EP1483498B1

EP1483498B1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP1483498B1
Application number: EP02792633A
Authority: EP
Inventors: Peter Boehland
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: ATE299993T1; JP2005517118A; DE10205185A1; EP1483498A1; US20040169092A1; US6981653B2; DE50203709D1; ES2243786T3; WO2003067070A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP 0 987 431 A2 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum und ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das durch den im Druckraum herrschenden Druck 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 wird durch einen Steuerkolben begrenzt, wobei der Steuerkolben vom im Steuerdruckraum herrschenden Druck beaufschlagt in einer Schließrichtung auf das Einspritzventilglied wirkt und zusammen mit dem Einspritzventilglied bewegbar ist. Der Steuerdruckraum weist eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum auf. 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.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei sich in seiner geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied eine geringere Fläche des Steuerkolbens von dem im Steuerdruckraum herrschenden Druck beaufschlagt ist und somit eine geringere Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied wirkt als bei sich in seiner geschlossenen Stellung befindendem Einspritzventilglied, so daß das zweite Steuerventil während der Kraftstoffeinspritzung geschlossen werden kann und kein Kraftstoffmengen- und Kraftstoffdruckverlust während der Einspritzung auftritt und damit der Wirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbessert ist.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise die Verringerung der druckbeaufschlagten Stirnfläche des Steuerkolbens.

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 schematischer Darstellung, Figur 2 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung bei einem sich in einer geschlossenen Stellung befindenden Einspritzventilglied, Figur 3 den Ausschnitt II bei sich in einer geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied, Figur 4 den Ausschnitt II der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer modifizierten Ausführung bei sich in einer geschlossenen Stellung befindendem Einspritzventilglied, Figur 5 den Ausschnitt II gemäß der modifizierten Ausführung der Krafftstoffeinspritzeinrichtung bei sich in einer geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied und Figur 6 einen Verlauf eines Druckes an Einspritzöffnungen eines Kraftstoffeinspritzventils der Kraftstoffeinspritzeinrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In den Figuren 1 bis 5 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 eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.

An den Federraum 46 schließt sich an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Ventilkörper 26 eine weitere Bohrung 48 an, in der ein Steuerkolben 50 dicht geführt ist, der mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden ist. In der Bohrung 48 wird durch den Steuerkolben 50 als bewegliche Wand ein Steuerdruckraum 52 begrenzt. Der Steuerkolben 50 ist über eine gegenüber diesem im Durchmesser kleinere Kolbenstange 51 mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden. Der Steuerkolben 50 kann einstückig mit dem Einspritzventilglied 28 ausgebildet, ist jedoch aus Gründen der Montage vorzugsweise als separates Teil mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden.

Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 60 zum Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt ein Kanal 62 zum Steuerdruckraum 52. In den Steuerdruckraum 52 mündet außerdem ein Kanal 64, 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 60 führt eine Verbindung 66 zu einem Entlastungsraum 24 ab, die durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 68 gesteuert wird. Das Steuerventil 68 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Die Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 wird durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 70 gesteuert, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. In der Verbindung 62 des Steuerdruckraums 52 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 kann eine Drosselstelle 63 vorgesehen sein und in der Verbindung des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 kann eine Drosselstelle 71 vorgesehen sein. Die Steuerventile 68,70 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen Piezoaktor aufweisen und werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 72 angesteuert.

Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen ist, so liegt das Einspritzventilglied 28 mit seiner ringförmigen Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 an. In diesem Fall ist nur die Fläche der Druckschulter 42 des Einspritzventilglieds 28 von dem im Druckraum 40 herrschenden Druck in Öffnungsrichtung 29 beaufschlagt und weitere Kräfte in Öffnungsrichtung 29 wirken auf das Einspritzventilglied 28 nicht. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet, so hebt dessen Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 ab, so daß wie in Figur 1 dargestellt zwischen der Dichtfläche 34 und dem Ventilsitz 36 ein ringförmiger Durchflußquerschnitt 37 freigegeben wird. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist, so wirkt auf die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28, das ist die ringförmige Dichtfläche 34 und die von dieser umschlossene Restfläche des Einspritzventilglieds 28, ebenfalls ein Druck, der eine Kraft in Öffnungsrichtung 29 auf das Einspritzventilglied 28 bewirkt. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 nur in geringem Abstand vom Ventilsitz 36 angeordnet ist und somit nur in einem Teilhub geöffnet ist, so wird nur ein geringer Durchflußquerschnitt 37 freigegeben, durch den der hindurchfließende Kraftstoff gedrosselt wird, wodurch ein Druckabfall bewirkt wird. Die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 wird dann nur mit dem durch die Drosselung gegenüber dem im Druckraum 40 herrschenden Druck verringerten Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Wenn das Einspritzventilglied 28 seinen maximalen Öffnungshub ausführt, so ist dessen Dichtfläche 34 mit größerem Abstand vom Ventilsitz 36 angeordnet, so daß ein entsprechend größerer Durchflußquerschnitt 37 freigegeben wird. Im größeren Durchflußquerschnitt tritt eine geringere Drosselwirkung auf, so daß die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 entsprechend mit einem höheren Druck in Öffnungsrichtung 29 beaufschlagt wird. Bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil 12 wirkt somit auf dessen Einspritzventilglied 28 zusätzlich zu der durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Druckschulter 42 ausgeübten Kraft auch die durch den auf die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 wirkenden Druck ausgeübte Kraft in Öffnungsrichtung 29.

