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Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten - Dokument DE102004021538A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004021538A1 08.12.2005
Titel Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Boecking, Friedrich, 70499 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 03.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004021538
Offenlegungstag 08.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse F02M 45/08
Zusammenfassung Es wird eine Ventilvorrichtung (1) zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem Steuermodul (2) und einem mit dem Steuermodul (2) zusammenwirkenden Düsenmodul (3) beschrieben. In dem Düsenmodul (3) sind eine Ventilaußennadel (4) und eine Ventilinnennadel (5) angeordnet und längsbeweglich geführt, die jeweils an ihrer dem Brennraum abgewandten Stirnseite mit einem Ventilsteuerraum (17, 18, 24) und mit ihren dem Brennraum zugewandten Bereichen mit Ventilsitzen (7, 8) und diesen zugeordneten Einspritzöffnungen (9, 10) zusammenwirken. Die der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Einspritzöffnungen (9) sind im Düsenkörper (6) ausgebildet. Die der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10) und der der Ventilinnennadel (5) zugeordnete Ventilsitz (8) sind in der Ventilaußennadel (4) ausgebildet, wobei die der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10) mit den der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Einspritzöffnungen (9) des Düsenkörpers (6) in Deckung sind (Figur).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Ein derartiges Ventil bzw. ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist aus der DE 101 33 434 A1 bekannt. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist in einer Bohrung eines Düsenkörpers eines Düsenmoduls eine äußere Ventilnadel angeordnet, die mit einem Ventilsitz des Düsenkörpers zur Steuerung wenigstens einer Einspritzöffnung in dem Düsenkörper zusammen wirkt. Über die Einspritzöffnung ist die Bohrung des Düsenkörpers mit einem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindbar.

Des Weiteren ist das Kraftstoffeinspritzventil mit einem Kraftstoff gefüllten Druckraum ausgeführt, von dem ausgehend eine Druckschulter der Ventilaußennadel derart mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt wird, dass an der Ventilaußennadel eine vom Ventilsitz weg gerichtete Öffnungskraft angreift. Darüber hinaus ist ein erster Steuerraum vorgesehen, dessen Druck die äußere Ventilnadel zumindest mittelbar in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagt, wobei der Druck im ersten Steuerraum gesteuert werden kann.

In einer Längsbohrung der Ventilaußennadel ist eine Ventilinnennadel längsverschiebbar angeordnet, die mit einem Ventilsitz zur Steuerung wenigstens einer zusätzlichen Einspritzöffnung des Düsenkörpers zusammenwirkt und die eine vom Druck im Druckraum beaufschlagbare innere Ventildichtfläche aufweist, durch die eine Öffnungskraft auf die innere Ventilnadel wirkt.

Der Ventilinnennadel ist ein zweiter mit Kraftstoff füllbarer Steuerraum zugeordnet, durch dessen Druck die innere Ventilnadel zumindest mittelbar eine Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes erfährt, wobei der Druck im zweiten Steuerraum regelbar ist.

Das aus der DE 101 33 434 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist jedoch den Nachteil auf, dass die mit unter Hochdruck in den Düsenkörper zugeführtem Kraftstoff beaufschlagbaren und einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten Wirkflächen der Ventilnadeln, an welchen im Betrieb des Kraftstoffeinspritzventiles eine in Öffnungsrichtung der Ventilnadeln wirkende Druckkraft anliegt, bei Anlage an dem jeweils mit den Ventilnadeln korrespondierenden Ventilsitz des Düsenkörpers begrenzt sind. Damit ein Einspritzvorgang mit der gewünschten Präzision durchführbar ist, sind sowohl die Ventilnadeln als auch der Düsenkörper mit unerwünscht großen Durchmessern auszuführen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Steuerung der Hübe der Ventilnadeln nur mit ausreichend groß dimensionierten Wirkflächen der beiden Ventilnadeln derart exakt durchführbar ist, dass ein einwandfreier Einspritzvorgang gewährleistet werden kann.

