EP0960274B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP0960274B1
EP0960274B1 EP98928124A EP98928124A EP0960274B1 EP 0960274 B1 EP0960274 B1 EP 0960274B1 EP 98928124 A EP98928124 A EP 98928124A EP 98928124 A EP98928124 A EP 98928124A EP 0960274 B1 EP0960274 B1 EP 0960274B1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
chamber
fuel injection
valve member
Prior art date
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EP98928124A
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines.
  • the high-pressure fuel source consists of a high-pressure fuel pump which conveys fuel from a low-pressure chamber into a high-pressure collection chamber, which is connected via pressure lines to the individual injection valves projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, the common one Pressure storage system (common rail) is kept at a certain pressure level by a pressure control device.
  • an electrically controlled control valve is provided on the injection valves, which controls the high-pressure fuel injection when it is opened and closed.
  • the control valve in the known fuel injection device is designed as a 3/2-way valve, which has a pressure channel opening at the injection opening of the respective injection valve and with the pressure channel leading away from the high-pressure source Injection line or connects to a relief line in a low pressure chamber.
  • the known fuel injection device Since the 3/2-way control valve in the known fuel injection device is actuated directly by the actuator of an electromagnet, the known fuel injection device has the disadvantage that the stroke of the valve member of the 3/2-way control valve and thus the control effectiveness of the valve is limited. With the known fuel injection device, it is particularly difficult to achieve a high switching speed of the control valve because of the use of an electromagnet, especially if this device is to be used to inject a small pre-injection quantity and then a large main injection quantity via the fuel injection valve, thus the control valve for this process must be opened and closed twice.
  • the fuel injection device according to the invention for internal combustion engines with the features of claim 1 has the advantage that a large passage cross-section can be realized with the help of the control valve, which enables quick opening and closing of the injection valve member and a small-sized electrically controlled pilot valve is used to the large passage cross-sections to provide the control valve. Because a piezo drive is also used to actuate the valve member of the pilot valve, an increased switching speed can be achieved. An increase in Switching speed also results for the realization of a pilot injection from the measure that the pilot valve has two valve seats, which are arranged in the course of the relief channel of the working space and which are opened and closed alternately with a single actuation of the pilot valve member.
  • FIG. 1 shows an overall representation of the invention and FIG. 2 shows a partial enlargement of the representation of FIG. 2
  • the fuel injection valve 1 shown in FIG. 1 has a fuel injection valve member 2 which is guided with a guide part 3 in a bore 4 of a fuel injection valve housing 5. At one end of the fuel injection valve member, the latter has a sealing surface 6, which can be brought to bear on a valve seat 7 on the housing and thereby separates fuel injection openings 8 from a pressure chamber 9, which in the form of an annular space 10 around the end of the fuel injection valve member 2 as far as the valve seat 7 extends.
  • the pressure chamber 9 can be connected to a high-pressure fuel source 13 via a pressure channel 12 and a control valve 15. Fuel that is brought to injection pressure is constantly available in the high-pressure fuel source.
  • the injection valve member In the area of the pressure chamber 9, the injection valve member has a pressure shoulder 16, via which it can be lifted from the valve seat 7 for the purpose of injection when pressure is applied in the pressure chamber 9 against a closing spring 17 acting on the rear of the fuel injection valve member 2.
  • the rear space 18 accommodating the closing spring 7 is relieved of pressure via a relief channel 19.
  • the space 18 is delimited by an end piston 21 of a control valve member 23 arranged coaxially with the fuel injection valve member.
  • This is part of a control valve 24, which is designed as a 3/2-way valve.
  • the control valve member 23 is guided in a stepped bore, the part 26 of smaller diameter also accommodates the space 18 and tightly guides the end piston 21 and the larger part 27 of which leads a piston part 28 of the control valve member 23.
  • the piston part 28 delimits a working space 31 in the fuel injection valve housing with its end face 29 and is on its end face 29 away from the side provided with a conical first sealing surface 32 which tapers to a diameter reduction 34.
  • the narrowing of the diameter 34 then merges conically into the end of the end piston 21 facing away from the pressure chamber 18, forming a control edge 46.
  • the first sealing surface 32 cooperates with a first valve seat 36 formed at the transition from the stepped bore part 27, which is larger in diameter to the stepped bore part 26, which is smaller in diameter.
  • An adjustment of the control valve member 23 in the other direction is limited by the abutment of its end face 29 on a wall 75 which closes off the working space 31 on the opposite side.
