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Die Erfindung geht aus von einem
Kraftstoffeinspritzventil einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Ein solches Kraftstoffeinspritzventil
ist durch die
EP 0 976
924 A bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist ein
Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert
wird. Das Einspritzventilglied ist von dem in einem Steuerdruckraum
herrschenden Druck in einer Schließrichtung beaufschlagt ist.
Der im Steuerdruckraum herrschende Druck wird durch ein Steuerventil
gesteuert, das einen Ventilraum aufweist, der eine Verbindung mit
dem Steuerdruckraum aufweist, in der eine Drosselstelle angeordnet
ist. Das Steuerventil weist ein Steuerventilglied auf, durch das
Verbindungen des Ventilraums mit einem Hochdruckbereich und mit
einem Niederdruckbereich gesteuert werden. Der Steuerdruckraum weist
zusätzlich
zu der über
den Ventilraum erfolgenden und durch das Steuerventilglied gesteuerten
Verbindung mit dem Hochdruckbereich eine direkte Verbindung mit
dem Hochdruckbereich auf, in der eine weitere Drosselstelle angeordnet
ist. Wenn keine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll, so wird das
Steuerventilglied in eine Stellung gebracht, in der durch dieses
die Verbindung des Ventilraums mit dem Hochdruckbereich geöffnet und
die Verbindung des Ventilraums mit dem Entlastungsbereich verschlossen
wird. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll, so wird das
Steuerventilglied in eine Stellung gebracht, in der durch dieses
die Verbindung des Ventilraums mit dem Entlastungsbereich geöffnet und
die Verbindung des Ventilraums mit dem Hochdruckbereich verschlossen
wird. Nachteilig bei diesem bekannten Kraftstoffeinspritzventil
ist, dass auch während
der Kraftstoffeinspritzung, wenn durch das Steuerventilglied die
Verbindung des Ventilraums mit dem Entlastungsbereich geöffnet und
die Verbindung des Ventilraums mit dem Hochdruckbereich verschlossen
ist, durch die direkte Verbindung des Steuerdruckraums mit dem Hochdruckbereich Kraftstoff
unter Hochdruck in den Steuerdruckraum einströmt, so dass der Druck im Steuerdruckraum
nur langsam sinkt und das Einspritzventilglied nur langsam öffnet. Dies
führt dazu,
dass bei der Verbrennung eine Schadstoffemission, insbesondere eine hohe
Partikelemission erfolgt. Darüberhinaus
ist die Fertigung des Kraftstoffeinspritzventils wegen der zusätzlichen
direkten Verbindung des Steuerdruckraums mit dem Hochdruckbereich
und der in dieser angeordneten Drosselstelle aufwendig.
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass infolge der Verbindung des Steuerdruckraums mit
dem Hochdruckbereich nur über
die durch das Steuerventilglied gesteuerte Verbindung zum Beginn
der Kraftstoffeinspritzung ein schneller Druckabfall im Steuerdruckraum, damit
ein schnelles Öffnen
des Kraftstoffeinspritzventils und die Einspritzung einer grossen
Kraftstoffmenge zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht ist. Dies
führt zu
einer Verringerung der Schadstoffemission bei der Verbrennung, insbesondere
der Partikelemission. Darüberhinaus
ist die Fertigung des Kraftstoffeinspritzventils vereinfacht, da
nur eine Drosselstelle vorhanden ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch
3 ermöglicht eine
Beeinflussung des Druckverlaufs im Hochdruckbereich. Die Ausbildung
gemäß Anspruch
4 ermöglicht
eine schnelle Befüllung
des Steuerdruckraums und damit ein schnelles Schließen des
Einspritzventilglieds zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, 2 ein Kraftstoffeinspritzventil der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in
vergrößerter schematischer
Darstellung mit einem Steuerventilglied in einer ersten Stellung, 3 das Kraftstoffeinspritzventil
mit dem Steuerventilglied in einer zweiten Stellung, 4 das Kraftstoffeinspritzventil
mit dem Steuerventilglied in einer dritten Stellung und 5 eine Drosselstelle in
vergrößerter Darstellung.
