DE10229418A1

DE10229418A1 - Einrichtung zur Dämpfung des Nadelhubes an Kraftstoffinjektoren

Info

Publication number: DE10229418A1
Application number: DE10229418A
Authority: DE
Inventors: Martin Kropp; Hans-Christoph Magel; Manfred Mack; Christian Grimminger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-29
Filing date: 2002-06-29
Publication date: 2004-01-29
Also published as: WO2004003375A1; EP1520097B1; US7083113B2; JP2005531716A; US20050077378A1; EP1520097A1; DE50305275D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume (7) einer Verbrennungskraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt einen Hochdruckspeicherraum (2), einen Druckübersetzer (5) und ein Zumeßventil (6, 56). Der Druckübersetzer (5) umfaßt einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11), die voneinander durch einen axial bewegbaren Kolben (12) getrennt sind. Eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) hat eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) zur Folge, der über einen Kraftstoffzulauf (28) einen Düsenraum (22) beaufschlagt. Der Düsenraum (22) umgibt ein Einspritzventilglied (29), welches zum Beispiel als Düsennadel ausgebildet sein kann. Ein das Einspritzventilglied (29) beaufschlagender Düsenfederraum (25) ist hochdruckseitig über eine eine Zulaufdrosselstelle (24) enthaltende Leitung (23) vom Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) befüllbar. Ablaufseitig ist der Düsenfederraum (28) über eine eine Ablaufdrosselstelle (27) enthaltende Leitung (26, 40) mit einem Raum (11) des Druckübersetzers (5) verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlilch.

Aus Festigkeitsgründen ist das erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen zur Zeit auf etwa 1600 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteigerung an Speichereinspritzsystemen kommen an Common-Rail-Systemen Druckverstärker zum Einsatz.

EP 0 562 046 B1 offenbart eine Betätigungs- und Ventilanordnung mit Bedämpfung für eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die Betätigungs- und Ventilanordnung für eine hydraulische Einheit weist einen elektrisch erregbaren Elektromagneten mit einem festen Stator und einem bewegbaren Anker auf. Der Anker weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste und die zweite Oberfläche des Ankers definieren einen ersten und einen zweiten Hohlraum, wobei die erste Oberfläche des Ankers dem Stator zuweist. Es ist ein Ventil vorgesehen, welches mit dem Anker verbunden ist. Das Ventil ist in der Lage, aus einem Sumpf ein hydraulisches Betätigungsfluid an die Einspritzvorrichtung zu leiten. Ein Dämpfungsfluid kann in Bezug auf einen der Hohlräume der Elektromagnetanordnung dort gesammelt werden bzw. von dort abgelassen werden. Mittels- eines in eine Zentralbohrung hineinragenden Bereiches eines Ventils kann die Strömungsverbindung des Dämpfungsfluides proportional zu dessen Viskosität selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden.

DE 101 23 910.6 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt; ferner umfaßt die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß DE 101 23 910.6 einen Druckübersetzer, der einen beweglichen Druckübersetzerkolben aufweist, welcher einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum läßt sich durch Befüllen eines Rückraumes des Druckübersetzers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren dieses Rückraumes von Kraftstoff variieren.

Der Kraftstoffinjektor umfaßt einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Verschließen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöffnungen. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so daß dieser mit Kraftstoff druckbeaufschlagbar ist. Dadurch wird eine dem Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzielt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.

Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des Druckübersetzers über den Rückraum erreicht werden, daß die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum kleingehalten werden können. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes entlastet und nicht bis auf Leckdruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein schnellerer Druckaufbau bis auf das Systemdruckniveau erfolgen, so daß die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände verkürzt werden können.

Bei druckgesteuerten Common-Rail-Einspritzsystemen mit Druckübersetzer tritt das Problem auf, daß die Stabilität der in den Brennraum einzuspritzenden Einspritzmengen, besonders die Darstellung sehr kleiner Einspritzmengen, wie zum Beispiel bei der Voreinspritzung gefordert, nicht gewährleistet ist. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß die Düsennadel bei druckgesteuerten Einspritzsystemen sehr schnell öffnet. Daher können sich sehr kleine Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils stark auf die Einspritzmenge auswirken. Man hat versucht, diesem Problem dadurch abzuhelfen, einen separaten Nadelhubdämpferkolben, der einen Dämpfungsraum begrenzt und in einer hochdruckdichten Spielpassung geführt sein muß, einzusetzen. Diese Lösung gestattet zwar eine Reduzierung der Nadelöffnungsgeschwindigkeit, andererseits wird durch diese Lösung derkonstruktive Aufwand und damit die Kosten des Einspritzsystemes sehr stark erhöht.

Angesichts weiter steigender Anforderungen an die Emissions- und Geräuschentwicklung selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen sind weitere Maßnahmen am Einspritzsystem erforderlich, um die in naher Zukunft zu erwartenden verschärften Grenzwerte zu erfüllen.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann der Einsatz eines Präzisionsbauteiles, wie oben erwähnt, wie zum Beispiel eines Nadelhubdämpferkolbens vermieden werden, indem die Funktion der Nadelhubdämpfung über eine Durchströmung des Düsenadelfederraumes dargestellt wird. Mit der vorgeschlagenen Lösung läßt sich einerseits der fertigungstechnische Aufwand signifikant verringern, andererseits wird durch eine Verringerung der Nadelöffnungsgeschwindigkeit die Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffinjektors erheblich verbessert. Ein separates Präzisionsbauteil in Gestalt eines Nadelhubdämpferkolbens ist dazu nicht erforderlich. Statt dessen wird der Düsenfederraum der Düsennadel über eine Zulaufdrossel von der Hochdruckseite und einer Ablaufdrossel auf der Niederdruckseite bzw. am Arbeitsraum befüllt bzw. druckentlastet.

Durch die Dimensionierung der Strömungsquerschnitte und der Drosselstreckenlängen von Zulauf- und Ablaufdrossel kann die Nadelöffnungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wird im wesentlichen durch die Querschnittsfläche der Ablaufdrossel bestimmt. Damit ist es grundsätzlich möglich, Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel unabhängig voneinander auf dem Wege der Dimensionierung von Zulauf- und Ablaufdrossel einzustellen und somit einerseits ein langsames Öffnen des Einspritzventilgliedes, zum Beispiel einer Düsennadel, und andererseits ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes des Kraftstoffinjektors zu erreichen. Ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes eines Kraftstoffinjektors ermöglicht eine Verbesserung der Emissionswerte einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine. Ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes gewährleistet, daß ein genau definierter Endzeitpunkt der Einspritzung eingehalten werden kann, so daß nach diesem eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum unterbleibt, der während der Verbrennung nicht mehr umgesetzt werden kann und als unverbrannter Kraftstoff im Abgas enthalten ist und dessen HC-Anteil extrem negativ beeinflußt.

Das Herbeiführen eines. schnellen Nadelschließens bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Mengenkennlinie im ballistischen Betriebszustand der Düse, d.h. während der Bewegung zwischen ihren Hubanschlägen bzw. Einspritzventilgliedsitz, flachzuhalten, was die Zumeßgenauigkeit von Kraftstoff erheblich verbessert.

