EP1328726A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen

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Publication number
EP1328726A1
EP1328726A1 EP01978151A EP01978151A EP1328726A1 EP 1328726 A1 EP1328726 A1 EP 1328726A1 EP 01978151 A EP01978151 A EP 01978151A EP 01978151 A EP01978151 A EP 01978151A EP 1328726 A1 EP1328726 A1 EP 1328726A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
chamber
control
valve member
valve
Prior art date
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Application number
EP01978151A
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English (en)
French (fr)
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EP1328726B1 (de
Inventor
Peter Boehland
Sebastian Kanne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1328726A1 publication Critical patent/EP1328726A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1328726B1 publication Critical patent/EP1328726B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection system according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection system is known for example from the document DE 197 01 879 AI.
  • fuel is pumped by a high-pressure fuel pump into a high-pressure accumulation chamber ("common rail"), in which a predetermined high-pressure fuel is maintained.
  • a fuel injection valve essentially consists of a piston-shaped valve member which is arranged to be longitudinally displaceable in a bore against a closing force and which has a pressure surface which is located in a pressure chamber and is acted upon by the fuel pressure there on the pressure surface of the valve member, the valve member moves in the longitudinal direction by the hydraulic force on the pressure surface against the closing force and thus opens at least one injection opening through which fuel in the corresponding B Racing area of the internal combustion engine is injected.
  • a control valve is arranged which opens or breaks the connection between the pressure chamber and the high-pressure collection chamber.
  • Closing force is applied to the valve member by a closing spring designed as a helical compression spring.
  • a closing spring designed as a helical compression spring.
  • the known fuel injection valve has the disadvantage that the closing of the needle can only be controlled indirectly via the decreasing fuel pressure in the pressure chamber. In modern fuel injection systems, which have to be controlled very precisely in order to achieve optimal combustion processes, this closing process may not be determined precisely enough.
  • the known fuel injection valve has the disadvantage that the fuel pressure in the pressure chamber has already dropped so much at the beginning of the valve member closing movement that the valve member is driven almost unbraked by the force of the closing spring with the valve sealing surface on the valve seat. During longer operation, excessive wear can therefore occur in the area of the valve seat, as a result of which the injection characteristic of the fuel injector changes disadvantageously over time.
  • a fuel injection system in which the control of the valve member is carried out by a corresponding change in the closing force, while the hydraulic force on the pressure surface of the valve member remains constant through a constant connection to the high-pressure collection chamber.
  • a control valve is provided in the fuel injection system, which can connect the high-pressure line coming from the high-pressure collection chamber to a control room.
  • This control room will delimited on one side by a piston which is guided in a bore in a sealing manner in a longitudinally displaceable manner and which is arranged coaxially with the valve member and connected to the latter via a push rod.
  • valve member opens the connection of the high-pressure line to the control chamber, there is a hydraulic closing force on the piston, which presses the valve member into the closed position via the push rod, so that it rests on the valve seat. Due to a suitable ratio of the pressurized surfaces of the piston and valve member, this hydraulic closing force is greater than the hydraulic opening force on the valve member, and the valve member remains in the closed position.
  • an injection is to take place, the connection of the high pressure line to the control room is interrupted and the control room is connected to a relief room. As a result, the hydraulic force on the piston drops, so that the hydraulic force predominates on the pressure surface of the valve member and the valve member executes an opening stroke movement which releases the injection openings.
  • the injection is in turn ended by the connection of the relief chamber to the control chamber through the
  • Control valve is opened.
  • the pressure in the control chamber rises to the pressure of the high-pressure collection chamber, and the piston and thus the valve member move into the closed position.
  • the fuel injection system has the disadvantage that the closing of the valve member by means of the pressure in the high-pressure accumulation chamber accelerates the valve member towards the closed position so that it hits the valve seat at a high speed. This creates a strong mechanical load there, which can lead to excessive wear in this area.
  • valve member is acted upon at least indirectly by the pressure in the control chamber, the control chamber being connectable to a relief chamber.
  • the connection of the control chamber with the relief chamber is controlled by the valve member, so that the additional
  • the control valve is designed as a 3/2-way valve, which in the first position connects the high-pressure fuel source to the pressure chamber of the valve member and interrupts the connection from the pressure chamber to the control chamber. In the second position of the control valve, the connection to the high-pressure fuel source is closed and the pressure chamber is connected to the control chamber.
  • the pressure wave that occurs when the control valve is switched is directed into the control chamber and acts on a control element that moves synchronously with the valve member.
  • the control valve is switched, for example, via an electromagnet, so that the timing of the switching can be set precisely.
  • the control chamber is connected via a receiving bore to a relief chamber which is connected to a leakage system and in which the fuel pressure is low.
  • a pressure pin which serves as a control element, is guided in the receiving bore and connected to the valve member, so that it moves in the longitudinal direction in the receiving bore in synchronism with the valve member during the opening stroke movement of the valve member. If fuel is to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, the control valve moves into the first position and through the fuel pressure in
  • the valve member is moved in the axial direction away from the valve seat and thus releases the injection openings.
  • the injection is terminated by switching the control valve to the second position, so that the high-pressure fuel line is closed and the pressure wave results from the closing of the control valve, is directed into the control room.
  • There the pressure pin is moved in the axial direction and thus also the valve member via the pressure pin. Since there is still a relatively high fuel pressure in the pressure chamber at this point, the closing movement is damped, so that wear in the valve seat is reduced.
  • the present fuel injection system has the advantage that the opening stroke movement of the valve element is also damped via the control chamber which is hydraulically closed during the opening stroke movement of the valve member. This dampens the contact of the valve member on the stop surface, which leads to quieter operation and less wear in the region of the stop surface.
  • a control edge is arranged on the pressure bolt, which cooperates with a sealing edge formed on the end of the receiving bore facing away from the control chamber.
  • the control edge dips into the receiving bore, so that the control chamber is sealed off from the relief chamber.
  • the pressure pin also moves correspondingly in the receiving bore, and after part of the total stroke, the control edge emerges from the receiving bore.
  • the relief chamber is connected to the control chamber via recesses which are formed on the side of the pressure bolt, so that the pressure in the control chamber is relieved.
  • valve member is only accelerated in the control chamber by the fuel pressure at the beginning of the closing movement, so that the valve member touches the valve seat at a damped speed. This minimizes wear in the area of the valve seat and at the same time enables an exact and rapid closing of the valve member.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection valve and schematically shows the structure of the high-pressure fuel supply and the leakage oil system
  • FIG. 2 shows an enlargement of FIG. 1 in the area of the intermediate disk
  • FIGS. 3 and 4
  • FIG. 4 are enlarged representations of FIG. 1 in the area of the pressure pin, FIG. 3 showing the position of the pressure pin in the closed position of the valve member and FIG. 4 showing the position of the pressure pin in the open position of the valve member,
  • Figure 5 shows a cross section through the fuel injection valve along the line V-V of Figure 4
  • - Figure 6 shows an enlarged view of the control valve in longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a fuel injection system which consists of a high-pressure fuel supply 2, a leakage system 4 and a fuel injection valve 1.
