EP0657642A2 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0657642A2
EP0657642A2 EP94113010A EP94113010A EP0657642A2 EP 0657642 A2 EP0657642 A2 EP 0657642A2 EP 94113010 A EP94113010 A EP 94113010A EP 94113010 A EP94113010 A EP 94113010A EP 0657642 A2 EP0657642 A2 EP 0657642A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
valve
chamber
injection
injection device
Prior art date
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Granted
Application number
EP94113010A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0657642B1 (de
EP0657642A3 (de
Inventor
Peter Dipl.-Ing. Müller
Jaroslaw Dipl.-Ing. Hlousek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0657642A2 publication Critical patent/EP0657642A2/de
Publication of EP0657642A3 publication Critical patent/EP0657642A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0657642B1 publication Critical patent/EP0657642B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
  • a high-pressure fuel pump delivers fuel from a low-pressure chamber to a high-pressure collecting chamber, which is connected via high-pressure lines to the individual injection valves projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, this common pressure storage system being operated by a pressure control device is kept at a certain pressure.
  • an electrically controlled control valve is inserted into the high-pressure lines, which controls the opening and closing of the high-pressure fuel injection at the injection valve.
  • each injection valve which is filled by the common pressure storage system and which, in addition to the high-pressure line leading away from the high-pressure collection space, also with the Injector is connected.
  • the injection process can be optimally adapted to the requirements of the respective internal combustion engine in connection with a throttled outflow of fuel from a pressure chamber acting on the valve member of the injection valve become, in particular a slow pressure increase at the beginning and a high pressure increase at the end of the injection can be achieved.
  • the quantity of fuel supplied directly to the injection valve from the common high-pressure accumulation chamber is used only as a control means for controlling the lifting movement of the valve member of the injection valve, while the injection quantity is completely removed from the respective smaller pressure storage chamber.
  • the known fuel injection device has the disadvantage that the high system pressure is constantly applied to the injection valve member due to the hydraulic connection between the pressure storage chamber and the pressure chamber on the injection valve member, which results in a high mechanical load on the injection valve.
  • the control of the injection process by means of the hydraulic blocking or relief of a pressure chamber on the valve member of the injection valve by the fuel in the pressure storage system causes pressure fluctuations in the system, as a result of which the control processes on the individual injection valves connected via the high-pressure lines can influence one another, which results in inaccuracies .
  • the arrangement of two high-pressure lines per injection valve and the associated pressure connections increases the manufacturing outlay, so that the known fuel injection device does not meet the current high requirements with regard to a structurally simple structure, high injection accuracy over a long operating time and high operational reliability.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the injection valve is separated from the pressure system by the control valve during the injection breaks, so that the high system pressure is not constantly applied to the injection valve. In addition to a lower mechanical load on the injection valve, this also results in the valve member of the injection valve being closed by its valve spring and being able to be kept in the closed state, which makes high pressurization of the valve member in the closing direction superfluous and thus contributes to simplifying the entire injection device .
  • Another advantage is achieved by the through hole in the piston-shaped valve member of the control valve, via which the fuel under high pressure flows out of the high-pressure area within the control valve during the injection pauses into a relief chamber and via which pressure equalization at both valve member end faces, or at the latter, is constant adjoining rooms.
  • the volume of the pressure storage spaces assigned to the injection valves is 5 to 20 times larger than the maximum injection quantity at the injection valve executed, the fuel pressure reflected at the injection valve at the start of the injection in the pressure storage space being used to increase the pressure to a value above the system pressure.
  • This pressure increase can be adjusted via the afterflow into the pressure accumulator, which can be adjusted by the dimensioning of the high-pressure line and a pressure valve in the inlet, in such a way that the highest fuel pressure in the system is built up towards the end of the injection.
  • a flow restrictor inserted in the pressure connection of the pressure accumulator prevents the pressure fluctuations from propagating into the system.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of the fuel injection device with a longitudinal section through the control valve and the injection valve
  • FIG. 2 shows the design of the valve seats and sealing surfaces of the control valve in an enlarged detail from FIG. 1.
  • a high-pressure fuel pump 1 is connected on the suction side via a fuel supply line 3 to a fuel-filled low-pressure chamber 5 and on the pressure side via a delivery line 7 to a high-pressure collecting chamber 9, the delivery rate of the High-pressure fuel pump 1 can be controlled by an electrical control unit 11.
  • High-pressure lines 13 lead from the high-pressure plenum 9 to the individual injection valves 15 projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, an electric control valve 17 being inserted in each injection valve 15 into the respective high-pressure line 13 to control the injection process.
