EP1328726B1

EP1328726B1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1328726B1
Application number: EP01978151A
Authority: EP
Inventors: Peter Boehland; Sebastian Kanne
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: DE50110764D1; US20030080216A1; WO2002033250A1; EP1328726A1; KR20020062759A; DE10051548A1; JP2004511722A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem nach der Gattung des Anspruchs 1 aus. Ein solches Kraftstoffeinspritzsystem ist beispielsweise aus der Schrift DE 197 01 879 Al bekannt. Bei einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe Kraftstoff in einen Hochdrucksammelraum ("common rail") gefördert, in dem ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrecht erhalten wird. Von diesem Hochdrucksammelraum gehen Hochdruckleitungen zu jedem Kraftstoffeinspritzventil, welche Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzen. 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 beaufschlagt wird. Bei einem entsprechend hohen Kraftstoffdruck 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 Hochdrucksammelraum 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 Hochdrucksammelraum 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 Hochdrucksammelraum 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. Hierbei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil 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 Verbrennungsabläufe 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 Kraftstoffeinspritzventil mit der Zeit in nachteiliger Weise ändert.
Weiter ist aus der Offenlegungsschrift DE 196 09 799 Al ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem die Steuerung des Ventilglieds durch eine entsprechende Änderung der Schließkraft erfolgt, während die hydraulische Kraft auf die Druckfläche des Ventilgliedes durch eine ständige Verbindung mit dem Hochdrucksammelraum konstant bleibt. Zu diesem Zweck ist im Kraftstoffeinspritzsystem ein Steuerventil vorgesehen, das die vom Hochdrucksammelraum 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 Entlastungsraum 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 Hochdrucksammelraums 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 Hochdrucksammelraum 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 Merkmalen des Anspruchs 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 verbindet 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 Leckölsystem verbunden ist und in dem ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Ein Druckbolzen, der als Steuerelement dient, ist in der Aufnahmebohrung 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 Kraftstoffhochdruckleitung 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 Kraftstoffeinspritzsystem 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 geringeren 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 Aufnahmebohrung 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 Schließbewegung durch den Kraftstoffdruck 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 Gegenstandes 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 Öffnungsstellung 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 Leckölsystem 4 und einem Kraftstoffeinspritzventil 1 besteht. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist im Längsschnitt dargestellt, während die Kraftstoffhochdruckversorgung 2 und das Leckölsystem 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 Hochdrucksammelraum 10 fördert. Im Hochdrucksammelraum 10 wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Druckregeleinrichtung ein vorgegebener Kraftstoffhochdruck aufrecht erhalten. Vöm Hochdrucksammelraum 10 gehen eine Vielzahl von Hochdruckleitungen 12 ab, die jeweils mit einem Kraftstoffeinspritzventil 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 Ventilhaltekörper 15 ist ein Zulaufkanal 25 ausgebildet, der mit der Hochdruckleitung 12 verbunden ist und über den Kraftstoff in das Kraftstoffeinspritzventil 1 eingeführt wird. Der Zulaufkanal 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 brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 62 dichtend geführt, verjüngt 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 brennraumseitigen Ende der Bohrung 62 ausgebildeten Ventilsitz 70 zusammenwirkt. Im Ventilsitz 70 ist wenigstens eine Einspritzöffnung 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 Federtellers 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 Schließrichtung 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 ringförmigen 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 angeordnet 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 Kraftstoffeinspritzventils 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 Druckstift 40 zugewandte Kante der Ringnut 41 bildet eine Steuerkante 77, die mit der am brennraumzugewandten Ende der Aufnahmebohrung 43 gebildeten Dichtkante 79 zusammenwirkt: Durch die Längsbewegung des Ventilglieds 60 wird über den Druckstift 40 auch der Druckbolzen 45 in Längsrichtung bewegt. Bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil, das ist, wenn das Ventilglied 60 mit seiner Ventildichtfläche 66 am Ventilsitz 70 anliegt und die Einspritzöffnungen 68 verschließt, befindet sich die Dichtkante 79 außerhalb der Aufnahmebohrung 43, und der Federraum 72 ist mit der Aufnahmebohrung 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 Überdekkung 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 Ventilhalteköi-per 15 angeordneten Steuerraum 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 Schieberabschnitt 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 Steuerventilglied 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 Steuerventilglieds 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 Zulaufbohrung 27 verbindbar ist. Das dem Steuerraum 50 zugewandte Ende des Steuerventilglieds 32 wird durch einen gegenüber dem dritten Abschnitt 332 des Steuerventilglieds 32 im Durchmesser vergrößerten Schieberkopf 39 gebildet, der, wenn die Steuerventildichtfläche 54 am Steuerventilsitz 52 anliegt, in den Steuerraum 50 ragt. An dem dem Steuerraum 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 Schieberbohrung 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 verbunden. Wird der Elektromagnet 34 geeignet bestromt, so wird der Magnetanker 36 und über den Stift 53 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 Hochdruckraum 56 verbindet. Sobald sich die Schieberkante 57 des Schieberkopfs 39 und die Dichtkante 58, die am brennraumseitigen Ende der Schieberbohrung 138 ausgebildet ist, gegenüberliegen, verschließt der Schieberkopf 39 den Steuerraum 50 gegen den zweiten Hochdruckraum 56. Dadurch sind jetzt der Zulauf-kanal 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 Steuerventilglied 32 mit der Steuerventildichtfläche 54 wieder am Steuerventilsit.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 Führungsabschnitt 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 Hochdrucksammelraum 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 Steuerventilglied 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 Öffnungshubbewegung 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 hydraulischer 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 Bestromen des Elektromagneten 34 ausgelöst, der den Magnetanker 36 in axialer Richtung auf den Brennraum zu verschiebt, wodurch das Steuerventilglied 32 ebenfalls in axialer Richtung bewegt wird. Sobald die Schieberkante 57 des Schieberkopfs 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 Steuerventildichtfläche 54 wieder am Steuerventilsitz 52 zur Anlage kommt und den Zulaufkanal 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 brennraumabgewandte 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 Überdekkung u die Steuerkante 77, aus der Aufnahmebohrung 43 austaucht, 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 Kraftstoffdruck 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 ausgeführt 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 möglich, die Verbindung des Steuerraums mit dem Entlastungsraum durch einen zusätzlichen Verbindungskanal auszubilden, der abhängig vom Hub des Ventilglieds geöffnet oder geschlossen wird.

Claims

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 Kraftstoffdruck in einem Druckraum (64) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar ist und dadurch wenigstens, eine Einspritzöffnung (68) steuert, und mit einem 3/2-Wege-Steuerventil (30), durch das die Verbindung des Druckraums (64) mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (10) und mit einem Entlastungsraum (72) gesteuert wird, 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 Ventilglied (60) zumindest mittelbar vom im Entlastungsraum (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.
Kraftstoffeinspritzsystem 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.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement die Verbindung des Steuerraums (50) mit dem Entlastungsraum (72) in Schließstellung des Ventilglieds (60) aufsteuert und in Öffnungsstellung des Ventilglieds (60) verschließt.
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.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Druckbolzen (45) eine Steuerkante (77) angeordnet ist, die mit einer am steuerraumabgewandten Ende der Aufnahmebohrung (43) ausgebildeten Dichtkante (79) zusammenwirkt.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (77) des Druckbolzens (45) über wenigstens eine am Druckbolzen (45) ausgebildete Ausnehmung (48) mit der steuerraumzugewandten 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.
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 Steuerventilglieds (32) mit der Kraftstoffhochdruckquelle (10) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckquelle (10) ein Hochdrucksammelraum id.h. ein common rail, ist.