DE10149004C1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (4), die jeweils einen Düsenraum (13), einen Steuerraum (17), ein die Einspritzöffnungen (12) des Düsenraums (13) steuerndes Ventilglied (8), welches über eine im Düsenraum (13) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (14) und über eine im Steuerraum (17) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (16) gegen die Wirkung einer Schließfeder (10) betätigbar ist, einen in Kompressionsrichtung verschiebbaren Kolben (2), welcher stirnseitig einen mit der Einspritzleitung (3) verbundenen ersten Kompressionsraum (18) zur Erzeugung des Einspritzdruckes begrenzt, ein erstes Ventil (25) zum Steuern des Druckaufbaus im ersten Kompressionsraum (18) und ein zweites Ventil (26) zum Steuern des Druckaufbaus im Steuerraum (17) aufweisen, begrenzt erfindungsgemäß der Kolben (2) mit einer Ringschulter (19) einen mit dem Steuerraum (17) verbundenen zweiten Kompressionsraum (20).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvor­ richtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art (Fig. 1 der DE 199 39 419 A1) wird der Einspritzdruck auch als Steuerdruck für den Steuerraum genutzt. Für eine Vor- und Nacheinspritzung ist ein lokaler Druckspeicher erforderlich.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mittels des gestuften Kol­ bens der Hochdruck für die Einspritzung und der Steuer­ druck für den Steuerraum getrennt voneinander erzeugt wer­ den. Dadurch sind exakt steuerbare Vor- und/oder Nachein­ spritzungen möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ stands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die wesentlichen Komponenten einer ersten erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem gestuften Pumpkolben und einem auf das Ventilglied wirkenden Schließkolben; und
Fig. 2 die wesentlichen Komponenten einer zweiten erfin­ dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem gestuften Pumpkolben und einem auf das Ven­ tilglied wirkenden Ausweichkolben.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen umfaßt eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) 1, bei welcher der Kraftstoff mittels eines Pumpkolbens 2 auf einen höheren Einspritzdruck verdichtet und über eine Einspritzleitung 3 zu einem in den Brennraum der zu ver­ sorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventil (In­ jektor) 4 abgeführt wird. Pro Zylinder der Brennkraftma­ schine ist jeweils eine Pumpe-Düse-Einheit 1 in einen Zy­ linderkopf eingebaut. Der Pumpkolben 2 wird von einer Noc­ ke 5 der Motornockenwelle gegen die Wirkung einer Rück­ stellfeder 6 angetrieben.
In einer axialen Führungsbohrung 7 des Einspritzventils 4 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 8 mit ei­ ner konischen Ventildichtfläche 9 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 10 gegen eine konische Ven­ tilsitzfläche 11 des Ventilgehäuses gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 12 verschließt. Die Einspritzleitung 3 mündet im Einspritzventil 4 in einen ringförmigen Düsenraum 13, von dem ein zwischen Führungs­ bohrung 7 und Ventilglied 8 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 11 führt. Das Ventilglied 8 hat im Bereich des Düsenraumes 13 eine als Druckschulter ausgebil­ dete erste Steuerfläche 14, an welcher der über die Ein­ spritzleitung 3 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d. h. nach innen) am Ventilglied 8 angreift. An der der Ventildichtfläche 9 abgewandten Stirnseite des Ventil­ glieds 8 greift ein Schließkolben 15 an, dessen der Ven­ tildichtfläche 9 abgewandte Stirnseite eine zweite Steuer­ fläche 16 bildet. Die zweite Steuerfläche 16 begrenzt ei­ nen Steuerraum 17 und wirkt in Ventilschließrichtung.
Der Pumpkolben 2 begrenzt mit seiner der Nocke 5 abgewand­ ten Stirnseite einen mit der Einspritzleitung 3 verbunde­ nen ersten Kompressionsraum 18 und mit einer Ringschulter 19 einen zweiten Kompressionsraum 20, der über eine Dros­ sel 21 mit dem Steuerraum 17 verbunden ist. Die beiden Kompressionsräume 18, 20 sind jeweils über ein Rückschlag­ ventil 22, 23 mit einer Zufuhrleitung 24 des Kraftstoffs verbunden. Der erste Kompressionsraum 18, von dem die Ein­ spritzleitung 3 abgeht, ist über ein erstes Ventil 25 und der Steuerraum 17 über ein zweites Ventil 26 mit einer Entlastungsleitung (Lecköl) 27 verbindbar. Die beiden Ven­ tile 25, 26 sind als 2/2-Wege-Ventile mit piezoelektri­ schen Stellantrieben 28, 29 ausgebildet. Im ersten Kom­ pressionsraum 18 wird der Hochdruck für die Einspritzung und im zweiten Kompressionsraum 20 der Hochdruck für die Steuerfunktion des Steuerraums 17 erzeugt. Die zweite Steuerfläche 16 ist größer als die erste Steuerfläche 14, so daß bei geschlossenen Ventilen 25, 26 und bei gleichem Hochdruck im Düsenraum 13 und im Steuerraum 17 das Ventil­ glied 8 die Einspritzöffnungen 12 verschließt.
