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Dokumentenidentifikation DE19908418C1 26.10.2000
Titel Steuerventil zum Einsatz in einem Speichereinspritzsystem für einen Dieselmotor
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rizk, Reda, 93059 Regensburg, DE;
Augustin, Ulrich, Dr., 93059 Regensburg, DE;
Giavi, Raimondo, Dr., 80802 München, DE
DE-Anmeldedatum 26.02.1999
DE-Aktenzeichen 19908418
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse F02M 63/00
IPC-Nebenklasse F02M 59/36   F02M 47/02   F02M 51/00   F02M 51/04   F02M 51/06   
Zusammenfassung Das Steuerventil (10) umfaßt ein Gehäuse (12) mit einem Eingangsanschluß (16), einem Ausgangsanschluß (18) und einem Rücklaufanschluß (19) sowie ein erstes Sitzventil mit einem ersten Ventilkörper (20) und ein zweites Sitzventil mit einem zweiten Ventilkörper (40). Das erste Sitzventil (20) ist zwischen Ausgangsanschluß (18) und Rücklaufanschluß (19) angeordnet und normalerweise geschlossen und das zweite Sitzventil (40) zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) und normalerweise offen. Der zweite Ventilkörper (40) ist koaxial im ersten Ventilkörper (20) angeordnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Speichereinspritzsystem für Dieselmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Anordnung ist aus der US- PS 5 407 131 bekannt.

Der Dieselmotor mit Direkteinspritzung ist die Verbrennungskraftmaschine mit dem höchsten thermodynamischen Wirkungsgrad. Hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung sind für verschiedene Motoren unterschiedliche Technologien im Einsatz. Besonders im NKW-Bereich werden Systeme mit Druckverstärkung im Kraftstoffinjektor eingesetzt. Ein Beispiel für einen Kraftstoffinjektor mit druckverstärkender Übersetzung ist in der US-PS 5 460 329 beschrieben. Dabei gelangt der Kraftstoff über ein als Schieberventil ausgestaltetes elektromagnetisches Steuerventil zu dem Druckverstärker im Injektor. Über die elektromagnetische Ansteuerung des Steuerventils wird zu festgelegten Zeiten bzw. Kurbelwinkeln der Kraftstoff vom Druckverstärker unter hohen Druck gesetzt. Der unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff bewirkt dann auf die herkömmliche Art, daß die Ventilnadel des Injektors von ihrem Sitz abhebt und den Weg für den Kraftstoff zu der Einspritzdüse des Injektors freigibt und der Kraftstoff in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt wird.

Eine andere Art von Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor mit einem nockenbetriebenen Druckverstärkerkolben ist in der eingangs genannten US-PS 5 407 131 beschrieben. Das Steuerventil ist hier ein Sitzventil, das normalerweise offen ist und das mit Hilfe eines Elektromagneten geschlossen werden kann. Im offenen Zustand fließt der von einer Niederdruck-Kraftstoffförderpumpe aus dem Tank beförderte Kraftstoff durch das Steuerventil zum Tank zurück.

Eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum eines Zylinders des Dieselmotors wird dadurch eingeleitet, daß eine elektrische bzw. elektronische Motorsteuerung den Elektromagneten des Steuerventils ansteuert. Die vom Elektromagneten erzeugte magnetische Kraft bewirkt, daß das Sitzventil schließt. Der Kraftstoff im Injektor, der nun nicht mehr abfließen kann, wird in der Folge vom nockenbetätigten Kolben des Druckverstärkers unter Druck gesetzt. Wenn der Druck den vorgegebenen Düsennadelöffnungsdruck erreicht hat, beginnt die Einspritzung.

Die Kraftstoffeinspritzung wird dadurch beendet, daß der Elektromagnet nicht weiter mit Strom versorgt wird. Nach dem Zusammenbrechen des elektromagnetischen Feldes öffnet sich das Sitzventil wieder, so daß der Kraftstoff wieder abfließen kann und der Druck im Injektor abfällt.

Das Öffnen und Schließen des Sitzventils erfolgt natürlich in Korrelation zu den Stellungen bzw. Bewegungen des Kolbens im Zylinder des Motors und des mechanisch mit der Kurbelwelle in Verbindung stehenden Druckverstärkerkolbens des Injektors.

