DE10218904A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung - Google Patents
KraftstoffeinspritzeinrichtungInfo
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Abstract
Es wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor und einer Druckübersetzungseinrichtung vorgeschlagen, bei der der Schließkolben (13; 113) des Injektors in einen Schließdruckraum (12; 112) hineinragt, so dass der Schließkolben mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schließrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kraft, und bei der der Schließdruckraum (12; 112) und der Rückraum (27; 127) der Druckübersetzungseinrichtung durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum (12, 27, 41; 112, 127, 141) gebildet werden, wobei sämtliche Teilbereiche (12, 27; 112, 127) des Schließdruck-Rückraums permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden (41; 141) sind, so dass trotz einer niedrigen Druckverstärkung durch die Druckübersetzungseinrichtung ein relativ niedriger Einspritzöffnungsdruck erzielbar ist.
Description
Die Erfindung geht aus von einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Gattung des
unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 43 11 627 sind schon
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bekannt, bei denen ein
integrierter Druckverstärkerkolben mittels einer Befüllung
beziehungsweise einer Entleerung eines Rückraums eine
Erhöhung des Kraftstoffeinspritzdrucks über den von einem
Common-Rail-System hinaus bereitgestellten Wert ermöglicht.
Aus der US 6 113 000 ist ein Einspritzsystem bekannt, das ein
Hochdruckreservoir und ein Mitteldruckreservoir aufweist, wobei
das Hochdruckreservoir wahlweise auch mit Kraftstoff geführt
sein kann.
Die DE 199 10 970 beschreibt Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
mit Druckverstärker, wobei dem Injektor und dem Druckverstärker
je ein separates Steuerventil zugeordnet sind.
Auch die DE 43 11 627 beschreibt eine Einspritzeinrichtung, die
neben einem Steuerventil ein zusätzliches Vierwegeschiebeventil
benötigt.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat
demgegenüber den Vorteil, als druckgesteuerte Einrichtung
auch unter Einsatz von Druckübersetzungseinrichtungen mit
kleinem Druckverstärkungsverhältnis beispielsweise in der
Größenordnung 1 : 1,5 bis 1 : 3 relativ niedrige
Einspritzöffnungsdrücke zu realisieren. Ein kleines
Druckübersetzungsverhältnis ist vorteilhaft, da dadurch der
Bauraum des Injektors beziehungsweise des Druckübersetzers
klein gehalten werden kann, durch die kleinen Volumina eine
hohe Dynamik bei Druckaufbau und -abbau erreicht wird,
Entspannungsverluste auf ein Minimum reduziert werden, die
Volumenströme im System und die Fördermenge einer
Kraftstoffpumpe gering bleiben und das notwendige
Druckniveau in Pumpe und Rail auch bei hohen
Einspritzdrücken von über 2000 bar im heute bereits in der
Serienfertigung beherrschbaren Bereich von bis zu 1400 bar
verbleibt. Auch die Volumenströme im Niederdrucksystem
bleiben gering. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht
die Nutzung dieser Vorteile auch für Anwendungen, in denen
kleine Kraftstoffmengen sicher zugemessen werden müssen.
Dies wird durch eine Entlastung des Schließdruckraums gerade
in dem Moment erzielt, in dem die Einspritzung von
Kraftstoff erfolgen soll. Damit kann ein kleines
Übersetzungsverhältnis realisiert werden, ohne dass der
Öffnungsdruck zu hohe Werte annimmt, die eine exakte
Zumessung kleiner Kraftstoffmengen unmöglich machen würden.
Darüberhinaus wird weiterhin ein hoher Schließdruck
gewährleistet, der zu einem schnellen Nadelschließen unter
hohem Einspritzdruck führt. Dabei ist insbesondere von
Vorteil, dass im Hochdruckraum ständig (abgesehen von in dem
System auftretenden Druckschwingungen) zumindest der
Kraftstoffdruck der Kraftstoffhochdruckquelle anliegen kann.
Dies gewährleistet in vorteilhafter Weise, dass bereits im
ersten Moment der Öffnung des Injektors ein hoher
Einspritzdruck an den Einspritzöffnungen anliegt und
Kraftstoff innerhalb kleiner Zeitfenster exakt dosiert den
Brennräumen zudosiert werden kann. Darüber hinaus kann der
Aufbau des Druckübersetzers einfach und robust ausgeführt
sein, da neben dem Niederdrucksystem nur ein weiteres
Kraftstoffsystem mit höherem Kraftstoffdruck vorgesehen ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung möglich.
Wird die Funktion des Druckraums des Injektors vom
Hochdruckraum der Druckübersetzungseinrichtung übernommen,
ergibt sich ein verkleinertes Totvolumen hinter der
Druckübersetzungseinrichtung, das noch auf Hochdruck
verdichtet werden muss. Außerdem wird die Amplitude
eventuell auftretender Schwingungen zwischen dem
Schließdruckraum und dem Druckraum verkleinert, da sich eine
kürzere Strömungsverbindung vom Schließdruckraum zum
Druckraum ergibt. Das ergibt insgesamt eine zuverlässigere
Betriebsweise mit der Möglichkeit schnelleren Schaltens.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit einer
diametralen Anordnung der Leitungsmündungen in die Räume der
Druckübersetzungseinrichtung und/oder des Schließdruckraums
kann erreicht werden, dass im Betrieb ständig die Räume
durchströmt werden. Insbesondere bei kleinen Einspritzmengen
wird so auch gewährleistet, dass die Räume kontinuierlich
durchströmt werden. Dadurch kann eine lokale Überhitzung des
Kraftstoffs in den Räumen infolge ständiger Kompression und
Entspannung und damit auch Bauteilschäden vermieden werden.
Darüber hinaus wird verhindert, dass sich in den Räumen
Schmutz ansammeln kann.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die weiteren in den
weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung
genannten Merkmale.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 2 zwei Diagramme,
Fig. 3 eine zweite Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 4
ein Piezoventil und Fig. 5 eine weitere
Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Fig. 6 zeigt Diagramme mit
Druckverhältnissen für verschiedene Schaltgeschwindigkeiten
und Fig. 7 illustriert die Schaltzustände bei Verwendung
eines 3/3-Ventils. Fig. 8 zeigt eine weitere
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Fig. 9 weitere Diagramme
und Fig. 10 eine weitere alternative Ausführungsform.
In Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
dargestellt, bei der ein eine Druckübersetzungseinrichtung 7
aufweisender Kraftstoffinjektor 1 über eine mit einer
Drossel 3 versehenen Kraftstoffleitung 4 mit einer
Kraftstoffhochdruckquelle 2 verbunden ist. Die
Kraftstoffhochdruckquelle umfasst mehrere nicht näher
dargestellte Elemente wie einen Kraftstofftank, eine Pumpe
und das Hochdruckrail eines an sich bekannten Common-Rail-
Systems, wobei die Pumpe einen bis zu 1600 bar hohen
Kraftstoffdruck in dem Hochdruckrail bereitstellt, indem sie
Kraftstoff aus dem Tank in das Hochdruckrail befördert.
