DE19947196A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (6), in dem in einer Bohrung (19) ein kolbenförmiges, axial entgegen der Schließkraft einer Feder (23) bewegliches Ventilglied (25) angeordnet ist, das durch eine durch Kraftstoffdruck gesteuerte Öffnungshubbewegung wenigstens eine Einspritzöffnung (33) aufsteuert. Das Kraftstoffeinspritzventil wird über einen Hochdrucksammelraum (5) mit regelbarem Druck mit Kraftstoff versorgt. Der Kraftstoffzulauf wird durch ein im Ventilkörper (6) ausgebildetes Steuerventil (8) mit einem Steruventilglied (12) geregelt, das von zwei Ringräumen (11, 28) umgeben ist, wobei der erste Ringraum (11) mit dem Hochdrucksammelraum (5) und der zweite (28) mit dem Zulaufkanal (20) verbunden ist. Beide Ringräume (11, 28) sind durch einen Steuerventilsitz (22) und eine am einem Steuerventilglied (12) ausgebildete Steuerventildichtfläche (21) bei einer axialen Öffnungsbewegung des Steuerventilgliedes (12) verbindbar. Im Ventilkörper (6) ist ein hydraulisch gesteuerter Hubanschlag (45) ausgebildet, der abhängig vom Druck des eingeführten Kraftstoffs den Vollhub oder nur einen Teilhub des Ventilgliedes (25) freigibt, so daß der Hub des Ventilgliedes (25) über den Druck im Hochdrucksammelraum (5) steuerbar ist (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzventil ist aus der Offenlegungsschrift DE 19 73 99 05 A1 bekannt. Ein kolbenför­ miges Ventilglied ist axial beweglich in der Bohrung eines Ventilkörpers angeordnet und wird im brennraumabgewandten, oberen Teil und im brennraumzugewandten, unteren Teil in der Bohrung geführt. Zwischen der Wand der Bohrung und dem mitt­ leren Abschnitt des Ventilgliedes ist ein Druckraum ausge­ bildet, in welchen ein Zulaufkanal mündet. Der Zulaufkanal ist über eine Hochdruckzulaufleitung mit einer Kraftstoff­ hochdruckpumpe verbunden, wodurch der Druckraum mit Kraft­ stoff unter hohem Druck gefüllt werden kann. Am unteren Ende des Ventilgliedes ist ein Schließkopf angeordnet, der aus der Bohrung des Ventilkörpers herausragt. An seiner dem Ven­ tilkörper zugewandten ringförmigen Fläche ist eine Dichtflä­ che ausgebildet, die mit einem an der Stirnfläche des Ven­ tilkörpers ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. An der Mantelfläche des unteren Abschnitts des Ventilgliedes sind in zwei, axial verschoben angeordnete. Reihen Einspritzöff­ nungen vorgesehen, die in geschlossenem Zustand des Kraft­ stoffeinspritzventils vom Ventilkörper verdeckt werden. Die Einspritzöffnungen sind durch im Schließkopf ausgebildete Einspritzkanäle mit dem Druckraum verbunden. Durch die nach außen, zum Brennraum hin gerichtete Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes tauchen eine oder beide Reihen der Einspritz­ öffnungen aus der Bohrung aus und der Kraftstoff kann durch die Einspritzkanäle in den Brennraum eingespritzt werden. Am oberen Ende des Ventilgliedes ist koaxial zu dessen Achse und fest mit dem Ventilglied verbunden eine Federstange und ein Federteller in einem Federraum angeordnet. Am Übergang des Federraums zur Bohrung ist im Ventilkörper ein Ringab­ satz ausgebildet, zwischen dem und dem Federteller unter Vorspannung wenigstens eine Schraubendruckfeder eingesetzt ist, die das Ventilglied nach innen, das heißt vom Brennraum weg, verspannt. Dadurch wird die Ventildichtfläche gegen den Ventilsitz gepreßt und die Einspritzöffnungen fest abgedich­ tet. Der untere Abschnitt des Ventilgliedes ist im Durchmes­ ser größer ausgebildet als der obere Abschnitt, wodurch sich aufgrund des Kraftstoffdrucks im Druckraum eine resultieren­ de Kraft in axialer Richtung zum Brennraum hin auf das Ven­ tilglied ergibt. Übersteigt die resultierende Kraft die Schließkraft der Feder, so öffnet das Ventilglied in der oben beschriebenen Weise.