Während des Förderhubs des Pumpkolbens 2 werden die beiden Kompressionsräume 18, 20 über die Zufuhrleitung 24 mit Kraftstoff befüllt. Durch den Kompressionshub des Pumpkol­ bens 2 wird, wenn beide Ventile 25, 26 geschlossen sind, der in den Kompressionsräumen 18, 20 befindliche Kraft­ stoff auf einen höheren Druck verdichtet, wobei die Rück­ schlagventile 22, 23 den Rückfluß von komprimiertem Kraft­ stoff zurück in die Zufuhrleitung 24 verhindern.
Der Beginn des Einspritzvorgangs wird während des Kompres­ sionshubs des Pumpkolbens 2 und bei druckentlastetem Steu­ erraum 17 (d. h. bei geöffnetem zweiten Ventil 26) durch Schließen des ersten Ventils 25 eingeleitet. Im ersten Kompressionsraum 18 und damit auch im Düsenraum 13 baut sich der höhere Einspritzdruck auf. Sobald der im Düsen­ raum 13 herrschende Kraftstoffdruck ausreicht, das Ventil­ glied 8 druckgesteuert gegen die Wirkung der Schließfeder 10 zu öffnen, wird der Kraftstoff in den Brennraum einge­ spritzt. Wird nun auch das zweite Ventil 26 geschlossen, baut sich im zweiten Kompressionsraum 20 und damit auch im Steuerraum 17 ein höherer Kraftstoffdruck auf. Der Steuer­ raum 17 ist nicht mehr druckentlastet, so daß das Ventil­ glied 8 die Einspritzöffnungen 12 verschließt. Durch Öff­ nen des zweiten Ventils 26 wird der Steuerraum 17 wieder druckentlastet, und das Ventilglied 8 öffnet hubgesteuert, so daß eine Nacheinspritzung mit dem im Düsenraum 13 herr­ schenden Kraftstoffdruck durchgeführt wird. Wenn der im Düsenraum 13 herrschende Kraftstoffdruck nicht mehr aus­ reicht, das Ventilglied 8 aufzusteuern, schließt die Schließfeder 10 das Ventilglied 8, und der Einspritzvor­ gang ist beendet.
Die in Fig. 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung ver­ wendet statt eines Schließkolbens einen Ausweichkolben 115, dessen der Ventildichtfläche 9 abgewandte Stirnseite die zweite Steuerfläche 116 bildet und den Steuerraum 117 begrenzt. An dem der zweiten Steuerfläche 116 abgewandten Ende des Ausweichkolbens 115 und an einem Kopf 128 des Ventilglieds 108 ist die Schließfeder 110 abgestützt. Der Ausweichkolben 115 und der Kopf 128 sind in einer gemein­ samen axialen Führungsbohrung 129 des Einspritzventils 4 verschiebbar gelagert.
Bei geöffnetem zweiten Ventil 26 ist der Steuerraum 117 über die Entlastungsleitung 27 druckentlastet und der Aus­ weichkolben 115 in seine in Ventilöffnungsrichtung äußer­ ste Stellung verschoben, so daß der im Düsenraum 13 herr­ schende Kraftstoffdruck ausreicht, das Ventilglied 108 ge­ gen die Schließfeder 110 aufzusteuern. Bei geschlossenem zweiten Ventil 26 wird durch den im Steuerraum 117 herr­ schenden Kraftstoffdruck der Ausweichkolben 115 in Ventil­ schließrichtung verschoben und dadurch die Schließfeder 110 so weit zusammengedrückt, daß der im Düsenraum 13 herrschende Kraftstoffdruck nicht mehr ausreicht, das Ven­ tilglied 108 aufzusteuern.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschi­ nen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (4; 104), die jeweils einen Düsenraum (13), einen Steuerraum (17; 117), ein die Einspritzöffnungen (12) des Düsenraums (13) steuerndes Ventilglied (8; 108), welches über eine im Düsenraum (13) befindli­ che, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steu­ erfläche (14) und über eine im Steuerraum (17; 117) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zwei­ te Steuerfläche (16; 116) gegen die Wirkung einer Schließfeder (10; 110) betätigbar ist, einen in Kom­ pressionsrichtung verschiebbaren Kolben (2), welcher stirnseitig einen mit der Einspritzleitung (3) ver­ bundenen ersten Kompressionsraum (18) zur Erzeugung des Einspritzdruckes begrenzt, ein erstes Ventil (25) zum Steuern des Druckaufbaus im ersten Kompres­ sionsraum (18) und ein zweites Ventil (26) zum Steu­ ern des Druckaufbaus im Steuerraum (17; 117) aufwei­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) mit einer Ringschulter (19) einen mit dem Steuerraum (17; 117) verbundenen zweiten Kompressionsraum (20) begrenzt.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerfläche (16) durch das stirnseitige Ende eines Schließkolbens (15) gebildet ist, der anderenends am Ventil­ glied (8) anliegt.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerfläche (116) durch das stirnseitige Ende eines Ausweichkol­ bens (115) gebildet ist, an dem anderenends die Schließfeder (110) des Ventilglieds (108) abgestützt ist.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kompressionsräume (18, 20) jeweils über ein Rückschlagventil (22, 23) mit einer Zufuhrlei­ tung (24) des Kraftstoffs verbunden sind.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Kolben (2) gegen die Wirkung einer Rückstellfeder (6) antreibende Nocke (5).
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