DE19946515A1 - Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Hubkolbenmotore - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Hubkolbenmotore, die an Einspritzventilen mit ausschließlich federbelasteten Düsennadeln angeschlossen ist, und bei der der Kraftstoff aus einem Hochdrucksammelbehälter für mehrere Zylinder eines Hubkolbenmotors zuführbar ist. Die eingespritzte Kraftstoffmenge und das Öffnen und Schließen der Düsennadel von Einspritzventilen wird mittels eines hydraulisch bewegbaren Steuerkolbens und eines elektrisch betätigbaren Ventils beeinflußt. Der Steuerkolben ist mehrfach in seinem Durchmesser abgestuft und weist mindestens einen Ventilsitz auf. Am Steuerkolben sind eine Ringnut, die mit einem zum Einspritzventil führenden Hochdruckkanal verbunden ist und ein Hochdruckanschluß für Kraftstoff vorhanden, der über einen Kanal mit einem im Gehäuse der Vorrichtung, im Bereich des Ventilsitzes des Steuerkolbens angeordneten Ringraum und einem an der in Richtung des elektrisch betätigbaren Ventils des Steuerkolbens angeordneten Steuerraum verbunden ist, vorhanden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll die Kraftstoffeinspritzung gezielt beeinflußt werden können und insbesondere das Öffnen und Schließen der Einspritzventile mit erhöhter Strahlqualität verbessert werden. Hierzu hat der Steuerkolben einen konisch ausgebildeten Ventilsitz, an den sich ein zweiter konisch ausgebildeter Teil mit einem unterschiedlichen Neigungswinkel anschließt. Der konische Teil ist im Bereich des Ringraumes angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Hubkolbenmotore nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dabei erfolgt die Kraftstoffeinspritzung nach dem sogenannten Common- Rail-Prinzip, wobei der Kraftstoff mittels einer zen­ tralen Kraftstoffhochdruckpumpe hochkomprimiert in einen Hochdrucksammelraum, in der Regel mit Rail be­ zeichnet, gelangt und von dort über entsprechende Hochdruckleitungen zu den den einzelnen Zylindern eines Hubkolbenmotors zugeordneten Einspritzventilen geführt wird. Bei diesen Systemen kann der Kraft­ stoffdruck mit herkömmlichen Drucksteuereinrichtungen auf einem bestimmten Druckniveau gehalten werden, das dann mit geringfügigen Schwankungen auch am Ein­ spritzventil anliegt. Es können Einspritzventile in Form einer Mehrlochdüse, deren Düsenöffnungen mit einer mittels einer Feder vorgespannten Düsennadel temporär verschlossen werden können, verwendet wer­ den, wie dies bisher auch bei nockenangetriebenen Einspritzsystemen der Fall war.

Das Öffnen und Schließen der Einspritzventile durch Abheben der Düsennadel erfolgt durch Ausnutzung von Druckkraftdifferenzen innerhalb entsprechend ausge­ bildeter Einrichtungen, wobei die Druckkraftdifferen­ zen gezielt mit Hilfe von elektrisch betätigbaren, in der Regel als Magnetventil ausgeführten Elementen, mit denen durch Öffnen bzw. Schließen von bestimmten Kanälen der Druck gezielt in Abhängigkeit bestimmter Motorparameter und insbesondere des jeweiligen Kur­ belwinkels, der Druck gezielt in bestimmten Arbeits­ räumen auf- bzw. abgebaut werden kann, so dass ein Steuerventil bzw. Steuerkolben translatorisch bewegt wird und entsprechend der Zugang zu einem Hochdruck­ kanal, der unmittelbar zu den Düsenöffnungen, die temporär mit der Düsennadel versperrt sind, für den hochkomprimierten Kraftstoff geöffnet oder geschlos­ sen werden kann, wobei mit dem komprimierten Kraft­ stoff die Düsennadel angehoben, also das Einspritz­ ventil geöffnet bzw. wieder gesenkt und das Ein­ spritzventil wieder geschlossen werden kann.

