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WO2009021864A1 - Steuerventil für einen kraftstoffinjektor - Google Patents

Steuerventil für einen kraftstoffinjektor Download PDF

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WO2009021864A1
WO2009021864A1 PCT/EP2008/060166 EP2008060166W WO2009021864A1 WO 2009021864 A1 WO2009021864 A1 WO 2009021864A1 EP 2008060166 W EP2008060166 W EP 2008060166W WO 2009021864 A1 WO2009021864 A1 WO 2009021864A1
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WO
WIPO (PCT)
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pressure
control
valve
guide pin
pin
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/060166
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Streicher
Ralf Nussbaumer
Rudolf Heinz
Holger Rapp
Christian Faltin
Nadja Eisenmenger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M63/0078—Valve member details, e.g. special shape, hollow or fuel passages in the valve member
    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided
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    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/003—Valve inserts containing control chamber and valve piston

Definitions

  • the invention relates to a force-balanced control valve for a
  • Fuel injector of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.
  • a force-balanced control valve for a fuel injector is known from EP 1 612 403 A1, in which a control sleeve is guided axially movably on a valve body.
  • the control sleeve defines a valve chamber to the outside, which is connected to a control chamber of a nozzle needle of the fuel injector via a drain hole.
  • a closing spring By a closing spring, the control sleeve is pressed against a valve seat formed on the valve body and thereby closes the valve chamber to the outside.
  • the control sleeve is moved by an electromagnetic actuator and thereby operated without force, that is, is exerted on the control sleeve by the fuel in the valve chamber no resultant force in the direction of movement.
  • the control chamber of the nozzle needle is connected to a low-pressure / return system and as a result pressure-relieved.
  • Valve element is designed so that the resulting effective area over which the fuel pressure in the annular chamber acts on the control sleeve is equal to zero, so that the pressure exerted no opening or closing forces on the valve element. Due to the fact that the high-pressure fuel of a common rail of a Diesel injection system is provided, must be guided through the interior of the valve member in the valve chamber, the miniaturization of such a control valve limits. For example, with switchable pressures above 2000 bar only valve seat diameter of more than 2.5 mm can be realized, otherwise the risk of breakage of the valve piece in the
  • the object of the present invention is to avoid the occurrence of tensile stresses in the region of the bore intersections of the valve piece by a simple measure.
  • the object of the invention is achieved with the characterizing measures of claim 1.
  • the pressure threshold strength of the valve member is increased in the region of the guide pin. This makes it possible to further reduce the seat diameter of the valve seat and / or the
  • the pressing biasing force is expediently applied by means of a pressure pin, which acts on the guide pin.
  • the pressure pin is arranged between an abutment connected to a holding body and the guide pin.
  • the pressure pin is connected as a one-piece component with the guide pin.
  • the pressure pin between a valve seat facing away from the end face on the guide pin and the abutment formed on the holding body is arranged as a separate component.
  • the pressing biasing force is applied by an elastic spring element is arranged between the pressure pin and abutment and / or between the guide pin and pressure pin.
  • the elastic spring element may be designed as a plate spring or as a plate spring package. However, the elastic spring element can also be designed by an elastically formed pressure pin and / or by an elastically formed abutment.
  • FIG. 1 shows a cross section through a part of a fuel injector with a
  • FIG. 2 shows a cross section through a part of a fuel injector with a control valve.
  • FIG. 1 and 2 a control valve side section of a fuel injector for a common rail system of a diesel injector is shown in section.
  • the detail of the fuel injector shows an injector housing 10, a valve body 11, a valve piston 12 of a nozzle needle, not shown, a control valve 13, an electromagnetic actuator 14 and a housing 15 for the actuator 14.
  • the valve body 11 is inserted hydraulically tight in the injector 10 and has a guide portion 17 for the valve piston 12 and a valve piece 18 for the control valve 13.
  • a control chamber 20 is further formed, to which the valve piston 12 of the nozzle needle is exposed with a control surface 21.
  • an annular high-pressure chamber 22 is formed in the one
  • High-pressure bore 23 opens, which is hydraulically connected to a high pressure port 24 which is connected to the common rail system, not shown. From the high-pressure chamber 22, an inlet bore 25 with an inlet throttle leads into the control chamber 20. - A -
  • the valve piece 18 has a guide pin 30, on which a control sleeve 31 is guided axially displaceably with a guide bore 32.
  • the control sleeve 31 is further designed with a plate-shaped portion 33.
  • the control sleeve 31 acts with a sealing surface on a formed on the valve piece 18 valve seat 35 a.
  • valve chamber 36 is formed.
  • the valve chamber 36 is designed as an annular groove.
  • the control sleeve 31 is surrounded by a low-pressure chamber 37, which is connected to a pressurized with leak oil pressure, not shown, low pressure / return system.
  • a closing spring 38 acts on the control sleeve 31, so that the control sleeve 31 with the sealing surface against the
  • Valve seat 35 is held in the closed position.
  • valve piece 18 extending in the axial direction of the riser 41 and one of them, for example, radially branched transverse bore 42 are arranged, which connects the riser 41 with the valve chamber 36.
  • control chamber 20 is hydraulically connected to the valve chamber 36.
  • the adjusting element 14 which is for example a magnetic actuator, comprises a magnetic core 45 with a magnetic coil 46, which acts on a magnet armature 47.
  • the armature 47 is thereby formed by the plate-shaped portion 33 of the control sleeve 31.
  • the magnetic core 45 is fixed in the housing 15. In the magnetic core 45, a through hole 48 is formed.
  • the guide pin 30 is extended in the axial direction with a pressure pin 50, wherein the pressure pin 50 is biased with an end face 51 by means of a spring element, such as a plate spring 52 against an abutment 53.
  • a spring element such as a plate spring 52 against an abutment 53.
  • Abutment 53 is formed by a holding body 54, which also fixes the magnetic core 47.
  • the pressure pin 50 protrudes through the through hole 48 formed in the magnetic core 47.
  • the pressure pin 50 is designed with respect to its diameter so that it fits without contact through the inner diameter of the closing spring 38.
  • the pressure pin 50 is designed as a separate component 55 which is seated with a valve seat side end face 56 on an end face 57 of the guide pin 30.
  • FIG. 1 A second embodiment is shown in FIG. Here is the same
  • Pressure pin 50 designed as a formed on the guide pin 30 component 59, so that guide pin 30 and push pin 50 form a one-piece component.
  • a pressing biasing force F is induced in the axial direction in the guide pin 30.
  • the biasing force F should be on the order of magnitude of the force at which the portions of the valve member 18 located above and below the bore bore 40 and transverse bore 42 are pulled apart by the hydraulic pressure in the riser 41 and the transverse bore 42.