  • the piston part 28 has an annular constriction 38 and delimits an annular space 39 there, which is formed together with an inner recess of the stepped bore part 27, which is larger in diameter, in connection with the first valve seat 36 and which is continuously via a Pressure line 40 is connected to the high-pressure fuel source 13.
  • a channel 41 which runs obliquely to the longitudinal axis of the control valve member 23 and which connects the constriction 38 to the working space 31 and which has a diameter limitation 42 on the side of the working space 31, which limits the inflow of pressure medium formed by fuel from the high-pressure fuel source into the Working space 31 throttles or its inflow rate limited.
  • an annular space 45 is formed between the wall of the stepped bore and the diameter reduction 34 on the control valve member 23, into which the pressure channel 12 opens.
  • An inner recess 44 is also provided in the wall of the stepped bore part 26 with a limiting edge 49 oriented towards the valve seat 36, which together with the control edge 46 of the end piston 21 forms a slide valve.
  • a flattened portion 47 is provided on the end piston, which together with the wall of the stepped bore part 26, which is smaller in diameter, forms a flow cross-section which is constantly open to the space 18.
  • the flattening is delimited by a horizontal edge 48 which lies in such a way that in the position of the control valve member 23 shown in FIG.
  • the work space 31 can be relieved via a relief line 50 which leads axially away from the work space 31 and has a diameter limitation 51 which limits a flow rate.
  • the relief channel opens into a valve chamber 53 of a pilot valve 55.
  • a closing body 56 is one in the valve chamber 53 Adjustable valve member 54 of the pilot valve 55, which closing body 56 is located at the end of a plunger 57 which is guided in a guide bore 58 in the fuel injection valve housing 5.
  • the closing body 56 On the side of the closing body 56 opposite the first sealing surface 61, the latter has a second sealing surface 62 which merges into an annular groove 63 on the side of the tappet 57.
  • This annular groove delimits in the guide bore 58, which opens into the valve chamber 53 via a second valve seat 64, an annular chamber 65 which is continuously connected to a further part 66 of the relief channel 50.
  • the second sealing surface 62 In a second position of the closing body 56, the second sealing surface 62, which is in contact with the second valve seat 64, has interrupted the connection of the relief line 50 from the valve chamber 53 to the further part 66 of the relief line.
  • the closing body 56 is acted upon by a positioning force in the form of a compression spring 68 in the closing direction with its second sealing surface 62 resting on the second valve seat 64.
  • the compression spring 68 is clamped between the housing of the fuel injection valve and a spring plate 69 on the tappet 57.
  • a further piston 70 acts on the plunger 67, which, at its other end, delimits a hydraulic chamber 71, which on the other hand is delimited by an actuating piston 72, which is part of a piezo drive 73, which is not shown here. Care is taken that the hydraulic space 61 is always filled.
  • the piezo drive also makes it possible for the closing body 56 to remain in a middle position in which the flow through both valve seats 60 and 64 remains open and thus a permanent relief of the working space 31 can be set via the relief line 50.
  • the fuel injection valve described operates as follows: In the position of the closing body 56 shown, the relief line 50 is closed. In this case, fuel which is brought to injection pressure can reach the working space 31 from the high-pressure fuel reservoir 13 via the annular space 39, the channel 41 and the constriction 42 and can also build up a pressure there which corresponds to the pressure in the high-pressure fuel reservoir. This causes the control valve member 23 to remain in the position shown, in which the first sealing surface 32 abuts the first valve seat 36 and thus a connection between the annular space 39 and the annular space 45 is prevented. Thus, no high-pressure fuel can get from the pressure line 40 via the pressure channel 12 into the pressure chamber 9 and bring the fuel injection valve member 2 into the open position.
  • the injection valve member 2 is in the closed position under the action of the restoring force in the form of the clamped compression spring 17 held.
  • the piezo drive 73 is now excited and lifts the closing body 56 off the second valve seat 64, so that the work space 31 is relieved. This causes the control valve member 23 under the action of a restoring force which, for. B.
  • the closing body 56 can be a pressure shoulder loaded by the fuel pressure on the closing member or a spring, not shown, is displaced such that it lifts with its first sealing surface 32 from the first valve seat 36 and creates a connection between the annular space 39 via the diameter constriction 34 to the annular space 45 and so the fuel can get from the high-pressure fuel reservoir into the pressure chamber 9 via the pressure channel 12.
  • the fuel injection valve member 2 is lifted from its valve seat 7 and fuel injection takes place.
  • the closing body 56 must reach one of the seats 60 or 64 again.
  • the closing body 56 can be moved in different ways by the piezo drive.
