DE19826719A1 - Valve control unit for a fuel injector - Google Patents

Abstract

The invention relates to a valve control unit (1) for a fuel injection valve, comprising two communicating valve control chambers (5, 8). The end member (13) of a valve control piston (3) that may be impinged upon with pressure is located inside the first valve control chamber (5) that is connected to a supply channel (6). Said member can be displaced in such a way that the flow cross section for fuel exchange may be shifted from the first valve control chamber (5) to the second valve control chamber (8) that is connected to a drain channel (9). A throttle channel (17) for fuel exchange between the valve control chambers (5, 8) is embodied in the end member (13) of the valve control piston (3). Due to the configuration of the throttle channel (17), mechanical stop of the end member (13) of the valve control piston (3) is made possible on the edge areas of the passage between the valve control chambers (5, 8). The stop makes it possible to enlarge the volume of the first valve control chamber (5), said volume enlargement having no negative effect on the performance of the stop of the end member (13). Increased reaction speed of the valve control piston (3) after conclusion of the injection process can be obtained as final result of these constructional measures.

Description

Translated fromGerman

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Common-rail-Injektor, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve control unit fora fuel injector, especially for oneCommon rail injector, according to the preamble of the claim1.

Eine derartige Ventilsteuereinheit ist beispielsweise durch die EP 0 661 442 A1 bekanntgeworden.Such a valve control unit is, for example, byEP 0 661 442 A1 has become known.

Ventilsteuereinheiten sind dazu vorgesehen, die Druckbeaufschlagung des einen Endes eines verschieblich gelagerten Ventilsteuerkolbens zu beeinflussen. Das andere Ende des Ventilsteuerkolbens kann auf eine Düsennadel einwirken, so daß die Düsennadel entweder die Einspritzöffnung abdichtet oder aber den Austritt von Kraftstoff aus der Einspritzöffnung zuläßt.Valve control units are provided forPressurization of one end of a slidableto influence the stored valve control piston. The otherEnd of the valve spool can be on a nozzle needleact so that the nozzle needle either theInjection seals or the exit ofAllows fuel from the injection port. 

Bei der bekannten Ventilsteuereinheit wird die Druckbeaufschlagung eines Endglieds des Ventilsteuerkolbens durch Änderung der Druckverhältnisse innerhalb eines ersten Ventilsteuerraums durchgeführt, der über einen Zulaufkanal mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden ist. Beim Ansteuern der Ventilsteuereinheit wird ein Ablaufkanal, der an einen zweiten mit dem ersten Ventilsteuerraum durchgängig verbundenen Ventilsteuerraum angeschlossen ist, geöffnet. Deshalb sinkt der Druck im ersten Ventilsteuerraum und damit die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben. Nachteiligerweise weist der erste Ventilsteuerraum nur ein geringes Volumen auf, so daß eine Öffnung des Ablaufkanals einen schnellen Druckverlust innerhalb des ersten Ventilsteuerraums zur Folge hat. Die bekannte Ventilsteuereinheit weist insbesondere deshalb nur ein geringes Volumen des ersten Ventilsteuerraums auf, weil der Ventilsteuerkolben im Bereich des Durchgangs vom ersten zum zweiten Ventilsteuerraum an einem hydraulischen Anschlag (Kraftstoffpolster) anliegt, der sich in diesem Durchgangsbereich ausbildet. Eine Volumenvergrößerung würde bei einem hydraulischen Anschlag zu einem nachteiligen Schwingungsverhalten des am Anschlag anliegenden Ventilsteuerkolbens führen.In the known valve control unitPressurizing an end member of the valve spoolby changing the pressure conditions within a firstValve control room carried out via an inlet channelis connected to a high-pressure accumulator (common rail).When the valve control unit is activated, aDrain channel that connects to a second with the firstValve control room consistently connected valve control roomconnected, open. Therefore the pressure in thefirst valve control room and thus the hydraulic forceon the valve control piston. Unfortunately, thefirst valve control chamber only a small volume, so thatan opening of the drain channel a rapid pressure losswithin the first valve control space. TheKnown valve control unit in particular therefore onlya small volume of the first valve control space becausethe valve spool in the area of the passage from the firstto the second valve control room on a hydraulic oneStop (fuel cushion) is present in thisPassage area trained. A volume increase wouldwith a hydraulic stop to a disadvantageVibration behavior of the abutting oneGuide the valve control piston.