  • the fuel injection valve 1 is shown in longitudinal section, while the high-pressure fuel supply 2 and the leakage oil system 4 are only shown schematically.
  • fuel is fed via a fuel line 5 to a high-pressure pump 7, which conveys the fuel under high pressure via a high-pressure line 8 into a high-pressure collecting space 10 serving as a high-pressure fuel source.
  • a pressure control device not shown in the drawing.
  • the fuel injection valve 1 has a valve holding body 15, which is clamped against a valve body 20 in the axial direction with the interposition of an intermediate disk 17 by a clamping nut 22.
  • An inlet channel 25 is formed in the valve holder body 15, which is connected to the high-pressure line 12 and is introduced into the fuel injection valve 1 via the fuel.
  • the inlet anal 25 can be connected via a control valve 30 to an inlet bore 27 which extends through the valve holding body 15 and the intermediate disk 17 into the valve body 20.
  • a bore 62 is formed in the valve body 20, in which a piston-shaped valve member 60 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the valve member 60 is sealingly guided in a section facing away from the combustion chamber in the bore 62, narrows towards the combustion chamber to form a pressure shoulder 65 and merges at its end into an essentially conical valve sealing surface 66, which merges with one on the combustion chamber side Interacts end of the bore 62 trained valve seat 70.
  • At least one injection opening 68 is formed in the valve seat 70, which connects the bore 62 with the
  • Combustion chamber of the internal combustion engine connects.
  • a radial expansion of the bore 62 forms a pressure chamber 64 in the region of the pressure shoulder 65, which continues as an annular channel surrounding the valve member 60 up to the valve seat 70.
  • the inlet bore opens into the pressure chamber 64 27, so that the pressure chamber 64 can be filled with fuel under high pressure via the inlet bore 27.
  • a spring chamber 72 is formed in the valve holding body 15, which serves as a relief chamber and is designed as a bore, which bore is arranged coaxially with the bore 62 and is connected to the bore 62 via a central opening 67 formed in the intermediate disk 17.
  • the spring chamber 72 is connected to a drain channel 24 formed in the valve holding body 15, which drain channel 24 is connected to the fuel tank 3 via a leak oil line 18, so that there is always a low fuel pressure in the spring chamber 72.
  • FIG. 2 shows an enlargement of FIG. 1 in the area of the intermediate disk 17.
  • a sleeve 69 Arranged in the central opening 67 of the intermediate disk 17 is a sleeve 69 which is longitudinally displaceable in the central opening 67 and which, with its end facing the valve member 60, bears against the end of the valve member 60 facing away from the combustion chamber.
  • a helical compression spring 74 is arranged under prestress between the sleeve 69 and the end of the spring chamber 72 facing away from the combustion chamber, as a result of which the prestressing of the helical compression spring 74 via the sleeve 69 moves axially towards the valve seat 70 and thus in the closing direction - Acting force exerted on the valve member 60.
  • the valve member 60 is thus pressed with the valve sealing surface 66 against the valve seat 70, so that the injection openings 68 are closed if no force acts counter to the spring force on the valve member 60.
  • the central opening 67 is stepped in diameter so that an annular stop surface 73 directed towards the valve member 60 is formed in the intermediate disk 17.
  • the sleeve 69 is also stepped in outer diameter and tapers to form an annular gen stop shoulder 71 to the spring chamber 72.
  • the stop shoulder 71 In the closed position of the valve member 60, that is, when the valve member 60 rests with its valve sealing surface 66 on the valve seat 70, the sleeve 69 comes to rest on the end face 63 of the valve body 20 facing away from the combustion chamber.
  • the stop shoulder 71 has an axial distance from the stop shoulder 73, which distance defines the total stroke h 0 of the valve member 60.
  • a pressure pin 40 which is arranged coaxially to the valve member 60 and projects into the spring chamber 72, where it is surrounded by the helical compression spring 74.
  • the end piece of the pressure pin 40 facing away from the combustion chamber is designed as a pressure pin 45 which serves as a control element and is arranged in a receiving bore 43 of a guide sleeve 42 which is located between the end of the pressure chamber facing away from the combustion chamber
  • FIGS. 3 and 4 show enlarged representations of this area of the fuel injection valve. It can be provided that between the helical compression spring 74 and the guide sleeve 42, a shim 75 is arranged, via the axial extent of the bias of the helical compression spring 74 is adjustable.
  • the pressure pin 45 is guided in the receiving bore 43 and is separated from the pressure pin 40 by an annular groove 41.
  • the pressure pin 45 has lateral recesses 48 through which the annular groove 41 is connected to the end of the pressure pin 45 facing away from the combustion chamber.
  • FIG. 5 shows the shape of the recesses 48 in a cross section of the fuel injection valve along the line V-V of FIG. 4 in the region of the pressure pin 45.
  • Pressure pin 40 has a diameter which is only slightly smaller than the diameter of the receiving bore 43, so that the pressure pin 40 is sealingly guided there when immersed in the receiving bore 43.
  • the edge of the annular groove 41 facing the pressure pin 40 forms a control edge 77, which cooperates with the sealing edge 79 formed at the end of the receiving bore 43 facing the combustion chamber: the longitudinal movement of the valve member 60 also causes the pressure pin 45 to be moved in the longitudinal direction via the pressure pin 40.
  • the exact structure of the control valve 30 is shown in Figure 6 in longitudinal section.
  • the receiving bore 43 is connected via a connecting bore 47 in the valve holding body 15 to a control space 50 which is arranged in the valve holding body 15 and is cylindrical and merges into a control bore 38 facing away from the valve member 60.
  • the control bore 38 is formed parallel to the bore 60, but it can also be provided that both bores form an angle with one another or are perpendicular to one another.
  • the control bore 38 has a stepped diameter: a control valve 50 is connected to the Uber section 138, which widens radially in the further course to form a conical control valve seat 52 and merges into a guide section 238.
  • control bore 38 is connected via an intermediate bore 49 to a leakage oil chamber 51 which is connected to the drain channel 24 and in which there is an electromagnet 34 which is operatively connected to a magnet armature 36 also arranged in the leakage oil chamber 51 ,
  • a piston-shaped control valve member 32 Arranged in the control bore 38 is a piston-shaped control valve member 32, which is guided in a sealing manner in the guide section 238 with a first section 132.
  • the control valve member 32 tapers towards the control chamber 50 and merges into a second section 232 with a smaller diameter, so that an annular first high-pressure chamber 55 is formed between the second section 232 of the control valve member 32 and the wall of the guide section 238 of the control valve bore 38.
