EP1277952A2 - Injektor mit hintereinandergeschalteten, nach innen öffnenden Ventilen - Google Patents

Injektor mit hintereinandergeschalteten, nach innen öffnenden Ventilen Download PDF

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EP1277952A2
EP1277952A2 EP02014393A EP02014393A EP1277952A2 EP 1277952 A2 EP1277952 A2 EP 1277952A2 EP 02014393 A EP02014393 A EP 02014393A EP 02014393 A EP02014393 A EP 02014393A EP 1277952 A2 EP1277952 A2 EP 1277952A2
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EP
European Patent Office
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valve
spring
spring element
valves
fuel injector
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EP1277952B1 (de
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Nestor Rodriguez-Amaya
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves
    • F02M59/466—Electrically operated valves, e.g. using electromagnetic or piezoelectric operating means

Definitions

  • I-valves inward opening valves
  • HC formation HC formation
  • EP 0 823 549 A2 relates to an injector.
  • This injector includes an injector body and a nozzle needle slidably received in this. Using a closing spring pushed the nozzle needle into its seat.
  • a fuel supply line is provided with which fuel is supplied to the nozzle needle in the region of a conical surface in such a way that there is a force directed against the action of the closing spring.
  • With a drain valve becomes the connection between the fuel supply line and an outlet controlled to the low pressure area of the fuel injector.
  • the fuel pressure is controlled in a control room, partially by a surface of the nozzle needle or a component added to it is defined.
  • the nozzle needle or the component recorded on it is oriented such that at high pressure levels A force acting on the nozzle needle is generated in the control room, which is the force of the Closing spring supports.
  • the drain valve and the control valve are operated by means of an electromagnetic Actuator, designed as a component, controlled.
  • the control valve and the Face of the nozzle needle or the component interacting with it (for example a plunger or the like), which form part of the control chamber, are dimensioned in such a way that the control valve is essentially pressure balanced at all times.
  • the drain and control valve are electromagnetic on both sides Actuator arranged one behind the other, the strokes of the drain valve and Control valve are simultaneously impressed by the electromagnetic actuator and one by one independent control of the two valves connected in series is not is possible.
  • the solution according to the invention can be used to open inwards on an injector Connect valves (I-valves) one after the other in such a way that an injection course is formed by cross-sectional throttling can be implemented in an intermediate switching state.
  • the solution according to the invention can be used to set very small strokes with which again very small injection quantities for certain phases of the injection in adaptation to achieve the course of combustion taking place in the combustion chamber.
  • valve needles By connecting two I-valves in series, their two valve needles can be connected an actuator - be it an electromagnet or a piezo actuator. Between the two valve needles of the I-valves connected in series are fitted with a spring assembly, which, for example, can comprise two spiral springs connected in parallel.
  • the Spring assembly is preferred between the two valve needles of the series connected I valves added while the valve needle of the actuator is remote I-valve is supported by a spring element. The stroke of this valve needle is smaller than that of this upstream valve needle. Both valve needles therefore close when actuating the actuator due to the different reaching their respective closed position on the valve needle seats with different stroke paths.
  • valve needles of the first and the second I-valve arranged spring assembly as a first approximation stiff spring, so that the spring preload of the spring element assigned to the first I-valve in a first actuating movement of the actuator can be overcome. If the actuating force increases further can be achieved via the stroke travel reserve provided on the second I-valve in the area of the latter Valve needle seat a very short stroke - depending on the actuation of the actuator - realize that allows injection course shaping by cross-sectional throttling on the second I-valve, which the combustion progress in the combustion chamber of the internal combustion engine Measurement of very small injection quantities takes into account.
  • FIG. 1 The representation according to FIG. 1 is the schematic diagram of a double I valve with a stepwise Connection option can be found.
  • a fuel injector 1 comprises a first housing part 2 and a further housing part 3, which abut each other at a parting line 45.
  • the selected two-part version of the injector housing facilitates assembly of the receptacles accommodated one behind the other, inward opening valves (I-valves) 8 or 24.
  • an actuator 4 is arranged, which as shown in Figure 1 as an electromagnet is formed.
  • the actuator 4 comprises a plate-shaped element 5, which on an upper end face 29 of a second valve needle 25 of the second valve 24 is included.
  • a magnet coil 6 is arranged opposite the plate 5. Between a stroke 7 is provided for the plate 5 of the actuator 4. When the solenoid is excited 6 this stroke 7 is overcome and an actuating movement in the second valve needle 25 of the second switching valve 24 initiated.
  • first valve needle 9 of the first Valve 8 (I-valve) inserted in the second housing part 3 of the fuel injector 1 .
  • the valve needle 9 has an upper end face 10, with which protrudes into a cavity 44 in the first housing part 2.
  • On the face 10 opposite end is the first valve needle 9 with a compensating piston 16 provided, on the end face 18 of a first spring element 19 abuts.
  • the first spring element 19 is preferably designed as a spiral spring and is supported on the second housing part 3 from.
  • the first valve needle 9 of the I-valve 8 is annular in shape from a first chamber 13 enclosed, which can be acted upon by an inlet 20 with fuel under high pressure is.