Aufgrund des vorgeschlagenen Konzeptes einer Hubdämpfung ohne zusätzliche bewegliche Bauteile, lediglich durch die Strömungsführung, spielen Massenträgheitseinflüsse wie bei Einsatz eines zusätzlichen Präzisionsbauteils keine Rolle, so daß auch dicht aufeinanderfolgende Mehrfacheinspritzvorgänge ausgeführt werden, da keine Rückstellzeiten mechanischer Komponenten hinsichtlich der zeitlichen Abstände der Einspritzphasen zu berücksichtigen sind. Um sicherzustellen, daß keine hohen Absteuermengen auftreten, die durch Zulauf- und Ablaufdrossel abströmen und den hydraulischen Wirkungsgrad negativ beeinflussen, kann das Einspritzventilglied bei Erreichen des Maximalhubes in vorteilhafter Weise die Zulaufdrossel vollständig verschließen. Damit fließt lediglich während der kurzen Öffnungsphase des Einspritzventilgliedes ein Verluststrom über diese Drosselstelle.

Eine vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit ist dadurch gegeben, daß die Befüllung eines Hochdruckraumes eines Druckübersetzers ohne zusätzliches Rückschlagventil über die Drosselstellen erfolgen kann. Dies erlaubt es, sowohl den Nadelhubdämpfer als auch das Ventil zum Befüllen des Hochdruckraumes mit geringem konstruktivem Aufwand auszuführen.

In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann die Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung über ein 2/2-Wege-Ventil erfolgen. Dies erlaubt eine kostengünstige Gesamtkonstruktion, wobei in diesem Falle ein Druckausgleich entweder über eine Fülldrossel oder ein Druckabbauventil herbeigeführt werden kann.

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung läßt sich ein druckgesteuertes Öffnen des Einspritzventilgliedes, welches in einer Geschwindigkeit erfolgt, die eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs während der Einspritzung in den Brennraum ermöglicht, erreichen. Eine gute Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs begünstigt die Bildung eines homogenen Kraftstoff/Verbrennungsluftgemisches. Ein hubgesteuertes Schließen des Einspritzventilgliedes, welches hydraulisch beeinflußbar ist, begünstigt die Kleinstmengenfähigkeit bei Vor- und Nacheinspritzung des Kraftstoffinjektors und verhindert ein Rückblasen von Brenngasen in den Sitzbereich des Einspritzventilgliedes, z.B. einer Düsennadel.