Dabei treten bei den herkömmlichen Systemen insbeson­ dere Schwierigkeiten bei der Geschwindigkeit des Öff­ nens und des Schließens des Einspritzventils auf, so dass es insbesondere in der Anfangs- und Endphase eines jedes Einspritzvorganges zu Problemen kommen kann, da z. B. mit unzulänglicher Tröpfchengröße ein­ gespritzt wird oder es zum unerwünschten Nachspritzen oder im Gegenteil dazu, zum Verkoken der Düsenöffnun­ gen, durch zu spätes Schließen der Düsennadel kommen kann. Insbesondere treten diese Probleme bei gegebe­ nenfalls erforderlichen Vor- oder auch Nacheinsprit­ zungen, bei denen in relativ kurzer Zeit ein geringes Kraftstoffvolumen eingespritzt werden muss, auf.

Durch den relativ konstanten Kraftstoffdruck, der prinzipbedingt am Einspritzventil anliegt, ist es ebenfalls problematisch, den Einspritzverlauf, d. h. das zeitabhängig eingespritzte Kraftstoffvolumen, für eine optimale Verbrennung gezielt zu beeinflussen, da ohne zusätzliche Maßnahmen, beginnend vom Öffnen des Einspritzventils bis zu dessen Schließung, nahezu das gleiche Kraftstoffvolumen pro Zeiteinheit in den Brennraum eines Hubkolbenmotors eingespritzt werden würde.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der die Kraftstoffeinspritzung gezielt beeinflusst werden kann und insbesondere das Öffnen und Schließen der Einspritzventile, wobei ins­ besondere die Strahlqualität des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffes verbessert werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs­ formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Hubkolbenmotore kann vor ein herkömmliches Einspritzventil angeordnet und an ein ebenfalls aus der Common-Rail-Technik bekanntes Hochdruckkraftstoffsystem angeschlossen werden, wobei das Öffnen und Schließen des jeweiligen Einspritzven­ tils mit einer ausschließlich federbelasteten Düsen­ nadel mit Hilfe des in einen Druckraum führbaren hochkomprimierten Kraftstoffs erfolgen kann. Hierzu wir ein mehrfach in seinem Durchmesser abgestufter, hydraulisch bewegbarer Steuerkolben verwendet, der in einem Gehäuse translatorisch geführt und dessen zu­ mindest einer Ventilsitz mittels einer Druckfeder vorgespannt sein kann. Der Steuerkolben ist im Gehäu­ se, entsprechend seiner Durchmesserabstufungen axial, für eine translatorische Bewegung geführt. Neben dem bereits erwähnten Ventilsitz ist am Steuerkolben eine Ringnut ausgebildet, die mit dem unmittelbar zum Ein­ spritzventil führenden Hochdruckkanal kommuniziert und durch die, bei entsprechender Bewegung des Steu­ erkolbens, also dem Abheben des Steuerkolbens mit seinem Ventilsitz, für das Einströmen des Kraftstof­ fes in den Hochdruckkanal zum Einspritzventil geöff­ net wird, wobei die Öffnung des Einspritzventiles durch druckanstiegsbedingtes Abheben der Düsennadel vom Nadelsitz und die demzufolge auftretende Öffnung der Düsenöffnungen erfolgen kann.

Im Gehäuse ist außerdem ein Ringraum um den Steuer­ kolben ausgebildet, in dem sich permanent komprimier­ ter Kraftstoff, unabhängig ob der Ventilsitz geöffnet oder geschlossen ist, befindet, wobei der Zufluss von hochkomprimiertem Kraftstoff in den Ringraum über einen im Gehäuse ausgebildeten Kanal von einem Hoch­ druckanschluss, der an eine Hochdruckleitung ange­ schlossen werden kann, erfolgt. Der zwischen dem Ringraum und dem Hochdruckanschluss ausgebildete Ka­ nal bildet außerdem eine Verbindung zu einem Steuer­ raum, der oberhalb einer Stirnseite des Steuerkolbens angeordnet ist.