Deshalb ist in der Praxis dazu übergegangen worden, sowohl die Ventilaußennadel als auch die Ventilinnennadel jeweils mit zwei Ventilsitzen des Düsenkörpers zusammen wirken zu lassen, innerhalb der die jeweils einer Ventilnadel zugeordneten Einspritzöffnungen des Düsenkörpers bei Anlage der Ventilnadeln gegenüber einem Hochdruckbereich des Einspritzventiles abgeschirmt sind. Somit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, auch Stirnflächenbereiche der Ventilnadeln, welche jeweils stromab der Einspritzöffnungen angeordnet sind, ebenfalls mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu beaufschlagen und für die Steuerung eines Einspritzvorgangs heranziehen zu können.

Die letztgenannte Ausführung eines Einspritzventils hat jedoch den Nachteil, dass die Abdichtung der Einspritzöffnungen im Bereich zwischen den beiden Ventilnadeln nur mit hohem fertigungstechnischen Aufwand und daher nur mit hohen Herstellkosten realisierbar ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 ist kostengünstig herstellbar und stellt zudem eine kompakte Ausführung eines Einspritzventiles dar, da die der Ventilinnennadel zugeordneten Einspritzöffnungen und der mit der Ventilinnennadel korrespondierende Ventilsitz in der Ventilaußennadel ausgebildet sind und mit den der Ventilaußennadel zugeordneten Einspritzöffnungen des Düsenkörpers in Deckung sind.

Diese Ausgestaltung des Düsenmoduls im Bereich der Einspritzöffnungen bewirkt, dass die Dimensionierung der Wirkflächen, an welchen jeweils eine aus unter Hochdruck anliegendem Kraftstoff resultierende Druckkraftkomponente in Öffnungsrichtung der Ventilinnennadel bzw. der Ventilaußennadel angreift, durch die Positionen der der Ventilinnennadel bzw. der Ventilaußennadel zugeordneten Einspritzöffnungen in geringerem Umfang limitiert bzw. beeinflusst wird als dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzventilen der Fall ist.

Des Weiteren ist eine Abdichtung der Einspritzöffnungen im Bereich zwischen der Ventilinnennadel und der Ventilaußennadel im Vergleich zu herkömmlichen Einspritzventilen erheblich vereinfacht, da sowohl die Ventilinnennadel als auch die Ventilaußennadel jeweils lediglich mit einem einzigen Ventilsitz zusammenwirken, was im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Einspritzventilen, bei welchen die Ventilnadeln in der vorbeschriebenen Art und Weise jeweils mit zwei Ventilsitzen zusammenwirken, fertigungstechnisch erheblich einfacher und kostengünstiger umsetzbar ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeiten ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten Einspritzventiles in einer prinziphaften Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der einzigen Figur ist ein Kraftstoffeinspritzventil 1 dargestellt, das vorzugsweise Bestandteil eines so genannten Common-Rail-Einspritzsystems ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Das Einspritzventil 1 umfasst als wesentliche Baueinheiten ein Steuermodul 2 und ein mit dem Steuermodul 2 zusammenwirkendes Düsenmodul 3, das zur Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eine Ventilaußennadel 4 und eine Ventilinnennadel 5 aufweist.

Die Ventilaußennadel 4 und die Ventilinnennadel 5 sind in einem Düsenkörper 6 angeordnet und längsbeweglich geführt und wirken im Bereich ihrer dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Enden jeweils mit Ventilsitzen 7 und 8 zum Ansteuern von Einspritzöffnungen 9, 10 zusammen.

Die Ventilaußennadel 4 und die Ventilinnennadel 5 sind in einer Bohrung 11 des Düsenkörpers 6 angeordnet, wobei in einem von der Ventilaußennadel 4 und dem Düsenkörper 6 begrenzten Ringraum 12 der Bohrung 11 über einen Zuführkanal 13 von einer in der Figur nicht näher dargestellten Hochdruckquelle Kraftstoff unter Hochdruck zugeführt wird. Der Ringraum 12 erstreckt sich bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 1 zum Steuern von Flüssigkeiten bei geschlossenen Einspritzöffnungen 9 von einem Kopfstück 14 bis hin zu dem der Ventilaußennadel 4 zugeordneten Ventilsitz 7 des Düsenkörpers 6.