Ein Düsenmodul mit Nadelhubdämpfung des Kraftstoffinjektors umfaßt bevorzugt einen Flachsitz, der mit fertigungstechnisch einfachen Bearbeitungsschritten hergestellt werden kann. Um eine hohe Festigkeit zu gewährleisten und wenige Hochdruckdichtflächen zu schaffen, wird der Flachsitz am Federraum grundausgeführt. Die Steuerraumdro sseln können in den Federhalter eingebracht werden. Bei Einsatz plangeschliffener Düsen (Hub = Null) läßt sich durch entsprechende Dickenstufen des Federhalters der Hub des Einspritzventilgliedes einstellen. Über eine Sensorscheibe und einen Sensorbolzen können sowohl die Bewegung des Einspritzventilgliedes als auch der erreichte Einspritzspitzendruck gemessen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung kann die Auflage des Ventilbolzens düsenseitig oder sensorbolzenseitig ballig geschliffen sein, um eine dynamische Sitzanpassung zu realisieren.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung über einen durch Zulauf-/Ablaufdrossel befüllbaren bzw. druckentlastbaren Düsenfederraum,
2 eine weitere Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung mit Rückführungsleitung im Düsenfederraum in einen mit diesem verbundenen Arbeitsraum eines Druckübersetzers,
3 eine Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung mit Druckabbauventil,
4 eine weitere Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung, wie in 3 dargestellt, bei der das Druckabbauventil gemäß 3 durch eine Drosselstelle ersetzt ist,
5 den Längsschnitt durch einen Injektor mit Nadelhubdämpfung,
6.1 die Nadelhubdämpfung oberhalb des Einspritzventilgliedes in vergrößertem Maßstab,
6.2 das mit S bezeichnete Detail in 6.1 in vergrößertem Maßstab,
7.1 einen Schnitt durch einen Injektorkörper mit einem Einspritzventilglied, welches über einen zwischen diesem und einem Ventilkolben angeordneten Sensorbolzen verfügt,
7.2 das Detail V aus der Darstellung gemäß 7.1 in vergrößertem Maßstab,
8.1 bzw. 8.2 die zeichnerische Darstellung eines Flachsitzes am Ventilbolzen oberhalb eines Einspritzventilgliedes,
9 den Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer Sensoranordnung im Bereich einer Hubdämpfungseinrichtung.
Ausführungsvarianten
1 ist eine erste Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung mittels eines durch Zulauf-/Ablaufdrosseln befüllbaren bzw. druckentlastbaren Düsenfederraum zu entnehmen.
Die in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt einen Kraftstoffinjektor 1, der über einen Hochdruckspeicherraum 2 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 1 umfaßt neben dem Hochdruckspeicherraum 2, dem Kraftstoffinjektor 1 ein Zumeßventil 6, welches in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante als 3/2-Wege-Ventil beschaffen ist. Der Kraftstoffinjektor 1 enthält einen Injektorkörper 3, an dessen brennraumseitigem Ende ein Düsenkörper 4 angeordnet ist. Die Spitze 34 mit den dort ausgebildeten Einspritzöffnungen 36 des Kraftstoffinjektors 1 ragt in einen hier schematisch angedeuteten Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine.
Der in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor umfaßt einen Druckübersetzer 5, der einen Arbeitsraum 10 und einen Steuerraum 11 aufweist. Über eine Leitung 9, die sich vom Hochdruckspeicherraum 2 zum Injektorkörper 3 des Kraftstoffinjektors 1 erstreckt, wird der Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Innerhalb des Druckübersetzers 5 sind der Arbeitsraum 10 und der Steuerraum 11 über einen Kolben 12 voneinander getrennt. Der Kolben 12 umfaßt einen in einem größeren Durchmesser ausgebildeten ersten Teilkolben 13 sowie einen im Vergleich zum ersten Teilkolben 13 mit verringertem Durchmesser ausgebildeten zweiten Teilkolben 14, dessen Stirnseite einen Hochdruckraum 15 des Druckübersetzers 5 beaufschlagt. Im Injektorkörper 3 ist ein ringförmig ausgebildeter Anschlag 16 vorhanden, an welchem sich eine Rückstellfeder 17 abstützt, die auf einen Rückstellfederanschlag 18 einwirkt, der am ersten Teilkolben 13 unter Zwischenschaltung eines stangen- bzw. stiftförmigen Elementes befestigt ist. Mittels der Rückstellfeder 17 ist der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 in seine Ausgangslage zurückstellbar.
Dem Druckübersetzer 5 ist das Zumeßventil 6 zugeordnet, welches vom Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 über eine Zuleitung 19 beaufschlagt ist und bei der in 1 gezeigten Schaltstellung die Zuleitung 19 mit einer Steuerleitung 20 verbindet, die ihrerseits in den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 unterhalb des ersten Teilkolbens 13 des Kolbens 12 mündet. Darüber hinaus zweigt vorn Zumeßventil 6 ein niederdruckseitiger Rücklauf 8 ab, in welchen bei entsprechender Veränderung der Schaltstellung am Zumeßventil 6 der Steuerraum 11 über die Steuerleitung 20 in eine entgegengesetzte Strömungsrichtung druckentlastbar ist.
Vom Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 erstreckt sich ein Kraftstoffzulauf 21 ohne Zwischenschaltung eines Rückschlagventils zu einem im Düsenkörper 4 ausgebildeten Düsenraum 22. Der Düsenraum 22 umschließt ein als Düsennadel beispielsweise ausbildbares Einspritzventilglied 29. Vom Düsenraum 22 strömt der Kraftstoff entlang eines mit Bezugszeichen 33 bezeichneten Ringspaltes in Richtung auf die Düsennadelspitze 34, welche in der in 1 dargestellten Hubstellung in einen Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine hineinragende Einspritzöffnungen 36 verschließt. Das Einspritzventilglied 29 ist an seiner Stirnseite 30 über einen Düsensteuerraum 25 mit Druck beaufschlagt. Der in der Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors gemäß 1 dargestellte Düsenraum 25 ist unabhängig vom Düsenraum 22, jedoch ebenfalls über den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 beaufschlagbar. Dazu ist vom Kopressionsraum ein Zulauf 23 zum Düsensteuerraum 25 vorgesehen, der eine Zulaufdrosselstelle 24 enthält. Daneben ist der Düsensteuerraum 25 über eine Verbindungsleitung 26, die eine Ablaufdrosselstelle 27 enthält, mit dem Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 verbunden. Innerhalb des Düsensteuerraumes 25 ist ein Schließfederelement 28 aufgenommen, welches die Stirnseite 30 des Einspritzventilgliedes 29 unter Zwischenschaltung eines Hubbegrenzers 31 beaufschlagt. Der Hubbegrenzer 31 ist als ein im wesentlichen zylindrischer Körper ausgebildet, dessen Stirnseite 32 der Zulaufdrosselstelle 24 gegenüberliegt und die Zulaufdrosselstelle 24 bei Maximalhub des Einspritzventilgliedes 29 verschließt, so daß nur während der kurzen Öffnungsphase des Einspritzventilgliedes 29 ein Verluststrom über die Drosseln 24, 27 auftritt.
Der das Einspritzventilglied 29 beaufschlagende Düsensteuerraum 25 wird über die Zulaufdrosselstelle 24 vom Kompressionsraum 15 und über die Ablaufdrosselstelle 27 in der Verbindungsleitung 26 zum Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 durchströmt. Die Nadelöffnungsgeschwindigkeit wird im wesentlichen durch das Verhältnis der Querschnitte der Zulaufdrosselstelle 24 und der Ablaufdrosselstelle 27 bestimmt. Die Schließgeschwindigkeit per se ist durch die Querschnittsfläche der Ablaufdrosselstelle 27 bestimmt. Die Öffnungs- bzw. Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 lassen sich dadurch unabhängig voneinander vorgeben, insbesondere läßt sich ein langsames Öffnen des Ein spritzventilgliedes 29 sowie ein schnelles Schließen desselben unabhängig von der jeweiligen Einstellung der anderen Geschwindigkeit erreichen. Ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes 29, welches bevorzugt als Düsennadel ausgebildet ist, ist sehr wichtig hinsichtlich einer Verbesserung der Emissionswerte einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine. Durch ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes 29 lassen sich insbesondere die Mengenkennlinien im ballistischen Nadelbetrieb flachhalten, was die Zumeßgenauigkeit erhöht. Im ballistischen Betrieb des Einspritzventilgliedes 29 befindet sich dieses frei beweglich zwischen den jeweiligen Extremanschlägen.
In der Darstellung gemäß 1 ist das als 3/2-Wege-Ventil ausgebildete Zumeßventil 6 nicht angesteuert und es findet keine Einspritzung statt. Der im Hochdruckspeicherraum 2 anstehende Druck liegt im Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 an, ferner über die Zuleitung 19 am Zumeßventil 6, über dieses und die Steuerleitung 20 im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5, ferner von diesem über die Verbindungsleitung 26 im Düsenfederraum 25. Ferner steht das im Hochdruckspeicherraum 2 (Common Rail) anstehende Druckniveau über die Zulaufdrosselstelle 24 im Kompressionsraum 15 an, da in diesem Schaltzustand der Zulauf 23 vom Düsenraum 25 in Richtung Kompressionsraum 15 für dessen Befüllung durchströmt wird. Im in 1 dargestellten Grundzustand sind alle Druckräume am Druckübersetzer 5, d.h. die Räume 10, 11 und 15, mit Rail-Druck beaufschlagt, wodurch der Druckübersetzer 5 druckausgeglichen ist. Der Druckübersetzer 5 ist nicht aktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt, da der Kolben 12, einen ersten Teilkolben 13 und einen zweiten Teilkolben 14 umfassend, in diesem Zustand über die Rückstellfeder 15 in seine Ausgangslage gestellt ist. Durch den im Düsenfederraum 25 anstehenden Druck, der dem im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druck entspricht, wird eine hydraulische Schließkraft auf die Stirnseite 30 des Einspritzventilgliedes 29 aufgebracht. Diese verschließt das Einspritzventilglied 29 gegen die im Düsenraum 22 über die Druckschulter 35 auf das Einspritzventilglied 29 wirkende Öffnungskraft. Aufgrund der Schließkraft, die durch das Schließfederelement 28 auf das Einspritzventilglied 29 ausgeübt wird, bleibt das Einspritzventilglied 29 entgegen der an der Druckschulter 35 angreifenden Öffnungskraft in seiner geschlossenen Stellung. Die Zumessung des Kraftstoffes, d.h. ein Einspritzvorgang, erfolgt durch eine Druckentlastung des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5. Dazu wird das Zumeßventil 6 angesteuert und der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 von der Systemdruckversorgung, d.h. vom Hochdruckspeicherraum 2, abgetrennt und mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 8 verbunden. Dadurch sinkt der Druck im Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 ab, wodurch der Kolben 12 aktiviert wird und ein Druckaufbau im Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 erfolgt. Mit