DE19630750C2

DE19630750C2 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE19630750C2
Application number: DE19630750A
Authority: DE
Inventors: Fumitsugu Yoshizu
Original assignee: Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2016-07-31
Also published as: KR970011374A; GB2303877B; JPH0942115A; GB2303877A; KR100237842B1; DE19630750A1; GB9615061D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen eines Kraftstoffs in zwei Stufen, nämlich einer Voreinspritzstufe und einer Haupteinspritzstufe.

In letzter Zeit wurden, um den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern, verschiedene Arten von Kraftstoffeinspritzdüsen entwickelt, bei denen ein Kraftstoff in zwei Stufen einge spritzt wird, nämlich in einer Voreinspritzstufe und einer Haupteinspritzstufe. Eine derartige Kraftstoffeinspritzdüse, wie sie in dem Japanischen Gebrauchsmuster der Veröffentli chung JP 4-8310 U von 1992 offenbart ist, ist zusätzlich mit einem Hilfskolben ausgestattet.

Die Kraftstoffeinspritzdüse der obigen Veröffentlichung wird jetzt kurz beschrieben. Ein Nadelventil, eine Düsenfeder und der Hilfskolben sind in einem hohlen Hauptkörper in dieser Reihenfolge aufwärts aufgenommen. Ein Kraftstoffzuführweg ist in dem Hauptkörper ausgebildet. Ein Hochdruckkraftstoff wird stoßweise und periodisch diesem Zuführweg von einer Kraftstoffeinspritzpumpe zugeführt, die durch einen Motor angetrieben wird.

Vor der Zufuhr des Hochdruckkraftstoffes wird sowohl das Nadelventil auf einen Hauptventilsitz, um die Einspritzöff nung zu verschließen, als auch der Hilfskolben auf einen zweiten Ventilsitz unter der Wirkung der Düsenfeder gesetzt. Wenn der Druck des zugeführten Kraftstoffs vergrößert wird, bis er einen anfänglichen Ventilöffnungsdruck übersteigt, wird das Nadelventil gegen die Wirkung der Düsenfeder ange hoben. Dadurch wird die Voreinspritzung gestartet. Ein bißchen später wird der Hilfskolben angehoben. Zu diesem Zeitpunkt ist die Düsenfeder um die Länge zusammengedrückt, die der Hilfskolben angehoben worden ist, um dadurch das Nadelventil hart in Richtung auf den Hauptventilsitz vor zuspannen. Demzufolge wird das Nadelventil veranlaßt, auf dem Hauptventilsitz zu sitzen. Auf diese Weise wird die Voreinspritzung beendet.

Wenn der Kraftstoffdruck weiter anwächst und einen Haupt ventilöffnungsdruck übersteigt, wird das Nadelventil wieder angehoben, und die Haupteinspritzung wird gestartet. Wenn die Zufuhr von Kraftstoff für einen einzigen Zuführabschnitt beendet ist, und der Kraftstoffdruck abgenommen hat, wird das Nadelventil auf den Hauptventilsitz gesetzt. Dadurch wird die Haupteinspritzung beendet. Danach setzt sich der Hilfskolben auf den zweiten Ventilsitz.

Die Einspritzcharakteristik der oben erwähnten herkömmlichen Kraftstoffeinspritzdüse wird nur in Abhängigkeit von dem Aufbau der Kraftstoffeinspritzdüse und der Weise der Druck änderung des zugeführten Kraftstoffes (das hängt von der Drehzahl des Motors ab) bestimmt. Dementsprechend ist es unmöglich, eine Einstellung durchzuführen, um eine bessere Einspritzcharakteristik zu erhalten.

Zum Beispiel hat die obige Kraftstoffeinspritzdüse insofern Nachteile, als eine Voreinspritzmenge größer als die erwünschte Einspritzmenge wird, wenn der Motor eine größer werdende Drehzahl hat. Das heißt, wenn die Drehzahl des Motors ansteigt, wird eine Kraftstoffzuführmenge, die von der Kraftstoffeinspritzpumpe pro Zeiteinheit kommt, ver größert, und demzufolge wird die Voreinspritzmenge mehr als notwendig vergrößert. Solch ein Zuwachs der Voreinspritzmen ge bewirkt eine Verschlechterung der Verbrennungscharak teristik. Die herkömmliche Kraftstoffeinspritzdüse weist jedoch nicht eine derartige Einstelleinrichtung auf, die solch ein unerwünschtes Auftreten unterdrücken kann.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Einspritzcharakteristik einer Kraftstoffeinspritzdüse einstellen kann.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Kraft stoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung gestellt, die
eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen eines Kraftstoffes in zwei Stufen aufweist, nämlich einer Voreinspritzstufe und einer Haupteinspritzstufe, wobei die Einspritzdüse