  • a further pressure storage chamber 19 is provided in each high-pressure line 13 between the high-pressure collection chamber 9 and the control valve 17, the volume of which is approximately 5 to 20 times larger than the maximum injection quantity at the injection valve 15 per injection process and which has two parallel pressure connections with the one leading to the high-pressure collection chamber 9 Part of the high pressure line 13 is connected.
  • a first pressure connection 21 has a pressure valve 23 opening in the direction of the pressure storage space 19 and designed as a check valve
  • a second pressure connection 25 has a throttle point 27, with an uncontrolled backflow of fuel into the part of the high pressure line 13 leading to the high pressure collection space 9 via the throttle 27 and one Influencing of the pressure in the pressure storage spaces of the other injection valves is to be avoided, while the pressure valve 23 enables rapid refilling of the pressure storage space 19. It can be adjusted via the design of the throttle 27 and the pressure valve 23 depending on the dimensioning of the high pressure line 13, the inflow and outflow into the pressure storage chamber 19, in particular during high pressure injection, throttle 27 and pressure valve 23 also in a common pressure connection, in series can be arranged switched.
  • the control valve 17 is designed as a 3/2-way valve, the piston-shaped valve member 29 of which acts on its one end against a compression spring 35 which is supported between the housing 31 and a spring plate 33 on the valve member 29 Actuating magnet 37 is actuated, the energization of which is controlled by control unit 11.
  • the valve member 29 has an annular web 39 on its shaft, the lower transition surface of the piston shaft facing away from the actuating magnet 37 is conical and thereby forms a first conical sealing surface 41 on the valve member 29, which cooperates with a conical valve seat 43.
  • This conical valve seat 43 shown enlarged in FIG.
  • valve member 29 is formed by a conical diameter widening of a guide bore 49, which receives a guide piston part 45 on the valve member 29, within the housing 31 of the control valve 17.
  • annular groove 47 is provided on the valve member 29, which forms a pressure chamber 51 with the wall of the guide bore 49, which is separated from the guide piston part 45 and the conical valve sealing surface 41 on the annular web 39 is limited and in which a part of the high-pressure line 13 leading away from the pressure storage chamber 19 to the control valve 17 opens in such a way that the opening cannot be closed by the valve member 29 during the lifting movement of the valve member 29.
  • the transition from the ring web 39 to the piston skirt facing the actuating magnet 37 takes place via a ring shoulder 53, the resulting axially directed ring surface on the ring shoulder 53 forming a second flat sealing surface 55 which, with a flat valve seat 59 surrounding a bore 57, on the axial end face of an intermediate piece 61 cooperates, the piston shaft continuing through the bore 57 to the actuating magnet 37 and thereby protruding with its end into a spring space 63 receiving the compression spring 35 of the valve member 29.
  • the outer diameter of the ring shoulder 53 carrying the flat axial sealing surface 55 on the ring web 39 is equal to the diameter of the guide piston part 45 for pressure equalization at the open control valve 17.
  • the stroke movement of the valve member 29 is in each case by contact the sealing surfaces 41, 55 limited to one of the valve seats 43, 59.
  • the annular web 39 is arranged in an annular space bounded by the respective valve seats 43, 59 and forming an antechamber 65, from which a pressure line 67 leads to the injection valve 15 and a relief channel 69.
  • This relief channel 69 is partially formed by a remaining annular gap between the piston skirt and the bore 57 in the intermediate piece 61, which is formed with its outer diameter smaller than the sealing surface 55 and can thus be closed by it.
  • the bore 57 opens into the spring chamber 63, which acts as the return spring 35 of the valve member 29, and is provided with transverse bores 73 that intersect an axial through-bore 71 in the valve member 29 with a boundary of the end face of the guide piston 45 of the valve member 29 facing away from the actuating magnet 37 Relief chamber 75 connected.
  • This relief space 75 formed within the guide bore 49 continues axially in the direction facing away from the actuating magnet 37 into a spring space 77 of the injection valve 15, in which a valve spring 81 acting on a valve member 79 of the injection valve 15 in the closing direction is arranged and from which a return line 83 into the Low pressure space 5 leads away.
  • the valve member 79 of the injection valve 15 is provided in a known manner with a conical pressure shoulder 85 which projects into a pressure chamber 87 connected to the pressure line 67 such that the pressure in the pressure chamber 87 acts on the valve member 79 in the opening direction. Furthermore, an injection channel 89 leads from the pressure chamber 87 along the valve member 79 to one or more injection openings 91 of the injection valve 15, which are controlled by the sealing surface at the tip of the valve member 79, into the combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine to be supplied.
  • the fuel injection device according to the invention works in the following way.
  • the high-pressure fuel pump 1 delivers the fuel from the Low-pressure chamber 5 in the high-pressure collection chamber 9 and thus builds up a high-pressure fuel in this, which is adjustable via the control of the high-pressure pump 1.