Darüber hinaus ist der Ringraum 12 über Durchgangsbohrungen 15 in der Ventilaußennadel 4 mit einem weiteren Ringraum 16 verbunden, der von der Ventilaußennadel 4 und der Ventilinnennadel 5 begrenzt ist. Das bedeutet, dass der über den Zuführkanal 13 unter Hochdruck in das Düsenmodul 3 zugeführte Kraftstoff über den Ringraum 12 und die Durchgangsbohrungen 15 in den weiteren Ringraum 16 zwischen die Ventilaußennadel 4 und die Ventilinnennadel 5 bis kurz vor die Einspritzöffnungen 10, die in der Ventilaußennadel 4 angeordnet sind, geleitet wird.

Die Ventilaußennadel 4 und die Ventilinnennadel 5 wirken jeweils mit ihren den Ventilsitzen 7 und 8 abgewandten Enden mit einem Steuerraum 17 bzw. 18 zusammen, die über einen Kanal 19 miteinander verbunden sind.

Der Ventilinnennadel 5 zugeordnete Steuerraum 18 ist von der Ventilinnennadel 5, der Ventilaußennadel 4 und einem mit der Ventilaußennadel 4 verbundenen Bauteil 20 begrenzt, wobei der Kanal 19 in dem Bauteil 20 vorgesehen ist. Der Steuerraum 17 ist von dem Kopfstück 14, der Ventilaußennadel 4, dem Bauteil 20 und einer an der Ventilaußennadel 4 geführten Steuerraumhülse 21 begrenzt.

Die Steuerraumhülse 21 ist über eine Federeinrichtung 22, welche in Einbaulage zwischen einem Absatz 23 der Ventilaußennadel 4 und der Steuerraumhülse 21 vorgespannt ist, gegen das Kopfstück 14 gedrückt, so dass der Steuerraum 17 gegenüber dem Ringraum 12 des Düsenkörpers 6 abgedichtet ist.

Des Weiteren ist die Steuerraumhülse 21 in Bezug auf den in dem Ringraum 12 während des Betriebs der Ventilvorrichtung 1 vorherrschenden hydraulischen Druckes kraftausgeglichen ausgeführt, so dass an der Steuerraumhülse 21 im Wesentlichen lediglich die von der Federeinrichtung 22 ausgehende Druckkraft in Richtung des Kopfstückes 14 angreift, wodurch während allen Betriebszuständen der Ventilvorrichtung 1 eine sichere Abdichtung zwischen dem Ringraum 12 und dem Steuerraum 17 gewährleistet ist.

Zusätzlich ist der der Ventilaußennadel 4 zugeordnete Steuerraum 17 über einen Steuerkanal 23 mit einem weiteren Steuerraum 24 verbunden, der von dem Kopfstück 14, einem Übersetzerkolben 25 des Steuermoduls 2 und einer weiteren Steuerraumhülse 26 begrenzt ist.

Der Übersetzerkolben 25 wirkt in an sich bekannter Art und Weise mit einem als piezoelektrischer Aktor ausgebildeten Aktuator zusammen, der aus einem geschichteten keramischen Werkstoff gefertigt ist und in einem in der Figur nicht näher dargestellten Aktorraum des Steuermoduls 2 angeordnet ist.

Im Betrieb der Ventilvorrichtung 1 zum Steuern von Flüssigkeiten wird der piezoelektrische Aktuator bei geschlossenen Ventilsitzen 7 und 8 derart bestromt, dass eine axiale Position des Übersetzerkolbens 25 im weiteren Steuerraum 24 sowie in den Steuerräumen 17 und 18 ein derartiges Druckniveau erzeugt, dass sowohl die Ventilaußennadel 4 als auch die Ventilinnennadel 5 gegen den Ventilsitz 7 des Düsenkörpers 6 bzw. gegen den Ventilsitz 8 der Ventilaußennadel 4 dichtend gedrückt sind.