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In 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise
eine selbstzündende
Brennkraftmaschine und weist mehrere Zylinder auf. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
weist eine Förderpumpe 10 auf,
durch die Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter 12 zur Saugseite
einer Hochdruckpumpe 14 gefördert wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 wird
Kraftstoff unter Hochdruck in einen Speicher 16 gefördert. Mit
dem Speicher 16 sind über
hydraulische Leitungen an den Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Kraftstoffeinspritzventile 18 verbunden.
An jedem Kraftstoffeinspritzventil 18 ist jeweils ein elektrisch betätigtes Steuerventil 20 angeordnet,
mittels dem das Kraftstoffeinspritzventil 18 zu einer Kraftstoffeinspritzung
geöffnet
werden kann bzw. zur Beendigung einer Kraftstoffeinspritzung geschlossen
werden kann. Die Steuerventile 20 der Kraftstoffeinspritzventile 18 weisen
einen elektrischen Aktor, beispielsweise einen Elektromagneten oder
einen Piezoaktor auf, der mit einer elektronischen Steuereinrichtung 22 verbunden
ist und durch diese abhängig
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert wird.
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In den 2 bis 4 ist jeweils vergrößert ein Kraftstoffeinspritzventil 18 mit
Steuerventil 20 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 weist
einen mehrteiligen Ventilkörper 26 auf,
in dem ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist.
Der Ventilkörper 26 weist
an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten
Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf.
Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten
Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf,
die mit einem im Ventilkörper 26 in
dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt,
von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im
Ventilkörper 26 ist
zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30
zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der
in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch
eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht.
Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch
eine Querschnittsänderung
eine Druckschulter 42 auf. Der Druckraum 40 ist über einen
durch den Ventilkörper 26 verlaufenden
Kanal 44 und eine Leitung mit dem Speicher 16 verbunden.
Durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck wird über die
Druckschulter 42 eine in Öffnungsrichtung, das heißt vom Ventilsitz 36 weggerichtete
Kraft auf das Einspritzventilglied 28 erzeugt.
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An die Bohrung 30 schließt sich
im Ventilkörper 26 dem
Brennraum abgewandt ein Federraum 46 an, durch den das
Einspritzventilglied 28 hindurchtritt. An den Federraum 46 schließt sich
dem Brennraum abgewandt im Ventilkörper 26 ein Steuerdruckraum 48 an,
der vom Federraum 46 getrennt ist. Im Federraum 46 ist
eine vorgespannte Feder 50 angeordnet, die sich über einen
Federteller 52 am Einspritzventilglied 28 abstützt und
auf dieses eine in Schließrichtung,
das heißt
zum Ventilsitz 36 hin gerichtete Kraft erzeugt. Der Federraum 46 ist
mit dem Kanal 44 verbunden, so dass im Federraum derselbe Hochdruck
herrscht wie im Druckraum 40. Das Einspritzventilglied 28 ragt
mit seinem Ende bis in den Steuerdruckraum 48 und ist auf
seiner Stirnseite von dem im Steuerdruckraum 48 herrschenden
Druck beaufschlagt, durch den auf das Einspritzventilglied 28 eine
Kraft in Schließrichtung
zum Ventilsitz 36 hin erzeugt wird. Es kann auch vorgesehen
sein, dass das Einspritzventilglied 28 mit einem separaten
Kolben verbunden ist, der sich am Einspritzventilglied 28 abstützt, der
in den Steuerdruckraum 48 ragt und der von dem im Steuerdruckraum 48 herrschenden Druck
beaufschlagt ist.
