EP1318293B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1318293B1
EP1318293B1 EP02023348A EP02023348A EP1318293B1 EP 1318293 B1 EP1318293 B1 EP 1318293B1 EP 02023348 A EP02023348 A EP 02023348A EP 02023348 A EP02023348 A EP 02023348A EP 1318293 B1 EP1318293 B1 EP 1318293B1
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EP
European Patent Office
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pump
control
fuel injection
fuel
pressure
Prior art date
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EP02023348A
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EP1318293A2 (de
EP1318293A3 (de
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is characterized by the EP 0 987 431 A2 known.
  • This fuel injection device has a high-pressure fuel pump and a fuel injection valve connected thereto for each cylinder of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump has a driven by the internal combustion engine in a lifting pump piston, which limits a pump working space.
  • the fuel injection valve has a pressure chamber connected to the pump working chamber and an injection valve member, by which at least one injection port is controlled and which is acted upon by the pressure prevailing in the pressure chamber against a closing force in the opening direction to release the at least one injection port.
  • There is provided a first electrically operated control valve by which a connection of the pump working space is controlled with a discharge space.
  • a control pressure chamber By a control piston, a control pressure chamber is limited, wherein the control piston acts from the pressure prevailing in the control pressure chamber pressure in the closing direction acts on the injection valve member.
  • the Control pressure chamber has a controlled by a second electrically operated control valve connection with a discharge space.
  • a second electrically operated control valve by which a connection of a control pressure chamber is controlled with a discharge space.
  • the first control valve is closed and the second control valve is opened, so that no high pressure can build up in the control pressure chamber and can open the fuel injection valve.
  • With the second control valve open however, fuel flows out of the pump chamber via the control pressure chamber, so that the amount of fuel available for injection of the pumped by the pump piston fuel quantity is reduced and also the pressure available for the injection pressure is reduced.
  • the fuel injection device has the advantage that due to the connection of the control pressure chamber with the limited by the second pump piston working space at the fuel injection open second control valve and thus opened fuel injection valve no fuel flows out of the pump working space and thus the entire through the pump fuel delivered and the pressure generated by the first pump piston in the pump working chamber is available for the fuel injection unabated.
  • the embodiment according to claim 2 allows a space-saving arrangement of the second pump piston.
  • the embodiment according to claim 3 allows easy entrainment of the second pump piston after the initial stroke of the first pump piston.
  • FIG. 1 shows a fuel injection device for an internal combustion engine in a longitudinal section in a simplified representation with pump piston in a first stroke position
  • Figure 2 shows a detail II of the fuel injection device with pump piston in a second stroke position
  • Figure 3 shows the pressure profile at injection ports of a fuel injection valve of the fuel injection device during an injection cycle.
  • FIGS. 1 and 2 show a fuel injection device for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injection device is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and has for each cylinder of the internal combustion engine in each case a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected thereto, which form a common structural unit.
  • the fuel injector may be formed as a so-called pump-line-nozzle system in which the high-pressure fuel pump and the fuel injection valve of each cylinder are arranged separately from each other and connected to each other via a line.
  • the High-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 with a cylinder bore 16 in which a first pump piston 18 is tightly guided, which is at least indirectly driven by a cam 20 of a camshaft of the engine against the force of a return spring 19 in a reciprocating motion.
  • the first pump piston 18 defines in the cylinder bore 16 a pump working chamber 22, in which the delivery stroke of the pump piston 18 compresses fuel under high pressure.
  • the pump working chamber 22 is supplied with fuel from a fuel tank 24 of the motor vehicle.
  • the fuel injection valve 12 has a connected to the pump body 14 valve body 26 which may be formed in several parts, and in which an injection valve member 28 is guided longitudinally displaceably in a bore 30.
  • the valve body 26 At its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine, the valve body 26 has at least one, preferably a plurality of injection openings 32.
  • the injection valve member 28 has, at its end region facing the combustion chamber, an approximately conical sealing surface 34, for example, which cooperates with a valve seat 36 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the injection openings 32 are discharged.
  • annular space 38 is present between the injection valve member 28 and the bore 30 toward the valve seat 36, which merges in its end region remote from the valve seat 36 by a radial widening of the bore 30 into a pressure chamber 40 surrounding the injection valve member 28.