  • control valve member 32 merges with the formation of a conical control valve sealing surface 54 into a third section 332 of the control valve member 32 which is reduced in diameter compared to the second section 232.
  • This third section 332 is arranged within the slide section 138, so that a second high-pressure space 56 is formed between the third section 332 of the control valve member 32 and the wall of the control valve bore 38, which is also annular.
  • the control valve sealing surface 54 together with the control valve seat 52, forms a first valve through which the inlet channel 25 can be connected to the inlet bore 27.
  • the end of the control valve member 32 facing the control chamber 50 is formed by a slide head 39 which is enlarged in diameter compared to the third section 332 of the control valve member 32 and which projects into the control chamber 50 when the control valve sealing surface 54 abuts the control valve seat 52.
  • Slider edge 57 is formed, which cooperates with a sealing edge 58 formed at the transition of the control valve bore 38 to the control chamber 50.
  • the diameter of the slide head 39 is only slightly smaller than the diameter of the slide bore 138 of the control valve bore 38, so that the slide head 39 can plunge into the slide bore 138 in a sealing manner.
  • the control valve member 32 is connected to the magnet armature 36 via a pin 53. If the electromagnet 34 is suitably energized, the magnet armature 36 and, via the pin 51, also the control valve member 32 are moved in the axial direction away from the combustion chamber, so that the control valve sealing surface 54 lifts off the control valve seat 52 and connects the first high-pressure chamber 55 to the second high-pressure chamber 56 , As soon as the slide edge 57 of the slide head 39 and the sealing edge 58, which is formed on the combustion chamber end of the slide bore 138, lie opposite one another, the slide head 39 closes the control chamber 50 against the second high-pressure chamber 56.
  • the inlet channel 25 and the inlet bore 27 are now connected to one another via the first high-pressure chamber 55 and the second high-pressure chamber 56, so that fuel can flow into the pressure chamber 64 under high pressure.
  • the magnet armature 36 is moved again in the opposite direction, so that the control valve member 32 with the control valve sealing surface 54 again comes into contact with the control valve seat 52 and thus the first high-pressure chamber 55 against the second high-pressure chamber 56 closes.
  • the slide head 39 also emerges from the guide section 138, so that it now passes through the second high-pressure chamber 56 the inlet bore 27 is connected to the control chamber 50.
  • the two valves formed by the control valve member 32 together form a 3/2-way valve, which connects the control chamber 50, the inlet bore 27 and the inlet channel 25 to one another.
  • the fuel injector works as follows:
  • the high-pressure collection chamber 10 is connected to the first high-pressure chamber 55 via the high-pressure line 12 and the inlet channel 25, so that a high fuel pressure is present in the first high-pressure chamber 55. If the injection is to take place, the armature 36 is moved in the axial direction by suitable energization of the electromagnet 34, so that the control valve member 32 executes an axial movement and lifts off from the control valve seat 52 with the control valve sealing surface 54. At the same time, the slide head 39 dips into the slide section 138 of the control valve bore 38 and closes the second high-pressure chamber 56 against the control chamber 50.
  • Combustion chamber away and lifts with the valve sealing surface 66 from the valve seat 70 and thus connects the pressure chamber 64 with the injection openings 68, so that fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure pin 40 Due to the opening stroke movement of the valve member 60, the pressure pin 40 is also moved in the axial direction.
  • the control edge 77 formed at the transition from the pressure pin 40 to the pressure pin 45 plunges into the receiving bore 43 of the guide sleeve 42, so that the control chamber 50 is hydraulically closed and thus as a hydraulic Draulic buffer for the opening stroke movement of the valve member 60 is used.
  • the opening stroke movement of the valve member 60 After passing through the free stroke h, the opening stroke movement of the valve member 60 thus slows down and it sets in at a reduced speed indirectly through the sleeve 69 on the stop surface 73 of the intermediate disk 17.
  • the end of the injection is triggered by a suitable energization of the electromagnet 34, which moves the armature 36 in the axial direction towards the combustion chamber, as a result of which the control valve member 32 is also moved in the axial direction.
  • the first high-pressure chamber 55 is connected to the control chamber 50 for a short period of time until the control valve sealing surface 54 comes into contact with the control valve seat 52 again and the Inlet anal 25 closes.
  • the pressure pin 45 it is also possible to design the fuel injection valve in another form.
  • the pressure pin can be designed with a rectangular cross-section, which is guided in an equally rectangular connection opening. It is also possible not to form the connection of the pressure pin to the valve member by a rigid mechanical connection, but by a hydraulic coupling of the two elements. It is also possible to lend the connection between the control chamber and the relief chamber by means of an additional connecting channel which is opened or closed depending on the stroke of the valve member.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffeinspritzventil (1), das einen Ventilkörper (20) aufweist, in dem in einer Bohrung (62) ein Ventilglied (60) axial beweglich angeordnet ist, welches hydraulisch gesteuert durch den Kraftstoffdruck in einem Druckraum (64) entgegen einer Schliesskraft längsverschiebbar ist und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung (68) steuert. Im Kraftstoffeinspritzventil ist ein Steuerventil (30) angeordnet, das ein in einer Steuerventilbohrung (38) längsverschiebbares Steuerventilglied (32) umfasst, welches Steuerventilglied (32) einer ersten Stellung die Verbindung von einer Kraftstoffhockdruckquelle (10) zu dem Druckraum (64) öffnet und in einer zweiten Stellung den Druckraum (64) mit einem Steuerraum (50) verbindet und dabei die Verbindung zur Kraftstoffhochdruckquelle (10) unterbricht. Die beim Schliessen des Steuerventils (30) auftretende Druckwelle gelangt in den Steuerraum (50), der mit einem Entlastungsraum (72) über eine Aufnahmebohrung (43) verbunden ist, in welcher Aufnahmebohrung (43) ein Druckbolzen (45) geführt ist, der sich über eine starre Verbindung synchron mit dem Ventilglied (60) in Längsrichtung bewegt und welcher Druckbolzen (45) durch die hydraulischen Kräfte der Druckwelle durch seine Längsbewegung das Ventilglied (60) in Shliessrichtung beaufschlagt.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist beispielsweise aus der Schrift DE 197 01 879 AI bekannt. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe Kraft- stoff in einen Hochdrucksammeiraum („common rail") gefördert, in dem ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrecht erhalten wird. Von diesem Hochdrucksammeiraum gehen Hochdruckleitungen zu jedem Kraftstoffeinspritzventil, welche Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine ein- spritzen. Ein Kraftstoffeinspritzventil besteht dabei im wesentlichen aus einem kolbenförmigen Ventilglied, das in einer Bohrung entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist und das eine Druckfläche aufweist, die sich in einem Druckraum befindet und dort vom Kraftstoffdruck be- aufschlagt wird. Bei einem entsprechend hohen Kraftstoff- druck auf die Druckfläche des Ventilglieds bewegt sich das Ventilglied durch die hydraulische Kraft auf die Druckfläche entgegen der Schließkraft in Längsrichtung und öffnet so wenigstens eine Einspritzöffnung, durch die Kraftstoff in den entsprechenden Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist ein Steuerventil angeordnet, das die Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Hochdrucksammeiraum öffnet oder unterbricht. Die
