DE10326506A1

DE10326506A1 - Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit hubstabilisiertem Einspritzventilglied

Info

Publication number: DE10326506A1
Application number: DE2003126506
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz; Achim Brenk; Martin Kropp; Reinhard Tampe; Heike Bastian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-05
Also published as: WO2004111428A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (10) einer Verbrennungskraftmaschine. Ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied (11) umfasst einen ersten Düsennadelteil (15) und einen zweiten Düsennadelteil (16). Der erste Düsennadelteil (15) ist ersten Einspritzöffnungen (17), der zweite Düsennadelteil (16) ist zweiten Einspritzöffnungen (18) zugeordnet, die durch den jeweiligen Düsennadelteil (15, 16) geöffnet oder verschlossen werden. Die Düsennadelteile (15, 16) sind unabhängig voneinander über Federelemente (21, 22) beaufschlagt. Die Federelemente (21, 22) sind in voneinander getrennten Federräumen (40, 41) untergebracht. Eine hydraulisch wirksame Fläche (27, 43)), welche dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnet ist, ist mit einem dessen Öffnungsdruck steigernden Druckniveau beaufschlagbar. Durch eine Veränderung der Federvorspannung eines Federelementes (22) kann der Öffnungsdruck, dem das zweite Düsennadelteil (16) ausgesetzt ist, variiert werden.

Description

Technisches Gebiet
Als Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungskraftmaschinen kommen heute hub- oder druckgesteuerte Einspritzsysteme zum Einsatz. An diese Einspritzsysteme werden zunehmend höhere Anforderungen hinsichtlich der Russ- und NO_x-Emissionen einerseits und einer hohen spezifischen Leistung (kW/l) andererseits gestellt.

DE 102 29 417.8 hat ein druckgesteuertes Einspritzsystem mit Druckübersetzer und Koaxial-Variodüse zum Gegenstand. Über eine Kraftstoffhochdruckquelle wird der Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt. Zwischen einem Einspritzventil und der Kraftstoffhochdruckquelle ist ein Druckverstärker angeordnet. Der Druckverstärker weist einen Übersetzerkolben auf, welcher einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Druckraum von einem, einen Düsenraum des Kraftstoffinjektors beaufschlagenden Hochdruckraum trennt. Das Einspritzventil des Kraftstoffinjektors umfasst eine Düsennadel, mit welchem dem Brennraum zuweisende Einspritzöffnungen freigebbar oder verschließbar sind. Die Düsennadel umfasst ein erstes Düsennadelteil und einen weiteren, zweiten Düsennadelteil, die druckabhängig angesteuert, verschiedene Einspritzquerschnitte an einer Einspritzdüse freigeben beziehungsweise verschließen.

DE 100 38 054 A1 bezieht sich auf eine nockenbetätigte Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Düsennadel und einer zweiten Düsennadel. Mittels der Düsennadel sind unterschiedliche Einspritzquerschnitte für den Teillastbetrieb und den Volllastbetrieb realisierbar. Die als Doppelnadel ausgebildete Einspritzdüse umfasst eine mit ersten Einspritzöffnungen zusammenwirkende erste Düsennadel und eine mit zweiten Einspritzöffnungen zusammenwirkende zweite Düsennadel. Zumindest einer der beiden Düsennadeln ist ein an einen Druckraum grenzender Steuerkolben zugeordnet. In den Druckraum mündet eine Druckleitung ein, wobei der Druck im Druckraum über ein Ventil steuerbar ist. Vom Druckraum aus erstreckt sich eine Entlastungsleitung, in welcher das Ventil angeordnet ist. Auf die mittels des Steuerkolbens in Schließrichtung betätigte Düsennadel der beiden Düsennadeln wirkt eine Schließfeder ein. Die beiden Düsennadeln sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die erste Düsennadel innerhalb der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Düsennadel verschiebbar angeordnet ist.