Weiterhin ist der Austritt von Kraftstoff (Dieselkraftstoff) aus dem ersten Ventilsteuerraum über den zweiten Ventilsteuerraum in den Ablaufkanal lediglich über einen Spalt im Bereich des hydraulischen Anschlags möglich, indem zwischen dem Endglied des Ventilsteuerkolbens und Randbereichen des Durchgangs zwischen den beiden Steuerräumen Kraftstoff hindurchtreten kann. Der Austritt von Kraftstoff in den zweiten Ventilsteuerraum korrespondiert mit dem Druckverlust innerhalb des Ventilsteuerraums und stellt sich erst nach einer gewissen Zeit auf einen konstanten Wert ein.Furthermore, the leakage of fuel(Diesel fuel) from the first valve control room via thesecond valve control room in the drain channel only overa gap in the area of the hydraulic stop is possible,by between the end member of the valve control piston andMarginal areas of the passage between the twoControl rooms fuel can pass through. The exitof fuel in the second valve control roomcorresponds to the pressure loss within the Valve control room and only turns after a certainTime to a constant value.

Mit Hilfe einer erneuten Ansteuerung der Ventilsteuereinheit wird der Ablaufkanal wieder verschlossen. Durch einen Druckaufbau innerhalb der Ventilsteuerräume kann der Ventilsteuerkolben in Richtung der Einspritzöffnung bewegt werden, so daß diese wieder geschlossen wird. Aufgrund des (bei geöffnetem Ablaufkanal) erheblichen Druckverlustes innerhalb des ersten und zweiten Ventilsteuerraums wird eine Bewegung des Ventilsteuerkolbens in Richtung Einspritzöffnung (Düsennadel) erst nach einer gewissen Zeit erreicht, wenn nämlich ein ausreichender Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums wieder aufgebaut ist. Bei Beendigung des Einspritzvorgangs kann daher die Einspritzöffnung mittels der Düsennadel nicht mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden, weil eine solche Bewegung des Ventilsteuerkolbens nicht möglich ist.With the help of a new control of theThe valve control unit becomes the drain channel againlocked. By building up pressure within theValve control rooms can point the valve spool in the directionthe injection opening are moved so that this againis closed. Due to the (with open drain channel)considerable pressure loss within the first and secondValve control room becomes a movement of theValve control piston in the direction of the injection opening(Nozzle needle) only reached after a certain time ifnamely a sufficient pressure within the firstValve control room is rebuilt. When theThe injection process can therefore use the injection openingthe needle is not closed at high speedbecause of such movement of the valve spoolnot possible.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Common-rail-Injektor, weist für einen schnelleren Schließvorgang der Düsennadel zur Beendigung des Einspritzvorgangs die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.The valve control unit according to the invention for aFuel injection valve, especially for oneCommon rail injector, points for a fasterClosing process of the nozzle needle to end theInjection process the characteristic features of theClaim 1 on. 

Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum wird durch einen Drosselkanal hergestellt, der innerhalb des Endglieds des Ventilsteuerkolbens ausgebildet ist. Hinsichtlich der Strömungsführung des Kraftstoffs von einem Hochdruckspeicher (common rail) durch den ersten Ventilsteuerraum hindurch in den Ablaufkanal sind der Zulaufkanal und der Drosselkanal in Reihe hintereinander geschaltet. Durch den Drosselkanal wird eine definierte Strömung von Kraftstoff zwischen Ventilsteuerräumen und dem Ablaufkanal gewährleistet. Die Ausbildung des Drosselkanals ermöglicht einen mechanischen Anschlag des Endglieds des Ventilsteuerkolbens an Randbereichen des Durchgangs zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum. Das Endglied des Ventilsteuerkolbens kann dort anschlagen und die Ablauföffnung abdichten, so daß Kraftstoff nur über den Drosselkanal in den zweiten Ventilsteuerraum und damit in den Ablaufkanal gelangen kann. Aufgrund des mechanischen Anschlags kann der erste Ventilsteuerraum ein großes Volumen besitzen, ohne daß ein Schwingungsverhalten des Ventilsteuerkolbens auftreten kann. Diese im Vergleich zum Stand der Technik ausgebildete Volumenvergrößerung führt dazu, dazu innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ein langsamer Druckabfall stattfindet. Nach Schließen des Ablaufkanals muß lediglich der Druck innerhalb des kleineren zweiten Ventilsteuerraum erhöht werden, um die Druckbeaufschlagung des Ventilsteuerkolbens durchzuführen. Der Ventilsteuerkolbens kann zur Bewegung der Düsennadel schneller reagieren.The fluidic connection between the first andsecond valve control chamber is through a throttle channelmanufactured within the end member of theValve control piston is formed. With regard to theFlow of fuel from oneHigh pressure accumulator (common rail) through the firstValve control room through are in the drain channelInlet channel and the throttle channel in a rowswitched. A defined is created by the throttle channelFlow of fuel between valve control rooms and theDrain channel guaranteed. The formation of the throttle channelallows a mechanical stop of the end member of theValve control piston at edge areas of the passagebetween the first and second valve control spaces. TheEnd member of the valve control piston can strike there andseal the drain opening so that fuel is only on theThrottle channel in the second valve control chamber and thus incan reach the drain channel. Because of the mechanicalThe first valve control room can be a large stopHave volume without a vibration behavior of theValve control piston can occur. This compared toState of the art trained volume enlargement leadsto do this within the first valve control spaceslow pressure drop occurs. After closing theDrain channel only has to be the pressure within thesmaller second valve control room can be increased to theApply pressure to the valve control piston.The valve control piston can be used to move the nozzle needlereact faster.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of theThe invention relates to the description ofDrawing and the claims can be removed.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ventilsteuereinheit sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.Embodiments of the inventionValve control unit are shown in the drawing andexplained in the description below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit;Fig. 1 shows a longitudinal section through a valve control unit;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein weiteres Endglied eines Ventilsteuerkolbens für eine Ventilsteuereinheit gemäßFig. 1.FIG. 2 shows a longitudinal section through a further end member of a valve control piston for a valve control unit according toFIG. 1.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Das Ausführungsbeispiel einer Ventilsteuereinheit1 befindet sich in einem Ruhezustand, bei dem die Einspritzöffnung geschlossen ist, die in derFig. 1 nicht gezeigt ist.The exemplary embodiment of a valve control unit1 is in an idle state in which the injection opening is closed, which is not shown inFIG. 1.

Die Ventilsteuereinheit1 weist einen Gehäusekörper2 auf, in dem ein Ventilsteuerkolben3 verschieblich gelagert ist. Oberhalb einer druckbeaufschlagbaren Kolbenfläche4 ist ein erster Ventilsteuerraum5 ausgebildet. Über einen Zulaufkanal in Form einer Zulaufdrossel6 ist der erste Ventilsteuerraum5 mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden. Mit Hilfe eines Durchgangs7 kann Kraftstoff in einen zweiten Ventilsteuerraum8 gelangen. Der zweite Ventilsteuerraum8 besitzt an einem dem Durchgang7 gegenüberliegenden Endglied eine Verbindung zu einem Ablaufkanal in Form einer Ablaufdrossel9. Die Ablaufdrossel9 ist im dargestellten Zustand derFig. 1 durch eine Ventilkugel10 eines Magnetventils geschlossen, das in derFig. 1 nicht näher dargestellt ist.The valve control unit1 has a housing body2 , in which a valve control piston3 is slidably mounted. A first valve control chamber5 is formed above a piston surface4 that can be pressurized. The first valve control chamber5 is connected to a high-pressure accumulator (common rail) via an inlet channel in the form of an inlet throttle6 . With the help of a passage7 , fuel can get into a second valve control chamber8 . The second valve control chamber8 has a connection to an outlet channel in the form of an outlet throttle9 at an end member opposite the passage7 . The flow restrictor9 is closed in the state shown inFIG. 1 by a valve ball10 of a solenoid valve, which is not shown in detail inFIG. 1.