Um den Öffnungshub zu begrenzen ist zwischen dem Ventilglied und dem Federraum ein Hubanschlag vorgesehen. Neben einer mechanischen Ausführung ist in der Offenlegungsschrift DE 197 39 905 A1 ein zweistufiger, hydraulischer Hubanschlag vorgesehen. Zwischen der Bohrung des Ventilgliedes und dem Federraum ist eine Zwischenbohrung ausgebildet, in der ein mit Kraftstoff gefüllter Dämpfungsraum vorgesehen ist, des­ sen oberes Ende durch einen mit dem Ventilglied verbundenen kragenförmigen Absatz begrenzt wird. Bei der Öffnungshubbe­ wegung wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum durch zwei Aus­ nehmungen am Ventilglied und jeweils einer den Ausnehmungen zugeordneten Entlastungsleitung in den weitgehend drucklosen Federraum gepreßt. Die Dichtkante der ersten Ausnehmung ist dabei brennraumnäher als die der zweiten Ausnehmung ausge­ bildet, so daß die Dichtkante der ersten Ausnehmung in die Bohrung eintaucht, sobald eine Einspritzöffnungsreihe aus der Bohrung ausgetaucht ist. In der weiteren Huböffnungspha­ se wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum ausschließlich über die zweite Ausnehmung und deren Entlastungsleitung in den Federraum geleitet. In der Entlastungsleitung der zweiten Ausnehmung ist ein Entlastungsventil angeordnet, das erst dann öffnet, wenn der Druck im Dämpfungsraum einen bestimm­ ten Schwelldruck überschreitet. Über diesen am Entlastungs­ ventil einstellbaren Schwelldruck läßt sich somit steuern, wie weit das Ventilglied bei der Öffnungshubbewegung aus der Bohrung austaucht und somit auch, ob nur eine oder beide Einspritzöffnungsreihen freigegeben werden.

Die Fertigung eines solchen regelbaren Entlastungsventils ist relativ aufwendig, da der Schwelldruck abhängig vom Be­ triebszustand der Brennkraftmaschine verändert werden soll. Dadurch wird die Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils wesentlich verteuert, da es im druckausgesetzten Teil des Ventilkörpers weiterer Aktoren und gegebenenfalls auch Sen­ soren bedarf.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brenn­ kraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mit der so realisierten Steuerung des Kraftstoffzulaufs zum Ventilglied in Verbindung mit der Bereitstellung von variabel einstell­ baren Einspritzquerschnitten eine sehr exakte Steuerung der Einspritzungen bei verschiedenen Betriebszuständen erreich­ bar ist. Der Kraftstoff wird aus einem Vorratsbehälter über eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einen Hochdrucksammelraum (Common Rail) gefördert. An der Kraftstoffhochdruckpumpe ist ein Regelventil angeordnet, durch das der Kraftstoffdruck im Hochdrucksammelraum abhängig vom Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine geregelt werden kann. Dadurch ist eine Regel­ möglichkeit gegeben, eine oder zwei Einspritzöffnungen am Kraftstoffeinspritzventil zu öffnen, ohne daß der Schwell­ druck des Entlastungsventils geändert werden muß. Der Zeit­ punkt, die Dauer und das zeitliche Profil der Einspritzung wird durch ein Steuerventil geregelt, bei dem ein Steuerven­ tilglied indirekt über ein elektrisch angesteuertes Ventil die Verbindung von der Hochdruckzulaufleitung zum im Ventil­ körper ausgebildeten Zulaufkanal auf- und zusteuert. Dadurch ist ein Einspritzsystem gegeben, bei dem der Einspritzvor­ gang sowohl über den Rail-Druck als auch über das elektrisch angesteuerte Ventil optimal an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und an den momentanen Fahrerwunsch ange­ paßt werden kann. Der Kraftstoffdruck im Hochdrucksammelraum (Rail) regelt den gesamten Einspritzquerschnitt über die Hö­ he des Öffnungshubs und damit die Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit, die in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird, und das elektrisch gesteuerte Ventil den Zeitpunkt und das zeitliche Profil der Einspritzung.

Die Regelung erfolgt dabei zweckmäßigerweise über eine zen­ trale, rechnergesteuerte Regeleinheit, die alle Daten der verschiedenen Aktoren und Sensoren verarbeitet und daraus den optimalen Einspritzzeitpunkt und das optimale Einspritz­ profil berechnet. Die Realisierung ist dabei ohne größeren Kostenaufwand und unter Ausnutzung bereits bekannter Kompo­ nenten möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoff­ einspritzventils ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt die Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil und schematisch das zugehörige Kraftstoffzufuhrsystem, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Längsschnittes durch das Steuerventil, Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des brennraumseitigen Endes des Kraftstoffeinspritzventils und Fig. 4 eine vergrößerte Dar­ stellung eines Längsschnitts durch den hydraulischen Huban­ schlag.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere selbstzündende Brennkraft­ maschinen, dargestellt. Es wird anhand der Fig. 1 der grundsätzliche Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils be­ schrieben und dessen Funktionsweise erläutert.