  • the injection valve member 28 has at the level of the pressure chamber 40 by a cross-sectional reduction on a pressure shoulder 42.
  • a prestressed closing spring 44 At the end remote from the combustion chamber of the injection valve member 28 engages a prestressed closing spring 44, through which the injection valve member 28th is pressed toward the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of the valve body 26, which adjoins the bore 30.
  • a further bore 48 in which a control piston 50 is guided tightly.
  • a control pressure chamber 52 is limited by the control piston 50 as a movable wall on the spring chamber 46 side facing away.
  • the closing spring 44 is supported at least indirectly, for example via a spring plate, on the control piston 50. It may alternatively be provided that the closing spring 44 is fixedly supported in the spring chamber 46 and that the control piston 50 is at least indirectly supported on the injection valve member 28, for example via a projecting into the spring chamber 46 piston rod.
  • the bore 48 faces away from the spring chamber 46 has a portion 49 with a smaller diameter, wherein the control piston 50 is pressed by the force of the closing spring 44 against an annular shoulder 51 formed at the transition of the bore 48 to the section 49, if in the control pressure chamber 52, a low pressure prevails.
  • the control pressure chamber 52 has a connection 54 to a low pressure region, as used for example the fuel tank 24. In the connection 54, a check valve 56 opening toward the control pressure chamber 52 is arranged.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a second pump piston 60 which is hollow-cylindrical in shape and through which the first pump piston 18 passes.
  • the second pump piston 60 is in a pump working chamber 22 facing away from, in the outer diameter relative to the region of the cylinder bore 16 in which the first pump piston 18 is tightly guided, enlarged portion 116 of the cylinder bore 16 in its outer jacket facing out.
  • the first Pump piston 18 passes through the second pump piston 60 with little play and is displaceable relative to the second pump piston 60.
  • the pump working space 22 faces away from a reduced diameter section 216 of the cylinder bore 16.
  • a return spring 64 is clamped by the second pump piston 60 away from the pump working chamber 22 to an annular shoulder formed at the transition from section 116 to section 216 of the cylinder bore 16 is pressed down.
  • the return spring 64 is arranged in the working space 66.
  • the working space 66 has a connection 67 with the control pressure chamber 52.
  • the first pump piston 18 is stepped in diameter and has a passing through the second pump piston 60 and in the cylinder bore 16 tightly guided area 118 with a smaller diameter and a cam 20 arranged towards the area 218 of larger diameter. At the transition between the regions 118 and 218, an annular shoulder 68 facing the second pump piston 60 is formed on the first pump piston 18.
  • the cam 20 facing the end portion 316 of the cylinder bore 16 is increased according to the diameter of the portion 218 of the first pump piston 18 in diameter relative to the portion 216 of the cylinder bore 16 so that the first pump piston 18 is guided with its portion 218 in the end portion 316 of the cylinder bore 16 ,
  • the between the first pump piston 18 with its annular shoulder 68 and the second pump piston 60 in the portion 216 of the cylinder bore sixteenth limited space 70 has a connection 71 with a low pressure region, as the example, at least indirectly, the fuel tank 24 may serve.
  • the first pump piston 18 is driven by the cam 20 in a lifting movement, wherein the pump piston 18, starting from an outer dead center, in which it protrudes furthest out of the cylinder bore 16 against the force of the return spring 19 to an inner dead center, in which this on farthest immersed in the cylinder bore 16 is moved.
  • this is arranged with its annular shoulder 68 at a distance a from the second pump piston 60, so that over a Wegsshub a starting from the outer dead center, only the first pump piston 18 is moved.
  • the second pump piston 60 remains effected by the return spring 64 in contact with the annular shoulder 65 in the section 116 of the cylinder bore 16.
  • a channel 74 leads to the pressure chamber 40 of the fuel injection valve 12. From the pump working chamber 22 or from the channel 74 performs a connection 76 to a discharge space, as at least indirectly the fuel tank 24 or another low pressure area can serve.
  • the connection 76 is controlled by a first electrically operated control valve 78.
  • the control valve 78 may be formed as shown in Figure 1 as a 2/2-way valve.
