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Technisches
Gebiet
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Zur
Einbringung von Kraftstoff in Brennräume selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen können sowohl
druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt
werden. Einspritzsysteme, die einen Hochdruckspeicher umfassen, haben
den Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
angepasst werden kann. Zur Reduzierung der entstehenden Emissionen
und zur Erzielung einer hohen spezifischen Leistung der Verbrennungskraftmaschine ist
ein hoher Einspritzdruck erforderlich. Da das durch Hochdruck-Kraftstoffpumpen
im Hochdruckspeicher erreichbare Druckniveau aus Festigkeitsgründen begrenzt
ist, kann zur weiteren Drucksteigerung bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
mit einem Hochdruckspeicherraum ein Druckverstärker dem Kraftstoffinjektor
zugeordnet werden.
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Stand
der Technik
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DE 101 23 911 A1 bezieht
sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung
und eine Druckübersetzungseinrichtung.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen umfasst
einen von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor.
Zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Kraftstoffhochdruckquelle ist
eine einen beweglichen Kolben enthaltende Druckübersetzungseinrichtung angeordnet.
Der bewegliche Kolben trennt einen an die Kraftstoffhochdruckquelle
angeschlossenen Raum von einem mit dem Injektor verbundenen Hochdruckraum
sowie von einem Rückraum.
Der Hochdruckraum der Druckübersetzungseinrichtung
ist mit dem Rückraum über eine
Kraftstoffleitung verbindbar. Die Kraftstoffleitung umfasst ein
Ventil, welches insbesondere als Rückschlagventil ausgebildet
ist, so dass ein Rückfluss
von Kraftstoff aus dem Hochdruckraum in den Rückraum unterbunden werden kann.
Gemäß dieser Lösung wird Sowohl
die Druckübersetzungseinrichtung
als auch ein Kraftstoff injektor jeweils über ein separates 2/2-Wege-Ventil
betätigt.
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Bei
der aus
DE 100 40
526 A1 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung
weist die Druckübersetzungseinrichtung
einen Druckübersetzerkolben
auf, der einem Arbeitsraum, einem Differenzdruckraum und einem Hochdruckraum
ausgesetzt ist. Zur Befüllung
des Differenzdruckraums ist dieser über einen Füllpfad mit einem Hochdruckanschluss
verbunden. In den Füllpfad
ist dabei ein Rückschlagventil
mit einer parallel geschalteten Drossel integriert.
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Darstellung
der Erfindung
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Mit
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann
ein druckübersetztes
Einspritzsystem bereitgestellt werden, dessen Ansteuerung über ein einfaches
2/2-Magnetventil erfolgt und das über zwei einfache, hydraulisch
betätigte
Rückschlagventile
zur Steuerung des Einspritzventilgliedes und Wiederbefüllung des
Druckübersetzers
verfügt.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Einspritzsystem kann überall
dort eingesetzt werden, wo keine Einspritzverlaufsformung notwendig
ist oder der Aufwand hierfür
gegenüber
dem erzielbaren Nutzen an der Verbrennungskraftmaschine zu groß erscheint.
Bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
können
ein Magnetventil pro Injektor einschließlich notwendiger Endstufe
im Steuergerät
eingespart werden, ohne auf die Vorteile einer Druckübersetzung
am Kraftstoffinjektor zu verzichten. Ein Anwendungsfall wäre – um ein
Beispiel zu nennen – die
Verwendung von Abgasrückführungen
an Verbrennungskraftmaschinen.
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Nach
der erfindungsgemäßen Lösung kann eine
Drosselstelle entfallen. Die Anordnung der einfachen, hydraulisch
betätigten
Ventile erlaubt eine schnellere und abströmungsverlustfreie Ansteuerung eines
Kraftstoffinjektors eines Hochdruckeinspritzsystems. Je geringer
die Abströmverluste
gehalten werden können
ein desto besserer hydraulischer Wirkungsgrad eines Einspritzsystems
stellt sich ein.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 ein
Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem für die Ansteuerung des Druckverstärkers und
des Kraftstoffinjektors jeweils ein separates 2/2-Wege-Ventil eingesetzt
wird,
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2 die
erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit 2/2-Wege-Ventil, Ausgleichs- und
Füllventil
in Ruhestellung.