Schließkraft auf das Ventilglied wird dabei durch eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Schließfeder aufgebracht. Öffnet das Steuerventil, so fließt Kraftstoff aus dem Hochdrucksammelräum in den Druckraum, so daß das Ventilglied die Einspritzöffnungen freigibt, sobald die hydraulische Kraft auf die Druckfläche dazu ausreicht. Das Ende der Einspritzung erfolgt entsprechend, in dem die Verbindung vom Hochdrucksammelräum zum Druckraum durch das Steuerventil unterbrochen wird. Der Druckraum wird durch das Steuerventil, das als 3/2 -Wegeventil ausgebildet ist, mit einem als Entlastungsraum dienenden Leckölraum verbunden, der über eine Leckölleitung ständig druckentlastet ist. Dadurch wird der Kraftstoffdruck im Druckraum sehr rasch abgebaut und das Ventilglied verschließt die Einspritzöffnungen erneut. Hier- bei weist das bekannte Kraf stoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß das Schließen der Nadel nur indirekt über den sich abbauenden Kraftstoffdruck im Druckraum gesteuert werden kann. Bei modernen Kraftstoffeinspritzsystemen, die sehr präzise gesteuert werden müssen, um optimale Verbrennungsab- laufe zu erreichen, kann dieser Schließvorgang unter Umständen nicht exakt genug bestimmt sein. Darüber hinaus weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil den Nachteil auf, daß der Kraftstoffdruck im Druckraum bei beginnender Ventilglied-Schließbewegung bereits so stark abgefallen ist, daß das Ventilglied angetrieben durch die Kraft der Schließfeder nahezu ungebremst mit der Ventildichtfläche auf dem Ventilsitz aufsetzt. Bei längerem Betrieb kann es deshalb zu übermäßigem Verschleiß im Bereich des Ventilsitzes kommen, wodurch sich die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffein- spritzventil mit der Zeit in nachteiliger Weise ändert.
Weiter ist aus der Offenlegungsschrift DE 196 09 799 AI ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem die Steuerung des Ventilglieds durch eine entsprechende -Änderung der Schließ- kraft erfolgt, während die hydraulische Kraft auf die Druckfläche des Ventilgliedes durch eine ständige Verbindung mit dem Hochdrucksammeiraum konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist im Kraftstoffeinspritzsystem ein Steuerventil vorgesehen, das die vom Hochdrucksammeiraum kommende Hochdruckleitung mit einem Steuerraum verbinden kann. Dieser Steuerraum wird einseitig von einem Kolben begrenzt, der längsverschiebbar dichtend in einer Bohrung geführt ist und der koaxial zum Ventilglied angeordnet und mit diesem über eine Druckstange verbunden ist. Öffnet das Ventilglied die Verbindung der Hochdruckleitung zum Steuerraum, so ergibt sich eine hydraulische Schließkraft auf den Kolben, der über die Druckstange das Ventilglied in Schließstellung drückt, so daß es am Ventilsitz anliegt. Durch ein geeignetes Verhältnis der druckbeaufschlagten Flächen von Kolben und Ventilglied ist diese hydraulische Schließkraft größer als die hydraulische Öffnungskraft auf das Ventilglied, und das Ventilglied verharrt in der geschlossenen Stellung. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird die Verbindung der Hochdruckleitung zum Steuerraum unterbrochen und der Steuerraum mit einem Entlastungs- räum verbunden. Dadurch sinkt die hydraulische Kraft auf den Kolben, so daß die hydraulische Kraft auf die Druckfläche des Ventilglieds überwiegt und das Ventilglied eine Öffnungshubbewegung ausführt, die die Einspritzöffnungen freigibt. Die Einspritzung wird wiederum dadurch beendet, daß die Verbindung des Entlastungsraums zum Steuerraum durch das
Steuerventil geöffnet wird. Der Druck im Steuerraum steigt dadurch auf den Druck des Hochdrucksammeiraums an, und der Kolben und damit das Ventilglied bewegen sich in die Schließstellung. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist hierbei jedoch den Nachteil auf, daß das Schließen des Ventilgliedes mittels des Drucks im Hochdrucksammeiraum das Ventilglied zur Schließstellung hin stark beschleunigt, so daß es am Ventilsitz mit einer hohen Geschwindigkeit auftrifft. Dadurch ergibt sich dort eine starke mechanische Belastung, was zu übermäßigem Verschleiß in diesem Bereich führen kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Ventilglied durch den Druck im Steuerraum zumindest mittelbar beaufschlagt ist, wobei der Steuerraum mit einem Entlastungsraum verbindbar ist. Die Verbindung des Steuerraums mit dem Entlastungsraum wird dabei durch das Ventilglied gesteuert, so daß die zusätzliche
Schließkraft durch den Druck im Steuerraum nicht ständig auf das Ventilglied wirkt. Das Steuerventil ist dabei als 3/2- Wegeventil ausgeführt, das in der ersten Stellung die Kraftstoffhochdruckquelle mit dem Druckraum des Ventilglieds ver- bindet und die Verbindung vom Druckraum zum Steuerraum unterbricht. In der zweiten Stellung des Steuerventils wird die Verbindung zur Kraftstoffhochdruckquelle verschlossen und der Druckraum mit dem Steuerraum verbunden. Die Druckwelle, die beim Schalten des Steuerventils auftritt, wird in den Steuerraum geleitet und beaufschlagt dort ein Steuerelement, das sich synchron mit dem Ventilglied bewegt. Das Steuerventil wird dabei beispielsweise über einen Elektromagneten geschaltet, so daß der Zeitpunkt des Schaltens genau einstellbar ist.
Der Steuerraum ist über eine Aufnahmebohrung mit einem Entlastungsraum verbunden, der mit einem Leckolsystem verbunden ist und in dem ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Ein Druckbolzen, der als Steuerelement dient, ist in der Aufnah- mebohrung geführt und mit dem Ventilglied verbunden, so daß er sich synchron mit dem Ventilglied bei der Öffnungshubbewegung des Ventilglieds in der Aufnahmebohrung in Längsrichtung bewegt. Soll Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, so fährt das Steuerventil in die erste Stellung, und durch den Kraftstoffdruck im
Druckraum wird das Ventilglied in axialer Richtung vom Ventilsitz weg bewegt und gibt so die Einspritzöffnungen frei. Die Beendigung der Einspritzung erfolgt durch Schalten des Steuerventils in die zweite Stellung, so daß die Kraftstoff- hochdruckleitung verschlossen wird und die Druckwelle, die sich durch das Schließen des Steuerventils ergibt, in den Steuerraum geleitet wird. Dort wird der Druckbolzen in axialer Richtung bewegt und damit über den Druckstift auch das Ventilglied. Da im Druckraum zu diesem Zeitpunkt ein noch relativ hoher Kraftstoffdruck herrscht, erfolgt die Schließbewegung gedämpft, so daß der Verschleiß im Ventilsitz reduziert wird.
