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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie er aus der DE-OS 2 217 602 bekannt ist. Bei
diesem Kraftstoffeinspritzventil ist die Kraftstoffzufuhr direkt mit der Druckkammer
unter dem Ventilkörper in Verbindung. Während der kurzen zur Verfügung stehenden
Einspritzzeit muß der Kraftstoff von der Pumpe gefördert durch die Kraftstoff zuführung
zur Druckkammer zugeführt werden. Durch den damit notwendigen hohen Kraftstoffdruchfluß
pro Zeit müssen die Pumpenleistung und die Leitungsquerschnitte entsprechend groß
ausgebildet sein, was Konstruktionsgewicht und Bauvolumen ungünstig beeinflußt.
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Aufgabe der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen,
das mit einer geringen Pumpenleistung und mit Zuleitungen geringen Querschnitts
auskommt und trotzdem eine ausreichende Einspritzmenge abspritzt.
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Lösung der Aufgabe Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor,
daß ein mit dem Zulaufdruck der Kraftstoffzuführung aufladbarer Speicherraum vorgesehen
ist, der direkt mit der Druckkammer verbunden ist, und daß dieser Speicherraum
mindestens
während der Einspritzdauer durch das Regelventil gesteuert von der Kraftstoffzuführung
getrennt ist, und daß zur Regelung der abgespritzten Kraftstoffmenge a) die Abhebezeit
des Ventilkörpers.von seinem Sitz über die Impulsdauer des elektrisch gesteuerten
Regelventils geregelt ist und/oder b) der Ladedruck des Speicherraums veränderbar
entsprechend geregelt ist und/oder c) die Federkraft der auf den Ventilkörper wirkenden
Feder veränderbar und entsprechend geregelt ist, insbesondere durch Änderung der
Vorspannung und/oder d) das wirksame Volumen des Speicherraums veränderbar und entsprechend
geregelt ist.
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Vorteile der Erfindung Durch die Anordnung eines Speicherraums für
den einzuspritzenden Brennkraftstoff kurz vor der Einspritzdüse kann der Querschnitt
der Kraftstoffzuführung relativ klein gehalten werden, da der Speicherraum im Zeitintervall
zwischen den einzelnen Einspritzungen aufgefüllt werden kann. Gleichzeitig kann
wegen der damit erreichbaren gleichmäßigeren Zulaufgeschwindigkeit die Kraftstoffpumpe
kleiner bemessen werden, wobei gleichzeitig die Druckschwankungenin der Kraftstoffzuführung
wesentlich kleiner sind als bei einer direkten Zuführung des Kraftstoffs zur Düse
ohne Speicherraum. Neben den
kleiner wählbaren Querschnitten kann
auch das Regelventil kleiner gewählt werden, so daß für die Auslegung der Einspritzanlage
insgesamt mehr Spielraum und Möglichkeiten gegeben sind.
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Für die Regelung der Einspritzmenge pro Einspritztakt stehen bei der
vorliegenden Erfindung mehrere Möglichkeiten entweder jede getrennt oder in beliebiger
Kombination zur Verfügung. Einmal kann in bekannter Weise die Einspritzdüse über
das Regelventil eine gewisse Zeit geöffnet werden, in der die gewünschte Einspritzmenge
entsprechend dem Betriebszustand von der Düse abgespritzt wird.
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Zum anderen kann der Ladedruck des Speicherraums entsprechend der
erforderlichen Einspritzmenge gewählt und die Einspritzdauer über eine konstante
Zeitspanne oder auch wieder veränderbar gewählt werden, wobei bei der Regelung Ansauglufttemperatur,
Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und auch andere Betriebsbedingungen berücksichtigt werden
können.
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Eine weitere Regelungsmöglichkeit besteht, die Einspritzmenge über
die Federvorspannung zu regeln. In Verbindung hiermit oder auch unabhängig davon
kann auch das wirksame Volumen des Speicherraums veränderbar und zur Regelung herangezogen
werden.
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Eine Auffüllung des Speicherraums mit Kraftstoff bis zum Betriebsdruck
kann über ein Rückschlagventil ohne zusätzliche Steuerungselemente erfolgen, wenn
bei einem
Kraftstoffeinspritzventil, bei dem das Regelventil ein
Drei/Zwei-Wegeventil ist und ein Weg mit der Kraftstoffzuführung, ein Weg mit dem
Kraftstoffrücklauf und ein Weg über eine Verbindungsleitung mit der tederseitigen
Stirnseite des Ventilkörpers verbunden und der Speicherraum über das Rückschlagventil
an die Verbindungsleitung angeschlossen ist.
