EP1155233A1

EP1155233A1 - Regelorgan zur steuerung einer druckverstärkung von kraftstoff für einen kraftstoffinjektor

Info

Publication number: EP1155233A1
Application number: EP00916758A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Augustin; Reda Rizk; Raimondo Giavi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-11-21
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: US6463914B2; US20020000219A1; DE50009281D1; EP1155233B1; WO2000050764A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Regelorgan ist in einer Druckleitung (11, 38) in einem Kraftstoffinjektor mit einem Druckverstärker (3) angeordnet und weist einen Aktor (291), eine Ventilkammer (22) und einen in der Ventilkammer (22) beweglich angeordneten federbelasteten Ventilkolben (23) auf, wobei der Ventilkolben (23) in seiner Ruhestellung eine Strömungsverbindung durch die Ventilkammer (22) zwischen einer Druckversorgung (1) und einem Steuerraum (32) des Druckverstärkers (3) herstellt und in seiner Schaltstellung eine Strömungsverbindung durch die Ventilkammer (22) herstellt, bei der der Steuerraum (32) im Druckverstärker (3) druckunbelastet ist.

Description

Beschreibung

Regelorgan zur Steuerung einer Druckverstärkung von Kraftstoff für einen Kraftstoffinjektor

Die Erfindung betrifft ein Regelorgan zur Steuerung einer Druckverstärkung von Kraftstoff für einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Regelorgan ist aus der US-5,682,858 A bekannt. Bei der Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren werden zunehmend Einspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Insbesondere bei Dieselmotoren, die im LKW-Bereich eingesetzt werden, haben sich dabei Speichereinspritzsysteme als vorteilhaft erwiesen, die diese hohen Einspritzdrücke durch Druckübersetzung erzeugen. Ein Beispiel für einen Kraftstoffinjektor mit Druckverstärkung ist in der genannten US-5,682,858 A dargestellt.

Bei diesem bekannten System ist im Kraftstoffinjektor ein Druckverstärker mit einem beweglichen Kolben angeordnet, der den Druckverstärker in einen niederdruckseitigen Steuerraum und einen hochdruckseitigen Arbeitsraum unterteilt. Der hochdruckseitige Arbeitsraum des Druckverstärkers ist an eine Kraftstoffleitung in einem Kraftstoffinjektor vor einer Einspritzdüse angeschlossen. Der niederdruckseitige Steuerraum steht über ein im Kraftstoffinjektor ausgebildetes elektromagnetisch betätigtes Regelorgan mit einem Druckspeicher in Verbindung.

Das elektromagnetisch betätigte Regelorgan ist dabei so ausgebildet, daß im Ausgangszustand, wenn es nicht bestromt ist, das Regelorgan die Strömungsverbindung zwischen dem Druckspeicher und dem niederdruckseitigen Steuerraum des Druckverstärkers unterbricht und den Steuerraum drucklos hält. In diesem Betriebszustand füllt sich der Arbeitsraum des Druckverstärkers über die Kraftstoffleitung mit Kraft- stoff.

Durch Bestromen wird das Regelorgan dann so geschaltet, daß die Strömungsverbindung zwischen dem Druckspeicher und dem niederdruckseitigen Steuerraum des Druckverstarkers geöffnet und der Kolben im Druckverstarker steuerraumseitig mit dem Druck im Druckspeicher beaufschlagt wird. Der sich im Steuerraum einstellende Druck wird dabei vom Kolben im Druck- verstarker um ein Vielfaches verstärkt an den im Arbeitsraum des Druckverstarkers befindlichen Kraftstoff weitergegeben.

Der so im Arbeitsraum unter hohen Druck gesetzte Kraftstoff bewirkt durch eine Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und der Einspritzdüse, daß sich die Einspritzdüse öffnet und Kraftstoff m einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Sobald die Bestromung des Regelorgans beendet wird, kehrt das Regelorgan in seinen Ausgangszustand zurück, wodurch die Stromungsverbindung zwischen dem Druckspeicher und dem Steuerraum wieder unterbrochen wird. Der Druck auf den Kraftstoff im Arbeitsraum des Druckverstarkers sinkt dann schlagartig ab, die Einspritzdüse schließt sich wieder und die Einspritzung ist beendet.