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3 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 2 mit bestromtem
2/2-Wege-Ventil,
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4 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 2 mit stromlosem
Magnetventil und schließender
Düsennadel,
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5 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit öffnendem Ausgleichs- und öffnendem
Füllventil,
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6 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit schließendem Füllventil nach Wiederbefüllung des Hochdruckraumes
und
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7 eine
Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit in den Übersetzerkolben integriertem
federbeaufschlagten Rückschlagventilen.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem für die Ansteuerung des Druckverstärkers und des
Kraftstoffinjektors jeweils ein separates 2/2-Wege-Ventil eingesetzt
wird.
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Die
in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 umfasst
eine Druckübersetzungseinrichtung 2 sowie
einen mit Bezugszeichen 3 bezeichneten Kraftstoffinjektor.
Die Ansteuerung der Druckübersetzungseinrichtung 2 erfolgt über ein
erstes 2/2-Wege-Ventil 4, welches beispielsweise als ein Magnetventil
beschaffen sein kann. Die Druckübersetzungseinrichtung 2 umfasst
einen Übersetzerkolben 5,
welcher einen Arbeitsraum 9 von einem Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
und einem Hochdruckraum 11 trennt. Ein Überströmen von Kraftstoff aus dem
durch dem Übersetzerkoben 5 beaufschlagten
Hochdruckraum 11 in den Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 wird über ein
Rückschlagventil 12 unterbunden.
Der Übersetzerkolben 5 ist
durch eine Rückstellfeder 20 beaufschlagt,
die im Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 aufgenommen
ist.
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Der
Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 wird
von einer Kraftstoffhochdruckquelle 21 wie beispielsweise
eines Hochdruckspeicherraumes bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen
beaufschlagt. Der Hochdruckspeicherraum 21 seinerseits
wird über
eine Hochdruckpumpe 6 mit Kraftstoff beaufschlagt. Die
Hochdruckpumpe 6 fördert
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 7 in welchem ein Kraftstoffvorrat 8 enthalten
ist.
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Vom
Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2 erstreckt
sich eine Hochdruckleitung, die unter Zwischenschaltung einer Drosselstelle
in einen Steuerraum 13 am Kraftstoffinjektor 3 mündet. Eine
Druckentlastung des Steuerraumes 13 des Kraftstoffinjektors 3 erfolgt über ein
separates, zweites Ansteuerventil 16, welches ebenfalls
als 2/2-Wege-Magnetventil ausgestaltet sein kann. Die vom Hochdruckraum 11 der
Druckübersetzungseinrichtung 2 abzweigende
Hochdruckleitung beaufschlagt gleichzeitig einen ein Einspritzventilglied 14 des
Kraftstoffinjektors 3 umgebenden Düsenraum 15. Der Düsenraum 15 geht
in einen das Einspritzventilglied 14 umgebenden Ringspalt über, welcher am
brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 vorgesehene
Einspritzöffnungen 18 beaufschlagt. Das
Einspritzventilglied 14 des Kraftstoffinjektors 3 umfasst
eine vom Düsenraum 15 umgebene
Druckschulter 19. Bei Druckentlastung des Steuerraumes 13 durch
Schalten des Ansteuerventiles 16 des Kraftstoffinjektors 3 öffnet das
als Düsennadel
beispielsweise beschaffene Einspritzventilglied 14 und
gibt die brennraumseitigen Einspritzöffnungen 18 frei,
so dass über
den Düsenraum 15 unter
hohem Druck stehender Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Der Kraftstoffinjektor 3 umfasst
eine das Einspritzventilglied 14 beaufschlagende Druckfeder 17,
welche bei Betätigung
des 2/2-Wege-Ventils der Druckübersetzungseinrichtung 2 in
seine Schließstellung
und bei Betätigung
des Ansteuerventiles 16 des Kraftstoffinjektors 3 in
seine Schließstellung
und dem daraus resultierenden Druckaufbau im Steuerraum 13 ein
Schließen
des Einspritzventilgliedes 14 in seinen brennraumseitigen
Sitz herbeiführt und
die Einspritzung beendet.