Darstellung der Erfindung

Es hat sich erwiesen, dass heutige hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren für Hochdruckspeichereinspritzsysteme den Nachteil aufweisen, dass aufgrund eines rechteckförmigen Einspritzverlaufes, im Vergleich zu druckgesteuerten Systemen ohne Voreinspritzung, ein höheres Geräusch entsteht. Um dies zu umgehen, werden eine oder mehrere Voreinspritzungen realisiert. Die Voreinspritzungen gehen jedoch mit einer erhöhten Russemission einher. Eine Möglichkeit, um bei den Kraftstoffeinspritzsystemen dieses Problem abzuschwächen und bessere Russ-/NO_x Emissionen zu erreichen, bieten druckgesteuerte Einspritzsysteme, die einen rampenförmigen Einspritzverlauf aufweisen. Mit diesen Systemen können aufgrund des rampenförmigen Einspritzverlaufes bei gleichbleibendem Geräusch die Emissionen verringert werden. Bei druckgesteuerten Hochdruckspeichereinspritzsystemen kann eine Drucküberhöhung am Ende des Einspritzvorganges realisiert werden. Die mit diesem Kraftstoffeinspritzsystem realisierbare Drucküberhöhung ist jedoch nicht für beliebig hohe Einspritzmengen nutzbar, so dass eine effiziente Einspritzung zum Erreichen hoher spezifischer Leistungen nicht mit der Forderung nach kleinen Einspritzöffnungen, die hinsichtlich der Emissionsentwicklung und der Geräuschreduzierung erforderlich sind, vereinbar ist.

Abhilfe kann durch den Einsatz einer Variodüse geschaffen werden, mit deren Hilfe bei Teillast der Verbrennungskraftmaschine kleine Einspritzöffnungen und im Volllastbereich der Verbrennungskraftmaschine größere Einspritzquerschnitte freigegeben werden. Variodüsen werden bei Pumpe-Düse-Systemen eingesetzt. Bei hubgesteuerten Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common Rail) hat sich jedoch herausgestellt, dass der Einsatz einer Variodüse aufgrund des permanent druckbeaufschlagten Einspritzventilgliedes zu einer permanenten Leckage in Richtung auf den Brennraum über eine Führung eines inneren Nadelteiles auftritt, was einerseits sehr hohe HC-Emissionen und andererseits eine schleichende Schmierölverdünnung zur Folge hat.

Bei Variodüsen, die in Verbindung mit druckgesteuerten Common-Rall-Einspritzsystemen werden, kann es aufgrund von Wellendynamik in einem das Einspritzventilglied umgebenden Düsenraum zu Druckschwingungen kommen, welche zu einem unbeabsichtigten Öffnen des inneren Nadelteils der Variodüse führen können. In Grenzbereichen kann dies dazu führen, dass das innere Düsennadelteil nicht bereits durch die erste Druckwelle öffnet, sondern erst aufgrund der sich einstellenden zweiten oder dritten Druckwelle ein Öffnen des inneren Nadelteils ausgelöst wird. Dies führt im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu starken Drehmomentschwankungen, die nicht akzeptabel sind. Dies führt weiterhin dazu, dass dieser Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise ein korrespondierender Bereich zwischen zwei Druckniveaus innerhalb des Hochdruckspeicherraumes (Common Rail), möglichst gemieden werden muss. Der kritische Betriebsbereich ist im Wesentlichen abhängig vom Öffnungsdruck des inneren Düsennadelteiles der Variodüse.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann der kritische Betriebsbereich, innerhalb dessen ein mehrteiliges Einspritzventilglied eines Kraftstoffinjektors gemäß dem oben Gesagten nicht stabil und reproduzierbar betrieben werden kann, je nach Bedarf in seiner Lage hinsichtlich der applizierbaren Drücke verschoben werden, so dass sich ein stabiler Betrieb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors innerhalb des gesamten Kennfeldes erreichen lässt. Dazu wird der Öffnungsdruck, bei welchem ein innerer Düsennadelteil eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes öffnet, verschoben. Die Verschiebung des Öffnungsdruckes lässt sich in besonders einfacher Weise dadurch erreichen, dass ein Federraum eines den inneren Düsennadelteil beaufschlagenden Federelementes mit einem geringen Druckniveau, so zum Beispiel dem Vorförderdruck eines Kraftstoffförderaggregates, beaufschlagt wird und daher einerseits ein geringer Energieaufwand und andererseits eine Ausnutzung bereits vorhandener Gegebenheiten möglich ist.