Dabei ist für jeden Zylinder einer Brennkraftmaschine ein
separater aus dem Hochdruckrail gespeister Injektor
vorgesehen. Der exemplarisch in Fig. 1 dargestellte
Injektor 1 weist ein Kraftstoffeinspritzventil 6 mit einem
Schließkolben 13 auf, das mit seinen Einspritzöffnungen 9 in
den Brennraum 5 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
hineinragt. Der Schließkolben 13 ist an einer Druckschulter
16 von einem Druckraum 17 umgeben, der über eine
Hochdruckleitung 40 mit dem Hochdruckraum 28 der
Druckübersetzungseinrichtung 7 verbunden ist. Der
Schließkolben 13 ragt an seinem dem Brennraum abgewandten
Ende, dem Führungsbereich 14, in einen Schließdruckraum 12
hinein, der über eine Leitung 41 mit einem Rückraum 27 der
Druckübersetzungseinrichtung und über eine an den Rückraum
27 angeschlossene Kraftstoffleitung 42, 45 und ein 3/2-Wege-
Ventil 8 mit der Kraftstoffhochdruckquelle 2 verbindbar ist.
Das Ventil 8 verbindet in einer ersten Stellung die Leitung
42 mit der Leitung 45, während eine zu einem nicht näher
dargestellten Niederdrucksystem führende Niederdruckleitung
44 an ihrem am Ventil 8 angeschlossenen Ende verschlossen
ist. In einer zweiten Stellung des Ventils ist die zum
Rückraum 27 beziehungsweise zum Schließdruckraum 12 führende
Leitung 42 mit der Niederdruckleitung 44 verbunden, während
das der Kraftstoffhochdruckquelle 2 abgewandte und am Ventil
angeschlossenen Ende der Leitung 45 abgedichtet ist. Der
Schließkolben ist über eine im Schließdruckraum angeordnete
und zwischen dem Gehäuse 10 des Einspritzventils 6 und dem
Schließkolben 13 gespannte Rückstellfeder 11 federnd
gelagert, wobei die Rückstellfeder den Nadelbereich 15 des
Schließkolbens gegen die Einspritzöffnungen 9 drückt. Die
Druckübersetzungseinrichtung 7 besitzt einen federnd
gelagerten Druckübersetzerkolben 21, der den mit der
Hochdruckleitung 40 verbundenen Hochdruckraum 28 von einem
Raum 26 trennt, der über die Leitung 4 an die
Kraftstoffhochdruckquelle 2 angeschlossen ist. Die zur
Lagerung des Kolbens verwendete Feder 25 ist in dem Rückraum
27 der Druckübersetzungseinrichtung angeordnet. Der Kolben
21 ist zweiteilig ausgeführt und weist einen ersten
Teilkolben 22 und einen durchmesserkleineren zweiten
Teilkolben 23 auf. Das Gehäuse 20 der
Druckübersetzungseinrichtung wird durch den im Gehäuse
verschiebbar angeordneten Teilkolben 22 in zwei Bereiche
aufgeteilt, die bis auf Leckageverluste flüssigkeitsdicht
voneinander abgetrennt sind. Der eine Bereich ist der mit
der Hochdruckquelle verbundene Raum 26, der zweite Bereich
weist eine stufenförmige Verjüngung auf. Er enthält den
zweiten Teilkolben 23, der in die Verjüngung verschiebbar
eintaucht und sie flüssigkeitsdicht vom Rest des zweiten
Bereichs abgrenzt, der den Rückraum 27 bildet. Der vom
Teilkolben 23 begrenzte Bereich in der Verjüngung bildet den
mit dem Druckraum 17 des Einspritzventils verbundene
Hochdruckraum 28 der Druckübersetzungseinrichtung, der über
ein Rückschlagventil 29 und eine Kraftstoffleitung 43 mit
der zur Kraftstoffhochdruckquelle 2 führenden Leitung 4
verbunden ist. Die beiden Teilkolben sind getrennte
Bauteile, können aber auch miteinander fest verbunden
ausgeführt sein. Der zweite Teilkolben 23 besitzt an seinem
dem ersten Teilkolben zugewandten Ende eine über seinen
Durchmesser hinausragende Federhalterung 24, so dass die
gegen das Gehäuse 20 gespannte Rückstellfeder 25 den zweiten
Teilkolben gegen den ersten drückt.
Der Druck der Kraftstoffhochdruckquelle 2 wird über die
Leitung 4 zum Injektor geführt. In der ersten Stellung des
Ventils 8 ist das Einspritzventil nicht angesteuert und es
findet keine Einspritzung statt. Dann liegt der Raildruck im
Raum 26, am Ventil 8, über das Ventil 8 und die Leitung 42
im Rückraum 27, über das Ventil und die Leitung 41 im
Schließdruckraum 12 und über die Leitung 43 im Hochdruckraum
28 sowie im Druckraum 17 an. Somit sind alle Druckräume der
Druckübersetzungseinrichtung mit Raildruck beaufschlagt und
der Druckübersetzerkolben ist druckausgeglichen, das heisst,
die Druckübersetzungseinrichtung ist deaktiviert und es
findet keine Druckverstärkung statt. Der
Druckübersetzerkolben wird in diesem Zustand über eine
Rückstellfeder in seine Ausgangslage zurückgestellt. Der
Hochdruckraum 28 wird dabei über das Rückschlagventil 29 mit
Kraftstoff befüllt. Durch den Raildruck im Schließdruckraum
12 wird eine hydraulische Schließkraft auf den Schließkolben
aufgebracht. Zusätzlich stellt die Rückstellfeder 11 eine
schließende Federkraft bereit. Daher kann der Raildruck
ständig im Druckraum 17 anstehen, ohne dass sich das
Einspritzventil ungewollt öffnet. Die Zumessung des
Kraftstoffs in den Brennraum 5 erfolgt durch Aktivierung des
3/2-Wege-Ventils 8, das heisst durch Überführung des Ventils
in seine zweite Stellung. Dadurch wird der Rückraum 27 von
der Kraftstoffhochdruckquelle abgetrennt und mit der
Rücklaufleitung 44 verbunden, und der Druck im Rückraum
fällt ab. Dies aktiviert die Druckübersetzungseinrichtung,
der zweiteilige Kolben verdichtet den Kraftstoff im
Hochdruckraum 28, so dass im mit dem Hochdruckraum
verbundenen Druckraum 17 die in Öffnungsrichtung wirkende
Druckkraft ansteigt. Gleichzeitig sinkt bei der Überführung
des Ventils in seine zweite Stellung der Kraftstoffdruck im
Schließdruckraum 12, so dass die in Schließrichtung auf den
Schließkolben wirkende Druckkraft abnimmt. Der Wert des für
die Öffnung des Einspritzventils nötigen Kraftstoffdrucks im
Druckraum 17 sinkt also gerade zu dem Zeitpunkt, zu dem das
Öffnen des Einspritzventils erfolgen soll, und der
Nadelbereich 15 des Schließkolbens gibt die
Einspritzöffnungen 9 bereits bei einem niedrigeren Druck im
Druckraum 17 frei als dies der Fall wäre, wenn der Druck im
Schließdruckraum 12 konstant bliebe. Solange der Rückraum 27
druckentlastet ist, bleibt die Druckübersetzungseinrichtung
aktiviert und verdichtet den Kraftstoff im Hochdruckraum 28.