  • the piezo drive 73 can be excited, and the closing body 56 moves away from the first valve seat 64 with subsequent relief of the working space 31 when it is open Relief line 50, 66 and then a re-contact of the closing body 56 with its second sealing surface 61 on the second valve seat 62 and a reclosing of the relief channel.
  • the work space 31 is relieved for a short time and then the pressure in the work space 31 is then restored to the original value.
  • the control valve closing member 23 executes a short movement by likewise briefly establishing the connection between the pressure line 40 and the pressure channel 12, which triggers a brief injection.
  • the injection valve member 2 is immediately closed again, because the connection between the pressure line 40 and the pressure channel 12 is also prevented by the reclosing of the control valve member 23.
  • Such a short-term injection is particularly advantageous for achieving a pre-injection in diesel internal combustion engines.
  • the closing body 56 is brought into a middle position between the two valve seats 64 and 60, so that the working space 31 remains relieved for a longer period of time and, accordingly, the fuel injection valve member 2 is also lifted from its valve seat for a longer time in accordance with an associated main fuel injection quantity.
  • the piezo drive 73 is thus excited so that it first moves the closing body 56 away from the second valve seat 64 to the first valve seat 60, with the result of a pre-injection. Subsequently, the closing body 56 is brought back into a middle position and is finally moved back to the second valve seat 64 in order to complete the main injection.
  • the closing body only carries out a single back and forth movement with a corresponding one for both a pre-injection and a main injection low excitation energy for its drive at high switching speed.
  • a very short injection can be controlled with the aid of a small control valve without mass movement reversal energy.

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Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, bei der ein Kraftstoffeinspritzventil (1) durch den Druck in einem Druckraum (9), der auf eine Druckschulter (16) wirkt, in seiner Öffnungs- und Schließbewegung gesteuert wird. Die Druckzufuhr zum Druckraum (9) wird durch ein Steuerventilglied (23) gesteuert, das wiederum durch einen Druck in einem Arbeitsraum (31) bewegt wird. Der Druck im Arbeitsraum (31) wird durch ein Vorsteuerventil (55) gesteuert, das einen Schließkörper (56) aufweist, der unter Einwirkung eines Piezoantriebs (73) von einem zweiten Ventilsitz (64) zu einem ersten Ventilsitz (60) bewegt wird und dabei eine Entlastungsleitung (50) des Arbeitsraumes (31) kurzzeitig öffnet. Das hat ein Öffnen des Steuerventilglieds (23) und eine Zufuhr von Kraftstoffhochdruck zum Druckraum (9) zwecks Einspritzung zur Folge. Dabei ergibt sich eine sehr kleine Voreinspritzmenge. Für die Durchführung einer Haupteinspritzmenge wird der Schließkörper (56) in eine Mittelstellung zwischen den Ventilsitzen (64, 60) positioniert und somit eine längere Verbindung des Kraftstoffhochdruckzuflusses zum Druckraum (9) hergestellt.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen aus. Bei einer solchen aus der EP 0 657 642 bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung besteht die Kraftstoffhochdruckquelle aus eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die Kraftstoff aus einem Niederdruckraum in einen Hochdrucksammelraum fördert, der über Druckleitungen mit den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen verbunden ist, wobei das gemeinsame Druckspeichersystem (Common Rail) durch eine Drucksteuereinrichtung auf einem bestimmten Druckniveau gehalten wird. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen, ist an den Einspritzventilen jeweils ein elektrisch gesteuertes Steuerventil vorgesehen, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruckeinspritzung steuert. Dabei ist das Steuerventil bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet, das einen an der Einspritzöffnung des jeweiligen Einspritzventils mündenden Druckkanal mit der von der Hoch-druckquelle abführenden Einspritzleitung oder mit einer Entlastungsleitung in einen Niederdruckraum verbindet.