Aus einem Kraftstoffvorratstank 1 wird über eine Leitung 2 mittels einer Hochdruckpumpe 3 Kraftstoff in einen Hoch­ druckvorratsraum 5 gefördert. An der Hochdruckpumpe 3 ist ein Regelventil 4 angeordnet, mit dem der Kraftstoffdruck im Hochdruckvorratsraum 5 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine geregelt werden kann. Vom Hochdruckvor­ ratsraum 5 gehen mehrere Hochdruckzulaufleitungen 10 ab, von denen exemplarisch eine in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Hochdruckzulaufleitung 10 ist mit einer Zulaufbohrung 9 im Ventilkörper 6 eines Kraftstoffeinspritzventils verbunden sind. Der Ventilkörper 6 ist in der Aufnahmebohrung des Ge­ häuses einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brenn­ kraftmaschine angeordnet, wobei ein unteres Ende des Ventil­ körpers 6 dem Brennraum zugewandt angeordnet ist und ein oberes Ende vom Brennraum abgewandt angeordnet ist. Die äu­ ßere Form des Ventilkörpers 6 ist weitgehend rotationssymme­ trisch um eine Achse 70 ausgebildet, wobei der Ventilkörper 6 aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann.

Im oberen Teil des Ventilkörpers 6 ist ein Steuerventil 8 angeordnet, das die Verbindung der Zulaufbohrung 9 zu den weiteren Funktionseinheiten des Kraftstoffeinspritzventils steuert. Weitgehend koaxial zur Achse 70 des Ventilkörpers 6 ist eine Steuerventilbohrung 7 ausgebildet, in der ein axial bewegliches, kolbenförmiges Steuerventilglied 12 angeordnet ist. Das Steuerventilglied 12 wird indirekt über ein elek­ trisch gesteuertes Ventil 15 durch den Kraftstoffdruck axial in der Steuerventilbohrung 7 bewegt, wodurch über einen Ven­ tilsitz 22 und eine als Ventildichtfläche ausgebildete Steu­ erdruckschulter 21 eine Verbindung zwischen der Zulaufboh­ rung 9 und einem im Ventilkörper 6 verlaufenden Zulaufkanal 20 geöffnet und geschlossen werden kann.

Der Zulaufkanal 20 mündet im unteren Teil des Ventilkörpers 6 in eine Bohrung 19, in der ein kolbenförmiges, axial be­ wegliches Ventilglied 25 angeordnet ist. Das Ventilglied 25 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet, wobei es sich in ei­ nen oberen Abschnitt 25a, einen mittleren Abschnitt 25b und einen unteren Abschnitt 25c unterteilt. Der Durchmesser des oberen Abschnitts 25a des Ventilgliedes 25 ist größer als der des unteren Abschnitts 25c. Mit dem oberen 25a und unte­ ren Abschnitt 25c ist das Ventilglied 25 in der Bohrung 19 geführt. Der mittlere Abschnitt 25b ist verjüngt ausgebil­ det, so daß zwischen dem mittleren Abschnitt 25b des Ventil­ gliedes 25 und der Bohrung 19 ein Druckraum 26 ausgebildet ist. Am Übergang des mittleren Abschnitts 25b in den unteren Abschnitt 25c des Ventilgliedes 25 ist eine dem Brennraum zugewandte Druckschulter 36 angeordnet. Im oberen Bereich des Ventilgliedes 25 ist der Druckraum 26 durch eine radiale Erweiterung 26a vergrößert ausgebildet, in die der Zulaufka­ nal 20 mündet, der weitgehend parallel zur Achse 70 des Ven­ tilgliedes 25 im Ventilkörper 6 ausgebildet ist. Am unteren Abschnitt 25c des Ventilgliedes 25 ist ein Schließkopf 30 angeordnet, an dem eine Ventildichtfläche 32 ausgebildet ist, die mit einem am Ventilkörper 6 ausgebildeten Ventil­ sitz 31 zusammenwirkt und so wenigstens eine Einspritzöff­ nung 33 durch die nach außen gerichtete Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 25 auf- und zusteuert.

Am oberen Abschnitt 25a des Ventilgliedes 25 ist koaxial zur Achse 70 des Ventilgliedes 25 eine im wesentlichen zylinder­ förmige Federstange 51 angeordnet, die sich über einen Dämp­ fungsraum 40 und eine Zwischenbohrung 48 bis in einen Feder­ raum 24 erstreckt. Am oberen Ende der Federstange 51 ist ein im wesentlichen zylinderförmiger Federteller 50 angeordnet, der im Durchmesser größer als die Federstange 51 ausgebildet ist. Am Übergang vom Federraum 24 zur Zwischenbohrung 48 ist ein ringförmiger Absatz 52 ausgebildet, zwischen dem und dem Federteller 50 wenigstens eine vorzugsweise als Schrauben­ druckfeder ausgebildete Feder 23 unter Vorspannung angeord­ net ist. Dadurch wird der Federteller 50 vom Brennraum weg gedrückt und damit über die Federstange 51 auch das Ventil­ glied 25, wodurch die Ventildichtfläche 32 gegen den Ventil­ sitz 31 verspannt wird.