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Abstract

Es wird ein Steuerventil zum Ansteuern eines Steuerraums (20) eines Kraftstoffinjektors mit einer Steuerhülse (32), die an einem Führungszapfen (30) axial beweglich geführt ist, vorgeschlagen. Der Führungszapfen (30) ist mit einer drückenden Vorspannkraft F beaufschlagt, wobei ein Druckstift (50) vorgesehen, der mit der drückenden Vorspannkraft F auf den Führungszapfen (30) einwirkt.

Description

Beschreibung
Titel
Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor
Die Erfindung betrifft ein kraftausgeglichenes Steuerventil für einen
Kraftstoffinjektor einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein kraftausgeglichenes Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor ist aus EP 1 612 403 Al bekannt, bei dem an einen Ventilkörper eine Steuerhülse axial beweglich geführt ist. Die Steuerhülse begrenzt eine Ventilkammer nach außen, der mit einem Steuerraum einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors über eine Ablaufbohrung verbunden ist. Durch eine Schließfeder wird die Steuerhülse gegen einen am Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz gepresst und verschließt dadurch die Ventilkammer nach außen. Die Steuerhülse wird von einem elektromagnetischen Stellelement bewegt und dabei kraftfrei betrieben, d.h., dass auf die Steuerhülse durch den Kraftstoff in der Ventilkammer keine resultierende Kraft in deren Bewegungsrichtung ausgeübt wird. Zum Ansteuern der Düsennadel des Kraftstoffinjektors wird der Steuerraum der Düsennadel mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbunden und in Folge dessen druckentlastet.
Derartig kraftausgeglichene Steuerventile zeichnen sich dadurch aus, dass das
Ventilelement so gestaltet ist, dass die resultierende Wirkfläche, über die der Kraftstoffdruck in der Ringkammer auf die Steuerhülse wirkt, gleich null ist, so dass durch den Druck keine öffnenden oder schließenden Kräfte auf das Ventilelement ausgeübt werden. Auf Grund der Tatsache, dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff der von einem Common-Rail einer Dieseleinspritzanlage bereitgestellt wird, durch das Innere des Ventilstücks in der Ventilkammer geführt werden muss, sind der Miniaturisierung eines solchen Steuerventils Grenzen gesetzt. So sind beispielsweise bei schaltbaren Drücken über 2000 bar nur Ventilsitzdurchmesser von mehr als 2,5 mm realisierbar, da ansonsten die Gefahr eines Bruchs des Ventilstücks im Bereich der
Bohrungsverschneidungen auftritt. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich in den mechanischen Zugspannungen, die infolge des hohen hydraulischen Drucks in den Bohrungen der hydraulischen Verbindung in diesem Bereich in das Material des Ventilstücks induziert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch eine einfache Maßnahme das Auftreten von Zugspannungen im Bereich der Bohrungsverschneidungen des Ventilstücks zu vermeiden.
Darlegung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Maßnahmen wird die Druckschwellfestigkeit des Ventilstücks im Bereich des Führungszapfens erhöht. Dadurch ist es möglich, den Sitzdurchmesser des Ventilsitzes weiter zu verringern und/oder den