Aus GB 1 470 166 ist eine Einspritzpumpvorrichtung bekannt, die ein Steuerventil zum Einsatz in einem Kraftstoffspeichereinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor beschreibt, dem das Steuerventil vorgeschaltet ist. Das Steuerventil weist ein Gehäuse mit einer Ventilkammer auf, in der ein Eingangsanschluß und ein Ausgangsanschluß und ein Rücklaufanschluß vorgesehen ist. In der Ventilkammer ist ein axial beweglicher, erster Ventilkörper angeordnet, der ein erstes Sitzventil bildet, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Rücklaufanschluß herstellt. Weiterhin ist ein zweiter Ventilkörper in der Ventilkammer des Steuerventils vorgesehen, der ein zweites Sitzventil bildet. Das erste Sitzventil ist zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Rücklaufanschluß angeordnet und normalerweise geschlossen. Das zweite Sitzventil ist zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeordnet und normalerweise offen.

Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß sowohl bei den Schieberventilen als auch bei den Sitzventilen die Dichtfunktion nicht ausreicht. Die Schieberventile sind nur ungenügend über den Dichtspalt abgedichtet, und bei den Sitzventilen wird die Dichtfunktion vom Sitz nur in einer Richtung übernommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Steuerventil so auszugestalten, daß die Dichtfunktion verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die obige Aufgabe wird demnach erfindungsgemäß durch die Merkmale des einzigen Patentanspruches gelöst.

Das erfindungsgemäße Steuerventil ist somit ein druckausgleichendes Ventil mit zwei ineinander angeordneten Sitzventilen. Die beiden Sitzventile können unabhängig voneinander hergestellt werden. Beim Zusammenbau des Steuerventils werden die beiden Sitzventile dann gepaart und eingestellt. Durch diese Konstruktion ergibt sich der Vorteil einer Funktionsverbesserung durch Druckausgleich in jeder Stellung des Ventils. Dadurch werden die benötigten Verstellkräfte minimiert. Außerdem können die beiden Sitzventile des erfindungsgemäßen Steuerventils unabhängig voneinander gefertigt und eingestellt werden, so daß die Herstellung des Steuerventils einfach ist. Die Ventilöffnung ist variabel, beide Sitzventile öffnen und schließen nacheinander und nicht miteinander, so daß keine komplexen Übergangsfunktionen zu beachten sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein Steuerventil für einen Kraftstoffinjektor.

In der Zeichnung ist schematisch eine Schnittansicht eines 2/3-Steuerventils für den Einsatz in einem Speichereinspritzsystem für Dieselmotoren dargestellt. Das Einspritzsystem arbeitet mit Kraftstoffinjektoren mit Druckverstärkern. Jeder Zylinder des Dieselmotors ist mit einem solchen Kraftstoffinjektor versehen.

Das gezeigte Steuerventil 10 umfaßt ein Ventilgehäuse 12 mit einer Ventilkammer 14. Das Gehäuse 12 weist einen Eingangsanschluß 16 und einen Ausgangsanschluß 18 auf. An den Eingangsanschluß 16 ist die Kraftstoffzuleitung von einem (nicht gezeigten) Druckspeicher angeschlossen, der Kraftstoff unter einem bestimmten Druck enthält. Vom Ausgangsanschluß 18 gelangt der Kraftstoff gegebenenfalls zum Druckverstärker des Kraftstoffinjektors (ebenfalls nicht gezeigt). Sowohl der Eingangsanschluß 16 als auch der Ausgangsanschluß 18 münden im Ventilgehäuse 12 in die Ventilkammer 14. Bei der gezeigten Ausführungsform des Steuerventils 10 mündet der Eingangsanschluß 16 in eine umlaufende Ringnut 16a in der Wand der Ventilkammer 14 und der Ausgangsanschluß 18 in eine Ringnut 18a in der Wand der Ventilkammer 14, die von der Ringnut 16a axial beabstandet ist.

Das Ventilgehäuse 12 weist des weiteren einen Rücklaufanschluß 19 auf, der ebenfalls in die Ventilkammer 14 mündet und der die Verbindung zu einem drucklosen Kraftstoff- Rücklauf herstellt. Die Einmündung des Rücklaufanschlusses 19 in die Ventilkammer 14 ist räumlich getrennt von den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen 16, 18 bzw. den Ringnuten 16a, 18a.

In der Ventilkammer 14 ist axial begrenzt beweglich ein erster Ventilkörper 20 angeordnet. Der erste Ventilkörper 20 weist eine kegelige Ventilfläche 22 in der Form einer umlaufenden Schulter am Ventilkörper 20 auf, die an einem dazu passenden Ventilsitz 24 in der Form eines Absatzes in der Wand der Ventilkammer 14 zur Anlage kommen kann. Die Anlage der Ventilfläche 22 am Ventilsitz 24 wird durch eine Druckfeder 26 bewirkt.