Wenn nun die Ablaufdrossel9 mit Hilfe des Magnetventils geöffnet wird, indem die Ventilkugel10 eine Ablauföffnung11 freigibt, kann Kraftstoff in Pfeilrichtung12 austreten und in ein Vorratsbehältnis geleitet werden. Der Druck innerhalb des zweiten Ventilsteuerraums8 nimmt ab. Die Voreinspritzung läßt sich mittels der Ventilsteuereinheit1 in bekannter Weise durchführen. Auch der Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ändert sich, so daß sich ein Endglied des Ventilsteuerkolbens3 derart verschiebt, daß eine Stirnfläche14 des Endglieds13 an Anschlagflächen15 von Randbereichen16 des Durchgangs7 zur Anlage kommen. Dabei kann Kraftstoff durch einen Drosselkanal in vorm einer weiteren Zulaufdrossel17 hindurchtreten. Die Zulaufdrossel17 erstreckt sich von einer Außenumfangsfläche18 des Endglieds13 bis zu ihrer Stirnseite14. Trotz eines Anschlags des Endglieds13 an den Randbereichen16 kann ein Kraftstoffaustausch zwischen dem ersten Ventilsteuerraum5 und dem zweiten Ventilsteuerraum8 auftreten. Die Zulaufdrossel6 und die weitere Zulaufdrossel17 sind dabei hintereinander in Reihe geschaltet. Der Durchfluß innerhalb der Zulaufdrossel17 ist dabei kleiner als innerhalb des Zulaufdrossel6. Der erste Ventilsteuerraum5 steht in Verbindung mit dem Hochdruckspeicher und besitzt innerhalb seines Volumens einen Druck, der dem Hochdruckspeicher vergleichbar ist, weil ein Druckausgleich zwischen den Ventilsteuerräumen5 und8 aufgrund der Volumenverhältnisse und der Strömungsquerschnitte der Zulaufdrosseln6 und17 nur langsam erfolgen kann.If the outlet throttle9 is now opened with the aid of the solenoid valve by the valve ball10 opening an outlet opening11 , fuel can escape in the direction of the arrow12 and be directed into a storage container. The pressure within the second valve control chamber8 decreases. The pilot injection can be carried out in a known manner by means of the valve control unit1 . The pressure within the first valve control chamber also changes, so that an end member of the valve control piston3 moves in such a way that an end face14 of the end member13 comes to rest against stop faces15 of edge regions16 of the passage7 . Fuel can pass through a throttle channel in front of a further inlet throttle17 . The inlet throttle17 extends from an outer circumferential surface18 of the end member13 to its end face14 . Despite a stop of the end member13 at the edge regions16 , a fuel exchange can occur between the first valve control chamber5 and the second valve control chamber8 . The inlet throttle6 and the further inlet throttle17 are connected in series. The flow rate within the inlet throttle17 is smaller than within the inlet throttle6 . The first valve control chamber5 is connected to the high-pressure accumulator and has a pressure within its volume that is comparable to the high-pressure accumulator, because pressure equalization between the valve control chambers5 and8 can only take place slowly due to the volume relationships and the flow cross sections of the inlet throttles6 and17 .

Beim Schließen der Einspritzöffnung mittels der Ventilsteuereinheit1 wird zunächst die Ablauföffnung11 geschlossen. Innerhalb des ersten Ventilsteuerraums5 ist nahezu Hochdruck ausgebildet, so daß lediglich der zweite Ventilsteuerraum8 mit Hochdruck gefüllt werden muß, damit der Ventilsteuerkolben3 in Pfeilrichtung19 bewegt wird.When the injection opening is closed by means of the valve control unit1 , the outlet opening11 is first closed. Almost high pressure is formed within the first valve control chamber5 , so that only the second valve control chamber8 has to be filled with high pressure so that the valve control piston3 is moved in the direction of arrow19 .

Aufgrund der Ausbildung des Ventilsteuerkolbens3 hinsichtlich seines Endglieds13, das zu dem Ventilsteuerkolben3 koaxial mit verringertem Außendurchmesser gebildet ist, läßt sich das freie Volumen des ersten Ventilsteuerraums5 weiter vergrößern. Die Volumenvergrößerung des Ventilsteuerraums5 unterstützt in Verbindung mit dem mechanischen Anschlag das Auftreten eines nur langsamen Druckverlustes innerhalb des ersten Ventilsteuerraums5 bei Öffnung der Ablauföffnung11. Dies wirkt sich positiv auf eine hohe Schließgeschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens3 bzw. einer nicht gezeigten Düsennadel aus.Due to the design of the valve control piston3 with respect to its end member13 , which is formed coaxially with the valve control piston3 with a reduced outer diameter, the free volume of the first valve control chamber5 can be further increased. The increase in volume of the valve control chamber5 , in conjunction with the mechanical stop, supports the occurrence of only a slow pressure drop within the first valve control chamber5 when the drain opening11 opens. This has a positive effect on a high closing speed of the valve control piston3 or a nozzle needle, not shown.

In derFig. 2 ist eine andere Ausgestaltung eines Endglieds20 des Ventilsteuerkolbens3 gezeigt. Das Endglied20 weist eine quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens3 verlaufende Zulaufdrossel21 auf, die T-förmig mit einer weiteren Zulaufdrossel22 verbunden ist. Durch den Eintritt von Kraftstoff in die Zulaufdrosseln21 bzw.22 kann Kraftstoff aus dem ersten Ventilsteuerraum5 in den zweiten Ventilsteuerraum8 gelangen.Another embodiment of an end member20 of the valve control piston3 is shown inFIG. 2. The end member20 has an inlet throttle21 which runs transversely to the longitudinal axis of the valve control piston3 and is connected in a T-shape to a further inlet throttle22 . When fuel enters the inlet throttles21 or22 , fuel can pass from the first valve control chamber5 into the second valve control chamber8 .