Wird im Federraum, welcher ein das innere Düsennadelteil beaufschlagendes Federelement aufnimmt, ein Druck angelegt, so kann der Öffnungsdruck des inneren Düsennadelteiles erhöht werden. Damit lässt sich der Bereich eines instabilen Betriebes des Kraftstoffinjektors zu höheren Druckniveaus hin verschieben, so dass sich ein stabiler Betrieb einstellt. Soll hingegen auf einen Betrieb mit beiden Düsennadelteilen des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes umgeschaltet werden, kann der auf den Federraum, der dem inneren Düsennadelteil zugeordnet ist, einwirkende Druck wieder zurückgenommen werden, wodurch der Öffnungsdruck, der zum Öffnen des inneren Düsennadelteiles erforderlich ist, abgesenkt werden kann. Durch diese Maßnahme lässt sich der kritische Betriebsbereich dahingehend verschieben, dass dieser nun unterhalb des tatsächlichen Druckniveaus im Düsenraum, der das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied umgibt, abgesenkt wird.

Über Federelemente werden beide Düsennadelteile des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes getrennt in die jeweiligen Sitze gedrückt. Damit lassen sich die Öffnungsdrücke, bei welchen die Düsennadelteile des mehrteiligen Einspritzventilgliedes öffnen, unabhängig voneinander einstellen. Der das mehrteilige Einspritzventilglied umgebende Düsenraum ist im stromlosen Zustand des den Kraftstoffinjektor betätigenden Zumessventils drucklos. Die beim Einspritzvorgang auftretende Wellendynamik lässt sich zur Erzeugung einer Drucküberhöhung ausnutzen. Da sich beim Erreichen des Öffnungsdruckes, bei dem die innere Düsennadel des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes öffnet, ein größerer Durchfluss durch die dann freigegebenen Einspritzquerschnitte einstellt, lässt sich die Einspritzdauer im Vergleich zu nur einer geöffneten Anzahl von Einspritzöffnungen verkürzen, so dass die aufgrund der Wellendynamik auftretende Drucküberhöhung auch für große Einspritzmengen ausgenutzt werden kann.

Für die Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Düsennadelteils des mehrteiligen Einspritzventilgliedes kann entweder ein Druckbolzen (Steuerkolben) eingesetzt werden oder alternativ das im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors herrschende Druckniveau direkt an den das innere Düsennadelteil beaufschlagenden Federraum angeschlossen werden. Eine am Ende des inneren Düsennadelteiles ausgebildete Druckfläche kann somit für eine Öffnungsdruckerhöhung des inneren Düsennadelteiles genutzt werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, den Hub eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu stabilisieren und demzufolge reproduzierbar zu gestalten, ist dadurch gegeben, dass das innere Düsennadelteil zu Beginn des Einspritzvorganges blockiert wird. Erst bei vollständigem Druckaufbau im das mehrteilige Einspritzventilglied umgebenden Düsenraum erfolgt ein Öffnen des inneren Düsennadelteils. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein aufgrund von im Düsenraum auftretenden Druckschwingungen undefiniertes Schwanken der Einspritzmengen, ausgelöst durch ein „Flattern" des inneren Düsennadelteiles, verhindern. Gemäß dieser Ausführungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens kann zu Beginn der Öffnungsbewegung des den Kraftstoffinjektor betätigenden Zumessventils ein ansonsten in die Leckage abgesteuerter Kraftstoffanteil auf die Rückseite des inneren Düsennadelteiles geleitet werden. Dadurch wird eine kurzzeitige Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Düsennadelteils erreicht. Diese kurzzeitige Öffnungsdruckerhöhung des inneren Düsennadelteils dient zur Stabilisierung des Öffnungsverhaltens des inneren Düsennadelteils. Die Zeitspanne, innerhalb der auf der Rückseite des inneren Düsennadelteils ein Druckabbau erfolgt, kann über eine Drosselstelle eingestellt werden. Gegen Ende des Einspritzvorganges kann die Absteuermenge in vorteilhafter Weise über den dem inneren Düsennadelteil zugeordneten Federraum geführt werden. Da das das innere Düsennadelteil beaufschlagende Federelement eine geringere Vorspannung als das Federelement, welches die Außennadel beaufschlagt, aufweist, kann das Schließen des inneren Düsennadelteils gegen Ende des Einspritzvorganges erheblich beschleunigt werden. Die Druckfläche des inneren Düsennadelteils ist wesentlich kleiner bemessen als die hydraulisch wirksame Fläche des äußeren Düsennadelteils des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes.

Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 den schematischen Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems,
2 eine erste Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialnadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes,
3 eine zweite Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialnadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes und
4 eine weitere Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialdüse ausgebildeten Einspritzventilgliedes.
Ausführungsvarianten
1 ist der schematische Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen.
Das in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein Kraftstoffförderaggregat 1 sowie ein Vorförderaggregat 1.1, mit welchem dem Kraftstoffförderaggregat 1 vorverdichteter Kraftstoff zugeführt wird. Der Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 2 gefördert, der mit Kraftstoff 3 befüllt ist, und in welchen niederdruckseitig abströmender Kraftstoff aufgefangen wird. Das Kraftstoffförderaggregat 1 beaufschlagt einen Speicherraum 4 (Common Rail) mit unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff, wobei das Druckniveau variabel geregelt werden kann.
Vom Speicherraum 4 aus erstrecken sich Hochdruckleitungen zu einem ersten Injektor 5, einem zweiten Injektor 6, einem dritten Injektor 7 sowie einem vierten Injektor 8. Aus der Darstellung des vierten Injektors 8 gemäß 1 geht hervor, dass der vierte Injektor 8 einen Injektorkörper 9 aufweist, in welchem ein mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied 11 aufgenommen ist. Die Betätigung des vierten Injektors 8 erfolgt über ein Steuerventil 12.
Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 umfasst einen Federraum 13, in welchem ein als Bolzen ausgebildeter Anschlag 14 angeordnet ist. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 weist einen ersten Düsennadelteil 15 sowie einen zweiten, weiteren Düsennadelteil 16 auf. Die Hubbewegung des außenliegenden ersten Düsennadelteils 15 ist durch einen im Federraum 13 aufgenommenen ringförmigen Anschlag begrenzt, während die Hubbewegung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 durch den im Federraum 13 angeordneten bolzenförmig ausgebildeten Anschlag 14 begrenzt ist.
Durch das außenliegende erste Düsennadelteil 15 werden erste Einspritzöffnungen 17 in der Wandung eines Brennraumes 10 verschlossen beziehungsweise freigegeben. Dem innenliegend angeordneten, zweiten Düsennadelteil 16 sind zweite Einspritzöffnungen 18 zugeordnet, die entsprechend der Hubbewegung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 verschlossen beziehungsweise freigegeben werden.
Im Injektorkörper 9 des vierten Kraftstoffinjektors 8 ist ein Düsenraum 19 ausgebildet, welcher das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 im Bereich einer Druckstufe umgibt. Durch die die jeweiligen Stirnseiten der Düsennadelteile 15, 16 beaufschlagenden Federelemente 21, 22 sind gemäß der Darstellung in 1 sowohl das erste Düsennadelteil 15 wie auch das zweite Düsennadelteil 16 jeweils in ihren brennraumseitig ausgebildeten Sitz gedrückt. Vom Düsenraum 19 über einen Ringspalt 20, den Einspritzöffnungen 17, 18 zuströmender Kraftstoff steht aufgrund der Schließstellung des ersten Düsennadelteiles 15 beziehungsweise des zweiten Düsennadelteiles 16 oberhalb der geschlossenen Sitze der beiden Düsennadelteile 15, 16 des mehrteiligen Einspritzventilgliedes 11 an.
Der Düsenraum 19 im Injektorkörper 9 des vierten Kraftstoffinjektors 8 wird über einen Düsenraumzulauf 23 bei geöffnetem Steuerventil 12 (Zumessventil) mit dem im Speicherraum herrschenden Kraftstoffdruck beaufschlagt. Das Steuerventil 12 weist ferner zur Absteuerung von Kraftstoff eine Verbindung zu einem niederdruckseitigen Ablauf 24 auf. Der Federraum 13 im Injektorkörper 9 des vierten Injektors 8 ist ebenfalls mit dem niederdruckseitigen Ablauf 24 verbunden.
2 ist eine erste Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxial-Vario-Düse ausgebildeten, mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu entnehmen.
Wie aus der Darstellung gemäß 2 hervorgeht, erfolgt eine Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 über einen Düsenraumzulauf 23, der sich zwischen dem Steuerventil 12 und dem Düsenraum 19 erstreckt. Der Speicherraum 4 (Common Rail) ist mit dem Steuerventil 12 verbunden.
