DE10148650C1 - Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung - Google Patents

Abstract

Ein Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung umfasst eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16), welche den Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen kann und welche ein Ventilelement (70) aufweist. Dieses grenzt an einen Arbeitsraum (79), wobei die Stellung des Ventilelements (70) vom Druck im Arbeitsraum (79) abhängt. Ein Druckübersetzerkolben (54) grenzt auf der einen Seite an einen Steuerraum (96) und auf der anderen Seite an einen Hochdruckraum (76). Eine Kraftstoffversorgung kann den Steuerraum (96) mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagen. Um das Emissionsverhalten einer mit dem Kraftstoff-Einspritzsystem ausgestatteten Brennkraftmaschine zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Druckübersetzerkolben (54) in die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16) und der Hochdruckraum (76) in den Arbeitsraum (79) integriert sind.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen kann und welche ein Ventilelement aufweist, welches an einen Arbeitsraum grenzt, wobei die Stellung des Ventilelements vom Druck im Arbeitsraum abhängt, mit einem Druckübersetzerkolben, welcher auf der einen Seite an einen Steuerraum und auf der anderen Seite an einen Hochdruckraum grenzt, und mit einer Kraftstoffversorgung, welche den Steuerraum mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagen kann.

Ein solches Kraftstoff-Einspritzsystem ist aus der DE 199 45 785 A1 bekannt. Bei diesem ist eine Kraftstoffpumpe vorgesehen, welche einen Hochdruck- und einen Niederdruckauslass aufweist. Der Hochdruckauslass ist mit einem Steuerraum einer Druckübersetzungseinrichtung verbunden. Ein Hochdruckraum der Druckübersetzungseinrichtung ist über ein Rückschlagventil mit dem Niederdruck-Auslass der Kraftstoffpumpe verbunden. Eine Hochdruckleitung führt vom Hochdruckraum zu einem Arbeitsraum einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, über die der Druck vom Hochdruck- in diesen Arbeitsraum übertragen wird. Je nach Druck im Hochdruckraum bzw. im Arbeitsraum wird ein Ventilelement der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von einer geschlossenen in eine geöffnete Position oder umgekehrt bewegt. Der Vorteil einer Druckübersetzungseinrichtung bzw. einer hydraulischen Übersetzungseinrichtung liegt vor allem darin, dass eine relativ einfache Kraftstoffpumpe verwendet werden kann, der Kraftstoff aber dennoch mit sehr hohem Druck in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Dies ist vor allem für ein günstiges Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine wichtig.

Aus der DE 197 38 804 A1 ist ebenfalls ein Kraftstoff- Einspritzsystem mit einer hydraulischen Übersetzungseinrichtung bekannt. Auch bei ihm ist die hydraulische Übersetzungseinrichtung über eine Hochdruckleitung mit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoff- Einspritzsystem der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei seiner Verwendung das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine noch besser und möglichst wenig Energie zum Betrieb des Kraftstoff- Einspritzsystems erforderlich ist. Auch soll die Temperatur der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung im Betrieb möglichst niedrig sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoff-Einspritzsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Druckübersetzerkolben in die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung und der Hochdruckraum in den Arbeitsraum integriert sind.

Vorteile der Erfindung

Durch die Integration des Druckübersetzerkolbens in die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und des Hochdruckraums in den Arbeitsraum ist keine separate Hochdruckleitung mehr erforderlich, welche von der Druckübersetzungseinrichtung zur Kraftstoff-Einspritzvorrichtung führt. Hierdurch wird das insgesamt von der Druckübersetzungseinrichtung zu komprimierende Volumen reduziert.

Dies beschleunigt die Bewegung des Druckübersetzerkolbens in beiden Richtungen, und in der Folge den Aufbau (und den Abbau) des Drucks im Hochdruckraum. Hierdurch wird wiederum verhindert, dass Kraftstoff beispielsweise zu Beginn oder am Ende einer Einspritzung nur mit geringem Druck bzw. geringem Impuls in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt. Der hohe Impuls, mit dem der Kraftstoff bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystem eingespritzt wird, führt zu einer Verbesserung des Emissionsverhaltens der Brennkraftmaschine.