Im Bereich der Zwischenbohrung 48 ist zwischen dem Federraum 24 und dem oberen Abschnitt 25a des Ventilgliedes 25 ein hy­ draulischer Hubanschlag 45 ausgebildet, durch den die nach außen gerichtete Öffnungshubbewegung des Steuerventilgliedes begrenzt wird. Er kann mehrstufig ausgebildet sein, was zu­ sammen mit entsprechend ausgebildeten Einspritzöffnungen 33 dazu führt, daß der gesamte Einspritzquerschnitt abhängig vom Öffnungshub gesteuert werden kann.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Längs­ schnitts durch das Steuerventil 8. Die Steuerventilbohrung 7 ist weitgehend koaxial zur Achse 70 des Ventilkörpers 6 ausgebildet, wobei in der Steuerventilbohrung 7 das axial bewegliche, kolbenförmige Steuerventilglied 12 angeordnet ist. Das Steuerventilglied 12 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet, wobei es sich in einen oberen 12a, einen mitt­ leren 12b und einen unteren Abschnitt 12c unterteilt. Der Durchmesser des oberen Abschnitts 12a des Steuerventilglieds 12 ist dabei größer als der des mittleren Abschnitts 12b. Durch eine radiale Querschnittserweiterung der Steuerventil­ bohrung 7 ist im Bereich des mittleren Abschnitts 12b des Steuerventilglieds 12 ein oberer Ringraum 11 ausgebildet, in den die Zulaufbohrung 9 mündet und durch den das Steuerven­ tilglied 12 in diesem Bereich auf seinem gesamten Umfang vom Kraftstoff druck der Zulaufbohrung 9 beaufschlagt wird. Im Bereich des unteren Abschnitts 12c des Steuerventilgliedes 12 ist durch eine radiale Querschnittserweiterung der Boh­ rung 7 ein unterer Ringraum 28 ausgebildet, von dem der Zu­ laufkanal 20 zu den Einspritzöffnungen 33 abführt. Durch den Übergang des oberen Abschnitts 12a zum mittleren Abschnitt 12b des Steuerventilgliedes 12 ist eine obere Steuerven­ tildruckschulter 60 ausgebildet, die eine obere Begrenzung des oberen Ringraums 11 bildet. Am Übergang des mittleren Abschnitts 12b zum unteren Abschnitt 12c des Steuerventil­ gliedes 12 ist eine Steuerventildichtfläche 21 angeordnet, die mit einem an der Innenwand der Bohrung 7 ausgebildeten Steuerventilsitz 22 zusammenwirkt. Durch eine axiale Bewe­ gung des Steuerventilgliedes 12 vom Brennraum weg hebt die Steuerventildichtfläche 21 vom Steuerventilsitz 22 ab und verbindet so den oberen Ringraum 11 mit dem unteren Ringraum 2B und damit die Zulaufbohrung 9 mit dem Zulaufkanal 20. Die obere Stirnfläche 18 des Steuerventilglieds 12 bildet die untere Begrenzung eines Steuerraums 16, der an der Wand durch die Steuerventilbohrung 7 und am oberen Ende durch ei­ ne Zwischenscheibe 37 begrenzt wird. Der Steuerraum 16 ist mit dem oberen Ringraum 11 durch einen als Bohrung im Steu­ erventilglied 12 ausgebildeten Drosselkanal 13 verbunden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, daß der Drosselka­ nal 13 durch einen Ringspalt zwischen dem oberen Abschnitt 12a des Steuerventils 12 und der Steuerventilbohrung 7 aus­ gebildet ist. In der Zwischenscheibe 37 ist mittig eine Drosselbohrung 14 ausgebildet, über die der Steuerraum 16 mit einem Rücklaufkanal 17 verbunden ist. Der in den Rück­ laufkanal 17 strömende Kraftstoff fließt über eine im Ven­ tilkörper 6 ausgebildete Rücklaufbohrung 17a und eine Ab­ laufleitung 65 zurück in den Kraftstoffvorratstank 1.

Die Drosselbohrung 14 ist durch ein elektrisch gesteuertes Ventil 15 verschließbar. Das elektrisch gesteuerte Ventil 15 kann beispielsweise als Kugelventil ausgebildet sein, wobei die Abdichtung der Drosselbohrung 14 dadurch geschieht, daß eine Dichtkugel 38, um die Drosselbohrung 14 zu verschlie­ ßen, auf die obere Öffnung der Drosselbohrung 14 gedrückt wird. Um die Drosselbohrung 14 zu öffnen, wird durch das elektrisch gesteuerte Ventil 15 die Dichtkugel von der Öff­ nung abgehoben. Als elektrisch gesteuertes Ventil 15 kann beispielsweise ein Magnetventil vorgesehen sein oder ein mit Hilfe eines Piezoaktors gesteuertes Ventil.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Darstellung des unteren Be­ reichs des Kraftstoffeinspritzventils in geöffneter Stellung gezeigt. Am unteren Ende des Ventilgliedes 25 ist ein Schließkopf 30 angeordnet, der mit dem Ventilglied 25 fest verbunden ist und der aus der Bohrung 19 herausragt. An der dem Ventilkörper 6 zugewandten Ringfläche des Schließkopfes 30 ist eine Ventildichtfläche 32 ausgebildet, die in Schließstellung des Ventilgliedes 25 unter Einwirkung der Druckfeder 23 an einen an der Stirnfläche des Ventilkörpers 6 ausgebildeten Ventilsitz 31 gepreßt wird. An der Mantel­ fläche des unteren Abschnitts 25c des Ventilgliedes 25 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 33 ausgebildet, die durch einen im unteren Abschnitt des Ventilgliedes 25c ausgebilde­ ten Einspritzkanal 34 mit dem Druckraum 26 verbunden ist. Im geschlossenen Zustand des Ventilgliedes 25 ist die Ein­ spritzöffnung 33 vom Ventilkörper 6 verdeckt, und die Ven­ tildichtfläche 32 und der Ventilsitz 31 gewährleisten einen dichten Verschluß der Einspritzöffnung 33. Durch die nach außen gerichtete Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 25 taucht die Einspritzöffnung aus der Bohrung 19 aus und der Druckraum wird so über den Einspritzkanal 34 mit dem Brenn­ raum verbunden.

