-
Die
Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Anspruchs 1.
-
Eine
solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die
DE 101 41 679 A1 bekannt.
Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein Kraftstoffeinspritzventil mit
zwei Einspritzventilgliedern auf, wobei in einem hohl ausgebildeten
ersten Einsritzventilglied ein zweites Einspritzventilglied verschiebbar
geführt
ist. Durch das erste Einspritzventilglied wird wenigstens eine erste
Einspritzöffnung
gesteuert und durch das zweite Einspritzventilglied wird wenigstens
eine zweite Einspritzöffnung
gesteuert. Die Einspritzventilglieder weisen jeweils eine Dichtfläche auf,
mit denen diese mit einem Ventilsitz zur Steuerung der Einspritzöffnungen
zusammenwirken. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit einer
zyklisch Hochdruck erzeugenden Hochdruckpumpe verbundenen Druckraum
auf, wobei das erste Einspritzventilglied von dem im Druckraum herrschenden
Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung
zur Freigabe der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung bewegbar
ist. Bei geöffnetem
erstem Einspritzventilglied ist das zweite Einspritzventilglied ebenfalls
von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine
Schließkraft
in einer Öffnungsrichtung
zur Freigabe der wenigstens einen zweiten Einspritzöffnung bewegbar.
Mit dem zweiten Einspritzventilglied ist ein Steuerkolben verbunden, der
einen Steuerraum begrenzt, wobei durch den im Steuerraum herrschenden
Druck über
den Steuerkolben eine in Schließrichtung
auf das zweite Einspritzventilglied wirkende Kraft erzeugt wird.
Der im Steuerraum herrschende Druck wird variabel eingestellt, um
einen variablen Öffnungsdruck
des zweiten Einspritzventilglieds zu ermöglichen, was jedoch einen erheblichen
Aufwand erfordert. Wenn der Druck im Druckraum den Öffnungsdruck
des ersten Einspritzventilglieds erreicht, so bewegt sich das erste
Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung
und gibt die wenigstens eine erste Einspritzöffnung frei. Dabei wird nur
ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts des Kraftstoffeinspritzventils
freigegeben. Wenn der Druck im Druckraum auch den Öffnungsdruck
des zweiten Einspritzventilglieds erreicht, so bewegt sich auch
das zweite Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung und gibt die
wenigstens eine zweite Einspritzöffnung
frei, so dass dann der gesamte Einspritzquerschnitt freigegeben
ist. Die beiden Einspritzventilglieder schließen wieder, wenn der Druck
im Druckraum so stark gefallen ist, dass die durch diesen erzeugte Kraft
geringer ist als die Schließkraft.
Die beiden Einspritzventilglieder schließen hierbei erst bei einem geringen
Druck im Druckraum, was zur Folge hat, dass bis zum Ende der Kraftstoffeinspritzung
bei geringem Druck noch Kraftstoff eingespritzt wird, der jedoch
nur unvollständig
verbrennt und dadurch die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine,
insbesondere die Russemissionen, erhöht. Der Öffnungsdruck der Einspritzventilglieder
sollte abhängig von
der Drehzahl der Brennkraftmaschine variabel sein.
-
Weiterhin
ist bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung nachteilig,
dass das zweite Einspritzventilglied bei Erreichen von dessen Öffnungsdruck
sehr schnell öffnet
und der Schließdruck
deutlich geringer ist als der Öffnungsdruck,
wodurch es zu einer sprungartigen Erhöhung der eingespritzten Kraftstoffmenge
kommt. Das zweite Einspritzventilglied schließt bei einem höheren Druck
im Druckraum als das erste Einspritzventilglied, wobei bei schneller
Schließbewegung
des ersten Einspritzventilglieds das schon geschlossene zweite Einspritzventilglied
nochmals geöffnet
wird, was zu einer unerwünschten
Kraftstoffeinspritzung und erhöhten Schadtstoffemissionen
führt.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch den im Steuerraum herrschenden Druck eine
Kraft in Schließrichtung
auf das wenigstens eine Einspritzventilglied erzeugendt und dieses
bei einem relativ hohen Druck im Druckraum geschlossen werden kann,
ohne dass eine aufwendige Steuerung des im Steuerraum herrschenden
Drucks erforderlich ist. Der Druck im Steuerraum baut sich wegen
dessen Verbindung mit der Hochdruckpumpe mit der Drosselstelle verzögert auf und
verzögert
ab. Zu Beginn der Hochdruckerzeugung durch die Hochdruckquelle erhöht sich
der Druck im Steuerraum nur verzögert,
so dass die Öffnungsbewegung
des Einspritzventilglieds nicht behindert wird. Zum Ende der Hochdruckerzeugung durch
die Hochdruckquelle sinkt der Druck im Steuerraum verzögert gegenüber dem
Druckabfall im Druckraum, so dass die Schließbewegung des Einspritzventilglieds
durch den im Steuerraum herrschenden Druck unterstützt wird.