steigendem Druck im Kompressionsraum 15 steigt über den Kraftstoffzulauf 21 auch der Druck im Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4 an. Dadurch erhöht sich die auf die Druckschulter 35 des Einspritzventilgliedes 29 wirkende Druckkraft innerhalb des Düsenraumes 22 und das Ein spritzventilglied 29 beginnt zu Öffnen. Gleichzeitig strömt Kraftstoff vom Kompressionsraum 15 in den Düsenfederraum 25 nach und von dort weiter über die Ablaufdrosselstelle 27 in die Verbindungsleitung 26 in den Arbeitsraum 10. Durch die Auslegung der Drosselquerschnitte der Zulaufdrosselstelle 24 und der Ablaufdrosselstelle 27 läßt sich innerhalb des Düsenfederraumes 25 ein Steuerdruckniveau einstellen, welches die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 bestimmt. In vollständig geöffnetem Zustand verschließt das Einspritzventilglied 29 die Verbindung vom Kompressionsraum 15 zum Düsenfederraum 25, da die Stirnfläche 32 des Hubbegrenzers 31 an der Decke des Düsenfederraumes 25 anliegt und somit die Verbindung 23 zum Kompressionsraum 15 schließt. Dadurch kann während des Einspritzvorganges keine Verlustmenge über die Zulaufdrossel 24 entweichen. Die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 kann demnach über das Verhältnis der Drosselstellen 23 und 24 eingestellt und vorgegeben werden. Solange der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 druckentlastet bleibt, d.h. das Zumeßventil 6 den niederdruckseitigen Rücklauf 8 mit der Steuerleitung 20 verbindet, bleibt der Druckübersetzer 5 aktiviert und verdichtet den Kraftstoff innerhalb des Kompressionsraumes 15. Über den Kraftstoffzulauf 21 strömt der verdichtete Kraftstoff in den Düsenraum 25, von dort über den Ringspalt 33 an die Düsennadelspitze 34, wo er über die Einspritzöffnungen 36 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Die Beendigung der Einspritzung erfolgt durch erneutes Schalten des Zumeßventiles 6, welches sowohl als Magnetventil, als auch einen Piezoaktor enthaltend, ausgebildet sein kann. Als Zumeßventile 6 kommen daneben direktgesteuerte Ventile oder Servoventile in Frage. Durch erneutes Schalten des Zumeßventiles 6 wird der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 und der Düsenfederraum 25 vom niederdruckseitigen Rücklauf 8 getrennt und mit den im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveau wieder beaufschlagt. Im Steuerraum 11 und im Düsenfederraum 25 baut sich dadurch wieder dieses Druckniveau, d.h. das Druckniveau im Hochdruckspeicherraum 2, auf. Der Druck im Kompressionsraum 15 und im Steuerraum 22, welche das Einspritzventilglied 29 beaufschlagen, fällt nun auf das im Hochdruckspeicherraum 2 herrschende Druckniveau ab. Im Düsenfederraum 25 steht Rail-Druck an, wodurch das Einspritzventilglied 29 nun hydraulisch ausgeglichen ist und durch die seine Stirnfläche 30 beaufschlagende Schließfeder 28 geschlossen wird. Somit wird die Einspritzung durch Einfahren des Einspritzventiles 29 in seinen brennraumseitigen Nadelsitz beendet. Die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventiles 29, d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Einspritzventilglied 29 in seinen brennraumseitigen Sitz einfährt, kann über die Dimensionierung der Ablaufdrosselstelle 27 in der Verbindungsleitung 26 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 beeinflußt werden. Bei geschlossenem Einspritzventilglied 29 ist die Verbindung vom Kompressionsraum 15 in den Düsenfederraum 25 über den Zulauf 23 und die in diesem aufgenommene Zulaufdrossel stelle 24 geöffnet. Nach dem Druckausgleich innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 durch die Rückstellfeder 17 in seine Ausgangslage zurückgestellt, wobei der Kompressionsraum 15 über die Leitung 23, welche nunmehr in entgegengesetzter Richtung durchströmt wird, über die Zulaufdrosselstelle 24 wieder mit Kraftstoff befüllt wird.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird ein Nadelhubdämpfer durch eine Durchströmung des Düsenfederraumes 25 realisiert. Einerseits läßt sich die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 verringern und damit die Kleinstmengenfähigkeit des Kraftstoffinjektors 1 verbessern, ohne daß ein zusätzliches Präzisionsbauteil in Gestalt eines Dämpfungskolbens benötigt wird. Über die Querschnittsverhältnisse der Zulaufdrosselstelle 24 bzw. der Ablaufdrosselstelle 27 wird die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 bestimmt, während die Schließgeschwindigkeit desselben durch die Auslegung der Querschnittsfläche der Ablaufdrosselstelle 27 bestimmt wird. Damit lassen sich Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 unabhängig voneinander einstellen, was insbesondere ein langsames Nadelöffnen, d.h. die Kleinstmengenfähigkeit begünstigend, und ein schnelles Schließen, d.h. das weitere Nachströmen des Kraftstoffes in den Brennraum gegen Ende der Verbrennungsphase unterbindet. Da der vorgeschlagene Nadelhubdämpfer keine beweglichen Teile aufweist, die nach Aktivierung in ihren Ausgangsstand zurückgefahren werden müssen, lassen sich mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung auch dicht hintereinanderfolgende Mehrfacheinspritzungen uneingeschränkt realisieren.
Zur Stabilisierung von Schaltsequenzen können weitere Maßnahmen zur Dämpfung von Druckpulsationen, die sich zwischen dem Injektorkörper 3 und dem Hochdruckspeicherraum 2 in der Leitung 9 ausbilden können, ergriffen werden. Dazu kann in der Leitung 9 zwischen Hochdruckspeicherraum 2 und Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 eine Drosselstelle am hochdruckspeicherseitigen Anschluß angeordnet werden. Alternativ könnte auch ein Rückschlag-Drossel-Ventil eingesetzt werden.
Eine schnellere Befüllung des Kompressionsraums 15 des Druckübersetzers 5 kann durch ein zusätzliches vorzusehenes Rückschlagventil erreicht werden. Die vorgeschlagene Nadelhubdämpfung läßt sich in vorteilhafter Weise auch bei schwierigen, d.h. beschränktem Bauraum, realisieren, da keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Die vorgeschlagene Nadelhubdämpfung kann ferner an einem Kraftstoffinjektor 1 eingesetzt werden, der eine Vario-Register-Einspritzdüse, d.h. mehrere Einspritzquerschnitte 36, beispielsweise ausgebildet als konzentrische Lochkreise, am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 4 enthält. Ferner kann zusätzlich zu einer Vario-Register-Düse eine koaxiale Düsennadel einge setzt werden, die zwei unabhängig voneinander öffnende bzw. schließende, ineinandergeführte Düsennadeln umfassen kann.
2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung mit Rückführungsleitung vom Düsenfederraum in ein mit diesem verbundenen Arbeitsraum eines Druckübersetzers.
Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante eines Nadelhubdämpfers ohne zusätzliche Präzisionsbauteile in Gestalt von Dämpfungskolben unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung im wesentlichen dadurch, daß der Düsenraum 25 des Einspritzventilgliedes 29 in dieser Ausführungsvariante über eine Verbindungsleitung 40 zwischen Düsenfederraum 25 und dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 verbindbar ist. In die Verbindungsleitung 40 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 ist die Ablaufdrosselstelle 27 integriert. Während bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante des Nadelhubdämpfers das Steuervolumen aus dem Düsenfederraum 25 über die Ablaufdrosselstelle 27 per Verbindungsleitung 26 in den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 und von dort über die Steuerleitung 20 in entgegengesetzte Strömungsrichtung in den niederdruckseitigen Rücklauf 8 abgesteuert wird, wird bei der in 2 dargestellten Ausführungsvariante des Nadelhubdämpfers die Steuermenge vom Düsenfederraum 25 über die Ablaufdrosselstelle 27 in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 abgesteuert. Mit dieser Lösung lassen sich die Energieverluste durch die Steuermenge verringern und damit der hydraulische Wirkungsgrad des vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 1 verbessern, da die aus dem Düsenraum 25 abgesteuerte Steuermenge nicht vollständig entspannt wird, sondern lediglich bis auf das im Arbeitsraum 10 herrschende Druckniveau entspannt wird.
In der in 2 dargestellten Ausführungsvariante einer Düsennadeldämpfung ist das Zumeßventil 6 ebenfalls als 3/2-Wege-Ventil, sei es als Magnetventil, sei es als Piezoaktor, ausgebildet. Daneben kann das Zumeßventil 6 analog zur Darstellung in 1 auch als direktangesteuertes Ventil bzw. als Servoventil ausgebildet werden.
Im Injektorkörper 3 des Kraftstoffinjektors 1 gemäß 2 ist der Druckübersetzer 5 aufgenommen, analog zur Ausführungsvariante, die in 1 dargestellt ist. Der Druckübersetzer 5 enthält auch hier einen Kolben 12, der einen ersten Teilkolben 13 in vergrößertem Durchmesser und einen zweiten Teilkolben 14 in verringertem Durchmesser aufweisen kann. Der Übersetzerkolben 12 des Druckübersetzers 5 läßt sich aus den erwähnten Teilkolben 13 bzw. 14 sowohl als einstückiges Bauteil als auch als mehrteiliges Bauelement ausführen. Die untere Stirnseite des zweiten Teilkolbens 14 beaufschlagt analog zur Darstellung in 1 den Kompressionsraum 15, von dem aus ein Kraftstoffzulauf 21 in den Düsenfederraum 25 führt. Vom Kompressionsraum 15 zweigt ferner ein Zulauf 23 zum Düsenfederraum 25 ab, der eine Zulaufdrosselstelle 24 enthält.
Auch gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsvariante mit einer verringerten Verlustleistung durch Absteuerung der Steuermenge aus dem Düsenfederraum 25 in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 läßt sich durch Auslegung der Querschnitte der Zulaufdrosselstelle 24 und der Aulaufdrosselstelle 27 der Verbindungsleitung 40 die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 bestimmen. Durch eine geeignete Dimensionierung des Querschnittes der Aulaufdrosselstelle 27 in der Verbindungsleitung 40 vom Düsenfederraum 25 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 läßt sich die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29, welches bevorzugt als Düsennadel ausgebildet ist, bestimmen, so daß auch in dieser Ausführungsvariante die Öffnungs- bzw. die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 unabhängig voneinander vorgebbar sind.
Bis auf die aufgezeigten Unterschiede der Ausführungsvariante gemäß 2 im Vergleich zur in 1 dargestellten Ausführungsvariante entsprechen Aufbau und Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 2 dem Aufbau und der Funktion der in 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung eines Nadelhubdämpfers.