  • a valve needle seat 12 is formed between the first chamber 13 and the second chamber 14 of the first I-valve 8.
  • the valve seat 12 of the first I-valve 8 is a housing-side valve seat surface 21 and a conical Section 22, the valve sealing surface of the first valve needle 9 is formed.
  • the stroke distance which the first valve needle 9 has to reach Has to cover the closed position on the valve needle seat 8, marked with reference number 11.
  • Below the valve needle seat 12 there is an annular gap 15 in the second housing part 3 provided that connects to the valve needle seat 12 of the first I-valve 8 and the first chamber 13 and the second chamber 14 of the first I-valve 8 connects to each other.
  • the second valve needle 25 of the second is in the first housing part 2 of the fuel injector 1 I-valve 24 added, on the upper end 29 of the magnet coil 6 opposite Plate 5 is attached.
  • the second valve needle 25 is provided with a compensating piston 42.
  • the second nozzle needle 25 of the second I-valve 24 is ring-shaped by a third chamber 26 enclosed.
  • a fourth chamber 27 encloses the second valve needle 25 of the second I-valve 24 above the compensating piston formed on the second valve needle 25 42.
  • Between the third chamber 26 and the fourth chamber 27 is one Valve needle seat 31 is formed.
  • the valve needle seat 31 runs into an annular gap on the housing side 28, which is closed when the second valve needle 25 is closed.
  • a conical valve sealing surface 32 is formed on the second valve needle 25, which in the area of the valve needle seat 31 has a housing-side, i.e. on the first housing part 2 formed valve seat surface 33 is opposite.
  • the second valve needle 25 of the second I-valve 24 defines a stroke designated by reference numeral 36 within the first housing part 2 of the injector 1 back.
  • the third chamber 26 of the second I-valve stands over an inlet 23 or 20 with a fuel source not shown here in communication, while the fourth chamber 27 of the second I-valve 24 is a relief line 34 includes, via which the fourth chamber 27 with the low pressure area - here not shown - the fuel injector 1 is connected.
  • a second spring element 37 is received between the end face 30 of the second valve needle facing the first valve needle 9 25 and the end face 10 of the first valve needle 9, a second spring element 37 is received.
  • the second spring element 37 is in the cavity 44 of the first housing part 2 recessed, disc-shaped spring plate 35 enclosed.
  • the Spring plate 35 is supported with its upper annular surface on the boundary of the cavity 44 in the first housing part 2.
  • a third spring element is supported on its lower annular surface 39 38 from which surrounds the second spring element 37.
  • the one in the illustration. 1 in the cavity 44 in the first housing part 2 embedded spring elements 37 and 38 form a spring assembly, consisting of two spiral springs connected in parallel in this case.
  • the end face 30 of the compensating piston 42 of the second valve needle 25 therefore moves to the inner one, from the second one Spring element 37 passes through the bore or its edge until the end face 30 of the Compensating piston 42 abuts the spring plate 35.
  • the actuating force generated on the actuator 4 now acts on the second valve needle 25 both the spring force of the second spring element 37 and the spring force of the spring plate 35 in the cavity 44 supporting third spring element 38.
  • the throttling impressed on the second valve needle seat 31 be varied so that only the smallest amounts of fuel from the third chamber 26 of the second I-valve 24 flow into the inlet 20 towards the nozzle.
  • the seat cross-section which connects the third chamber 26 and the chamber 27 creates, is of the actuating force that can be generated by the actuator 4 and counteracting this Force of the fender package 37 or 38 in the cavity of the first housing part 2 and the force of the spring 19 in the cavity of the lower housing part 3 depends. It can be done with of the chosen design variant realize the smallest stroke distances, with which in turn display favorable injection quantity curves, which are in the combustion chamber Internal combustion engine optimally used depending on the combustion phase prevailing there can be.
  • FIG. 1.1 shows an embodiment variant of an arrangement of a double I valve inside of a housing.
  • an actuator 4 is arranged, which is analogous to Representation in Figure 1 is designed as an electromagnet.
  • the actuator 4 comprises a plate-shaped one Element 5, which acts on a pressure pin.
  • the plate-shaped element 5 opposite, a solenoid 6 is arranged. If the magnet coil 6 is excited, bridges the plate-shaped element 5, the plate stroke 7 towards the solenoid 6, whereby one with the plate-shaped element 5 in connection with the pressure pin vertical downward movement is impressed.
  • the first I-valve 8 the first valve needle 9 of which comprises a compensating piston 16 a spring assembly of spring elements 37 and 38 is supported on its lower end face 18.
  • the end face 18 of the first valve needle 9 is directly by the second spring element 37 supported, with a recessed in the cavity 44 spring plate 35 on its underside is supported by the third spring element 38.
  • the two spring elements 37 and 38 are supported on the support surface 40 of the cavity 44 in the housing.
  • the valve needle seat 12 of the first I-valve 8 is analogous to the valve needle seat of the first I-valve 8 according to FIG Obtain representation in Figure 1.
  • 24 is the second I-valve 24 opposite to the first I-valve in the first housing part 2, i.e. upside down, oriented.