  • This high fuel pressure continues via the high-pressure lines 13 into the pressure chamber 51 of the individual control valves 17 on the injection valves 15 and also fills the respective pressure storage chambers 19 via the pressure valves 23.
  • the actuating magnet 37 is energized and moves the valve member 29 of the control valve 17 against the restoring force of the spring 35 until its flat valve sealing surface 55 abuts the flat valve seat 59.
  • the connection of the antechamber 65 to the relief channel 69 is closed and opened to the pressure line 67, so that the high fuel pressure now continues from the pressure chamber 51 via the antechamber 65 and the pressure line 67 to the pressure chamber 87 of the injection valve 15 and there, in a known manner, by lifting the valve member 79 from its valve seat, the injection at the injection openings 91 he follows.
  • a pressure increase over the system pressure can be achieved in the following manner in the pressure line 67 during the injection phase.
  • the pressure chamber 51 is connected to the antechamber 65 and a flow begins in the direction of the transverse bore 73 and through bore 71 up to the pressure-free return line 83.
  • This flow caused in a further consequence is a flow in the line connection from the pressure storage space 19 to the pressure space 51 and in the line 13 between the pressure storage space 19 and the high pressure collection space 9.
  • the fuel flow is directed in the direction of the pressure line 67.
  • the build-up effect of the fuel flow in motion creates an excess pressure there.
  • This pressure increase can be influenced by a suitable choice of the influencing variables line length, line diameter, storage volume, throttle cross-section, etc.
  • a pressure increase in the injection pressure above the value of the system pressure can be achieved by partially reflecting the fuel pressure wave running to the injection valve 15 at the injection valve, returning to the pressure accumulator 19 and causing a pressure increase in this, which is caused by the flow energy of the fuel flowing in from the high-pressure collecting chamber 9 and the dimensioning of the throttle 27, which prevents rapid pressure reduction, can be set.
  • This increased fuel pressure then reaches the injection valve 15 again and increases its injection rate towards the end of the injection.
  • the course of injection at the injection valve 15 can also be shaped via the opening cross section on the valve member 29 (diameter / stroke), the volume of the antechamber 65 and the pressure line 67 and the volume of the pressure accumulator 19.
  • the actuating magnet 37 is again de-energized and the compression spring 35 brings the valve member 29 of the control valve 17, which is pressure-compensated by the ring shoulder 53, into contact with the conical valve seat 43 again in the open state.
  • the opening cross section on the flat valve seat 59 is opened and the fuel under high pressure relaxes via the relief channel 69, the spring chamber 63, the transverse and longitudinal bores 73, 71 in the valve member 29 in the relief chamber 75, from where the fuel flows through the spring chamber 77 and the return line 83 into the low-pressure chamber 5, so that the valve member 79 of the injection valve 15 is depressurized under the action of the valve spring 81 in the closed position and the valve member 29 is pressure-balanced again.
  • the cross section of the relief channel 69 is designed so that it ensures a rapid pressure drop in the pressure line 67 below the closing pressure of the injection valve 15, but on the other hand throttles the outflow from the pressure line 67 so that a residual pressure in the pressure line 67 and the injection valve 15 remains.
  • the volume of the pressure accumulator space 19 and the cross section of the throttle 27 in the pressure connection 25 serving as the return line must be coordinated such that the pressure peaks within the pressure accumulator space 19 and be dismantled to the high-pressure plenum 9.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1) befüllbaren Hochdrucksammelraum (9), von dem Hochdruckleitungen (13) zu den einzelnen Einspritzventilen (15) abführen. Dabei sind in den einzelnen Hochdruckleitungen (13) Steuerventile (17) zur Steuerung der Hochdruckeinspritzung an den Einspritzventilen (15) sowie ein zusätzlicher Druckspeicherraum (19) zwischen diesen Steuerventilen (17) und dem Hochdrucksammelraum (9) eingesetzt. Um dabei zu vermeiden, daß der hohe Systemdruck ständig an den Einspritzventilen (15) anliegt, ist das Steuerventil (17) so ausgeführt, daß es während der Einspritzpausen am Einspritzventil (15) dessen Verbindung zum Druckspeicherraum (19) verschließt und eine Verbindung zwischen Einspritzventil (15) und einem Entlastungsraum (75) aufsteuert. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen aus der DE-OS 37 00 687 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 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 bestimmten Druck gehalten wird. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen an den Einspritzventilen, ist an diesen jeweils ein elektrisch gesteuertes Steuerventil in die Hochdruckleitungen eingesetzt, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruckeinspritzung am Einspritzventil steuert.