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2 ist
die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem 2/2-Wege-Ventil, und zwei
hydraulisch betätigten
Rückschlagventilen
in Ruhestellung zu entnehmen.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 umfasst die Druckübersetzungseinrichtung 2,
den Kraftstoffinjektor 3 sowie das 2/2-Wege-Ventil 4 zur
Betätigung
der Druckübersetzungseinrichtung 2.
Innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung 2 ist
der Übersetzerkolben 5 aufgenommen,
der den Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 vom
Differenzdruckraum 10 (Rückraum) und dem Hochdruckraum 11 der
Druckübersetzungseinrichtung 2 trennt.
Der Arbeitsraum 9 wird über
einen Hochdruckspeicherraum 21 (Common-Rail) mit unter hohem
Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Der Übersetzerkolben 5 der Druckübersetzungseinrichtung 2 ist
von einer Rückstellfeder 20 beaufschlagt.
Vom Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 erstreckt
sich eine Überströmleitung 24, über die
der Differenzdruckraum 10 der Druckübersetzungseinrichtung 2 und
der Steuerraum 13 des Kraftstoff-injektors 3 hydraulisch
verbunden sind. Innerhalb des Steuerraumes 13 des Kraftstoffinjektors 3 ist
das Federelement 17 aufgenommen, welches die obere Stirnseite
des beispielsweise als Düsennadel
ausbildbaren Einspritzventilgliedes 14 beaufschlagt. Die Differenzfläche am Einspritzventilglied 14 steht
mit einem niederdruckseitigen Rücklauf 23 in
Verbindung. Das Einspritzventilglied 14 des Kraftstoffinjektors 3 ist
vom Düsenraum 15 umschlossen.
Am Einspritzventilglied 14 ist eine Differenzfläche 19 ausgebildet,
die beispielsweise als Druckschulter ausgebildet sein kann. In der
in 2 dargestellten Ruhestellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 verschließt das Einspritzventilglied 14 einen
brennraumseitigen Sitz 38, so dass über die geschlossenen Einspritzöffnungen 18 kein
Kraftstoff in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt werden kann.
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Das
dem Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 zugeordnete, als
2/2-Wege-Ventil beschaffene Magnetventil 4 umfasst einen
Ventilkörper 39,
der über
eine Rückstellfeder 41 beaufschlagt
ist. Über
die Rückstellfeder 41 wird
der Ventilkörper 39 des
2/2-Magnetventiles 4 im unbestromten Zustand in seinen,
den Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 verschließenden Sitz 40 gestellt.
Bei Bestromung einer Magnetspule 22 des 2/2-Wege-Ventiles 4 erfolgt
das Öffnen
des Sitzes 40 des 2/2-Magnetventiles 4, so dass
eine Druckentlastung des Differenzdruckraumes 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 in
den niederdruckseitigen Rücklauf 23 erfolgen
kann. Der niederdruckseitige Rücklauf 23 ist
mit einem in 2 nicht dargestellten Kraftstoffreservoir
verbunden, welchem der abgesteuerte Kraftstoff zuströmt.
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Die
Druckübersetzungseinrichtung 2 umfasst
den Hochdruckraum 11, welcher über einen Düsenraumzulauf 37 den
Düsenraum 15 des
Kraftstoffinjektors 3 beaufschlagt. Vom Hochdruckraum 11 der
Druckübersetzungseinrichtung 2 zweigt
weiterhin eine Strömungsverbindung 25 ab.
Die Strömungsverbindung 25 erstreckt
sich zu einem als Rückschlagventil
ausgebildeten Ausgleichsventil 26 sowie zu einem ebenfalls
als hydraulisch betätigtes
Rückschlagventil
ausgebildeten Füllventil 31. Über die Strömungsverbindung 25 wird
eine Stirnfläche 28 des
Ausgleichsventils 26 sowie eine Stirnfläche 35 des Füllventils 31 hydraulisch
beaufschlagt.