  • Da das 3/2-Wegesteuerventil bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung direkt vom Stellglied eines Elektromagneten betätigt wird, weist die bekannte Kraftstoffeinspritzeinrichtung den Nachteil auf, daß der Hub des Ventilglieds des 3/2-Wege-Steuerventils und damit die Steuerwirksamkeit des Ventils begrenzt ist. Mit der bekannten Kaftstoffeinspritzeinrichtung ist es wegen der Verwendung eines Elektromagneten besonders schwierig, eine hohe Schaltgeschwindigkeit des Steuerventils zu erzielen, insbesondere, wenn mit dieser Einrichtung eine kleine Voreinspritzmenge und anschließend eine große Haupteinspritzmenge über das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt werden soll, somit also das Steuerventil für diesen Vorgang zweimal geöffnet und geschlossen werden muß.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mit Hilfe des Steuerventils ein großer Durchtrittsquerschnitt verwirklicht werden kann, der ein schnelles Öffnen und Schließen des Einspritzventilgliedes ermöglicht und ein kleinbauendes elektrischgesteuertes Vorsteuerventil dazu verwendet wird, das die großen Durchtrittsquerschnitte bereitstellende Steuerventil zu schalten. Dadurch, daß ferner zur Betätigung des Ventilgliedes des Vorsteuerventils ein Piezoantrieb verwendet wird, kann eine erhöhte Schaltgeschwindigkeit erzielt werden. Eine Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit darüber hinaus ergibt sich für die Verwirklichung einer Voreinspritzung aus der Maßnahme, daß das Vorsteuerventil zwei Ventilsitze aufweist, die im Verlauf des Entlastungskanals des Arbeitsraumes angeordnet sind und die bei einer einzigen Betätigung des Vorsteuerventilgliedes im Wechsel geöffnet und geschlossen werden. Damit wird ohne Zeitverluste durch einen Feldaufbau in einem Elektromagneten bzw. Feldabbau und ohne den hohen Energiebedarf, der sonst dazu erforderlich wäre, mit einer einzigen Erregung des Piezoantriebs eine Zwischenentlastung des Arbeitsraumes erzielt, die nur noch durch den Weg, den das Vorsteuerventilglied zurücklegen muß, und die Stellgeschwindigkeit des Piezoantriebs bestimmt ist. In Verbindung mit dem durch das Steuerventil steuerbaren sehr großen Querschnitt kann man so ein sehr schnelles Schalten des Steuerventil realisieren und entsprechend kurze Einspritzmengen steuern. Durch die Eigenschaft des Piezoantriebs mit seinem Stellorgan eine andere, zwischen den Ventilsitzen liegende Stellung einnehmen zu können, kann in hochgenauer Weise auch die Haupteinspritzmenge gesteuert werden.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Gesamtdarstellung der Erfindung und Figur 2 eine ausschnittweise Vergrößerung der Darstellung von Figur 1
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Das in der Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil 1 weist ein Kraftstoffeinspritzventilglied 2 auf, das mit einem Führungsteil 3 in einer Bohrung 4 eines Kraftstoffeinspritzventilgehäuses 5 geführt ist. Am einen Ende des Kraftstoffeinspritzventilglieds weist dieses eine Dichtfläche 6 auf, die auf einem Ventilsitz 7 am Gehäuse zur Anlage bringbar ist und dabei Kraftstoffeinspritzöffnungen 8 von einem Druckraum 9 trennt, der sich in Form eines Ringraumes 10 um das Ende des Kraftstoffeinspritzventilglieds 2 herum bis zum Ventilsitz 7 hin erstreckt. Der Druckraum 9 ist über einen Druckkanal 12 und über ein Steuerventil 15 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle 13 verbindbar. In der Kraftstoffhochdruckquelle steht Kraftstoff, der auf Einspritzdruck gebracht ist, ständig zur Verfügung.
  • Im Bereich des Druckraumes 9 weist das Einspritzventilglied eine Druckschulter 16 auf, über die es bei Druckbeaufschlagung im Druckraum 9 gegen eine an der Rückseite des Kraftstoffeinspritzventilglieds 2 angreifende Schließfeder 17 vom dem Ventilsitz 7 zwecks Einspritzung abgehoben werden kann. Der die Schließfeder 7 aufnehmende rückwärtige Raum 18 ist über einen Entlastungskanal 19 druckentlastet.
  • Der Raum 18 wird andererseits durch einen Endkolben 21 eines koaxial zum Kraftstoffeinspritzventilglied angeordneten Steuerventilglied 23 begrenzt. Dieses ist Teil eines Steuerventils 24, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Das Steuerventilglied 23 ist dabei in einer Stufenbohrung geführt, deren im Durchmesser kleinerer Teil 26 auch den Raum 18 aufnimmt und den Endkolben 21 dicht führt und deren im Durchmesser größerer Teil 27 einen Kolbenteil 28 des Steuerventilgliedes 23 führt. Der Kolbenteil 28 begrenzt mit seiner Stirnseite 29 einen Arbeitsraum 31 im Kraftstoffeinspritzventilgehäuse und ist auf seiner der Stirnseite 29 abgewandten Seite mit einer kegelförmig verlaufenden, ersten Dichtfläche 32 versehen, die sich zu einer Durchmesserreduzierung 34 verjüngt. Die Durchmesserverengung 34 geht dann unter Bildung einer Steuerkante 46 sich kegelförmig erweiternd in das dem Druckraum 18 abgewandten Ende des Endkolbens 21 über. Die erste Dichtfläche 32 arbeitet mit einem am Übergang des im Durchmesser größeren Stufenbohrungsteil 27 zum im Durchmesser kleineren Stufenbohrungsteil 26 ausge-bildeten ersten Ventilsitz 36 zusammen. Eine Verstellung des Steuerventilgliedes 23 in der anderen Richtung ist durch die Anlage seiner Stirnseite 29 an einer den Arbeitsraum 31 auf der gegenüberliegenden Seite abschließenden Wand 75 begrenzt.