Der verdichtete Kraftstoff wird zu den Einspritzöffnungen
weitergeleitet und in den Brennraum eingespritzt. Zum
Beenden der Einspritzung wird das Ventil 8 wieder in seine
erste Stellung überführt. Dies trennt den Rückraum 27 und
den Druckraum 17 von der Rücklaufleitung 44 ab und verbindet
sie wieder mit dem Versorgungsdruck der
Kraftstoffhochdruckquelle beziehungsweise dem Hochdruckrail
des Common-Rail-Systems. Dadurch fällt der Druck im
Hochdruckraum auf Raildruck ab, und da im Druckraum 17 nun
ebenfalls wieder Raildruck ansteht, ist der Schließkolben
hydraulisch ausgeglichen und wird durch die Kraft der Feder
11 geschlossen, wodurch der Einspritzvorgang beendet ist.
Nach dem Druckausgleich des Systems wird der
Druckübersetzerkolben durch eine Rückstellfeder in seine
Ausgangslage zurückgestellt, wobei der Hochdruckraum 28 über
das Rückschlagventil 29 und die Leitung 43 aus der
Kraftstoffhochdruckquelle befüllt wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann der
Schließdruckraum statt indirekt über den Rückraum 27 der
Druckübersetzungseinrichtung auch direkt über eine
Kraftstoffleitung mit dem Ventil 8 verbunden sein, das
heisst anstelle einer mit dem Rückraum verbundenen Leitung
41 ist eine Leitung vorgesehen, die direkt vom
Schließdruckraum zum Ventil 8 führt.
Fig. 2 illustriert den Verlauf der Kraftstoffdrücke p in
Abhängigkeit von der Zeit t sowie den resultierenden Hub h
des Schließkolbens während eines Einspritzzyklus. Der Druck
der Kraftstoffhochdruckquelle ist mit prail bezeichnet, der
Druck im Druckraum 12, bei dem sich das Einspritzventil
öffnet, mit pö. Die maximale Hubstrecke des Einspritzventils
ist mit hmax abgekürzt, der maximal im Hochdruckraum 28
erreichbare Kraftstoffdruck mit pmax. Die Kurve 310 zeigt
den zeitlichen Verlauf des Kraftstoffdrucks im Hochdruckraum
beziehungsweise im Druckraum, die Kurve 320 den Druckverlauf
im Schließdruckraum.
Wird zum Zeitpunkt to das Ventil von der ersten in die
zweite Stellung überführt, wächst der Druck 310 im
Hochdruckraum und im Druckraum, ausgehend vom Druck der
Kraftstoffhochdruckquelle, bis zum maximal erreichbaren
Druck pmax an, der durch das Verhältnis der
Querschnittsflächen der beiden Teilkolben und dem Druck der
Kraftstoffhochdruckquelle vorgegeben ist. Gleichzeitig sinkt
der Druck 320 im Schließdruckraum auf einen niedrigen
Druckwert (dem im nicht näher dargestellten
Niederdrucksystem herrschenden Kraftstoffdruck) ab. Das
Einspritzventil öffnet, das heisst der Hubwert h geht von
Null auf den Wert bmax über, sobald die in Öffnungsrichtung
wirkenden Druckkräfte im Druckraum 17 die Summe von in
Schließrichtung wirkender Druckkraft im Schließdruckraum 12
und Kraft der Rückstellfeder 11 überkompensieren. Dies ist
der Fall, wenn im Druckraum (siehe Druckverlauf 310) der
Kraftstoffdruck den Wert pö annimmt. Zu einem späteren
Zeitpunkt t1 wird das Ventil 8 wieder in seine erste
Stellung überführt, wodurch sich die Kraftstoffdrücke in
Druckraum und Schließdruckraum gegenseitig annähern, bis sie
beide wieder den Wert des Kraftstoffdrucks der
Kraftstoffhochdruckquelle erreichen. Das Ventil schließt
wieder, das heisst der Hubwert h nimmt wieder den Wert Null
an.
Fig. 3 zeigt eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der
gleiche Bestandteile wie in Fig. 1 mit gleichem
Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zur Fig. 1 ist
das Rückschlagventil nicht über eine Leitung 43 mit der
Kraftstoffhochdruckquelle, sondern über eine Leitung 70 mit
der Leitung 41 verbunden.
Im Unterschied zur Fig. 1 erfolgt die Befüllung des
Hochdruckraums beim Überführen des Ventils 8 von der zweiten
in die erste Stellung nicht direkt aus der
Kraftstoffhochdruckquelle, sondern aus dem Rückraum 27
und/oder dem Schließdruckraum 12.
In weiteren alternativen Ausführungen kann die Leitung 70
statt mit der Leitung 41 auch direkt mit dem Rückraum 27
oder mit dem Schließdruckraum 12 verbunden sein.