Das in den Steuerräumen 17, 18 und 24 vorliegende Druckniveau stellt sich im Betrieb der Ventilvorrichtung 1 in Abhängigkeit von Leckageströmen im Bereich zwischen der Steuerraumhülse 11 und der Ventilaußennadel 4 ausgehend vom Ringraum 12 sowie im Bereich zwischen der Ventilaußennadel 4 und der Ventilinnennadel 5 ausgehend vom weiteren Ringraum 16 in Verbindung mit der über den piezoelektrischen Aktuator aktuell eingestellten axialen Position des Übersetzerkolbens 25 ein.

Des Weiteren ist die Ventilvorrichtung 1 zum Steuern von Flüssigkeiten im Bereich zwischen der Ventilaußennadel 4 und dem Düsenkörper 6 mit einer Positioniereinrichtung 28 ausgeführt, mittels der die Ventilaußennadel 4 in montiertem Zustand in Umfangsrichtung in einer vordefinierten Lage gegenüber dem Düsenkörper 6 positioniert ist und im Betrieb der Ventilvorrichtung 1 auch in dieser vordefinierten Lage gehalten wird. Dies ist erforderlich, um die Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 in Deckung mit den Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers zu bringen und im Betrieb der Ventilvorrichtung 1 auch halten zu können. Damit ist bei geöffnetem Ventilsitz 8 und gleichzeitig geschlossenem Ventilsitz 7 gewährleistet, dass der unter Hochdruck in das Düsenmodul 3 geführte Kraftstoff ausgehend von dem weiteren Ringraum 16 über die Einspritzöffnungen 10 und durch die Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 hindurch in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.

Die Positioniereinrichtung 28 ist vorliegend mit einer Nut 29 ausgeführt, wobei eine Nutenhälfte 29A am äußeren Umfang der Ventilaußennadel 4 zwischen dem Absatz 27 und den Durchgangsbohrungen 15 in axialer Erstreckung der Ventilaußennadel 4 verlaufend ausgeführt ist. Die zweite mit der ersten Nutenhälfte 29A korrespondierende Nutenhälfte 29B der Nut 29 ist an der die Bohrung 11 des Düsenkörpers 6 begrenzenden Innenseite des Düsenkörpers 6 in axialer Erstreckung des Düsenkörpers 6 verlaufend vorgesehen.

In der aus den beiden Nutenhälften 29A und 29B bestehenden Nut 29 ist ein Sperrglied 30 angeordnet, welches über eine Federeinheit 31 gegen den Absatz 27 der Ventilaußennadel 4 gedrückt ist. Das wenigstens annähernd kugelfömig ausgebildete Sperrglied 30 ist zwischen der Ventilaußennadel 4 und dem Düsenkörper 6 über die Federkraft gehalten. Ferner wird eine axiale Bewegung der Ventilaußennadel 4 in Bezug auf den Düsenkörper 6 durch das zwischen diesen beiden Bauteilen der Ventilvorrichtung 1 angeordnete Sperrglied 30 nicht behindert, da das Sperrglied 30 in axialer Richtung der Ventilvorrichtung 1 in der Nut 29 beweglich bzw. verschiebbar angeordnet ist und nur in Bezug auf eine Verdrehung zwischen der Ventilaußennadel 4 und dem Düsenkörper 6 eine sperrende Wirkung aufweist.

Der Übersetzerkolben 25 wird vorliegend von dem piezoelektrischen Aktuator derart angesteuert, dass die Ventilvorrichtung 1 in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise betrieben werden kann.

