DE4341546A1

DE4341546A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4341546A1
Application number: DE4341546A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Mueller; Jaroslaw Dipl Ing Hlousek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-08
Also published as: JP3742669B2; JPH07189851A; EP0657644A3; DE59407647D1; EP0657644A2; EP0657644B1; US5538187A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen dieser Art fördert eine Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff aus einem Niederdruckraum in einen Hochdrucksammelraum, der über Hochdruckleitungen mit den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist, wobei dieses gemeinsame Druckspeichersystem durch eine Drucksteuereinrichtung auf einem be stimmten Druck gehalten wird. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen an den Einspritzventilen, ist an diesen jeweils ein elektrisch gesteuertes Steuerventil in die Hochdruckleitungen einge setzt, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruck einspritzung am Einspritzventil steuert.

Die Steuerventile an den Einspritzventilen sind dabei als Magnetven tile ausgeführt, die zum Einspritzbeginn die Verbindung der Hoch druckleitung mit dem Einspritzventil aufsteuern und diese am Ein spritzende wieder verschließen.

Dabei weisen die Steuerventile an den bekannten Kraftstoffeinspritz einrichtungen jedoch den Nachteil auf, daß es mit ihnen nicht möglich ist, den Einspritzverlauf am Einspritzventil zu formen. Dabei tritt dort vor allem das Problem auf, daß der am Einspritzventil anliegende hohe Kraftstoffdruck nicht rasch genug entspannt werden kann, was Ungenauigkeiten der Steuerung am Ein spritzende zur Folge haben kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Einspritzende mittels eines dem Entlastungsventil vorgeschalteten Rücksaugbundes sicher steuerbar ist. Dabei entnimmt dieser Rücksaugbund während der Schließbewegung des Steuerventil gliedes Kraftstoff aus der Druckleitung zum Einspritzventil, so daß an diesem ein rascher Druckabfall am Einspritzende gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil wird durch die Anordnung einer in Öffnungsrich tung des Ventiles zum Aufsteuern der Verbindung zwischen Hochdruck leitung und Einspritzventil wirkenden Ringschulter im Druckraum er reicht, über die sich so eine Sicherheitsfunktion in das Steuerven til integrieren läßt. Dabei ist diese Ringschulter so ausgelegt, daß sie beim Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldruckes in der Hochdruckleitung und im Druckraum den Öffnungsquerschnitt zum Ring raum um ein geringes Maß freigibt, das so klein ist, daß der Öff nungsquerschnitt am, die Verbindung des Ringraumes mit einem Entla stungsraum steuernden Ventilsitz nicht vollständig verschlossen wird, so daß sich der Kraftstoffüberdruck aus dem Ringraum in den Entlastungsraum und weiter in eine Rücklaufleitung zum Kraftstoff niederdruckraum entspannt.

Durch die am Rücksaugbund vorgesehene Drossel ist es in vorteilhaf ter Weise möglich, den Abströmvorgang des Kraftstoffes aus der Druckleitung vom Einspritzventil während der Einspritzpausen so einzustellen, daß ein bestimmter Restdruck in der Druckleitung ver bleibt.

Durch das Vorsehen eines weiteren Druckspeichers an jedem Einspritz ventil und dessen Dimensionierung ist es zudem möglich den Ein spritzverlauf an jedem Einspritzventil zu formen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprü chen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kraftstoff einspritzeinrichtung mit einem Längsschnitt durch das Steuerventil und das Einspritzventil und die Fig. 2 einen vergrößerten Aus schnitt aus dem Steuerventil der Fig. 1, in dem die Anordnung einer zusätzlichen Ringschulter am Ventilglied dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1 saugseitig über eine Kraftstoff zuführungsleitung 3 mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum 5 und druckseitig über eine Förderleitung 7 mit einem Hochdrucksammel raum 9 verbunden. Vom Hochdrucksammelraum 9 führen Hochdruckleitun gen 13 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brenn kraftmaschine ragenden Einspritzventilen 15 ab, wobei zur Steuerung des Einspritzvorganges jeweils ein elektrisches Steuerventil 17 an jedem Einspritzventil 15 in die jeweilige Hochdruckleitung 13 eingesetzt ist. Desweiteren ist in jeder Hoch druckleitung 13 zwischen Hochdrucksammelraum 9 und Steuerventil 17 ein weiterer Druckspeicherraum 19 vorgesehen, über dessen Dimensio nierung sich der Einspritzverlauf am Einspritzventil formen läßt. Das Steuerventil 17 ist als 3/2 Wegeventil ausgeführt, dessen kol benförmiges Ventilglied 21 von einem auf seine eine Stirnseite wir kenden elektrischen Stellmagneten 25 betätigt wird.