a) einen länglichen hohlen Hauptkörper mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Aufnahme loch, die in dieser Reihenfolge von seinem dista len Ende zu seinem basalen Ende angeordnet sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Auf nahmeloch miteinander in Verbindung stehen, wobei der Hauptkörper eine Einspritzöffnung und einen Hauptventilsitz aufweist, die an seinem distalen Ende ausgebildet sind, wobei die Einspritzöffnung mit dem ersten Aufnahmeloch über den Hauptventil sitz in Verbindung steht, wobei der Hauptkörper des weiteren einen Zuführweg zur Zufuhr eines Hochdruckkraftstoffes zu dem ersten Aufnahmeloch und einen Abflußweg zum Ausstoßen eines Kraft stoffes, der in dem zweiten Aufnahmeloch aufge nommen ist, aufweist, wobei der Hauptkörper mit einem zweiten Ventilsitz ausgestattet ist, um den Zuführweg und das dritte Aufnahmeloch miteinander zu verbinden,
b) ein Nadelventil, das in dem ersten Aufnahmeloch des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei das Nadelventil in axialer Richtung des Hauptkörpers gleitbar ist, wobei das Nadelventil auf den Hauptventilsitz setzbar und von dem Hauptventil abhebbar ist,
c) einen Hilfskolben, der in dem dritten Aufnahme loch des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei der Hilfskolben in axialer Richtung des Hauptkörpers gleitbar ist, wobei der Hilfskolben auf den zwei ten Ventilsitz setzbar und von dem zweiten Ven tilsitz abhebbar ist,
d) eine Düsenfeder, die in dem zweiten Aufnahmeloch des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei die Düsenfeder das Nadelventil und den Hilfskolben in entgegengesetzte Richtungen vorspannt, um dadurch das Nadelventil und den Hilfskolben in Richtung auf den Hauptventilsitz bzw. den zweiten Ventil sitz vorzuspannen, und
e) eine Ableiteinrichtung zum Ableiten eines Druckes in einem geschlossenen Raum in das zweite Auf nahmeloch aufweist, wobei der geschlossene Raum in einem Nachbargebiet des zweiten Ventilsitzes in dem dritten Aufnahmeloch ausgebildet wird, wenn der Hilfskolben auf dem zweiten Ventilsitz sitzt,

gekennzeichnet durch
eine Druckkontrolleinrichtung (

50

,

60

) zum Regeln des Druckes in dem zweiten Aufnahmeloch (

14

) in Abhängigkeit von einer Betriebszustandsgröße des Motors (E), wobei die Druckkontrolleinrichtung ein Druckregelventil (

50

), das an den mit dem zweiten Aufnahmeloch (

14

) verbundenen Abflußweg (

30

) angeschlossen ist, und eine Ventilkontrolleinrichtung (

60

) aufweist, die das Druckregelventil (

50

) in Abhängig keit von der Betriebszustandsgröße des Motors (E) regelt.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungs beispiels einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt einer Kraftstoffein spritzdüse der obigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Vielzahl (z. B. 4) Kraftstoffeinspritzdüsen 1 auf. Diese Kraftstoffeinspritzdüsen 1 haben im großen und ganzen den gleichen Aufbau, der sich nicht wesentlich von dem der oben erwähnten herkömmlichen Kraftstoffeinspritzdüse unterschei det. Diese Kraftstoffeinspritzdüsen 1 sind an einem Motor E derart befestigt, daß die Kraftstoffeinspritzdüsen 1 jeweils Kraftstoffbrennkammern des Motors E gegenüberliegen. Bei Fig. 1 sind der Motor E und die Einspritzdüsen 1 lediglich zur Einfachheit der Darstellung voneinander entfernt angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 nimmt periodisch und stoßweise die Zufuhr eines Hochdruckkraftstoffes von einer Kraftstoffeinspritzpumpe P auf, und spritzt den Kraft stoff in eine Brennkammer des Motors E. Die Kraftstoffein spritzpumpe P wird durch den Motor E betätigt.

Zuerst wird der Aufbau jeder Einspritzdüse 1 im Detail beschrieben. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Ein spritzdüse 1 einen länglichen hohlen Hauptkörper 1a auf. Der Hauptkörper 1a weist ein Steckelement 2, einen Düsenhalter 3, einen Abstandshalter 4 und einen Düsenkörper 5 auf, die alle in dieser Reihenfolge abwärts angeordnet sind. Das Steckelement 2 und der Düsenhalter 3 sind miteinander durch eine Nuß 6 verbunden. Der Düsenkörper 5 ist mit dem Düsen halter 3 durch eine Nuß 7 verbunden.