In geschlossenem Zustand der Einspritzöffnungen 9 und 10, das bedeutet bei bestromtem piezoelektrischen Aktuator, liegen sowohl die Ventilaußennadel 4 als auch Ventilinnennadel 5 mit ihren dem Brennraum zugewandten Enden jeweils an dem Ventilsitz 7 des Düsenkörpers 6 bzw. dem Ventilsitz 8 der Ventilaußennadel 4 dichtend an. Dies wird dadurch bewirkt, dass der piezoelektrische Aktuator in bestromtem Zustand, während dem an den piezoelektrischen Aktuator eine Spannung angelegt wird, in axialer Richtung eine Längung aufweist, die über eine hydraulische oder mechanische Übersetzungseinheit vergrößert auf den Übersetzerkolben 25 übertragen wird und diesen in Richtung des Kopfstückes 14 verschiebt. Diese Verschiebung des Übersetzerkolbens 25 bewirkt in den Steuerräumen 24, 17 und 18 ein derartiges Druckniveau, dass sowohl die Ventilaußennadel 4 als auch die Ventilinnennadel 5 die damit korrespondierenden Einspritzöffnungen 9 bzw. 10 gegenüber dem unter Hochdruck in den Düsenkörper 6 zugeführten Kraftstoff abdichten.

Liegt eine entsprechende Anforderung für den Beginn eines Einspritzvorganges vor, wird die an dem piezoelektrischen Aktuator anliegende Spannung reduziert, so dass sich eine spontane Längenänderung, d. h. Verkürzung im Bereich der piezoelektrischen Keramik des piezoelektrischen Aktuators, einstellt. Diese Längenänderung bewirkt, dass der Übersetzerkolben 25 durch den im Steuerraum 24 vorliegenden Druck, der dem Systemdruck bzw. dem Raildruck entspricht und der bis zu 1,8 kbar sein kann, von dem Kopfstück 14 in Richtung des piezoelektrischen Aktuators verschoben wird.

Diese spontane Verstellung des Übersetzerkolbens 25 und die damit einhergehende Volumenvergrößerung des Steuerraumes 24 führt zu einem Druckabfall in den Steuerräumen 24, 17 und 18, der wiederum zu einem Abheben der Ventilinnennadel 5 von dem damit korrespondierenden Ventilsitz 8 führt.

Dies resultiert aus der Tatsache, dass die an der Ventilinnennadel 5 angreifende resultierende Kraftkomponente, die sich aus den an den Wirkflächen der Ventilinnennadel 5 angreifenden hydraulischen Druckverhältnissen zusammensetzt, von dem Ventilsitz 8 der Ventilinnennadel 5 in Richtung des Übersetzerkolbens 25 gerichtet ist. Die Ventilaußennadel 4 liegt bei diesem Betriebszustand der Ventilvorrichtung 1 nach wie vor dichtend am Düsenkörper 6 an, da die an der Ventilaußennadel 4 angreifende resultierende Kraftkomponente aufgrund der zusätzlich in Schließrichtung der Ventilaußennadel 4 gerichtete Federkraft der Federeinrichtung 22 in Richtung des Ventilsitzes 7 des Düsenkörpers wirkt.

In diesem Betriebszustand der Ventilvorrichtung 1 wird der über den Zuführkanal 13 in das Düsenmodul 3 unter Hochdruck zugeführte Kraftstoff über den Ringraum 12, die Bohrungen 15 der Ventilaußennadel 4, dem weiteren Ringraum 16, die Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 und die Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6, welche nach wie vor gegenüber den Ringraum 12 durch die dichtende Anlage der Ventilaußennadel 4 an dem Ventilsitz 7 abgeschirmt sind, in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Da die Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 mit einem sehr viel größeren Durchmesser als die Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 ausgeführt sind, wird der von den Einspritzöffnungen 10 geformte Kraftstoffstrahl beim Durchströmen der Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 nicht behindert. Dabei ist der Durchmesser der Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 vorliegend doppelt so groß wie der der Durchmesser der Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 ausgeführt.

Selbstverständlich kann das Durchmesserverhältnis zwischen den Durchmessern der Einspritzöffnungen 9 und 10 auch größer oder kleiner als Zwei ausgeführt sein. Dabei ist vorliegend bei der Auslegung des Durchmesserverhältnisses zu berücksichtigen, dass der über die Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 in den Brennraum geführte Kraftstoffstrahl beim Durchströmen des Düsenkörpers 6 des Düsenmoduls 2 nur unwesentlich bzw. gar nicht behindert werden soll. Das bedeutet, dass der Durchmesser der Einspitzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 mit steigender Wandstärke des Düsenkörpers 6 unter zusätzlicher Berücksichtigung eines Ausspritzwinkels des Kraftstoffes aus den Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 ansteigen wird, um diese Auslegungsprämisse erfüllen zu können.

