EP1456525A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine

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EP1456525A1
EP1456525A1 EP02805245A EP02805245A EP1456525A1 EP 1456525 A1 EP1456525 A1 EP 1456525A1 EP 02805245 A EP02805245 A EP 02805245A EP 02805245 A EP02805245 A EP 02805245A EP 1456525 A1 EP1456525 A1 EP 1456525A1
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EP
European Patent Office
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control
injection valve
chamber
fuel
fuel injection
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EP02805245A
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English (en)
French (fr)
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EP1456525B1 (de
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Peter Boehland
Michael Kurrle
Joerg-Peter Fischer
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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Publication date
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Publication of EP1456525B1 publication Critical patent/EP1456525B1/de
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/16—Sealing of fuel injection apparatus not otherwise provided for
    • 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
    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus

Definitions

  • the invention is based on one
  • Fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is known from EP 0 987 431 A2.
  • This fuel injection device has a high-pressure fuel pump and a fuel injection valve connected to it for each cylinder of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump has a pump piston which is driven by the internal combustion engine in a stroke movement and delimits a pump working space.
  • the fuel injection valve has a pressure chamber connected to the pump working chamber and an injection valve member, through which at least one injection opening is controlled and which, when acted upon by the pressure in the pressure chamber, can be moved in the opening direction to release the at least one injection opening, against a closing force.
  • a first electrically operated control valve is provided, by means of which a connection of the pump work space to a relief space is controlled.
  • a second electrically actuated control valve is also provided, by means of which a connection of a control pressure chamber to a relief chamber is controlled.
  • the control pressure chamber is connected to the pump work chamber via a throttling point.
  • the control pressure chamber is delimited by a control piston, which is supported on the injection valve member in its closing direction and by the one prevailing in the control pressure chamber Pressure is applied in the closing direction of the injection valve member.
  • 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 the fuel injection valve can open.
  • the second control valve is open, however, fuel flows out of the pump work chamber via the control pressure chamber, so that the quantity of fuel available for injection is reduced from the quantity of fuel delivered by the pump piston, and the pressure available for injection is also reduced. It follows that the efficiency of the
  • Fuel injection device is not optimal and the course of the fuel injection can not be set in the desired manner.
  • the fuel injection device according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that only a small flow cross-section is released from the control pressure chamber to the relief chamber when the second control valve is open for fuel injection and thus open and thus only a small amount of fuel flows out, so that the fuel is available for injection standing pressure and the efficiency of the fuel injector is increased.
  • a rapid opening or closing of the fuel injection valve is also achieved, which is made possible by a rapid pressure reduction or pressure build-up in the control pressure chamber that occurs as a result of the variable flow cross section controlled by the control piston when the second control valve is opened or closed.
  • Advantageous refinements and developments of the fuel injection device according to the invention are specified in the dependent claims.
  • the embodiment according to claim 2 enables the flow cross-section to be controlled in a simple manner.
  • FIG. 2 shows a detail designated II in FIG. 1 in an enlarged representation with a control piston in a first stroke position
  • FIG. 3 shows detail II with the control piston in a second stroke position.
  • 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 a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected to it, which form a common structural unit.
  • the fuel injection device is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and has for each cylinder of the internal combustion engine a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected to it, which form a common structural unit.
  • Fuel injection device can also be designed 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 one another and are connected to one another via a line.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 a cylinder bore 16, in which a pump piston 18 is tightly guided, which is driven at least indirectly by a cam 20 of a camshaft of the internal combustion engine against the force of a return spring 19 in a lifting movement.
  • the pump piston 18 delimits a pump working chamber 22 in the cylinder bore 16, in which fuel is compressed under high pressure during the delivery stroke of the pump piston 18.
  • 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 valve body 26 which is connected to the pump body 14 and which can be constructed in several parts and in which an injection valve member 28 is guided so as to be longitudinally displaceable in a bore 30.
  • the valve body 26 has at least one, preferably a plurality of injection openings 32 at its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the injection valve member 28 has at its end region facing the combustion chamber an, for example, approximately conical sealing surface 34 which interacts 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 lead away.
  • valve body 26 there is an annular space 38 between the injection valve member 28 and the bore 30 towards the valve seat 36, which in its end region facing away from the valve seat 36 merges into a pressure space 40 surrounding the injection valve member 28 by a radial expansion of the bore 30.