  • Im Bereich zwischen der Stirnseite 29 und erster Dichtfläche 32 hat der Kolbenteil 28 eine ringförmige Einschnürung 38 und begrenzt dort einen Ringraum 39, der zusammen mit einer Innenausnehmung des im Durchmesser größeren Stufenbohrungsteils 27 im Anschluß an den ersten Ventilsitz 36 gebildet wird und der ständig über eine Druckleitung 40 mit der Kraftstoffhochdruckquelle 13 verbunden ist. Im Kolbenteil 28 ist ein schräg zur Längsachse des Steuerventilgliedes 23 verlaufender Kanal 41 vorgesehen, der die Einschnürung 38 mit dem Arbeitsraum 31 verbindet und der zur Seite des Arbeitsraumes 31 eine Durchmesserbegrenzung 42 aufweist, die den Zustrom von durch Kraftstoff aus der Krafstoffhochdruckquelle gebildetem Druckmittel in den Arbeitsraum 31 drosselt bzw. dessen Zuströmrate begrenzt.
  • In dem im Durchmesser kleineren Stufenbohrungsteil 26 wird zwischen der Wand der Stufenbohrung und der Durchmesserreduzierung 34 am Steuerventilglied 23 ein Ringraum 45 gebildet, in den der Druckkanal 12 einmündet. In der Wand des Stufenbohrungsteils 26 ist ferner eine Innenausnehmung 44 vorgesehen mit einer zum Ventilsitz 36 hin orientierten Begrenzungskante 49, die zusammen mit der Steuerkante 46 des Endkolbens 21 ein Schieberventil bildet. Ferner ist am Endkolben eine Abflachung 47 vorgesehen, die zusammen mit der Wand des im Durchmesser kleineren Stufenbohrungsteil 26 einen Durchflußquerschnitt bildet, der ständig zum Raum 18 offen ist. Zur Seite des Ringraumes 45 hin ist die Abflachung durch eine horizontale Kante 48 begrenzt, die so liegt, daß in der in der Figur 2 gezeigten Stellung des Steuerventilglieds 23 bei am ersten Ventilsitz 36 anliegender ersten Dichtfläche 32 eine Verbindung zwischen dem Raum 18 über die Abflachung 47 zum Innenausnehmung 44 und damit weiter über den Druckkanal 12 zum Druckraum hergestellt ist. Der Druckraum 9 wird in dieser Stellung des Ventilgliedes 23 entlastet. Diese Verbindung wird erst dann geschlossen wird, wenn die erste Dichtfläche 32 bei einer Axialverschiebung des Steuerventilglieds 23 vom ersten Ventilsitz abgehoben hat, wobei dieser Hub durch die Anlage der Stirnfläche 29 an der abschließenden Wand 75 begrenzt wird. Im Lauf dieser Bewegung überfährt die Steuerkante 46 die Begrenzungskante 49 und verschließt in der Funktion als Schieberventil die Verbindung zwischen Innenausnehmung 44 und Ringraum 45. Bis zu dieser Stellung bleibt die Kante 48 der Abflachung immer unterhalb der Steuerkante46, sodaß sich keine Verbindung zwischen dem Raum 18 und dem Ringraum 45 ergibt und in dieser Stellung der von der Krafstoffhochdruckquelle zum Druckraum 9 geleitete Kraftstoff nicht zum Raum 18 entlastet wird.