Der Steuerkolben ist erfindungsgemäß, nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt, im Bereich des Ventil­ sitzes nicht nur einfach konisch ausgebildet, sondern es schließt sich an den konisch ausgebildeten Ventil­ sitz ein zweiter konisch ausgebildeter Teil, mit ei­ nem von diesem unterschiedlichen Neigungswinkel un­ mittelbar an, wobei der zweite konisch ausgebildete Teil im Bereich des Ringraumes angeordnet ist. Die Fläche und der Neigungswinkel dieses zweiten konisch ausgebildeten Teiles sind dabei so gewählt, dass die infolge des Kraftstoffdruckes wirkende axiale Kraft bei geschlossen zu haltendem Einspritzventil kleiner als die entgegengesetzt gerichtete Kraft auf den Steuerkolben infolge des im Steuerraum auf den Steu­ erkolben wirkenden Hydraulikdruckes ist, da die wirk­ same Stirnfläche des Steuerkolbens entsprechend grö­ ßer gewählt wird.

Dadurch kann der Kraftstoffzufluss zum eigentlichen Einspritzventil ohne weiteres dicht gehalten werden und es treten keine Leckageverluste auf.

Wird nunmehr der Steuerraum durch Einschalten des elektrisch betätigbaren Ventiles, mit dessen Hilfe ein Kanal, der in einen Leckleitungsanschluss münden kann, geöffnet, wird der Kraftstoffdruck im Steuer­ raum entsprechend reduziert, so dass die im Ringraum auf den konisch ausgebildeten Teil des Steuerkolbens wirkenden Kräfte größer als die aus dem Steuerraum auf den Steuerkolben wirkenden Kräfte werden. Dadurch kann der Steuerkolben entsprechend translatorisch bewegt werden und der Ventilsitz des Steuerkolbens hebt vom im Gehäuse ausgebildeten Dichtsitz ab, so dass der Kraftstoff durch den Spalt, über die Ringnut in den Hochdruckkanal zum Einspritzventil gelangt, so dass das Einspritzventil druckanstiegsbedingt öffnet und eine Einspritzung in den Brennraum erfolgen kann.

Beim Schließen des Einspritzventiles wird so verfah­ ren, dass das elektrisch betätigbare Ventil wieder ausgeschaltet und demzufolge der Kanal, der in Ver­ bindung mit dem Steuerraum steht, wieder verschlossen wird, so dass im Steuerraum ein Druckanstieg zu ver­ zeichnen ist, der zu einer entsprechenden Krafterhö­ hung auf den Steuerkolben führt, so dass sich dieser wieder mit seinem Ventilsitz gegen den Dichtsitz im Gehäuse bewegt und diesen verschließt und kein kom­ primierter Kraftstoff mehr in den Hochdruckkanal ge­ langen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für eine er­ wünschte Formung des Einspritzverlaufes weiter gebil­ det werden, indem ein die Einspritzmenge zeitweise verringernder Absatz zwischen Ventilsitz und der am Steuerkolben ausgebildeten Ringnut ausgebildet ist, wobei sich günstigerweise der Ansatz unmittelbar an den Ventilsitz anschließt, so dass er zu Beginn der Öffnungsbewegung des Steuerkolbens eine Drosselwir­ kung ausübt, die dazu führt, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zu Beginn reduziert werden kann, die­ se sich aber nachfolgend bei entsprechender Weiterbe­ wegung des Steuerkolbens für einen optimalen Ein­ spritzverlauf dann wieder vergrößert, so dass die Drosselung reduziert und gegen Ende des Einspritzvor­ ganges mehr Kraftstoff eingespritzt wird.

Probleme, die beim Schließen des Einspritzventiles auftreten können, können mit einem Druckentlastungs­ ventil, mit dem der im Hochdruckkanal noch anstehende relativ hohe Kraftstoffdruck gezielt abgebaut werden kann, gelöst werden.