Die Ventilfläche 22 am ersten Ventilkörper 20 und der Ventilsitz 24 sind so angeordnet, daß, wenn die Ventilfläche 22 vom Ventilsitz 24 abgehoben ist, durch die Ventilkammer 14 eine Fluidverbindung zwischen Ausgangsanschluß 18 (bzw. Nut 18a) und Rücklaufanschluß 19 besteht. Liegt die Ventilfläche 22 am Ventilsitz 24 an, ist die Fluidverbindung zwischen Ausgangsanschluß 18 und Rücklaufanschluß 19 durch den ersten Ventilkörper 20 unterbrochen. Der erste Ventilkörper 20 bildet daher zusammen mit der daran ausgebildeten Ventilfläche 22 und dem dazugehörigen Ventilsitz 24 ein erstes Sitzventil im Steuerventil 10. Das erste Sitzventil ist zwischen Ausgangsanschluß 18 und Rücklaufanschluß 19 angeordnet und normalerweise geschlossen.

In den ersten Ventilkörper 20 ist koaxial ein zweiter Ventilkörper 40 eingesetzt. Der erste Ventilkörper 20 ist dazu mit einem innenliegenden Hohlraum 28 versehen, in den axial begrenzt beweglich der zweite Ventilkörper 40 eingesetzt ist. Der zweite Ventilkörper 40 weist eine kegelige Ventilfläche 42 in der Form einer umlaufenden Schulter am Ventilkörper 40 auf, die an einem dazu passenden Ventilsitz 44 in der Form eines Absatzes in der Wand des Hohlraumes 28 im ersten Ventilkörper 20 zur Anlage kommen kann.

Die Ventilfläche 42 am zweiten Ventilkörper 40 und der Ventilsitz 44 sind so angeordnet, daß, wenn die Ventilfläche 42 vom Ventilsitz 44 abgehoben ist, eine Fluidverbindung vom Eingangsanschluß 16 zum Ausgangsanschluß 18 besteht. Dazu ist die Wand des ersten Ventilkörpers 20 in Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb des Ventilsitzes 44 mit Öffnungen 30, 32 versehen, durch die der Kraftstoff vom Eingangsanschluß 16 über die Ringnut 16a in den Hohlraum 34 bzw. durch die der Kraftstoff aus dem Hohlraum 34 über die Ringnut 18a zum Ausgangsanschluß 18 strömen kann.

Der zweite Ventilkörper 40 bildet daher zusammen mit der daran ausgebildeten Ventilfläche 42 und dem dazugehörigen Ventilsitz 44 ein zweites Sitzventil im Steuerventil 10. Das zweite Sitzventil ist zwischen dem Eingangsanschluß 16 und dem Ausgangsanschluß 18 angeordnet und normalerweise offen.

Eine Druckfeder 46 zwischen zweitem Ventilkörper 40 und Ventilgehäuse 12 sorgt dafür, daß die Ventilfläche 42 im Ausgangszustand nicht am Ventilsitz 44 anliegt und damit das zweite Sitzventil normalerweise offen ist.

Die Ventilfläche 42 am zweiten Ventilkörper 40 zeigt axial in die entgegengesetzte Richtung wie die Ventilfläche 22 am ersten Ventilkörper 20.

Am zweiten Ventilkörper 40 ist, zum Beispiel mittels einer Schraube 48, in der axialen Verlängerung der beiden koaxialen Ventilkörper 20 und 40 eine Ankerplatte 50 befestigt. Der Ankerplatte 50 liegt eine Magneteinheit 52 mit einem Elektromagneten gegenüber. Der Elektromagnet kann von einer (nicht gezeigten) Steuereinheit angesteuert werden. Wenn der Magneteinheit 52 Strom zugeführt wird, wird die Ankerplatte 50 und der damit verbundene zweite Ventilkörper 40 gegen die Wirkung der Druckfeder 46 axial in Richtung Magneteinheit 52 gezogen.