Das in den Anordnungen nach Fig. 1 und 3 enthaltene 3/2-
Wege-Ventil 8 kann sowohl als magnetisch als auch als
piezoelektrisch ansteuerbares Ventil gemäß Fig. 4
ausgeführt sein. In der piezoelektrischen Ausführungsform
nach Fig. 4 ist ein Ventilgehäuse 50 mit den aus den
Fig. 1 und 3 bekannten drei Anschlussleitungen 42, 44 und
45 verbunden. Im Ventilgehäuse befindet sich ein beweglich
gelagerter Ventilkörper 51, der in der gezeigten
Ruhestellung über eine Rückstellfeder 52, die zwischen ihm
und dem Ventilgehäuse gespannt ist, mit seiner
halbkugelförmigen Seitenfläche flüssigkeitsabdichtend gegen
den ersten Ventilsitz 53 gedrückt wird. Der
gegenüberliegenden Seite des Ventilkörpers, die von einer
ebenen Fläche gebildet ist, steht der mit der Leitung 45
verbundene zweite Ventilsitz 54 gegenüber. In der gezeigten
Ruhestellung ist ein Zwischenraum zwischen dem Ventilkörper
und dem zweiten Ventilsitz vorhanden. Vom ersten Ventilsitz
53 führt ein Rohr 55 ab, an dessen dem Ventilkörper
abgewandten Ende die Niederdruckleitung 44 angeschlossen
ist. Ein erster Kraftübertragungskolben 56 liegt auf der das
Rohr abdichtenden halbkugelförmigen Seitenfläche des
Ventilkörpers auf und ragt durch eine abgedichtete Öffnung
der dem Ventilkörper abgewandten Seitenwand des Rohrs aus
dem Rohr hinaus, so dass von ausserhalb des Ventilgehäuses
durch Verschiebung des Kraftübertragungskolbens eine Kraft
auf den Ventilkörper ausgeübt werden kann. Ein verbreitertes
Endstück des Kolbens 56 ragt in einen schematisch
dargestellten, mit Kopplerflüssigkeit gefüllten
Kopplungsraum 58 hinein. Auf der gegenüberliegenden Seite
des Kopplungsraums ragt ein zweiter Kraftübertragungskolben
57 in den Kopplungsraum hinein. Letzterer ist an einem
elektrisch ansteuerbaren Piezoaktor 59 befestigt, der sich
durch Anlegen einer elektrischen Spannung in seiner Länge
verändern kann, wobei ein auf der gegenüberliegenden Seite
des Piezoaktors befestigtes Bodenelement 60 in jedem
elektrischen Zustand des Piezoaktors zum Kopplungsraum den
gleichen Abstand hat.
Die abgebildete Position des Ventilkörpers bildet die erste
Stellung des 3/2-Wege-Ventils. In diesem Zustand verschließt
der Ventilkörper die Verbindung des Rohrs mit dem Raum, in
dem der Ventilkörper beweglich gelagert ist, so dass die
Leitung 42 ausschließlich mit der Leitung 45 Kraftstoff
austauschen kann. Soll das Ventil in seine zweite Stellung
überführt werden, um eine Zumessung von Kraftstoff in den
Brennraum zu erzielen, muss der Piezoaktor 59 elektrisch
angesteuert werden. Zur Kompensation von
temperaturabhängigen Längenänderungen des Piezoaktors und
bei geeigneter Ausführung des nur schematisch dargestellten
Kopplungsraums 58 auch zur Kraft-/Weg-Übersetzung steht der
Piezoaktor mit dem Kraftübertragungskolben 56 über den
Kraftübertragungskolben 57 und den Kopplungsraum 58 in
Kontakt. Wird der Piezoaktor angesteuert, dehnt er sich aus,
und es wird durch den Kopplungsraum hindurch eine Kraft auf
den Ventilkörper übertragen, die diesen vom ersten
Ventilsitz abhebt und gegen den zweiten Ventilsitz drückt,
so dass nunmehr nicht die Leitung 44, sondern die Leitung 45
mit der Leitung 42 verbunden ist.
Das Piezoventil kann, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, mittels
der Leitung 45 mit der Leitung 4 verbunden sein. Alternativ
kann das Ventil statt mit der Leitung 4 auch direkt mit dem
Raum 26 verbunden sein.
Fig. 5 illustriert eine weitere Ausführungsform mit einer
in dem Injektorgehäuse 100 integrierten
Druckübersetzungseinrichtung. Gleiche Bestandteile wie in
Fig. 1 und 3 abgebildet sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen und werden nicht nochmals beschrieben. In dem
Injektorgehäuse sind drei relativ zueinander bewegliche
Teile federnd gelagert: ein Druckübersetzerkolben 121, ein
Schließkolben 113 und ein Ventilhohlkolben 206. Der
Druckübersetzerkolben 121 weist einen ersten Teilkolben 122
und einen zweiten Teilkolben 123 auf. Der erste Teilkolben
122 wird axial bis auf Leckageverluste flüssigkeitsdicht vom
Injektorgehäuse geführt. Auf der einen Seite weist der erste
Teilkolben eine stufenförmige Verjüngung auf, so dass
zwischen dem Injektorgehäuse und dem ersten Teilkolben die
Rückstellfeder 125 der Druckübersetzungseinrichtung Platz
findet. Die Rückstellfeder 125 ist zwischen einer an der
Verjüngung angeordneten Federhalterung 124 und einem am
Injektorgehäuse befestigten Begrenzungselement 200 gespannt,
wobei die der Rückstellfeder abgewandte Seite des
Begrenzungselements als Anschlag für den
Druckübersetzerkolben dient, um ein Anstossen der Verjüngung
des ersten Teilkolbens am Injektorgehäuse zu verhindern. Der
Raum 126 zwischen dem ersten Teilkolben und dem
Injektorgehäuse, in dem sich die Rückstellfeder 125
befindet, entspricht dem Raum 26 aus Fig. 1 und ist wie
dieser über die Leitung 4 mit der Kraftstoffhochdruckquelle
2 verbunden. Der erste Teilkolben 122 geht auf der dem Raum
126 abgewandten Seite in den durchmesserkleineren zweiten
Teilkolben 123 über, der bereichsweise ebenfalls vom
Injektorgehäuse geführt wird, da dieses im Bereich des
zweiten Teilkolbens eine stufenförmige Verjüngung aufweist.
Der Raum zwischen dem zweiten Teilkolben und dem
Injektorgehäuse bildet den Rückraum 127 des
Druckübersetzers, der über Bohrungen 141 im zweiten
Teilkolben mit dessen ausgehöhltem den Schließdruckraum 112
bildenden Innenbereich verbunden ist. Der Schließkolben 113
ragt in den Schließdruckraum hinein; das gegenüberliegende
Ende des Schließkolbens, der Nadelbereich 115, verschließt
die Einspritzöffnungen 9. Zwischen dem in den
Schließdruckraum ragenden Bereich des Schließkolbens und dem
Nadelbereich befindet sich der Führungsbereich 114 des
Schließkolbens, der eine axiale Führung des Schließkolbens
entlang des Injektorgehäuses gewährleistet. Der
Führungsbereich ist durchmessergrösser als der Nadelbereich.