3 zeigt eine Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung an einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Druckabbauventil.
Gemäß dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Lösung ist in der Leitung 9 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 eine Zulaufdrosselstelle 50 aufgenommen, über welche die sich in der Leitung 9 einstellenden Druckpulsationen gedämpft werden und eine unzulässig hohe Innenraumbelastung des Hochdruckspeicherraums 2 durch Druckschwingungen, welche die Lebensdauer des Hochdruckspeicherraums 2 beeinträchtigen können, unterbunden wird. Der Druckübersetzer 5 ist im Injektorkörper 3 des Kraftstoffinjektors 1 ausgebildet und umfaßt den Arbeitsraum 10 und den Steuerraum 11. Der Druckübersetzerkolben innerhalb des Druckübersetzers 5 umfaßt einen ersten Teilkolben 13, der mit seiner unteren Stirnseite an einem scheibenförmigen Anschlag 18 anliegt, welcher an einem zweiten Teilkolben 14, der mit seiner unteren Stirnseite den Kompressionsraum 15 beaufschlagt, ausgebildet ist. Der Anschlag 18 am oberen Ende des zweiten Teilkolbens 14 ist durch eine Rückstellfeder 17 beaufschlagt. Im Unterschied zu den in 1 und 2 darstellten Ausführungsvarianten eines in einen Injektorkörper 3 integrierten Druckübersetzers 5 ist die Rückstellfeder 17 in der Ausführungsvariante gemäß 3 nicht im Arbeitsraum 10, sondern im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 aufgenommen. Über den Kompressionsraum 15 am unteren Ende des Druckübersetzers 5 werden über den Kraftstoffzulauf 21 der Düsenraum 22 im Düsenkörper 4 und über den Zulauf 23 mit Zulaufdrosselstelle 24 der Düsenfederraum 25 des Einspritzventilgliedes 29 mit Kraftstoff beaufschlagt. Der Düsenfederraum 25 steht über die Verbindungsleitung 26 mit Ablaufdrosselstelle 27 mit dem Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 in Verbindung.
Das Einspritzventilglied 29, druckbeaufschlagt über den Düsenfederraum 25 und über den im Düsenraum 22 anstehenden Druck, öffnet bzw. schließt in analoger Weise zur Ausführungsvariante in 1 durch eine Druckentlastung bzw. Druckbeaufschlagung des Steuerraums 11 durch Betätigung des Zumeßventils 6 bzw. 56.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung an einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist einerseits das Zumeßventil 6 als 2/2-Wege-Ventil 56 ausgebildet, welches mit einem niederdruckseitigen Rücklauf 8 verbunden ist. Ferner ist in die Steuerleitung 20 zwischen dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 und dem als 2/2-Wege-Ventil ausgebildeten Zumeßventil 56 ein Druckabbauventil 51 zwischengeschaltet. Das Druckabbauventil umfaßt einen Druckabbaukanal 52, welcher sich von einem ersten Kolbenteil 53 in ein zweites Kolbenteil 57 des Druckabbauventils 51 erstreckt. Der der Steuerleitung 20 zuweisende erste Kolbenteil 53 des Druckabbauventils 51 ist von einem Ventilraum 54 umschlossen, in welchen die Steuerleitung 20 vom Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 mündet. Das zweite Kolbenteil 57 des Druckabbauventils 51 wird über eine Ventilfeder 55 beaufschlagt, welche in einem Hohlraum des Druckabbauventils 51 aufgenommen ist, der über eine Verbindungsleitung (ohne Bezugszeichen) mit dem als 2/2-Wege-Ventil aufgebauten Zumeßventil 56 verbunden ist.
Während die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 im Düsenkörper 4 des Kraftstoffinjektors 1 durch das Verhältnis der Drosselquerschnitte der Zulaufdrosselstelle 24 bzw. der Ablaufdrosselstelle 27 vorgebbar ist, kann durch die Integration eines Druckabbauventils 51 die Steuerleitung 20 zum Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 ein schneller Druckabbau im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 und damit ein schnelles Nadelschließen gegen Ende der Einspritzphase gewährleistet werden. Die Aufbau- und Funktionsweise der in 3 wiedergegebenen Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung entspricht im wesentlichen dem Aufbau und der Funktion der in 1- dargestellten Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung an einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Im Unterschied zur in 1 dargestellten Ausführungsvariante ist in der Leitung 9 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Ausführungsvariante in 3 eine Zulaufdrosselstelle 50 aufgenommen sowie in der Steuerleitung 20 zwischen Arbeitsraum 10 und Zumeßventil 56 ein Druckabbauventil, wobei in der in 3 dargestellten Ausführungsvariante das Zumeßventil 6 im Unterschied zur Ausführungsvariante in 1 als 2/2- Wege-Ventil ausgebildet werden kann. Die Ausbildung des Zumeßventils 6 als 2/2-Wege-Ventil erlaubt eine kostengünstige Gesamtkonstruktion.
4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung, ähnlich wie der in 3 dargestellten Ausführungsvariante, der jedoch das Druckabbauventil gemäß 3 durch eine Drossel ersetzt ist.
Auch die in 4 dargestellte Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung über einen Düsensteuerraum 25 zugeordnete Zulaufdrosselstellen 24 bzw. Ablaufdrosselstellen 27 umfaßt ein Zumeßventil 6, welches als 2/2-Wege-Ventil 56 ausgebildet ist. Im Unterschied zur in 3 dargestellten Ausführungsvariante einer Nadelhubdämpfung endet die Zuleitung 9, eine Zulaufdrosselstelle 50 enthaltend, vom Hochdruckspeicherraum 2 einerseits in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5, wobei gemäß dieser Ausführungsvariante ein Leitungsabzweig 60, eine Ablaufdrosselstelle 61 enthaltend, auch im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 mündet. Gemäß dieser Ausführungsvariante erfolgt die Absteuerung von Steuervolumen aus dem Düsenfederraum 25 über die Verbindungsleitung 26 in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5, wobei in der Verbindungsleitung 26 die Ablaufdrosselstelle 27 integriert ist. Jedoch wird gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsvariante der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 über die Steuerleitung 20, die in entgegengesetzte Richtung durchströmt wird, druckentlastet. Über den Abzweig 60 und die Drossel 61 erfolgt der Druckaufbau im Steuerraum 11 nach Einspritzende.
Die in 4 dargestellte Ausführungsvariante unter Einsatz eines als 2/2-Wege-Ventils ausgebildeten Zumeßventils 56 erlaubt eine Düsennadeldämpfung durch eine Durchströmung des Düsenfederraumes 25 über die sich vom Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 erstreckende Zulaufdrosselstelle 24 im Zulauf 23, als auch über die in der Verbindungsleitung 26 aufgenommene Ablaufdrosselstelle 27. In dieser Ausführungsvariante läßt sich analog zu den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvarianten die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 durch die Auslegung der Drosselquerschnitte der Zulaufdrossel 24 bzw. der Ablaufdrosselstelle 27 erreichen, während die Schließgeschwindigkeit des bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes 29 durch die Dimensionierung der Querschnittsfläche der Ablaufdrosselstelle 27 in der Verbindungsleitung 26 bestimmt ist. Auch in dieser Ausführungsvariante ist analog zu den in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvarianten eine unabhängige Einstellung der Öffnungsgeschwindigkeit von der Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes 29 möglich.
Auch die in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten einer Nadelhubdämpfung können in vorteilhafter Weise in Verbindung mit einer Vario-Register-Düse, mit meh reren unabhängig voneinander freigebbaren bzw. verschließbaren Einspritzquerschnitten eingesetzt werden; daneben ist ein Einsatz der in 3 bzw. 4 dargestellten Nadelhubdämpfung auch an einer Koaxial-Düsennadel möglich, welche ineinandergeführte, voneinander unabhängig druckbetätigbare Düsennadelteile umfassen kann.
In der 5 ist ein Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit Nadelhubdämpfung dargestellt.
5 zeigt den Längsschnitt durch den Kraftstoffinjektor 1, in dessen oberen Bereich das Zumeßventil 6 – hier ausgebildet als ein Magnetventil – angeordnet ist. Seitlich am Injektorkörper 3 ist ein Hochdruckzulauf 70 ausgebildet, über welchen der unter hohem Druck stehende Kraftstoff im Injektorkörper 3, d.h. dem Arbeitsraum eines Druckübersetzers 5, zugeführt wird. In den mit Bezugszeichen 70 bezeichneten Einschraubstutzen kann in vorteilhafter Weise ein den Kraftstoff filterndes Stabfilterelement aufgenommen sein.
Der in den Injektorkörper 3 integrierte Druckübersetzer 5 umfaßt einen ersten Teilkolben 13 sowie den zweiten Teilkolben 14, wobei der erste Teilkolben 13 von der Rückstellfeder 17, die sich am Injektorkörper 3 abstützt, beaufschlagt ist. Die Stirnfläche des zweiten Teilkolbens 14 beaufschlagt einen Kompressionsraum 15, der symmetrisch zur Symmetrielinie des Injektorkörpers 3 angeordnet ist. Von diesem aus erstreckt sich der Zulauf 23 mit integrierter Drosselstelle 24. Der Zulauf 23 zum Düsensteuerraum 25 folgt über eine Drosselscheibe 72. Unterhalb der Drosselscheibe 72 ist eine Dämpfungsscheibe 77 angeordnet, welche den Düsensteuerraum 25 begrenzt. Im Düsensteuerraum/Dämpfungsraum 25 befindet sich die Ventilfeder 74 sowie der Ventilbolzen 73, an welchem eine Flachsitzringkante 76 ausgebildet ist (vgl. 6.2). Die Flachsitzringkante 76 und der Hubbegrenzer 31 der Drosselscheibe 72 bilden die Hubbegrenzung des Einspritzventilgliedes 29 sowie die Ventilschließfunktion zur Zulaufdrossel 24. Das Einspritzventilglied 29 ist im Längsschnitt gemäß 5 teilweise dargestellt. Analog zu den in 1 bis 4 schematisch wiedergegebenen Ausführungsvarianten einer Hubdämpfung ist das Einspritzventilglied 29 gemäß des Längsschnitts durch den Kraftstoffinjektor 1 von einem Düsenraum 22 umschlossen, in welchem am Umfang des Einspritzventilgliedes 29 eine kegelförmig konfigurierte Druckschulter 35 ausgebildet ist. Die Dämpfungsscheibe 77 bzw. ein weiteres Scheibenelement werden relativ zueinander über Zentrierstifte 75 in ihrer Einbaulage zum Injektorkörper 3 zentriert. Der Düsenkörper 4, das weitere Scheibenelement, die Dämpfungsscheibe 77 sowie die Drosselscheibe 72 werden von einer hülsenförmig ausgestalteten Düsenspannmutter 71 umschlossen und sind mit einem Außengewinde im unteren Bereich des Injektorkörpers 3 des Kraftstoffinjektors 1 verschraubt.
Der in 5 mit D bezeichnete Bereich ist in den Darstellungen gemäß der 6.1 bzw. 6.2 in vergrößertem Maßstab dargestellt.