Hierdurch wird ein sicheres und schnelles Schließen des Einspritzventilglieds
erreicht und es werden erhöhte Schadstoffemissionen
vermieden. Durch den sich im Steuerraum zu Beginn der Hochdruckerzeugung
aufbauenden Druck wird außerdem
die Öffnungsbewegung
des Einspritzventilglieds gedämpft,
so dass es zu keiner sprungartigen sondern zu einer allmählichen
Erhöhung
der eingespritzten Kraftstoffmenge kommt. Bedingt durch die Drosselstelle
ergibt sich mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine eine
grössere
Druckdifferenz zwischen dem im Steuerraum herrschenden Druck und
dem im Druckraum herrschenden Druck. Bei geringer Drehzahl stellt
sich somit ein höherer
Druck im Steuerraum ein als bei hoher Drehzahl, so dass mit zunehmender
Drehzahl der Öffnungsdruck
des wenigstens einen Einspritzventilglieds abnimmt. Hierdurch werden
die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine weiter verringert.
-
In
den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
angegeben. Die Weiterbildung gemäß Anspruch
6 ermöglicht
einen variablen Einspritzquerschnitt am Kraftstoffeinspritzventil
und ein Schließen
des zweiten Einspritzventilglieds bei relativ hohem Druck. Nach
dem Schließen
wird das zweite Einspritzventilglied durch den im Steuerraum herrschenden
Druck in seiner Schließstellung
gehalten, so dass auch bei nachfolgender schneller Schließbewegung
des ersten Einspritzventilglieds das zweite Einspritzventilglied
in seiner Schließstellung
bleibt. Die Weiterbildung gemäß Anspruch
7 ermöglicht
einen kompakten Aufbau der Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
-
Zeichnung
-
Mehrere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine Brennkraftmaschine
in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel, 2 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel, 3 in vergrößerter Darstellung
einen in 2 mit III bezeichneten
Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, 4 in vergrößerter Darstellung einen in 2 mit IV bezeichneten Ausschnitt
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 5 den mit IV bezeichneten
Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
und 6 einen Hubverlauf
von Einspritzventilgliedern über
der Zeit.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In
den 1 bis 5 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann beispielsweise als sogenanntes
Pumpe-Düse-System
oder als Pumpe-Leitung-Düse-System
ausgebildet sein und weist für
jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und
ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf.
Bei einer Ausbildung als Pumpe-Leitung-Düse-System ist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 entfernt
vom Kraftstoffeinspritzventil 12 angeordnet und mit diesem über eine
Leitung verbunden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
als Pumpe-Düse-System
ausgebildet, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und
das Kraftstoffeinspritzventil 12 direkt miteinander verbunden
sind und eine Baueinheit bilden. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist
einen in einer Zylinderbohrung 16 in einem Pumpenkörper 14 dicht
geführten Pumpenkolben 18 auf,
der durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine
entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in
einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt
in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22.
Durch den Pumpenkolben 18 wird bei dessen durch den Nocken 20 bewirkter
Hubbewegung zyklisch bei dessen in die Zylinderbohrung 16 gerichtetem
Förderhub
im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck erzeugt. Beim Saughub
des Pumpenkolbens 18 wird in den Pumpenarbeitsraum 22 durch
eine Förderpumpe 21 Kraftstoff
aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs
gefördert.
-
Das
Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 26 auf,
der mehrteilig ausgebildet sein kann, 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,
die über
den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt
angeordnet sind. 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 etwa kegelförmigen 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 Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf.
Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 28 greift eine
vorgespannte Schließfeder 44 an,
durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin
gedrückt wird.
Die Schließfeder 44 ist
in einem durch eine Bohrung 46 gebildeten Federraum des
Ventilkörpers 26 angeordnet,
der sich an die Bohrung 30 anschließt.