Ein Aufnahmeloch 8 (erstes Aufnahmeloch) ist in dem Düsen körper 5 ausgebildet und erstreckt sich in axialer Richtung des Düsenkörpers 5. Das Aufnahmeloch 8 weist einen Führungs abschnitt 8a, einen Kraftstoffsammelabschnitt 8b und einen Strömabschnitt 8c auf, die alle in dieser Reihenfolge abwärts angeordnet sind. Ein Hauptventilsitz 9 und eine Einspritzöffnung 10 sind an einem distalen Ende des Düsen körpers 5 ausgebildet. Die Einspritzöffnung 10 steht mit dem Aufnahmeloch 8 über den Hauptventilsitz 9 in Verbindung.

Ein Nadelventil 11 ist in dem Aufnahmeloch 8 aufgenommen. Ein oberer Endabschnitt des Nadelventils 11 hat einen größe ren Durchmesser. Der größere obere Endabschnitt ist in axialer Richtung gleitbar in dem Führungsabschnitt 8a aufge nommen. Ein unteres Ende des Nadelventils 11 weist eine konische Gestalt auf. Das konische untere Ende liegt dem Hauptventilsitz 9 gegenüber. Wenn das Nadelventil 11 auf dem Hauptventilsitz 9 sitzt, ist die Einspritzöffnung 10 geschlossen, und wenn das Nadelventil 11 von dem Hauptven tilsitz 9 angehoben ist, ist die Einspritzöffnung 10 geöff net. Die vollkommen angehobene Stellung des Nadelventils 11 wird dadurch bestimmt, daß das Nadelventil 11 den Abstands halter 4 (Anschlagelement) berührt.

Ein Zuführweg 12 zur Zufuhr des Hochdruckkraftstoffes ist in dem Hauptkörper 1 über die Gesamtheit des Steckelements 2, des Düsenhalters 3, des Abstandhalters 4 und des Düsenkörpers 5 ausgebildet. Ein Ende des Zuführweges 12 öffnet sich an einer oberen Endfläche des Steckelements 2 und wird an die Kraftstoffeinspritzpumpe P über eine Leitung angeschlos sen. Das andere Ende des Zuführweges 12 ist an dem Kraft stoffsammelabschnitts 8b des Aufnahmelochs 8 angeschlossen.

Ein Aufnahmeloch 13 ist bei einem oberen Abschnitt des Düsenhalters 3 ausgebildet, und ein weiteres Aufnahmeloch 14 (zweites Aufnahmeloch) ist in einem unteren Abschnitt davon ausgebildet. Die Aufnahmelöcher 13 und 14 stehen miteinander über ein durchgehendes Loch 15 mil einem verminderten Durch messer in Verbindung. Ein Zylinder 16, eine ringförmige Beilagscheibe 17 und ein ringförmiges Anschlagelement 23 sind in dem Aufnahmeloch 13 aufgenommen und in dieser Rei henfolge abwärts angeordnet. Der Zylinder 16, die Beilag scheibe 17 und das Anschlagelement 23 sind durch ein Gewindeelement 18 befestigt, das in einen oberen Abschnitt des Aufnahmelochs 13 geschraubt ist. Der Zylinder 16 und das Schraubenelement 18 bilden einen Teil des Hauptkörpers 1a.

Ein sich in axialer Richtung erstreckendes Loch 16x (drittes Aufnahmeloch) ist in dem Zylinder 16 ausgebildet. Das Loch 16x weist einen Führungsabschnitt 16a und einen Raum 16b mit einem größeren Durchmesser auf. Der Raum 16b ist oberhalb des Führungsabschnitts 16a angeordnet. Ein zweiter Ventil sitz 20 ist an einem oberen Endabschnitt des Zylinders 16 ausgebildet. Der zweite Ventilsitz 20 liegt dem Raum 16b gegenüber. Der zweite Ventilsitz 20 steht mit dem Zuführweg 12 über ein Verbindungsloch 18a, das in dem Gewindeelement 18 ausgebildet ist, und über einen Raum 21 in Verbindung, der zwischen dem Gewindeelement 18 und dem Steckelement 2 ausgebildet ist.

Ein Hilfskolben 22 ist in das Führungsloch 16a eingesetzt. Der Hilfskolben 22 kann in axialer Richtung gleiten, so daß er auf dem zweiten Ventilsitz 20 sitzen und von dem zweiten Ventilsitz 20 angehoben werden kann. Die vollkommen angehobene Stellung des Hilfskolben 22 ist dadurch festgelegt, daß der Hilfskolben 22 in Kontakt mit dem Anschlagelement 23 gebracht wird, das an einem unteren Abschnitt des Aufnahme lochs 13 angeordnet ist. Eine Abschrägung 22a ist auf dem Hilfskolben 22 ausgebildet. Ein Ableitweg 24 (Ableiteinrich tung) mit einem schmalen Querschnittsgebiet ist zwischen der Abschrägung 22a und einer inneren Umfangsfläche der Führungsbohrung 16a ausgebildet. Statt des Ableitweges 24 kann auch ein Ableitloch mit einem verminderten Durchmesser in dem Hilfskolben 22 ausgebildet sein.