Im Injektorkörper 9 des Kraftstoffinjektors ist das mehrteilige Einspritzventilglied 11 aufgenommen, welches den äußeren Düsennadelteil 15 sowie den koaxial zu diesem angeordneten zweiten, inneren Düsennadelteil 16 aufweist. Jedem der beiden Düsennadelteile 15 beziehungsweise 16 sind Einspritzöffnungen 17 beziehungsweise 18 zugeordnet. In der Darstellung gemäß 2 ist das erste Düsennadelteil 15 in seinen brennraumseitigen Sitz 25 gestellt, während das innenliegend angeordnete, zweite Düsennadelteil 16 in seinen brennraumseitigen Sitz 26, die zweiten Einspritzöffnungen 18 verschließend, gedrückt wird.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß 2 werden die beiden Düsennadelteile 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 über Federelemente 21, 22 beaufschlagt, die in getrennt voneinander angeordneten Federräumen 40 beziehungsweise 41 aufgenommen sind.
Das eine erste federraumseitig ausgebildete Stirnfläche des ersten, äußeren Düsennadelteils 15 beaufschlagende Federelement 21 ist in dem ersten Federraum 40 aufgenommen, während das zweite, eine Stirnseite 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 beaufschlagende Federelement 22 innerhalb eines zweiten Federraumes 41 angeordnet ist. Darüber hinaus ist im zweiten Federraum 41 ein Steuerkolben 42 ausgebildet, der eine niederdruckseitig beaufschlagbare Stirnfläche 43 aufweist. Eine Absteuerung von Leckölvolumen aus dem ersten Federraum 40 erfolgt über einen Rücklauf 44; die Führungsleckage zwischen dem außenliegend angeordneten ersten Düsennadelteil 15 sowie dem innenliegend angeordneten, relativ zu diesem bewegbaren zweiten Düsennadelteil 16 erfolgt über Öffnungen 48, die mit einem zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 45 in Verbindung stehen.
In der Darstellung gemäß 2 sind das erste Düsennadelteil 15 sowie das zweite Düsennadelteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 durch die diese beaufschlagenden Federelemente 21, 22 jeweils in ihre brennraumseitigen Sitze 25 beziehungsweise 26 gestellt. Aufgrund dessen sind die Einspritzquerschnitte 17 beziehungsweise 18 geschlossen. Über die in den voneinander getrennten Steuerräumen 40, 41 angeordneten Federelemente 21, 22 werden die beiden Düsennadelteile 15, 16 jeweils in ihre Düsennadelsitze 25, 26 gedrückt. Damit lassen sich die beiden Öffnungsdrücke der Düsennadelteile 15, 16 unabhängig voneinander einstellen. Der Düsenraum 19 ist im unbestromten Zustand des Steuerventils 12 drucklos. Aufgrund der Wellendynamik beim Einspritzvorgang lässt sich eine sich einstellende Drucküberhöhung nutzen. Bei Erreichen des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 stellt sich ein größerer Durchfluss durch die dann freigegebenen ersten und zweiten Einspritzöffnungen 17, 18 ein. Demzufolge kann die Spritzdauer verkürzt werden. Im Vergleich zu einem druckgesteuerten Kraftstoffinjektor mit einer konventionell ausgebildeten einteiligen Düse kann die Drucküberhöhung für größere Einspritzmengen im Rahmen einer Haupteinspritzung ausgenutzt werden.
Wird im zweiten Federraum 41, der dem innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16 zugeordnet ist, ein Druck angelegt, so kann der Öffnungsdruck des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 erhöht werden. Der Betriebsbereich, in welchem sich ein instabiler Betrieb einstellen kann, wird zu höheren Druckniveaus hin verschoben. Wird auf einen Injektorbetrieb mit beiden Düsennadelteilen 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 umgeschaltet, wird der Druck im zweiten Federraum 41, der die Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 beaufschlagt, wieder zurückgenommen, so dass der Öffnungsdruck, dem das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 ausgesetzt ist, abgesenkt wird.
Für die Erhöhung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 kann entweder ein Steuerkolben 42 eingesetzt werden, dessen niederdruckseitige Stirnfläche 43 dem Niederdruck unmittelbar ausgesetzt ist.
Wird über einen Leckagerücklauf 47 auf die niederdruckseitig beaufschlagbare erste Stirnfläche 43 des Steuerkolbens 42 über das Vorförderaggregat 1.1 eine Druckerhöhung ausgeübt, so kann der Steuerkolben 42 nach unten bewegt werden. Über diese Bewegung wird die Federvorspannung und damit die Federkraft des Federelementes 22 erhöht. Gleichzeitig steigt aufgrund der unterschiedlichen hydraulisch wirksamen Flächen, nämlich der Stirnfläche 43 des Steuerkolbens 42 und der dieser gegenüberliegenden, den zweiten Federraum 41 begrenzenden zweiten Stirnfläche 43* der Druck im Federraum 41 an, so dass der Öffnungsdruck, dem der innere Düsennadelteil 16 ausgesetzt ist, ebenfalls zunimmt.