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Das
als hydraulisch betätigtes
Rückschlagventil
ausgebildete Ausgleichsventil 26 ist von einem Federelement 27 beaufschlagt
und enthält
einen Sitz 29, der entweder freigegeben oder verschlossen werden
kann. Am Ausgleichsventil 26 ist eine Kammer ausgebildet,
welche mit dem Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 hydraulisch
verbunden ist. Durch das dem Ausgleichsventil 26 zugeordnete
Federelement 27 ist der Ventilkörper des Ausgleichsventils 26 einer
an der Stirnseite 28 angreifenden hydraulischen Kraft entgegengesetzt
vorgespannt. Das ebenfalls über
die Strömungsverbindung 25 beaufschlagbare
Füllventil 31 umfasst
eine Kammer 36, in welcher ein Federelement 34 aufgenommen
ist, welches die Stirnseite 35 des Ventilkörpers 33 des
Füllventiles 31 beaufschlagt.
Durch das Federelement 34 wird der Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 in
seinem Sitz 32 in Schließstellung gehalten.
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Das
Ausgleichsventil 26 sowie das Füllventil 31 stehen über eine
weitere Verbindungsleitung 30 mit dem Arbeitsraum 9 der
Druckübersetzungseinrichtung 2 in
Strömungsverbindung.
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In
der in 2 dargestellten Ruhestellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ist das 2/2-Magnetventil 4 nicht bestromt
und wird durch die Rückstellfeder 41 in
seinen Sitz 40 gestellt. Damit ist der Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 geschlossen.
Im Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 und
im Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 herrscht
aufgrund des geöffneten
Sitzes 29 am Ausgleichsventil 26 der gleiche Druck,
ebenso wie im Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2,
welcher zuvor über
das Füllventil 31 befüllt wurde.
Der Hochdruckraum 11 ist über den Düsenraumzulauf 37 mit
dem Düsenraum 15 des
Kraftstoffinjektors 3 verbunden. Da vom Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 der
Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 3 über die Überströmleitung 24 beaufschlagt
ist, wird im Ruhezustand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 das
Einspritzventilglied 14 in seiner Schließstellung
gehalten. Die den Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 3 begrenzende
Fläche
der oberen Stirnseite des Einspritzventilgliedes 14 übersteigt
die im Düsenraum 15 wirksame
Differenzfläche 19 (Druckschulter)
am Einspritzventilglied 14, so dass die in Schließrichtung
wirkenden Kräfte überwiegen.
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3 zeigt
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 2 bei bestromtem
2/2-Wege-Ventil.
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Im
in 3 dargestellten Schaltzustand der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ist
das 2/2-Wege-Ventil 4 bestromt,
d. h. die Magnetspule 22 zieht den dieser gegenüberliegenden
Anker, der mit dem Ventilkörper 39 verbunden
ist, entgegen der Wirkung der Rückstellfeder 41 an.
Dadurch fährt
der Ventilkörper 39 des
2/2-Wege-Ventiles 4 aus seinem Sitz 40 aus. Dadurch
wird der Differenzdruckraum 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 druckentlastet,
ferner strömt
aus dem Steuerraum 13, der über die Überströmleitung 24 dem Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 in
Verbindung steht, Kraftstoff in den niederdruckseitigen Rücklauf 23 ab.
Der Übersetzerkolben 5 fährt aufgrund
der Druckentlastung des Differenzdruckraumes 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 in
den Hochdruckraum 11 ein. Entsprechend des Flächenverhältnisses
am Übersetzerkolben 5 wird
im Hochdruckraum 11 ein gegenüber dem in der Hochdruckquelle 21 herrschenden Druck,
weiter erhöhter
Druck erzeugt. Der im Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2 erzeugte,
weiter erhöhte
Druck steht über
den Düsenraumzulauf 37 im
Düsenraum 15 des
Kraftstoffinjektors 3 an. Der im Hochdruckraum 11 herrschende, weiter
erhöhte
Druck steht über
die Strömungsverbindung 25 ebenfalls
an der Stirnseite 28 des Ventilkörpers des hydraulisch betätigten Ausgleichsventiles 26 an
und stellt diesen in seinen Sitz 29, so dass das Ausgleichsventil 26 geschlossen
ist. Das Füllventil 31 ist
durch den in der Strömungsverbindung 25 herrschenden,
weiter erhöhten
Druck ebenfalls in seinen Sitz 32 gedrückt.
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Aufgrund
des im Hochdruckraum 11 herrschenden, weiter erhöhten Druckes
und des im Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 3 abfallenden
Druckes, überwiegen
die an der Differenzfläche 19 (Druckschulter)
des Einspritzventilgliedes 14 anstehenden hydraulischen
Kräfte,
die über
das Federelement 17 ausgeübten Schließkräfte, so dass das als Düsennadel
beispielsweise ausbildbare Einspritzventilglied 14 in vertikaler
Richtung auffährt
und die Einspritzöffnungen 18 am
brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 freigibt.