Der Darstellung gemäß 6.1 ist die Nadelhubdämpfung oberhalb des Einspritzventilgliedes in vergrößertem Maßstab zu entnehmen.
Oberhalb der Stirnseite 86 des Einspritzventilgliedes 29 ist ein Sensorbolzen 85 dargestellt, der einen Teil des Hubbegrenzers 31 gemäß der Ausführungsvarianten in den 1 bis 5 darstellt sowie zur Wegedetektion mittels eines Sensors eingesetzt wird. Der Sensorbolzen 85 ist von einem scheibenförmigen Element 84, welches im unteren Bereich einen Hohlraum begrenzt, umschlossen. In den Hohlraum der Scheibe 84 mündet eine Leckölbohrung.
Der Sensorbolzen 85 und das scheibenförmige Element 84 stellen optionale Bauteile dar und sind für die Fuuktion der Einspritzventilglied-Hubdämpfung nicht unbedingt erforderlich. Im Rahmen einer Funktionserweiterung zur Hubmessung können sie bei Bedarf in den Kraftstoffinjektor integriert werden.
Gemäß der Darstellung des Einspritzventilgliedes 29 im Düsenkörper 4 des Kraftstoffinjektors 1 ist dieses vom Düsenraum 22 umschlossen, welcher über eine Öffnung 89 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird, wobei die Öffnung 89, d.h. ein Düsenraumzulauf, die Mündungsstelle der in 1, 2, 3 und 4 dargestellten Kraftstoffzulaufleitung 21 vom Kompressionsraum 15 darstellt. Vom Düsenraum 22 strömt der Kraftstoff entlang eines Ringspaltes 33 in Richtung auf die Düsennadelspitze 34 des Einspritzventilgliedes 29 zu (vgl. 7.1). Am unteren Ende im Bereich der Düsennadelspitze 34 ist am Einspritzventilglied 29 gemäß der Darstellung in 9 ein brennraumseitiger Sitz 91 ausgebildet. Zwischen dem Düsenraum 22 und der Düsennadelspitze 34 kann das Einspritzventilglied 29 mit einer Anzahl symmetrisch am Umfang des Einspritzventilgliedes 29 verteilt angeordneten Freiflächen versehen sein, entlang derer der Kraftstoff innerhalb des Ringspaltes 33, welcher das Einspritzventilglied 29 ringförmig umschließt, in Richtung auf die Düsennadelspitze 34 strömt. Im Bereich des Düsenraumes 22 ist das Einspritzventilglied 29 an seiner Außenumfangsfläche analog zu den hier schematischen Darstellungen gemäß der 1 bis 4 mit einer kegelförmig ausgebildeten Druckschulter 35 versehen.
6.2 zeigt die in 6.1 mit S bezeichneten Bereich in einem vergrößertem Maßstab.
Aus 6.2 geht hervor, dass die Ventilfeder 74 sowohl den Hubbegrenzer 31 als auch einen Teil des Ventilbolzens 73 umgiebt. Im oberen Bereich des Ventilbolzens 73, d. h. an dessen der Stirnseite des Hubbegrenzers 31 gegenüberliegende Stirnseite ist eine spitze Senkung 80 vorgesehen sowie eine Flachsitzringkante 76. Demgegenüber ist die Stirnseite des Hubbegrenzers 31 als Planfläche ausgebildet. Die Flachsitzringkante 76 umfasst gemäß der Darstellung in 6.2 einen ersten Anschliff 81 der in einen ersten Anschliffwinkel ausgebildet ist, sodass der Flachsitz 76 in radialer Richtung gesehen leicht nach außen in Bezug auf die Umfangsfläche des Ventilbolzens 73 abfällt. Wie aus der Darstellung gemäß 6.2 weiter entnehmbar ist, liegt die untere Seite des Ventilbolzens 73 – ballig ausgeführt- der Stirnseite des Sensorbolzens 85 gegenüber.
7.1 zeigt ein zwischen einem Ventilbolzen und einem Einspritzventil aufgenommenen Sensorbolzen.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß 6.1 ist der Ventilbolzen 73 in der Ausführungsvariante gemäß 7.1 in einer größeren axialen Länge ausgebildet, wobei die bei an der Drosselscheibe 72 gemäß dieser Ausführungsvariante kein Hubbegrenzer 31 ausgebildet ist. Der Ventilbolzen 73 liegt mit seiner dem Zulauf 23 gegenüberliegenden Stirnseite unmittelbar an der Dämpfungsscheibe 77 an. Diese sowie die Drosselscheibe 72 sind von einem Hochdruckzulauf 23 durchzogen, der am Düsenraumzulauf 89 in den Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4 mündet. Im Bereich des Düsenraumes 22 umfasst das als Düsennadel beispielsweise ausgebildete Einspritzventilglied 29 eine Druckschulter 35. Ferner sind am Einspritzventilglied 29 Freiflächen 90 aufgenommen, entlang welcher der Kraftstoff in einen Ringspalt 33 einströmt und von dort zur Düsennadelspitze 34 gelangt. Der Sensorbolzen 85, dessen Stirnseite einer ballig ausgebildeten Stirnseite des Ventilbolzens 73 gegenüber liegt, ist von einem scheibenförmigen Element 84, welches einen Hohlraum umfasst, an dem eine Leckölleitung abzweigt, umschlossen. Das Einspritzventilglied 29 liegt mit seiner Stirnfläche 86 an einer korrespondierenden unteren Stirnfläche des Sensorbolzens 85 an.
7.2 zeigt die Wiedergabe des in 7.1 mit V bezeichneten Ausschnittes in einem vergrößertem Maßstab.
Der Ventilbolzen 73 ist von einer Ventilfeder 74 umschlossen. Die Ventilfeder 74 stützt sich mit ihrer unteren Windung an einem ringförmigen Absatz am Ventilbolzen 73 ab. Mit ihrem dem Ansatz des Ventilbolzens 73 gegenüberliegenden Ende liegt die Ventilfeder 74 an einer Einstellscheibe 88 an, welche unterhalb der Drosselscheibe 72 angeordnet ist. Der Ventilbolzen 73 samt diesen umgebender Ventilfeder 74 ist von einer hier nur teilweise dargestellten Dämpfungsscheibe 77 umschlossen. Der Ventilbolzen 73 sowie die Unterseite der Drosselscheibe/Dämpfungsscheibe 72, 77 bilden einen Flachsitz 76.
Am oberen Ende des Ventilbolzens 73 ist eine, mit Bezugszeichen 79 bezeichnete Sitzgeometrie ausgebildet. Diese Sitzgeometrie 79 gemäß der Darstellung in 6.2 ist durch eine spitze Senkung 80 charakterisiert. Die spitze Senkung 80 geht in einem radialen Abstand in einen ersten Anschliff 81 über, so daß die Sitzgeometrie 79 sowohl durch die spitze Senkung 80 als auch den sich an diese anschließenden Anschliff 81 gebildet wird. Unterhalb der Dämpfungsscheibe 77 liegt ein weiteres Scheibenelement, welches die Führung für den Sensorbolzen 85 unterhalb des Ventilbolzens 73 bildet, die beide den in den 1 bis 4 schematisch dargestellten Hubbegrenzer 31 darstellen.
8.1 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Sitzgeometrie. Der Ventilbolzen 73 gemäß der Darstellung in 8.1 ist von der Dämpfungsscheibe 77 umschlossen und durch die Ventilfeder 74 beaufschlagt. Unterhalb des Ventilbolzens 73 befindet sich der Sensorbolzen 85, der seinerseits von einem Scheibenelement 84, welches einen Hohlraum umfasst umschlossen ist. In den Hohlraum des Scheibenelementes 84 mündet eine Leckölbohrung. Unterhalb des Sensorbolzens 85 erstreckt sich das Einspritzventilglied 29, welches mit seiner oberen Stirnseite 86 an der unteren Planfläche des Sensorbolzens 85 anliegt. Die Dämpfungsscheibe 77, das Scheibenelement 84 sowie der Düsenkörpber 4 des Kraftstoffinjektors 1 sind von einem Hochdruckzulauf 23 durchzogen, der an einer Mündungsstelle 89 in den Düsenraum 22 des Düsenkörpers 4 mündet.
Aus der Darstellung gemäß 8.2 geht hervor, daß der Ventilbolzen 73, von einer Ventilfeder 74 umgeben, zwischen der Drosselscheibe 72 und der Sensorscheibe 84 aufgenommen und von der Dämpfungsscheibe 77 umschlossen ist. Die Ventilfeder 74 stützt sich einerseits an einem unteren, ringförmig ausgebildeten Ansatz des Ventilbolzens 73 und andererseits an einem unterhalb der Drosselscheibe 72 angeordneten, ringförmigen Einstellscheibe 88 ab.
Der Unterschied zur Ausführungsvariante gemäß 6.1 und 6.2 besteht darin, dass gemäß der in 8 bzw. 8.1 dargestellten Ausführungsvariante der Flachsitz 76 an der Planfläche der Drosselscheibe 72 ausgebildete ist. Der Vorteil liegt darin, dass das Volumen der Zulaufbohrung 23 sehr klein gehalten wird. Dadurch vermindern sich die Druckschwingungen zwischen dem Kompressionsraum 15 und dem Düsensteuerraurn 25, was eine bessere Mengenstabilität der Mehrfacheinspritzungen zu folge hat. Die Sitzgeometrie ist analog zur Variante gemäß 6.1 gestaltet.
Im Unterschied zu der in 7.1 und 7.2 dargestellten Ausführungsvariante liegt darin, dass die Drosseln nicht in der Dämpfungsscheibe 77 integriert sind, sondern als austauschbare Scheiben gestalltet werden können. Im Rahmen des Abstimmungs- bzw. des Fertiungsprozesses können diese demnach einfach ausgetauscht werden.
9 zeigt den Längsschnitt durch einen Kraftstoffinjektor mit einer Hubsensoranordnung im oberen Bereich des Einspritzventilgliedes.
Aus der Darstellung gemäß 9 geht hervor, daß oberhalb der oberen Stirnseite des Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1 ein Sensorscheibenelement 84 aufgenommen ist. Dieses umschließt einen Hubsensor 96.
Das Einspritzventilglied 29, bevorzugt als Düsennadel ausgebildet, durchsetzt eine Anfasung 94 im oberen Bereich des Düsenkörpers 4 und ist vom Düsenraum 22 umschlossen, der von einem in 8 nicht dargestellten Kraftstoffzulauf 21, der mit dem Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 in Verbindung steht, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Vom Düsenraum 22 strömt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff entlang des Ringspaltes 33 entlang der am Umfang des Einspritzventilgliedes 29 ausgebildeten Strömungsfreifläche 90 der Düsennadelspitze 34 zu. In der Darstellung gemäß 8 ist die Spitze des Einspritzventilgliedes 29, d.h. die Düsennadelspitze 34, in deren brennraumseitigen Sitz 91 gestellt.
Durch die Anordnung einer Sensorscheibenelementes 84, welche mit einem Hubsensor 96 zusammenwirkt, läßt sich die Bewegung des Einspritzventilgliedes 29 in vertikale Richtung innerhalb des Düsenkörpers 4 erfassen und die erreichte Nadelgeschwindigkeit, Bewegungsbeginn und Bewegungsende des Einspritzventilgliedes 25 messen. Durch die Applikation dieses Meßsystems kann ein geschlossener Regelkreis zum Endabgleich und zu einer eventuell erforderlichen Kennfeldangleichung eines Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt werden, mit welchem eine Fehlerdiagnose des Kraftstoffeinspritzsystems sowie eine Speicherung aufgetretener Betriebsdaten möglich ist, die im Rahmen der ständig wiederkehrenden Wartungsintervalle der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine ausgelesen werden kann.
Die in den vorstehenden Darstellungen wiedergegebenen Ausführungsformen dargestellten Ausführungsformen einer Einspritzventilgliedhubdämpfung stellen Ausführungsvarianten dar, in welchen das Düsenmodul, d.h. der Düsenkörper 4 mit den darüberliegenden ringförmig konfigurierten Elementen 72, 77, 78 bzw. 84 ausgeführt werden kann, um gemäß der vorgeschlagenen Erfindung ein schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes 29 zu erreichen, als auch dessen Öffnungsgeschwindigkeit so durch die Auslegung von Zulaufdrosselstelle 24 und Ablaufdrosselstelle 27 zu bemessen, daß die Kleinstmengenfähigkeit verbessert wird, ohne daß ein zusätzlich erforderliches Präzisionsbauteil einzusetzen ist.