  • the valve needle seat 31 of the second I-valve is rotated to the valve needle seat 31 of the second I-valve 24 as shown in the figure 1 formed in the first housing part 2 there.
  • a disk-shaped configured element 46 is formed in a diameter that the outer diameter the first or the second valve needle 9 or 25 exceeds. That as a separating element acting disc-shaped element 46 is enclosed by a space that is limited by the wall of an inner bore of a ring 47.
  • the chambers 13 assigned to the first I-valve 8 and the second I-valve 24, respectively or 26 can flow downstream through a volume that is controlled from both chambers Hole are brought together within the housing.
  • Figure 2 shows the spring force, plotted against the stroke of the first and the second I-valve in the injector housing configured in two parts.
  • valve needles 9 and 25 realized via a spring package rigid spring are connected, so that both valve needles 9 and 25 with an actuator 4 can be operated.
  • Both valve needles 9 and 25 are equipped with different strokes 36 and 11, the spring elements assigned to these valve springs 9 and 25, ie the first spring element 19 and the second and third spring elements 37 and 38 of the in the cavity 44 of the first housing part Have 2 different spring characteristics.
  • the first spring element has a spring characteristic c 1 , which is dimensioned smaller than the spring characteristic c 2 of the second spring element 37 in the cavity 44. In the valve-open position, the first spring element 19 and the second spring element 37 of the spring assembly are preloaded with the same preload force. This point is designated by "1" in the diagram according to FIG. 2.
  • the actuator 4 When the spring plate 35, which is biased by the third spring element 38 in the cavity 44, is reached, the actuator 4 has to overcome a force level which is indicated in the diagram according to the illustration in FIG. 2 by the line between numbers 4 and 5. From number 5 in the diagram as shown in FIG. 2, the second spring element 37 and the third spring element 38 of the spring package in the cavity 44 act as parallel-connected springs with their stiffnesses c 2 and c 3 . Finally, at point 6, the second valve needle 25 of the second I-valve 24 has moved into its valve needle seat 31, so that the second I-valve 24 is also in its closed position in the first housing part 2.
  • the injection quantity when the first I valve 8 is closed only by throttling on the valve seat 31 second valve needle 25 of the second I-valve 24 in the first housing part 2 of the fuel injector 1 dependent.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor für Kraftstoffeinspritzsysteme an Brennkraftmaschinen. Der Injektor umfasst ein Gehäuse (2, 3), in welchem hintereinanderliegend angeordnete Ventile (8, 24) aufgenommen sind. Eines der Ventile (8, 24) wird über einen dem Injektor zugeordneten Aktor (4) betätigt. Jedem der Ventile (8, 24) ist ein aufsteuerbarer Steuerraum (13, 26) mit jeweils einem Zulauf (23, 20) zugeordnet. Die Ventile (8, 24) sind als nach innen öffnende Ventile ausgebildet. Das über den Aktor (4) betätigbare der Ventile (8, 24) betätigt das andere der Ventile (8, 24), das über ein erstes Federelement (19) vorgespannt ist, über ein Federpaket (37, 38). <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Bei direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen werden Pumpendüsen- bzw. Pumpen-Leitung-Düse-Einspritzsysteme eingesetzt. An diesen Kraftstoffeinspritzsystemen können I-Ventile (nach innen öffnende Ventile) eingesetzt werden, die sich durch eine hohe Betriebsstabilität auszeichnen. Neben einer hohen Betriebsstabilität ist außerdem eine Formung des Einspritzverlaufes von Bedeutung, um den Ablauf der Verbrennung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Russbildung und der HC-Bildung zu optimieren.
Stand der Technik
EP 0 823 549 A2 betrifft einen Injektor. Dieser Injektor umfasst einen Injektorkörper und eine verschiebbar in diesem aufgenommene Düsennadel. Mittels einer Schließfeder wird die Düsennadel in ihren Sitz gedrückt. Es ist eine Kraftstoffversorgungsleitung vorgesehen, mit der der Düsennadel im Bereich einer konischen Fläche Kraftstoff derart zugeführt wird, dass eine gegen die Wirkung der Schließfeder gerichtete Kraft entsteht. Mit einem Ablaufventil wird die Verbindung zwischen der Kraftstoffversorgungsleitung und einem Ablauf zum Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors gesteuert. Mittels eines Steuerventils wird der Kraftstoffdruck in einen Steuerraum gesteuert, der teilweise von einer Fläche der Düsennadel oder ein daran aufgenommenen Komponente definiert ist. Die Düsennadel bzw. die an dieser aufgenommene Komponente ist derart orientiert, dass bei hohem Druckniveau im Steuerraum eine auf die Düsennadel wirkende Kraft erzeugt wird, die die Kraft der Schließfeder unterstützt. Das Ablaufventil und das Steuerventil werden mittels eines elektromagnetischen Aktors, ausgebildet als ein Bauteil, gesteuert. Das Steuerventil und die Stirnfläche der Düsennadel oder die mit dieser zusammenwirkende Komponente (zum Beispiel ein Stößel oder dergleichen), die einen Teil des Steuerraums bilden, sind derart dimensioniert, dass das Steuerventil jederzeit im wesentlichen druckausgeglichen ist.