Im Ausgangszustand, der in der Zeichnung dargestellt ist, steht das Medium (Öl oder Kraftstoff) im nicht dargestellten Speicher über den Eingangsanschluß 16, das offene zweite Sitzventil mit dem Ventilkörper 40 und den Ausgangsanschluß 18 in Verbindung mit dem Druckverstärker im Injektor. In diesem Zustand ist die Magneteinheit 52 unbestromt, und die Druckfeder 26 drückt die Ventilfläche 22 am ersten Ventilkörper 20 in ihren Ventilsitz 24, während die Druckfeder 46 die Ventilfläche 42 am zweiten Ventilkörper 40 vom Ventilsitz 44 abhebt. Der Übersetzungskolben des Druckverstärkers befindet sich dabei in nach unten ausgefahrener Stellung.

Der Einspritzvorgang wird durch eine Bestromung der Magneteinheit 52 vorbereitet. Die Ankerplatte 50, die mit dem zweiten Ventilkörper 40 verschraubt ist, wird von der Magneteinheit 52 angezogen, wodurch erst mal die Ventilfläche 42 des zweiten Ventilkörpers 40 an ihrem Ventilsitz 44 zur Anlage kommt und dadurch das zweite Sitzventil im Steuerventil geschlossen wird. Danach nimmt der zweite Ventilkörper 40 den ersten Ventilkörper 20 mit, so daß die Ventilfläche 22 am ersten Ventilkörper 20 von ihrem Sitz 24 abhebt und sich das erste Sitzventil im Steuerventil 10 öffnet. Der Übersetzungskolben des Druckverstärkers ist dann mit dem Rücklauf verbunden. Eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder verdrängt das Druckmedium zum Rücklauf.

Das Ende der Bestromung der Magneteinheit 52 leitet den Beginn der Einspritzung ein. Dadurch fällt die Ankerplatte 50 wieder von der Magneteinheit 52 ab, und das erste Sitzventil mit dem Ventilkörper 20 schließt, während das zweite Sitzventil mit dem Ventilkörper 40 zwischen Eingangsanschluß 16 und Ausgangsanschluß 18 öffnet. Wie im Ausgangszustand liegt damit der Systemdruck wieder am Übersetzungskolben an und verdrängt die vorgelagerte Kraftstoffmenge über die Einspritzleitung zur Einspritzdüse. Die Einspritzung ist dann zu Ende, wenn der Schließdruck der Düse erreicht ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Steuerventil (10) zum Einsatz in einem Kraftstoff- Speichereinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor mit einem Druckverstärker, dem das Steuerventil (10) vorgeschaltet ist,
    1. a) wobei das Steuerventil (10) ein Gehäuse (12) mit einer Ventilkammer (14) und mit einem Eingangsanschluß (16), einem Ausgangsanschluß (18) und einem Rücklaufanschluß (19)
    2. b) sowie einen in der Ventilkammer (14) axial beweglichen ersten Ventilkörper (20) umfasst, der eine Ventilfläche (22) aufweist, die zusammen mit einem Ventilsitz (24) im Gehäuse ein erstes Sitzventil bildet, das selektiv eine Fluidverbindung zwischen dem Ausgangsanschluß (18) und dem Rücklaufanschluß (19) herstellt oder unterbindet,
    3. c) mit einem zweiten Ventilkörper (40) in der Ventilkammer (14) des Steuerventils (10), der eine Ventilfläche (42) aufweist, die zusammen mit einem Ventilsitz (44) im ersten Ventilkörper (20) ein zweites Sitzventil bildet,
    4. d) wobei das erste Sitzventil zwischen Ausgangsanschluß (18) und Rücklaufanschluß (19) angeordnet ist und in einem nicht angesteuerten Zustand des Steuerventils (10) geschlossen ist,
    5. e) und das zweite Sitzventil zwischen Eingangsanschluß (16) und Ausgangsanschluß (18) angeordnet ist und in dem nicht angesteuerten Zustand des Steuerventils (10) offen ist,
    6. f) wobei der zweite Ventilkörper (40) koaxial im ersten Ventilkörper (20) angeordnet ist,
    7. g) wobei der zweite Ventilkörper (40) mit einer Ankerplatte (50) verbunden ist, die einer Magneteinheit (52) gegenüberliegt,
    8. h) wobei sich bei einer Ansteuerung der Magneteinheit (52) zuerst der zweite Ventilkörper (40) bewegt und die Ventilfläche (42) des zweiten Ventilkörpers (40) am Ventilsitz (44) im ersten Ventilkörper (20) zur Anlage kommt und das zweite Sitzventil schließt
    und dann bei einer Fortsetzung der Bewegung des zweiten Ventilkörpers (40) der erste Ventilkörper (20) von dem zweiten Ventilkörper (40) mitgenommen wird und das erste Sitzventil öffnet.






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