Die vom im Steuerdruckraum 52 herrschenden Druck beaufschlagte Stirnfläche des Steuerkolbens 50 ist derart bemessen, daß sich bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70, wenn der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und sich beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 im Pumpenarbeitsraum 22 und damit auch im Steuerdruckraum 52 Hochdruck aufbaut, zusätzlich zu der Kraft der Schließfeder 44 eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft ergibt, die größer als die auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft in Öffnungsrichtung 29 ist, wenn das Einspritzventilglied 28 sich in seiner geschlossenen Stellung befindet oder wie vorstehend erläutert nur mit einem Teilhub geöffnet und mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist. In diesem Fall bleibt bzw. wird das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Ausschnitt II der Kraftstoffeinspritzeinrichtung vergrößert dargestellt, wobei das Einspritzventilglied 28 und der Steuerkolben 50 in Figur 2 bei sich in seiner geschlossenen Stellung befindendem Einspritzventilglied dargestellt sind und in Figur 3 bei sich in seiner mit maximalem Hub geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied 28 dargestellt sind. Der Kanal 62 als Verbindung zum Pumpenarbeitsraum 22 und der Kanal 64 als Verbindung zum Entlastungsraum 24 münden in den Steuerdruckraum 52 in Richtung von dessen Längsachse 49 betrachtet jeweils nahe dem Rand des Steuerdruckraums 52, beispielsweise einander gegenüberliegend. In der dem Steuerkolben 50 in Richtung von dessen Längsachse 49 stirnseitig gegenüberliegenden Begrenzung 53 des Steuerdruckraums 52 ist zumindest annähernd koaxial zum Steuerkolben 50 eine Vertiefung 54 ausgebildet, von der eine Verbindung 55 zu einem Entlastungsraum 24 abführt, in der eine Drosselstelle 56 angeordnet ist. Die Vertiefung 54 ist im Querschnitt vorzugsweise kreisförmig ausgebildet und an deren Rand ist am Übergang zur Begrenzung 53 ein Sitz 57 gebildet. Von der den Steuerdruckraum 52 begrenzenden Stirnseite des Steuerkolbens 50 steht koaxial zur Vertiefung 54 ein Ansatz 58 hervor, der sich in Richtung der Längsachse 49 des Steuerkolbens 50 zur Begrenzung 53 hin verjüngt und beispielsweise zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet ist. Am Ansatz 58 ist eine Dichtfläche 59 gebildet, die mit dem Sitz 57 zusammenwirkt. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, daß an der Begrenzung 53 des Steuerdruckraums 52 ein in den Steuerdruckraum 52 ragender Ansatz vorgesehen ist, an dessen Stirnende ein Sitz gebildet ist, wobei an der Stirnseite des Steuerkolbens 50 eine Dichtfläche ausgebildet ist, die mit dem Sitz zusammenwirkt. Wenn sich das Einspritzventilglied 28 gemäß Figur 2 in seiner geschlossenen Stellung befindet, so ist der Steuerkolben 50 in seiner entsprechenden Hubstellung mit seiner Dichtfläche 59 mit Abstand vom Sitz 57 angeordnet. Wenn das zweite Steuerventil 70 geschlossen ist, so herrscht im Steuerdruckraum 52 Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22, der auf die gesamte Stirnfläche des Steuerkolbens 50 wirkt und entsprechend eine große Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 erzeugt. Wenn sich das Einspritzventilglied 28 gemäß Figur 3 in seiner mit maximalem Hub geöffneten Stellung befindet, so taucht der Steuerkolben 50 mit seinem Ansatz 58 teilweise in die Vertiefung 54 ein und liegt mit seiner Dichtfläche 59 am Sitz 57 an. Die Vertiefung 54 als Teil des Steuerdruckraums 52 und der innerhalb des Sitzes 57 angeordnete Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens 50 sind dann vom übrigen Steuerdruckraum 52 getrennt und über die Verbindung 55 mit der Drosselstelle 56 zum Entlastungsraum 24 hin druckentlastet. Der im übrigen Steuerdruckraum 52 herrschende Druck wirkt dann nur noch auf einen die Dichtfläche 59 und den Sitz 57 umgebenden ringförmigen Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens 50, so daß entsprechend eine geringere Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 erzeugt wird. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 ausgehend von einer geschlossenen Stellung des Einspritzventilglieds 28 öffnen soll, so muß das zweite Steuerventil 70 geöffnet werden, um den Steuerdruckraum 52 zu entlasten, da die gesamte Stirnfläche des Steuerkolbens 50 druckbeaufschlagt ist. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 ausgehend von einer mit maximalem Hub geöffneten Stellung des Einspritzventilglieds 28 geschlossen werden soll, so muß bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70 das erste Steuerventil 68 geöffnet werden, so daß der im Druckraum 40 herrschende und eine in Öffnungsrichtung 29 auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Druck geringer wird als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der durch den im Steuerdruckraum 52 herrschenden Druck erzeugten Kraft in Schließrichtung.