Claims (7)

Translated fromGerman

1. Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit zwei miteinander in Verbindung stehenden Ventilsteuerräumen (5,8), in deren erstem mit einem Zulaufkanal (6) für Kraftstoff verbundenen Ventilsteuerraum (5) ein Endglied (13;20) eines druckbeaufschlagbaren Ventilsteuerkolbens (3) derart verfahrbar ist, daß der Strömungsquerschnitt für einen Kraftstoffaustausch aus dem ersten Ventilsteuerraum (5) in den zweiten, mit einem verschließbaren Ablaufkanal (9) verbundenen Ventilsteuerraum (8) veränderbar ist,dadurch gekennzeichnet, daß in dem Endglied (13;20) des Ventilsteuerkolbens (3) ein Drosselkanal (17;21,22) für den Kraftstoffaustausch zwischen den Ventilsteuerräumen (5,8) ausgebildet ist.1.Valve control unit for a fuel injection valve, with two interconnected valve control spaces (5 ,8 ), in the first valve control space (5 ) connected to an inlet channel (6 ) for fuel, an end member (13 ;20 ) of a pressurizable valve control piston (3 ) It is movable that the flow cross-section for a fuel exchange from the first valve control chamber (5 ) can be changed into the second valve control chamber (8 ) connected to a closable drain channel (9 ),characterized in that in the end member (13 ;20 ) of the valve control piston (3 ) a throttle channel (17 ;21 ,22 ) for the fuel exchange between the valve control spaces (5 ,8 ) is formed.2. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (17;21,22) einen gegenüber dem Zulaufkanal (6) verringerten Strömungsquerschnitt aufweist.2. Valve control unit according to claim 1, characterized in that the throttle channel (17 ;21 ,22 ) has a reduced flow cross-section compared to the inlet channel (6 ).3. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal (17;21,22) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) angeordnet ist und sich von einer Außenumfangsfläche (18) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (14) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.3. Valve control unit according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle channel (17 ;21 ,22 ) is arranged transversely to the longitudinal axis of the valve control piston (3 ) and from an outer peripheral surface (18 ) of the end member (13 ) of the valve control piston (3 ) extends to the end face (14 ) of the end member (13 ) of the valve control piston (3 ).4. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkanal durch einen ersten innerhalb des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) verlaufenden Kanalabschnitt (21) und einen zweiten Kanalabschnitt (22) gebildet ist, der mit dem ersten Kanalabschnitt (21) durchgängig verbunden ist und sich in Richtung der Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (23) des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.4. Valve control unit according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle channel is formed by a first within the end member (20 ) of the valve control piston (3 ) transverse to the longitudinal axis of the valve control piston (3 ) extending channel section (21 ) and a second channel section (22 ) which is continuously connected to the first channel section (21 ) and extends in the direction of the longitudinal axis of the valve control piston (3 ) to the end face (23 ) of the end member (20 ) of the valve control piston (3 ).5. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche (16), die den zum ersten Ventilsteuerraum (5) gerichteten Durchgang (7) begrenzen, Anschlagflächen (15) für Gegenflächen des Endglieds (13;20) des Ventilsteuerkolbens (3) bilden.5. Valve control unit according to one of the preceding claims, characterized in that edge regions (16 ) which delimit the passage (7 ) directed towards the first valve control chamber (5 ), stop surfaces (15 ) for counter surfaces of the end member (13 ;20 ) of the valve control piston (3 ) form.6. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilsteuerkolben (3) zu seinem Endglied (13;20) hin verjüngt.6. Valve control unit according to one of the preceding claims, characterized in that the valve control piston (3 ) tapers towards its end member (13 ;20 ).7. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 6, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Verjüngung in einem stufenartigen Übergang des Ventilsteuerkolbens (3) in einen zylindrischen, zu dem Ventilsteuerkolben (3) koaxialen Endabschnitt mit einem gegenüber dem Ventilsteuerkolben (3) verringerten Außendurchmesser besteht.7. Valve control unit according to claim 6, characterized in that the taper in a step-like transition of the valve control piston (3 ) in a cylindrical, to the valve control piston (3 ) coaxial end portion with a compared to the valve control piston (3 ) reduced outer diameter.