Auch die für den Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzsystems aufzubringende Energie ist relativ gering, da aufgrund des verringerten Volumens, welches komprimiert und entspannt werden muss, nur geringere Energieverluste bei dieser Kompression und Entspannung auftreten. Dies senkt auch die unerwünschte Erwärmung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung während deren Betrieb, da weniger Entropie bei der Kompressions- und Dekompressionsarbeit des Kraftstoffes erzeugt wird.

Auch das Fördervolumen, welches für die Kompression des Kraftstoffes im Hochdruckraum bereitgestellt werden muss, ist geringer, so dass eine Kraftstoffversorgung mit geringerer Leistung vorgesehen werden kann. Ferner werden die Belastungen der insgesamt bei dem Kraftstoff- Einspritzsystem verwendeten Komponenten verringert, da der hohe Druck im Wesentlichen nur noch im kombinierten Hochdruck/Arbeitsraum anliegt. Daher können preiswertere Komponenten für die Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems verwendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Druckübersetzerkolben koaxial zum Ventilelement angeordnet ist. Eine solche Kraftstoff-Einspritzvorrichtung baut vor Allem in radialer Richtung relativ kompakt.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Ventilelement in dem Druckübersetzerkolben geführt ist. Dies hat zusätzlich den Vorteil, dass auch die axialen Abmessungen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung vergleichsweise gering gehalten werden können. Ferner wird durch den Druckübersetzerkolben eine Führung für das Ventilelement geschaffen, so dass dieses sehr präzise mit einem ihm zugeordneten Ventilsitz zusammenarbeitet.

Vorteilhaft ist auch, wenn in dem Ventilelement eine Längsbohrung vorhanden ist, durch welche der Hochdruckraum mit Kraftstoff versorgt wird. Dies führt zu einer weiteren Reduktion der radialen Baugröße der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, welche bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystem verwendet wird.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems wird vorgeschlagen, dass zwischen der Längsbohrung in dem Ventilelement und dem Hochdruckraum ein Rückschlagventil vorhanden ist, welches zum Hochdruckraum hin öffnet. Ein solches Rückschlagventil baut sehr einfach und stellt sicher, dass der Hochdruckraum während einer Kompression zuverlässig von der Kraftstoffversorgung getrennt ist. Dies ist für die Funktion des Druckübersetzers sehr vorteilhaft. Die Anordnung nahe zum Hochdruckraum reduziert die Belastungen der Längsbohrung im Betrieb, so dass für das Ventilelement ein preiswertes Material gewählt werden kann.

Dabei kann die Längsbohrung in dem Ventilelement mit einer Niederdruck-Kraftstoffversorgung verbunden sein. Somit kann der Hochdruckraum dann, wenn in ihm kein hoher Druck herrscht, mit Kraftstoff versorgt werden, welcher mit gleichmäßigem und niedrigem Druck zur Verfügung steht. Die Befüllung des Hochdruckraums mit Kraftstoff erfolgt somit gleichmäßig und sicher, und die Belastungen der Längsbohrung und damit des Ventilelements werden gering gehalten.

Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Längsbohrung in dem Ventilelement mit einer Hochdruck-Kraftstoffversorgung verbunden ist, welche auch den Steuerraum mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagen kann. In diesem Fall kann auf eine separate Niederdruck- Kraftstoffversorgung verzichtet werden. Dies reduziert die Kosten des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems. Ferner wird der Einbau dieses Systems in eine Brennkraftmaschine erleichtert, da die Handhabung einer separaten Niederdruckleitung entfällt.