1: Kraftstoffinjektor
2: Hochdruckspeicherraum
3: Injektorkörper
4: Düsenkörper
5: Druckübersetzer
6: Zumeßventil
7: Brennraum
8: niederdruckseitiger Rücklauf
9: Zuleitung
10: Arbeitsraum
11: Steuerraum
12: Kolben
13: erster Teilkolben
14: zweiter Teilkolben
15: Kompressionsraum
16: Widerlager
17: Rückstellfeder
18: Rückstellfederanschlag
19: Zuleitung Zumeßventil
20: Steuerleitung Steuerraum
21: Kraftstoffzulauf Düsenraum
22: Düsenraum
23: Zulauf Düsenfederraum
24: Zulaufdrosselstelle
25: Düsensteuerraum
26: Verbindungsleitung Düsenfederraum-Steuerraum Druckübersetzer
27: Ablaufdrosselstelle
28: Schließfederelement
29: Einspritzventilglied (Düsennadel)
30: Stirnseite
31: Hubbegrenzer
32: Stirnfläche
33: Ringspalt
34: Düsennadelspitze
35: Druckschulter
36: Einspritzöffnungen
40: Verbindungsleitung Düsenfederraum-Arbeitsraum Druckübersetzer
41: Mündungsstelle Verbindungsleitung im Arbeitsraum Druckübersetzer
50: Zuleitung Drosselstelle
51: Druckabbauventil
52: Druckabbaukanal
53: erster Kolbenteil
54: Ventilraum
55: Ventilfeder
56: Zumeßventil (Ausführung als 2/2-Wege-Ventil)
57: zweiter Kolbenteil
60: Abzweig
61: Abzweig Drosselstelle
70: Hochdruckzulauf Injektor
71: Düsenspannmutter
72: Drosselscheibe
73: Ventilbolzen
74: Ventilfeder
75: Zentrierstift
76: Flachsitz
77: Dämpfungsscheibe
79: Sitzgeometrie
80: spitze Senkung
81: erster Anschliffwinkel
82: Planfläche Sitz
83: Federraumboden
84: Sensorscheibe
85: Sensorbolzen
86: Stirnfläche Einspritzventilglied/Sensorbolzen
87: –
88: Einstellscheibe
89: Düsenraumzulauf
90: Freiflächen
91: brennraumseitiger Düsennadelsitz
92: –
93: –
94: Anfasung
95: ballige Auflage
96: Hubsensor