In den Figuren 4 und 5 ist der Ausschnitt II der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer modifizierten Ausführung dargestellt. Der Steuerdruckraum 152 weist dabei einen im Durchmesser verringerten Fortsatz 154 auf, in den der Kanal 62 als Verbindung zum Pumpenarbeitsraum 22 und der Kanal 64 als Verbindung zum Entlastungsraum 24 münden. Der Fortsatz 154 ist zumindest annähernd koaxial zum Steuerkolben 150 angeordnet. Am Übergang vom Steuerdruckraum 152 zum Fortsatz 154 ist durch die Durchmesserverringerung eine ringförmige Begrenzung 153 des Steuerdruckraums 152 gebildet. Die Begrenzung 153 verläuft quer, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 49 des Steuerkolbens 150, ist eben ausgebildet und bildet einen Flachsitz 157. Am Steuerkolben 150 steht von dessen Stirnseite zur Begrenzung 153 hin ein ringförmiger Ansatz 158 ab, an dessen Stirnseite eine ringförmige Dichtfläche 159 gebildet ist. Wenn sich das Einspritzventilglied 28 in seiner geschlossenen Stellung und der Steuerkolben 150 in der entsprechenden Stellung gemäß Figur 4 befinden, so ist der Steuerkolben 150 mit seiner Dichtfläche 159 mit Abstand vom Sitz 157 an der Begrenzung 153 angeordnet und die gesamte Stirnfläche des Steuerkolbens 150 ist von dem im Steuerdruckraum 152 herrschenden Druck beaufschlagt. Wenn sich das Einspritzventilglied 28 in seiner geöffneten Stellung und der Steuerkolben 150 in der entsprechenden Stellung gemäß Figur 5 befinden, so liegt der Steuerkolben 150 mit seiner Dichtfläche 159 am Sitz 157 an. Der außerhalb der Dichtfläche 159 liegende Teil des Steuerdruckraums 152 ist dann vom Fortsatz 154 getrennt, so daß der Teil 152 des Steuerdruckraums keine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum 22 mehr aufweist. Der Teil 152 des Steuerdruckraums ist dabei druckentlastet und mit einem Entlastungsraum 24 verbunden, beispielsweise über einen zwischen dem Steuerkolben 150 und der Bohrung 48 vorhandenen Spalt 155, der eine Drosselstelle bildet, oder über eine separate Verbindung, in der eine Drosselstelle vorgesehen ist. Von dem im Fortsatz 154 des Steuerdruckraums herrschenden Druck ist nur noch der innerhalb der ringförmigen Dichtfläche 159 liegende Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens 150 beaufschlagt.