Maximaldruck, der vom Steuerventil gesteuert wird, weiter zu erhöhen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Die drückende Vorspannkraft wird zweckmäßigerweise mittels eines Druckstiftes aufgebracht, der auf den Führungszapfen einwirkt. Dabei ist der Druckstift zwischen einem mit einem Haltekörper verbundenen Widerlager und dem Führungszapfen angeordnet. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Druckstift als ein einstückiges Bauteil mit dem Führungszapfen verbunden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der Druckstift zwischen einer vom Ventilsitz abgewandten Stirnfläche am Führungszapfen und dem am Haltekörper ausgebildeten Widerlager als ein separates Bauteil angeordnet. Die drückende Vorspannkraft wird aufgebracht, indem zwischen Druckstift und Widerlager und/oder zwischen Führungszapfen und Druckstift ein elastisches Federelement angeordnet ist. Das elastische Federelement kann als Tellerfeder oder als ein Tellerfederpaket ausgeführt sein. Das elastische Federelement kann aber auch von einem elastisch ausgebildeten Druckstift und/oder von einem elastisch ausgebildeten Widerlager ausgeführt sein.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kraftstoffinjektors mit einem
Steuerventil und
Figur 2 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kraftstoffinjektors mit einem Steuerventil.
In Figur 1 und 2 ist ein steuerventilseitiger Ausschnitt eines Kraftstoffinjektors für ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzeinrichtung im Schnitt dargestellt. Der Ausschnitt des Kraftstoffinjektors zeigt einen Injektorgehäuse 10, einen Ventilkörper 11, einen Ventilkolben 12 einer nicht dargestellten Düsennadel, ein Steuerventil 13, ein elektromagnetisches Stellelement 14 und ein Gehäuse 15 für das Stellelement 14. Der Ventilkörper 11 ist im Injektorgehäuse 10 hydraulisch dicht eingesetzt und weist einen Führungsabschnitt 17 für den Ventilkolben 12 und ein Ventilstück 18 für das Steuerventil 13 auf. Im Ventilkörper 11 ist weiterhin ein Steuerraum 20 ausgebildet, dem der Ventilkolben 12 der Düsennadel mit einer Steuerfläche 21 ausgesetzt ist. Zwischen Injektorkörper 10 und Ventilkörper 11 ist ein ringförmiger Hochdruckraum 22 ausgebildet, in den eine
Hochdruckbohrung 23 mündet, die mit einem Hochdruckanschluss 24 hydraulisch verbunden ist, der an das nicht dargestellte Common-Rail-System angeschlossen ist. Vom Hochdruckraum 22 führt eine Zulaufbohrung 25 mit einer Zulaufdrossel in den Steuerraum 20. - A -
Das Ventilstück 18 weist einen Führungszapfen 30 auf, an dem eine Steuerhülse 31 mit einer Führungsbohrung 32 axial verschiebbar geführt ist. Die Steuerhülse 31 ist weiterhin mit einem tellerförmigen Abschnitt 33 ausgeführt. Die Steuerhülse 31 wirkt mit einer Dichtfläche auf einen am Ventilstück 18 ausgebildeten Ventilsitz 35 ein. Zwischen Führungszapfen 30 und Steuerhülse
31 ist eine Ventilkammer 36 ausgebildet. Die Ventilkammer 36 ist dabei als Ringnut ausgeführt. Die Steuerhülse 31 ist von einem Niederdruckraum 37 umgeben, der mit einem mit Lecköldruck beaufschlagten, nicht dargestellten Niederdruck-/Rücklaufsystem verbunden ist. Eine Schließfeder 38 wirkt auf die Steuerhülse 31, so dass die Steuerhülse 31 mit der Dichtfläche gegen den
Ventilsitz 35 in Schließstellung gehalten wird.
Im Ventilstück 18 sind eine in axialer Richtung verlaufende Steigbohrung 41 und eine davon beispielsweise radial abzweigende Querbohrung 42 angeordnet, die die Steigbohrung 41 mit der Ventilkammer 36 verbindet. Über die Steigbohrung