-
Vom
Pumpenarbeitsraum 22 führt
durch den Pumpenkörper 14 und
den Ventilkörper 26 ein
Kanal 48 in den Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12.
Durch ein elektrisch betätigtes
Steuerventil 23, das durch eine elektronische Steuereinrichtung 54 angesteuert
wird, wird eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit
einem Entlastungsbereich gesteuert, als der beispielsweise ein Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder
ein anderer Bereich dienen kann, in dem gegenüber dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 ein
etwas erhöhter
Druck herrscht und der beispielsweise die Druckseite der Förderpumpe 21 sein
kann. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass in den Pumpenarbeitsraum 22 durch die Förderpumpe 21 Kraftstoff
gefördert
wird. Solange beim Förderhub des
Pumpenkolbens 18 keine Kraftstoffeinspritzung erfolgen
soll ist durch das Steuerventil 23 die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit
dem Entlastungsbereich geöffnet,
so dass sich im Pumpenarbeitsraum 22 kein Hochdruck aufbauen
kann. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll, so wird das Steuerventil 23 zu
einem bestimmten Zeitpunkt des Förderhubs
des Pumpenkolbens 18 geschlossen, so dass der Pumpenarbeitsraum 22 vom
Entlastungsraum getrennt ist und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck
aufbauen kann. Das Steuerventil 23 kann als Magnetventil
oder als Piezoventil ausgebildet sein.
-
Mit
dem Einspritzventilglied 28 ist ein durch die Bohrung 46 hindurchtretender,
in eine sich an die Bohrung 46 anschliessende Bohrung 49 ragender Steuerkolben 52 verbunden,
durch den in der Bohrung 49 dem Einspritzventilglied 28 abgewandt
ein Steuerraum 50 begrenzt wird. Die Bohrung 49 weist gegeüber der
den Federraum bildenden Bohrung 46 einen wesentlich geringeren
Durchmesser auf. Der Steuerraum 50 ist durch den dicht
in der Bohrung 49 geführten
Steuerkolben 52 vom Federraum in der Bohrung 46 getrennt.
Der Steuerraum 50 ist über eine
eine Drosselstelle 56 aufweisende Verbindung 58 mit dem
Pumpenarbeitsraum 22 oder alternativ wie in 1 mit gestrichelten Linien
dargestellt mit dem Kanal 48 verbunden. Der im Steuerraum 50 herrschende
Druck folgt bedingt durch die Drosselstelle 56 dem Druckaufbau
und Druckabbau im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Kanal 48 und
im Druckraum 40 verzögert.
Zu Beginn eines Kraftstoffeinspritzzyklus wird das Steuerventil 23 geschlossen, so
dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 steigt, wobei der
Druck im Steuerraum 50 verzögert ebenfalls steigt. Zur
Beendigung eines Kraftstoffeinspritzzyklus wird das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 schnell sinkt, während der
Druck im Steuerraum 50 nur verzögert sinkt. Der Steuerraum 50 weist
nur die Verbindung 58 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 auf
und keine weiteren Verbindungen, insbesondere keine Verbindung zu
einem Niederdruckbereich. Aus dem Steuerraum 50 kann nur
infolge einer nicht zu vermeidenden Leckage zwischen dem Steuerkolben 52 und
der Bohrung 49 eine geringe Kraftstoffmenge in den Federraum
in der Bohrung 46 abfliessen.
-
Nachfolgend
wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
erläutert.
Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass Kraftstoff durch die Förderpumpe 21 aus
dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in
den Pumpenarbeitsraum 22 gefördert wird. Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird
im Pumpenarbeitsraum einspritzsynchron zyklisch Hochdruck erzeugt.
Beim Förderhub
des Pumpenkolbens 18 wird der Beginn der Kraftstoffeinspritzung
dadurch festgelegt, dass das Steuerventil 23 schließt, so dass
der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist
und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbaut. Wenn
der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des
Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, dass die durch
diesen über
die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte
Druckkraft größer ist
als die Kraft der Schließfeder 44 und
die durch den im Steuerraum 50 herrschenden Druck erzeugte
Kraft, so öffnet
das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das Einspritzventilglied 28 mit
seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abhebt
und die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 freigibt.
Die Öffnungshubbewegung
des Einspritzventilglieds 28 wird dabei durch den im Steuerraum 50 herrschenden
Druck gedämpft.
Zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass die Verbindung zum Entlastungsbereich geöffnet ist. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und
im Druckraum 40 sinkt dabei schnell ab, während der
Druck im Steuerraum 50 nur verzögert sinkt. Es ergibt sich
daher eine hohe auf das Einspritzventilglied 28 in Schließrichtung
wirkende Kraft, so dass das Einspritzventilglied 28 bereits bei
einem relativ hohen Druck im Druckraum 40 und mit hoher
Geschwindigkeit schließt.
Durch die Drosselstelle 56 bedingt ergibt sich zwischen
dem Pumpenarbeitsraum 22 und dem Druckraum 40 einerseits sowie
dem Steuerraum 50 andererseits mit zunehmender Drehzahl
der Brennkraftmaschine eine größere Druckdifferenz,
so dass das Einspritzventilglied 28 mit zunehmender Drehzahl
bei niedrigeren Drücken
im Druckraum 40 öffnet.
Da zusätzlich
zur Schließfeder 44 auch
durch den im Steuerraum 50 herrschenden Druck eine Kraft
in Schließrichtung
auf das Einspritzventilglied 28 erzeugt wird, kann die
Vorspannung der Schließfeder
verringert werden, um einen vorgegebenen Öffnungsdruck zu erreichen.
Dies ermöglicht
eine entsprechend kleinere und leichtere Dimensionierung der Schließfeder 44.
Außerdem
ergibt sich dabei eine geringere Belastung und damit ein geringerer
Verschleiß der
Dichtfläche 34 und
des Ventilsitzes 36.
-
Bei
einem in den 2 und 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel
weist das Kraftstoffeinspritzventil 12 ein erstes Einspritzventilglied 28 auf, das
in der Bohrung 30 längsverschiebbar
geführt
ist. Wie in 3 dargestellt
weist der Ventilkörper 26 an seinem
dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich
wenigstens eine erste, vorzugsweise mehrere erste Einspritzöffnungen 32 auf,
die über
den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt
angeordnet sind. Das erste 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 ersten 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 erste Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht.
Das erste Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine
Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am
dem Brennraum abgewandten Ende des ersten Einspritzventilglieds 28 greift
eine erste vorgespannte Schließfeder 44 an,
durch die das erste Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin
gedrückt wird.
Die erste Schließfeder 44 ist
in einem ersten, durch eine Bohrung 46 gebildeten Federraum
des Ventilkörpers 26 angeordnet,
der sich an die Bohrung 30 anschließt.
-
Das
erste Einspritzventilglied 28 des Kraftstoffeinspritzventils 12 ist
hohl ausgebildet und in diesem ist in einer koaxial im Einspritzventilglied 28 ausgebildeten
Bohrung ein zweites Einspritzventilglied 128 verschiebbar
geführt.
Durch das zweite Einspritzventilglied 128 wird wenigstens
eine zweite Einspritzöffnung 132 im
Ventilkörper 26 gesteuert.
Die wenigstens eine zweite Einspritzöffnung 132 ist in Richtung
der Längsachse
der Einspritzventilglieder 28, 128 zu der wenigstens
einen ersten Einspritzöffnung 32 zum
Brennraum hin versetzt angeordnet. Das zweite Einspritzventilglied 128 weist
an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise
etwa kegelförmige
Dichtfläche 134 auf, die
mit einem im Ventilkörper 26 in
dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 136 zusammenwirkt,
von dem oder nach dem die zweiten Einspritzöffnungen 132 abführen. Das
zweite Einspritzventilglied 128 kann zweiteilig ausgebildet
sein und einen die Dichtfläche 134 aufweisenden,
dem Brennraum zugewandten Teil und einen vom Brennraum weg an den
ersten Teil anschließenden
zweiten Teil aufweisen. Nahe dem brennraumseitigen Ende des zweiten
Einspritzventilglieds 128 ist an diesem eine ausserhalb
des Ventilsitzes 136 liegende Druckfläche 142 gebildet,
auf die bei geöffnetem
erstem Einspritzventilglied 28 der im Druckraum 40 herrschende
Druck wirkt.
-
An
die den ersten Federraum bildende Bohrung 46 vom Brennraum
weg anschließend
ist wie in 2 dargestellt
im Ventilkörper 26 eine
einen zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ausgebildet,
in dem eine zweite, auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende
Schließfeder 144 angeordnet
ist. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist
im Durchmesser etwas kleiner ausgebildet als die den ersten Federraum
bildende Bohrung 46. Das erste Einspritzventilglied 28 ragt
mit seinem Ende in den ersten Federraum hinein und stützt sich
in diesem an der ersten Schließfeder 44 ab.