  • the injection valve member 28 has a pressure shoulder 42 at the level of the pressure chamber 40 by reducing the cross section.
  • a prestressed closing spring 44 engages, for example via a sleeve 48 which the injection valve member 28 is pressed in its closing direction towards the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of a housing part 50 which adjoins the valve body 26.
  • the spring chamber 46 is formed by a bore in the housing part 50 which is coaxial with the bore 30 in the valve body 26.
  • a shim 49 can be arranged within the sleeve 48, which enables an exact adjustment of the length of the composite consisting of the injection valve member 28 and the control piston 60 by using a disk 49 with the required thickness.
  • the closing spring 44 surrounds the piston rod 61 and is supported on the one hand on the sleeve 48, and thus indirectly on the injection valve member 28, and on the other hand on a spring plate 64 resting on the annular shoulder formed at the transition from the spring chamber bore 46 to the smaller control pressure chamber bore 62.
  • An intermediate disk 54 is arranged between the housing part 50 and the pump body 14.
  • a channel 70 leads from the pump work chamber 22 through the pump body 14, the intermediate disk 54, the housing part 50 and the valve body 26 to the pressure chamber 40 of the fuel injector 12.
  • a channel 72 leads through the intermediate disk 54 and the housing part 50 to the control pressure chamber 62
  • Channel 72 has a first throttle point in the form of a throttle bore 73 in the housing part 50.
  • a channel 74 also opens into the control pressure chamber 62, which forms a connection to a relief chamber, which can serve at least indirectly as the fuel reservoir 24 or another area in which a low pressure prevails.
  • a connection 76 leads from the pump work chamber 22 or from the channel 70 to a relief chamber 24, which is controlled by a first electrically operated control valve 78.
  • the control valve 78 can, as shown in FIG. 1, be designed as a 2/2-way valve.
  • the connection 74 of the control pressure chamber 62 to the relief chamber 24 is controlled by a second electrically operated control valve 80, which can be designed as a 2/2-way valve.
  • the control valves 78, 80 can have an electromagnetic actuator or a piezo actuator and are controlled by an electronic control device 82.
  • the bore 52 has a radial widening in its end region to form the control pressure chamber 62.
  • the channel 72 opens into the control pressure chamber 62 in an edge region offset to the longitudinal axis 59 of the control piston 60.
  • the channel 74 preferably opens into the control pressure chamber 62 coaxially with the longitudinal axis 59 of the control piston 60 and in the channel 74 a second throttle point in the form of a throttle bore 75 is arranged.
  • the throttle bore 75 is arranged at a distance from the mouth of the channel 74 into the control pressure chamber 62 in the housing part 50.
  • the mouth 56 of the channel 74 in the control pressure chamber 62 is designed in such a way that the cross section of the channel 74 increases towards the control pressure chamber 62, it being possible for the mouth 56 to be conically widening, for example.
  • the control piston 60 has at its end facing away from the injection valve member 28 a pin 66 which is arranged coaxially with its longitudinal axis 59 and protrudes towards the channel 74 and which is adapted in cross-section to the mouth 56, for example smaller than the area of the control piston 60 guided in the bore 52 ,
  • the pin 66 is designed in such a way that it tapers towards the channel 74, the pin 66, for example, being conically tapered.
  • the control piston 60 interacts with its pin 66 with the mouth 56 of the channel 74 for controlling a flow cross-section from the control pressure chamber 62 into the channel 74 and through this with the second control valve 80 open to the relief chamber 24. If the control piston 60 is in a stroke position according to FIG. 2, in which it is arranged with its pin 66 at a large distance from the mouth 56 of the channel 74, then a large flow cross-section becomes from the control pressure chamber 62 between the pin 66 and the mouth 56 released into channel 74.
  • the smallest flow cross-section for the outflow of fuel from the control pressure chamber 62 is the throttle bore 75 in the housing part 50, which has a defined fixed flow cross-section.
  • the control piston 60 is in this stroke position when the fuel injection valve 12 is closed and its injection valve member 28 bears with its sealing surface 34 on the valve seat 36.