Der Stellmagnet 25 ist dabei über eine Ankerplatte 27 mittels einer Schraube 29 in einer axialen Sackbohrung des Ventilgliedes 21 am Ventilglied befestigt und wirkt einer zwischen dem Gehäuse 23 und einem Federteller 31 eingespannten Rückstellfeder entgegen, die in einem Federraum 35 des Steuerventils 17 angeordnet ist.

Das kolbenförmige Ventilglied 21 weist zwei einander zugewandte Ven tildichtflächen auf, von denen eine erste konisch ausgebildete Ven tildichtfläche 37 mit einem konischen Ventilsitz 39 zusammenwirkt. Diese konische Ventildichtfläche 37 wird dabei durch eine konische Querschnittsverringerung eines Führungskolbenteils 41 gebildet, der dichtend in einer Führungsbohrung 43 gleitet und mit seinem der ko nischen Ventildichtfläche 37 abgewandten Ende in den Federraum 35 ragt. Der konische Ventilsitz 39 wird durch eine Durchmesserverrin gerung der Führungsbohrung 43 gebildet, wobei die Abdichtung bei ge schlossenem Ventil über den Außendurchmesser am Ventilsitz 39 er folgt. Die zweite Ventildichtfläche ist als flache Dichtfläche 45 ausgeführt und wirkt mit einem Flachventilsitz 47 zusammen. Dabei ist die flache Ventildichtfläche 45 an einer axialen, der konischen Ventildichtfläche 37 zugewandten Ringfläche eines das Ventilglied 21 auf der dem Stellmagneten 25 abgewandten Seite begrenzenden Ringste ges 49 angeordnet. Der Flachventilsitz 47 wird durch einen Ringab satz an der als Stufenbohrung ausgeführten Führungsbohrung 43 gebil det.

Auf der die flache Dichtfläche 45 tragenden Seite grenzt der Ringsteg 49 an eine erste Ringnut 51, die andererseits von einem Rücksaugbund 53 begrenzt wird. Dieser Rücksaugbund 53 weist nur ei nen geringfügig kleineren Außendurchmesser als die als Stufenbohrung ausgeführte Führungsbohrung 43 in diesem Bereich auf und bildet so an seiner Umfangsfläche eine dem Flachsitzventil vorgeschaltete Drosselstrecke 55, die auf der der ersten Ringnut 51 abgewandten Seite in einen Ringraum 57 mündet, der durch die Anordnung einer zweiten Ringnut 59 am Ventilglied 21 zwischen konischer Ventildicht fläche 37 und Rücksaugbund 53 in der Führungsbohrung 43 gebildet ist und von dem eine Druckleitung 61 zum Einspritzventil 15 abführt. Da bei kann die Drossel 55 auch durch eine geringe Durchmesserdifferenz zwischen Rücksaugbund 53 und Führungskolbenteil 41 bei in diesen Be reichen gleichem Durchmesser der Führungsbohrung 43 gebildet sein, wobei dann der Durchmesser des Führungskolbenteils 41 etwa 5 bis 30 µm größer sein sollte als der Durchmesser des Rücksaugbundes 53, so daß sich ein dementsprechender Drosselringspalt an der Drossel 55 ergibt.

An den größeren Durchmesser der konischen Ventildichtfläche 37 schließt sich ein Druckraum 63 an, in den die Hochdruckleitung 13 einmündet.

Der Ringsteg 49 ragt mit seinem dem Flachventilsitz 47 abgewandten Ende in einen Entlastungsraum 65, der sich axial in vom Stellmagnet 25 abgewandter Richtung in einen Federraum 67 des Einspritzventils 15 fortsetzt, in dem eine ein Ventilglied 69 des Einspritzventils 15 in Schließrichtung beaufschlagende Ventilfeder 71 angeordnet ist und von dem eine Rücklaufleitung 73 in den Niederdruckraum 5 abführt. Dabei ist das Ventilglied 69 des Einspritzventils 15 in bekannter Weise mit einer konischen Druckschulter 75 versehen, die in einen mit der Druckleitung 61 verbundenen Druckraum 77 derart ragt, daß der Druck im Druckraum 77 das Ventilglied 69 in Öffnungsrichtung be aufschlagt. Vom Druckraum 77 führt desweiteren ein Einspritzkanal 79 entlang des Ventilgliedes 69 zu einer oder mehreren von der Dichtfläche an der Spitze des Ventilgliedes 69 gesteuerten Ein spritzöffnungen 81 des Einspritzventils 15 in den nicht näher darge stellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. Zudem ist der Federraum 35 des Steuerventils 17 über eine Verbin dungsbohrung 83 mit der Rücklaufleitung 73 verbunden, so daß die Stirnseiten des Ventilgliedes 21 druckausgeglichen sind.