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Ein Schließen des Ventils ohne Nachspritzen kann dadurch besonders
rasch und ohne Verzögerung erreicht werden, daß die auf den Ventilkörper wirkende
Feder in einem besonderen Federraum vorgesehen ist und sich über einen Federteller
und einen dicht durch eine Wand geführten Stößel auf dem Ventilkörper abstützt,
denn dadurch kann das mit Druck zu beaufschlagende Volumen zwischen dem Regelventil
und dem Ventilkörper besonders klein gehalten werden. Vorteilhaft kann eine raumsparende
Konstruktion dadurch erreicht werden, daß der Speicherraum zugleich Federraum ist
und vorzugsweise axial in Verlängerung der Längsachse des Ventilkörpers angeordnet
ist, so daß keine Kraftumlenkungen erforderlich sind.
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Besonders vorteilhaft kann als elektrisch gesteuertes Regelventil
ein piezoelektrisches Ventil anstelle eines Magnetventils verwendet werden, durch
das wesentlich schnellere Schaltungen möglich sind. Die so ausgebildeten Kraftstoffeinspritzventile
sind besonders für sehr hochtourige Brennkraftmaschinen geeignet.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzventil in geschlossenem Zustand,
Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil während des Einspritzvorgangs,
Fig. 3 den Druckverlauf über der Zeit im Speicherraum des Kraftstoffeinspritzventils
bei Impulssteuerung des Regelventils, Fig. 4 den Druckverlauf über der Zeit im speicherraum
des Kraftstoffeinspritzventils bei Drucksteuerung und Fig. 5 den Druckverlauf über
der Zeit im Speicherraum des Kraftstoffeinspritzventils bei einer Steuerung der
Federkraft.
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Beschreibung des Erfindungsbeispiels An eine mit einer nicht dargestellten
Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff beaufschlagten Kraftstoffzuführung 1 ist ein über
einen Elektromagneten 2 gesteuertes Regelventil 3 angeschlossen. Das Regelventil
3 ist ein 3/2 -Wegeventil, bei dem ein Weg 4 mit der Kraftstoffzuführung 1, ein
Weg 5 mit einem mindestens nahezu druck losen Kraftstoffrücklauf 6 und der dritte
Weg 7 über eine Verbindungsleitung 8 mit einem Raum 9 über einen Ventilkörper 10
verbunden ist.
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Der Ventilkörper 10 ist axial verschiebbar in einer Gehäusebohrung
11 angeordnet. Seine obere Stirnseite 12 mündet im Raum 9, während seine gegenüberliegende
Stirnseite 13 in eine Druckkammer 14 ragt und durch eine Ventilnadel 15 einen Ventilsitz
16 verschließt, durch den der Kraftstoff bei geöffnetm Zustand des Kraftstoffeinspritzventils
abgespritzt wird.
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Die Druckkammer 14 ist über eine Leitung 17 direkt mit einem Speicherraum
18 verbunden, in dem auch eine sich über einen Ventilteller 19 und einen durch eine
Wand 20 dicht hindurchgeführten Stößel 21 auf dem Ventilkörper 10 sich abstützende
Feder 22 angeordnet ist. Der Speicher 18 ist wiederum über ein Rückschlagventil
23 mit der Verbindungsleitung 8 in Verbindung.
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Das Regelventil 3 weist einen Steuerkörper 24 auf, durch den bei stromlosem
Magnet 2 der Weg 5 und bei angezogenem Magnet der Weg 4 verschlossen ist. Die Verschiebung
erfolgt einmal über einen mit dem Anker 25 des Magneten 2 verbundenen Stößel 26
und einem weiteren federbelasteten gegenüberliegend angeordneten Stößel 27. Zur
Herabsetzung der erforderlichen Magnetkräfte ist ein Raum 28 des Regelventils 3,
in den der Anker 25 ragt, mit der Kraftstoffzuführung 1 verbunden und steht dauernd
unter dem Zulaufdruck.
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In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung des Kraftstoffeinspritzventils
ist durch den Steuerkörper 24 des Regelventils 3 der Kraftstoffrücklauf 6 verschlossen,
während über die Wege 4 und 7 die Kraftstoffzuführung 1 über die Verbindungsleitung
8 mit dem Raum 9 und über das Rückschlagventil 23 mit dem Speicherraum 18 und weiter
über die Leitung 17 mit der Druckkammer 14 verbunden ist, so daß dort praktisch
überall der Zulaufdruck der Kraftstoffzuführung 1 vorhanden ist. Durch die Feder
22 wird über den Federteller 19 und den Stößel 21 der Ventilkörper 10 mit der Ventilnadel
15 auf den Ventilsitz 16 gepreßt, so daß dieser dicht abgeschlossen
ist.