Eine Düsenfeder 25 ist in dem Aufnahmeloch 14 des Düsenhal ters 3 aufgenommen. Das Nadelventil 11 und der Hilfskolben 22 werden durch die Düsenfeder 25 in einer Richtung vonein ander weg vorgespannt. Genauer tritt ein Stangenabschnitt 11a mit einem kleinen Durchmesser auf Lücke durch das Anschlagelement 4 und erstreckt sich in axialer Richtung von einem oberen Ende des Nadelventils 11 nach oben. Ein Feder halter 28 ist auf dem oberen Ende des Stangenabschnitts 11a bei einem unteren Ende des Aufnahmelochs 14 montiert. Ein Stangenabschnitt 22b erstreckt sich in axialer Richtung von einem unteren Ende des Hilfskolbens 22 nach unten. Dieser Stangenabschnitt 22b tritt auf Lücke durch die Beilagscheibe 17 und das Anschlagelement 23 tritt ebenso auf Lücke durch das durchgehende Loch 15 des Düsenhalters 3. Ein Federhalter 29 ist auf einem unteren Ende des Stangenabschnitts 22b bei einem oberen Teil des Aufnahmelochs 14 montiert. Die Düsen feder 25 ist in ihrem zusammengedrückten Zustand zwischen dem Federhalter 28 und dem Federhalter 29 angeordnet. Die Düsenfeder 25 spannt das Nadelventil 11 nach unten in Rich tung auf den Hauptventilsitz 9 und ebenfalls den Hilfskolben 22 nach oben in Richtung auf den zweiten Ventilsitz 20 vor.

Der Hauptkörper 1a weist einen Abflußweg 30 auf, der sich von dem Düsenhalter 3 zu dem Steckelement 2 erstreckt. Ein Ende des Abflußweges 30 steht mit dem oberen Teil des Auf nahmelochs 14 in Verbindung, und sein anderes Ende öffnet sich bei dem Steckelement 2 und ist an ein Gehäuse 40, wie es später beschrieben wird, über eine Verbindung 31 und eine Leitung angeschlossen.

Die Druckangriffsflächen des Nadelventils 11 und des Hilfs kolbens 22 zur Aufnahme des Kraftstoffdruckes werden jetzt beschrieben. Wenn die Druckangriffsflächen des Nadelventils 11 und des Hilfskolbens 22 zu der Zeit, wenn das Nadelventil 11 und der Hilfskolben 22 in den sitzenden Zuständen und in den angehobenen Zuständen sind, die durch S_N1, S_N2 bzw. S_D1, S_D2 ausgedrückt werden, gilt der folgende Ausdruck.

S_D1 < S_N1 < S_N2 < S_D2 (Gleichung 2)

Die Druckangriffsfläche S_N1 des Nadelventils 11 für den Fall, daß das Nadelventil 11 in dem sitzenden Zustand ist, kann durch Abziehen eines Gebietes, das von einer kreisförmigen Grenzlinie zwischen dem Nadelventil 11 und dem Hauptventil sitz 9 umgeben ist, von dem Querschnittsgebiet des oberen Endabschnitts des Nadelventils 11 erhalten werden. Die Druckangriffsfläche S_N2 für den Fall, daß das Nadelventil 11 in dem angehobenen Zustand ist, ist gleich dem Querschnitts gebiet des oberen Endabschnittes des Nadelventils 11.

Die Druckangriffsfläche S_D1 für den Fall, daß der Hilfskolben 22 in dem sitzenden Zustand ist, ist gleich einem Gebiet, das von einer kreisförmigen Grenzlinie zwischen dem Hilfs kolben 22 und dem zweiten Ventilsitz 20 umgeben ist. Die Druckangriffsfläche S_D2 für den Fall, daß der Hilfskolben 22 in dem angehobenen Zustand ist, ist gleich einem Quer schnittsgebiet des Hilfskolbens 22, der in dem Führungs abschnitt 16a eingesetzt ist.

Der kennzeichnende Teil der vorliegenden Erfindung wird jetzt im Detail beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzvor richtung der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu der oben erwähnten Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen 1 ein Gehäuse 40, ein elektromagnetisches Proportionaldruckregel ventil 50 (Druckregelventil) und eine Ventilkontrolleinheit 60 (Ventilkontrolleinrichtung) auf.