Vorteilhafterweise ist ein solches Druckentlastungs­ ventil an den Hochdruckkanal angeschlossen und kann eine Verbindung zu einem Leckleitungsanschluss öffnen oder schließen. Hierzu kann zwischen Hochdruckan­ schluss und Druckentlastungsventil mindestens ein Kanal, durch entsprechende Durchmesserwahl eine ge­ wünschte Drosselwirkung erzielend, angeordnet werden. Das Druckentlastungsventil kann ebenfalls mittels eines elektrisch betätigbaren Ventiles geöffnet oder geschlossen werden.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, ein Druckentlas­ tungsventil an der der Stirnfläche, an der der Steuerraum angeordnet ist, gegenüberliegenden Stirn­ fläche des Steuerkolbens anzuordnen, wobei das Druck­ entlastungsventil durch die translatorische Bewegung des Steuerkolbens geöffnet oder geschlossen werden kann. In diesem Fall sollte das Druckentlastungsven­ til mittels einer herkömmlichen Druckfeder vorge­ spannt sein, wobei die Federkraft gegen die entspre­ chende Stirnfläche des Steuerkolbens wirkt.

Günstigerweise ist ein solches Druckentlastungsventil als Ring ausgebildet, der die Austrittsöffnungen der mit dem Hochdruckkanal in Verbindung stehenden Kanäle verschließen kann. Durch das Innere des ringförmig ausgebildeten Druckentlastungsventils kann Leckage, die zwischen Gehäuse und Steuerkolben abläuft, abge­ führt werden. Mit einem solchen Druckentlastungsven­ til kann die Schließgeschwindigkeit des Einspritzven­ tiles durch entsprechende Bewegung der Düsennadel gegenüber bekannten Lösungen stark verbessert werden, so dass unerwünschte Nacheinspritzungen oder ein durch Eindringen von Brenngasen auftretendes Verkoken der Düsenöffnungen vermieden werden kann.

Zur Führung und Betätigung des ringförmigen, federbe­ lasteten Druckentlastungsventils ist es günstig, den Ring mit einem radial umlaufenden Ansatz auszubilden, der die entsprechende Stirnfläche des Steuerkolbens zumindest zeitweise berührt, wobei der Ansatz gleich­ zeitig als Führung dient.

Das eine bzw. auch das zweite für die Manipulation des Druckentlastungsventils verwendbare elektrisch betätigbare Ventil kann als Magnetventil, aber auch als piezoelektrisch betätigbares Ventil (Piezoaktor) ausgebildet sein.

Das elektrisch betätigbare Ventil zur Beeinflussung des Druckes im Steuerraum kann als Pilotnadel be­ zeichnet werden, die den Verbindungskanal, der gleichzeitig eine Drosselstelle bildet, zwischen Steuerraum und einem Leckleitungsanschluss durch flä­ chige Ausbildung vollständig verschließen. Bei ent­ sprechender Ausbildung der Kanalöffnung, kann die Pi­ lotnadel aber auch an ihrer Spitze konisch ausgebil­ det sein, so dass sie in den sich entsprechend an dieser Seite aufweitenden Kanal eingedrückt und die­ ser sicher und dicht verschlossen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem ge­ meinsamen Gehäuse mit dem Einspritzventil, wie dies beispielsweise bei herkömmlichen Düsenhaltern der Fall ist, integriert sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Vorrichtung als gesondertes Teil auszuführen und diese Vorrichtung dann z. B. an einen herkömmlichen Düsenhalter anzuschließen, so dass bei­ spielsweise auch Nachrüstungen möglich sind. Ein sol­ ches Vorschaltelement kann aber auch zu Versuchs­ zwecken günstig verwendet werden, um entsprechende Optimierungen an Einspritzsystemen bzw. Verbrennungs­ kraftmaschinen durchführen zu können.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann unter anderem der Öffnungs- und Schließvorgang verbessert werden, wobei die bisher häufig auftretende Sitzdrosselung an der Düsennadel vermieden wird, die zu einer ungünsti­ gen Strahlaufbereitung mit Nachteilen bei der Ver­ brennung und demzufolge erhöhter Emission führt, ver­ mieden werden.

Außerdem können die Leckagemengen und demzufolge auch entsprechende hydraulische und energetische Verluste gegenüber herkömmlichen Lösungen reduziert werden, was sich auch in einer verringerten Aufheizung des rückgeführten Kraftstoffes niederschlägt. Außerdem ermöglicht die verminderte Leckagemenge das Steuern von höheren Drücken als dies bisher mit üblichen Com­ mon-Rail-Systemen realisierbar war.