Gemäß dieser Lösung sind das Ablauf- und das Steuerventil beidseits eines elektromagnetischen Aktuators hintereinanderliegend angeordnet, wobei die Hübe von Ablaufventil und Steuerventil vom elektromagnetischen Aktor gleichzeitig aufgeprägt werden und eine voneinander unabhängige Ansteuerung der beiden hintereinandergeschalteten Ventile nicht möglich ist.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich an einem Injektor nach innen öffnende Ventile (I-Ventile) derart hintereinanderschalten, dass eine Einspritzverlaufsformung durch eine Querschnittsdrosselung bei einem Zwischenschaltzustand realisiert werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich sehr kleine Hübe einstellen, mit denen sich wiederum sehr kleine Einspritzmengen zu bestimmten Phasen der Einspritzung in Anpassung an den im Brennraum ablaufenden Verbrennungsverlauf erzielen lassen.
Durch das Hintereinanderschalten zweier I-Ventile können deren beiden Ventilnadeln mit einem Aktor - sei es ein Elektromagnet oder ein Piezoaktor - betätigt werden. Zwischen den beiden Ventilnadeln der hintereinandergeschalteten I-Ventile ist ein Federpaket aufgenommen, welches zum Beispiel zwei Spiralfedern in Parallelschaltung umfassen kann. Das Federpaket wird bevorzugt zwischen den beiden Ventilnadeln der in Reihe hintereinandergeschalteten I-Ventile aufgenommen, während die Ventilnadel des dem Aktor entfernt liegenden I-Ventils von einem Federelement abgestützt ist. Der Hub dieser Ventilnadel ist geringer bemessen als derjenige, der dieser vorgeschalteten Ventilnadel. Beide Ventilnadeln schließen somit bei Betätigung des Aktors aufgrund des unterschiedlichen Erreichens ihrer jeweiligen Schließposition an den Ventilnadelsitzen bei verschiedenen Hubwegen.
Dementsprechend wirkt das zwischen den Ventilnadeln des ersten und des zweiten I-Ventils angeordnete Federpaket als in erster Näherung steife Feder, so dass sich die Federvorspannung des dem ersten I-Ventil zugeordneten Federelementes in einer ersten Stellbewegung des Aktors überwinden lässt. Bei weiterer Stellkrafterhöhung durch den Aktor lässt sich über die am zweiten I-Ventil vorgesehene Hubwegreserve im Bereich von dessen Ventilnadelsitz ein sehr kleiner Hubweg - je nach Ansteuerung des Aktors - realisieren, der eine Einspritzverlaufsformung durch Querschnittsdrosselung am zweiten I-Ventil gestattet, welche dem Verbrennungsfortschritt im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine durch Zumessung sehr kleiner Einspritzmengen Rechnung trägt. Während der Drosselung durch Querschnittsverengung am ersten I-Ventil bleibt das in Strömungsrichtung des Kraftstoffs gesehen hinter diesem angeordnete zweite I-Ventil in seiner geschlossenen Stellung und hat keinen Einfluss auf die Zumessung des Kraftstoffvolumens nach Schließen seiner Ventilnadel. Die Zumessung des Kraftstoffs erfolgt lediglich durch die Hubwegreserve und deren Ausnutzung am zweiten I-Ventil durch entsprechende Ansteuerung des Aktors.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1
die Prinzipskizze eines Doppel-I-Ventils mit stufenweiser Zuschaltungsmöglichkeit,
Figur 1.1
eine Ausführungsvariante eines Doppel-I-Ventils mit über Kopf angeordneten Einzel-I-Ventilen und
Figur 2
die Federkraft, aufgetragen über den Hubweg des bzw. der I-Ventile.
Ausführungsvarianten
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist die Prinzipskizze eines Doppel-I-Ventils mit stufenweiser Zuschaltungsmöglichkeit zu entnehmen.
Ein Kraftstoffinjektor 1 umfasst ein erstes Gehäuseteil 2 sowie ein weiteres Gehäuseteil 3, welche an einer Trennfuge 45 aneinander anliegen. Die gewählte zweiteilige Ausführung des Injektorgehäuses erleichtert eine Montage der in diesem hintereinanderliegend aufgenommenen, nach innen öffnenden Ventile (I-Ventile) 8 bzw. 24. Im oberen Bereich des ersten Gehäuseteils 2 ist ein Aktor 4 angeordnet, der gemäß der Darstellung in Figur 1 als ein Elektromagnet ausgebildet ist. Der Aktor 4 umfasst ein tellerförmiges Element 5, welches an einer oberen Stirnfläche 29 einer zweiten Ventilnadel 25 des zweiten Ventils 24 aufgenommen ist. Dem Teller 5 gegenüberliegend ist eine Magnetspule 6 angeordnet. Zwischen dem Teller 5 des Aktors 4 ist ein Hubweg 7 vorgesehen. Bei der Erregung der Magnetspule 6 wird dieser Hubweg 7 überwunden und eine Stellbewegung in die zweite Ventilnadel 25 des zweiten Schaltventils 24 eingeleitet.