In Konkretisierung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Steuerraum das Ventilelement koaxial umgibt, und dass die Längsbohrung in dem Ventilelement über eine radial verlaufende Öffnung mit dem Steuerraum verbunden ist. Dies ist platzsparend und preisgünstig herzustellen.

Bei einer weiteren Variante stützt sich der Druckübersetzerkolben über eine Feder an einem Düsenkörper der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ab. Dies bewirkt, dass der Druckübersetzerkolben zuverlässig in seine Ausgangsstellung beaufschlagt wird.

Ein zwischen dem Druckübersetzerkolben und dem Düsenkörper vorhandener und bei einer Bewegung des Druckübersetzerkolbens volumenveränderlicher Hohlraum ist vorzugsweise über ein Rückschlagventil mit einem Leckagefluidauslass verbunden, wobei das Rückschlagventil zum Leckagefluidauslass hin öffnet. In einem solchen Hohlraum kann beispielsweise die Feder untergebracht sein, die den Druckübersetzerkolben beaufschlagt.

Durch den Leckagefluidauslass mit dem Rückschlagventil wird beim ersten Hub des Druckübersetzerkolbens ggf. in dem Hohlraum vorhandener Kraftstoff zum Leckagefluidauslass hin gefördert. Bei allen weiteren Hüben des Druckübersetzerkolbens muss dann nur noch der in dem Hohlraum verbleibende Kraftstoffdampf komprimiert werden und die evtl. zwischen den Einspritzungen anfallende Leckagemenge zu einer Leckageabfuhrleitung gefördert werden. Dadurch werden Druckschwingungen im Niederdruckkreislauf vermieden und der Energieaufwand nochmals verringert, welcher zum Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems erforderlich ist. Hierdurch wird nochmals der Energieaufwand verringert, welcher zum Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzsystems erforderlich ist.

Möglich ist auch, dass der Steuerraum über ein Rückschlagventil mit einer Niederdruck-Kraftstoffversorgung verbindbar ist, wobei das Rückschlagventil zum Steuerraum hin öffnet. Wenn im Betrieb der Minimaldruck im Steuerraum unterhalb des von der Niederdruck-Kraftstoffversorgung bereitgestellten Druckes liegt, wird bei Erreichen des Minimaldrucks im Steuerraum das Rückschlagventil geöffnet und es strömt eine geringe Menge an Kraftstoff von der Niederdruck-Kraftstoffversorgung in den Steuerraum.

Dem liegt folgende Überlegung zugrunde: Das im Steuerraum befindliche Fluid wird von der Hochdruck- Kraftstoffversorgung ständig komprimiert und wieder entspannt. Hierdurch wird Entropie bzw. Wärme erzeugt, welche zu einer Erwärmung der gesamten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung führt. Dies kann die Funktionsweise der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung beeinträchtigen. Indem bei der hier vorgeschlagenen Weiterbildung ständig "frischer" und somit kühler Kraftstoff aus der Niederdruck- Kraftstoffversorgung in den Steuerraum gelangt, wird die Temperatur des sich im Steuerraum befindenden Kraftstoffes abgesenkt und insgesamt die Erwärmung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung im Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems vermindert.

Zeichnung

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoff- Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Fig. 1 mit einem Druckübersetzerkolben in einer ersten Stellung;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 eines Bereichs der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Fig. 1 mit dem Druckübersetzerkolben in einer zweiten Stellung;

Fig. 4 eine Prinzipskizze ähnlich Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoff- Einspritzsystems für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Fig. 4 mit einem Druckübersetzerkolben in einer ersten Stellung; und

Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig. 5 eines Bereichs der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Fig. 4 mit dem Druckübersetzerkolben in einer zweiten Stellung;

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 trägt ein Kraftstoff-Einspritzsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Kraftstoffpumpe 14 den Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 fördert. Bei dieser handelt es sich um einen Injektor, welcher den Kraftstoff direkt in einen Brennraum 18 einer Brennkraftmaschine (nicht weiter dargestellt) einspritzt.