  • Dabei ist bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung an jedem Einspritzventil ein weiterer Druckspeicherraum vorgesehen, der vom gemeinsamen Druckspeichersystem gefüllt wird und der neben der vom Hochdrucksammelraum abführenden Hochdruckleitung ebenfalls mit dem Einspritzventil verbunden ist. Durch diese Aufteilung des Speichervolumens an jedem Einspritzventil auf zwei Druckräume, die durch eine Leitung bestimmter Länge miteinander verbunden sind, kann dort in Verbindung mit einem gedrosselten Abströmen von Kraftstoff aus einem auf das Ventilglied des Einspritzventils wirkenden Druckraum der Einspritzverlauf den Erfordernissen der jeweiligen Brennkraftmaschine optimal angepaßt werden, wobei insbesondere ein langsamer Druckanstieg am Beginn und ein hoher Druckanstieg zum Ende der Einspritzung erreichbar ist. Die direkt aus dem gemeinsamen Hochdrucksammelraum dem Einspritzventil zugeführte Kraftstoffmenge wird dabei lediglich als Steuermittel zur Steuerung der Hubbewegung des Ventilgliedes des Einspritzventiles verwendet, während die Einspritzmenge vollständig dem jeweiligen kleineren Druckspeicherraum entnommen wird.
  • Die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist dabei jedoch den Nachteil auf, daß durch die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckspeicherraum und dem Druckraum am Einspritzventilglied der hohe Systemdruck ständig am Einspritzventilglied anliegt, was eine hohe mechanische Belastung des Einspritzventiles zur Folge hat.
  • Zudem verursacht die Steuerung des Einspritzvorganges mittels des hydraulischen Blockierens oder Entlastens eines Druckraumes am Ventilglied des Einspritzventiles durch den im Druckspeichersystem befindlichen Kraftstoff Druckschwankungen im System, wodurch sich die Steuervorgänge an den einzelnen, über die Hochdruckleitungen verbundenen Einspritzventile gegenseitig beeinflussen können, was Ungenauigkeiten zur Folge hat. Desweiteren erhöht die Anordnung von zwei Hochdruckleitungen pro Einspritzventil und den damit verbundenen Druckanschlüssen den Fertigungsaufwand, so daß die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung den derzeitigen hohen Anforderungen hinsichtlich eines konstruktiv einfachen Aufbaus, hoher Einspritzgenauigkeit über eine lange Betriebsdauer und einer hohen Betriebssicherheit nicht entspricht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Einspritzventil durch das Steuerventil während der Einspritzpausen vom Drucksystem getrennt ist, so daß der hohe Systemdruck nicht ständig am Einspritzventil anliegt. Dies hat neben einer geringeren mechanischen Belastung des Einspritzventils zudem zur Folge, daß das Ventilglied des Einspritzventils von dessen Ventilfeder verschlossen werden und in geschlossenem Zustand gehalten werden kann, was eine hohe Druckbeaufschlagung des Ventilgliedes in Schließrichtung überflüssig macht und somit zu einer Vereinfachung der gesamten Einspritzeinrichtung beiträgt. Dies wird dabei in vorteilhaft einfacher Weise mit einem als Doppelsitzventil ausgebildeten elektrisch angesteuerten Steuerventil erreicht, dessen jeweiliger Hubanschlag durch einen Ventilsitz gebildet ist und das durch die jeweils gleich groß dimensionierten Druckangriffsflächen am Ventilglied in beiden Hubrichtungen in geöffnetem und geschlossenem Zustand druckausgeglichen ist, so daß die Stellkräfte des das Ventilglied betätigenden Magnetventils lediglich die Kraft einer Rückstellfeder überwinden müssen.
  • Ein weiterer Vorteil wird durch die Durchgangsbohrung im kolbenförmigen Ventilglied des Steuerventils erreicht, über die der unter hohem Druck stehende Kraftstoff während der Einspritzpausen aus dem Hochdruckbereich innerhalb des Steuerventils in einen Entlastungsraum abströmt und über die ständig ein Druckausgleich an beiden Ventilgliedstirnseiten, bzw. der an diese angrenzenden Räume erfolgt. Um einen Einspritzdruckverlauf mit zu Beginn geringem Druckanstieg und zum Ende hin einem hohen Einspritzdruck zu erreichen ist das Volumen der den Einspritzventilen zugeordneten Druckspeicherräume 5 bis 20 mal größer als die maximale Einspritzmenge am Einspritzventil ausgeführt, wobei der am Einspritzventil am Beginn der Einspritzung reflektierte Kraftstoffdruck im Druckspeicherraum für eine Druckerhöhung auf einen Wert oberhalb des Systemdrucks genutzt wird. Diese Drucküberhöhung läßt sich dabei über das durch die Dimensionierung der Hochdruckleitung und ein Druckventil im Zulauf einstellbare Nachströmen in den Druckspeicher derart abstimmen, daß gegen Einspritzende der höchste Kraftstoffdruck im System aufgebaut ist. Eine in den Druckanschluß des Druckspeichers eingesetzte Strömungsdrossel vermeidet dabei eine Fortpflanzung der Druckschwankungen in das System.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen die Figur 1 eine schematische Darstellung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Längsschnitt durch das Steuerventil und das Einspritzventil und die Figur 2 die Ausbildung der Ventilsitze und Dichtflächen des Steuerventils in einem vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 1.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Bei der in der Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 1 saugseitig über eine Kraftstoffzuführungsleitung 3 mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum 5 und druckseitig über eine Förderleitung 7 mit einem Hochdrucksammelraum 9 verbunden, wobei die Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 von einem elektrischen Steuergerät 11 steuerbar ist.