Die erste Schließfeder 44 stützt sich
mit ihrem dem ersten Einspritzventilglied 28 abgewandten
Ende an einer zwischen der den ersten Federraum bildenden Bohrung 46 und
der den zweiten Federraum bildenden Bohrung 146 angeordneten
Trennwand 47 ab. Das zweite Einspritzventilglied 128 ragt
mit einer Druckstange 60, die einstückig mit dem Einspritzventilglied 128 oder
als separates Teil ausgebildet sein kann, aus dem ersten Einspritzventilglied 28 heraus
und verläuft
durch den ersten Federraum und durch eine in der Trennwand 47 ausgebildete
Bohrung 45 mit kleinerem Durchmesser hindurch bis in die
Bohrung 146. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist
im Durchmesser gegenüber
der Bohrung 45 größer ausgebildet.
In der Bohrung 146 schließt sich ein mit der Druckstange 60 des
zweiten Einspritzventilglieds 128 verbundener oder mit
dieser einstückig
ausgebildeter Steuerkolben 62 an, der durch die Bohrung 146 verläuft und
in eine an diese anschließende
Bohrung 49 ragt und in dieser der Trennwand 47 abgewandt
einen Steuerraum 50 begrenzt. Die Bohrung 49 weist gegenüber der
den zweiten Federraum bildenden Bohrung 146 einen wesentlich
kleineren Durchmesser auf. Der Steuerkolben 62 ist in der
Bohrung 49 dicht geführt,
so dass der Steuerraum 50 vom zweiten Federraum getrennt
ist. Im zweiten Federraum ist die auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende zweite
Schließfeder 144 angeordnet.
Die zweite Schließfeder 144 stützt sich
einerseits am Boden des zweiten Federraums und andererseits über einen
Federteller an der Druckstange 60 des zweiten Einspritzventilglieds 128 ab.
-
Der
Steuerraum 50 ist über
eine eine Drosselstelle 56 aufweisende Verbindung 58 mit
dem Pumpenarbeitsraum 22 verbunden. Der im Steuerraum 50 herrschende
Druck folgt bedingt durch die Drosselstelle 56 dem Druckaufbau
und Druckabbau im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Kanal 48 und
im Druckraum 40 verzögert.
Zu Beginn eines Kraftstoffeinspritzzyklus wird das Steuerventil 23 geschlossen,
so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 steigt, wobei
der Druck im Steuerraum 50 verzögert ebenfalls steigt. Zur
Beendigung eines Kraftstoffeinspritzzyklus wird das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 schnell sinkt, während der
Druck im Steuerraum 50 nur verzögert sinkt.
-
Nachfolgend
wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
erläutert.
Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so
daß Kraftstoff
durch die Förderpumpe 21 aus
dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in
den Pumpenarbeitsraum 22 gefördert wird. Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird
im Pumpenarbeitsraum einspritzsynchron zyklisch Hochdruck erzeugt.
Beim Förderhub
des Pumpenkolbens 18 wird der Beginn der Kraftstoffeinspritzung
dadurch festgelegt, daß das
Steuerventil 23 schließt,
so daß der
Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist und
sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbaut. Wenn der
Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des
Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, dass die durch
diesen über
die Druckschulter 42 auf das erste Einspritzventilglied 28 erzeugte
Druckkraft größer ist als
die Kraft der ersten Schließfeder 44,
so öffnet
das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das erste Einspritzventilglied 28 mit
seiner Dichtfläche 34 vom
Ventilsitz 36 abhebt und die wenigstens eine erste Einspritzöffnung 32 freigibt.
Die in Schließrichtung
durch die zweite Schließfeder 144 und
den im Steuerraum 50 herrschenden über den Steuerkolben 62 auf
das zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Schließkraft ist
größer als
die durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die
Druckfläche 142 auf das
zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Kraft in Öffnungsrichtung 29,
so dass das zweite Einspritzventilglied 128 in seiner geschlossenen
Stellung verbleibt. Am Kraftstoffeinspritzventil 12 wird
somit mit den ersten Einspritzöffnungen 32 nur
ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts geöffnet, so daß entsprechend
nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dies ist vorzugsweise
bei einer Voreinspritzung von Kraftstoff der Fall. In 6 ist der Verlauf des Hubs
h der beiden Einspritzventilglieder 28, 128 über der
Zeit t während
eines Einspritzzyklus dargestellt. Der Hub des ersten Einspritzventilglieds 28 ist
mit durchgezogenen Linien dargestellt und der Hub des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist
mit gestrichelter Linie dargestellt. Die Voreinspritzung ist mit
A bezeichnet und es ist ersichtlich, dass hierbei nur das erste
Einspritzventilglied 28 öffnet und infolge dessen nur
eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Voreinspritzung
wird beendet, indem das Steuerventil 23 öffnet, so
dass der Druck im Druckraum 40 sinkt.