Der Einspritzvorgang ist in 3 durch
die aus den Einspritzöffnungen 18 austretenden
Kraftstofftropfen symbolisiert. Während des Einspritzvorganges
von unter weiter erhöhtem Druck
stehenden Kraftstoff über
die Einspritzöffnungen 18 in
den Brennraum der selbstzündenden
Verbrennungskraftmaschine, bleiben das Ausgleichsventil 26 sowie
das Füllventil 31 aufgrund
des in der Strömungsverbindung 25 herrschenden,
weiter erhöhten
Druckes geschlossen. Der im Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2 erzeugte,
weiter erhöhte
Kraftstoffdruck beaufschlagt über
die Strömungsverbindung 25 die
Stirnseiten 28 bzw. 35 des Ausgleichsventiles 26 sowie
des Füllventiles 31.
Deren Sitze 29 bzw. 32 sind geschlossen, so dass
der im Hochdruckraum 11 erzeugte, weiter erhöhte Druck
nicht über
die Verbindungsleitung 30 abzuströmen vermag.
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4 zeigt
die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß 2 mit nicht
bestromtem 2/2-Wege-Ventil und schließendem Einspritzventilglied 14.
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Wird
das 2/2-Wege-Ventil 4 stromlos, so fährt der Ventilkörper 39 des
2/2-Wege-Ventiles 4 in seinen Sitz 40 und verschließt den Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2.
Aufgrund des im Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
durch den jetzt über
das 2/2-Wege-Ventil 4 verschlossenen Ablauf baut sich im
Differenzdruckraum 10 (Rückraum) Druck auf, der Übersetzerkolben 5 wird
in seiner Abwärtsbewegung
angehalten. Aufgrund des im Steuerraum 13 aufgenommenen Federelementes 17 und
des im Rahmen der Wiederbefüllung
ansteigenden Druckes im Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
und im Steuerraum 13 durch das öffnende Ausgleichsventil 26,
wird das Einspritzventilglied 14 wieder in seinen brennraumseitigen Sitz 38 gefahren.
Somit werden die Einspritzöffnungen 18 am
brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 verschlossen,
die Einspritzung von Kraftstoff ist beendet. Die im Steuerraum 13 herrschenden hydraulischen
Kräfte
sowie die über
das Federelement 17 auf die obere Stirnseite des Einspritzventilgliedes 14 aufgebrachte
Schließkraft
stellen das Einspritzventilglied 14 in den brennraumseitigen
Sitz 38 in Schließstellung
zurück.
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5 zeigt
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit öffnendem Füllventil.
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Bei
nicht bestromtem 2/2-Wege-Ventil 4 (vergleiche Darstellung
gemäß 4)
erfolgt eine Wiederbefüllung
des Differenzdruckraumes 10 (Rückraum) der Druckübersetzungseinrichtung 2 über den Arbeitsraum 9 und
die sich von diesem zum Ausgleichsventil 26 erstreckende
Verbindungsleitung 30. Aufgrund des vom Arbeitsraum 9 über die
Verbindungsleitung 30 anstehenden Druckes und unterstützt durch
das dem Ventilkörper
des Ausgleichsventils 26 in Öffnungsrichtung beaufschlagende
Federelement 27, öffnet
dieses an seinem Sitz 29, so dass Kraftstoff in den Differenzdruckraum 10 (Rückraum)
der Druckübersetzungseinrichtung 2 einströmt.
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Aufgrund
des im Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2 fallenden
Druckes erfolgt ein Öffnen
des Ausgleichsventiles 26 an seinem Sitz 29 sowie
die Befüllung
des Differenzdruckraumes 10 (Rückraum). Das Füllventil 31 öffnet nun ebenfalls.
Der Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 ist dem
im Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 wirksamen
Kraftstoffdruck ausgesetzt, der höher ist als die Schließkraft,
die über
das Federelement 34 auf die Stirnseite 35 des
Ventilkörpers 33 ausgeübt wird.