Der Führungsbereich weist eine Strömungsverbindung 205
beispielsweise in Form einer durchgängigen Bohrung auf, so
dass der Zwischenraum zwischen dem Nadelbereich und dem
Injektorgehäuse und der sich jenseits des Nadelbereichs an
den Führungsbereich anschließende durchmesserkleinere
Bereich des Schließkolbens Kraftstoff miteinander
austauschen können. Zwischen dem Führungsbereich 114 und dem
in den Schließdruckraum ragenden Bereich des Schließkolbens
ist ein Kreisringstück 203 am Schließkolbenumfang
angebracht, das in eine zylindersymmetrische Ausbuchtung 202
des Injektorgehäuses hineinragt, ohne das Gehäuse berühren
zu können. Das Kreisringstück 203 dient zur Abstützung der
Rückstellfeder 111, die den Schließkolben gegen die
Einspritzöffnungen drückt. Hierzu liegt die Rückstellfeder
111 an einem radialen Vorsprung des Ventilhohlkolbens 106
auf, der vom Schließkolben geführt wird und das
Injektorgehäuse nicht berührt. Der Ventilhohlkolben weist
ein spitz zu einer kreisförmigen Dichtkante zulaufendes Ende
auf, das von der Rückstellfeder 111 gegen die Stirnseite des
zweiten Teilkolbens gedrückt wird, so dass der Hochdruckraum
128, der durch den jenseits des Ventilhohlkolbens zwischen
dem Schließkolben und dem Injektorgehäuse liegenden Raum
gebildet wird, gegen den Schließdruckraum 112 abgedichtet
werden kann, das heisst, dass der Ventilhohlkolben zusammen
mit der Stirnseite des zweiten Teilkolbens als
Rückschlagventil 129 dienen kann. In das Kreisringstück 203
sind Bohrungen 204 eingebracht, die den Kraftstoffaustausch
zwischen den Bereichen des Hochdruckraums beiderseits des
Kreisringstücks unterstützen. Zwischen dem Kreisringstück
und dem den Einspritzöffnungen zugewandten Ende des
Nadelbereichs weist der Schließkolben zwei Bereiche mit
einem Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser
im in den Schließdruckraum ragenden Bereich: zum einen eine
Taille zwischen dem Führungsbereich und dem Kreisringstück,
zum anderen den Bereich zwischen dem Führungsbereich und dem
den Einspritzöffnungen zugewandten Ende des Schließkolbens.
In der Anordnung nach Fig. 5 fallen der Hochdruckraum 28
und der Düsenraum 17 der Anordnung nach Fig. 1 zusammen und
werden vom Hochdruckraum 128 gebildet. Die Funktionsweise
ist ansonsten ähnlich zur der der Anordnung nach Fig. 1.
Das Rückschlagventil zur Befüllung des Hochdruckraums 128
wird durch das oben beschriebene Rückschlagventil 129
gebildet. Die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum 5
erfolgt ebenfalls durch Aktivierung des 3/2-Wege-
Steuerventils 8. Dadurch wird der Rückraum 127 und der
Schließdruckraum 112 druckentlastet und der Druckverstärker
aktiviert. Der Kraftstoff im Hochdruckraum 128 wird
verdichtet und über die Strömungsverbindung 205 zur
Injektorspitze weitergeleitet. Infolge des Druckabfalls im
Schließdruckraum sinkt der für das Anheben des
Schließkolbens erforderliche Druck unter den Wert, der
erforderlich wäre, wenn der Druck im Schließdruckraum
konstant bliebe. So gibt der Schließkolben schließlich
infolge der steigenden öffnenden Druckkraft im Hochdruckraum
und der gleichzeitig abfallenden schließenden Druckkraft im
Schließdruckraum die Einspritzöffnungen frei, und der
Kraftstoff wird in den Brennraum eingespritzt. Der
Ventilhohlkolben 206 dichtet hierbei den Hochdruckraum 128
mit einer Führung gegenüber dem Schließkolben ab, wobei der
Ventilhohlkolben axial verschiebbar ist und sich während der
Verdichtung des Kraftstoffs im Hochdruckraum zusammen mit
dem Druckübersetzerkolben zu den Einspritzöffnungen hin
bewegt. Ebenso dichtet, wie bereits ausgeführt, der
Ventilhohlkolben den Hochdruckraum mit seinem Dichtsitz
gegenüber dem zweiten Teilkolben ab. Dadurch wird
sichergestellt, dass kein komprimierter Kraftstoff in den
Schließdruckraum zurückfließen kann. Zum Beenden der
Einspritzung wird durch das Steuerventil 8 der Rückraum 127
von der Leitung 44 getrennt und mit der
Kraftstoffhochdruckquelle 2 verbunden, wodurch sich im
Rückraum und im Schließdruckraum der Raildruck aufbaut und
der Druck im Hochdruckraum auf Raildruck abfällt. Der
Schließkolben ist nun hydraulisch ausgeglichen und wird
durch die Kraft der Rückstellfeder 111 geschlossen, was den
Einspritzvorgang beendet. Infolge des Druckausgleichs wird
nun auch der Druckübersetzerkolben 121 durch die
Rückstellfeder 125 in seine Ausgangslage zurückgeführt,
wobei der Hochdruckraum 128 über das Rückschlagventil 129
aus dem Schließdruckraum 112 beziehungsweise dem Rückraum
127 befüllt wird.
Zur Stabilisierung der Schaltfolgen können zusätzliche
konstruktive Massnahmen zur Dämpfung eventuell zwischen der
Kraftstoffhochdruckquelle und dem Injektor auftretender
Schwingungen getroffen werden. Neben einer geeigneten
Auslegung der Drossel 3 können auch alternativ oder in
Kombination Drosselrückschlagventile an beliebiger Stelle
der Zuleitungen 4, 42 und 45 eingebaut werden. Die Bohrungen
204 können auch weggelassen werden. Darüber hinaus können
der Druckübersetzerkolben, der Schließkolben und der
Ventilhohlkolben auch abweichende Formen aufweisen. Beim
Schließkolben wesentlich ist lediglich, dass zum einen eine
Kraftstoffzufuhr bis zu den Einspritzöffnungen gewährleistet
ist und dass im Bereich des Hochdruckraums der
Kraftstoffdruck eine Angriffsfläche vorfindet, die effektiv
zu einer axialen Kraft auf den Schließkolben führt, die zum
Druckübersetzerkolben hin orientiert ist, das heisst die in
Öffnungsrichtung wirkt.
In allen Ausführungsbeispielen sind der Schließdruckraum 12
beziehungsweise 112 und der Rückraum 27 beziehungsweise 127
durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum (12, 27, 41)
beziehungsweise (112, 127, 141) realisiert, wobei sämtliche
Teilbereiche (12, 27) beziehungsweise (112, 127) des
Schließdruck-Rückraums permanent zum Austausch von Kraftstoff
miteinander verbunden sind, zum Beispiel über mindestens eine
Kraftstoffleitung 41 oder über mindestens eine in dem
Druckübersetzerkolben integrierte Bohrung 141. Der Druckraum 17
und der Hochdruckraum 28 kann darüber hinaus durch einen
gemeinsamen Einspritzraum (17, 28, 40) gebildet werden, wobei
sämtliche Teilbereiche des Einspritzraums permanent zum
Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind. Der
Druckraum 17 und der Hochdruckraum 28 können hierbei über eine
Kraftstoffleitung 40 miteinander verbunden sein (vergleiche Fig.