Bei dem in der US-5,682,858 A beschriebenen Speicherem- spritzsystem mit Druckverstarkung wird also die eingespritzte Kraftstoffmenge vom Zeitfenster der Ansteuerung des Aktors und von der Auslegung der Einspritzdüse, d.h. der von der Einspritzdüse pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge, bestimmt. Unvermeidliche Fertigungstoleranzen bei der Einspritzdüse haben deshalb zwangsläufig zur Folge, daß die ein- gespritzte Kraftstoffmenge von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffmηektor variiert, was insbesondere bei Mehrzylindermotoren zu einem ungleichmäßigen Verhalten des Motors, insbesondere zu RundlaufStörungen fuhren kann. Weiterhin hangt bei dem bekannten Speichereinspritzsystem mit Druckverstarkung das Ende der Kraftstoffeinspritzung n die Brennkammer und damit der Verbrennungsverlauf von der exakten Ansteuerung des Regelorgans ab. Aufgrund von bei der Ansteuerung des Regelorgans auftretenden Schaltverzogerungen kann es zu einer unerwünschten zeitlichen Verlängerung der Einspritzung kommen, was zu einer Beeinträchtigung der Verbrennungswerte fuhren kann. Darüber hinaus ist das in der US-5,682,858 A darge- stellte Regelorgan kompliziert aufgebaut, so daß eine aufwendige Fertigung notwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Regelorgan zur Steuerung einer Druckverstarkung von Kraft- stoff für einen Kraftstoffinjektor so auszugestalten, daß eine einfache und zuverlässige Regelfunktion gewahrleistet und insbesondere große Streuungen der KraftstoffInjektoren im Einspritzverhalten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch ein Regelorgan gemäß Anspruch 1 gelost. Bevorzugte Ausfuhrungsformen sind m den abhangigen Ansprüchen angegeben.

Das erfmdungsgemaße Regelorgan ist m einer Druckleitung in einem Kraftstoffinjektor, die einen niederdruckseitigen Steuerraum eines Druckverstarkers im Kraftstoffinjektor mit einer Druckversorgung verbindet, angeordnet und weist einen Aktor, eine Ventilkammer und einen in der Ventilkammer beweglich angeordneten federbelasteten Ventilkolben auf. Der Ventilkolben stellt in seiner Ruhestellung, in der er vom Aktor nicht betätigt wird, eine Stromungsverbindung durch die Ventilkammer zwischen einer an die Druckversorgung angeschlossenen Zulaufoffnung und einer ersten Ablaufoffnung, die an den Steuerraum des Druckverstarkers angeschlossen ist, her. In der vom Aktor hervorgerufenen Schaltstellung befindet sich der Ventilkolben dagegen in einer Stellung, bei der eine Stromungsverbindung durch die Ventilkammer zwischen der ersten Ablaufoffnung, die an den Steuerraum im Druckverstarker angeschlossen ist und einer zweiten Ablaufoffnung, die drucklos gehalten wird, hergestellt ist.

Beim erfmdungsgemaßen Regelorgan ist nur für den Em- spritzbeginn einer Einspritzdüse im Kraftstoffinjektor eine Ansteuerung des Ventilkolbens im Regelorgan notwendig. Der Einspritzvorgang der Einspritzdüse wird jedoch automatisch beendet, sobald der gesamte, m einem Arbeitsraum des Druckverstarkers vorgelagerte Kraftstoff eingespritzt ist. Die Schaltzeiten im Regelorgan haben also keinen Einfluß auf den Zeitpunkt, zu dem die Einspritzung beendet wird. Das selbsttätige Ende der Einspritzung bei der erfmdungsgemaßen Ausle- gung des Regelorgans sorgt weiterhin für eine hohe Eigensicherheit bei möglichen Betriebsstörungen des Regelorgans. Darüber hinaus wird die Einspritzmenge nur von dem im Brennraum des Druckverstarkers angesaugten Kraftstoff bestimmt. Fertigungstoleranzen der Einspritzdüse im Kraftstoff njektor haben deshalb keinen Einfluß auf die Einspπtzmengenzumes- sung.

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist das Regelorgan zwei kegelförmig ausgebildete Ventil- sitze auf, auf denen abwechselnd der Ventilkolben mit einer seiner beiden kegelförmig ausgebildeten Dichtflachen je nach Schaltzustand aufliegt. Diese Auslegung des Regelorgans mit kegelförmigen Ventilsitzen ermöglicht eine besonders einfache Fertigung und darüber hinaus eine hohe Funktionszuverlassig- keit des Regelorgans.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird der Aktor piezoelektrisch angesteuert, wodurch sich hohe Schaltgeschwindigkeiten und damit ein verbesserter Wirkungsgrad des Regelorgans erzielen lassen. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen naher erläutert . Es zeigen:

Figur 1 schematisch einen Querschnitt durch einen

Kraftstoffinjektor mit einem erfmdungsgemaßen Regelorgan gemäß einer ersten Ausfuhrungsform, und Figur 2 schematisch eine Querschnitt durch einen