  • Vom Hochdrucksammelraum 9 führen Hochdruckleitungen 13 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine 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.
  • Des weiteren ist in jeder Hochdruckleitung 13 zwischen Hochdrucksammelraum 9 und Steuerventil 17 ein weiterer Druckspeicherraum 19 vorgesehen, dessen Volumen in etwa 5 bis 20 mal größer als die maximale Einspritzmenge am Einspritzventil 15 pro Einspritzvorgang ist und der über zwei parallele Druckanschlüsse mit dem zum Hochdrucksammelraum 9 führenden Teil der Hochdruckleitung 13 verbunden ist. Dabei weist ein erster Druckanschluß 21 ein in Richtung Druckspeicherraum 19 öffnendes, als Rückschlagventil ausgebildetes Druckventil 23 und ein zweiter Druckanschluß 25 eine Drosselstelle 27 auf, wobei über die Drossel 27 ein unkontrolliertes Rückströmen von Kraftstoff in den zum Hochdrucksammelraum 9 führenden Teil der Hochdruckleitung 13 und eine Beeinflussung des Druckes in den Druckspeicherräumen der übrigen Einspritzventile vermieden werden soll, während das Druckventil 23 ein rasches Nachfüllen des Druckspeicherraumes 19 ermöglicht. Dabei lassen sich über die Auslegung der Drossel 27 und des Druckventils 23 in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Hochdruckleitung 13 die Zu- und Ablaufmenge in den Druckspeicherraum 19 insbesondere während der Hochdruckeinspritzung einstellen, wobei Drossel 27 und Druckventil 23 auch in einem gemeinsamen Druckanschluß, in Reihe geschaltet angeordnet sein können.
  • Das Steuerventil 17 ist als 3/2 Wegeventil ausgeführt, dessen kolbenförmiges Ventilglied 29 von einem auf seine eine Stirnseite entgegen einer sich zwischen Gehäuse 31 und einem Federteller 33 am Ventilglied 29 abstützenden Druckfeder 35 wirkenden elektrischen Stellmagneten 37 betätigt wird, dessen Bestromung vom Steuergerät 11 gesteuert wird. Dabei weist das Ventilglied 29 an seinem Schaft einen Ringsteg 39 auf, dessen untere dem Stellmagneten 37 abgewandte Übergangsfläche zum Kolbenschaft konisch ausgeführt ist und dabei eine erste konische Dichtfläche 41 am Ventilglied 29 bildet, die mit einem konischen Ventilsitz 43 zusammenwirkt. Dieser in der Figur 2 vergrößert dargestellte konische Ventilsitz 43 ist dabei durch eine konische Durchmessererweiterung einer, einen Führungskolbenteil 45 am Ventilglied 29 aufnehmenden Führungsbohrung 49 innerhalb des Gehäuses 31 des Steuerventils 17 gebildet. Dabei ist zwischen dem das Ventilglied 29 auf der stellmagnetabgewandten Seite begrenzenden Führungskolbenteil 45 und der konischen Ventildichtfläche 41 eine Ringnut 47 am Ventilglied 29 vorgesehen, die mit der Wand der Führungsbohrung 49 einen Druckraum 51 bildet, der vom Führungskolbenteil 45 und der konischen Ventildichtfläche 41 am Ringsteg 39 begrenzt wird und in den ein vom Druckspeicherraum 19 abführender Teil der Hochdruckleitung 13 zum Steuerventil 17 derart mündet, daß die Mündung während der Hubbewegung des Ventilgliedes 29 nicht durch das Ventilglied 29 verschließbar ist.