Alternativ kann – vgl. Darstellung gemäß 3 – der niederdruckseitig durch das Vorförderaggregat 1.1 erzeugte Druck auf den zweiten Federraum 41 übertragen werden, so dass unmittelbar die den zweiten Federraum 41 begrenzende Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 als Druckfläche für die Öffnungsdruckerhöhung dient. Der niederdruckseitig herrschende Druck liegt im Bereich des Vorförderdruckes, der durch das Vorförderaggregat 1.1 aufgebracht werden kann und üblicherweise zwischen 3 und 10 bar beträgt.
In vorteilhafter Weise dient die Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 einerseits als hydraulisch wirksame Fläche für das niederdruckseitig herrschende Druckniveau; andererseits dient die dem zweiten Federraum 41 zuweisende Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 als Auflagefläche für das im zweiten Federraum 41 angeordnete, den zweiten Düsennadelteil 16 in Schließstellung beaufschlagende Federelement 22.
3 ist eine weitere, zweite Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialnadel ausgebildeten, mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu entnehmen.
Im Unterschied zur oben beschriebenen Ausführungsvariante gemäß 2 wird der zweite Federraum 41, in welchem das zweite Federelement 22 aufgenommen ist, unmittelbar dem niederdruckseitig herrschenden Druckniveau ausgesetzt. Enthält die Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ein in 1 dargestelltes Vorförderaggregat 1.1, so kann der Niederdruckbereich in vorteilhafter Weise durch das Druckniveau des Vorförderaggregates 1.1 beaufschlagt werden, so dass das im zweiten Federraum 41 die Stirnseite 27 beaufschlagende Druckniveau verschieden vom Atmosphärendruck, d.h. höher als dieser, liegt. Im Übrigen ist die in 3 dargestellte Ausführungsvariante eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 mit getrennten Federräumen 41, 42 identisch zur in 2 dargestellten Ausführungsvariante.
Der Darstellung gemäß 4 ist eine weitere Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialdüse ausgebildeten mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu entnehmen.
Die Ausführungsvariante gemäß 4 zeigt einen Speicherraum 4 (Common Rail), der unter Zwischenschaltung eines Steuerventils 12 über den Düsenraumzulauf 23 den Düsenraum 19 beaufschlagt. Der Düsenraum 19 umschließt das mehrteilig ausgebildete Ein spritzventilglied 11 an einer Druckstufe 46. Sowohl der erste Federraum 40 als auch das mehrteilige Einspritzventilglied 11 stehen mit niederdruckseitigen Rückläufen 44 beziehungsweise 45 in Verbindung, über welche Leckage abgeführt werden kann. Dazu sind sowohl am ersten Düsennadelteil 15 wie auch am zweiten Düsennadelteil 16 Öffnungen 48 ausgebildet, über welche die Führungsleckage in den zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 45 abzuströmen vermag.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante gemäß 4 steht der zweite Federraum 41 über eine Überströmleitung 49 mit dem Steuerventil 12 in Verbindung. Von der Überströmleitung 49 zweigt ein weiterer niederdruckseitiger Rücklauf 47 ab, in welchem eine Drosselstelle 50 aufgenommen ist.
Bei der Ansteuerung des das Steuerventil 12 betätigenden Aktors wird dieses geöffnet. Dabei sind zu Beginn der Öffnungsbewegung entsprechend einem bestimmten Hubbereich des Steuerventils 12 beide Durchflussquerschnitte dieses Ventils gleichzeitig geöffnet. Dies bedeutet, dass ein geringer Anteil an Kraftstoff bereits zu Beginn der Öffnungsphase des Steuerventils 12 direkt in die Leckage über die Überströmleitung in den niederdruckseitigen Rücklauf 47 abgesteuert wird. Dieser Anteil kann erfindungsgemäß auf die Rückseite, d.h. die Stirnfläche 27, des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 gelenkt werden und somit zur kurzzeitigen Erhöhung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 genutzt werden. Die kurzzeitige Öffnungsdruckerhöhung am zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 dient zur Stabilisierung des Öffnungsverhaltens des zweiten Düsennadelteils 16. Dies bedeutet, dass die im Düsenraum 19 bei dessen Druckbeaufschlagung sich einstellenden Druckschwingungen noch nicht zu einem vorzeitigen Öffnen des zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteils 16 führen. Erst wenn nach einer bestimmten, von der Dimensionierung der Drosselstelle 50 abhängigen Zeit der Druck auf die Stirnfläche 25 des zweiten Düsennadelteils 16 abgebaut ist, erfolgt ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16. Ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 kann somit unabhängig von Druckschwingungen im Düsenraum 19 für alle Kraftstoffinjektoren (vgl. 1, Positionen 5, 6, 7, 8) gleichförmig gestaltet werden. Dies erlaubt einen Ausgleich von Bauteiltoleranzen beziehungsweise einen Ausgleich von Hub-Hubstreuungen. Das Steuerventil 12 kann kurz vor der Einspritzung angesteuert werden. Die Ansteuerdauer des Steuerventils 12 ist so kurz bemessen, dass noch keine Kraftstoffeinspritzung aufgrund einer Öffnung des äußeren Nadelteils 15 erfolgt. Demnach gelangt Kraftstoff über die Überströmleitung 49 in den Federraum 41 und führt dort zu einer Erhöhung des Druckniveaus. Dies führt zu einer Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Nadelteils 16. Durch die Auslegung der Drosselstelle 50 wird die Zeit bestimmt, innerhalb der der Druck innerhalb des Federrau mes 41 wieder auf Leckagedruckniveau abgebaut wird. Damit lässt sich eine variable Steuerung des Öffnungszeitpunktes des inneren Nadelteils 16 erreichen.
Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gegen Ende der Einspritzung die Absteuermenge über den zweiten Federraum 41, welche die Stirnfläche 27 des zweiten, innenliegenden Düsennadelteils 16 beaufschlagt, geführt werden. Da das zweite Federelement 22 eine geringere Vorspannung erzeugt als das Federelement 21, welches das erste Düsennadelteil 15 beaufschlagt, kann das Schließen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 gegen Einspritzende beschleunigt werden.
Durch die Dimensionierung des Drosselelementes 50 in Leckagerücklauf 47 kann die Zeit bestimmt werden, während der die Öffnungsdruckerhöhung am zweiten Düsennadelteil 16 wirksam ist. Dadurch ist ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 während bestimmter, im Düsenraum 19 auftretender Druckschwingungsamplituden ausgeschlossen. Damit wird ein Mengenspringen, welches durch die bei Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einhergehenden Druckschwingungen verursacht wird, ausgeschlossen. Weitere Einflussmöglichkeiten hinsichtlich der Hubstabilisierung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 sind durch die Dimensionierung der hydraulisch wirksamen, den zweiten Federraum 41 begrenzenden Stirnfläche 27 am zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 gegeben. Schließlich kann durch die Auslegung des zweiten Federelementes 22, welches im zweiten Federraum 41 aufgenommen ist, der Öffnungsdruck des zweiten Düsennadelteils 16 gezielt eingestellt werden. Auch gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens erfolgt eine Absteuerung der Führungsleckage zwischen den Düsennadelteilen 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 über die Öffnungen 48, die ihrerseits mit einem zweiten Ablauf 45 in den Niederdruckbereich in Verbindung stehen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann verhindert werden, dass bei einem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied 11, einen äußeren, ersten Düsennadelteil 15 und einen von diesem umschlossenen zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 umfassend, das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 öffnet, sobald der Druck im Düsenraum 19 das Öffnungsdruckniveau des innenliegend angeordneten Düsennadelteils 16 erreicht. Sich abhängig von der Genauigkeit der Einstellung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 einstellende Schwankungen des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16, sind nunmehr ausgeschlossen. Dies gilt ebenso für von den Bauteiltoleranzen und deren Veränderung über die Betriebszeit des Injektors abhängige Schwankungen des Öffnungsdruckes am innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß der in 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten vermieden, dass die sich bei Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 mit dem aus dem Speicherraum 4 zuströmenden, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einstellenden Druckamplituden das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 unbeabsichtigt öffnet.