Kraftstoffinjektor mit einem erfmdungsgemaßen Regelorgan gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform. Der den Figuren 1 und 2 gezeigte Kraftstoffinjektor mit Druckverstarkung eignet sich insbesondere zum Einsatz bei Dieselmotoren. Der Kraftstoffinjektor setzt sich im wesentlichen aus einem als 3/2-Wegeventιl ausgebildeten Regelorgan 2, einem Druckverstarker 3, einer Einspritzdüse 4 und einem Ruckschlagventil 5 zusammen, die vorzugsweise gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Der Druckverstärker 3 im Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuse 31 auf, in dem eine zweistufige zylindrische Innenbohrung ausgebildet ist. Die als Steuerraum dienende obere Bohrungsstufe 311 im Gehäuse 31 des Druckverstärkers besitzt dabei einen größeren Durchmesser als die als Arbeitsraumbohrung dienende untere Steuerbohrung 312. In der Innenbohrung des Gehäuses 31 ist weiterhin axial beweglich ein Stempel 34 angeordnet, der sich aus einem Steuerkolben 341 und einem Arbeitskolben 342 zusammensetzt. Der Steuerkolben 341 wird da- bei in der Steuerraumbohrung 311 geführt und ist gegen die Steuerraumbohrung 311 abgedichtet. Ähnlich dem Steuerkolben

341 wird der Arbeitskolben 342 in der Arbeitsraumbohrung 312 geführt und ist gegen die Arbeitsraumbohrung 312 abgedichtet.

Um den Arbeitskolben 342 herum ist weiterhin eine Druck- feder 36 angeordnet, die auf ihrer einen Seite gegen eine

Stufe zwischen der Steuerraumbohrung 311 und der Arbeitsraumbohrung 312 abgestützt ist und mit ihrer anderen Seite am Steuerkolben 341 anliegt. Da der Stempel 34 kürzer als die Innenbohrung des Gehäuses 31 ausgebildet ist, sind zwischen der Stirnfläche des Steuerkolbens 341 und dem Gehäuse 31 ein Steuerraum 32 und zwischen der Stirnfläche des Arbeitskolbens

342 und dem Gehäuse 31 ein Arbeitsraum 33 ausgebildet. Der Arbeitsraum 33 steht mit einer KraftstoffZuleitung 37 und einer Einspritzleitung 41 in Verbindung, über die die Ein- spritzdüse 4 an eine Kraftstoffversorgung angeschlossen ist. Bei der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform weist das als 3/2-Wegeventil ausgeführte Regelorgan 2 ein Gehäuse 21 auf, in der eine zylindrische Ventilkammer 22 vorgesehen ist, die aus einem ersten Bohrungsabschnitt 221 und ei- nem zweiten Bohrungsabschnitt 222 besteht, wobei der zweite

Bohrungsabschnitt 222 einen größeren Innendurchmesser als der erste Bohrungsabschnitt 221 besitzt. Weiterhin weist die Ventilkammer 22 einen abgeschrägter Übergangsbereich 323 zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 221 und dem zweiten Boh- rungsabschnitt 222 auf. In dem Gehäuse 21 des 3/2-Wegeventils sind darüber hinaus eine ZulaufÖffnung 211, eine erste Ab- lauföffnung 213, eine zweite Ablauföffnung 214 und eine Leckageöffnung 215 eingebracht.

Die ZulaufÖffnung 211 mündet dabei im Bereich des zweiten Bohrungsabschnitts 222 der Ventilkammer 22 in der Nähe des Übergangsbereichs 223 in einer im Gehäuse 21 vorgesehenen Ringnut 212 und ist weiterhin über einen Zulauf 11 an eine Druckversorgung 1 angeschlossen, die ein edium, vorzugsweise Öl oder Kraftstoff, mit einem geregelten Druck von etwa 200 bar aus einem Vorratsschalter 12 einspeist. Die erste Ablauf- Öffnung 213 mündet im ersten Bohrungsabschnitt 221 der Ventilkammer 22 und ist über eine Druckleitung 38 mit dem Steuerraum 32 des Druckverstärkers 3 verbunden. Die zweite Ablauföffnung 214 mündet in die Ventilkammer 22 im Bereich eines Endabschnitts des zweiten Bohrungsabschnitts 222 und ist an den Vorratsbehälter 12 angeschlossen, wobei die Verbindung drucklos ausgelegt ist.