  • Der Arbeitsraum 31 ist über eine Entlastungsleitung 50 entlastbar, die axial vom Arbeitsraum 31 abführt und eine eine Abflußrate begrenzende Durchmesserbegrenzung 51 aufweist. Der Entlastungskanal mündet in einen Ventilraum 53 eines Vorsteuerventils 55. Im Ventilraum 53 ist ein Schließkörper 56 eines Ventilglieds 54 des Vorsteuerventils 55 verstellbar, welcher Schließkörper 56 sich am Ende eines Stößels 57 befindet, der in einer Führungsbohrung 58 im Kraftstoffeinspritzventilgehäuse 5 geführt ist. Am Eintritt des Entlastungskanals 50 in den Ventilraum 53 befindet sich ein erster Ventilsitz 60 des Vorsteuerventils, mit dem eine erste Dichtfläche 61 am Schließkörper 56 in einer ersten Verschiebeposition des Schließkörpers 56 zur Anlage kommt und den Abfluß durch den Entlastungskanal 50 verschließt. Auf der der ersten Dichtfläche 61 gegenüberliegenden Seite des Schließkörper 56 weist dieser eine zweite Dichtfläche 62 auf, die zur Seite des Stößels 57 hin in eine Ringnut 63 desselben übergeht. Diese Ringnut begrenzt in der Führungsbohrung 58, die über einen zweiten Ventilsitz 64 in den Ventilraum 53 mündet, einen Ringraum 65, der ständig mit einem weiterführenden Teil 66 des Entlastungskanals 50 verbunden ist. In einer zweiten Stellung des Schließkörpers 56 hat dieser mit seiner in Anlage am zweiten Ventilsitz 64 befindlichen zweiten Dichtfläche 62 die Verbindung der Entlastungsleitung 50 aus dem Ventilraum 53 zum weiterführenden Teil 66 der Entlastungsleitung unterbrochen.
  • Der Schließkörper 56 wird unter Einwirkung einer Stellkraft in Form einer Druckfeder 68 in Schließrichtung mit Anlage seiner zweiten Dichtfläche 62 am zweiten Ventilsitz 64 beaufschlagt. Hierzu ist die Druckfeder 68 zwischen dem Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils und einem Federteller 69 am Stößel 57 eingespannt. Auf den Stößel 67 wirkt ein weiterer Kolben 70, der mit seinem anderseitigen Ende einen hydraulischen Raum 71 begrenzt, der andererseits durch einen Stellkolben 72 begrenzt ist, welcher Teil eines Piezoantriebes 73 ist, der hier nicht näher dargestellt ist. Es ist Sorge getragen, daß der hydraulische Raum 61 immer gefüllt ist. Er dient zur Stellwegübersetzung derart, daß die Stellfläche des Stellkolbens 72 im Querschnitt größer ist als die Stellfläche des weiteren Kolbens 70, so daß ein kleiner Verstellweg des Stellkolbens 72 einen großen Verstellweg des weiteren Kolbens 70 bewirkt und entsprechend ein großer Öffnungshub des Schließkörpers 56 erzielt werden kann. Insbesondere ist damit gewährleistet, daß der Schließkörper 56 sich vom zweiten Ventilsitz 64 zum ersten Ventilsitz 60 bewegen kann und in beiden Positionen ein dichter Verschluß der Entlastungsleitung erzielt wird. Durch den Piezoantrieb ist es ferner ermöglicht, daß der Schließkörper 56 auch in einer mittleren Stellung verharren kann, bei der der Durchfluß an beiden Ventilsitzen 60 und 64 offen bleibt und somit eine dauernde Entlastung des Arbeitsraumes 31 über die Entlastungsleitung 50 eingestellt werden kann.
  • Das beschriebene Kraftstoffeinspritzventil arbeitet folgendermaßen: In der gezeigten Position des Schließkörpers 56 ist die Entlastungsleitung 50 verschlossen. In diesem Fall kann Kraftstoff, der auf Einspritzdruck gebracht ist, vom Kraftstoffhochdruckspeicher 13 über den Ringraum 39, den Kanal 41 und die Durchmesserverengung 42 in den Arbeitsraum 31 gelangen und dort ebenfalls einen Druck aufbauen, der dem Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher entspricht. Dieser bewirkt, daß das Steuerventilglied 23 in der gezeigten Stellung verharrt, bei der die erste Dichtfläche 32 am ersten Ventilsitz 36 anliegt und somit eine Verbindung zwischen dem Ringraum 39 und dem Ringraum 45 unterbunden ist. Somit kann auch kein Hochdruckkraftstoff von der Druckleitung 40 über den Druckkanal 12 in den Druckraum 9 gelangen und das Kraftstoffeinspritzventilglied 2 in geöffnete Stellung bringen. In diesem Falle erfolgt keine Einspritzung, das Einspritzventilglied 2 ist unter der Einwirkung der Rückstellkraft in Form