1 und 3), oder der Druckraum kann durch den Hochdruckraum (128)
selbst gebildet sein (vergleiche Fig. 5).
Fig. 6 zeigt die zeitlichen Verläufe des Kraftstoffdrucks p im
Hochdruckraum 28 beziehungsweise 128 für verschiedene
Schaltgeschwindigkeiten des 3/2-Piezoventils der Fig. 4. Die
Kurve 310 stellt die Druckverhältnisse bei schneller Betätigung
des Piezoventils dar, die Kurve 311 bei langsamer
Ventilbetätigung. Die erste Stellung des Ventils, bei der der
Ventilkörper gegen den ersten Ventilsitz 53 gedrückt ist, wird
im Folgenden als Ruhestellung und die zweite Stellung, bei der
der Ventilkörper gegen den zweiten Ventilsitz 54 gedrückt ist,
als Endposition bezeichnet. Bei schneller Ventilbetätigung wird
der Piezoaktor derart elektrisch angesteuert, dass der
Ventilkörper schnell aus der Ruhestellung in die Endposition
gelangt, bei langsamer Ventilbetätigung wird die am Piezoaktor
anliegende elektrische Spannung langsam erhöht, so dass der
Ventilkörper mit kleiner Geschwindigkeit aus der Ruhestellung in
die Endposition gelangt. Die Kurven 320 und 321 zeigen die
zugehörigen Druckverläufe im Rückraum des Druckübersetzers in
Abhängigkeit von der Zeit t. Der resultierende Hub h des
Piezoaktors, also der Bewegung des Ventilkörpers, ist in den
Kurven 330 und 331 abgebildet. Prail bezeichnet den Druck der
Kraftstoffhochdruckquelle beziehungsweise den Druck im
Hochdruckrail des Common-Rail-Systems, pmax den maximal im
Hochdruckraum erzielbaren Kraftstoffdruck und hmax den maximalen
Hub des Ventilkörpers.
In der Ruhestellung des Ventilkörpers ist der Druckübersetzer
deaktiviert und der Kolben des Druckübersetzers in seiner
Ausgangsstellung zurückgestellt, es findet keine Einspritzung
statt. Sowohl im Hochdruckraum als auch im Rückraum herrscht
Raildruck prail (siehe die Kurven 310, 311, 320 und 321 im
Zeitraum von Null bis zum Zeitpunkt t1). In der Endposition hmax
des Ventilkörpers ist der Druckübersetzer vollständig aktiviert,
der Druck im Rückraum sinkt auf einen kleinen Wert nahe Null und
der Druck im Hochdruckraum erreicht seinen Maximalwert pmax. Der
Schließkolben wird angehoben und eine Einspritzung findet statt.
In einem Übergangsbereich zwischen der Ruhestellung und der
Endposition ist der Druckübersetzer hierbei teilweise aktiviert,
der Druck im Rückraum nimmt mit zunehmenden Hub des Piezoventils
ab und der Druckübersetzerkolben erzeugt einen mittleren
Einspritzdruck, der mit zunehmendem Ventilhub ansteigt, so dass
die Einspritzung mit ansteigendem Druck abläuft. In den in der
Fig. 6 abgebildeten Diagrammen wird zur vereinfachten
Darstellung davon ausgegangen, dass sich der Düsenöffnungsdruck
nur unwesentlich vom Raildruck unterscheidet. Bei langsamer
Betätigung des Ventils ab dem Zeitpunkt t1 (Kurve 331) sinkt der
Druck im Rückraum kontinuierlich bis zum Zeitpunkt t2 auf einen
kleinen Wert ab (Kurve 321), während der Druck im Hochdruckraum
langsam auf den Wert pmax ansteigt (Kurve 311). Bei Erreichen
des Düsenöffnungsdrucks kurz nach t1 hebt sich der Schließkolben
von den Einspritzöffnungen ab und öffnet vollständig, so dass
eine zunehmende Menge an Kraftstoff mit zunehmendem Druck
eingespritzt wird. Zum Zeitpunkt t2 ist der maximale Öffnungshub
hmax des Ventilkörpers und der maximale Einspritzdruck pmax
erreicht. Der Schließvorgang zum Zeitpunkt t3 erfolgt schnell,
um einen schnellen Druckabbau bei Einspritzende zu gewährleisten
(als englischer Fachausdruck wird hierfür die Bezeichnung "rapid
spill" verwendet). Zum Zeitpunkt t3 also, in dem die
Verlängerung des Piezoaktors rückgängig gemacht wird, wird der
Druck sowohl im Hochdruckraum als auch im Rückraum auf
Raildruckniveau zurückgeführt und der Schließkolben verschließt
wieder die Einspritzöffnungen. Wird hingegen zum Zeitpunkt t1
das Ventil schnell angesteuert (Kurve 330), wird der
Übergangsbereich schnell durchlaufen und der Druck im
Hochdruckraum steigt erheblich vor dem Zeitpunkt t2 auf das
Maximalniveau pmax an (siehe Kurve 310), während gleichzeitig
der Druck im Rückraum rasch auf einen geringen Wert abfällt
(siehe Kurve 320). Dementsprechend ergibt sich ein quasi
rechteckförmiger Druckverlauf 310. Der Schließvorgang erfolgt in
analoger Weise zum zuvor beschriebenen Fall vorzugsweise
schnell, um einen schnellen Druckabbau bei Einspritzende zu
gewährleisten.
Fig. 7 stellt die Druckverhältnisse dar für den Fall, dass
beispielsweise das Piezoventil nach Fig. 4 als 3/3-Wege-Ventil
betrieben wird. Neben der Ruhestellung und der Endposition hat
der Ventilkörper des Ventils in diesem Fall auch eine
Mittelstellung, in der er zumindest für einen gewissen Zeitraum
verbleiben kann und in der die Leitung 42 sowohl mit der Leitung
45 als auch mit der Leitung 44 Verbunden ist. Dann kann sich in
diesem Zeitraum im Rückraum ein Druckgleichgewicht auf einem
Zwischendruckniveau PZ1 einstellen, das durch die ins
Niederdrucksystem abfließende und die von der
Kraftstoffhochdruckquelle zufließende Menge zusammen bestimmt
wird. Die Kurve 410 zeigt den Druckverlauf im Hochdruckraum, die
Kurve 420 den Druckverlauf im Rückraum. Im darunter stehenden
h(t)-Diagramm ist der zeitliche Verlauf des Hubs des
Schließkolbens, im dritten Diagramm der zeitliche Verlauf des
Piezohubs H, also der Bewegung des Ventilkörpers, abgebildet.