In das zweite Gehäuseteil 3 des Kraftstoffinjektors 1 ist eine erste Ventilnadel 9 des ersten Ventils 8 (I-Ventil) eingelassen. Die Ventilnadel 9 weist eine obere Stirnfläche 10 auf, mit welcher sie in einen Hohlraum 44 im ersten Gehäuseteil 2 hineinragt. Am der Stirnfläche 10 gegenüberliegenden Ende ist die erste Ventilnadel 9 mit einem Ausgleichskolben 16 versehen, an dessen Stirnfläche 18 ein erstes Federelement 19 anliegt. Das erste Federelement 19 wird bevorzugt als Spiralfeder ausgebildet und stützt sich am zweiten Gehäuseteil 3 ab. Die erste Ventilnadel 9 des I-Ventils 8 ist von einer ersten Kammer 13 ringförmig umschlossen, die über einen Zulauf 20 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagbar ist. Unterhalb der ersten Kammer 13 ist eine zweite Kammer 14 im zweiten Gehäuseteil 3 ausgebildet, von welcher eine Entlastungsleitung 17 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors abzweigt. Zwischen der ersten Kammer 13 und der zweiten Kammer 14 des ersten I-Ventils 8 ist ein Ventilnadelsitz 12 ausgebildet. Der Ventilsitz 12 des ersten I-Ventils 8 wird von einer gehäuseseitigen Ventilsitzfläche 21 und einem konischen Abschnitt 22, der Ventildichtfläche der ersten Ventilnadel 9, gebildet. In der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Hubweg, welchen die erste Ventilnadel 9 zum Erreichen ihrer Schließposition am Ventilnadelsitz 8 zurückzulegen hat, mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Unterhalb des Ventilnadelsitzes 12 ist im zweiten Gehäuseteil 3 ein Ringspalt 15 vorgesehen, der sich an den Ventilnadelsitz 12 des ersten I-Ventils 8 anschließt und die erste Kammer 13 sowie die zweite Kammer 14 des ersten I-Ventils 8 miteinander verbindet.
Im ersten Gehäuseteil 2 des Kraftstoffinjektors 1 ist die zweite Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 aufgenommen, an deren oberer Stirnseite 29 der der Magnetspule 6 gegenüberliegende Teller 5 befestigt ist. Am der Stirnseite 29 der zweiten Ventilnadel 25 gegenüberliegenden Ende ist die zweite Ventilnadel 25 mit einem Ausgleichskolben 42 versehen. Die zweite Düsennadel 25 des zweiten I-Ventils 24 ist von einer dritten Kammer 26 ringförmig umschlossen. Daneben umschließt eine vierte Kammer 27 die zweite Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 oberhalb des an der zweiten Ventilnadel 25 ausgebildeten Ausgleichskolbens 42. Zwischen der dritten Kammer 26 und der vierten Kammer 27 ist ein Ventilnadelsitz 31 ausgebildet. Der Ventilnadelsitz 31 läuft gehäuseseitig in einen Ringspalt 28 aus, der bei geschlossener zweiter Ventilnadel 25 geschlossen ist.
An der zweiten Ventilnadel 25 ist eine konisch verlaufende Ventildichtfläche 32 ausgebildet, der im Bereich des Ventilnadelsitzes 31 eine gehäuseseitige, d.h. am ersten Gehäuseteil 2 ausgebildete Ventilsitzfläche 33 gegenüberliegt. Die zweite Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 legt einen mit Bezugszeichen 36 bezeichneten Hubweg innerhalb des ersten Gehäuseteils 2 des Injektors 1 zurück. Die dritte Kammer 26 des zweiten I-Ventils steht über einen Zulauf 23 bzw. 20 mit einer hier nicht näher dargestellten Kraftstoffquelle in Verbindung, während die vierte Kammer 27 des zweiten I-Ventils 24 eine Entlastungsleitung 34 umfasst, über welche die vierte Kammer 27 mit dem Niederdruckbereich - hier nicht näher dargestellt - des Kraftstoffinjektors 1 in Verbindung steht.
Zwischen der der ersten Ventilnadel 9 zuweisenden Stirnfläche 30 der zweiten Ventilnadel 25 und der Stirnfläche 10 der ersten Ventilnadel 9 ist ein zweites Federelement 37 aufgenommen. Das zweite Federelement 37 wird von einem in den Hohlraum 44 des ersten Gehäuseteils 2 eingelassenen, scheibenförmig konfigurierten Federteller 35 umschlossen. Der Federteller 35 stützt sich mit seiner oberen Ringfläche an der Begrenzung des Hohlraumes 44 im ersten Gehäuseteil 2 ab. An seiner unteren Ringfläche 39 stützt sich ein drittes Federelement 38 ab, welches das zweite Federelement 37 umschließt. Die in der Darstellung . gemäß Figur 1 in den Hohlraum 44 im ersten Gehäuseteil 2 eingelassenen Federelemente 37 bzw. 38 bilden ein Federpaket, aus zwei in diesem Falle parallelgeschalteten Spiralfedern. Anstelle der hier dargestellten zwei Federelemente 37 bzw. 38 können bei entsprechender Dimensionierung von Stirnfläche 30 bzw. Hohlraum 44 im ersten Gehäuseteil 2 auch mehr als zwei Federelemente in den Hohlraum 44 aufgenommen sein; neben der Ausgestaltung des zweiten Federelementes 37 und des dritten Federelementes 38 als Spiralfedern wären auch Tellerfederpakete denkbar, die in den Hohlraum 44 eingelassen werden können.