Darüber hinaus weist das vorliegende Kraftstoffeinspritzsy- stem den Vorteil auf, daß über den bei der Öffnungshubbewegung des Ventilglieds hydraulisch abgeschlossenen Steuerraum auch eine Dämpfung der Öffnungshubbewegung des Ventilglieds erfolgt. Dadurch wird die Anlage des Ventilglieds an der Anschlagfläche gedämpft, was einen ruhigeren Betrieb und ge- ringeren Verschleiß im Bereich der Anschlagfläche bewirkt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist am Druckbolzen eine Steuerkante angeordnet, die mit einem am Steuerraum abgewandten Ende der Aufnahme- bohrung ausgebildeten Dichtkante zusammenwirkt. In geöffneter Stellung des Kraftstoffeinspritzventils taucht die Steuerkante in die Aufnahmebohrung ein, so daß der Steuerraum gegen den Entlastungsraum abgedichtet ist. Im Zuge der Schließbewegung des Ventilgliedes bewegt sich auch der Druckbolzen entsprechend in der Aufnahmebohrung, und nach einem Teil des Gesamthubs taucht die Steuerkante aus der Aufnahmebohrung aus . Sobald die Steuerkante die Dichtkante passiert, wird der Entlastungsraum über Ausnehmungen, die seitlich am Druckbolzen ausgebildet sind, mit dem Steuerraum verbunden, so daß der Druck im Steuerraum entlastet wird.
Der Druckbolzen und damit das Ventilglied wird so nur am Anfang der Schl-ießbewegung durch den Kraftstof-fdruck -im Steuerraum beschleunigt bewegt, so daß das Ventilglied mit gedämpfter Geschwindigkeit am Ventilsitz aufsetzt. Hierdurch wird der Verschleiß im Bereich des Ventilsitzes minimiert und gleichzeitig ein exaktes und rasches Schließen des Ventilglieds ermöglicht.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen- Standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems gezeigt. Es zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil und schematisch den Aufbau der Kraftstoffhochdruckversorgung und des Leckölsystems, - Figur 2 zeigt eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich der Zwischenscheibe, Figur 3 und
Figur 4 sind vergrößerte Darstellungen von Figur 1 im Bereich des Druckbolzens, wobei Figur 3 die Position des Druckbolzens in geschlossener Stellung des Ventilgliedes und Figur 4 die Position des Druckbolzens in Öffnungs- stellung des Ventilgliedes zeigt,
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil entlang der Linie V-V der Figur 4, - Figur 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Steuerventils im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem gezeigt, das aus einer Kraftstoffhochdruckversorgung 2, einem Leckolsystem 4 und einem Kraftstoffeinspritzventil 1 besteht. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist im Längsschnitt dargestellt, während die Kraftstoffhochdruckversorgung 2 und das Lecköl- System 4 nur schematisch dargestellt sind. Aus einem Kraftstofftank 3 wird über eine Kraftstoffleitung 5 Kraftstoff einer Hochdruckpumpe 7 zugeführt, die den Kraftstoff unter hohem Druck über eine Hochdruckleitung 8 in einen als Kraftstoffhochdruckquelle dienenden Hochdrucksam- melraum 10 fördert. Im Hochdrucksammelräum 10 wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckregeleinrichtung ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrecht erhalten. Vom Hochdrucksammeiraum 10 gehen eine Vielzahl von Hochdruckleitungen 12 ab, die jeweils mit einem Kraftstoffeinspritzven- til 1 verbunden sind, von denen in der Figur 1 nur eines dargestellt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Ventilhaltekörper 15 auf, der unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 17 durch eine Spannmutter 22 in axialer Richtung gegen einen Ventilkörper 20 verspannt ist. Im Ventil- haltekörper 15 ist ein Zulaufkanal 25 ausgebildet, der mit der Hochdruckleitung 12 verbunden ist und über den Kraftstoff in das Kraftstoffeinspritzventil 1 eingeführt wird. Der Zulauf anal 25 ist über ein Steuerventil 30 mit einer Zulaufbohrung 27 verbindbar, die durch den Ventilhaltekörper 15 und die Zwischenscheibe 17 bis in den Ventilkörper 20 reicht. Im Ventilkörper 20 ist eine Bohrung 62 ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 60 längsverschiebbar angeordnet ist. Das Ventilglied 60 ist in einem brennraumab- gewandten Abschnitt in der Bohrung 62 dichtend geführt, ver- jungt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 65 und geht an seinem Ende in eine im wesentlichen konische Ventildichtfläche 66 über, die mit einem am brennraum- seitigen Ende der Bohrung 62 ausgebildeten Ventilsitz 70 zusammenwirkt. Im Ventilsitz 70 ist wenigstens eine Ein- spritzöffnung 68 ausgebildet, die die Bohrung 62 mit dem
Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 62 ist im Bereich der Druckschulter 65 ein Druckraum 64 ausgebildet, der sich als ein das Ventilglied 60 umgebender Ringkanal bis zum Ventilsitz 70 fortsetzt. In den Druckraum 64 mündet die Zulaufbohrung 27, so daß der Druckraum 64 über die Zulaufbohrung 27 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann.
Im Ventilhaltekörper 15 ist ein Federraum 72 ausgebildet, der als Entlastungsraum dient und als Bohrung ausgeführt ist, welche Bohrung koaxial zur Bohrung 62 angeordnet ist und über eine in der Zwischenscheibe 17 ausgebildete zentrale Öffnung 67 mit der Bohrung 62 verbunden ist. Der Federraum 72 ist mit einem im Ventilhaltekörper 15 ausgebildeten Ablaufkanal 24 verbunden, welcher Ablaufkanal 24 über eine Leckölleitung 18 mit dem Kraftstofftank 3 verbunden ist, so daß im Federraum 72 stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht . In Figur 2 ist eine Vergrößerung von Figur 1 im Bereich der Zwischenscheibe 17 gezeigt. In der zentralen Öffnung 67 der Zwischenscheibe 17 ist eine Hülse 69 angeordnet, die längsverschiebbar in der zentralen Öffnung 67 ist und die mit ihrer dem Ventilglied 60 zugewandten Stirnseite an der brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilgliedes 60 anliegt. Unter Zwischenlage eines ringscheibenförmigen Fe- dertellers 61 ist zwischen der Hülse 69 und dem brennraumabgewandten Ende des Federraums 72 eine Schraubendruckfeder 74 unter Vorspannung angeordnet, wodurch die Vorspannung der Schraubendruckfeder 74 über die Hülse 69 eine in axialer Richtung auf den Ventilsitz 70 zu und damit in Schließrich- tung wirkende Kraft auf das Ventilglied 60 ausgeübt. Das Ventilglied 60 wird so mit der Ventildichtfläche 66 gegen den Ventilsitz 70 gepreßt, so daß die Einspritzöffnungen 68 verschlossen werden, falls keine der Federkraft entgegen gerichtet Kraft auf das Ventilglied 60 wirkt.