  • the control pressure chamber 52 has a connection 80 with a discharge chamber, which in turn can serve the fuel tank 24 or another low-pressure region, which is controlled by a second electrically operated control valve 82, which may be formed as a 2/2-way valve.
  • a throttle point 69 In the connection 67 of the control pressure chamber 52 to the working space 66 is preferably a throttle point 69 and in the connection 80 of the control pressure chamber 52 to the discharge chamber 24 is preferably a throttle point 81 is provided.
  • the throttle points 69,81 By the throttle points 69,81, the inflow of fuel into the control pressure chamber 52 and the outflow of fuel from the control pressure chamber 52 can be adjusted.
  • the control valves 78, 82 may have an electromagnetic actuator or a piezoactuator and are actuated by an electronic control device 84.
  • the control valves 78, 82 may each have their own actuator or a common actuator 86, which actuates both control valves 78, 82 via a bridge 87 in each case against the force of a restoring spring.
  • a first stroke of the actuator 86 only the first control valve 78 is switched from an open to a closed position.
  • the second control valve 82 is switched from a closed to an open position, while the first control valve 78 remains in its closed position.
  • a spring can be arranged between the bridge 87 and the first control valve 78, which spring is suppressed during the further stroke of the actuator 86.
  • the first control valve 78 is preferably pressure compensated.
  • the injection valve member 28 moves in the opening direction 29th and releases the at least one injection port 32.
  • the first pump piston 18 has passed through the initial stroke a
  • the second pump piston 60 is also moved through this and an increase in pressure takes place in the working chamber 66 and in the control pressure chamber 52
  • the control piston 50 is moved into the spring chamber 46, whereby the bias of the closing spring 44 and thus the force acting on the injection valve member 28 closing force is increased.
  • the fuel injection valve 12 closes due to the increased closing force on the injection valve member 28.
  • the first control valve 78 is opened to complete the pilot injection, so that the pump working chamber 22 and the pressure chamber 40 are relieved.
  • FIG. 3 shows the course of the pressure p at the injection openings 32 of the fuel injection valve 12 over the time t during an injection cycle.
  • the first injection phase corresponds to a pre-injection of a small amount of fuel designated by I in FIG.
  • the second control valve 82 is opened by the control device 84 in that the actuator 86 effects a further stroke.
  • the first control valve 78 remains closed, so that in the pump working chamber 22 there is high pressure.
  • the second control valve 82 is open, the control pressure chamber 52 is relieved, so that the control piston 50 moves back into its outer stroke position in contact with the annular shoulder 51 and the bias of the closing spring 44 is reduced.
  • the pressure prevailing in the pressure chamber 40 then opens the injection valve member 28 and there is a fuel injection. From the second pump piston 60 from the working space 66 displaced fuel flows through the opened second control valve 82 into the discharge chamber 24 from.
  • the second control valve 82 is brought by the controller 84 in its closed switching position by the actuator 86 executes a lower stroke.
  • the control pressure chamber 52 is then separated from the discharge chamber 24 and in this high pressure builds up as in the working space 66, by which the control piston 50 is displaced and the bias of the closing spring 44 is increased, so that the fuel injection valve closes.
  • the second control valve 82 is opened again by the control device 84 so that the fuel injection valve 12 opens as a result of the relief of the control pressure chamber 52.