Die Hubbewegung des Ventilgliedes 21 ist dabei jeweils durch die An lage der Ventildichtflächen 37, 45 an einem der Ventilsitze 39, 47 begrenzt.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung arbeitet in fol gender Weise.

Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 fördert den Kraftstoff aus dem Nie derdruckraum 5 in den Hochdrucksammelraum 9 und baut so in diesem einen Kraftstoffhochdruck auf. Dieser Kraftstoffhochdruck setzt sich über die Hochdruckleitungen 13 bis in den Druckraum 63 der einzelnen Steuerventile 17 an den Einspritzventilen 15 fort und befüllt dabei auch die jeweiligen Druckspeicherräume 19. Im Ruhezustand, also bei geschlossenem Einspritzventil 15 ist der Stellmagnet 25 am Steuer ventil 17 stromlos geschaltet, so daß die Rückstellfeder 33 das Ven tilglied 21 über den Federteller 31 mit der konischen Ventildicht fläche 37 in Anlage am konischen Ventilsitz 39 hält, so daß die Ver bindung zwischen dem unter Kraftstoffhochdruck stehenden Druckraum 63 und dem ständig mit der Druckleitung 61 zum Einspritzventil 15 verbundenen Ringraum 57 verschlossen und die Verbindung vom Ringraum 57 in den Entlastungsraum 65 geöffnet ist.

Soll eine Einspritzung am Einspritzventil 15 erfolgen, wird der Stellmagnet 25 bestromt und verschiebt das Ventilglied 21 des Steu erventils 17 entgegen der Rückstellkraft der Feder 33 bis zur Anlage seiner flachen Ventildichtfläche 45 an den Flachventilsitz 47. Dabei wird die Verbindung des Ringraumes 57 zum Entlastungsraum 65 ver schlossen und zur Druckleitung 61 aufgesteuert, so daß sich der Kraftstoffhochdruck nun vom Druckraum 63 über den Ringraum 57 und die Druckleitung 61 zum Druckraum 77 des Einspritzventils 15 fortpflanzt und dort über das Abheben des Ventilgliedes 69 von sei nem Ventilsitz in bekannter Weise die Einspritzung an den Einspritz öffnungen 81 erfolgt.