Bei Ansteuerung des Aktors 4 durch Erregung der Magnetspule 6 wird der an der Stirnfläche 29 der zweiten Ventilnadel 25 aufgenommene Teller 5 in Richtung auf die Magnetspule 6 angezogen, d.h. der mit Bezugszeichen 7 bezeichnete Tellerhub verringert sich. Durch die Einfahrbewegung der zweiten Ventilnadel 25 in das erste Gehäuseteil 2 erfolgt gleichfalls eine Betätigung der ersten Ventilnadel 9 des ersten I-Ventils 8 entgegen des diese abstützenden ersten Federelementes 19. Bei der Einfahrbewegung der zweiten Ventilnadel 25 in das erste Gehäuseteil 2 wirkt das auf die Stirnfläche 10 der ersten Ventilnadel 9 des ersten I-Ventils 8 wirkende zweite Federelement 37 des Federnpaketes im Hohlraum 44 in erster Näherung als steife Feder, so dass die erste Ventilnadel 9 des ersten I-Ventils entsprechend ihres Hubweges 11 in ihren Ventilnadelsitz 12 einfährt und diesen durch Anlage der Sitzflächen 21 bzw. 22 verschließt. Die Steifigkeit des zweiten Federelementes 37 ist wesentlich höher bemessen als die Federsteifigkeit des den Ausgleichskolben 16 der ersten Ventilnadel 9 unterstützenden ersten Federelementes 19, welches sich seinerseits im zweiten Gehäuseteil 3 abstützt.
Während der Einfahrbewegung der zweiten Ventilnadel 25 und dem aus dieser Einfahrbewegung resultierenden Verschließen der ersten Ventilnadel 9 an ihrem Ventilnadelsitz 12 fährt die zweite Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 lediglich über einen Teil ihres Hubweges 36 in das erste Gehäuseteil 2 ein. Demnach steht bis zum Erreichen einer Schließposition an der zweiten Ventilnadel 25 noch eine Hubreserve 41 zur Verfügung. Bei Krafterhöhung am Aktor 4 zum Beispiel durch weitere Erregung der Magnetspule 6 fährt deren Teller 5 weiter auf die Magnetspule 6 hinzu und prägt dadurch der zweiten Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 eine erhöhte Stellkraft auf. Die Stirnfläche 30 des Ausgleichskolbens 42 der zweiten Ventilnadel 25 fährt demnach auf die innere, vom zweiten Federelement 37 durchsetzte Bohrung bzw. deren Kante zu, bis sich die Stirnfläche 30 des Ausgleichskolbens 42 am Federteller 35 anlegt. Bei weiterer Einfahrbewegung entsprechend der am Aktor 4 erzeugten Stellkraft wirkt auf die zweite Ventilnadel 25 nunmehr sowohl die Federkraft des zweiten Federelementes 37 als auch die Federkraft des den Federteller 35 im Hohlraum 44 abstützenden dritten Federelementes 38. Je nach am Aktor 4 aufgebrachter Stellkraft kann die am zweiten Ventilnadelsitz 31 aufgeprägte Drosselung so variiert werden, dass lediglich geringste Kraftstoffmengen aus der dritten Kammer 26 des zweiten I-Ventils 24 in den Zulauf 20 zur Düse hin abströmen.
Der Sitzquerschnitt, welcher die Verbindung der dritten Kammer 26 und der Kammer 27 schafft, ist von der durch den Aktor 4 erzeugbaren Stellkraft und der dieser entgegenwirkenden Kraft des Fenderpaketes 37 bzw. 38 im Hohlraum des ersten Gehäuseteiles 2 und der Kraft der Feder 19 im Hohlraum unteren Gehäuseteiles 3 abhängig. Es lassen sich mit der gewählten Ausführungsvariante kleinste Hubwege realisieren, mit denen sich wiederum günstige Einspritzmengenverläufe darstellen lassen, welche in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine je nach dort herrschender Verbrennungsphase optimal ausgenutzt werden können.
Figur 1.1 zeigt eine Ausführungsvariante einer Anordnung eines Doppel-I-Ventils innerhalb eines Gehäuses.
Im oberen Bereich eines zweiten Gehäuseteiles 3 ist ein Aktor 4 angeordnet, der analog zur Darstellung in Figur 1 als Elektromagnet ausgeführt ist. Der Aktor 4 umfasst ein tellerförmiges Element 5, welches auf einen Druckbolzen einwirkt. Dem tellerförmigen Element 5 gegenüberliegend, ist eine Magnetspule 6 angeordnet. Wird die Magnetspule 6 erregt, überbrückt das tellerförmige Element 5 den Tellerhub 7 auf die Magnetspule 6 hin, wodurch dem mit dem tellerförmigen Element 5 in Verbindung stehenden Druckbolzen eine vertikale Abwärtsbewegung aufgeprägt wird. Diese führt zu einer Stellbewegung der zweiten Düsennadel 25 des zweiten I-Ventils 24 innerhalb des ersten Gehäuseteiles 2. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 1 ist in der Ausführungsvariante gemäß Figur 1.1 das erste I-Ventil 8, dessen erste Ventilnadel 9 einen Ausgleichskolben 16 umfasst, durch ein Federpaket aus Federelementen 37 bzw. 38 an seiner unteren Stirnseite 18 abgestützt.