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Erfolgt nun wie in Fig. 2 dargestellt eine Erregung des Magneten 2
durch einen von einem Steuergerät abgegebenen Stromimpuls, so zieht der Anker 25
an und hebt über den Stößel 26 den Steuerkörper 24 vom Weg 5 weg und verschließt
den Weg 4. Damit sind die Wege 5 und 7 des Regelventils 3 miteinander verbunden,
so daß der im Raum 9 vorhandene Kraftstoff über die Verbindungsleitung 8 zum Kraftstoffrücklauf
6 praktisch drucklos abströmen kann, wodurch durch den in der Druckkammer 14 herrschenden
Druck der Ventilkörper 10 gegen den Druck der Feder 22 angehoben und damit die Ventilnadel
15 vom Sitz 16 abgehoben und so ein Abspritzen möglich wird. Durch die Elastizität
einmal des Düsen-und Leitungsaufbaus und des Kraftstoffs selbst dehnt sich dieser
beim Öffnen der Düse unter Druckabfall aus, so daß ein Teil des Kraftstoffs unter
Druck ausgespritzt wird. Bei einem bestimmten, von der Vorspannung der Feder 22
abhängigen Schließdruck p5 verschiebt sich der Ventilkörper 10 wieder nach unten,
so daß über die Ventilnadel 15 der Ventilsitz 16 wieder verschlossen und der Einspritzvorgang
beendet wird, wenn dies nicht vorher durch Umsteuerung des Regelventils 3 durch
den Magneten 2 erfolgt, was aber in jedem Fall einmal erforderlich ist, um wieder
einen neuen Einspritzvorgang einleiten zu können. Mit der Umsteuerung des Regelventils
3 erfolgt wieder der in Fig. 1 dargestellte Zustand.
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Der Zulaufdruck in der Kraftstoffzuführung 1 kann sich wieder über
die Wege 4 und 7 und die Verbindungsleitung 8 ausbreiten und verschiebt, wenn der
Druck noch nicht bis zum Schließdruck p5 abgebaut ist, das Ventil, während gleichzeitig
über das Rückschlagventil 23 auch der Speicherraum 18 wieder mit Kraftstoff angefüllt
wird.
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Neben der eben beschriebenen Impulssteuerung des Regelventils bei
konstantem Zulaufdruck kann die Einspritzmenge auch über eine Drucksteuerung erfolgen
oder über eine Steuerung der Federkraft der Feder 22.
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Der Druckverlauf im Speicherraum 18 in Abhängigkeit von der'Zeit ab
dem Öffnen des Ventils ist in den Fig. 3 bis 5 dargestellt. Da die eingespritzte
Menge etwa dem Druck und der Einspritzzeit proportional ist, entspricht die jeweils
eingespritzte Menge etwa der in den Figuren schraffiert dargestellten Fläche, wenn
die Öffnungszeit des Kraftstoffeinspritzventils ti ist.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Impulssteuerung ist der Ausgangsdruck
im Speicher Psp immer gleich und die Öffnungszeit t variiert. Dabei kann allerdings
der Druck nur bis zum Schließdruck p5 absinken, da dann das Ventil infolge der konstanten
Federkraft schließt.
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Die maximal mögliche Einspritzmenge ist hierdurch begrenzt.
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In Fig. 4 ist eine Drucksteuerung des Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
Hier wird der Speicherdruck Psp zur Steuerung der Einspritzmenge verwendet, wobei
eine konstante Öffnungszeit t bei der Steuerung des Regelventils 3 verwendet werden
kann oderzusätzlich auch noch diese Impulszeit für die Magnetbeaufschlagung mit
Strom zur Einspritzmengenregelung mit herangezogen werden kann, wobei allerdings
auch hier nur ein Druckabfall bis zum Schließdruck p5 möglich und so die Maximalmenge
in Abhängigkeit vom Speicherdruck Psp abhängig ist.
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Beim in Fig. 5 dargestellten Diagramm wird der Speicherdruck Psp und
die Öffnungszeit ti konstant gehalten und nur die Vorspannung der Feder 22 zur Regelung
verwendet. Durch die Änderung der Vorspannung ändert sich auch der Schließdruck
p5 des Kraftstoffeinspritzventils.
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Selbstverständlich können alle diese Steuerungsmöglichkeiten beliebig
kombiniert verwendet werden, nur erhöht sich dadurch der Konstruktions- und Steueraufwand.