Es lassen sich Einspritzverläufe realisieren, die den Einspritzverläufen, die mit bekannten nockenangetrie­ benen Einspritzanlagen erreicht werden können, ver­ gleichbar sind. Auch kurzzeitige Vor- und Nachein­ spritzungen mit relativ kleinen Einspritzmengen las­ sen sich wesentlich besser realisieren, als dies mit herkömmlich ausgeführten Systemen der Fall ist, wobei dieser Aspekt insbesondere mit einem entsprechend zu verwendenden Druckentlastungsventil verbessert werden kann.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrie­ ben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine Teildarstellung eines in einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung verwendbaren Steu­ erkolbens und

Fig. 3 eine mögliche Anordnung eines Druckentla­ stungsventils an einer Stirnseite eines Steuerkolbens.

In der Fig. 1 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung für Hubkol­ benmotore dargestellt. Bei diesem Beispiel wird ein Gehäuse 8, 19 verwendet, wobei die beiden Teile 8 und 19 miteinander verschraubt sein können. Im Gehäuse 8 ist bevorzugt axial mittig eine Führung für einen mehrfach abgestuften Steuerkolben 1 ausgebildet, wo­ bei ein Teil der Führung (hier nicht dargestellt) den Dichtsitz für einen Ventilsitz 3 bildet. Zur Beein­ flussung des Einspritzverlaufes ist der Steuerkolben 1 translatorisch entlang der Längsachse des Gehäuses 8 verschiebbar.

Am Gehäuse 8 befindet sich ein Hochdruckanschluss 6 für Kraftstoff, der in einen Kanal 7 mündet, durch den Kraftstoff in einen im Gehäuse 8, um den Steuer­ kolben 1 ausgebildeten Ringraum 9 sowie über den oberhalb der in Richtung auf ein Magnetventil 2 wei­ senden Stirnfläche des Steuerkolbens 1 durch einen Kanal 16 in einen Steuerraum 10 gelangt.

Verschließt die Pilotnadel 2' des Magnetschalters 2 die Öffnung des Kanals 16 in Richtung eines, hier ebenfalls nicht dargestellten, Leckanschlusses, baut sich im Steuerraum 10 ein Druck auf, der eine ent­ sprechende Druckkraft auf die obere Stirnfläche des Steuerkolbens 1 ausübt. Diese Druckkraft wirkt hier in axialer Richtung nach unten auf den Steuerkolben 1, so dass dieser mit seinem Ventilsitz 3 auf den entsprechend ausgebildeten Dichtsitz im Gehäuse 8 ge­ presst und damit der Kraftstoffstrom aus dem Ringraum 9 in einen Hochdruckkanal 5 sicher und dicht gesperrt wird, so dass ein hier nicht dargestelltes Einspritz­ ventil nicht geöffnet und demzufolge auch nicht Kraftstoff in einen Brennraum eines Hubkolbenmotors eingespritzt werden kann. Dabei ist die obere Stirn­ fläche des Steuerkolbens 1 und die entsprechend zu­ geordnete Fläche des Steuerraumes 10 unter Berück­ sichtigung der Druckfeder 18, die vorgespannt gehal­ ten ist, so dimensioniert, dass die axial nach unten wirkende Kraft auf den Steuerkolben 1 größer ist als die entsprechende Kraft in die entgegengesetzte Rich­ tung, die infolge des Kraftstoffdruckes innerhalb des Ringraumes 9 auf einen zweiten konisch ausgebildeten Teil 3' (siehe Fig. 2), der oberhalb des Ventilsitzes 3 innerhalb des Ringraumes 9 angeordnet ist, wirkt, wenn der Kanal 16 mit der Pilotnadel 2' bei ausge­ schaltetem Magnetventil 2 geschlossen gehalten wird.