Das Gehäuse 40 weist eine Kraftstoffsammelkammer 42 und vier Einlaßöffnungen 43 auf, die mit der Kraftstoffsammelkammer 42 in Verbindung stehen. Das Aufnahmeloch 14 jeder Ein spritzdüse 1 steht mit einer gemeinsamen Kraftstoffsammel kammer 42 über den Abflußweg 30, das Verbindeelement 31, eine Leitung (nicht gezeigt) und die entsprechende Einlaß öffnung 43 in Verbindung. Das Gehäuse 40 ist mit einem Hilfsweg 44 ausgebildet, der mit der Kraftstoffsammelkammer 42 in Verbindung steht. Dieser Hilfsweg 44 ist an eine Kraftstoffeinlaßseite (Niedrigdruckseite) der Kraftstoffein spritzpumpe P über das Verbindeelement 45 und eine Leitung (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Hilfskammer 44 könnte auch mit einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) in Verbindung stehen.

Eine Ventileinrichtung 51 des elektromagnetischen Proportio naldruckregelventils 50 ist an einer Verzweigung zwischen der Kraftstoffsammelkammer 42 und dem Hilfsweg 44 angeord net. Weil das elektromagnetische Proportionaldruckregelven til 50 das gleiche wie ein bekanntes ist, wird eine detail lierte Beschreibung davon weggelassen. Das elektromagneti sche Proportionaldruckregelventil 50 kann den Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 auf einem Druck proportional zu einem Wert eines Stroms halten, der seiner Antriebseinheit 52 zugeführt wird. Das heißt, daß das Ventil 50 eine Menge an Kraftstoff, die einer Differenz zwischen dem Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 und dem Druck, der proportional zu dem Stromwert ist, entspricht, in den Hilfsweg 44 von der Kraftstoffsammelkammer 42 abläßt.

Die Ventilkontrolleinheit 60 kontrolliert den Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 durch Regeln der Antriebseinheit 52 des elektromagnetischen Proportionaldruckregelventils 50 als Reaktion auf ein Signal, das z. B. von einem Drehzahlmes ser 61 zur Bestimmung einer Drehzahl des Motors E kommt. Die Druckregeleinrichtung wird durch die Ventilkontrolleinheit 60 und das elektromagnetische Proportionaldruckregelventil 50 gebildet.

Der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die so aufgebaut ist, wird jetzt beschrieben. Um ein leichtes Verständnis zu fördern, wird die Betätigung der Kraftstoff einspritzdüse 1 zunächst unter der Annahme beschrieben, daß das Gehäuse 40, das elektromagnetische Proportionaldruck regelventil 50 und die Ventilkontrolleinheit 60, die den kennzeichnenden Teil der vorliegenden Erfindung ausmachen, nicht vorgesehen sind.

Bevor der Kraftstoff unter Druck von der Kraftstoffeinsprit zpumpe P der Kraftstoffeinspritzdüse 1 zugeführt wird, werden unter der Wirkung der Düsenfeder 25 das Nadelventil 11 und der Hilfskolben 22 veranlaßt, auf dem Hauptventilsitz 9 bzw. auf dem zweiten Ventilsitz 20 zu sitzen. Wenn der Druck des zuzuführenden Kraftstoffs den bestimmten anfäng lichen Ventilöffnungsdruck P_N1 übersteigt, wird das Nadelven til 11 von dem Hauptventilsitz 9 angehoben, und ein Hoch druckkraftstoff wird von der Einspritzöffnung 10 einge spritzt. Das heißt, daß die Voreinspritzung begonnen hat. Der anfängliche Ventilöffnungsdruck P_N1 wird durch die fol gende Gleichung ausgedrückt.

P_N1 = F₁/S_N1 (Gleichung 2)

Dabei bedeutet F₁ eine Kraft der Düsenfeder 25, die auf das Nadelventil 11 ausgeübt wird, wenn sowohl das Nadelventil 11, als auch der Hilfskolben 22 im Ventilsitz sitzen.

Wenn der Kraftstoffdruck weiter ansteigt und einen Anhebe druck P_DL übersteigt, wird der Hilfskolben 22 angehoben. Der Anhebedruck P_DL kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

P_DL = F₂/S_D1 (Gleichung 3)

Dabei bedeutet F₂ eine Kraft der Düsenfeder 25, die auf den Hilfskolben 22 ausgeübt wird, wenn das Nadelventil 11 ange hoben ist, und der Hilfskolben 22 im Ventilsitz sitzt.

Wenn der Hilfskolben 22 beginnt, sich anzuheben, wird die Druckangriffsfläche des Hilfskolbens 22 abrupt von S_D1 auf S_D2 erhöht. Demzufolge wird der Hilfskolben 22 schnell abwärts bewegt, bis er das Anschlagelement 23 berührt, um somit die vollkommen angehobene Stellung zu erreichen. Weil dadurch der Ableitweg 24 geschlossen wird, wird kein Hoch druckkraftstoff zu dem Aufnahmeloch 14 über den Ableitweg 24 abgeleitet.