Statt nur einer Einspritzöffnung 33 kann es auch vorgesehen sein, daß am unteren Abschnitt 25c des Ventilgliedes 25 meh­ rere, zueinander axial verschoben angeordnete Einspritzöff­ nungen 33a, 33b ausgebildet sind, so daß der gesamte Ein­ spritzquerschnitt über die Höhe des Öffnungshubs des Ventil­ gliedes 25 gesteuert werden kann (Vario-Register-Düse). Al­ ternativ kann auch vorgesehen sein, daß ein oder mehrere Einspritzöffnungen mit größerem Querschnitt am Ventilglied 25 angeordnet sind, die je nach Höhe des Öffnungshubs nur teilweise aus der Bohrung 19 austauchen, so daß hierdurch eine Steuerung des gesamten Einspritzquerschnitts möglich ist.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des hydraulischen Hubanschlags 45. Im Bereich der Zwischenbohrung 48 ist ein Dämpfungsraum 40 ausgebildet, in dem ein fest mit der Feder­ stange 51 verbundener Dichtring 46 angeordnet ist, der aus mehreren Teilen aufgebaut sein kann. Er dichtet den Dämp­ fungsraum 40 nach oben ab, während die untere Begrenzung durch die Ringfläche 62 erfolgt, die am inneren Umfang die Dichtkante 47 aufweist. Am Ventilglied 25 sind im Bereich des Dämpfungsraumes 40 zwei Ausnehmungen 41 und 42 ausgebil­ det. Der Dämpfungsraum 40 ist über die erste Ausnehmung 41 und eine Entlastungsleitung 49 mit dem Federraum 24 verbun­ den. Ebenso ist der Dämpfungsraum 40 über die zweite Ausneh­ mung 42 und eine Entlastungsleitung 43 mit dem Federraum 24 verbunden, wobei in der Entlastungsleitung 43 ein als Rück­ schlagventil oder Druckhalteventil ausgebildetes Entlas­ tungsventil 44 angeordnet ist. Das Entlastungsventil 44 ist als ein im wesentlichen konisch ausgebildetes Dichtelement 54 ausgebildet, das durch die Kraft einer unter Vorspannung in einem Dichtfederraum 58 angeordneten Feder 56 gegen die Öffnung der Entlastungsleitung 43 gepreßt wird. Der Dichtfe­ derraum 58 ist durch eine weitere Entlastungsleitung 57 mit dem Federraum 24 verbunden.