Wird nunmehr das Magnetventil 2 eingeschaltet, bewegt sich die Pilotnadel 2' nach oben und der Kanal 16 wird in Richtung auf eine hier nicht dargestellte Leckleitung geöffnet, wobei der Kanalquerschnitt in einer bestimmten Form dimensioniert ist, so dass der sich im Steuerraum 10 in komprimierter Form enthalte­ ne Kraftstoff gedrosselt abfließen und dementspre­ chend eine Druckentspannung im Steuerraum 10 auf­ tritt, die dazu führt, dass die axial nach unten wir­ kende Druckkraft auf den Steuerkolben 10 kleiner als die entgegengesetzte Kraft durch den Kraftstoffdruck im Ringraum 9 ist und der Steuerkolben 1 demzufolge nach oben bewegt wird, so dass sich der Ventilsitz 3 vom Dichtsitz im Gehäuse 8 abhebt und Kraftstoff über den Spalt zwischen Steuerkolben 1 im Bereich des Ven­ tilsitzes 3 und der Gehäusewandung durch eine hier nicht dargestellte Ringnut 11 in den Hochdruckkanal 5 gelangen kann. Dabei kann der unter hohem Druck ste­ hende Kraftstoff direkt in einen oberhalb des Ventil­ nadelsitzes angeordneten Druckraum strömen, wie dies bei herkömmlichen Einspritzventilen der Fall ist; und bei Erreichen eines bestimmten Mindestdruckes wird die Düsennadel gegen die Federkraft, mit der sie ge­ halten ist, abgehoben und die Einspritzdüse geöffnet, so dass Kraftstoff eingespritzt werden kann.

In nicht dargestellter Form kann der Hochdruckkanal 5 aber auch an einen entsprechenden Anschluss eines beispielsweise herkömmlichen Einspritzventilhalters angeschlossen werden.

Bei diesem Beispiel ist außerdem die Anordnung eines Druckentlastungsventils 13, auf das nachfolgend noch zurückzukommen sein wird, dargestellt. Dieses Druck­ entlastungsventil 13 ist an der unteren Stirnseite des Steuerkolbens 1 angeordnet und verschließt in Fig. 1 nicht dargestellte Kanäle 15, die zum Hoch­ druckanschluss 5 führen, in Richtung auf einen Leck­ leitungsanschluss 14. Das Druckentlastungsventil 13 wird beispielsweise durch entsprechende Bewegung des Steuerkolbens 1 aktiviert und gibt die Öffnungen der Kanäle 15 in Richtung auf den Leckleitungsanschluss 14 immer bevorzugt dann frei, wenn das Einspritzven­ til geschlossen werden soll, so dass der Druckabbau im Hochdruckkanal 5 beschleunigt wird, und die Düsen­ nadel des Einspritzventils entsprechend schneller schließt, wobei die Kanäle 15 so dimensioniert sind, dass die Druckverminderung im Hochdruckkanal 5 zumin­ dest etwas gedrosselt wird.

Günstig ist es außerdem, im Kanal 7 eine Zulaufdros­ sel 20 vor dem Steuerraum 10 und eine Ablaufdrossel­ stelle 21 im Kanal 16 anzuordnen. Beide sind aufein­ ander abgestimmt, um den Druckauf- und -abbau im Steueraum 10 zu optimieren, so daß die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Einspritzventils günstig beeinflußt werden kann. Dieser Effekt kann weiter vorteilhaft beeinflußt werden, wenn ein Zwischenven­ til 17 zwischen Steuerraum 10 und Kanal 16 angeordnet wird, so dass der Ablauf des Kraftstoffes aus dem Steueraum 10 bei geöffnetem Kanal 16 und demzufolge auch die Druckreduzierung im Steuerraum 10 zusätzlich entsprechend beeinflußt werden kann. Außerdem kann dadurch ein schnelles und sicheres Schließen, auch bei kleinsten Einspritzungen, erreicht werden, wenn zusätzliche hydraulische Querschnitte, die z. B. als Kanäle ausgebildet sind, frei gegeben werden. Die hydraulischen Querschnitte werden beim Schließvorgang durch Abheben des Zwischenventils 17 vom stirnseiti­ gen Sitz gegen die Kraft der vorgespannten Feder 18 geöffnet.