Die Düsenfeder 25 wird weiter durch Anheben des Hilfskolbens 22 in die vollkommen angehobene Stellung zusammengedrückt. Deshalb wird die Kraft der Düsenfeder 25, die auf das Nadel ventil 11 angewendet wird, vergrößert. Demzufolge setzt sich das Nadelventil 11 auf den Hauptventilsitz 9, und die Vor einspritzung wird beendet.

Wenn der Kraftstoffdruck weiter ansteigt und den Hauptven tilöffnungsdruck P_M übersteigt, wird das Nadelventil 11 aus dem Hauptventilsitz 9 angehoben, und die Haupteinspritzung begonnen. Der Hauptventilöffnungsdruck P_M kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

P_M = F₃/S_N1 (Gleichung 4)

Dabei bedeutet F₃ eine Kraft der Düsenfeder 25, die auf das Nadelventil 11 ausgeübt wird, wenn das Nadelventil 11 im Ventilsitz sitzt, und der Hilfskolben 22 vollkommen angeho ben ist.

Wenn die Zufuhr des Hochdruckkraftstoffes für einen einzigen Zuführabschnitt beendet ist, nachdem das Nadelventil 11 angehoben ist, erniedrigt sich der Kraftstoffdruck. Demzu folge setzt sich unter der Wirkung der Düsenfeder 25 das Nadelventil 11 auf den Hauptventilsitz 9. Demzufolge wird die Haupteinspritzung beendet. Nachdem das Nadelventil 11 auf dem Hauptventilsitz 9 sitzt, wird der Hilfskolben 22 nach oben durch die Düsenfeder 25 vorgespannt und auf den zweiten Ventilsitz 20 gesetzt.

Wenn der Hilfskolben 22 auf dem zweiten Ventilsitz 20 sitzt, wird der Raum 16b des Zylinders 16 mit dem Hilfskolben 22 blockiert und der Hochdruckkraftstoff bleibt dort. Jedoch entweicht der Hochdruckkraftstoff aus dem Raum 16b zu dem Aufnahmeloch 14 über den Ableitweg 24. Somit wird verhin dert, daß der Hochdruckkraftstoff in dem Raum 16b einge sperrt wird.

Jetzt wird der Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüse 1 für den Fall beschrieben, daß das Gehäuse 40, das elektromagnetische Proportionaldruckregelventil 50 und die Ventilkontrollein heit 60 vorhanden sind, die den kennzeichnenden Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Dieser Betrieb ist im wesent lichen außer den folgenden Punkten der gleiche wie für den Fall, daß diese Bestandteile nicht vorgesehen sind.

Wenn der Hilfskolben 22 auf dem zweiten Ventilsitz 20 sitzt, wird der Hochdruckkraftstoff von dem Raum 16b (siehe Fig. 2) des Zylinders 16 zu dem Aufnahmeloch 14 über den Ableit weg 24 abgeleitet. Des weiteren wird der Hochdruckkraftstoff der Kraftstoffsammelkammer 42 des Gehäuses 40 über den Abflußweg 30 zugeführt und darin gesammelt. Weil die Zufuhr in die Kraftstoffsammelkammer 42 durch das elektromagneti sche Proportionalregelventil 50 gestoppt wird, erniedrigt sich der Druck des Kraftstoffs nicht auf das Niveau des Atmosphärendrucks und bleibt auf einem Druckniveau, das durch das elektromagnetische Proportionaldruckregelventil 50 eingestellt ist. Demzufolge wird der Druck in dem Aufnahme loch 14 auf dem gleichen Niveau wie der Druck in der Kraft stoffsammelkammer 42 gehalten.

In dem Fall dieses Ausführungsbeispiels regelt die Ventil kontrolleinheit 60 das elektromagnetische Proportionaldruck regelventil 50 und vergrößert den Druck in dem Aufnahmeloch 14 durch Vergrößern des Drucks in der Kraftstoffsammelkammer 42, wenn der Motor E sich mit einer größeren Drehzahl dreht. In diesem Fall kann der Druck in dem Aufnahmeloch 14 linear, gebogen oder schrittweise in Übereinstimmung mit der Dreh zahl des Motors E vergrößert werden.

Durch Vergrößern des Drucks in dem Aufnahmeloch 14 kann, wenn der Motor E sich mit einer höheren Geschwindigkeit dreht, verhindert werden, daß die Voreinspritzmenge über mäßig groß wird. Die Gründe dafür werden hiernach im Detail beschrieben.

Wenn das Nadelventil 11 und der Hilfskolben 22 in ihrem sitzenden Zustand sind, wird das Nadelventil 11 zusätzlich zu der oben erwähnten Kraft der Düsenfeder 25 einer abwärts drückenden Kraft F_x unterworfen, die durch den Kraftstoff druck P in dem Aufnahmeloch 14 verursacht wird. Die Kraft F_x kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

F_x = P.S_N2 (Gleichung 5)

Die Anfangsventilöffnungszeit des Nadelventils 11 ist gegen über dem Fall, daß kein Kraftstoffdruck P in dem Aufnahme loch 14 erfolgt ist, um eine Zeit verzögert, die der Kraft F_x entspricht.