  • the second control valve 82 is closed and / or the first control valve 78 is opened.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP 0 987 431 A2 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum und ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar ist. Es ist ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Durch einen Steuerkolben wird ein Steuerdruckraum begrenzt, wobei der Steuerkolben von dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck beaufschlagt in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied wirkt. Der Steuerdruckraum weist eine durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil gesteuerte Verbindung mit einem Entlastungsraum auf. Es ist außerdem ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung eines Steuerdruckraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Zu einer Kraftstoffeinspritzung wird das erste Steuerventil geschlossen und das zweite Steuerventil geöffnet, so daß sich im Steuerdruckraum kein Hochdruck aufbauen kann und das Kraftstoffeinspritzventil öffnen kann. Bei geöffnetem zweitem Steuerventil strömt jedoch aus dem Pumpenarbeitsraum über den Steuerdruckraum Kraftstoff ab, so daß die für die Einspritzung zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge der durch den Pumpenkolben geförderten Kraftstoffmenge verringert wird und außerdem der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck verringert wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß infolge der Verbindung des Steuerdruckraums mit dem durch den zweiten Pumpenkolben begrenzten Arbeitsraum bei zur Kraftstoffeinspritzung geöffnetem zweitem Steuerventil und somit geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil kein Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum abströmt und somit der gesamte durch den ersten Pumpenkolben geförderte Kraftstoff und der durch den ersten Pumpenkolben im Pumpenarbeitsraum erzeugte Druck unvermindert für die Kraftstoffeinspritzung zur Verfügung steht.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine bauraumsparende Anordnung des zweiten Pumpenkolbens. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht auf einfache Weise eine Mitnahme des zweiten Pumpenkolbens nach dem Anfangshub des ersten Pumpenkolbens.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt in vereinfachter Darstellung mit Pumpenkolben in einer ersten Hubstellung, Figur 2 einen Ausschnitt II der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Pumpenkolben in einer zweiten Hubstellung und Figur 3 den Druckverlauf an Einspritzöffnungen eines Kraftstoffeinspritzventils der Kraftstoffeinspritzeinrichtung während einem Einspritzzyklus.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In den Figuren 1 und 2 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist vorzugsweise als sogenannte Pumpe-Düse-Einheit ausgebildet und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, die eine gemeinsame Baueinheit bilden. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch als sogenanntes Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet sein, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe und das Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders getrennt voneinander angeordnet und über eine Leitung miteinander verbunden sind. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein erster Pumpenkolben 18 dicht geführt ist, der zumindest mittelbar durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der erste Pumpenkolben 18 begrenzt in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt.
  • Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen mit dem Pumpenkörper 14 verbundenen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und in dem ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 26 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf. Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 28 greift eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
  • An den Federraum 46 schließt sich an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Ventilkörper 26 eine weitere Bohrung 48 an, in der ein Steuerkolben 50 dicht geführt ist. In der Bohrung 48 wird durch den Steuerkolben 50 als bewegliche Wand auf der dem Federraum 46 abgewandten Seite ein Steuerdruckraum 52 begrenzt. Die Schließfeder 44 stützt sich zumindest mittelbar, beispielsweise über einen Federteller, am Steuerkolben 50 ab. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, daß sich die Schließfeder 44 ortsfest im Federraum 46 abstützt und daß der Steuerkolben 50 zumindest mittelbar am Einspritzventilglied 28 abstützt, beispielsweise über eine in den Federraum 46 ragende Kolbenstange. Die Bohrung 48 weist dem Federraum 46 abgewandt einen Abschnitt 49 mit kleinerem Durchmesser auf, wobei der Steuerkolben 50 durch die Kraft der Schließfeder 44 gegen eine am Übergang der Bohrung 48 zu deren Abschnitt 49 gebildete Ringschulter 51 gedrückt wird, wenn im Steuerdruckraum 52 ein geringer Druck herrscht. Der Steuerdruckraum 52 weist eine Verbindung 54 zu einem Niederdruckbereich auf, als der beispielsweise der Kraftstoffvorratsbehälter 24 dient. In der Verbindung 54 ist ein zum Steuerdruckraum 52 hin öffnendes Rückschlagventil 56 angeordnet.
  • Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen zweiten Pumpenkolben 60 auf, der hohlzylinderförmig ausgebildet ist und durch den der erste Pumpenkolben 18 hindurchtritt. Der zweite Pumpenkolben 60 ist in einem dem Pumpenarbeitsraum 22 abgewandten, im Durchmesser gegenüber dem Bereich der Zylinderbohrung 16, in dem der erste Pumpenkolben 18 dicht geführt ist, vergrößerten Abschnitt 116 der Zylinderbohrung 16 in seinem Außenmantel dicht geführt. Der erste Pumpenkolben 18 tritt mit geringem Spiel durch den zweiten Pumpenkolben 60 hindurch und ist relativ zum zweiten Pumpenkolben 60 verschiebbar. An den Abschnitt 116 der Zylinderbohrung 16 schließt sich dem Pumpenarbeitsraum 22 abgewandt ein im Durchmesser wieder verringerter Abschnitt 216 der Zylinderbohrung 16 an. Zwischen einer am Übergang zum Abschnitt 116 der Zylinderbohrung 16 gebildeten Ringschulter 63 und dem zweiten Pumpenkolben 60 ist eine Rückstellfeder 64 eingespannt, durch die der zweite Pumpenkolben 60 vom Pumpenarbeitsraum 22 weggerichtet zu einer am Übergang vom Abschnitt 116 zum Abschnitt 216 der Zylinderbohrung 16 gebildeten Ringschulter 65 hin gedrückt wird. Durch den zweiten Pumpenkolben 60 wird im Abschnitt 116 der Zylinderbohrung 16 zum Pumpenarbeitsraum 22 hin ein den ersten Pumpenkolben 18 umgebender ringförmiger Arbeitsraum 66 begrenzt. Die Rückstellfeder 64 ist im Arbeitsraum 66 angeordnet. Der Arbeitsraum 66 weist eine Verbindung 67 mit dem Steuerdruckraum 52 auf.