In der Ventilkammer 22 des 3/2-Wegeventils ist weiterhin ein Ventilkolben 23 angeordnet, der einen ersten zylindrischen Abschnitt 231, der im ersten Bohrungsabschnitt 221 der Ventilkammer 22 geführt wird, und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 232, der im zweiten Bohrungsabschnitt 222 der Ventilkammer 22 geführt wird, aufweist. Zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt 231 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 232 des Ventilkolbens 23 ist weiterhin ein abge- schrägter Übergangsbereich 233 ausgebildet, dessen Neigung der Neigung des Übergangsbereiches 223 zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 221 und dem zweiten Bohrungsabschnitt 222 in der Ventilkammer 22 entspricht.

Der Ventilkolben 23 weist in seinem ersten zylindrischen Abschnitt 231 eine Ringnut 234 auf, die sich bis zum Übergangsbereich 233 erstreckt und die der ersten AblaufÖffnung 213 gegenüber liegt. Im Ventilkolben 23 ist außerdem eine zweistufige Sackbohrung 24 vorgesehen, bei der ein innerer Bohrungsabschnitt 241 einen kleineren Durchmesser als ein äu- ßerer Bohrungsabschnitt 242 besitzt und ein Übergangsbereich 243 zwischen den Bohrungsabschnitten mit einer Abschrägung vorgesehen ist. Der innere Bohrungsabschnitt 241 der Sackboh- rung 24 ist darüber hinaus durch eine Drosselbohrung 25, die sich durch den ersten zylindrischen Abschnitt 231 des Ventil- kolbens 23 erstreckt, mit der Ringnut 234 um den Ventilkolben

23 verbunden. Ein Deckel 26 am Gehäuse 21 des 3/2-Wegeventιls 2 erstreckt sich weiterhin mit einem Bolzen 27 in die Sackbohrung

24 im Ventilkolben 23, wobei eine Bolzenspitze 271 kegelförmig zulauft und die Kegelneigung der Neigung des Ubergangsbe- reichs 243 zwischen dem inneren Bohrungsabschnitt 241 und dem äußeren Bohrungsabschnitt 242 der Sackbohrung 24 entspricht. Der Bolzen 27 ist dabei so ausgelegt, daß zwischen semer Außenwandung und der Innenwandung des Ventilkolbens 23 im äußeren Bohrungsabschnitt 242 der Sackbohrung 24 ein Ringspalt bleibt. Der Ventilkolben 23 sitzt in seinem Ruhezustand mit dem Ubergangsbereich 243 der Sackbohrung 24 auf dem Bolzenkopf 271 auf, wodurch die Verbindung zwischen dem inneren Bohrungsabschnitt 241 und dem äußeren Bohrungsabschnitt 242 der Sackbohrung 24 unterbrochen ist. In dieser Stellung des Ven- tilkolbens 23 ist ein Ringspalt zwischen der Stirnflache des Ventilkolbens 23 und einem Anschlag am Deckel 26 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen dem Ringspalt um den Bolzen 27 und der zweiten Auslaßoffnung 214 herstellt.

Am ersten zylindrischen Abschnitt 231 des Ventilkolbens 23 ist weiterhin ein stempelformiger Anker 28 vorgesehen, der m einen am Gehäuse 21 angeordneten Kopfabschnitt 29 hineinreicht und einer Magnetspule 291 gegenüber angeordnet ist. Auf dem Anker 28 lastet die Haltekraft einer Druckfeder 292, die am Kopfabschnitt 29 abgestutzt ist. In diesen ersten zy- Imdrischen Abschnitt mundet auch die Leckageoffnung 215, die an den Vorratsbehalter 12 angeschlossen ist, wobei die Verbindung drucklos gehalten wird.

In Figur 1 ist das 3/2-Wegeventιl 2 seiner Ruhestellung gezeigt. In dieser Stellung ist die Magnetspule 291 un- bestromt und der Ventilkolben 23 wird durch die auf dem Anker 28 lastende Haltekraft der Druckfeder 292 mit seinem Ubergangsbereich 243 m der Sackbohrung 24 auf den Bolzenkopf 271 des Bolzens 27 gedruckt. In dieser Stellung des Ventilkolbens 23 ist ein Ringspalt zwischen dem abgeschrägten Ubergangsbe- reich 223 in der Ventilkammer 22 und dem entsprechend abgeschrägten Ubergangsbereich 233 am Ventilkolben 23 ausgebil- det, so daß eine Stromungsverbindung zwischen der Zulaufoff- nung 211 und der ersten Ablaufoffnung 213 über die Ringnut 212, den Ringspalt zwischen dem Ubergangsbereich 223 der Ventilkammer 22 und dem Ubergangsbereich 233 am Ventilkolben 23 und der Ringnut 234 ausgebildet ist. Diese Stromungsver- bmdung durch das 2/3-Wegeventιl 2 ermöglicht, daß Medium aus der Druckversorgung 1 über den Zulauf 11, das 3/2-Wegeventιl 2 und die Druckleitung 38 in den Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 gelangt. Die vom unter Druck stehenden Medium im Steuerraum 32 auf die Stirnflache des Steuerkolbens 341 des Stempels 34 im Druckverstarker 3 ausgeübte Kraft sorgt dann dafür, daß der Stempel 34 gegen die Haltekraft der Tellerfeder 36 seine maximal ausgefahrene Stellung gebracht wird, bei der - wie Figur 1 gezeigt - der Arbeitsraum 33 im Druckverstarker 3 auf sein minimales Volumen reduziert ist. Das Figur 1 gezeigte, als 3/2-Wegeventιl ausgebildete Regelorgan 2 fuhrt zu folgendem Einspritzvorgang:

D e Druckversorgung 1 sorgt für einen geregelten Druck des Mediums, vorzugsweise im Bereich von etwa 200 bar. In der in Figur 1 gezeigten Ausgangsstellung, bei der die Magnetspu- le 291 im 3/2-Wegeventιl 2 nicht bestromt ist, ist eine Stro- mungsverbmdung durch das 3/2-Wegeventιl zwischen der Druckversorgung 1 und dem Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 offen. Der Stempel 34 im Druckverstarker 3 befindet sich in semer ausgefahrenen Stellung, bei der das Steuerraumvolumen maximal, das Arbeitsraumvolumen dagegen minimal ist.

Der Einspritzvorgang wird dann durch Bestromen der Magnetspule 291 vorbereitet. Die bestromte Magnetspule 291 zieht den Anker 28 gegen die Haltekraft der Druckfeder 292 an. Hierdurch verschiebt sich der mit dem Anker 28 verbundene Ventilkolben 23 aus seiner Ausgangsstellung, bei der der

Ubergangsbereich 243 der Sackbohrung 24 auf der Bolzenspitze 271 aufsitzt, in Richtung auf den Kopfabschnitt 29 m eine Stellung, in der der Ubergangsbereich 243 am Ventilkolben 23 am Ubergangsbereich 223 der Ventilkammer 22 anschlagt. Hierdurch wird die Stromungsverbindung von der Zulaufoffnung 211 zur ersten Ablaufoffnung 213 durch die Ventilkammer 22 ge- schlössen, so daß die Versorgung des Steuerraums 32 im Druckverstarker 3 mit dem unter Druck stehenden Medium unterbrochen wird.

Gleichzeitig öffnet sich ein Ringspalt zwischen dem Ubergangsbereich 243 m der Sackbohrung 24 im Ventilkolben 23 und der Bolzenspitze 271, so daß eine Stromungsverbindung zwischen der ersten Ablaufoffnung 213 über die Ringnut 234, die Drosselbohrung 25, den Ringspalt und die Sackbohrung 24 zur zweiten Ablaufoffnung 214 im 3/2-Wegeventιl 2 hergestellt ist. Da der mit der zweiten Ablaufoffnung 214 verbundene Ab- lauf 12 zur Druckversorgung drucklos gehalten wird, sinkt der Druck des Mediums im Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 schlagartig ab und die Druckfeder 36 im Druckverstarker 3 druckt den Steuerkolben 341 m den Steuerraum 32 zurück, so daß sich der Steuerraum 32 leert und das Medium über das 3/2- Wegeventil 2 in die Druckversorgung 1 zurückfließt. Gleichzeitig mit dem Steuerkolben 341 wird aber auch der mit dem Steuerkolben verbundene Arbeitskolben 342 zurückgezogen und Kraftstoff über die KraftstoffZuleitung 37 m den Arbeitsraum 33 des Druckverstarkers 3 angesaugt. Der zeitliche Verlauf der Befullungsphase wird dabei vom m der KraftstoffZuleitung 37 herrschenden Versorgungsdruck, der Haltekraft der Druckfeder 36 sowie der Stromungsgeschwindigkeit durch die Drosselbohrung 25 bestimmt. D e Befullungsphase des Arbeitsraums 33 wird selbsttätig beendet, so- bald die Druckfeder 36 den Steuerkolben 341 des Stempels 34 in seine Ruhestellung zurückgeschoben hat und das Steuerraumvolumen minimal st.