der eingespannten Druckfeder 17 in Schließstellung gehalten. Um eine Kraftstoffeinspritzung auszulösen, wird nun der Piezoantrieb 73 erregt und hebt den Schließkörper 56 vom zweiten Ventilsitz 64 ab, so daß der Arbeitsraum 31 entlastet wird. Dies bewirkt, daß das Steuerventilglied 23 unter Einwirkung einer Rückstellkraft, die z. B. eine vom Krafstoffdruck belastete Druckschulter am Schließglied sein kann oder eine nicht weiter gezeigte Feder, verschoben wird derart, daß es mit seiner ersten Dichtfläche 32 vom ersten Ventilsitz 36 abhebt und eine Verbindung zwischen dem Ringraum 39 über die Durchmesserverengung 34 zum Ringraum 45 herstellt und so der Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher in den Druckraum 9 über den Druckkanal 12 gelangen kann. Infolgedessen wird das Kraftstoffeinspritzventilglied 2 von seinem Ventilsitz 7 abgehoben, und es erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung. Zur Unterbrechung dieser Kraftstoffeinspritzung bzw. zu deren Beendigung muß der Schließkörper 56 wieder an einen der Sitze 60 oder 64 gelangen. In dem Moment baut sich im Arbeitsraum 31 durch Zufluß von Hochdruckkraftstoff über den Kanal 41 wieder der ursprüngliche hohe Druck auf, so daß das Steuerventilglied 23 zurück auf den ersten Ventilsitz 36 bewegt wird und somit der Zufluß von Kraftstoffhochdruck unterbunden wird. Dies führt zur Beendigung der Einspritzung. In dieser Stellung des Steuerventilglieds 23 ist der Ringraum 45 über die Abflachung 47 mit dem Raum 18 verbunden, so daß sich der Druck im Druckraum 9 schnell entspannen kann. Dies unterstützt ein schnelles Schließen des Einspritzventilglieds.
  • Durch den Piezoantrieb kann der Schließkörper 56 auf unterschiedliche Art und Weise bewegt werden. In einem ersten Modus kann der Piezoantrieb 73 erregt werden, und es erfolgt eine Bewegung des Schließkörpers 56 vom ersten Ventilsitz 64 weg mit anschließender Entlastung des Arbeitsraumes 31 bei geöffneter Entlastungsleitung 50, 66 und dann ein Wiederanliegen des Schließkörpers 56 mit seiner zweiten Dichtfläche 61 am zweiten Ventilsitz 62 und einem Wiederschließen des Entlastungskanals. Bei diesem Vorgang wird also der Arbeitsraum 31 kurzzeitig entlastet und daran anschließend der Druck im Arbeitsraum 31 wieder auf den ursprünglichen Wert aufgebaut. Dies hat zur Folge, daß das Steuerventilschließglied 23 eine kurze Bewegung ausführt, indem es ebenfalls kurzzeitig die Verbindung zwischen der Druckleitung 40 und dem Druckkanal 12 herstellt, was eine kurzzeitige Einspritzung auslöst.
  • Daran anschließend wird das Einspritzventilglied 2 sofort wieder geschlossen, weil auch die Verbindung zwischen Druckleitung 40 und Druckkanal 12 durch das Wiederschließen des Steuerventilglieds 23 unterbunden wird. Eine solche kurzzeitige Einspritzung ist besonders vorteilhaft zur Erzielung einer Voreinspritzung bei Dieselbrennkraftmaschinen. Für eine nachfolgende Haupteinspritzung wird der Schließkörper 56 in eine mittlere Stellung zwischen den beiden Ventilsitzen 64 und 60 gebracht, so daß der Arbeitsraum 31 länger entlastet bleibt und entsprechend auch das Kraftstoffeinspritzventilglied 2 längere Zeit von seinem Ventilsitz abgehoben ist entsprechend einer dazugehörigen Hauptkraftstoffeinspritzmenge. Für eine vorgezogene Voreinspritzung mit nachfolgender Haupteinspritzung wird somit der Piezoantrieb 73 so erregt, daß er zunächst den Schließkörper 56 vom zweiten Ventilsitz 64 weg zum ersten Ventilsitz 60 bewegt mit der Folge einer Voreinspritzung. Anschließend wird der Schließkörper 56 zurückgebracht in eine mittlere Stellung und zur Beendigung der Haupteinspritzung schließlich wieder zurück an den zweiten Ventilsitz 64 bewegt. Somit führt der Schließkörper für sowohl eine Voreinspritzung als auch eine Haupteinspritzung lediglich eine einzige Hin- und Herbewegung aus mit entsprechender niedriger Erregungsenergie für seinen Antrieb bei hoher Schaltgeschwindigkeit. Insbesondere kann aufgrund dieser Konstruktion ohne Massenbewegungsumkehrsenergie eine sehr kurze Einspritzung mit Hilfe eines kleinen Steuerventils gesteuert werden.