Die Stirnseite 18 der ersten Ventilnadel 9 wird durch das zweite Federelement 37 unmittelbar abgestützt, wobei ein in den Hohlraum 44 eingelassener Federteller 35 an seiner Unterseite durch das dritte Federelement 38 abgestützt ist. Die beiden Federelemente 37 bzw. 38 stützen sich auf der Stützfläche 40 des Hohlraumes 44 im Gehäuse ab. Der Ventilnadelsitz 12 des ersten I-Ventiles 8 ist analog zum Ventilnadelsitz des ersten I-Ventils 8 gemäß der Darstellung in Figur 1 beschaffen.
Im Unterschied zur Darstellung eines Doppel-I-Ventiles 8, 24 gemäß der Darstellung in Figur 1 ist das zweite I-Ventil 24 entgegensetzt zum ersten I-Ventil im ersten Gehäuseteil 2, d.h. auf dem Kopf stehend, orientiert. Der Ventilnadelsitz 31 des zweiten I-Ventiles ist verdreht zum Ventilnadelsitz 31 des zweiten I-Ventiles 24 gemäß der Darstellung in Figur 1 im dortigen ersten Gehäuseteil 2 ausgebildet. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 1.1, in welcher das Federpaket, das zweite Federelement 37 und das dritte Federelement 38 umfassend, zwischen den Stirnseiten 30 des zweiten I-Ventiles 24 und der Stirnseite 10 der ersten Ventilnadel 9 des ersten I-Ventils 8 angeordnet ist, befindet sich zwischen den besagten Stirnseiten 30 bzw. 10 der Ventilnadeln 25 bzw. 9 ein scheibenförmig konfiguriertes Element 46. Dieses ist in einem Durchmesser ausgebildet, der die Außendurchmesser der ersten bzw. der zweiten Ventilnadel 9 bzw. 25 übersteigt. Das als Trennelement fungierende scheibenförmige Element 46 ist von einem Raum umschlossen, der durch die Wandung einer Innenbohrung eines Rings 47 begrenzt ist.
Die dem ersten I-Ventil 8 bzw. dem zweiten I-Ventil 24 jeweils zugeordneten Kammern 13 bzw. 26 können stromab durch eine das aus beiden Kammern abgesteuerte Volumen aufnehmende Bohrung innerhalb des Gehäuses zusammengeführt werden.
Figur 2 zeigt die Federkraft, aufgetragen über den Hubwegen des ersten bzw. des zweiten I-Ventils im zweiteilig konfigurierten Gehäuse des Injektors.
Gemäß der in Figur 1 wiedergegebenen Ausführungsvariante sind zwei I-Ventile 8 bzw. 24 hintereinandergeschaltet, deren Ventilnadeln 9 bzw. 25 über eine als Federnpaket realisierte steife Feder verbunden sind, so dass beide Ventilnadeln 9 bzw. 25 mit einem Aktuator 4 betätigt werden können.
Beide Ventilnadeln 9 bzw. 25 sind mit unterschiedlichen Hüben 36 bzw. 11 ausgestattet, wobei die diesen Ventilfedern 9 bzw. 25 zugeordneten Federelemente, d.h. das erste Federelement 19 sowie das zweite und das dritte Federelement 37 bzw. 38 des im Hohlraum 44 des ersten Gehäuseteils 2 unterschiedliche Federcharakteristika besitzen. Das erste Federelement besitzt eine Federcharakteristik c1, welche kleiner bemessen ist als die Federcharakteristik c2 des zweiten Federelementes 37 im Hohlraum 44. In der ventiloffenen Stellung sind das erste Federelement 19 und das zweite Federelement 37 des Federnpaketes mit gleicher Vorspannkraft vorgespannt. Dieser Punkt ist mit "1" im Diagramm gemäß Figur 2 bezeichnet. Bei Betätigung durch den Aktor 4, sei es ein Piezoaktor oder ein Magnetventil, wirkt diese Kraft, vereinfacht gesagt, lediglich auf das erste Federelement 19; das zweite Federelement 37 des Federnpaketes im Hohlraum 44 stellt sich in erster Näherung als starre Feder dar. Beide Ventilnadeln 9 bzw. 25 werden in Richtung auf ihre Ventilnadelsitze 12 bzw. 31 bewegt. Die erste Ventilnadel 9 des ersten I-Ventils 8 erreicht als erste ihren Ventilnadelsitz 12 und verschließt diesen. Dieser Punkt ist im Diagramm gemäß der Darstellung in Figur 2 mit der Ziffer 2 bezeichnet. Bei weiterer Stellkrafterhöhung durch den Aktuator 4 an der Stirnseite 29 der zweiten Ventilnadel 25 kann von der zweiten Ventilnadel 25 ein weiterer Hubweg 41 zurückgelegt werden, bis die Stirnfläche 30 des Ausgleichskolbens 42 den Federteller 35 erreicht. Bis zum Erreichen des Federtellers 35 im Hohlraum 44 wirkt das zweite Federelement 37 entsprechend seiner Federsteifigkeit c2. Der Hubweg 41 folgt somit im Diagramm dem zwischen den Ziffern 3 und 4 verlaufenden Linienzug 37.