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An den Steuerdruckraum 48 schließt sich dem
Brennraum abgewandt ein Ventilraum 54 des Steuerventils 20 an,
der mit dem Steuerdruckraum 48 eine Verbindung 56 aufweist,
in der eine Drosselstelle 58 angeordnet ist. Der Ventilraum 54 weist
ausserdem eine Verbindung 60 mit dem Federraum 46 auf und
eine Verbindung 62 mit einem Entlastungsbereich, als der
beispielsweise ein Rücklauf
zumindest mittelbar in den Kraftstoffvorratsbehälter dienen kann. Das Steuerventil 20 weist
ein Steuerventilglied 64 auf, das wie vorstehend angegeben
mittels eines elektrischen Aktors in Richtung seiner Längsachse 65 bewegbar
ist und durch das die Verbindung 60 des Ventilraums 54 mit
dem Federraum 46 und die Verbindung 62 des Ventilraums 54 mit
dem Entlastungsbereich gesteuert wird. Das Steuerventilglied 64 weist
an seinem in den Ventilraum 54 ragenden Ende eine zumindest
annähernd
ebene und senkrecht zu dessen Längsachse 65 angeordnete
Fläche 66 auf,
mit der es mit der Begrenzung 55 des Ventilraums 54,
von der die Verbindung 60 zum Federraum 46 abführt, als
Ventilsitz zur Steuerung der Verbindung 60 zusammenwirkt.
Das Steuerventilglied 64 weist ausserdem an seinem der
Fläche 66 abgewandten
Ende im Ventilraum 54 eine weitere, beispielsweise konvex
gewölbte
oder konische Fläche 68 auf,
mit der es mit einem an der Mündung
der Verbindung 62 zum Entlastungsbereich in den Ventilraum 54 ausgebildeten
Ventilsitz 63 zur Steuerung der Verbindung 62 zusammenwirkt.
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Das Steuerventilglied 64 ist
in 2 in einer ersten
Endstellung dargestellt, in der dieses mit seiner Fläche 68 am
Ventilsitz 63 anliegt, so dass der Ventilraum 54 vom
Entlastungsbereich getrennt ist. Das Steuerventilglied 64 ist
dabei mit seiner Fläche 66 von
der Begrenzung 55 des Ventilraums 54 abgehoben,
so dass die Verbindung 60 zum Federraum 46 freigegeben
ist. Im Ventilraum 54 herrscht somit derselbe Hochdruck
wie im Federraum 46. Dieser Hochdruck herrscht über die
Verbindung 56 auch im Steuerdruckraum 48 und erzeugt
auf das Einspritzventilglied 28 eine so große Kraft
in Schliessrichtung, dass das Einspritzventilglied 28 mit
seiner Dichtfläche 34 am
Ventilsitz 36 anliegt und keine Kraftstoffeinspritzung
erfolgt.
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Wenn eine Kraftstoffeinspritzung
erfolgen soll, so wird durch die Steuereinrichtung 22 durch entsprechende
Ansteuerung des Aktors des Steuerventils 20 das Steuerventilglied 64 in
eine in 3 dargestellte
zweite Stellung bewegt. Das Steuerventilglied 64 liegt
dabei mit seiner Fläche 66 an
der Begrenzung 55 des Ventilraums 54 an, so dass
der Ventilraum 54 vom Federraum 46 und damit vom
Hochdruckbereich getrennt ist. Das Steuerventilglied 64 ist mit
seiner Fläche 68 vom
Ventilsitz 63 abgehoben, so dass die Verbindung 62 des
Ventilraums 54 mit dem Entlastungsbereich freigegeben ist.
Im Ventilraum 54 kann somit wegen dessen freigegebener
Verbindung 62 mit dem Entlastungsbereich kein Hochdruck
mehr herrschen, wobei über
die Verbindung 56 auch der Steuerdruckraum 48 entlastet
ist. Durch den im Steuerdruckraum 48 herrschenden geringeren
Druck wird nur noch eine geringe Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 erzeugt,
so dass die durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Druckschulter 42 in Öffnungsrichtung
erzeugte Kraft größer ist
als die in Schließrichtung
wirkende Kraft und sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung
gemäß Pfeil 29 bewegt
und mit seiner Dichtfläche 34 vom
Ventilsitz 36 abhebt und die Einspritzöffnungen 32 freigibt.