Die Kraftstoffpumpe 14 umfasst einen Steuerdruckauslass 20 und einen Niederdruckauslass 22. An den Steuerdruckauslass 20 ist eine Steuerdruckleitung 24 angeschlossen. In dieser ist ein Steuerventil 26 angeordnet. Vom Steuerventil 26 führt eine Absteuerleitung 28 zurück zum Kraftstoffbehälter 12. Die Steuerdruckleitung 24 führt zu einem Steuerdruckanschluss 30 an der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16. Das Steuerventil 26 ist so zu schalten, dass in einer Schaltstellung der Steuerdruckauslass 20 der Kraftstoffpumpe 14 mit dem Steuerdruckanschluss 30 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 verbunden ist, wohingegen in einer anderen Schaltstellung des Steuerventils 26 der Steuerdruckanschluss 30 über die Absteuerleitung 28 mit dem Kraftstoffbehälter 12 verbunden ist.

Vom Niederdruckauslass 22 der Kraftstoffpumpe 14 führt eine Niederdruckleitung 32 zu einem Niederdruckanschluss 34 an der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16. Von einem Leckagefluidauslass 36 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 führt eine Leckagefluidleitung 38 zurück zum Kraftstoffbehälter 12.

Der genaue Aufbau der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 ist aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich: Danach umfasst die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 einen Düsenkörper 40, der aus einem in den Fig. 2 und 3 unteren Teil 42 und einem in den Fig. 2 und 3 oberen Teil 44 besteht, und der von einer Düsenspannmutter 46 gegen ein Anschlussteil 48 verspannt ist. Das obere Teil 44 des Düsenkörpers 40 ist hülsenförmig. Das untere Teil 42 des Düsenkörpers 40 weist ein stufenförmiges Sackloch 50 auf. An dem in Fig. 2 unteren Ende des unteren Teils 42 des Düsenkörpers 40 führen Auslassöffnungen 52 vom Sackloch 50 nach außen. Bei allen bisher beschriebenen Teilen handelt es sich im Übrigen um rotationssymmetrische Teile mit kreiszylindrischem Querschnitt.

Im Sackloch 50 des unteren Teils 42 des Düsenkörpers 40 und im hülsenförmigen, oberen Teil 44 des Düsenkörpers 40 ist ein Druckübersetzerkolben 54 axial verschieblich und im Gleitspiel aufgenommen. Dieser besteht ebenfalls aus einem in Fig. 2 oberen Teil 56 und einem unteren Teil 58. An das untere Teil 58 des Druckübersetzerkolbens 54 ist an seinem oberen Ende ein Ringbund 60 angeformt. An diesem stützt sich eine Druckfeder 62 ab, deren anderes Ende am unteren Teil 42 des Düsenkörpers 40 anliegt. Die Druckfeder 62 beaufschlagt das untere Teil 58 des Druckübersetzerkolbens 54 mit dem Ringbund 60 gegen einen Absatz 64 im oberen Teil 44 des Düsenkörpers 40. Die Druckfeder 62 ist in einem Ringraum 65 aufgenommen. Eine in Fig. 2 untere, axiale Endfläche 66 am unteren Teil 58 des Druckübersetzerkolbens 54 ist insgesamt kleiner als eine in Fig. 2 obere axiale Endfläche 68 am oberen Teil 56 des Druckübersetzerkolbens 54.

Der Druckübersetzerkolben 54 wird von einer Ausnehmung durchsetzt. In dieser ist ein Abschnitt eines Ventilelementes geführt, welches als Ventilnadel 70 ausgeführt ist, welche mit einem Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) am unteren Ende des Sacklochs 50 im Bereich der Auslassöffnungen 52 zusammenarbeitet. Die Ventilnadel 70 und der Druckübersetzerkolben 54 sind also koaxial zueinander angeordnet. Die Ventilnadel 70 erstreckt sich durch den Druckübersetzerkolben 54 hindurch in Fig. 2 nach oben bis in ein Sackloch 74 im Anschlussteil 48 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16. Zwischen dem in Fig. 2 oberen Ende der Ventilnadel 70 und dem Ende des Sacklochs 74 ist eine Druckfeder 72 gespannt, welche die Ventilnadel 70 gegen den Ventilsitz im Bereich der Auslassöffnungen 52, also in Schließrichtung, beaufschlagt.