Die Ausnehmung 41 weist eine obere Kante 41' auf, die näher zum Brennraum angeordnet ist als die obere Kante 42' der Ausnehmung 42. Sobald die obere Kante 41' der Ausnehmung 41 bei der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 25 unter die Dichtkante 47 abtaucht, wird die Verbindung des Dämpfungs­ raums 40 über die Ausnehmung 41 und die Entlastungsleitung 49 unterbrochen. Im ersten Teil der Öffnungshubbewegung wird der Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 40 über die Ausnehmung 41 und die Entlastungsleitung 49 in den Federraum 24 ge­ preßt. Sobald die obere Kante 41' der Ausnehmung 41 durch die Dichtkante 47 verdeckt wird, ist der erste Öffnungshub­ abschnitt beendet und der Abfluß des Kraftstoffs aus dem Dämpfungsraum 40 kann jetzt nur noch über die Ausnehmung 42 und den Entlastungskanal 43 erfolgen. Aufgrund des im Entlas­ tungskanal 43 angeordneten Entlastungsventils 44 kann die­ ser Abfluß erst dann erfolgen, wenn der Druck im Dämpfungs­ raum 40 einen bestimmten Schwelldruck erreicht hat, der not­ wendig ist, um das Entlastungsventil 44 aufzusteuern. Dieser Schwelldruck ist durch die Auswahl der Feder 56 einstellbar. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Schwelldruck am fertig montierten Kraftstoffeinspritzventil durch ein geeignetes Regelelement am Entlastungsventil 44 verstellbar ist. Er­ reicht auch die obere Kante 42' der Ausnehmung 42 die Dicht­ kante 47, so wird der Dämpfungsraum 40 hydraulisch dicht verschlossen und der Öffnungshub ist beendet. Die beiden durch die oberen Kanten 41', 42' der Ausnehmungen 41, 42 be­ dingten Öffnungshubabschnitte sind so ausgebildet, daß beim ersten Öffnungshubabschnitt die erste Reihe der Ein­ spritzöffnungen 33a aus der Bohrung 19 austritt und beim zweiten Öffnungshubabschnitt auch die zweite Reihe 33b der Einspritzöffnungen 33. Es läßt sich also anhand des Schwell­ drucks steuern, ob eine oder beide Einspritzöffnungsreihen 33a, 33b des nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventils bei der Öffnungshubbewegung aufgesteuert werden.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 3 wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratstank 1 und die Zulaufleitung 2 in den Hochdrucksammelraum 5 gepumpt, wo ein konstanter Kraft­ stoffdruck aufrecht erhalten wird. Über das Regelventil 4 läßt sich dieser Kraftstoffdruck abhängig vom Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine steuern. Über die Zulaufleitung 10 und die Zulaufbohrung 9 wird der Kraftstoff aus dem Hoch­ drucksammelraum 5 in den oberen Ringraum 11 eingeführt. Ist die Drosselbohrung 14 durch das elektrisch steuerbare Ventil 15 geschlossen, so herrscht im Ringraum 11 und im Steuerraum 16 wegen des Drosselkanals 13 derselbe Kraftstoffdruck. Auf­ grund des auf die Stirnfläche 18 des Steuerventilgliedes 12 wirkenden Kraftstoffdrucks im Steuerraum 16, dem auf der ge­ genüberliegenden Seite des Steuerventilgliedes 12 kein ent­ sprechender Kraftstoffdruck entgegensteht, erfährt das Steu­ erventilglied 12 eine in axialer Richtung zum Brennraum hin gerichtete resultierende Kraft, die die Steuerventildicht­ fläche 21 gegen den Steuerventilsitz 22 preßt. Dadurch wird der obere Ringraum 11 gegen den unteren Ringraum 28 abge­ dichtet.

Der Einspritzvorgang wird dadurch eingeleitet, daß das elek­ trisch gesteuerte Ventil 15 durch eine vom Brennraum weg ge­ richtete Öffnungsbewegung die Drosselbohrung 14 öffnet und damit den Steuerraum 16 mit dem Rücklaufkanal 17 verbindet. Der Druck im Steuerraum 16 fällt dadurch sehr rasch ab, da der Drosselkanal 13 einen höheren Durchflußwiderstand auf­ weist als die Drosselbohrung 14. Der Kraftstoffdruck auf die obere Steuerventildruckschulter 60 bewirkt eine Kraft in axialer Richtung auf das Steuerventilglied 12. Aufgrund des fehlenden Kraftstoffdrucks im Steuerraum 16 ergibt sich da­ durch eine resultierende Kraft auf das Steuerventilglied 12, die es in axialer Richtung vom Brennraum weg verschiebt und damit die Steuerventildichtfläche 22 vom Steuerventilsitz 21 abhebt. Der obere Ringraum 11 ist nun mit dem unteren Ring­ raum 28 verbunden und Kraftstoff strömt vom oberen Ringraum 11 in den unteren Ringraum 28 und von dort durch den Zulauf­ kanal 20 in den Druckraum 26. Durch die dem Brennraum zuge­ wandte Druckschulter 36 des Ventilgliedes 25 ergibt sich aufgrund des Kraftstoffdrucks im Druckraum 26 eine zum Brennraum hin gerichtete resultierende Kraft auf das Ventil­ glied 25. Übersteigt diese resultierende Kraft die Schließ­ kraft der Feder 23, startet die Öffnungshubbewegung durch eine axiale Bewegung des Ventilglieds 25 auf den Brennraum zu. Am Schließkopf 30 werden die Einspritzöffnungen 33 frei­ gegeben und der Kraftstoff wird vom Druckraum 26 über die Einspritzkanäle 34 in den Brennraum gespritzt. Der Kraft­ stoff im Dämpfungsraum 40 wird dabei durch die axiale Bewe­ gung des Ventilgliedes 25 über die Ausnehmung 41 und den zu­ gehörigen ersten Entlastungskanal 49 in den Federraum 24 ge­ preßt. Erreicht die obere Kante 41' der Ausnehmung 41 die Dichtkante 47, so wird der Abfluß über die Ausnehmung 41 ge­ stoppt. Das Ventilglied 25 hat die Stellung erreicht, in der die untere Reihe 33a der Einspritzöffnungen 33a, 33b am Schließkopf aufgesteuert ist. Der Druck im Dämpfungsraum 40 steigt wegen der sich fortsetzenden Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 25 weiter an. Erreicht der Druck im Dämpfungs­ raum 40 den am Entlastungsventil 44 eingestellten Schwell­ druck, so kann der Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 40 über die Ausnehmung 42, den Entlastungskanal 43 und das Entlas­ tungsventil 44 in den Federraum 24 abfließen. In diesem Fall wird die Öffungshubbewegung des Ventilgliedes 25 fort­ gesetzt, so daß jetzt beide Einspritzöffnungsreihen 33a, 33b am Ventilglied 25 aufgesteuert werden. Wenn die obere Kante 42' der Ausnehmung 42 die Dichtkante 47 überschreitet, so ist der Dämpfungsraum 40 hydraulisch verschlossen, wodurch der maximale Öffnungshub des Ventilgliedes 25 gegeben ist. Erreicht der Druck im Dämpfungsraum 40 den Schwelldruck des Steuerventils 44 nicht, so wird durch die obere Kante 41' der Ausnehmung 41 der Öffnungshub begrenzt und es wird am Ventilglied 25 nur eine Einspritzöffnungsreihe 33a aufge­ steuert.