Die zentrale Öffnung 67 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet, so daß eine auf das Ventilglied 60 zu gerichtete, -ringförmige Anschlagfläche 73 in der Zwischenscheibe 17 gebildet ist. Die Hülse 69 ist ebenfalls im Außendurchmesser gestuft ausgebildet und verjüngt sich unter Bildung einer ringförmi- gen Anschlagschulter 71 dem Federraum 72 zu. In Schließstellung des Ventilglieds 60, das ist, wenn das Ventilglied 60 mit seiner Ventildichtfläche 66 am Ventilsitz 70 anliegt, kommt die Hülse 69 an der brennraumabgewandten Stirnseite 63 des Ventilkörpers 20 zur Anlage. In dieser Stellung hat die Anschlagschulter 71 einen axialen Abstand von der Anschlagschulter 73, welcher Abstand den Gesamthub h0 des Ventilglieds 60 definiert. An der brennraumabgewandten Stirnseite des Ventilglieds 60 liegt ein Druckstift 40 an, der koaxial zum Ventilglied 60 angeordnet ist und bis in den Federraum 72 ragt, wo er von der Schraubendruckfeder 74 umgeben wird. Das brennraumabgewandte Endstück des Druckstifts 40 ist als Druckbolzen 45 ausgebildet, der als Steuerelement dient und in einer Aufnahmebohrung 43 einer Führungshülse 42 angeord- net ist, die zwischen dem brennraumabgewandten Ende der
Schraubendruckfeder 74 und dem brennraumabgewandten Ende des Federraums 72 angeordnet ist . In den Figuren 3 und 4 sind vergrößerte Darstellungen dieses Bereichs des Kraftstoffein- spritzventils dargestellt. Dabei kann es vorgesehen sein, daß zwischen der Schraubendruckfeder 74 und der Führungshülse 42 eine Ausgleichsscheibe 75 angeordnet ist, über deren axiale Ausdehnung die Vorspannung der Schraubendruckfeder 74 einstellbar ist. Der Druckbolzen 45 ist in der Aufnahmebohrung 43 geführt und ist durch eine Ringnut 41 vom Druckstift 40 getrennt. Dabei weist der Druckbolzen 45 seitliche Ausnehmungen 48 auf, durch die die Ringnut 41 mit der brennraumabgewandten Stirnseite des Druckbolzens 45 verbunden ist. In Figur 5 ist die Form der Ausnehmungen 48 in einem Querschnitt des Kraftstoffeinspritzventils entlang der Linie V-V der Figur 4 im Bereich des Druckbolzens 45 gezeigt. Der
Druckstift 40 weist dabei einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Aufnahmebohrung 43, so daß der Druckstift 40 beim Eintauchen in die Aufnahmebohrung 43 dort dichtend geführt ist. Die dem Druck- stift 40 zugewandte Kante der Ringnut 41 bildet eine Steuer- kante 77, die mit der am brennraumzugewandten Ende der Auf- nahmebohrung 43 gebildeten Dichtkante 79 zusammenwirkt: Durch die Längsbewegung des Ventilglieds 60 wird über den Druckstift 40 auch der Druckbolzen 45 in Längsrichtung be- wegt. Bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil , das ist, wenn das Ventilglied 60 mit seiner Ventildichtfläche 66 am Ventilsitz 70 anliegt und die Ξinspritzöffnungen 68 verschließt, befindet sich die Dichtkante 79 außerhalb der Aufnahmebohrung 43, und der Federraum 72 ist mit der Aufnah- mebohrung 43 über die Ausnehmungen 48 verbunden. Dieser Zustand ist in Figur 3 dargestellt. Der axiale Abstand der Dichtkante 79 von der Steuerkante 77 ergibt den Freihub h. Im geöffneten Zustand des Kraftstoffeinspritzventils taucht die Steuerkante 77 in die Aufnahmebohrung 43 ein. Sobald die Steuerkante 77 die Dichtkante 79 passiert, wird die Aufnahmebohrung 43 durch den Druckstift 40, der in der Aufnahmebohrung 43 nur ein sehr geringes Spiel aufweist, verschlossen. Diese Position des Druckbolzens 43 ist in der Figur 4 dargestellt, wobei der axiale Abstand der Steuerkante 77 von der Dichtkante 79 in diesem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils als Überdeckung u bezeichnet wird. Der Gesamthub h0 entspricht der Summe (h0 = h + u) von Freihub h und Überdek- kung u.