  • Der erste Pumpenkolben 18 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet und weist einen durch den zweiten Pumpenkolben 60 hindurchtretenden und in der Zylinderbohrung 16 dicht geführten Bereich 118 mit geringerem Durchmesser auf und einen zum Nocken 20 hin angeordneten Bereich 218 mit größerem Durchmesser. Am Übergang zwischen den Bereichen 118 und 218 ist am ersten Pumpenkolben 18 eine dem zweiten Pumpenkolben 60 zugewandte Ringschulter 68 gebildet. Der dem Nocken 20 zugewandte Endabschnitt 316 der Zylinderbohrung 16 ist entsprechend dem Durchmesser des Bereichs 218 des ersten Pumpenkolbens 18 im Durchmesser gegenüber dem Abschnitt 216 der Zylinderbohrung 16 vergrößert, so daß der erste Pumpenkolben 18 mit seinem Bereich 218 im Endabschnitt 316 der Zylinderbohrung 16 geführt ist. Der zwischen dem ersten Pumpenkolben 18 mit seiner Ringschulter 68 und dem zweiten Pumpenkolben 60 im Abschnitt 216 der Zylinderbohrung 16 begrenzte Raum 70 weist eine Verbindung 71 mit einem Niederdruckbereich auf, als der beispielsweise zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 dienen kann.
  • Der erste Pumpenkolben 18 wird durch den Nocken 20 in einer Hubbewegung angetrieben, wobei der Pumpenkolben 18 ausgehend von einer äußeren Totpunktlage, bei der dieser am weitesten aus der Zylinderbohrung 16 herausragt gegen die Kraft der Rückstellfeder 19 bis zu einer inneren Totpunktlage, bei der dieser am weitesten in die Zylinderbohrung 16 eintaucht, bewegt wird. In der äußeren Totpunktlage des ersten Pumpenkolbens 18 gemäß Figur 1 ist dieser mit seiner Ringschulter 68 mit Abstand a vom zweiten Pumpenkolben 60 angeordnet, so daß über einen Anfangshub a ausgehend von der äußeren Totpunktlage nur der erste Pumpenkolben 18 bewegt wird. Der zweite Pumpenkolben 60 bleibt bewirkt durch die Rückstellfeder 64 in Anlage an der Ringschulter 65 im Abschnitt 116 der Zylinderbohrung 16. Wenn nach dem Anfangshub a der erste Pumpenkolben 18 mit seiner Ringschulter 68 am zweiten Pumpenkolben 60 zur Anlage kommt, so wird über den restlichen Hub bis zum Erreichen der inneren Totpunktlage der zweite Pumpenkolben 60 zusammen mit dem ersten Pumpenkolben 18 mitbewegt wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Bei der Hubbewegung des zweiten Pumpenkolbens 60 wird durch diesen Kraftstoff im Arbeitsraum 66 verdichtet.
  • Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 74 zum Druckraum 40 des Kraftstoff einspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 74 führt eine Verbindung 76 zu einem Entlastungsraum ab, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Niederdruckbereich dienen kann. Die Verbindung 76 wird durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 78 gesteuert.