In der Fig. 2 ist ein wesentlicher Teil des Steuer­ kolbens 1 dargestellt. Der Steuerkolben 1 weist einen konisch ausgebildeten Ventilsitz 3 auf, der mittels der Feder 18 und des Druckes im Steuerraum 10 gegen einen, hier nicht dargestellten, Dichtsitz am Gehäuse 8 gepresst werden kann. An den Ventilsitz 3 schließt sich ein zweiter konisch ausgebildeter Teil 3' an, der hier einen kleineren Neigungswinkel gegenüber der Längsachse des Steuerkolbens 1 aufweist. Der zweite konisch ausgebildete Teil 3' ist im Bereich des Rin­ graumes 9 angeordnet und an ihm wirkt zumindest eine Kraftkomponente entsprechend seiner Fläche und des Neigungswinkels in axialer Richtung nach oben, also gegen den Druck im Steuerraum 10 und gegen die Druck­ feder 18, so dass bei einer Druckentlastung bei ge­ öffneter Kanalöffnung 16, durch Einschaltung des Ma­ gnetventils 2 der Steuerkolben axial nach oben bewegt werden kann und der Ventilsitz 3 einen Spalt zum Dichtsitz am Gehäuse 8 frei gibt. Unmittelbar an den Ventilsitz 3 schließt sich ein der Formung des Ein­ spritzverlaufes dienender Absatz 12 an, der in die nachfolgend angeordnete Ringnut 11 übergeht. Die Ringnut 11 kommuniziert mit dem Hochdruckkanal 5, so dass Kraftstoff über den Spalt zwischen Ventilsitz 3 und dem Dichtsitz am Gehäuse 8 in den Hochdruckkanal 5 gelangen kann, wobei der Absatz 12 das eingespritz­ te Kraftstoffvolumen durch eine Spaltverengung und die dadurch hervorgerufene Drosselung am Einspritzbe­ ginn verringert, und zwar solange, bis der Steuerkol­ ben 1 weiter nach oben bewegt worden ist, so dass die Drosselwirkung des Absatzes 12 dann keine Rolle mehr spielt und eine maximale Kraftstoffmenge in den Brennraum eingespritzt werden kann.

In Fig. 3 ist ein Beispiel einer Anordnung eines Druckentlastungsventils 13 an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Das Druckentlastungsventil 13 ist an der hier unteren Stirnfläche des Steuerkolbens 1 angordnet und mit einer vorgespannten Druckfeder 23 mit seinen Dichtflächen gegen Öffnungen von hier meh­ reren Kanälen 15 (lediglich einer dargestellt) diese im Normalfall verschließend gepreßt. Anstelle der Druckfeder 23 kann aber auch eine entsprechende Kraft, die mit anderen technischen Mitteln aufge­ bracht wird, gegen das Druckentlastungsventil 13 wir­ ken.

Die Kanäle 15 stehen mit dem Hochdruckkanal 5 in Ver­ bindung, und durch Öffnung des Druckentlastungsven­ tils 13 kann der Druck im Hochdruckkanal 5 während der Schließphase des Einspritzventils schneller abge­ baut werden. Das im wesentlichen ringförmig ausgebil­ dete Druckentlastungsventil 13 hat hier außerdem ei­ nen bundförmigen Ansatz 24, der in die Führung des Steuerkolbens 1 im Gehäuse 8 eingreift und dort ge­ führt wird. Bei geschlossenem Einspritzventil wird ein Spalt x zwischen Gehäuse 8 und Druckentlastungs­ ventil 13, durch entsprechende Dimensionierung des Ansatzes 24 und des Steuerkolbens 1 frei gehalten.

Das Druckentlastungsventil 13, wie gezeigt, kann mit der Bewegung des Steuerkolbens 1 geöffnet und ge­ schlossen werden. Zwischen den Stirnflächen des bund­ förmigen Ansatzes 24 und des Steuerkolbens 1 kann ein bestimmtes Spiel eingehalten sein. Lediglich beim Öffnen des Druckentlastungsventils 13 stehen die Stirnflächen in Berührung.