Der genaue Aufbau des Steuerventils 30 ist in Figur 6 im Längsschnitt dargestellt. Die Aufnahmebohrung 43 ist über eine Verbindungsbohrung 47 im Ventilhaltekörper 15 mit einem im Ventilhaltekörper 15 angeordneten Steuerraμm 50 verbunden, der zylindrisch ausgebildet ist und dem Ventilglied 60 abgewandt in eine Steuerbohrung 38 übergeht. Die Steuerbohrung 38 ist dabei parallel zur Bohrung 60 ausgebildet, wobei es jedoch auch vorgesehen sein kann, daß beide Bohrungen einen Winkel miteinander einschließen oder senkrecht zueinander sind. Die Steuerbohrung 38 ist im Durchmesser gestuft ausgebildet: An den Steuerraum 50 schließt sich ein Schie- berabschnitt 138 an, der sich im weiteren Verlauf unter Bildung eines konischen Steuerventilsitzes 52 radial erweitert und in einen Führungsabschnitt 238 übergeht. -An ihrem dem Steuerraum 50 abgewandten Ende ist die Steuerbohrung 38 über eine Zwischenbohrung 49 mit einem Leckölraum 51 verbunden, der mit dem Ablaufkanal 24 verbunden ist und in dem sich ein Elektromagnet 34 befindet, der mit einem ebenfalls im Leckölraum 51 angeordneten Magnetanker 36 wirkverbunden ist. In der Steuerbohrung 38 ist ein kolbenförmiges Steuerventil- glied 32 angeordnet, das im Führungsabschnitt 238 mit einem ersten -Abschnitt 132 dichtend geführt ist. Das Steuerventilglied 32 verjüngt sich dem Steuerraum 50 zu und geht in einen im Durchmesser kleineren zweiten Abschnitt 232 über, so daß zwischen dem zweiten Abschnitt 232 des Steuerventil- glieds 32 und der Wand des Führungsabschnitt 238 der Steuerventilbohrung 38 ein ringförmiger erster Hochdruckraum 55 ausgebildet ist, in den der Zulaufkanal 25 mündet. Im weiteren Verlauf dem Steuerraum 50 zu geht das Steuerventilglied 32 unter Bildung einer konischen Steuerventildichtfläche 54 in einen gegenüber dem zweiten Abschnitt 232 im Durchmesser verringerten dritten Abschnitt 332 des Steuerventilglieds 32 über. Dieser dritte Abschnitt 332 ist innerhalb des Schieberabschnitts 138 angeordnet, so daß zwischen dem dritten Abschnitt 332 des Steuerventilglieds 32 und der Wand der Steuerventilbohrung 38 ein zweiter Hochdruckraum 56 ausgebildet ist, der ebenfalls ringförmig ist. Die Steuerventildichtfläche 54 bildet zusammen mit dem Steuerventilsitz 52 ein erstes Ventil, durch das der Zulaufkanal 25 mit der Zu- laufbohrung 27 verbindbar ist. Das dem Steuerraum 50 zuge- wandte Ende des Steuerventilglieds 32 wird durch einen gegenüber dem dritten Abschnitt 332 des Steuerventilglieds 32 im Durchmesser vergrößerten Schieberkopf 39 gebildet, der, wenn die Steuerventildiσhtfläche 54 am Steuerventilsitz 52 anliegt, in den Steuerräum 50 ragt. An dem dem Steuerräum 50 abgewandten Ende des Schieberkopfs 39 ist an diesem eine Schieberkante 57 gebildet, die mit einer am Übergang der Steuerventilbohrung 38 zum Steuerraum 50 gebildeten Dichtkante 58 zusammenwirkt. Der Durchmesser des Schieberkopfs 39 ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Schie- berbohrung 138 der Steuerventilbohrung 38, so daß der Schieberkopf 39 dichtend in die Schieberbohrung 138 eintauchen kann. Sobald bei der Längsbewegung des Steuerventilglieds 32 die Schieberkante 57 die Dichtkante 58 erreicht, wird die Verbindung vom zweiten Hochdruckraum 56 zum Steuerraum 50 unterbrochen, so daß dadurch ein zweites als Schieberventil ausgebildetes Ventil gebildet ist.
An dem dem Steuerraum 50 abgewandten Ende ist das Steuerventilglied 32 über einen Stift 53 mit dem Magnetanker 36 ver- bunden. Wird der Elektromagnet 34 geeignet bestromt, so wird der Magnetanker 36 und über den Stift 51 auch das Steuerventilglied 32 in axialer Richtung vom Brennraum wegbewegt, so daß die Steuerventildichtfläche 54 vom Steuerventilsitz 52 abhebt und den ersten Hochdruckraum 55 mit dem zweiten Hoch- druckraum 56 verbindet. Sobald sich die Schieberkante 57 des Schieberkopfs 39 und die Dichtkante 58, die am brennraumsei- tigen Ende der Schieberbohrung 138 ausgebildet ist, gegenüberliegen, verschließt der Schieberkopf 39 den Steuerraum 50 gegen den zweiten Hochdruckraum 56. Dadurch sind jetzt der Zulaufkanal 25 und die Zulaufbohrung 27 über den ersten Hochdruckraum 55 und den zweiten Hochdruckraum 56 miteinander verbunden, so daß Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum 64 einfließen kann. Durch eine andere Bestromung des Elektromagneten 34 wird der Magnetanker 36 wieder in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so daß das Steuerventil- glied 32 mit der Steuerventildichtfläche 54 wieder am Steu- erventilsit.z 52 zur Anlage kommt und so den ersten Hochdruckraum 55 gegen den zweiten Hochdruckraum 56 verschließt. Dabei taucht auch der Schieberkopf 39 aus der Führungsab- schnitt 138 aus, so daß jetzt über den zweiten Hochdruckraum 56 die Zulaufbohrung 27 mit dem Steuerraum 50 verbunden ist. Die beiden durch das Steuerventilglied 32 gebildeten Ventile bilden zusammen ein 3/2-Wegeventil, das den Steuerraum 50, die Zulaufbohrung 27 und den Zulaufkanal 25 wechselseitig miteinander verbindet .
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt :
Der Hochdrucksammeiraum 10 ist über die Hochdruckleitung 12 und den Zulaufkanal 25 mit dem ersten Hochdruckraum 55 verbunden, so daß im ersten Hochdruckraum 55 ein hoher Kraftstoffdruck anliegt. Soll die Einspritzung erfolgen, so wird durch geeignetes Bestromen des Elektromagneten 34 der Magnetanker 36 in axialer Richtung bewegt, so daß das Steuerven- tilglied 32 eine axiale Bewegung ausführt und mit der Steuerventildichtfläche 54 vom Steuerventilsitz 52 abhebt. Gleichzeitig taucht der Schieberkopf 39 in den Schieberabschnitt 138 der Steuerventilbohrung 38 ein und verschließt den zweiten Hochdruckraum 56 gegen den Steuerraum 50. Da nun der Zulaufkanal 25 und die Zulaufbohrung 27 miteinander verbunden sind, fließt Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum 64 und erhöht dort die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 65 des Ventilgliedes 60. Übersteigt diese hydraulische Kraft die Kraft der Schraubendruckfeder 74, so bewegt sich das Ventilglied 60 in axialer Richtung vom