  • Das Steuerventil 78 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Der Steuerdruckraum 52 weist eine Verbindung 80 mit einem Entlastungsraum auf, als der wiederum der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Niederdruckbereich dienen kann, die durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 82 gesteuert wird, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. In der Verbindung 67 des Steuerdruckraums 52 mit dem Arbeitsraum 66 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 69 und in der Verbindung 80 des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 81 vorgesehen. Durch die Drosselstellen 69,81 kann der Zufluß von Kraftstoff in den Steuerdruckraum 52 bzw. der Abfluß von Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 52 eingestellt werden.
  • Die Steuerventile 78,82 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen Piezoaktor aufweisen und werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 84 angesteuert. Die Steuerventile 78,82 können jeweils einen eigenen Aktor aufweisen oder einen gemeinsamen Aktor 86, der über eine Brücke 87 beide Steuerventile 78,82 jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder betätigt. Bei einem ersten Hub des Aktors 86 wird dabei nur das erste Steuerventil 78 von einer geöffneten in eine geschlossene Stellung geschaltet. Bei einem weiteren Hub des Aktors 86 wird das zweite Steuerventil 82 von einer geschlossenen in eine geöffnete Stellung geschaltet, während das erste Steuerventil 78 in seiner geschlossenen Stellung verbleibt. Zwischen der Brücke 87 und dem ersten Steuerventil 78 kann dabei eine Feder angeordnet sein, die beim weiteren Hub des Aktors 86 überdrückt wird. Das erste Steuerventil 78 ist vorzugsweise druckausgeglichen.
  • Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim aus der Zylinderbohrung 16 herausgerichteten Saughub des Pumpenkolbens 18 wird dem Pumpenarbeitsraum 22 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 zugeführt. Das erste Steuerventil 78 ist dabei geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in den Pumpenarbeitsraum 22 gelangen kann, und das zweite Steuerventil 82 ist geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Wenn der Druck im Steuerdruckraum 52 geringer ist als im Niederdruckbereich 24, so strömt bei geöffnetem Rückschlagventil 56 Kraftstoff in den Steuerdruckraum 52 und befüllt diesen. Über den Steuerdruckraum 52 wird auch der Arbeitsraum 66 befüllt. Der Raum 70 wird über die Verbindung 71 beim Saughub des Pumpenkolbens 18 befüllt. Beim in die Zylinderbohrung 16 hineingerichteten Förderhub des ersten Pumpenkolbens 18 wird Kraftstoff aus dem Raum 70 über die Verbindung 71 in den Niederdruckbereich 24 verdrängt. Solange das erste Steuerventil 78 geöffnet ist, kann sich im Pumpenarbeitsraum 22 kein Hochdruck aufbauen und es erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung beginnen soll, so wird das erste Steuerventil 78 durch den Aktor 86 geschlossen, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut. Das zweite Steuerventil 82 bleibt dabei geschlossen. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so groß ist, daß die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 ausgeübte Druckkraft größer ist als die Kraft der Schließfeder 44, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei. Wenn der erste Pumpenkolben 18 den Anfangshub a durchfahren hat, so wird durch diesen auch der zweite Pumpenkolben 60 bewegt und es erfolgt eine Druckerhöhung im Arbeitsraum 66 und im Steuerdruckraum 52. Durch die Druckerhöhung im Steuerdruckraum 52 wird der Steuerkolben 50 in den Federraum 46 hinein bewegt, wodurch die Vorspannung der Schließfeder 44 und damit die auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Schließkraft erhöht wird. Nachfolgend schließt das Kraftstoffeinspritzventil 12 infolge der erhöhten Schließkraft auf das Einspritzventilglied 28. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, daß zur Beendigung der Voreinspritzung das erste Steuerventil 78 geöffnet wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 und der Druckraum 40 entlastet sind.
  • In Figur 3 ist der Verlauf des Druckes p an den Einspritzöffnungen 32 des Kraftstoffeinspritzventils 12 über der Zeit t während einem Einspritzzyklus dargestellt. Die erste Einspritzphase entspricht einer in Figur 3 mit I bezeichneten Voreinspritzung einer geringen Kraftstoffmenge.