Auf der anderen Seite wird eine untere Endfläche des Hilfs kolbens 22 einer nach oben wirkenden Kraft F_U unterworfen, die durch den Kraftstoffdruck P in dem Aufnahmeloch 14 verursacht wird. Die Kraft F_U kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

F_U = P.S_D2 (Gleichung 6)

Weil jedoch der Raum 16b mit dem Aufnahmeloch 14 über den Ableitweg 24 in Verbindung steht, ist der Druck in dem Raum 16b der gleiche wie der Druck P in dem Aufnahmeloch 14. Demzufolge nimmt der Hilfskolben 22 die abwärts wirkende Kraft F_D, die durch den Kraftstoffdruck P in dem Raum 16b bewirkt wird, auf. Die Kraft F_D kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

F_D = P.(S_D2 - S_D1) (Gleichung 7)

Demzufolge nimmt der Hilfskolben 22 die aufwärts gerichtete Kraft F_y auf, die durch den Kraftstoffdruck P zusätzlich zu der Kraft der Düsenfeder 25 bewirkt wird. Die Kraft F_y kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.

F_y = F_U - F_D = P.S_D1 (Gleichung 8)

Die Anhebezeit des Hilfskolbens 22 wird gegenüber dem Fall, daß kein Kraftstoffdruck P in dem Aufnahmeloch 14 erzeugt wird, um eine Zeit verzögert, die der Kraft F_y entspricht.

Wie oben erwähnt wurde, sind, wenn der Kraftstoffdruck P in dem Aufnahmeloch 14 erzeugt wird, das Nadelventil 11 und der Hilfskolben 22 in der Anhebezeit um die Zeit, die den Kräf ten F_x und F_y entspricht, gegenüber dem Fall, daß kein Kraft stoffdruck in dem Aufnahmeloch 14 herrscht, verzögert. Die Verzögerungszeit des Nadelventils 11 wird größer als die des Hilfskolbens 22, wenn der Druck P in dem Aufnahmeloch 14 vergrößert wird. Das ist der Fall, weil die Relation S_N2 < S_D1 zwischen den Druckangriffsflächen gilt, und somit die Relation F_x < F_y.

Demzufolge wird der Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 durch das elektromagnetische Proportionaldruckregelventil 50 vergrößert, wenn sich der Motor E mit einer höheren Drehzahl dreht. Dadurch wird der Druck in dem Aufnahmeloch 14 ver größert, so daß der Zeitabstand zwischen der Zeit, wenn sich das Nadelventil 11 anhebt, bis zu der Zeit, wenn sich der Hilfskolben 22 anhebt, das heißt, die Voreinspritzzeit, verkürzt wird. Demzufolge kann verhindert werden, daß die Voreinspritzmenge übermäßig groß wird.

Weil bei diesem Ausführungsbeispiel das Gehäuse 40 für die Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen gemeinsam ist, können die Herstellungskosten reduziert werden. Weil das Volumen der Kraftstoffsammelkammer 42 größer gemacht werden kann, als das Volumen des Aufnahmelochs 14, kann eine Pulsierung des Kraftstoffdruckes in dem Aufnahmeloch 14 infolge des Anhebens und Setzens des Nadelventils 11 und des Hilfskol bens 22 unterdrückt werden.

Es ist ebenfalls eine interessante Alternative, daß die Kraftstoffeinspritzdüse 1 mit einem Hubsensor zum Bestimmen des Anhebens des Nadelventils 10 ausgestattet ist, wobei eine Voreinspritzmenge auf der Basis der angehobenen Größe, die durch den Hubsensor bestimmt wird, berechnet wird, und der Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 so mit Rückkopp lung geregelt wird, daß die Voreinspritzmenge eine erwünsch te Menge entsprechend der Drehzahl des Motors wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das obige Ausfüh rungsbeispiel beschränkt, sondern viele Veränderungen können gemacht werden. Zum Beispiel kann jede Einspritzdüse 1 mit dem elektromagnetischen Proportionaldruckregelventil ausge stattet sein, so daß der Druck in dem Aufnahmeloch 14 jeder Kraftstoffeinspritzdüse 1 individuell geregelt werden kann.

Der Druck in dem Aufnahmeloch 14 könnte auch in Überein stimmung mit anderen Betriebszustandsgrößen als die Drehzahl des Motors geregelt werden.