1: Kraftstoffförderaggregat
1.1: Vorförderaggregat
2: Kraftstofftank
3: Kraftstoff
4: Speicherraum (Common Rail)
5: erster Injektor
6: zweiter Injektor
7: dritter Injektor
8: vierter Injektor
9: Injektorkörper
10: Brennraum
11: Einspritzventilglied
12: Steuerventil
13: Federraum
14: Anschlag
15: erstes Düsennadelteil
16: zweites Düsennadelteil
17: erste Öffnungen
18: zweite Öffnungen
19: Düsenraum
20: Ringspalt
21: erstes Federelement
22: zweites Federelement
23: Düsenraumzulauf
24: niederdruckseitiger Rücklauf
25: Sitz des ersten Düsennadelteils 15
26: Sitz des zweiten Düsennadelteils 16
27: Stirnseite zweites Düsennadelteil 16
40: erster Federraum
41: zweiter Federraum
42: Steuerkolben
43: erste Stirnseite Steuerkolben
43*: zweite Stirnseite Steuerkolben
44: weiterer niederdruckseitiger Ablauf
45: weiterer niederdruckseitiger Ablauf
46: Druckstufe
47: Leckageablauf
48: Leckageöffnungen
49: Überströmleitung
50: Drosselstelle

Claims

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (10) einer Verbrennungskraftmaschine mit einem mehrteiligen Einspritzventilglied (11), welches ein mit ersten Einspritzöffnungen (17) zusammenwirkendes erstes Düsennadelteil (15) und ein mit zweiten Einspritzöffnungen (18) zusammenwirkendes zweites Düsennadelteil (16) aufweist, wobei die Düsennadelteile (15, 16) des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes (11) unabhängig voneinander über Federelemente (21, 22) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die Düsennadelteile (15, 16) vorspannenden Federelemente (21, 22) in voneinander getrennten Federräumen (40, 41) untergebracht sind, wobei eine dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnete hydraulisch wirksame Fläche (27, 43) mit einem das Öffnungsdruckniveau des zweiten Düsennadelteils (16) erhöhenden Druck beaufschlagbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Düsennadelteil (16) des mehrteiligen Einspritzventilgliedes (11) eine den zweiten Federraum (41) begrenzende Stirnfläche (27) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnete zweite Federraum (41) über einen oder mehrere niederdruckseitige Rückläufe (47) oder über eine sich von einem Steuerventil (12) aus erstreckende Überströmleitung (49) druckbeaufschlagbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im zweiten Federraum (41) aufgenommene zweite Federelement (22) an einem Steuerkolben (42) anliegt, dessen Stirnseite (43) niederdruckseitig druckbeaufschlagt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federraum (41) bei Betätigung des Steuerventils (12) über die Überströmleitung (49) mit einem abgesteuerten Kraftstoffvolumen beaufschlagbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (49) einen ein Druckhalteelement (50) aufweisenden niederdruckseitigen Rücklauf (47) enthält.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteelement als Drosselstelle (50) ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federraum (41), welcher dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnet ist, über ein Vorförderaggregat (1.1), welches dem Kraftstoffförderaggregat (1) zur Beaufschlagung eines Speicherraumes (4) vorgeschaltet ist, mit dem Vorförderdruckniveau beaufschlagt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (42) mit einem dessen Maximalhub begrenzenden Anschlag des zweiten Federraumes (41) zusammenwirkt.