  • Der dem Stellmagneten 37 zugewandte Übergang vom Ringsteg 39 zum Kolbenschaft erfolgt über einen Ringabsatz 53, wobei die entstandene axial gerichtete Ringfläche am Ringabsatz 53 dabei eine zweite flache Dichtfläche 55 bildet, die mit einem eine Bohrung 57 umgebenden Flachventilsitz 59 an der axialen Stirnseite eines Zwischenstückes 61 zusammenwirkt, wobei der Kolbenschaft durch die Bohrung 57 zum Stellmagneten 37 weiterführt und dabei mit seinem Ende in einen die Druckfeder 35 des Ventilgliedes 29 aufnehmenden Federaum 63 ragt. Der Außendurchmesser des die flache axiale Dichtfläche 55 tragenden Ringabsatzes 53 am Ringsteg 39 ist dabei für einen Druckausgleich am geöffneten Steuerventil 17 gleich groß dem Durchmesser des Führungskolbenteils 45.
  • Die Hubbewegung des Ventilgliedes 29 ist dabei jeweils durch Anlage der Dichtflächen 41, 55 an einem der Ventilsitze 43, 59 begrenzt. Der Ringsteg 39 ist in einem von den jeweiligen Ventilsitzen 43, 59 begrenzten, einen Vorraum 65 bildenden Ringraum angeordnet, von dem eine Druckleitung 67 zum Einspritzventil 15 und ein Entlastungskanal 69 abführen. Dieser Entlastungskanal 69 wird dabei zum Teil durch einen verbleibenden Ringspalt zwischen dem Kolbenschaft und der Bohrung 57 im Zwischenstück 61 gebildet, der mit seinem äußeren Durchmesser kleiner als die Dichtfläche 55 ausgebildet und so von dieser verschließbar ist. Die Bohrung 57 mündet dabei in den die als Rückstellfeder wirkende Druckfeder 35 des Ventilgliedes 29 aufnehmenden Federraum 63 und ist über, eine axiale Durchgangsbohrung 71 im Ventilglied 29 schneidende Querbohrungen 73 mit einem, von der dem Stellmagneten 37 abgewandten Stirnseite des Führungskolbens 45 des Ventilgliedes 29 begrenzten Entlastungsraum 75 verbunden. Dieser innerhalb der Führungsbohrung 49 gebildete Entlastungsraum 75 setzt sich axial in vom Stellmagnet 37 abgewandter Richtung in einen Federraum 77 des Einspritzventils 15 fort, in dem eine ein Ventilglied 79 des Einspritzventils 15 in Schließrichtung beaufschlagende Ventilfeder 81 angeordnet ist und von dem eine Rücklaufleitung 83 in den Niederdruckraum 5 abführt.
  • Dabei ist das Ventilglied 79 des Einspritzventils 15 in bekannter Weise mit einer konischen Druckschulter 85 versehen, die in einen mit der Druckleitung 67 verbundenen Druckraum 87 derart ragt, daß der Druck im Druckraum 87 das Ventilglied 79 in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Vom Druckraum 87 führt desweiteren ein Einspritzkanal 89 entlang des Ventilgliedes 79 zu einer oder mehreren von der Dichtfläche an der Spitze des Ventilgliedes 79 gesteuerten Einspritzöffnungen 91 des Einspritzventils 15 in den nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine.
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung arbeitet in folgender Weise.
  • Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 fördert den Kraftstoff aus dem Niederdruckraum 5 in den Hochdrucksammelraum 9 und baut so in diesem einen Kraftstoffhochdruck auf, der über die Steuerung der Hochdruckpumpe 1 einstellbar ist. Dieser Kraftstoffhochdruck setzt sich über die Hochdruckleitungen 13 bis in den Druckraum 51 der einzelnen Steuerventile 17 an den Einspritzventilen 15 fort und befüllt dabei auch die jeweiligen Druckspeicherräume 19 über die Druckventile 23.
  • Im Ruhezustand, also bei geschlossenem Einspritzventil 15 ist der Stellmagnet 37 am Steuerventil 17 stromlos geschaltet, so daß die Druckfeder 35 das Ventilglied 29 über den Federteller 33 mit der konischen Dichtfläche 41 in Anlage am konischen Ventilsitz 43 hält, so daß die Verbindung zwischen dem unter Kraftstoffhochdruck stehenden Druckraum 51 und dem ständig mit der Druckleitung 67 zum Einspritzventil 15 verbundenen Vorraum 65 verschlossen und die Verbindung vom Vorraum 65 in den Entlastungskanal 69 geöffnet ist.
  • Soll eine Einspritzung am Einspritzventil 15 erfolgen, wird der Stellmagnet 37 bestromt und verschiebt das Ventilglied 29 des Steuerventils 17 entgegen der Rückstellkraft der Feder 35 bis zur Anlage seiner flachen Ventildichtfläche 55 an den Flachventilsitz 59. Dabei wird die Verbindung des Vorraumes 65 zum Entlastungskanal 69 verschlossen und zur Druckleitung 67 aufgesteuert, so daß sich der Kraftstoffhochdruck nun vom Druckraum 51 über den Vorraum 65 und die Druckleitung 67 zum Druckraum 87 des Einspritzventils 15 fortsetzt und dort über das Abheben des Ventilgliedes 79 von seinem Ventilsitz in bekannter Weise die Einspritzung an den Einspritzöffnungen 91 erfolgt.