-
Zu
einer Haupteinspritzung wird das Steuerventil 23 wieder
geschlossen, so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 entsprechend
dem Profil des Nockens 20 wieder ansteigt. Bei Erreichen
des Öffnungsdrucks öffnet das
erste Einspritzventilglied 28 und gibt die ersten Einspritzöffnungen 32 frei.
Wenn das erste Einspritzventilglied 28 geöffnet ist,
so wirkt der im Druckraum 40 herrschende Druck auf die Druckfläche 142 des
zweiten Einspritzventilglieds 128 und wenn die durch den
im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Fläche 142 in Öffnungsrichtung 29 auf
das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugte Kraft größer ist
als die auf dieses in Schließrichtung
wirkende Kraft, so öffnet
auch das zweite Einspritzventilglied 128 und gibt die zweiten
Einspritzöffnungen 132 frei.
Der Druck im Steuerraum 50 steigt dabei gegenüber dem
im Druckraum 40 herrschenden Druck nur verzögert an,
so dass durch den im Steuerraum 50 herrschenden Druck zusätzlich zur zweiten
Schließfeder 144 über den
Steuerkolben 62 nur eine geringe in Schließrichtung
auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende Kraft erzeugt
wird. Bei geöffnetem
zweitem Einspritzventilglied 128 ist dann der gesamte Einspritzquerschnitt
des Kraftstoffeinspritzventils 12 freigegeben. Die Öffnungsbewegung
des zweiten Einspritzventilglieds 128 und damit die Freigabe
der zweiten Einspritzöffnungen 132 erfolgt
verzögert
nach der Öffnungshubbewegung
des ersten Einspritzventilglieds 28 und der Freigabe der ersten
Einspritzöffnungen 32 wie
dies in 6 bei der mit
B bezeichneten Haupteinspritzung dargestellt ist. Die Öffnungshubbewegung
des zweiten Einspritzventilglieds 128 wird durch den im
Steuerraum 50 herrschenden Druck gedämpft, so dass die zweiten Einspritzöffnungen 132 nur
allmählich
freigegeben werden und die eingespritzte Kraftstoffmenge nicht sprungartig
sondern allmählich
zunimmt. Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das Steuerventil 23 geöffnet, so
dass der Druck im Druckraum 40 und im Steuerraum 50 sinkt
und die Einspritzventilglieder 28,128 schließen. Der
im Steuerraum 50 herrschende Druck sinkt dabei gegenüber dem Druck
im Druckraum nur verzögert,
so dass die Schließbewegung
des zweiten Einspritzventilglieds 128 durch den im Steuerraum 50 herrschenden Druck
unterstützt
wird und das zweite Einspritzventilglied 128 bereits bei
einem relativ hohen Druck im Druckraum 40 schließt. Durch
den im Steuerraum 50 herrschenden Druck wird das zweite
Einspritzventilglied 128 auch in seiner Schließstellung
gehalten, so dass auch bei nachfolgend mit hoher Geschwindigkeit
schließendem
erstem Einspritzventilglied 28 das zweite Einspritzventilglied 128 in
seiner Schließstellung
verbleibt. Bis zum Beginn des nächsten
Kraftstoffeinspritzzyklus sinkt der im Steuerraum 50 herrschende
Druck weiter ab, so dass das zweite Einspritzventilglied 128 bei
Erreichen des vorgegebenen Öffnungsdrucks
im Druckraum 40 wieder öffnen kann.
-
Es
kann vorgesehen sein, daß die
durch die ersten Einspritzöffnungen 32 und
die zweiten Einspritzöffnungen 132 gebildeten
Einspritzquerschnitte zumindest annähernd gleich groß sind,
so daß bei der Öffnung nur
des ersten Einspritzventilglieds 28 der halbe gesamte Einspritzquerschnitt
freigegeben wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die ersten
Einspritzöffnungen 32 einen
kleineren oder größeren Einspritzquerschnitt
bilden als die zweiten Einspritzöffnungen 132.