Die axiale Länge des unteren Teils 58 des Druckübersetzerkolbens 54 ist so bemessen, dass der Druckübersetzerkolben 54 in der in Fig. 2 dargestellten oberen Ausgangsstellung nach unten hin noch vor einer Querschnittsverjüngung (ohne Bezugszeichen) des stufenförmigen Sacklochs 50 im Düsenkörper 40 endet. Zwischen der Ventilnadel 70, der unteren Endfläche 66 des Druckübersetzerkolbens 54 und der Wand des stufenförmigen Sacklochs 50 im Düsenkörper 40 ist ein ringförmiger Hochdruckraum 76 gebildet.

Die Ventilnadel 70 erstreckt sich durch den Hochdruckraum 76 hindurch. Im Bereich des Hochdruckraums 76 ist an der Ventilnadel 70 eine Querschnittsvergrößerung vorhanden, welche eine Druckfläche 78 bildet, deren Kraftresultierende der Druckkraft durch die Druckfeder 72 entgegengesetzt ist, also in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 70 zeigt. Der die Druckfläche umgebende Raum wird als Arbeitsraum 79 bezeichnet. Er fällt mit dem Hochdruckraum 76 zusammen. Vom Hochdruckraum 76 führt ein Ringraum (ohne Bezugszeichen), welcher zwischen der Ventilnadel 70 und dem unteren Bereich des Sacklochs 50 im Düsenkörper 40 gebildet ist, bis zum Ventilsitz bzw. den Auslassöffnungen 52.

In der Ventilnadel 70 führt von einem in der Ventilnadel 70 im Bereich des Hochdruckraums 76 gelegenen Federraum 80 eine radiale Bohrung 82 in den Hochdruckraum 76. Im Federraum 80 ist ein federbelastetes Rückschlagventil 84 angeordnet, welches zum Federraum 80 hin öffnet. Vom Rückschlagventil 84 verläuft in der Ventilnadel 70 ein zur Längsachse der Ventilnadel 70 koaxialer Niederdruckkanal 86 bis zum in Fig. 2 oberen Ende der Ventilnadel 70 und mündet dort in das Sackloch 74 im Anschlussteil 48. Das Sackloch 74 ist über eine radiale Bohrung 88 in der Wand des Anschlussteils 48 mit einem Ringkanal 90 in einem Verbindungsteil 92 verbunden. Dieses stellt über den Niederdruckanschluss 34 eine Verbindung mit der Niederdruckleitung 32 her.

Von dem in Fig. 2 am oberen Ende des Anschlussteils 48 gelegenen Steuerdruckanschluss 30 führt ein insgesamt außermittiger Steuerkanal 94 zu einem Steuerraum 96. Dieser Steuerraum 96 ist als Ringraum zwischen der oberen axialen Endfläche 68 des Druckübersetzerkolbens 54, der äußeren Mantelfläche der Ventilnadel 70 und dem Oberteil 48 des Düsenkörpers 40 gebildet und ist somit koaxial zur Ventilnadel 70 angeordnet. Über ein federbelastetes Rückschlagventil 98, welches zum Steuerraum 96 hin öffnet, ist dieser mit einem Spülkanal 100 verbunden, welcher in die radiale Bohrung 88 im Anschlussteil 48 mündet.