  • the control piston 60 moves with its pin 66 towards the mouth 56 of the channel 74 in a lifting movement, the released flow cross section becomes smaller. If the control piston 60 according to Figure 3 with its pin 66 only a short distance is arranged to the mouth 56 of the channel 74, only a flow cross-section is released, which is less than the flow cross-section of the throttle point 75, so that the flow cross-section between the pin 66 and the mouth 56 represents the actual Drossseistelle for fuel flowing out of the control pressure chamber 62.
  • the control piston 60 is in this stroke position when the fuel injection valve 12 is open and the injection valve member 28 of its sealing surface 34 is lifted off the valve seat 36.
  • Fuel injector explained. During the suction stroke of the pump piston 18, fuel is supplied to it from the fuel reservoir 24. During the delivery stroke of the pump piston 18, the fuel injection begins with a pre-injection, the first control valve 78 being closed by the control device 82, so that the pump working chamber 22 is separated from the relief chamber 24.
  • the second control valve 80 can initially be closed, so that the control pressure chamber 62 is separated from the relief chamber 24 and the same pressure prevails in the pump work chamber 22, so that no fuel injection can take place.
  • the control device 72 then opens the second control valve 80, so that the control pressure chamber 62 is connected to the relief chamber 24. In this case, no high pressure can build up in the control pressure chamber 62, since this is relieved towards the relief chamber 24.
  • the control device closes the second control valve 80, so that the control pressure chamber 62 is separated from the relief chamber 24.
  • the first control valve 78 remains in its closed position. High pressure builds up in the control pressure chamber 62 as in the pump work chamber 22, so that a large pressure force acts on the control piston 60 in the closing direction and the injection valve member 28 is moved into its closed position.
  • the control piston 60 then assumes its stroke position according to FIG. 3.
  • the second control valve 80 is opened by the control device 82.
  • the fuel injection valve 12 then opens due to the reduced pressure force on the control piston 60 and the injection valve member 28 moves over its maximum opening stroke into its opening position.
  • the injection valve member 28 opens, the flow cross-section of the throttle bore 75 is effective as the smallest flow cross-section, since a large flow cross-section is released between the pin 66 of the control piston 60 and the mouth 56 of the channel 74.
  • the fuel injection valve 12 opens quickly enables because the throttle bore 75 can be formed with a relatively large flow cross-section.
  • the pin 66 of the control piston 60 is arranged at a short distance from the mouth 56 of the channel 74, so that only a small flow cross-section is released, which is smaller than the flow cross-section of the throttle bore 75.
  • the control piston 60 remains in a state of equilibrium with its pin 66 at a distance from the mouth 56 of the channel 74, since the pin 66 coming into contact with the mouth 56 would completely separate the control pressure chamber 62 from the relief chamber 24, so that the pressure in the control pressure chamber 62 would increase, which in turn would have the consequence that the injection valve member 28 would move in the closing direction and the control piston 60 with its pin 66 would move away from the mouth 56.
  • the second control valve 80 is brought into its closed switching position by the control device 82, so that the control pressure chamber 62 is separated from the relief chamber 24 and builds up in this high pressure and the fuel injection valve 12 is closed via the force acting on the control piston 60.
  • the control piston 60 releases a large flow cross-section between its pin 66 and the mouth 56, so that the pressure in the control pressure chamber 62 rises quickly and onto the control piston 60 a high pressure force acts, so that the fuel injection valve 12 closes quickly.
  • the second control valve 80 is opened again by the control device 82, so that the fuel injection valve 12 opens as a result of the reduced pressure in the control pressure chamber 62.
  • the second control valve 80 is closed and / or the first control valve 78 is opened.

Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil (12) auf. Ein Pumpenkolben (18) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) begrenzt einen Pumpenarbeitsraum (22), der mit einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist, das ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das Einspritzöffnungen (32) gesteuert werden und das durch den im Druckraum (40) herrschenden Druck gegen eine Schliesskraft in einer Öffnungsrichtung (29) bewegbar ist. Durch ein Steuerventil (80) wird eine Verbindung (74) eines mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen, durch einen Steuerkolben (60) begrenzten Steuerdruckraums (62) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert, in der eine Drosselstelle (75) vorgesehen ist. Durch den Steuerkolben (60) wird ein Durchflussquerschnitt der Verbindung (74) des Steuerdruckraums (62) zum Entlastungsraum (24) abhängig vom Hub des Steuerkolbens (60) derart gesteuert, dass mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (28) durch den Steuerkolben (60) ein geringerer Durchflussquerschnitt freigegeben wird und dass bei maximalem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (28) der freigegebene Durchflussquerschnitt geringer ist als der Durchflussquerschnitt der zweiten Drosselstelle (75).