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume (7) einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Hochdruckquelle (2), einem Druckübersetzer (5) und einem Zumeßventil (6, 56), wobei der Druckübersetzer (5) einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11) umfaßt, die voneinander durch einen Kolben (12, 13, 14) getrennt sind und eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) bewirkt, der über einen Kraftstoffzulauf (21) einen Düsenraum (22) beaufschlagt, welcher ein Einspritzventilglied (29) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Einspritzventilglied (29) beaufschlagender Düsensteuerraum (25) sowohl hochdruckseitig über eine eine Zulaufdrosselstelle (24) enthaltende Leitung (23) vom Kompressionsbereich (15, 21, 22, 33) befüllbar und ablaufseitig über eine eine Ablaufdrosselstelle (27) enthaltende Leitung (26, 40) mit einem Raum (11) des Druckübersetzers (5) in verbindbar ist, als auch über eine Verbindungsleitung (40) mit Ablaufdrosselstelle (27) mit dem Druckübersezter (5) verbindbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes (29) durch das Verhältnis der Querschnitte der Zulaufdrosselstelle (24) zur Ablaufdrosselstelle (27) bestimmt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventilgliedes (29) durch die Querschnittsfläche der Ablaufdrosselstelle (27) bestimmt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventilglied (29) eine Anschlagfläche (32) umfaßt, welche bei Erreichen des maximalen Hubes des Einspritzventilgliedes (29) die zulaufseitige Drosselstelle (24) verschließt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenfederraum (25) über eine Verbindungsleitung (26) mit Ablaufdrosselstelle (27) in den Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) druckentlastbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenfederraum (5) über eine Verbindungsleitung (40) mit Ablaufdrosselstelle (27) in den Arbeitsraum (10) des Druckübersetzers (5) verbindbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (10) des Druckübersetzers (5) über eine Zuleitung (9) vom Hochdruckspeicherraum (2) befüllbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (9) ein Druckpulsationen zwischen Kraftstoffinjektor (1) und Hochdruckspeicherraum (2) entgegenwirkendes Drosselelement (50) umfaßt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung des Druckübersetzers (5) dessen Steuerraum (11) über ein eine Steuerleitung (20) freigebendes oder verschließendes Zumeßventil (6, 56) vorgesehen ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (6) als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt ist, welches einen niederdruckseitigen Ablauf (8) aufweist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßventil (56) als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt ist, welches einen niederdruckseitigen Ablauf (8) aufweist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberhalb des Einspritzventilgliedes (29) angeordneter Hubbegrenzer (31) einen Ventilkolben (73) umfaßt, wobei am Ventilkolben (73) ein in Schließrichtung des Einspritzventilgliedes (29) wirkendes Federelement (28, 74) aufgenommen ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilbolzen (73) und dem Hubbegrenzer (31) ein Flachsitz (76) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachsitz (76) einen ersten Anschliff (81) und eine Senkung (80) umfassend, ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachsitz (76) einen Anschliff (81) umfasst.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachsitz (76) am Federraum des Düsenfederraumes (25) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachsitz (76) an der Drosselscheibe (72) ausgebildet ist, die der oberen Stirnseite des Ventilbolzens (73) gegenüber liegt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselelemente (24, 27) in austauschbaren Scheibenelementen (72) ausgebildet sind.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilbolzen (73) an seiner dem Sensorbolzen (85) zuweisenden Stirnseite in balliger Kontur (95) beschaffen ist.
Kraftsoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilbolzen (72) sowie dem Sensorbolzen (85) eine Hubsensoranordnung (96) zugeordnet ist, welche zur Detektion des Weges des Einspritzventilgliedes (29) innerhalb des Kraftsoffinjektors (1) dient.