  • Dabei läßt sich in der Druckleitung 67 während der Einspritzphase eine Drucküberhöhung über den Systemdruck in folgender Weise erreichen. Durch die Verschiebung des Ventilgliedes 29 wird der Druckraum 51 mit dem Vorraum 65 verbunden und es setzt eine Strömung in Richtung Querbohrung 73 und Durchgangsbohrung 71 bis hin zur drucklosen Rücklaufleitung 83 ein. Diese Strömung verursacht in weiterer Folge eine Strömung in der Leitungsverbindung vom Druckspeicherraum 19 zum Druckraum 51 und in der Leitung 13 zwischen Druckspeicherraum 19 und Hochdrucksammelraum 9.
  • Bei Beendigung des Öffnungshubes des Ventilgliedes 29 durch Anlage der Dichtfläche 55 am Ventilsitz 59 wird der Kraftstoffluß in Richtung Druckleitung 67 gelenkt. Durch den Staueffekt der in Bewegung befindlichen Kraftstoffströmung entsteht dort eine Drucküberhöhung. Diese Drucküberhöhung ist durch geeignete Wahl der Einflußgrößen Leitungslänge, Leitungsdurchmesser, Speichervolumen, Drosselquerschnitt usw. beeinflußbar.
  • Zudem läßt sich infolge der Umsetzung der Strömungsenergie eine Druckerhöhung des Einspritzdruckes über den Wert des Systemdruckes erreichen, indem die zum Einspritzventil 15 laufende Kraftstoffdruckwelle zum Teil am Einspritzventil reflektiert wird, zum Druckspeicher 19 zurückläuft und in diesem eine Druckerhöhung bewirkt, die sich durch die Strömungsenergie des vom Hochdrucksammelraum 9 nachströmenden Kraftstoffes und die Dimensionierung der Drossel 27, die einen schnellen Druckabbau verhindert, einstellen läßt. Dieser erhöhte Kraftstoffdruck gelangt dann erneut zum Einspritzventil 15 und erhöht dessen Einspritzrate gegen Ende der Einspritzung. Der Einspritzverlauf am Einspritzventil 15 läßt sich zudem über den Öffnungsquerschnitt am Ventilglied 29 (Durchmesser/Hub), das Volumen des Vorraumes 65 und der Druckleitung 67 sowie das Volumen des Druckspeichers 19 formen.
  • Soll die Einspritzung beendet werden, wird der Stellmagnet 37 erneut stromlos geschaltet und die Druckfeder 35 bringt das auch in geöffnetem Zustand durch den Ringabsatz 53 druckausgeglichene Ventilglied 29 des Steuerventils 17 wieder in Anlage an den konischen Ventilsitz 43. Dabei wird der Öffnungsquerschnitt am Flachventilsitz 59 aufgesteuert und der unter hohem Druck stehende Kraftstoff entspannt sich über den Entlastungskanal 69, den Federraum 63, die Querund Längsbohrungen 73, 71 im Ventilglied 29 in den Entlastungsraum 75, von wo der Kraftstoff über den Federraum 77 und die Rücklaufleitung 83 in den Niederdruckraum 5 abströmt, so daß das Ventilglied 79 des Einspritzventils 15 druckentlastet unter Einwirkung der Ventilfeder 81 in Schließstellung geht und das Ventilglied 29 wieder druckausgeglichen ist. Dabei ist der Querschnitt des Entlastungskanals 69 so ausgelegt, daß er einerseits einen raschen Druckabfall in der Druckleitung 67 unter den Schließdruck des Einspritzventils 15 gewährleistet, andererseits jedoch das Abströmen aus der Druckleitung 67 so drosselt, daß während der Einspritzpausen ein Restdruck in der Druckleitung 67 und dem Einspritzventil 15 verbleibt.
  • Um eine Beeinflussung der einzelnen Einspritzventile 15 untereinander durch die beim Einspritzende vom geschlossenen Steuerventil 17 rücklaufende Druckwelle zu vermeiden, ist das Volumen des Druckspeicherraumes 19 und der Querschnitt der Drossel 27 im als Rücklaufleitung dienenden Druckanschluß 25 so abzustimmen, daß die Druckspitzen innerhalb des Druckspeicherraumes 19 und zum Hochdrucksammelraum 9 abgebaut werden.