Ob der Schwelldruck des Entlastungsventils 44 im Dämpfungs­ raum 40 erreicht wird, hängt zum einen von den Einstellungen am Entlastungsventil 44 ab. Zum anderen ist der Druck im Dämpfungsraum 40 im wesentlichen proportional zum Druck im Druckraum 26. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die Höhe der Öffnungshubbewegung des Ventilgliedes 25 über den Druck im Hochdrucksammelraum 5 mit Hilfe des Regelventils 4 einzu­ stellen. Das Entlastungventil 44 braucht in diesem Fall nicht einstell- oder regelbar zu sein.

Das Ende des Einspritzvorgangs wird durch schließen der Drosselbohrung 14 durch das elektrisch gesteuerte Ventil 15 initiiert. Der Steuerraum 16 füllt sich über den Drosselka­ nal 13 mit Kraftstoff aus dem oberen Ringraum 11, bis im Steuerraum 16 der gleiche Druck wie im Ringraum 11 herrscht. Wegen der oben beschriebenen Druckverhältnisse am Steuerven­ tilglied 12 ergibt sich dadurch eine resultierende Kraft auf das Steuerventilglied 12, die dieses in axialer Richtung zum Brennraum hin mit der Steuerventildichtfläche 22 gegen den Steuerventilsitz 21 preßt, wodurch die Verbindung zwischen dem oberen 11 und dem unteren Ringraum 28 geschlossen wird. Aufgrund des fehlenden Kraftstoffflusses in den Ringraum 28 fällt dort der Kraftstoffdruck ab und damit auch im Zulauf­ kanal 20 und im Druckraum 26. Die auf die Druckschulter 36 wirkende resultierende Kraft reicht nicht mehr aus, der Schließkraft der Feder 23 entgegenzuwirken. Durch die Kraft der Feder 23 wird das Ventilglied 25 in die Bohrung 19 vom Brennraum weg gedrückt und die Einspritzöffnung 33 taucht wieder in die Bohrung 19 ein, wo sie vom Ventilkörper 6 ver­ deckt wird. Der Dichtring 46 bewegt sich ebenfalls nach oben, wodurch Kraftstoff über die Ausnehmung 41 vom Feder­ raum 24 in den Dämpfungsraum 40 strömt, bis der Dämpfungs­ raum 40 wieder mit Kraftstoff gefüllt ist.

Bei der beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung wird also der Öffnungshub durch das Verhältnis des Drucks im Hochdrucksammelraum 5 (Rail) zum Schwelldruck des Entlas­ tungsventils 44 bestimmt. Der Zeitpunkt der Einspritzung und deren zeitlicher Verlauf, der sich eventuell in mehrere kleine Einspritzungen unterteilt, wird über das elektrisch gesteuerte Ventil 15 gesteuert.

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit einer einstufig öff­ nenden Vario-Register-Düse mit mechanischem oder hydrauli­ schem Hubanschlag wird die Einspritzung ebenfalls durch ein als Magnetventil ausgebildetes elektrisch gesteuertes Ventil geregelt. Durch die sehr düsennahe Anordnung des Magnetven­ tils und den konstant hohen Kraftstoffdruck sind sehr kurze und schnell aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge möglich. Durch eine extrem kurze Öffnungsdauer des Magnetventils kann dabei erreicht werden, daß eine Voreinspritzung mit nur ei­ ner Einspritzöffnungsreihe durchgeführt wird, in dem die Dü­ se trägheitsbedingt nur zur Hälfte öffnet. Die nachfolgende Haupteinspritzung wird dagegen bedingt durch die längere Öffnungsdauer mit beiden geöffneten Einspritzöffnungsreihen, d. h. vollem Einspritzquerschnitt, durchgeführt.