Durch den den Steuerraum 50 begrenzenden Steuerkolben 62 kann
der Öffnungsdruck
des zweiten Einspritzventilglieds 128 bei niedrigen Drehzahlen
erhöht
werden, wodurch die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine
reduziert werden. Bei hoher Drehzahl öffnet das zweite Einspritzventilglied 128 bereits
bei einem geringeren Öffnungsdruck,
wodurch die Öffnungsdauer
des zweiten Einspritzventilglieds 128 verlängert wird.
Die verlängerte Öffnungsdauer
des zweiten Einspritzventilglieds 128 ermöglicht es,
dass die ersten Einspritzöffnungen 132 zur
Einspritzung einer vorgegeben Kraftstoffmenge mit relativ kleinem
Querschnitt ausgebildet werden können.
Dies ermöglicht
eine gute Zerstäubung
des eingespritzten Kraftstoffs.
-
In 4 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausschnittsweise
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der grundsätzliche
Aufbau mit den beiden Einspritzventilgliedern 28, 128 gleich
ist wie beim zweiten Ausführungsbeispiel,
jedoch der Steuerraum 150 in der den zweiten Federraum
bildenden Bohrung 146 gebildet ist. Der Steuerraum 150 ist über die
die Drosselstelle 156 aufweisende Verbindung 158 mit
dem Pumpenarbeitsraum 22 oder dem Kanal 48 verbunden.
Der dem zweiten Einspritzventilglied 128 zugeordnete Steuerkolben 162 ragt
in den Steuerraum 150 hinein und an diesem stützt sich über einen
Federteller 170 die zweite Schließfeder 144 ab. Der
Durchmesser des Steuerkolbens 162 ist wesentlich kleiner
als der Durchmesser des Federtellers 170. Im Federteller 170 ist
wenigstens eine Öffnung 172 vorhanden,
durch die die beiden Teilräume,
in die der Steuerraum 150 durch den Federteller 170 unterteilt
wird, miteinander verbunden sind. Bei großem Querschnitt der wenigstens einen Öffnung 172 im
Federteller 170 ist der Federteller 170 auf seinen
beiden Seiten vom selben Druck beaufschlagt. Über den Querschnitt der wenigstens einen Öffnung 172 kann
der Öffnungsdruck
und die Öffnungsgeschwindigkeit
des Einspritzventilglieds 128 positiv beeinflußt werden.
Die vom im Steuerraum 150 herrschenden Druck beaufschlagte
Fläche auf
der der Trennwand 47 zugewandten Seite des Federtellers 170 ist
jedoch durch den dort anliegenden Steuerkolben 162 kleiner
als die Fläche
der gegenüberliegenden
Seite des Federtellers 170, so dass sich durch den im Steuerraum 150 herrschenden
Druck eine Kraft auf den Steuerkolben 162 in Schließrichtung
des zweiten Einspritzventilglieds 128 ergibt. Die Funktion
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
ist gleich wie vorstehend beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
In 5 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausschnittsweise
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der Aufbau im wesentlichen gleich ist wie beim
dritten Ausführungsbeispiel. Der
Steuerraum 150 ist in der den zweiten Federraum bildenden
Bohrung 146 gebildet. Die zweite Schließfeder 144 stützt sich über den
Federteller 170 am Steuerkolben 162 ab, wobei
der Federteller 170 wenigstens eine Öffnung 172 aufweist.
Auf der dem Steuerkolben 162 abgewandten Seite des Federteller 170 ist
ein Dämpfungskolben 174 angeordnet,
der sich am Federteller 170 abstützt oder mit diesem verbunden
ist. Der Dämpfungskolben 174 ragt
in eine sich an die Bohrung 146 anschließende Bohrung 176 hinein
und begrenzt in dieser einen Dämpfungsraum 178.
Der Dämpfungsraum 178 ist
mit einem Niederdruckbereich verbunden, vorzugsweise über eine Drosselstelle 180.
Der Durchmesser des Dämpfungskolbens 174 ist
kleiner als der Durchmesser des Steuerkolbens 162, so dass
durch den im Steuerraum 150 herrschenden Druck auf den
Federteller 170 eine Kraft in Schließrichtung des zweiten Einspritzventilglieds 128 erzeugt
wird.