Aufgrund des fallenden Druckes im Hochdruckraum 11 der
Druckübersetzungseinrichtung 2 nimmt
der hydraulische Anteil der an der Stirnseite 35 des Ventilkörpers 33 angreifenden
Schließkraft
stetig ab, so dass der Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 aus
seinem Sitz 32 ausfährt.
In die den Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 umgebende
Kammer 36 strömt über die
Verbindungsleitung 30 vom Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 Kraftstoff
ein und dem Hochdruckraum 11 sowie dem Düsenraum 15 des
Kraftstoffinjektors 3 zu. Dadurch erfolgt eine Wiederbefüllung des
Hochdruckraumes 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2.
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6 zeigt
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit schließendem Füllventil nach Wiederbefüllung des
Hochdruckraumes der Druckübersetzungseinrichtung.
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Über das
gemäß der Darstellung
in 5 an seinem Sitz 32 geöffnete Füllventil 31 strömt Kraftstoff
vom Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 in
die den Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 umgebende
Kammer 36 und von dort über
die Strömungsverbindung 29 in
den Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2 nach.
Herrscht im Hochdruckraum 11 sowie im Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 weitgehend
gleicher Druck, so wird der Ventilkörper 33 aufgrund des seine
Stirnseite 35 beaufschlagenden Federelementes 34 in
seinen Sitz 32 gedrückt
und verhindert das weitere Nachströmen von Kraftstoff in das Füllventil 31.
Dieser in 6 dargestellte Zustand entspricht dem
in 2 dargestellten Ruhezustand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1.
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Mit
der oben beschriebenen Ausführung
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 können ein
einfach aufgebautes 2/2-Wege-Ventil 4 und zwei einfache,
hydraulisch betätigte
Rückschlagventile,
das Ausgleichsventil 26 sowie das Füllventil 31, zur Steuerung
des Einspritzventilgliedes 14 bzw. zur Wiederbefüllung des
Hochdruckraumes 11 bzw. des Differenzdruckraumes 10 (Rückraum)
einer Druckübersetzungseinrichtung 2 eingesetzt
werden. Durch den Entfall von Drosselstellen und die Anordnung der
einfachen, hydraulisch betätigten
Rückschlagventile 26 bzw. 31 in
der oben beschriebenen Weise, kann eine schnellere und abströmungsverlustfreie
Ansteuerung des Kraftstoffinjektors 3 erzielt werden. Dies
bietet sich beispielsweise bei solchen Einsatzfällen an, bei denen auf die
Vorteile einer durch eine Druckübersetzungseinrichtung 2 erzielten
Kraftstoffdruckerhöhung nicht
verzichtet werden soll, jedoch eine Einspritzverlaufsformung nicht
erforderlich ist oder der Aufwand zur Erzielung einer Einspritzverlaufsformung
(Einsatz zweier Magnetventile sowie dazu notwendiger Endstufen im
Steuergerät)
an einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine
nicht vertretbar erscheint.
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Weitere
zeichnerisch jedoch nicht dargestellte Ausführungen können beispielsweise darin liegen, dass
die obere Stirnfläche
des als Düsennadel
beispielsweise ausgebildeten Einspritzventilgliedes 14 unmittelbar
mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 23 verbunden
sein kann. In dieser Ausführungsvariante ist
die im Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 3 aufgenommene
Feder 17 entsprechend stärker zu dimensionieren, so
dass dieses Federelement 17 die das Einspritzventilglied 14 in
seine Schließstellung bewegende
Schließkraft
aufbringt. In diesem Falle kann die Überströmleitung 24 zwischen
dem Differenzdruckraum 10 der Druckübersetzungseinrichtung 2 und
dem Steuerraum 13 des Kraftstoffinjektors 3 entfallen.
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Eine
weitere Ausführungsvariante
liegt darin, die als hydraulisch betätigte Rückschlagventile ausgebildeten
Ausgleichsventile 26 bzw. 31 konstruktiv innerhalb
des Übersetzerkolbens 5 unterzubringen. Gemäß dieser
Ausführungsvariante
könnten
die in der Strömungsverbindung 25,
der Verbindungsleitung 30 sowie den Kammern des Ausgleichsventils 26 und
des Füllventiles 31 enthaltenden
Totvolumina vermieden werden. Ferner entfiele gemäß dieser Ausführungsvariante
die Leitungsverbindungen zu bzw. von den Rückschlagventilen 26 bzw. 31.