Bei Erreichen des Federtellers 35, der durch das dritte Federelement 38 im Hohlraum 44 vorgespannt wird, ist durch den Aktor 4 erneut eine Kraftstufe zu überwinden, die im Diagramm gemäß der Darstellung in Figur 2 durch den Linienzug zwischen Ziffer 4 und Ziffer 5 gekennzeichnet ist. Ab Ziffer 5 im Diagramm gemäß der Darstellung in Figur 2 wirken das zweite Federelement 37 und das dritte Federelement 38 des Fedempaketes im Hohlraum 44 als parallelgeschaltete Federn mit ihren Steifigkeiten c2 bzw. c3. Bei Punkt 6 schließlich ist die zweite Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 in ihren Ventilnadelsitz 31 gefahren, so dass auch das zweite I-Ventil 24 sich in seiner Schließposition im ersten Gehäuseteil 2 befindet.
Entsprechend der Auslegung des ersten Federelementes 19, welches die Stirnseite 18 des Ausgleichskolbens 16 der ersten Ventilnadel 9 beaufschlagt und den Auslegungen des zweiten Federelementes 37 zwischen den Stirnseiten 30 bzw. 10 der ersten Ventilnadel 9 und der zweiten Ventilnadel 25 und der Auslegung des dritten Federelementes 38, welches den Federteller 35 im Inneren des Hohlraums 44 beaufschlagt, kann zwischen den Positionen 5 und 6 gemäß des Diagramms in Figur 2 durch geeignete Ansteuerung des Aktors ein sehr kleiner restlicher Hubweg eingestellt werden, wodurch sich die gewünschte Drosselung und damit eine Einspritzverlaufsformung gemäß des Fortschrittes der Verbrennung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erzielen lässt. Dabei ist die Einspritzmenge bei geschlossenem ersten I-Ventil 8 ausschließlich von der Drosselung am Ventilsitz 31 der zweiten Ventilnadel 25 des zweiten I-Ventils 24 im ersten Gehäuseteil 2 des Kraftstoffinjektors 1 abhängig.

Claims (10)

  1. Kraftstoffinjektor für Kraftstoffeinspritzsysteme an Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (2, 3), in welchem hintereinanderliegend angeordnete Ventile (8, 24) aufgenommen sind, von denen eines über einen dem Gehäuse (2, 3) zugeordneten Aktor (4) betätigbar ist und jedem der Ventile (8, 24) eine aufsteuerbarere Kammer (13, 26) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (8, 24) als nach innen öffnende Ventile ausgebildet sind und dass eines der über den Aktor (4) betätigbaren Ventile (8, 24) das andere Ventil (8), welches über ein erstes Federelement (19) vorgespannt ist, über ein Federpaket (37, 38) beaufschlagt.
  2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (8, 24) Ventilnadeln (9, 25) umfassen, die jeweils einen Ausgleichskolben (16, 42) aufweisen und die Ausgleichskolben (16, 42) unterhalb einer zweiten Kammer (14) bzw. einer vierten Kammer (27) angeordnet sind.
  3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federnpaket ein zweites Federelement (37) und ein drittes Federelement (38) umfasst, die parallel zueinander geschaltet sind.
  4. Kraftstoffinjektor gemäß der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (37) zwischen-der Stirnfläche (10) einer ersten Ventilnadel (9) und einer unteren Stirnfläche (30) einer zweiten Ventilnadel (25) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Federelement (38) das zweite Federelement (37) umschließend angeordnet ist und sich am zweiten Gehäuseteil (3) und an einem in einem Hohlraum (44) aufgenommenen Federteller (35) abstützt.
  6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (8, 24) jeweils zwei Kammern (13, 14; 26, 27) umfassen, zwischen denen jeweils ein Ventilnadelsitz (12, 31) angeordnet ist.
  7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und dritten Kammer (13, 26) der Ventile (8, 24) jeweils eine Verteilerbohrung (20) mündet und der zweiten und vierten Kammer (14, 24) der Ventile (8, 24) jeweils eine Ablaufbohrung (17, 34) zugeordnet ist.
  8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das über den Aktor (4) betätigbare der Ventile (8, 24) einen Hubweg (36) aufweist, der größer bemessen ist als der Hubweg (11) des anderen Ventils (8).
  9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Federpaket (37, 38) erzeugte Vorspannkraft höher ist als die des ersten Federelementes (19), welches dem anderen Ventil (8) zugeordnet ist.
  10. Krafstoffinjektor gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (37) des Federpaketes auf die Stirnseiten (10, 30) der Ventilnadeln (9, 25) wirkt und das dritte Federelement (38) sich an einem Gehäuseteil (3) einerseits und am Federteller (35), der in den Hohlraum (44) eingelassen ist, abstützt.
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