41 und die Querbohrung 42 wird der Steuerraum 20 hydraulisch mit der Ventilkammer 36 verbunden.
Das Stellelement 14, das beispielsweise ein Magnet-Aktor ist, umfasst einen Magnetkern 45 mit einer Magnetspule 46, die auf einen Magnetanker 47 einwirkt.
Der Magnetanker 47 wird dabei von dem tellerförmigen Abschnitt 33 der Steuerhülse 31 gebildet. Der Magnetkern 45 ist im Gehäuse 15 fixiert. Im Magnetkern 45 ist eine Durchgangsöffnung 48 ausgebildet. Das elektromagnetische Stellelement 14 bildet zusammen mit dem Steuerventil 13 ein Servo-Ventil zur Ansteuerung des Steuerraums 20, das als 2/2-Wege- Ventil arbeitet.
Der Führungszapfen 30 ist in axialer Richtung mit einem Druckstift 50 verlängert, wobei der Druckstift 50 mit einer Stirnfläche 51 mittels eines Federelements, beispielsweise einer Tellerfeder 52 gegen ein Widerlager 53 vorgespannt ist. Das
Widerlager 53 wird dabei von einem Haltekörper 54 gebildet, der auch den Magnetkern 47 fixiert. Der Druckstift 50 ragt dabei durch die im Magnetkern 47 ausgebildete Durchgangsöffnung 48. Der Druckstift 50 ist dabei bezüglich seines Durchmessers so ausgeführt, dass er berührungsfrei durch den Innendurchmesser der Schließfeder 38 passt. Beim Ausführungsbeispiel in Figur 1 ist der Druckstift 50 als ein separates Bauteil 55 ausgeführt, das mit einer ventilsitzseitigen Stirnseite 56 auf einer Stirnfläche 57 des Führungszapfens 30 aufsitzt. Als weitere Ausführungsform ist denkbar, die Tellerfeder 52 zwischen der Stirnfläche 57 des Führungszapfens 30 und der ventilsitzseitigen Stirnseite 56 des separaten Druckstifts 55 anzuordnen, wobei dann die Stirnfläche 51 des Druckstifts 55 unmittelbar an dem das Widerlager 53 bildenden Haltekörper 54 anliegt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel geht aus Figur 2 hervor. Hierbei ist der
Druckstift 50 als ein an den Führungszapfen 30 angeformtes Bauteil 59 ausgeführt, so dass Führungszapfen 30 und Druckstift 50 ein einteiliges Bauteil bilden.
Neben den genannten Ausführungsbeispielen ist auch denkbar, den Druckstift selbst und/oder dessen Widerlager als ein elastisches Element auszuführen, wobei eine elastische Ausführung des Druckstifts 50 durch eine entsprechende Dimensionierung der Außengeometrie des Druckstifts 50 erfolgt. Es ist außerdem denkbar, die komplette Abstützung der Magnetgruppe über den Druckstift 50 auszuführen, ohne dass die Magnetgruppe noch zusätzlich an ihrem
Außendurchmesser auf dem Haltekörper 54 aufliegt.
Durch das Einspannen des Druckstifts 50 am Widerlager 53 wird eine drückende Vorspannkraft F in axialer Richtung in den Führungszapfen 30 induziert. Die Vorspannkraft F sollte in der Größenordnung jener Kraft liegen, mit der die oberhalb und unterhalb der durch die Steigbohrung 40 und Querbohrung 42 sich ausbildende Bohrungsverschneidung gelegenen Teile des Ventilstücks 18 durch den hydraulischen Druck in der Steigbohrung 41 und der Querbohrung 42 auseinander gezogen werden. Damit führt der hydraulische Druck in den genannten Bohrungen nicht mehr zu Zugspannungen im Material des
Ventilstücks 18 bzw. des Führungszapfens 30, sondern nur noch zu einer Verminderung der durch die Vorspannung erzeugten Druckspannungen, wodurch die Druckschwellfestigkeit des Ventilstücks 18 erhöht wird.