Da der Steuerdruckraum 48 nur über den Ventilraum 54 eine
Verbindung 60 mit dem Federraum 46 und damit dem
Hochdruckbereich aufweist und diese Verbindung 60 durch
das Steuerventilglied 64 verschlossen ist, erfolgt im Steuerdruckraum 48 ein
schneller Druckabfall und somit ein schnelles Öffnen des Einspritzventilglieds 28.
Somit kann bereits zu Beginn eines Kraftstoffeinspritzzyklus eine
große
Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Bei der Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 wird
durch dieses Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 48 verdrängt, der über die
Verbindung 56 mit der Drosselstelle 58 und den
Ventilraum 54 in den Entlastungsbereich gelangt.
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Zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird
das Steuerventilglied 64 wieder in seine erste Endstellung
gebracht, so dass der Ventilraum 54 mit dem Federraum 46 und
damit dem Hochdruckbereich verbunden und vom Entlastungsbereich
getrennt ist. Dabei herrscht auch im Steuerdruckraum 48 wieder
Hochdruck, so dass das Einspritzventilglied 28 in seine
Schließstellung
bewegt wird und mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 anliegt.
In den Steuerdruckraum 48 strömt dabei aus dem Federraum 46 über den
Ventilraum 54 und die Verbindung 56 mit der Drosselstelle 58 Kraftstoff
ein.
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Die Drosselstelle 58 kann
wie in 5 dargestellt
derart ausgebildet sein, dass diese der Strömung in Strömungsrichtung vom Ventilraum 54 in den
Steuerdruckraum 48 einen größeren Widerstand bietet als
in umgekehrter Strömungsrichtung
vom Steuerdruckraum 48 in den Ventilraum 54. Hierzu kann
der Einlauf der Drosselstelle vom Ventilraum 54 her eine
allmähliche
Querschnittsverringerung, beispielsweise durch eine Verrundung aufweisen,
während
der Einlauf vom Steuerdruckraum 48 her eine unstetige Querschnittsverringerung
aufweist. Dies ermöglicht
sowohl ein schnelles Öffnen
des Einspritzventilglieds 28 als auch ein schnelles Schließen des Einspritzventilglieds 28,
da der Steuerdruckraum 48 schnell mit Kraftstoff befüllt werden
kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass das
Steuerventilglied 64 mittels des Aktors auch in eine in 4 dargestellte Zwischenstellung
zwischen den beiden Endstellungen gebracht und in dieser gehalten
werden kann. In dieser Zwischenstellung ist durch das Steuerventilglied 64 die
Verbindung 60 des Ventilraums 54 zum Federraum 46 und
damit zum Hochdruckbereich und die Verbindung 62 zum Entlastungsbereich
freigegeben. Wenn sich das Steuerventilglied 64 in seiner
Zwischenstellung befindet, so herrscht im Steuerdruckraum 48 ein
erhöhter
Druck, der ausreicht, um das Einspritzventilglied 28 in
seine Schließstellung
zu bewegen bzw. das Einspritzventilglied 28 in seiner Schließstellung
zu halten, so dass keine Kraftstoffeinspritzung erfolgt. In der
Zwischenstellung des Steuerventilglieds 64 wird im Ventilraum 54 und
im Steuerdruckraum 48 ein Druckabfall erzeugt, durch den
eine Verdünnungswelle
induziert wird, die sich zum Speicher 16 hin bewegt. Am
Speicher 16 wird diese Verdünnungswelle als Verdichtungswelle
reflektiert und erzeugt somit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 18 eine
Druckerhöhung,
welche zu einer Formung des Einspritzdruckverlaufs genutzt werden
kann.