Claims (15)

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Ventilkörper (6), der in einer Gehäusebohrung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei ein oberes Ende dem Brennraum abgewandt und eine unteres Ende dem Brennraum zugewandt ist, und einem kolbenförmigen Ventil­ glied (25), das axial beweglich entgegen der Schließkraft wenigstens einer Feder (23) in einer im Ventilkörper (6) ausgebildeten Ventilbohrung (19) angeordnet ist, und ei­ nem am unteren Ende des Ventilgliedes (25) angeordneten Schließkopf (30), dessen dem Ventilkörper (6) zugewandte Ringstirnfläche als Ventildichtfläche (32) ausgebildet ist, die mit einem an der Stirnseite des Ventilkörpers (6) ausgebildeten Ventilsitz (31) zusammenwirkt, und we­ nigstens einer am Schließkopf (30) ausgebildeten Ein­ spritzöffnung (33), die im geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventils vom Ventilkörper (6) ver­ schlossen wird und die durch eine nach außen gerichtete Öffnungshubbewegung freigegeben werden kann, und einem im Ventilkörper (6) ausgebildeten Zulaufkanal (20), der in einen Druckraum (26) mündet, welcher das Ventilglied (25) auf seinem gesamten Umfang umgibt, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kraftstoffeinspritzventil mit Kraftstoff über einen Hochdrucksammelraum (Common Rail) (5) und eine Hochdruckzulaufleitung (10) versorgt wird, wobei der Kraftstoffdruck im Hochdrucksammelraum durch ein Regel­ ventil (4) geregelt werden kann, und einem Steuerventil (8), bei dem ein kolbenförmiges Steuerventilglied (12) axial beweglich und etwa koaxial zum Ventilglied (25) in einer Steuerventilbohrung (7) des Ventilkörpers (6) ange­ ordnet ist, welches Steuerventilglied (12) mit seiner oberen Stirnfläche (18) einen Steuerraum (16) begrenzt, welcher Steuerraum (16) über eine Drosselbohrung (14) mit einem Rücklaufkanal (17) verbunden ist, wobei die Dros­ selbohrung (14) durch ein elektrisch gesteuertes Ventil (15) verschlossen werden kann, und einem auf dem gesamten Umfang des Steuerventilgliedes (12) ausgebildeten Ring­ raum (11), in den die Hochdruckzulaufleitung (10) mündet und der über einen Drosselkanal (13) mit dem Steuerraum (16) verbunden ist, und einer am Steuerventilglied (12) ausgebildeten Ventildichtfläche (22), die so mit einem in der Mantelfläche der Bohrung des Steuerventils (7) aus­ gebildeten Ventilsitz (21) zusammenwirkt, daß durch die axiale Öffnungshubbewegung des Steuerventilgliedes (12) der Ringraum (11) mit dem Zulaufkanal (20) verbindbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckraum (26) über einen im Schließkopf (30) ausgebildeten Einspritzkanal (34) mit der wenigstens einen Einspritzöffnung (33) verbunden ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilglied (25) mindes­ tens zwei zueinander in axialer Richtung versetzt ange­ ordnete Einspritzöffnungsreihen ausgebildet sind, wobei jede Einspritzöffnungsreihe wenigstens eine Einspritzöff­ nung (33a, 33b) aufweist.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilkörper (6) ein zweistufiger Hubanschlag (45) angeordnet ist, wobei die Höhe der Öff­ nungshubabschnitte so bemessen ist, daß bei Erreichen des ersten Öffnungshubabschnitts die untere Einspritz­ öffnungsreihe (33a) geöffnet wird und beim zweiten Öff­ nungshubabschnitt beide Einspritzöffnungsreihen (33a, 33b).

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hubanschlag (45) als hydraulischer Hubanschlag ausgebildet ist, wobei ein hydraulischer Dämpfungsraum (40) mit einer zusteuerbaren Ent­ lastungsleitung (43) verbunden ist und am Ventilglied (25) wenigstens zwei Ausnehmungen (41, 42) ausgebildet sind, wobei die Ausnehmung (41) über die Entlastungs­ leitung (49) und die Ausnehmung (42) über die Entlas­ tungsleitung (43) mit dem Dämpfungsraum (40) verbindbar ist und welche Ausnehmungen (41, 42) während der Öffnungs­ hubbewegung des Ventilgliedes (25) nacheinander ansteuer­ bar sind.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Entlastungsleitung (43) ein Ent­ lastungsventil (44) angeordnet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Entlastungsventil (44) bei einem bestimmten Schwelldruck im Dämpfungsraum (40) die Entlas­ tungsleitung (43) öffnet.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwelldruck am Entlastungsventil (44) einstellbar ist.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schwelldruck des Entlastungsventils (44) konstant gehalten wird und so die Höhe der Öffnungs­ hubbewegung über den Druck im Rail-System (5) gesteuert werden kann.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druck im Rail-System (5) konstant gehalten wird und die Höhe der Öffnungshubbewegung durch das Einstellen des Schwelldrucks am Entlastungsventils (44) gesteuert werden kann.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der den Ringraum (11) mit dem Steuer­ raum (16) verbindende Drosselkanal (13) durch eine im Steuerventilglied ausgebildete Bohrung (13) ausgebildet ist.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ringraum (11) mit dem Steuerraum (16) durch einen zwischen der Steuerventilbohrung (7) und dem Steuerventilglied (12) ausgebildeten Ringkanal ver­ bunden ist.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrisch steuerbare Regelventil (15) als ein Magnetventil ausgebildet ist.

14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das elektrisch steuerbare Regelventil (15) als ein Piezoventil ausgebildet ist.

15. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (25) im Bereich des Druckraums (26) verjüngt ausgebildet ist.