Der Einspritzbeginn in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors wird durch die Unterbrechung der Stromversorgung der Magnetspule 291 festgelegt. Die Druckfeder 292 schiebt dann den Anker 28 und damit den Ventilkolben 23 im 3/2-Wege- ventil 2 wieder in seine Ausgangsstellung zurück, bei der der Ubergangsbereich 243 in der Sackbohrung 24 auf der Bolzenspitze 271 aufsitzt und so die Stromungsverbindung zwischen der ersten Ablaufoffnung 213 und der zweiten Ablaufoffnung 214 über das 3/2-Wegeventιl wieder unterbrochen ist. Gleich- zeitig hebt der Ubergangsbereich 233 am Ventilkolben 23 vom Ubergangsbereich 223 der Ventilkammer 22 ab und die Stro- mungsverbmdung durch das 3/2-Wegeventιl zwischen der Zulaufoffnung 211 und der ersten Ablaufoffnung 213 öffnet sich. Der Druck im Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 steigt dann auf den m der Druckversorgung 1 herrschenden Druck des Mediums an. Dieser Druck des Mediums wird über den Stempel 34 um ein Vielfaches verstärkt an den im Arbeitsraum 33 befindlichen Kraftstoff weitergegeben. Dieser Kraftstoffdruck, der vorzugsweise im Bereich von über 1500 bar liegt, steht über die Emspritzleitung 41 an der Einspritzdüse 4 an, wobei das Rückschlagventil 5 einen Kraftstoffruckfluß verhindert.

Der hohe Kraftstoffdruck der Emspritzleitung 41 bewirkt, daß sich die Einspritzdüse 4 öffnet und Kraftstoff in die Brennkammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Wahrend dieses Einspritzvorgangs wird der Steuerkolben 341 des Stempels 34 durch den im Steuerraum 32 herrschenden Druck des Mediums gegen die Haltekraft der Druckfeder 36 weggedruckt, so daß sich der Steuerraum 32 mit Medium füllt. Gleichzeitig druckt der mit dem Steuerkolben 341 fest verbun- dene Arbeitskolben 342 den Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 33 in die Einspritzdüse 4 und damit in die Brennkammer des Verbrennungsmotors. Sobald die m Figur 1 gezeigte Stellung des Stempels 34 im Druckverstarker 3 erreicht ist und der gesamte, im Arbeitsraum 33 enthaltene Kraftstoff über die E - spritzdüse 4 in die Brennkammer eingespritzt ist, sinkt der Kraftstoffdruck in der Einspritzdüse 4 ab und die Einspritzdüse 4 schließt sich selbsttätig, wodurch der Einspritzvorgang beendet wird.

Figur 2 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform des als 3/2- Wegeventils ausgeführten Regelorgans 3, bei dem der Aktor statt elektromagnetisch piezoelektrisch angetrieben wird. Der Einsatz eines piezoelektrischen Aktors sorgt für eine höhere Schaltgeschw digkeit des 3/2-Wegeventιl, wodurch sich der Einspritzverlauf der Einspritzdüse besser steuern laßt. Im folgenden sollen kurz die Unterschiede zwischen den Ausfuhrungsformen nach Figur 1 und nach Figur 2 dargestellt werden, wobei gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Bei dem m Figur 2 dargestellten 3/2-Wegeventιl 2 weist der Ventilkolben 23 im Bereich der Sackbohrung 24 eine zusätzliche Schulter 61 auf, der die Druckfeder 292 abgestutzt ist. Diese Druckfeder 292 ist um den Bolzen 27 herum angeordnet und schlagt mit ihrem anderen Ende am Deckel 26 an. Weiterhin ist vor der Schulter 61 eine Durchgangsbohrung 63 im Ventilkolben 23 vorgesehen, die d e Sackbohrung 24 im Ventilkolben 23 mit der zweiten Ablaufoffnung 214 in jeder Stellung des Ventilkolbens 23 verbindet.

Die Ventilkammer 22 weist zusatzlich vor dem ersten zylindrischen Abschnitt 231 des Ventilkolbens 23 einen Steuerraum 64 auf, der über eine Drosselbohrung 65 und einen Seltenkanal 66 mit der Zulaufoffnung 211 in Verbindung steht. Der Steuerraum 64 der Ventilkammer 22 ist durch em Zwischenbauteil 67 vom Kopfabschnitt 29, m dem em Piezoaktor 68 angeordnet ist, abgetrennt.

Durch das Zwischenbauteil 67 hindurch erstreckt sich eine Durchgangsbohrung 69, in der em Ventilsitz 70 ausgebildet ist, auf dem eine Ventilkugel 71, von einer Feder 72 belastet, aufsitzt. Die Ventilkugel 71 steht weiterhin über einen Stößel 73, der m der Durchgangsbohrung 69 angeordnet ist, mit dem Piezoaktor 68 m Verbindung. Die Durchgangsbohrung 69 weist außerdem im an den Steuerraum 64 angrenzenden Abschnitt eine Drosselstelle 74 auf. In dem Piezoaktor 68 enthaltenen Kopfabschnitt 29 ist weiterhin die Leckageoffnung 215 vorgesehen, die mit dem Vorabbehalter 12 Verbindung steht und drucklos gehalten wird.