  • Für eine nachfolgende Haupteinspritzung, die einer in Figur 3 mit II bezeichneten Einspritzphase entspricht, wird das zweite Steuerventil 82 durch die Steuereinrichtung 84 geöffnet, indem der Aktor 86 einen weiteren Hub bewirkt. Das erste Steuerventil 78 bleibt dabei weiterhin geschlossen, so daß im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck herrscht. Bei geöffnetem zweitem Steuerventil 82 ist der Steuerdruckraum 52 entlastet, so daß der Steuerkolben 50 wieder in seine äußere Hubstellung in Anlage an der Ringschulter 51 fährt und die Vorspannung der Schließfeder 44 verringert wird. Durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck öffnet dann das Einspritzventilglied 28 und es erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung. Vom zweiten Pumpenkolben 60 aus dem Arbeitsraum 66 verdrängter Kraftstoff strömt über das geöffnete zweite Steuerventil 82 in den Entlastungsraum 24 ab.
  • Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 82 durch die Steuereinrichtung 84 in seine geschlossene Schaltstellung gebracht, indem der Aktor 86 einen geringeren Hub ausführt. Der Steuerdruckraum 52 ist dann vom Entlastungsraum 24 getrennt und in diesem baut sich Hochdruck wie im Arbeitsraum 66 auf, durch den der Steuerkolben 50 verschoben und die Vorspannung der Schließfeder 44 erhöht wird, so daß das Kraftstoffeinspritzventil schließt. Für eine Nacheinspritzung von Kraftstoff, die einer in Figur 3 mit III bezeichneten Einspritzphase entspricht, wird das zweite Steuerventil 82 durch die Steuereinrichtung 84 nochmals geöffnet, so daß infolge der Entlastung des Steuerdruckraums 52 das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet. Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird das zweite Steuerventil 82 geschlossen und/oder das erste Steuerventil 78 geöffnet.

Claims (6)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem mit dieser verbundenen Kraftstoffeinspritzventil (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen ersten durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (18) aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum (22) begrenzt, dem Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (24) zugeführt wird, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (12) einen mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen Druckraum (40) und ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32) gesteuert wird, das von dem im Druckraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten elektrisch betätigten Steuerventil (78), durch das eine Verbindung (76) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird und mit einem zweiten elektrisch betätigten Steuerventil (82), durch das eine Verbindung (80) eines Steuerdruckraums (52) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei der Steuerdruckraum (52) durch einen Steuerkolben (50) begrenzt ist, der von dem im Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck beaufschlagt zumindest mittelbar auf das Einspritzventilglied (28) in einer Schließrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen zweiten Pumpenkolben (60) aufweist, an dem der erste Pumpenkolben (18) nach einem Anfangsförderhub (a) zur Anlage kommt, so daß der zweite Pumpenkolben (60) ebenfalls einen Förderhub ausführt und daß durch den zweiten Pumpenkolben (60) ein Arbeitsraum (66) begrenzt wird, der mit dem Steuerdruckraum (52) verbunden ist.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Pumpenkolben (60) hohlzylinderförmig ausgebildet ist und daß der erste Pumpenkolben (18) durch den zweiten Pumpenkolben (60) hindurchtritt.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Pumpenkolben (18) im Durchmesser gestuft ausgebildet ist und mit einer am Durchmesserübergang gebildeten Ringschulter (68) nach dem Anfangsförderhub (a) am zweiten Pumpenkolben (60) zur Anlage kommt.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft auf das Einspritzventilglied (28) durch eine Schließfeder (44) erzeugt wird, die sich zumindest mittelbar am Steuerkolben (50) abstützt.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerventile (78,82) durch einen gemeinsamen Aktor (86) betätigt werden.
  6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Förderhub der beiden Pumpenkolben (18,60) zu einer Kraftstoffeinspritzung bei geschlossenem erstem Steuerventil (78) das zweite Steuerventil (82) geöffnet wird, so daß der Steuerdruckraum (52) entlastet ist, und daß zu einer Unterbrechung bzw. Beendigung der Kraftstoffeinspritzung das zweite Steuerventil (82) bei geschlossenem erstem Steuerventil (78) geschlossen wird, so daß im Steuerdruckraum (52) durch dessen Verbindung mit dem Arbeitsraum (66) Hochdruck herrscht, der über den Steuerkolben (50) das Kraftstoffeinspritzventil (12) schließt.
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