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Aus
der Darstellung gemäß 7 geht
die Ausführungsvariante
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 hervor, bei welcher das
als Ausgleichsventil 26 dienende Rückschlagventil und das als
Füllventil
dienende Rückschlagventil 31 innerhalb
des Übersetzerkolbens 5 aufgenommen
sind.
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Gemäß dieser
Ausführungsvariante
stehen der Arbeitsraum 9 der Druckübersetzungseinrichtung 2 sowie
der Hochdruckraum 11 der Druckübersetzungseinrichtung 2, über welcher
der Düsenraum 15 des
Kraftstoffinjektors 3 mit Kraftstoff beaufschlagt wird über die
Rückschlagventile 26 bzw. 31 in
Strömungsverbindung.
Der Ventilkörper 33 des
Ausgleichsventiles 26 ist über ein Federelement 27 in Öffnungsrichtung
beaufschlagt, während
der Ventilkörper 33 des
Füllventiles 31 durch
ein an dessen Stirnseite 35 beaufschlagendes Federelement 34 in Schließrichtung
in Bezug auf den Sitz 32 beaufschlagt ist. Die Befüllung des
Differenzdruckraumes 10 bei geöffnetem Ausgleichsventil 26 erfolgt über eine
Bohrung zwischen dem Differenzdruckraum 10 der Druckübersetzungseinrichtung 2 und
der den Ventilkörper 33 des
Ausgleichsventiles 26 aufnehmenden Kammer. Gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsvariante
der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich
eine direkte Verbindung zwischen den Räumen 9 und 10 bzw. 9 und 11 erreichen,
ohne dass zusätzliche
Leitungen oder Totvolumina auftreten. Die hydraulische Funktionsweise
der in 7 dargestellten Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 entspricht
derjenigen, welche bereits im Zusammenhang mit den 2 bis 6 detailliert
beschrieben wurde. Der mit der Ausführungsvariante gemäß 7 erzielbare
Vorteil liegt in der kompakteren Bauweise erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 unter Vermeidung zusätzlicher Leitungen
bzw. zusätzlich
zu bewegender und den Wirkungsgrad der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 beeinträchtigender
Totvolumina.
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- 1
- Kraftstoffeinspritzeinrichtung
- 2
- Druckübersetzungseinrichtung
- 3
- Kraftstoffinjektor
- 4
- 2/2-Wege-Ventil
- 5
- Übersetzerkolben
- 6
- Hochdruckpumpe
- 7
- Kraftstofftank
- 8
- Kraftstoffvorrat
- 9
- Arbeitsraum
- 10
- Differenzdruckraum
(Rückraum)
- 11
- Hochdruckraum
- 12
- Rückschlagventil
- 13
- Steuerraum
Kraftstoffinjektor
- 14
- Einspritzventilglied
- 15
- Düsenraum
- 16
- Ansteuerventil
Kraftstoffinjektor (2/2-MV)
- 17
- Schließfeder
- 18
- Einspritzöffnungen
- 19
- Differenzfläche (Druckschulter)
- 20
- Rückstellfeder
- 21
- Hochdruckquelle
(Hochdruckspeicherraum)
- 22
- Magnetspule
- 23
- niederdruckseitiger
Rücklauf
- 24
- Überströmleitung
zum Steuerraum 13
- 25
- Strömungsverbindung
Hochdruckraum-Rückschlagventile 26, 31
- 26
- Ausgleichsventil
- 27
- Federelement
für Ausgleichsventil
- 28
- Stirnseite
- 29
- Sitz
- 30
- Verbindungsleitung
Arbeitsraum 9 Rückschlagventile 26, 31
- 31
- Füllventil
- 32
- Sitz
- 33
- Ventilkörper Füllventil
- 34
- Federelement
Füllventil
- 35
- Stirnseite
- 36
- Kammer
Füllventil
- 37
- Düsenraumzulauf
- 38
- brennraumseitiger
Sitz Einspritzventilglied
- 39
- Ventilkörper 2/2-Magnetventil
- 40
- Sitz
- 41
- Rückstellfeder