In Fig. 3 ist der untere Teil der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 dargestellt. Die Ansicht in Fig. 3 ist gegenüber Fig. 2 um die Längsachse der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 um 90° gedreht. Ferner befindet sich in Fig. 3 der Druckübersetzerkolben 54 in seiner unteren Endstellung, wohingegen er in Fig. 2 in seiner oberen Ausgangsstellung ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, verläuft von dem Grenzbereich zwischen dem Ringbund 60 am unteren Teil 58 des Druckübersetzerkolbens 54 und dem Absatz 64 des oberen Teils 44 des Düsenkörpers 40 zwischen der Düsenspannmutter 46 und dem oberen Teil 44 des Düsenkörpers 40 eine Längsnut 102. Sie führt zu einem federbelasteten Rückschlagventil 104. Dieses sperrt zur Längsnut 102 hin. Vom Rückschlagventil 104 führt ein in der Zeichnung nicht dargestellter Kanal zum Leckagefluidauslass 36.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Kraftstoff- Einspritzsystem 10 arbeitet folgendermaßen:
Vor einer Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 in den Brennraum 18 wird der Hochdruckraum 76 mit Kraftstoff gefüllt. Hierzu wird vom Niederdruckauslass 22 der Kraftstoffpumpe 14 Kraftstoff zum Niederdruckanschluss 34 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 gefördert. Von dort gelangt der Kraftstoff über den Niederdruckkanal 86 in der Ventilnadel 70, das Rückschlagventil 84, den Federraum 80 und den Kanal 82 in den Hochdruckraum 76. Wenn der Druck im Hochdruckraum 76 in etwa dem Druck am Niederdruckauslass 22 der Kraftstoffpumpe 14 entspricht, schließt das Rückschlagventil 84.

Das Steuerventil 26 ist zunächst so geschaltet, dass der Steuerdruckanschluss 30 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 mit dem Kraftstoffbehälter 12 verbunden ist. Der Steuerraum 96 ist also weitgehend drucklos und der Druckübersetzerkolben 54 befindet sich in der in Fig. 2 dargestellten oberen Ausgangsstellung. Um eine Einspritzung durchzuführen, wird das Steuerventil 26 so geschaltet, dass der Steuerdruckanschluss 30 mit dem Steuerdruckauslass 20 der Kraftstoffpumpe 14 verbunden ist. Der entsprechende Druck liegt nun über den Steuerkanal 94 auch im Steuerraum 96 an. Dabei ist der Druck am Steuerdruckauslass 20 der Kraftstoffpumpe 14 erheblich höher als der Druck am Niederdruckauslass 22.

Aus diesem Grunde und aufgrund der Flächenverhältnisse der axialen Endflächen 66 und 68 des Druckübersetzerkolbens 54 ergibt sich am Druckübersetzerkolben 54 eine zum Hochdruckraum 76 hin gerichtete Kraft, so dass sich der Druckübersetzerkolben 54 in Richtung zum Hochdruckraum 76 bewegt. Hierdurch wird der im Hochdruckraum 76 vorhandene Kraftstoff komprimiert und ein sehr hoher Druck im Hochdruckraum 76 erzeugt. In der in Fig. 3 dargestellten unteren Endstellung des Druckübersetzerkolbens 54 kann der Druck im Hochdruckraum 76 bis ungefähr 1800 bar betragen.

Aufgrund des hohen Drucks im Hochdruckraum 76 bzw. im Arbeitsraum 79 ergibt sich an der Druckfläche 78 der Ventilnadel 70 eine in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 70 gegen die Beaufschlagungsrichtung der Druckfeder 72 gerichtete Kraft. Aufgrund dieser Kraft wird die Ventilnadel 70 vom Ventilsitz abgehoben, wodurch die Auslassöffnungen 52 mit dem Hochdruckraum 76 verbunden werden. Der Kraftstoff gelangt somit mit sehr hohem Druck aus den Auslassöffnungen 52 in den Brennraum 18.

Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Steuerventil 26 wieder so geschaltet, dass der Steuerdruckanschluss 30 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 mit dem Kraftstoffbehälter 12 verbunden ist. Somit kommt es zu einer schlagartigen Entlastung des Steuerraums 96. Durch die Druckfeder 62 wird der Druckübersetzerkolben 54 wieder nach oben (Fig. 2 und 3) gedrückt. Hierdurch sinkt auch der Druck im Hochdruckraum 76 bzw. im Arbeitsraum 79, so dass die Ventilnadel 70 schließt. Ist der Druck im Hochdruckraum 76 weit genug abgesunken, öffnet das Rückschlagventil 84. Damit kann Kraftstoff durch den Niederdruckkanal 86 in den Hochdruckraum 76 nachströmen.

Durch den schlagartigen Druckabfall im Steuerraum 96 wird eine Entlastungs-Druckwelle erzeugt. Diese führt dazu, dass das Rückschlagventil 98 kurzzeitig öffnet und kalter Kraftstoff vom Spülkanal 100 in den Steuerraum 96 gelangt. Dies hat den Vorteil, dass die durch die wiederholte Kompression und Dekompression bewirkte Temperaturerhöhung des im Steuerraum 96 eingeschlossenen Kraftstoffes durch die Zufuhr kühlen Kraftstoffs kompensiert und somit die Temperaturerhöhung der gesamten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 im Betrieb in gewissen Grenzen gehalten werden kann.

Aufgrund gewisser Leckagen zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen gelangt Kraftstoff auch in jenen Raum 65 zwischen dem unteren Teil 42 des Düsenkörpers 40 und dem unteren Teil 58 des Druckübersetzerkolbens 54, in dem die Druckfeder 62 angeordnet ist. Bewegt sich der Druckübersetzerkolben 54 bei einer Einspritzung in den Fig. 2 und 3 nach unten, verringert sich auch das Volumen dieses Raumes. In ihm vorhandener Kraftstoff wird daher über die Längsnut 102 und das Rückschlagventil 104 zum Leckagefluidauslass 36 hin abgeleitet.

Bei den nachfolgenden Einspritzungen bzw. Hubbewegungen des Druckübersetzerkolbens 54 wird im Wesentlichen kein Kraftstoff mehr aus diesem Raum zum Leckagefluidauslass 36 gefördert. Stattdessen bildet sich in diesem Raum Kraftstoffdampf, welcher während der Hubbewegungen des Druckübersetzerkolbens 54 von Dampfdruck auf etwa Umgebungsdruck komprimiert wird. Dadurch werden Druckschwingungen im Niederdruckkreislauf vermieden.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoff-Einspritzsystems 10 dargestellt. Solche Teile, Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Teilen, Elementen und Bereichen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispieles aufweisen, tragen die gleichen Bezugszeichen. Sie sind hier nicht nochmals im Detail erläutert.

Ein wesentlicher Unterschied des in Fig. 4 dargestellten Kraftstoff-Einspritzsystems 10 zu dem vorhergehenden System besteht darin, dass die Kraftstoffpumpe 14 nur einen Steuerdruckauslass 20, jedoch keinen Niederdruckauslass aufweist. Entsprechend ist auch an der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 nur ein Steuerdruckanschluss 30 und ein Leckagefluidauslass 36 vorhanden. Ein Niederdruckanschluss fehlt dagegen in Fig. 5.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 fehlt zwischen der Längsnut 102 und dem Leckagefluidauslass 36 ein Rückschlagventil. Stattdessen führt die Längsnut 102 über einen Leckagekanal 106 direkt zum Leckagefluidauslass 36. Dieser ist ferner über eine radiale Bohrung 108 in der Wand des Anschlussteils 48 mit dem Innenraum des Sacklochs 74 im Anschlussteil 48 verbunden.

Die Versorgung des Hochdruckraums 76 mit Kraftstoff erfolgt bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 16 über den Steuerraum 96. Zu diesem Zweck ist in der Wand der Ventilnadel 70 auf Höhe des Steuerraums 96 eine radiale Zulaufbohrung 110 vorhanden. Der Kanal 86 in der Ventilnadel 70 verläuft ferner vom Rückschlagventil 84 nur bis auf Höhe des Steuerraums 96. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass auf ein Niederdrucksystem (Niederdruckauslass an der Kraftstoffpumpe, Niederdruckleitung, Niederdruckanschluss an der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung etc.) verzichtet werden kann.