Soll die Einspritzung beendet werden, wird der Stellmagnet 25 erneut stromlos geschaltet und die Rückstellfeder 33 bewegt das Ventilglied 21 zurück zur Anlage der konischen Ventildichtfläche 37 an den ko nischen Ventilsitz 39. Während dieses Schließvorganges gibt der Rücksaugbund 53 ein bestimmtes Rücksaugvolumen am Ringraum 57 frei, durch das sich das unter hohem Druck stehende Kraftstoffvolumen in der Druckleitung 61 entspannt, so daß der Kraftstoffdruck in der Druckleitung 61 und am Einspritzventil 15 sehr rasch unter den Schließdruck des Einspritzventils 15 sinkt und das Einspritzventil 15 sicher schließt. Das weitere Abströmen des Kraftstoffes aus dem Ringraum 57 bzw. der Druckleitung 61 erfolgt nun über die Drossel 55 am Rücksaugbund 53, so daß bis zum folgenden Einspritzvorgang ein bestimmter Restdruck in der Druckleitung 61 verbleibt.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausschnitt aus der Fig. 1 ist eine zusätzliche, durch eine Querschnittsverringerung des Führungs kolbenteils 41 gebildete Ringschulter 91 am Ventilglied 21 im Be reich des Druckraumes 63 vorgesehen. Diese Ringschulter 91 dient da bei als Entlastungs- bzw. Sicherheitsventil, die bei einem Überdruck in der Hochdruckleitung 13 von etwa 10% ein Aufsteuern des konischen Ventilsitzes 39 bewirkt. Durch diese Entlastung können dabei zudem die am Einspritzende auftretenden Druckspitzen im Druckspeicherraum 19 abgebaut werden. Dabei ist die Ringschulter 91 so dimensioniert, daß sie nur einen geringen Öffnungshub des Ventilgliedes 21 bewirkt, so daß das Flachsitzventil nicht vollständig schließt und sich der Überdruck aus dem Druckraum 63 in den Ringraum 57 und weiter in den Entlastungsraum 65 entspannen kann.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die Kraftstoff aus einem Niederdruck raum (5) in einen Hochdrucksammelraum (9) fördert, der über Hoch druckleitungen (13) mit in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen (15) verbunden ist, deren Öffnungs- und Schließbewegung jeweils von einem elektrisch an gesteuerten, in der Hochdruckleitung (13) am Einspritzventil (15) angeordneten Steuerventil (17) gesteuert wird, dadurch gekennzeich net, daß das Steuerventil (17) ein kolbenförmiges Ventilglied (21) mit zwei einander zugewandten, mit zwei Ventilsitzen zusammenwirken de Ventildichtflächen aufweist, von denen eine erste Ventildicht fläche (37) die Verbindung der Hochdruckleitung (13) zum Einspritz ventil (15) und eine zweite Ventildichtfläche (45) die Verbindung des Einspritzventils (15) mit einem Entlastungsraum (65) aufsteuert, wobei der zweiten Ventildichtfläche (45) ein Rücksaugbund (53) am Ventilglied (21) vorgeschaltet ist, der beim Abheben der zweiten Ventildichtfläche (45) von ihrem Sitz (47) am Ende der Einspritzung ein Rücksaugvolumen freigibt, in den sich ein Teil der vor dem Ein spritzventil (15) befindlichen Kraftstoffmenge entspannt.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Umfangsfläche des Rücksaugbundes (53) nur ein ge ringes Spiel zur Wand einer das Ventilglied (21) führenden Führungs bohrung (43) aufweist und so eine, dem mit der zweiten Ventildicht fläche (45) zusammenwirkenden Ventilsitz (47) vorgeschaltete Drossel (55) bildet.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Ventildichtfläche am Ventilglied als ko nische, am äußeren Konusdurchmesser dichtende Ventildichtfläche (37) ausgebildet ist, die mit einem an der Führungsbohrung (43) gebilde ten konischen Ventilsitz (39) zusammenwirkt.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Ventildichtfläche am Ventilglied (21) als flache Ventildichtfläche (45) ausgeführt ist, die an einer, der konischen Ventildichtfläche (37) zugewandten axialen Ringfläche ei nes das Ventilglied (21) begrenzenden Ringsteges (49) angeordnet ist und die mit einem flachen Ventilsitz (47) zusammenwirkt, der an ei nem Absatz der Führungsbohrung (43) gebildet ist.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem Rücksaugbund (53) und dem Ringsteg (49) eine erste Ringnut (51) und zwischen der konischen Ventildicht fläche (37) und dem Rücksaugbund (53) eine zweite Ringnut (59) vor gesehen ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß sich an die dem konischen Ventilsitz (39) abgewandten Seite der konischen Ventildichtfläche (37) ein Führungskolbenteil (41) anschließt, das dichtend in der Führungsbohrung (43) gleitet.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der konische Ventilsitz (39) an seinem größeren Durch messer an einen den Führungskolbenteil (41) umgebenden Druckraum (63) angrenzt, in den die Hochdruckleitung (13) mündet.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der konische Ventilsitz (39) mit seinem kleineren Durchmesser an einen zwischen der zweiten Ringnut (59) und der Wand der Führungsbohrung (43) gebildeten Ringraum (57) angrenzt, von dem eine Druckleitung (61) zum Einspritzventil (15) abführt und der an seinem anderen Ende vom Rücksaugbund (53) begrenzt wird.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der flache Ventilsitz (47) auf seiner dem Ringraum (57) abgewandten Seite an einen Entlastungsraum (65) grenzt, von dem eine Rücklaufleitung (73) in den Niederdruckraum (5) abführt.

10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hubbewegung des Ventilgliedes (21) durch die Anla ge der Ventildichtflächen (37, 45) an einen der Ventilsitze (39, 47) begrenzt ist.

11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die einzelnen Bestandteile des Ventilgliedes (21) mit tels einer in eine axiale Sacklochbohrung im Ventilglied (21) ragen den Schraube (29) mit einer Ankerplatte (27) eines das Steuerventil (17) betätigenden Stellmagneten (25) verbunden sind.

12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß in die jeweiligen Hochdruckleitungen (13) zwischen Hochdrucksammelraum (9) und Steuerventil (17) ein weiterer Druckspeicherraum (19) an jedem Einspritzventil (15) vorgesehen ist.

13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß am Führungskolbenteil (41) im Bereich des ständig mit der Hochdruckleitung (13) verbundenen Druckraumes (63) eine Ring schulter (91) vorgesehen ist, die vom Druck im Druckraum (63) in Öffnungsrichtung der konischen Ventildichtfläche (37) vom Ventilsitz (39) beaufschlagt wird.

14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Führungs kolbenteils (41) gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser des Rücksaugbundes (53) ist.

15. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Differenz zwischen den Durchmessern des Führungs kolbenteils (41) und des Rücksaugbundes (53) einen Drosselringspalt an der Drossel (55) mit einer Spaltbreite von 5 µm bis 30 µm ergibt.