Liegt eine Anforderung zur Beendigung der Einspitzung ausgehend von dem vorbeschriebenen Betriebszustand der Ventilvorrichtung 1, bei welchem der Ventilsitz 8 geöffnet ist, vor, wird die an dem piezoelektrischen Aktuator anliegende Spannung wieder erhöht, so dass der Übersetzerkolben 25 wieder in Richtung des Kopfstückes 14 bewegt wird. Dadurch wird das Volumen des Steuerraumes 24 verringert und das Druckniveau im Bereich der Steuerräume 17, 18 und 24 erhöht. Durch das Anheben des Druckniveaus in den Steuerräumen 24, 17 und 18 greift an der Ventilinnennadel 5 eine resultierende Kraftkomponente an, die die Ventilinnennadel 5 gegen den der Ventilinnennadel 5 zugeordneten Ventilsitz 8 dichtend drückt, womit die Einspritzung beendet ist.

Befindet sich die Brennkraftmaschine hingegen im Volllastbereich, wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktuators bei geöffneter Ventilinnennadel 5 derart herabgesetzt, dass der Übersetzerkolben 25 aufgrund der weiteren Längenänderung bzw. Verkürzung der piezoelektrischen Keramik noch weiter von dem Kopfstück 14 in Richtung des piezoelektrischen Aktuators bewegt wird. Dadurch wird das Druckniveau in den Steuerräumen 24, 17 und 18, welches zuvor bereits ausgehend vom Systemdruck bzw. Raildruck reduziert wurde, noch weiter abgesenkt, so dass sowohl an der Ventilinnennadel 5 als auch an der Ventilaußennadel 4 jeweils eine in Öffnungsrichtung der Ventilnadeln 4, 5 wirkende Kraftkomponente anliegt und der der Ventilaußennadel 4 zugeordnete Ventilsitz 7 des Düsenkörpers 6 geöffnet wird.

In diesem Betriebszustand wird der über den Zuführkanal 13 in das Düsenmodul 3 unter Hochdruck zugeführte Kraftstoff direkt aus dem Ringraum 12 über die Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt, wobei der nunmehr in den Brennraum einbringbare Kraftstoffvolumenstrom größer ist, da der Durchmesser der Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 größer ist, als der Durchmesser der Einspritzöffnungen 10 der Ventilaußennadel 4 .

Ausgehend von diesem Betriebszustand der Ventilvorrichtung 1 besteht nunmehr die Möglichkeit, die Einspritzung durch entsprechende Bestromung des piezoelektrischen Aktuators und einem damit einhergehenden vollständigen Schließen der Ventilvorrichtung 1 zu beenden oder lediglich die Einspritzöffnungen 9 des Düsenkörpers 6 durch Anlegen der Ventilaußennadel 4 an den Ventilsitz 7 bei gleichzeitig geöffneter Ventilinnennadel 5 zu schließen und den Einspritzvorgang mit einem reduzierten Kraftstoffvolumenstrom in den Brennraum weiterzuführen.

Die vorbeschriebene erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Düsenmoduls eines Einspritzventiles bzw. einer Ventilvorrichtung zum Steuern von Flüssigkeit ist prinzipiell auch bei so genannten Unit-Injektoren anwendbar, bei welchen eine an den Ventilnadeln angreifende Schließkraft über Federeinrichtungen aufgebracht wird und ein Einspritzvorgang jeweils über einen in Öffnungsrichtung an den Ventilnadeln angreifenden hydraulischen Druck, der in Abhängigkeit von einer Monopumpe erzeugten Druckwellen in an sich bekannter Art und Weise zur Verfügung gestellt wird, gesteuert wird.