Hmax bezeichnet den maximalen Wert für den Piezohub, mit dem die
Endposition des Ventilkörpers eingestellt werden kann, in der
der Rückraum nur noch mit dem Niederdrucksystem verbunden ist.
Der Öffnungsdruck pö im Hochdruckraum ist der zur Anhebung des
Schließkolbens erforderliche Druck. t1 bis t5 bezeichnen
verschiedene aufeinanderfolgende Zeitpunkte innerhalb eines
Einspritzyklus, der eine Booteinspritzung, das heisst eine erste
Einspritzphase auf niedrigem Druckniveau, und eine zweite
Einspritzphase auf hohem Druckniveau umfasst.
Zum Zeitpunkt t1 wird der Ventilkörper durch eine entsprechende
Ansteuerung des Piezoaktors in die Mittelstellung überführt und
bis zum Zeitpunkt t3 in dieser Mittelstellung gehalten (siehe
das H(t)-Diagramm). Im Rückraum sinkt der Druck auf das
Zwischendruckniveau PZ1 ab, während der Druck im Hochdruckraum
langsam ansteigt. Sobald er den Öffnungsdruck im Zeitpunkt t2
übersteigt, öffnet der Injektor (siehe das h(t)-Diagramm) und es
erfolgt eine Booteinspritzphase auf einem Druckniveau zwischen
dem Raildruckniveau und dem maximal mit dem Druckübersetzer
erzielbaren Druckwert. Zum Zeitpunkt t3 wird das Piezoventil in
seine Endstellung (zweite Stellung) mit dem Hubwert Hmax
überführt, so dass der Druck im Rückraum auf einen geringen Wert
nahe Null abfällt, während die Einspritzöffnungen weiter
geöffnet bleiben und der Druck im Hochdruckraum auf den Wert
pmax ansteigt. Diese Haupteinspritzphase dauert bis zum
Zeitpunkt t4, in dem das Ventil in seine Ruhestellung
zurückgefahren wird (H = 0), so dass im Hochdruckraum und im
Rückraum ein Druckausgleich auf Raildruckniveau stattfindet und
kurze Zeit später im Zeitpunkt t5 der Schließkolben die
Einspritzöffnungen verschließt (h = 0).
Alternativ kann die Zwischenstellung auch für eine Einspritzung
mit niedrigem Einspritzdruck verwendet werden, wobei aus der
Zwischenstellung wieder in Ruhestellung gegangen wird. Dies
geschieht beispielsweise bei kleinen Einspritzmengen, wie sie
bei einer Voreinspritzung oder im Leerlauf gefordert sind.
Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3,
bei der bei sonst gleichem Aufbau zusätzlich eine Drossel 520 in
der Leitung 70 eingebaut ist, so dass die Verbindung zwischen
dem Hochdruckraum 28 und dem Schließdruckraum 12 beziehungsweise
dem Rückraum 27 gedrosselt wird. Der Querschnitt des
Verbindungspfads des 3/2-Wege-Ventils 8 zwischen der Leitung 45
und der Leitung 42 ist mit dem Bezugszeichen 510 versehen und
wird im Folgenden als Ventilquerschnitt bezeichnet.
Durch eine geeignete Abstimmung des Ventilquerschnitts 510, der
den Rückraum 27 mit der Druckversorgung verbindet, und des
Strömungsquerschnittes des Füllpfads 70 durch eine geeignete
Wahl des Strömungsquerschnittes der Drossel 520 kann eine
hydraulische Zusatzkraft zum Nadelschließen erzeugt werden. Dazu
wird der Füllpfad 70 durch die Drossel 520 sehr klein ausgelegt,
jedoch groß genug, um ein Füllen des Hochdruckraums 28 und ein
Rückstellen des Druckverstärkerkolbens bis zur nächsten
Einspritzung zur ermöglichen. Ferner wird der Ventilquerschnitt
510 groß genug ausgelegt, damit im Rückraum 27 ein schneller
Druckaufbau auf Raildruck stattfindet, wobei je nach
Leitungsauslegung auch eine Drucküberhöhung im Rückraum
stattfinden kann. Durch den schnellen Druckaufbau im Rückraum
findet im Hochdruckraum 28 ein schneller Druckabbau auf
Raildruck mit anschließendem Druckunterschwingen unter Raildruck
statt. Durch die Drossel 520 wird ein zu schneller
Druckausgleich zwischen Raum 28 und Raum 12 bzw. 27 verhindert.
Da in dieser Phase im Schließdruckraum 12
weiter Raildruck ansteht, tritt eine schließende hydraulische
Kraft auf die Düsennadel auf.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die
Auslegung des Strömungsquerschnitts des Füllpfads 70 statt durch
die Verwendung einer Drossel durch ein einen entsprechenden
Strömungsquerschnitt aufweisendes Rückschlagventil 29
sichergestellt.
Fig. 9 zeigt schematisch die mit der Anordnung nach Fig. 8
erzielbaren Druckverläufe. Hierbei ist der zeitliche Verlauf des
Kraftstoffdrucks im Hochdruckraum 28 mit dem Bezugszeichen 1310
versehen, der zeitliche Verlauf des Kraftstoffdrucks im Rückraum
27 des Druckübersetzers mit dem Bezugszeichen 1320.
Hierbei stellt sich das Einspritzende folgendermaßen dar: Nach
Deaktivieren des Ventils 8 erfolgt im Rückraum 27 und im
Schließdruckraum 12 ein Druckaufbau auf Raildruck, wodurch
gleichzeitig im Hochdruckraum 28 ein schneller Druckabfall auf
Raildruck erfolgt. Der letztgenannte Druckabfall erfolgt so
schnell, dass ein Unterschwingen des Druckes im Hochdruckraum
und im Druckraum des Injektors unter den Raildruck stattfindet.
Genau in dieser Phase findet das Nadelschließen statt, so dass
eine zusätzliche hydraulische Druckkraft auf die Düsennadel
auftritt, wodurch ein schnelles Nadelschließen erreicht und die
Kraftstoffmengen noch genauer in die Brennkammern der
Brennkraftmaschine eindosiert werden können. Im weiteren Verlauf
stellt sich auch im Hochdruckraum und im Druckraum der Raildruck
ein. Der im Verlauf 1320 gezeichnete Überschwinger über den
Raildruck hinaus ist hydraulisch bedingt und kann durch
geeignete Leitungsauslegung minimiert bzw. unterdrückt werden.
Wesentlich für den schnellen Druckabfall mit folgendem
Unterschwinger unter Raildruck im Hochdruckraum ist der schnelle
Druckaufbau im Rückraum.