Leckage kann sowohl im Inneren des Druckentlastungs­ ventil 13 sowie an seinen äußeren Rändern abgeführt werden.

Zusätzlich sind taschenförmige Aussparungen 25 darge­ stellt, die einer verbesserten Abführung von Leckagen zu einem Leckleitungsanschluß 14 führen.

Der Zufluß des unter hohem Druck stehenden Kraftstof­ fes kann, wie hier dargestellt, vom Hochdruckanschluß 6 direkt in den Ringraum 9 erfolgen. Von dort kann eine Verbindung über den Kanal 7 zum Kanal 16 herge­ stellt werden. Der Kraftstoff kann aber auch über einen gesonderten Kanal durch den Kanal 16 in den Steuerraum 10 gelangen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffein­ spritzung für Hubkolbenmotore, die an Einspritz­ ventilen mit ausschließlich federbelasteten Dü­ sennadeln angeschlossen ist und bei der der un­ ter Hochdruck stehende Kraftstoff aus einem Hochdrucksammelbehälter für mehrere Zylinder eines Hubkolbenmotors zuführbar ist, bei der die eingespritzte Kraftstoffmenge und das Öffnen und Schließen der Düsennadel des Einspritzventiles mittels eines hydraulisch bewegbaren Steuerkol­ bens (1) und eines elektrisch betätigbaren Ven­ tils (2) beeinflußbar ist; wobei der mehrfach in seinem Durchmesser abgestufte und mit mindestens einem Ventilsitz (3) ausgebildete Steuerkolben (2) eine Ringnut (11) aufweist, die mit einem zum Einspritzventil führenden Hochdruckkanal (5) kommuniziert und ein Hochdruckanschluss (6) für Kraftstoff über einen Kanal (7) mit einem im Gehäuse (8) der Vorrichtung, im Bereich des Ven­ tilsitzes (3) des Steuerkolbens (1) angeordneten Ringraum (9) und einem an der in Richtung des elektrisch betätigbaren Ventils (2) des Steuer­ kolbens (1) angeordneten Steuerraum (10) verbun­ den ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (1) einen konisch ausge­ bildeten Ventilsitz (3) aufweist, an den sich ein zweiter konisch ausgebildeter Teil (3') mit unterschiedlichem Neigungswinkel anschließt, der im Bereich des Ringraumes (9) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Steuerkolben (1) zwischen Ventilsitz (3) und einer im Bereich der Öffnung des Hochdruckkanals (5) angeordneten Ringnut (11) ein Absatz (12) mit größerem Außen­ durchmesser, als dem Außendurchmesser der Ring­ nut (11) sich an den Ventilsitz (3) unmittelbar anschließend, ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Steuer­ raum (10) gegenüberliegenden Stirnseite des Steuerkolbens (1) ein Druckentlastungsventil (13) angeordnet ist, das infolge der translato­ rischen Bewegung des Steuerkolbens (1) eine Ver­ bindung zwischen Hochdruckkanal (5) und einem Leckleitungsanschluss (14) öffnet oder ver­ schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (8) zwi­ schen Hochdruckkanal (5) und Leckleitungsan­ schluss (14) mindestens ein Kanal (15) ausgebil­ det ist, dessen zum Leckanschluss (14) weisende Öffnung mittels des federbelasteten Druckentla­ stungsventils (13) verschließbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckent­ lastungsventil (13) ringförmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Druckent­ lastungsventil (13) ein in Richtung auf die Stirnfläche des Steuerkolbens (1) weisender und die Stirnfläche zumindest zeitweise berührender Ansatz (24) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch be­ tätigbare Ventil (2) ein Magnetventil oder ein piezoelektrisch betätigbares Ventil ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pilotnadel (2') des elektrisch betätigbaren Ventils einen eine Drosselstelle bildenden Kanal (16) zu einem Leckleitungsanschluss verschließt und der Kanal (16) mit dem Steuerraum (10) sowie dem Kanal (7) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an einen herkömmlichen Einspritzventilhalter an­ schließbar ist.