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (18), mit der über eine Druckleitung (40) ein ein Druckraum (9) eines Einspritzventils (1) verbunden ist, das ein Einspritzventilglied (2) aufweist, das unter Einfluß des dem Druckraum (9) zugeführtem Hochdruckkraftstoff, der an einer Druckschulter (16) des Einspritzventilglieds gegen eine Rückstellkraft (17) angreift, Einspritzöffnungen (8) zur Krafstoffeinspritzung öffnet und das bei Entlastung des Druckraumes (9) zu einem Entlastungskanal (19) geschlossen wird und die Verbindung der Druckleitung (40) zum Druckraum (9) und die Verbindung des Druckraumes (9) mit dem Entlastungskanal (19) von einem elektrisch gesteuerten, als 3/2-Wege-Ventil ausgebildeten Steuerventil (24) mit Steuerventilglied (23) gesteuert wird, wobei das Steuerventilglied (23) einen Kolbenteil (28) hat, der in einer Führungsbohrung (27) verschiebbar ist und dort mit seiner Stirnseite (29) einen über einen bestimmten Zuflußquerschnitt (42) mit einer Druckquelle hohem Druckniveaus verbundenen Arbeitsraum (31) begrenzt, der zur Reduzierung seines Drucks und zur Betätigung des Steuerventilgliedes (23) durch ein elektrisch gesteuertes Vorsteuerventil (55) über eine Entlastungsleitung (50) entlastet wird und ein federbelastetes Ventilglied (54) des Vorsteuerventils von einem Piezoantrieb (73) angetrieben wird und einen Schließkörper (56) aufweist, auf dessen einander abgewandten in Verstellrichtung liegenden Seiten je eine Dichtfläche (61, 62) angeordnet sind, die mit zwei Ventilsitzen (60, 64) zusammenwirken, wobei der eine Ventilsitz (60) einen Eintritt der Entlastungsleitung (50) in einen den Schließkörper (56) aufnehmenden Ventilraum (53) begrenzt und der andere der Ventilsitze (64) einen Wiederaustritt der Entlastungsleitung (50) aus dem Ventilraum (53) begrenzt und der Abstand der Ventilsitze (60, 64) voneinander so groß ist, daß im Zeitraum der durch die erreichbare Verstellgeschwindigkeit der Ventilgliedes (54) des Vorsteuerventils über den Weg vom Abheben des Schließkörpers (56) von einen der Ventilsitze (60, 64) bis zum Aufsetzen des Schließkörpers (56) auf den anderen der Ventilsitze (60, 64) definiert ist, eine Entlastung des Arbeitsraumes (31) auftritt, was zu einem durch diesen Zeitraum festgelegten Einspritzvorgang durch Betätigung des Einspritzventilgliedes (2) führt, wobei zur Steuerung einer großen, Haupteinspritzmenge der Schließkörper (56) in ein Zwischenstellung zwischen beiden Ventilsitzen (60, 64) gebracht werden kann, in der über die Dauer der Beibehaltung dieser Zwischenstellung eine Haupteinspritzmenge zur Einspritzung kommt.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (61, 62) kegelförmig ausgebildet sind.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper (56) am einen Ende eines Stößels (57) angeordnet ist, dessen anderes Ende über eine hydraulischen Raum ( 71) mit dem Piezoantrieb (73) gekoppelt ist.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die eine Dichtfläche (62) angrenzender Teil des Stößels (57) im Durchmesser reduziert ist und dort zusammen mit einer den Stößel (57) führenden, vom Ventilsitz (64) ausgehenden Führungsbohrung (58) einen Ringraum (65) begrenzt, der ein Teil des Entlastungskanals (50) ist und von der Wand der den Ringraum (65) umschließenden Führungsbohrung (58) aus ein weiterführender Teil (66) der Entlastungsleitung (50) zum Entlastungsraum hin weiterführt.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entlastungsleitung (50) vorzugsweise stromaufwärts des Ventilraumes ( 53) eine Durchmesserbegrenzung (51) gebildet wird.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuflußquerschnitt zum Arbeitsraum (31) als eine Durchmesserbegrenzung (42) in einer durch den Kolbenteil (28) geführten, an der Stirnseite (29) des Kolbens mündender Kanal (41) ausgebildet ist, der von einem das Steuerventilglied (23) umgebenden, mit der Druckquelle (13) mit hohem Druckniveau verbundenen Ringraum (39) ausgeht.
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