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtunα für eine Brennkraftmaschine
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 durch den 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. Es ist außerdem ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung eines Steuerdruckraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Der Steuerdruckraum ist über eine Drosselstelle mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden. Der Steuerdruckraum ist durch einen Steuerkolben begrenzt, der sich am Einspritzventilglied in dessen Schließrichtung abstützt und der durch den im Steuerdruckraum herrschenden Druck in Schließrichtung des Einspritzventilglieds beaufschlagt ist. 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 fließt 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. Hieraus folgt, daß der Wirkungsgrad der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nicht optimal ist und der Verlauf der Kraftstoffeinspritzung nicht in gewünschter Weise eingestellt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei zur Kraftstoffeinspritzung geöffnetem zweitem Steuerventil und somit geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil nur ein geringer Durchflußquerschnitt vom Steuerdruckraum zum Entlastungsraum freigegeben wird und somit nur eine geringe Kraftstoffmenge abströmt, wodurch der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck und der Wirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erhöht ist. Zum Beginn bzw. zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird außerdem ein schnelles Öffnen bzw. Schließen des Kraftstoffeinspritzventils erreicht, was durch einen infolge des durch den Steuerkolben gesteuerten veränderlichen Durchflußquerschnitts auftretenden schnellen Druckabbau bzw. Druckaufbau im Steuerdruckraum beim Öffnen bzw. Schließen des zweiten Steuerventils ermöglicht wird. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise die Steuerung des Durchflußquerschnitts .
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, Figur 2 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung mit einem Steuerkolben in einer ersten Hubstellung und Figur 3 den Ausschnitt II mit dem Steuerkolben in einer zweiten Hubstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 bis 3 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 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 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 wie in Figur 1 dargestellt beispielsweise über eine Hülse 48 eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 in seiner Schließrichtung zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem Federraum 46 eines Gehäuseteils 50 angeordnet, das sich an den Ventilkörper 26 anschließt. Der Federraum 46 ist durch eine zur Bohrung 30 im Ventilkörper 26 koaxiale Bohrung im Gehäuseteil 50 gebildet.
An die den Federraum 46 bildende Bohrung schließt sich gemäß Figur 1 an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Gehäuseteil 50 eine weitere koaxiale Bohrung 52 mit beispielsweise kleinerem Durchmesser als dem Durchmesser des Federraums 46 an, in der ein Steuerkolben 60 dicht geführt ist, der sich auf dem Einspritzventilglied 28 abstützt. In der Bohrung 52 ist in deren dem Federraum 46 abgewandtem Endbereich durch den Steuerkolben 60 ein Steuerdruckraum 62 begrenzt. Der Steuerkolben 60 stützt sich über eine gegenüber diesem im Durchmesser kleinere Kolbenstange 61 am Einspritzventilglied 28 ab. Das dem Einspritzventilglied 28 zugewandte Ende der Kolbenstange 61 ragt von deren einem Ende in die Hülse 48 hinein und kann in dieser zusätzlich geführt werden. Vom anderen Ende der Hülse 48 her ragt in diese das Ende des im Durchmesser gegenüber der Kolbenstange 61 größeren Einspritzventilglieds 28 hinein. Zwischen der Kolbenstange 61 und dem Einspritzventilglied 28 kann innerhalb der Hülse 48 eine Ausgleichsscheibe 49 angeordnet sein, die eine exakte Einstellung der Länge des aus dem Einspritzventilglied 28 und dem Steuerkolben 60 bestehenden Verbundes zu ermöglichen, indem eine Scheibe 49 mit der erforderlichen Dicke verwendet wird. Die Schließfeder 44 umgibt die Kolbenstange 61 und stützt sich einerseits an der Hülse 48, und somit mittelbar am Einspritzventilglied 28, und andererseits an einem am Übergang von der Federraumbohrung 46 zu der im Durchmesser kleineren Steuerdruckraumbohrung 62 gebildeten Ringschulter anliegenden Federteller 64 ab. Zwischen dem Gehäuseteil 50 und dem Pumpenkörper 14 ist eine Zwischenscheibe 54 angeordnet. Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14, die Zwischenscheibe 54, das Gehäuseteil 50 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 70 zum Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch die Zwischenscheibe 54 und das Gehäuseteil 50 ein Kanal 72 zum Steuerdruckraum 62. Im Kanal 72 ist im Gehäuseteil 50 eine erste Drosselstelle in Form einer Drosselbohrung 73 angeordnet. In den Steuerdruckraum 62 mündet außerdem ein Kanal 74, der eine Verbindung zu einem Entlastungsraum bildet, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Bereich dienen kann, in dem ein geringer Druck herrscht. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 70 führt eine Verbindung 76 zu einem Entlastungsraum 24 ab, die durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 78 gesteuert wird. Das Steuerventil 78 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Die Verbindung 74 des Steuerdruckraums 62 mit dem Entlastungsraum 24 wird durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 80 gesteuert, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. Die Steuerventile 78,80 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen Piezoaktor aufweisen und werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 82 angesteuert.
Wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt weist die Bohrung 52 in ihrem Endbereich zur Bildung des Steuerdruckraums 62 eine radiale Erweiterung auf. Der Kanal 72 mündet in den Steuerdruckraum 62 in einem Randbereich versetzt zur Längsachse 59 des Steuerkolbens 60. Der Kanal 74 mündet vorzugsweise in den Steuerdruckraum 62 koaxial zur Längsachse 59 des Steuerkolbens 60 und im Kanal 74 ist eine zweite Drosselstelle in Form einer Drosselbohrung 75 angeordnet. Die Drosselbohrung 75 ist mit Abstand von der Mündung des Kanals 74 in den Steuerdruckraum 62 im Gehäuseteil 50 angeordnet. Die Mündung 56 des Kanals 74 in den Steuerdruckraum 62 ist derart ausgebildet, daß sich der Querschnitt des Kanals 74 zum Steuerdruckraum 62 hin vergrößert, wobei die Mündung 56 beispielsweise sich kegelförmig erweiternd ausgebildet sein kann. Der Steuerkolben 60 weist an seinem dem Einspritzventilglied 28 abgewandten Ende einen zu seiner Längsachse 59 koaxial angeordneten, zum Kanal 74 hin abstehenden Zapfen 66 auf, der im Querschnitt der Mündung 56 angepasst, beispielsweise gegenüber dem in der Bohrung 52 geführten Bereich des Steuerkolbens 60 kleiner ist. Der Zapfen 66 ist derart ausgebildet, daß er sich zum Kanal 74 hin verjüngt, wobei der Zapfen 66 beispielsweise sich kegelförmig verjüngend ausgebildet sein kann.
Der Steuerkolben 60 wirkt mit seinem Zapfen 66 mit der Mündung 56 des Kanals 74 zur Steuerung eines Durchflußquerschnitts aus dem Steuerdruckraum 62 in den Kanal 74 und durch diesen bei geöffnetem zweitem Steuerventil 80 zum Entlastungsraum 24 zusammen. Wenn der Steuerkolben 60 sich gemäß Figur 2 in einer Hubstellung befindet, in der er mit seinem Zapfen 66 in großem Abstand von der Mündung 56 des Kanals 74 angeordnet ist, so wird zwischen dem Zapfen 66 und der Mündung 56 ein großer Durchflußquerschnitt aus dem Steuerdruckraum 62 in den Kanal 74 freigegeben. Den kleinsten Durchflußquerschnitt für das Abströmen von Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 62 stellt dabei die Drosselbohrung 75 im Gehäuseteil 50 dar, die einen definierten festen Durchflußquerschnitt aufweist. In dieser Hubstellung befindet sich der Steuerkolben 60 wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen ist und dessen Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 anliegt. Wenn der Steuerkolben 60 sich in einer Hubbewegung mit seinem Zapfen 66 auf die Mündung 56 des Kanals 74 zubewegt, so wird der freigegebene Durchflußquerschnitt geringer. Wenn der Steuerkolben 60 gemäß Figur 3 mit seinem Zapfen 66 nur mit geringem Abstand zur Mündung 56 des Kanals 74 angeordnet ist, so wird nur noch ein Durchflußquerschnitt freigegeben, der geringer ist als der Durchflußquerschnitt der Drosselstelle 75, so daß der Durchflußquerschnitt zwischen Zapfen 66 und Mündung 56 die eigentliche Drossseistelle für aus dem Steuerdruckraum 62 abströmenden Kraftstoff darstellt. In dieser Hubstellung befindet sich der Steuerkolben 60 wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geöffnet ist und dessen Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist.