Brennraum weg und hebt mit der Ventildichtfläche 66 vom Ventilsitz 70 ab und verbindet so den Druckraum 64 mit den Einspritzöffnungen 68, so daß Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Durch die Öffnungshub- bewegung des Ventilglieds 60 wird auch der Druckstift 40 in axialer Richtung bewegt. Sobald das Ventilglied 60 den Freihub h durchfahren hat, taucht die am Übergang des Druckstifts 40 zum Druckbolzen 45 ausgebildete Steuerkante 77 in die Aufnahmebohrung 43 der Führungshülse 42 ein, so daß der Steuerraum 50 hydraulisch verschlossen ist und so als hy- draulischer Puffer für die Öffnungshubbewegung des Ventilglieds 60 dient. Nach Durchfahren des Freihubs h verlangsamt sich somit die Öffnungshubbewegung des Ventilglieds 60 und es setzt mit abgedämpfter Geschwindigkeit mittelbar durch die Hülse 69 an der Anschlagfläche 73 der Zwischenscheibe 17 auf. Das Ende der Einspritzung wird durch ein geeignetes Be- stromen des Elektromagneten 34 ausgelöst, der den Magnetanker 36 in axialer Richtung auf den Brennraum zu verschiebt, wodurch das Steuerventilglied 32 ebenfalls in axialer Rich- tung bewegt wird. Sobald die Schieberkante 57 des Schieber- kopfs 39 aus der Schieberbohrung 138 austaucht, ist für eine kurze Zeitspanne der erste Hochdruckraum 55 mit dem Steuerraum 50 verbunden, und zwar so lange, bis die Steuerventil- dichtfläche 54 wieder am Steuerventilsitz 52 zur Anlage kommt und den Zulauf anal 25 verschließt. Durch diese kurze Verbindung des Steuerraums 50 über den zweiten Hochdruckraum 56 mit dem ersten Hochdruckraum 55 und durch den sich entspannenden Kraftstoff im Druckraum 64 ergibt sich eine Druckwelle, die sich in den Steuerraum 50 ausbreitet. Durch diese Druckwelle ergibt sich eine Kraft auf die brennraumab- gewandte Stirnseite des Druckbolzens 45, so daß über den Druckstift 40 auch das .Ventilglied 60 auf den Brennraum zu beschleunigt bewegt wird, mit größerer Kraft und damit schneller, als dies allein durch die Schraubendruckfeder 74 möglich wäre. Die Kraft auf den Druckbolzen 45 hält allerdings nur so lange an, wie die Steuerkante 77 innerhalb der Aufnahmebohrung 43 ist. Sobald nach Durchfahren der Überdek- kung u die Steuerkante 77 aus der Aufnahmebohrung 43 aus- taucht, wird über die Ausnehmungen 48 und die- Ringnut 41 der Steuerraum 50 mit dem Federraum 72 verbunden. Der Kraftstoffdruck im Steuerraum 50 fällt dadurch rasch auf den Wert des im Federraum 72 herrschenden -Drucks ab, so daß die hydraulische Kraft auf den Druckbolzen 45 abnimmt. Da zu diesem Zeitpunkt im Druckraum 64 noch ein relativ hoher Kraft- stoffdruck herrscht, wird die weitere Schließbewegung des Ventilgliedes 60 auf den Ventilsitz 66 zu hydraulisch durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 64 gedämpft, so daß das Ventilglied 60 nach einer anfänglich schnellen axialen Schließbewegung relativ sanft mit der Ventildichtfläche 66 am Ventilsitz 70 zur -Anlage kommt.
Neben dem Druckbolzen 45 ist es auch möglich, das Kraftstoffeinspritzventil in anderer Form auszubilden. Beispielsweise kann der Druckbolzen mit rechteckigem Querschnitt aus- geführt sein, der in einer ebenso rechteckigen Verbindungsöffnung geführt ist. Ebenso ist es möglich, die Verbindung des Druckbolzens mit dem Ventilglied nicht durch eine starre mechanische Verbindung auszubilden, sondern durch eine hydraulische Kopplung beider Elemente. Weiter ist es mög- lieh, die Verbindung des Steuerraums mit dem Entlastungsraum durch einen zusätzlichen Verbindungskanal auszubilden, der abhängig vom Hub des Ventilglieds geöffnet oder geschlossen wird.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Kraftstoffeinspritzventil (1) , das einen Ventilkörper (20) aufweist, in dem in einer Bohrung (62) ein Ventilglied (60) axial beweglich angeordnet ist, welches Ventilglied (60) hydraulisch gesteuert durch den Kraftstoff- druck in einem Druckraum (64) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar ist und dadurch wenigstens eine Ein- spritzöffnung (68) steuert, und mit einem Steuerventil
(30) , durch das die Verbindung des Druckraums (64) mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (10) und mit einem Entlastungsraum (72) gesteuert wird (3/2-Ventil) , wobei das Steuerventil (30) ein in einer Steuerventilbohrung (38) längsverschiebbares Steuerventilglied (32) umfaßt, welches Steuerventilglied (32) in einer ersten Stellung zum Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils (1) die Verbindung der Kraftstoffhochdruckquelle (10) zu dem Druckraum (64) öffnet und die Verbindung des Entlastungsraums (72) mit dem Druckraum (64) unterbricht und in einer zweiten Stellung zum Schließen des Kraftstoffeinspritzventils (1) den Druckraum (64) mit dem Entlastungsraum (72) verbindet und dabei die Verbindung des Druckraums (64) mit der Kraftstoffhochdruckquelle (10) unterbricht, wobei das Ventil- glied (60) zumindest mittelbar vom im Ξntlastungsraum
(72) herrschenden Druck in Schließstellung beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung vom Steuerventil (30) zum Entlastungsraum (72) ein Steuerraum (50) angeordnet ist, der eine zumindest mittelbar durch das Ventilglied (60) gesteuerte Verbindung mit dem Entlastungsraum (72) aufweist.
2. Kraf stoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (50) durch ein bewegliches Steuerelement begrenzt wird, das sich synchron mit dem Ventilglied (60) bewegt und das vom Druck im Steuerraum (50) beaufschlagt wird und dadurch das Ventilglied (60) in Schließrichtung drückt.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Steuerelement die Verbindung des
Steuerraums (50) mit dem Entlastungsraum (72) in Schließ- stellung des Ventilglieds (60) aufsteuert und in Öffnungsstellung des Ventilglieds (60) verschließt.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach -Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement als ein mit dem Ventilglied (60) verbundener Druckbolzen (45) ausgebildet ist, der in einer Aufnahmebohrung (43) geführt ist und vom Druck im Steuerraum (50) beaufschlagt ist, wobei die Aufnahmebohrung (43) die Verbindung des Steuerraums (50) mit dem Entlastungsraum (72) bildet.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Druckbolzen (45) eine Steuerkante (77) angeordnet ist, die mit einer am steuerraumabge- wandten Ende der Aufnahmebohrung (43) ausgebildeten Dichtkante (79) zusammenwirkt.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Steuerkante (77) des Druckbolzens
(45) über wenigstens eine am Druckbolzen (45) ausgebildete Ausnehmung (48) mit der steuerxaur-_^ugewandt-en Stirnseite des Druckbolzens (45) verbunden ist. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (77) des Druckbolzens (45) nach einem Teil des Gesamthubs des Druckbolzens (45) aus der Aufnahmebohrung (47) austaucht, wodurch der Steuerraum (50) mit dem Entlastungsraum (72) verbunden wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbolzen (45) koaxial zum Ventilglied (60) angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbolzen (45) mit dem Ventilglied (60) über einen koaxial zum Ventilglied (60) angeordneten Druckstift (40) verbunden ist.
10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (50) bei der Bewegung des Steuerventilglieds (32) zwischen dessen erster und zweiter Stellung in einer Zwischenstellung des Steuerven- tilglieds (32) mit der Kraftstoffhochdruckquelle (10) verbunden ist.
11. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden -Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhoch- druckquelle (10) ein Hochdrucksammeiraum („common rail") ist .
EP01978151A 2000-10-18 2001-09-12 Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP1328726B1 (de)

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