Figur 2 zeigt die Ausgangsstellung des 3/2-Wegeventιls 2 bei nicht angesteuertem Piezoaktor 68. In dieser Ausgangsstellung sitzt die Ventilkugel 71 auf dem Ventilsitz 70 in der Durchgangsbohrung 69 auf, so daß die Verbindung vom Steu- erraum 64 über die Durchgangsbohrung 69, den Kopfabschnitt 29 zur Leckageoffnung 215 geschlossen ist. Das sich im Steuerraum 64 befindliche Medium, das aus der Druckversorgung 1 über den Zulauf 11, die Zulaufoffnung 211, den Seltenkanal 66 und die Drosselbohrung 65 zugeführt wird, beaufschlagt dann die Stirnflache des Ventilkolbens 23 mit dem m der Druckversorgung 1 eingestellten Druck des Mediums, wodurch der Ventilkolben 23 gegen die Haltekraft der Druckfeder 62 eine Stellung gebracht wird, bei der der Ubergangsabschnitt 243 m der Sackbohrung 24 auf der Bolzenspitze 271 aufsitzt, wohingegen em Ringspalt zwischen dem Ubergangsbereich 223 der Ventilkammer 22 und dem Ubergangsbereich 233 des Ventilkolbens 23 besteht. In dieser Stellung kann Medium aus der Druckversorgung 1 über das 3/2-Wegeventιl 2 m den Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 strömen, wodurch der Stempel 34 des Druckverstarkers 3 m die in Figur 2 gezeigte maximal ausgefahrene Position gedruckt wird.

Bei Bestromen des Piezoaktors 68 stoßt dieser aufgrund seiner Langsdehnung mit Hilfe des Stoßeis 73 die Ventilkugel 71 vom Ventilsitz 70, wodurch sich eine Stromungsverbindung vom Steuerraum 64 zur Leckageoffnung 215 über die Durchgangsbohrung 69 ergibt. Über diese Stromungsverbindung kann dann Medium aus dem Steuerraum 64 abfließen, wodurch der Druck im Steuerraum 64 absinkt. In der Folge druckt die Druckfeder 292 den Ventilkolben 23 aus der m Figur 2 gezeigten Stellung Richtung auf das Zwischenbauteil 67, wobei der Ubergangsbereich 243 der Sackbohrung 24 im Ventilkolben 23 vom Bolzenkopf 271 abhebt und eine Stromungsverbindung über das 3/2-We- geventil vom Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 zurück zur Druckversorgung 1 sich öffnet. Gleichzeitig sitzt der Ubergangsbereich 233 des Ventilkolbens 23 auf dem Ubergangsbereich 223 der Ventilkammer 22 auf, so daß die Stromungsverbindung zwischen der Druckversorgung 1 und dem Steuerraum 32 des Druckverstarkers 3 über das 3/2-Wegeventιl unterbrochen wird.

Das in Figur 2 gezeigten 3/2-Wegeventιl lost denselben Einspritzvorgang der Einspritzdüse 4 aus, wie er im Zusam- menhang mit dem in Figur 1 gezeigten 3/2-Wegeventιl dargestellt ist. Mit der Figur 2 gezeigten Ausfuhrungsform, bei der als Antrieb der Piezoaktor 68 verwendet wird, lassen sich jedoch gegenüber dem m Figur 1 gezeigten elektromagnetischen Antrieb schnellere Schaltzeiten erreichen. Weiterhin sorgen die beiden Drosselstellen 65, 74 im Zulauf und Ablauf zum Steuerraum 64 für eine gebremste Durchstromung und somit für eine verbesserte Ventilflugphase.

Das erf dungsgemaße Regelorgan 2 hat grundsätzlich den Vorteil, daß beim Einsatz eines solchen Regelorgans in einem Speichereinspritzsystem die eingespritzte Kraftstoffmenge ausschließlich durch die zeitliche Auslegung der Beful- lungsphase des Druckverstarkers 3 mit Kraftstoff bestimmt wird. Die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen der Ein- spritzdüse 4 haben somit keine Auswirkung auf die Emspπtz- mengenzumessung. Weiterhin sorgt die vollständige Entleerung des Druckverstarkers 3 von Kraftstoff beim Einspritzen für em automatisches Einspritzende, unabhängig von der Schaltge- schwmdigkeit des Regelorgans 2. Dieses scharfe Einspritzende gewahrleistet gute Verbrennungswerte des Verbrennungsmotors. Die Auslegung des Regelorgans 2 mit zwei kegelförmigen Ventilsitzen ermöglicht darüber hinaus eine einfache Fertigung und eine hohe Funktionszuverlassigkeit des Regelorgans.