Anspruch[de]
  1. Ventilvorrichtung (1) zum Steuern von Flüssigkeiten, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem Steuermodul (2) und einem mit dem Steuermodul (2) zusammenwirkenden Düsenmodul (3), das zur Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eine Ventilaußennadel (4) und eine Ventilinnennadel (5) aufweist, die in einem Düsenkörper (6) angeordnet und längsbeweglich geführt sind und die jeweils an ihren dem Brennraum abgewandten Stirnseiten mit einem Ventilsteuerraum (17, 18, 24), dessen Druckniveau über das Steuermodul (2) einstellbar ist, und mit ihren dem Brennraum zugewandten Bereichen mit Ventilsitzen (7, 8) und diesen zugeordneten Einspritzöffnungen (9, 10) zusammenwirken, wobei die Ventilaußennadel (4) über eine Federeinrichtung (22) gegen den der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Ventilsitz (7) des Düsenkörpers (6) angefedert ist, und wobei die der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Einspritzöffnungen (9) im Düsenkörper (6) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10) und der der Ventilinnennadel (5) zugeordnete Ventilsitz (8) in der Ventilaußennadel (4) ausgebildet sind und die der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10) mit den der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Einspritzöffnungen (9) des Düsenkörpers (6) in Deckung sind.
  2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (17, 18, 24) durch ein mit der Ventilaußennadel (4) verbundenes Bauteil (20) geteilt ist, wobei die Teile (17, 18) des Steuerraumes über einen Kanal (19) des Bauteils (20) verbunden sind.
  3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (17) des Steuerraumes von einem Kopfstück (14), der Ventilaußennadel (4), dem Bauteil (20) und einer an der Ventilaußennadel (4) geführten Steuerraumhülse (21) begrenzt ist.
  4. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (18) des Steuerraumes von der Ventilinnennadel (5), dem Bauteil (20) und der Ventilaußennadel (4) begrenzt ist.
  5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Teil (24) des Steuerraums von dem Kopfstück (14), einer weiteren Steuerraumhülse (26) und einem Übersetzerkolben (25) begrenzt ist, wobei der dritte Teil (24) des Steuerraums über einen Steuerkanal (23) mit dem ersten Teil (17) des Steuerraumes verbunden ist und der Übersetzerkolben (25) mit einem Aktuator zusammenwirkt.
  6. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilaußennadel (4) mit Durchgangsbohrungen (15) ausgeführt ist, über die ein von der Ventilaußennadel (4) und der Ventilinnennadel (5) begrenzter Ringraum (16) mit einem Hochdruckbereich (13) verbunden ist.
  7. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventilaußennadel (4) und dem Düsenkörper (6) eine Positioniereinrichtung (28) vorgesehen ist, mittels der die Ventilaußennadel (4) in montiertem Zustand in Umfangsrichtung in einer vordefinierten Lage gegenüber dem Düsenkörper (6) positioniert ist und im Betrieb gehalten wird.
  8. Ventilvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (28) eine in einer zwischen dem Düsenkörper (6) und der Ventilaußennadel (4) ausgebildeten Nut (29) angeordnetes, vorzugsweise kugelförmig ausgeführtes, Sperrglied (30) aufweist, das über eine in der Nut (29) angeordnete Federeinheit (31) in Öffnungsrichtung der Ventilaußennadel (4) gegen die Ventilaußennadel (4) und den Düsenkörper (6) angefedert ist.
  9. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Einspritzöffnungen (9) des Düsenkörpers (6) derart ausgeführt ist, dass der bei geöffnetem und der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Ventilsitz (8) und bei geschlossenem und der Ventilaußennadel (4) zugeordneten Ventilsitz (7) über die der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10) und die Einspritzöffnungen (9) des Düsenkörpers (6) in den Brennraum geführte Kraftstoff die Einspritzöffnungen (9) des Düsenkörpers (6) im Wesentlichen ungehindert durchströmt.
  10. Ventilvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Einspritzöffnungen (10) des Düsenkörpers (6) sehr viel größer als der Durchmesser der der Ventilinnennadel (5) zugeordneten Einspritzöffnungen (10), vorzugsweise um den Faktor Zwei, ausgeführt ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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