Fig. 10 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der in Fig. 3
dargestellten Anordnung. Hierbei ist statt der Leitung 45 eine
Kraftstoffleitung 1450 vorgesehen, die nicht direkt mit der
Leitung 4, sondern mit dem Raum des Druckübersetzers verbunden
ist, in den die Leitung 4 mündet. Dabei mündet die Leitung 1450
am der Leitung 4 gegenüberliegende Ende des Druckübersetzerraums
in den Raum. Desweiteren ist die Leitung 41 aus Fig. 3 durch
eine Kraftstoffleitung 1410 ersetzt, die im Unterschied zur
Leitung 41 aus Fig. 3 jenseits der Mündung der Leitung 42 in
den Rückraum 27 in diesen Rückraum mündet. Ferner ist diese
Leitung 1410 so an den Schließdruckraum 12 angeschlossen, dass
diametral gegenüberliegend eine die Leitung 70 aus der Fig. 3
ersetzende Leitung 1700 in den Schließdruckraum mündend
befestigt werden kann. Das andere Ende der Leitung 1700 ist in
aus der Fig. 3 bekannten Weise über ein Rückschlagventil 29 mit
dem Hochdruckraum 28 verbunden. Ferner ist die Leitung 40 aus
der Fig. 3 durch eine Leitung 1400 ersetzt, die diametral
gegenüberliegend zur Leitung 1700 beziehungsweise zum
Rückschlagventil 29 in den Hochdruckraum 28 mündet. Im
Schließdruckraum ist darüber hinaus im Unterschied zur Anordnung
nach Fig. 3 ein Begrenzungselement 2000 befestigt, das den
Öffnungshub des Injektors begrenzt.
Die Funktionsweise ist im Wesentlichen die gleiche wie die der
Anordnung nach Fig. 3, mit dem Unterschied, dass durch die
diametrale Anordnung der Mündungen der Kraftstoffleitungen in
den Räumen des Druckübersetzers beziehungsweise im
Schließdruckraum des Injektors die Räume eine Durchspülung aller
Räume mit Kraftstoff erzwungen wird.
Claims (15)
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit
einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraft
stoffinjektor, wobei zwischen dem Kraftstoffinjektor und der
Kraftstoffhochdruckquelle eine einen beweglichen
Druckübersetzerkolben aufweisende Druckübersetzungseinrichtung
geschaltet ist, wobei der Druckübersetzerkolben einen an die
Kraftstoffhochdruckquelle anschliessbaren Raum von einem mit dem
Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt, wobei durch
Befüllen eines Rückraumes der Druckübersetzungseinrichtung mit
Kraftstoff beziehungsweise durch Entleeren des Rückraums von
Kraftstoff der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum variiert werden
kann, wobei der Kraftstoffinjektor einen beweglichen
Schließkolben zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen
aufweist, wobei der Schließkolben (13; 113) in einen
Schließdruckraum (12; 112) hineinragt, so dass der Schließkolben
mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in
Schließrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kraft, und dass
der Schließdruckraum (12; 112) und der Rückraum (27; 127) durch
einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum (12, 27, 41; 112, 127,
141) gebildet werden, wobei sämtliche Teilbereiche (12, 27; 112,
127) des Schließdruck-Rückraums permanent zum Austausch von
Kraftstoff miteinander verbunden (41; 141) sind, wobei ein
Druckraum (17; 128) zum Versorgen der Einspritzöffnungen mit
Kraftstoff und zum Beaufschlagen des Schließkolben mit einer in
Öffnungsrichtung wirkenden Kraft vorgesehen ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hochdruckraum (28) derart mit der
Kraftstoffhochdruckquelle in Verbindung (43; 70, 41, 42; 1700,
1410, 42) steht, daß im Hochdruckraum, abgesehen von
Druckschwingungen, ständig zumindest der Kraftstoffdruck der
Kraftstoffhochdruckquelle anliegen kann, wobei der Druckraum und
der Hochdruckraum durch einen gemeinsamen Einspritzraum gebildet
werden, wobei sämtliche Teilbereiche des Einspritzraums
permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden
sind.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, das der Druckraum (17) und der Hochdruckraum
(28) über eine Kraftstoffleitung (40) miteinander verbunden
sind.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Druckraum durch den Hochdruckraum (128)
gebildet ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließdruckraum
(12) und der Rückraum (27) über eine Leitung miteinander
verbunden sind.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließdruckraum (112) und
der Rückraum (127) durch einen Teilkolben (123) des
Druckübersetzerkolbens (121) voneinander abgegrenzt sind, wobei
in dem Teilkolben mindestens eine den Schließdruckraum und den
Rückraum verbindende Bohrung (141) eingebracht ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum (28)
über ein Rückschlagventil (29) mit dem Raum (26) verbunden (43)
ist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckraum (28; 128) mit
dem Schließdruckraum (12; 112) verbunden (70) ist.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindung (70) ein Rückschlagventil
(29; 129) enthält.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem
Hochdruckraum (28) und dem Schließdruckraum (12) derart
gedrosselt (520; 29) ist, dass während eines Schließvorgangs ein
Unterschwingen des Drucks im Druckraum unterhalb des Drucks der
Kraftstoffhochdruckquelle erfolgen kann.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückraum (27; 127)
über ein Ventil (8) wahlweise mit einer Niederdruckleitung (44)
oder mit der Kraftstoffhochdruckquelle (2) verbindbar ist.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ventil ein eine erste und eine zweite
Stellung aufweisendes Piezoventil ist, wobei das Piezoventil
den Rückraum in einer ersten Stellung mit der
Kraftstoffhochdruckquelle und in einer zweiten Stellung mit der
Niederdruckleitung (44) verbindet.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Piezoventil derart ausgebildet ist,
dass die Geschwindigkeit des Übergangs zwischen der ersten und
der zweiten Stellung variiert werden kann.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 10
bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in mindestens
eine Zwischenstellung überführbar ist, so dass sich im Rückraum
ein Zwischendruckniveau ergibt.
14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch
gekennzeichnet, dass das Ventil in der Zwischenstellung den
Rückraum sowohl mit der Kraftstoffhochdruckquelle als auch mit
der Niederdruckleitung verbindet.
15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der
Räume (26, 27, 28) der Druckübersetzungseinrichtung und/oder im
Schließdruckraum (11) des Kraftstoffinjektors in dem Raum
beziehungsweise in den Räumen mündende Leitungen (4, 1450; 42,
1410; 1410, 1700; 1700, 29, 1400) derart angeordnet sind,
insbesondere diametral gegenüberliegend angeordnet sind, so dass
bei einem Kraftstofffluß in den Leitungen eine Durchspülung des
Raums beziehungsweise der Räume mit Kraftstoff erzwungen wird.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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