Beim Hochdruckraum 76 handelt es sich, wie oben dargelegt wurde, um jenen Raum, in dem ein eingeschlossenes Fluid vom Druckübersetzerkolben 54 komprimiert und so ein sehr hoher Druck erzeugt wird. Beim Arbeitsraum 79 handelt es sich um jenen Raum, in dem durch Druckänderung an der Druckfläche 78 der Ventilnadel 70 eine Kraft erzeugt wird, welche zu einer Bewegung der Ventilnadel 70 führt. Bei beiden oben beschriebenen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 ist der Hochdruckraum 76 des Druckübersetzerkolbens 54 in den Arbeitsraum 79 der Ventilnadel 70 integriert. Die beiden Räume fallen also zusammen. Somit wird bei einer Einspritzung durch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 insgesamt nur ein vergleichsweise geringes Volumen komprimiert, was unerwünschte Elastizitätseffekte des im Hochdruckraum 76 eingeschlossenen Kraftstoffes reduziert.

Claims (11)

1. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (16), welche den Kraftstoff direkt in einen Brennraum (18) der Brennkraftmaschine einspritzen kann und welche ein Ventilelement (70) aufweist, welches an einen Arbeitsraum (79) grenzt, wobei die Stellung des Ventilelements (70) vom Druck im Arbeitsraum (79) abhängt, mit einem Druckübersetzerkolben (54), welcher auf der einen Seite an einen Steuerraum (96) und auf der anderen Seite an einen Hochdruckraum (76) grenzt, und mit einer Kraftstoffversorgung (14), welche den Steuerraum (96) mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzerkolben (54) in die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (16) und der Hochdruckraum (76) in den Arbeitsraum (79) integriert sind.

2. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzerkolben (54) koaxial zum Ventilelement (70) angeordnet ist.

3. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (70) in dem Druckübersetzerkolben (54) geführt ist.

4. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventilelement (70) eine Längsbohrung (86) vorhanden ist, durch welche der Hochdruckraum (76) mit Kraftstoff versorgt wird.

5. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Längsbohrung (86) in dem Ventilelement (70) und dem Hochdruckraum (76) ein Rückschlagventil (84) vorhanden ist, welches zum Hochdruckraum (76) hin öffnet.

6. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (86) in dem Ventilelement (70) mit einer Niederdruck- Kraftstoffversorgung (22) verbunden ist.

7. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (86) in dem Ventilelement (70) mit einer Steuerdruck- Kraftstoffversorgung (20, 26) verbunden ist, welche auch den Steuerraum (96) mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagen kann.

8. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (96) das Ventilelement (70) koaxial umgibt, und dass die Längsbohrung (86) in dem Ventilelement (70) über eine radial verlaufende Öffnung (110) mit dem Steuerraum (96) verbunden ist.

9. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Druckübersetzerkolben (54) über eine Feder (62) an einem Düsenkörper (40) der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) abstützt.

10. Kraftstoff-Einspritzsystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen dem Druckübersetzerkolben (54) und dem Düsenkörper (40) vorhandener und bei einer Bewegung des Druckübersetzerkolbens (54) volumenveränderlicher Hohlraum (65) über ein Rückschlagventil (104) mit einem Leckagefluidauslass (36) verbunden ist, wobei das Rückschlagventil (104) zum Leckagefluidauslass (36) hin öffnet.

11. Kraftstoff-Einspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (96) über ein Rückschlagventil (98) mit einer Niederdruck-Kraftstoffversorgung (22) verbindbar ist, wobei das Rückschlagventil (98) zum Steuerraum (96) hin öffnet.