Claims

Patentansprüche

1. Regelorgan zur Steuerung einer Druckverstärkung von Kraftstoff für einen Kraftstoffinjektor, der einen Druckver- stärker (3) mit einem niederdruckseitigen Steuerraum (32) und einem hochdruckseitigen Arbeitsraum (33) aufweist, wobei der Steuerraum (32) über eine Druckleitung (11, 38) mit einer Druckversorgung (1) , die ein unter Druck stehendes Medium enthält, verbunden ist und der Arbeitsraum (33) an eine Kraftstoffeinspritzleitung (41, 37) angeschlossen ist, wobei das Regelorgan in der Druckleitung (11, 38) zwischen der Druckversorgung (1) und dem Steuerraum (32) des Druckverstärkers angeordnet ist und einen Aktor (291, 68), eine Zulauföffnung (211), die an die Druckversorgung (1) angeschlossen ist, eine erste AblaufÖffnung (213) , die an den Druckverstärker (3) angeschlossen ist, eine zweite AblaufÖffnung (214), die drucklos gehalten wird, und einen in einer Ventilkammer (22) beweglich angeordneten federbelasteten Ventilkolben (23) aufweist, wobei der Ventilkolben mit dem Aktor in einer Wirk- Verbindung (28, 64, 69, 70, 71, 72, 73, 74) steht und zwischen einer Stellung, bei der eine Strömungsverbindung in der Ventilkammer (22) zwischen der ZulaufÖffnung (211) und der ersten AblaufÖffnung (213) hergestellt ist, und einer Stellung, bei der eine Strömungsverbindung in der Ventilkammer (22) zwischen der ersten AblaufÖffnung (213) und der zweiten AblaufÖffnung (214) hergestellt ist, geschaltet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der federbelastete Ventilkolben (23) in seiner Ruhestellung, in der er vom Aktor (211, 68) nicht betätigt ist, sich in der Stellung befindet, bei der eine Strömungsverbindung in der Ventilkammer (22) zwischen der ZulaufÖffnung (211) und der ersten AblaufÖffnung (213) hergestellt ist, und in der vom Aktor ausgelösten Schaltstellung sich in der Stellung befindet, bei der eine Strömungsverbindung in der Ventilkammer (22) zwischen der ersten AblaufÖffnung (213) und der zweiten AblaufÖffnung (214) hergestellt ist.

2. Regelorgan gemäß Anspruch 1, wobei m einem Gehäuse (21) em erster kegelförmiger Ventilsitz (271) und ein zweiter kegelförmiger Ventilsitz (223) ausgebildet sind und der Ventilkolben eine erste kegelförmige Dichtflache (243) und eine zweite kegelförmige Dichtflache (233) aufweist, wobei der

Ventilkolben m seiner Ruhestellung mit seiner ersten kegelförmigen Dichtflache (243) auf dem ersten kegelförmigen Ventilsitz (271) im Gehäuse, und m seiner Schaltstellung mit semer zweiten kegelförmigen Dichtflache (233) auf dem zwei- ten kegelförmigen Ventilsitz (223) im Gehäuse (21) aufsitzt.

3. Regelorgan gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse eine zweistufige zylindrische Innenbohrung als Ventilkammer (22) aufweist, bei der der erste kegelförmige Ventilsitz (223) im stufigen Ubergangsbereich ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (21) weiter eine in die Ventilkammer (22) vorspringende Deckelanordnung (26, 27) aufweist, auf der der zweite kegelförmige Ventilsitz (243) ausgebildet ist, wobei der Ventilkolben (23) eine zweistufige zylindrische Außenform auf- weist, bei der die erste kegelförmige Dichtflache (233) im stufigen Ubergangsbereich ausgebildet ist, und wobei der Ventilkolben (23) weiter eine Sackbohrung (24) aufweist, in der die zweite kegelförmige Dichtflache (243) ausgebildet ist.

4. Regelorgan gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (25) m der Stromungsverbindung zwischen der ersten Ablaufoffnung (213) und der zweiten Ablaufoffnung (214) vorgesehen ist.

5. Regelorgan gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor e elektromagnetisch gesteuerter Aktor mit einer Magnetspule (291) ist, der eine magnetische Kraft auf einem am Ventilkolben (23) angebrachten Anker (28) ausüben kann.

6. Regelorgan gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor e piezoelektrischer Aktor (68) ist, der ein Ventil (70, 71, 72) betätigen kann, das einen hydraulischen Druck des Mediums auf den Ventilkolben (23) in einem Steuerraum (64) steuert.