Claims

Ansprüche
1. Steuerventil zum Ansteuern eines Steuerraums (20) eines Kraftstoffinjektors mit einer Steuerhülse (31), die an einem Führungszapfen (30) eines Ventilsstücks (18) axial beweglich geführt ist und mit einer Schließkraft gegen einen am Führungszapfen (30) oder am Ventilstück (18) ausgebildeten
Ventilsitz (35) drückt, wobei die Steuerhülse (31) von einem Stellelement (14) betätigbar ist, wobei zwischen Steuerhülse (32) und Führungszapfen (30) eine Ventilkammer (36) ausgebildet ist, die von der Steuerhülse (31) in Zusammenwirken mit dem Ventilsitz (35) begrenzt ist, wobei die Ventilkammer (36) und der Steuerraum (20) über eine hydraulische
Verbindung (41, 42) verbunden sind, und wobei die Ventilkammer (36) in einen Niederdruckraum (37), der mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem hydraulisch verbunden ist, über den Ventilsitz (35) druckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (30) mit einer drückenden Vorspannkraft F beaufschlagt ist.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckstift (50) vorgesehen ist, der mit der drückenden Vorspannkraft F auf den Führungszapfen (30) einwirkt.
3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (50) zwischen einem mit einem Haltekörper (54) verbundenen Widerlager (53) und dem Führungszapfen (30) angeordnet ist.
4. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckstift (50) als ein einstückiges Bauteil (59) mit dem Führungszapfen (30) verbunden ist.
5. Steuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (50) zwischen einer vom Ventilsitz (35) abgewandten Stirnfläche (57) am Führungszapfen (30) und einem Widerlager (53) als ein separates Bauteil (55) angeordnet ist.
6. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Druckstift (50) und Widerlager (53) und/oder zwischen Führungszapfen (30) und Druckstift (50) ein elastisches Federelement angeordnet ist, das die drückende Vorspannkraft F aufbringt.
7. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Federelement eine Tellerfeder (52) oder ein Tellerfederpaket ist.
8. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Federelement von einem elastisch ausgebildeten Druckstift (50) ausgeführt ist.
9. Steuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Federelement von einem elastisch ausgebildeten Widerlager (53) gebildet ist.
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