Die Erfindung betrifft somit einen Hilfskolben 22, eine Düsenfeder 25 und ein Nadelventil 11, die in einem Haupt körper 1a einer Kraftstoffeinspritzdüse 1 in dieser Reihenfolge in Richtung auf ein distales Ende des Hauptkör pers aufgenommen sind. Es wird ein Gehäuse 40 bereitge stellt, das von der Kraftstoffeinspritzdüse 1 entfernt angeordnet ist. Es wird ebenfalls ein Druckregelventil 50 zur Verfügung gestellt, das an dem Gehäuse befestigt ist. Eine Kraftstoffsammelkammer 42, die in dem Gehäuse ausge bildet ist, ist an ein Aufnahmeloch 14 angeschlossen, um darin die Düsenfeder 25 aufzunehmen. Das Druckregelventil 50 regelt einen Druck in der Kraftstoffsammelkammer 42 und regelt schließlich einen Druck in dem Aufnahmeloch 14.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
einer Kraftstoffeinspritzdüse (1) zum Einspritzen eines Kraftstoffes in zwei Stufen, nämlich einer Voreinspritzstufe und einer Haupteinspritzstufe, wobei die Einspritzdüse

a) einen länglichen hohlen Hauptkörper (1a) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Aufnahmeloch (8, 14, 16x), die in dieser Reihen folge von seinem distalen zu seinem basalen Ende angeordnet sind, wobei das erste, das zweite und das dritte Aufnahmeloch miteinander in Verbin dung stehen, wobei der Hauptkörper eine Ein spritzöffnung (10) und einen Hauptventilsitz (9) aufweist, die an seinem distalen Ende ausge bildet sind, wobei die Einspritzöffnung mit dem ersten Aufnahmeloch über den Hauptventilsitz in Verbindung steht, wobei der Hauptkörper des wei teren einen Zuführweg (12) zur Zufuhr eines Hochdruckkraftstoffes zu dem ersten Aufnahmeloch und einen Abflußweg (30) zum Ausstoßen eines Kraftstoffes, der in dem zweiten Aufnahmeloch aufgenommen ist, aufweist, wobei der Hauptkörper mit einem zweiten Ventilsitz (20) ausgestattet ist, um den Zuführweg und das dritte Aufnahme loch (16x) miteinander zu verbinden,
b) ein Nadelventil (11), das in dem ersten Auf nahmeloch des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei das Nadelventil in axialer Richtung des Hauptkörpers gleitbar ist, wobei das Nadelventil auf den Hauptventilsitz setzbar und von dem Hauptventil abhebbar ist,
c) einen Hilfskolben (22), der in dem dritten Auf nahmeloch des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei der Hilfskolben in axialer Richtung des Hauptkörpers gleitbar ist, wobei der Hilfskolben auf den zweiten Ventilsitz setzbar und von dem zweiten Ventilsitz abhebbar ist,
d) eine Düsenfeder (25), die in dem zweiten Aufnah meloch (14) des Hauptkörpers aufgenommen ist, wobei die Düsenfeder das Nadelventil und den Hilfskolben in entgegengesetzte Richtungen vor spannt, um dadurch das Nadelventil und den Hilfskolben in Richtung auf den Hauptventilsitz bzw. den zweiten Ventilsitz vorzuspannen, und
e) eine Ableiteinrichtung (24) zum Ableiten eines Druckes in einem geschlossenen Raum (16b) in das zweite Aufnahmeloch (14) aufweist, wobei der geschlossene Raum in einem Nachbargebiet des zweiten Ventilsitzes in dem dritten Aufnahmeloch ausgebildet wird, wenn der Hilfskolben (22) auf dem zweiten Ventilsitz (20) sitzt,

gekennzeichnet durch
eine Druckkontrolleinrichtung (50, 60) zum Regeln des Druckes in dem zweiten Aufnahmeloch (14) in Abhängigkeit von einer Betriebszustandsgröße des Motors (E), wobei die Druckkontrolleinrichtung ein Druckregelventil (50), das an den mit dem zweiten Aufnahmeloch (14) verbundenen Abflußweg (30) angeschlossen ist, und eine Ventilkontrolleinrichtung (60) aufweist, die das Druckregelventil (50) in Abhängig keit von der Betriebszustandsgröße des Motors (E) regelt.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch ein Gehäuse (40) mit einer Kraftstoffsammel kammer (42), die an den Abflußweg (30) der Kraftstoffein spritzdüse (1) angeschlossen ist, wobei die Druckkontroll einrichtung (50, 60) einen Druck in der Kraftstoffsammelkammer regelt.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der Kraftstoffeinspritz düsen (1) vorgesehen sind, wobei die Abflußwege (30) der Kraftstoffeinspritzdüsen gemeinsam an die Kraftstoffsammel kammer (42) angeschlossen sind.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkontrolleinrichtung (60) das Druckregelventil (50) in Übereinstimmung mit einer Drehzahl des Motors (E) regelt und den Kraftstoffdruck in dem zweiten Aufnahmeloch (14) in Übereinstimmung mit der Vergrößerung der Drehzahl regelt.