennt, und große Absteuermengen können durch den Ventilsitz 11 abströmen, ohne dass sich Auswirkungen auf den Magnetanker 17 ergeben. Das Spiel des Führungsabschnitts 9e darf dabei groß sein im Vergleich zur Führung des Ventilkolbens 10 im Bohrungsabschnitt 9d. Der Durchmesser des Führungsabschnitts 9e kann entweder, wie in Fig. 2 gezeigt, größer als der Durchmesser D des Sitzbegrenzungsabschnitts 19 sein oder aber gleich groß.

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die die Abtrennung des Abströmraumes 9a vom Ankerraum 22 auch dadurch erfolgen, dass zwischen den beiden Gehäuseteilen 8a,

8b eine zusätzliche Scheibe 23 eingebracht wird. Diese Scheibe 23 weist sowohl den Abströmraum 9a samt Abströmleitung 7 als auch den Führungsabschnitt 21 auf.