Nachfolgend wird die Funktion der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 wird diesem Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 zugeführt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 beginnt die Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung, wobei das erste Steuerventil 78 durch die Steuereinrichtung 82 geschlossen wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Das zweite Steuerventil 80 kann zunächst geschlossen sein, so daß der Steuerdruckraum 62 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und in diesem derselbe Druck wie im Pumpenarbeitsraum 22 herrscht, so daß keine Kraftstoffeinspritzung ergolen kann. Zum Beginn der Kraftstoffeinspritzung wird durch die Steuereinrichtung 72 das zweite Steuerventil 80 dann geöffnet, so daß der Steuerdruckraum 62 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist. In diesem Fall kann sich im Steuerdruckraum 62 kein Hochdruck aufbauen, da dieser zum Entlastungsraum 24 hin entlastet ist. 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 Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der auf den Steuerkolben 60 durch den im Steuerdruckraum 62 wirkenden Restdruck wirkenden Druckkraft, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei. Der Steuerkolben 60 nimmt dabei seine Hubstellung gemäß Figur 2 ein, in der zwischen dessen Zapfen 66 und der Mündung 56 des Kanals 74 nur ein geringer Durchflußquerschnitt freigegeben ist, so daß eine Drosselstelle mit geringerem Durchflußquerschnitt als dem der Drosselbohrung 75 gebildet ist. Von dem durch den Pumpenkolben 18 geförderten Kraftstoff kann somit nur eine geringe Teilmenge über die Drosselstelle zwischen dem Zapfen 66 und der Mündung 56 durch den Kanal 74 und das geöffnete zweite Steuerventil 80 in den Entlastungsraum 24 abströmen.
Zur Beendigung der Voreinspritzung wird durch die Steuereinrichtung das zweite Steuerventil 80 geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 62 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Das erste Steuerventil 78 bleibt in seiner geschlossenen Stellung. Im Steuerdruckraum 62 baut sich dabei Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, so daß auf den Steuerkolben 60 eine große Druckkraft in Schließrichtung wirkt und das Einspritzventilglied 28 in seine Schließstellung bewegt wird. Der Steuerkolben 60 nimmt dann seine Hubstellung gemäß Figur 3 ein.
Für eine nachfolgende Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 80 durch die Steuereinrichtung 82 geöffnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet dann infolge der reduzierten Druckkraft auf den Steuerkolben 60 und das Einspritzventilglied 28 bewegt sich über seinen maximalen Öffnungshub in seine ÖffnungsStellung. Bei der Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 ist zunächst der Durchflußquerschnitt der Drosselbohrung 75 als kleinster Durchflußquerschnitt wirksam, da zwischen dem Zapfen 66 des steuerkolbens 60 und der Mündung 56 des Kanals 74 ein großer Durchflußquerschnitt freigegeben ist. Hierdurch wird ein schnelles Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils 12 ermöglicht, da die Drosselbohrung 75 mit relativ großem Durchflußquerschnitt ausgebildet sein kann. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 ganz geöffnet ist, so ist der Zapfen 66 des Steuerkolbens 60 mit geringem Abstand von der Mündung 56 des Kanals 74 angeordnet, so daß nur noch ein geringer Durchflußquerschnitt freigegeben ist, der geringer ist als der Durchflußquerschnitt der Drosselbohrung 75. Der Steuerkolben 60 bleibt in einem Gleichgewichtszustand mit seinem Zapfen 66 im Abstand von der Mündung 56 des Kanals 74, da bei an der Mündung 56 zur Anlage kommendem Zapfen 66 der Steuerdruckraum 62 ganz vom Entlastungsraum 24 getrennt wäre, so daß der Druck im Steuerdruckraum 62 ansteigen würde, was wiederum zur Folge hätte, daß sich das Einspritzventilglied 28 in Schließrichtung bewegen würde und sich der Steuerkolben 60 mit seinem Zapfen 66 von der Mündung 56 entfernen würde. Hierdurch würde wieder ein größerer Durchflußquerschnitt freigegeben, so daß der Druck im Steuerdruckraum 62 wieder abnehmen würde und das Einspritzventilglied 28 sich in Öffnungsrichtung 29 bewegen würde, so daß der Abstand zwischen Zapfen 66 und Mündung 56 und damit der Durchflußquerschnitt wieder kleiner würde. Der Zapfen 66 des Steuerkolbens 60 und die Mündung 56 des Kanals 74 bilden einen hydraulischen Anschlag für den Steuerkolben 60 und das Einspritzventilglied 28.
Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 80 durch die Steuereinrichtung 82 in seine geschlossene Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 62 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut und über die auf den Steuerkolben 60 wirkende Kraft das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen wird. Bei der Schließbewegung des Einspritzventilglieds 28 wird durch den Steuerkolben 60 ein großer Durchflußquerschnitt zwischen dessen Zapfen 66 und der Mündung 56 freigegeben, so daß der Druck im Steuerdruckraum 62 schnell ansteigt und auf den Steuerkolben 60 eine hohe Druckkraft wirkt, so daß das Kraftstoffeinspriztventil 12 schnell schließt. Für eine Nacheinspritzung von Kraftstoff wird das zweite Steuerventil 80 durch die Steuereinrichtung 82 nochmals geöffnet, so daß infolge des verringerten Drucks im Steuerdruckraum 62 das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet. Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird das zweite Steuerventil 80 geschlossen und/oder das erste Steuerventil 78 geöffnet.

Claims

Ansprüche
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 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 Öffnungsrichtung
(29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten Steuerventil (78) , durch das eine Verbindung (76) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird und mit einem zweiten Steuerventil (80) , durch das eine Verbindung (74) eines Steuerdruckraums (62) des Kraftstoffeinspritzventils mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei der Steuerdruckraum (62) zumindest mittelbar eine Verbindung
(62) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) aufweist, in der eine erste Drosselstelle (73) vorgesehen ist, wobei der Steuerdruckraum (62) durch einen Steuerkolben (60) begrenzt ist, der auf das Einspritzventilglied (28) in einer Schließrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung (74) des Steuerdruckraums (62) mit dem Entlastungsraum (24) eine zweite Drosselstelle (75) mit festem Durchflußquerschnitt vorgesehen ist, daß der Steuerkolben (60) mit seiner dem Einspritzventilglied (28) abgewandten Seite (66) einen Durchflußquerschnitt aus dem Steuerdruckraum (62) zu der Verbindung (74) zum Entlastungsraum (24) abhängig vom Hub des Steuerkolbens (60) derart steuert, daß mit zunehmendem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (28) durch den Steuerkolben (60) ein geringerer Durchflußquerschnitt freigegeben wird und daß bei maximalem Öffnungshub des Einspritzventilglieds (28) der freigegebene Durchflußquerschnitt geringer ist als der Durchflußquerschnitt der zweiten Drosselstelle (75) .
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (60) an seiner dem Einspritzventilglied (28) abgewandten Seite einen Zapfen (66) aufweist, mit dem der Steuerkolben (60) bei geöffnetem Einspritzventilglied (28) in eine Mündung (56) der Verbindung (74) des Steuerdruckraums (62) mit dem Entlastungsraum (24) eintaucht und daß zwischen dem Zapfen (66) und der Mündung (56) der Durchflußquerschnitt durch den Steuerkolben (60) gesteuert wird.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (66) und die Mündung (56) der Verbindung (74) jeweils zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet sind.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckraum (62) in einer Bohrung (52) in einem Gehäuseteil (50) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgebildet ist und daß die erste Drosselstelle (73) und die zweite Drosselstelle (75) als Drosselbohrungen in diesem Gehäuseteil (50) ausgebildet sind.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die den Steuerdruckraum (62) bildende Bohrung (52) im Gehäuseteil (50) eine weitere, einen Federraum (46) bildende Bohrung anschließt, in der eine zumindest mittelbar auf das Einspritzventilglied (28) wirkende, zur Erzeugung der Schließkraft dienende Schließfeder (44) angeordnet ist, wobei der Steuerdruckraum (62) vom Federraum (46) durch den Steuerkolben (60) getrennt ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und das Kraftstoffeinspritzventil (12) eine gemeinsame Baueinheit bilden und daß das Gehäuseteil (50) zwischen einem Pumpenkörper (14) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem Ventilkörper (26) des Kraftstoffeinspritzventils
(12) angeordnet ist.
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