Claims (14)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum (5) in einen Hochdrucksammelraum (9) fördert, der über Hochdruckleitungen (13) mit in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen (15) verbunden ist, deren Öffnungs- und Schließbewegung jeweils von einem elektrisch angesteuerten, in der Hochdruckleitung (13) am Einspritzventil (15) angeordneten Steuerventil (17) gesteuert wird und mit einem weiteren Druckspeicherraum (19) an jedem Einspritzventil (15), der in die Hochdruckleitung (13) zwischen Hochdrucksammelraum (9) und Einspritzventil (15) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) am Einspritzventil (15) die Verbindung des weiteren Druckspeicherraumes (19) mit einem, das Ventilglied (79) des Einspritzventils (15) in Öffnungsrichtung beaufschlagenden Druckraum (87) innerhalb des Einspritzventils (15) während der Einspritzpausen verschließt.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) während der Einspritzpausen des Einspritzventils (15) eine Verbindung des Druckraumes (87) des Einspritzventils (15) mit einem Entlastungsraum (75) aufsteuert.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) ein kolbenförmiges Ventilglied (29) mit einem Ringsteg (39) aufweist, dessen eine Übergangsfläche zum im Durchmesser geringeren Ventilgliedschaft konisch ausgebildet ist und eine mit einem konischen Ventilsitz (43) zusammenwirkende erste Ventildichtfläche (41) bildet und dessen anderer Übergang zum im Durchmesser geringeren Ventilgliedschaft über einen Ringabsatz (53) erfolgt, dessen axiale, dem Ringsteg (39) abgewandte Ringstirnfläche eine zweite, flache Ventildichtfläche (55) bildet, die mit einem gehäusefesten flachen Ventilsitz (59) zusammenwirkt.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubbewegung des Ventilgliedes (29) des Steuerventils (17) jeweils durch die Anlage der Ventildichtflächen (41, 55) an einer der Ventilsitze (43, 59) begrenzt ist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des die flache Ventildichtfläche (55) tragenden Ringabsatzes (53) gleich groß dem Durchmesser eines Führungskolbens (45) des Ventilgliedes (29) in einer Führungsbohrung (49) ist, der sich an eine von der konischen Ventildichtfläche (41) ausgehende Ringnut (47) am Ventilglied (29) anschließt und dabei einen zwischen der Wand der Führungsbohrung (49) und des Ventilgliedes (29) im Bereich der Ringnut (47) gebildeten Druckraum (51) begrenzt.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringsteg (39) in einem, ständig mit einer zum Druckraum (87) des Einspritzventils (15) führenden Druckleitung (67) verbundenen Vorraum (65) angeordnet ist.
  7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (51) im Bereich der Ringnut (47) des Ventilgliedes (29) ständig mit einem vom Druckspeicherraum (19) abführenden Teil der Hochdruckleitung (13) verbunden ist.
  8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Vorraum (65) und dem Druckraum (51) durch Anlage der konischen Dichtfläche (41) des Ventilgliedes (29) am konischen Ventilsitz (43) verschließbar ist.
  9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausführung des sich an die flache Ventildichtfläche (55) anschließenden Ventilgliedschaftes mit einem kleineren Durchmesser als eine ihn aufnehmende Bohrung (57) ein Entlastungskanal (69) gebildet ist, der den Vorraum (65) bei geöffnetem Flachsitzventil mit dem Entlastungsraum (75) verbindet.
  10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das kolbenförmige Ventilglied (29) des Steuerventils (17) eine axiale Durchgangsbohrung (71) und radial von dieser abführende Querbohrungen (73) im Bereich des Entlastungskanals (69) aufweist, über die der Kraftstoffdurchtritt des aus der Druckleitung (67) und dem Vorraum (65) bei geöffnetem Flachsitzventil abströmenden Kraftstoffes vom Entlastungskanal (69) in den Entlastungsraum (75) erfolgt.
  11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (17) als 3/2- Magnetventil ausgebildet ist, das mittels eines elektrischen Steuergerätes (11) angesteuert wird.
  12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichervolumen des Druckspeicherraumes (19) etwa 5 bis 20 mal größer als die maximale Einspritzmenge am Einspritzventil (15) ist.
  13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicherraum (19) über zwei parallele Druckanschlüsse mit dem zum Hochdrucksammelraum (9) führenden Teil der Hochdruckleitung (13) verbunden ist, von denen ein erster Druckanschluß (21) ein in Richtung Druckspeicherraum (19) öffnendes Druckventil (23), vorzugsweise ein Rückschlagventil und ein zweiter Druckanschluß (25) eine Drosselstelle (27) aufweist.
  14. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicherraum (19) über einen Druckanschluß mit dem zum Hochdrucksammelraum (9) führenden Teil der Hochdruckleitung (13) verbunden ist, der ein in Richtung Druckspeicherraum (19) öffnendes Druckventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil und eine mit diesem in Reihe geschaltete Drosselstelle aufweist.
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