Die Ausbildung des Steuerkolbens 50 mit dem Ansatz 58 mit der kegelförmigen Dichtfläche 59 gemäß den Figuren 2 und 3 kann auch bei der Ausführung gemäß den Figuren 4 und 5 anstelle des dort vorgesehenen ringförmigen Ansatzes 158 verwendet werden. Ebenso kann die Ausbildung des Steuerkolbens 150 mit dem ringförmigen Ansatz 158 und der ringförmigen Dichtfläche 159 gemäß den Figuren 4 und 5 auch bei der Ausführung gemäß den Figuren 2 und 3 anstelle des dort vorgesehenen Ansatzes 58 verwendet werden. Der wesentliche Unterschied zwischen der Ausführung gemäß Figur 2 und 3 gegenüber der Ausführung gemäß Figur 4 und 5 ist der, daß bei der Ausführung gemäß Figur 2 und 3 bei sich in seiner geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied 28 ein den Sitz 57 umgebender ringförmiger Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens 50 vom im Steuerdruckraum 52 herrschenden Druck beaufschlagt ist, während bei der Ausführung gemäß Figur 4 und 5 bei sich in seiner geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied 28 ein innerhalb des Sitzes 157 liegender Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens 150 von dem im Fortsatz 154 des Steuerdruckraums 52 herrschenden Druck beaufschlagt ist.

Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. In Figur 6 ist der Verlauf des Druckes p an den Einspritzöffnungen 32 des Kraftstoffeinspritzventils 12 über der Zeit t während einem Einspritzzyklus dargestellt. 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 68 durch die Steuereinrichtung 72 geschlossen wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Durch die Steuereinrichtung 72 wird außerdem das zweite Steuerventil 70 geöffnet, so daß der Steuerdruckraum 52 bzw. 152 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist. In diesem Fall kann sich im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 kein Hochdruck aufbauen, da dieser zum Entlastungsraum 24 hin entlastet ist. Aus dem Pumpenarbeitsraum 22 kann jedoch eine geringe Kraftstoffmenge über die Drosselstellen 63 und 71 zum Entlastungsraum 24 abströmen, so daß sich im Pumpenarbeitsraum 22 nicht der volle Hochdruck aufbauen kann, wie er sich bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70 aufbauen würde. 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 50 bzw. 150 durch den im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 wirkenden Restdruck wirkenden Druckkraft, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei. Das Einspritzventilglied 28 öffnet dabei nur mit einem Teilhub, so daß der Steuerkolben 50 bzw. 150 mit seiner Dichtfläche 59 bzw. 159 nicht am Sitz 57 bzw. 157 zur Anlage kommt. Auf die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 wirkt nur ein relativ geringer Druck in Öffnungsrichtung 29 und die gesamte Stirnfläche des Steuerkolbens 50 bzw. 150 ist von dem im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 herrschenden Druck beaufschlagt. Zur Beendigung der Voreinspritzung wird durch die Steuereinrichtung das zweite Steuerventil 70 geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 52 bzw. 152 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Das erste Steuerventil 68 bleibt in seiner geschlossenen Stellung. Im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 baut sich dabei Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, so daß auf den Steuerkolben 50 bzw. 150 eine große Druckkraft in Schließrichtung wirkt. Da infolge des Teilhubs des Einspritzventilglieds 28 auf dieses nur eine geringe Kraft in Öffnungsrichtung 29 wirkt, die geringer ist als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der Druckkraft auf den Steuerkolben 50 bzw. 150 schließt das Kraftstoffeinspritzventil 12. Die Voreinspritzung entspricht einer in Figur 6 mit I bezeichneten Einspritzphase.

Für eine nachfolgende Haupteinspritzung, die einer in Figur 6 mit II bezeichneten Einspritzphase entspricht, wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 geöffnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet dann infolge der reduzierten Druckkraft auf den Steuerkolben 50 bzw. 150 und das Einspritzventilglied 28 bewegt sich über seinen maximalen Öffnungshub bis der Steuerkolben 50 bzw. 150 mit seiner Dichtfläche 59 bzw. 159 am Sitz 57 bzw. 157 zur Anlage kommt. Der Sitz 57 bzw. 157 bildet somit auch einen Anschlag zur Begrenzung des Hubs des Steuerkolbens 50 bzw. 150 und damit der Öffnungshubbewegung des Einspritzventilglieds 28. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seinem maximalen Öffnungshub geöffnet ist, so kann durch die Steuereinrichtung 72 das zweite Steuerventil 70 geschlossen werden, so daß der Steuerdruckraum 52 bzw. 152 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Dann baut sich zwar im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, jedoch ist die Summe der Druckkraft auf den Steuerkolben 50 bzw. 150 und der Kraft der Schließfeder 44 erzeugte Kraft in Schließrichtung infolge der geringen druckbeaufschlagten Stirnfläche des Steuerkolbens 50 bzw. 150 geringer als die durch den auf die Druckschulter 42 und die Stirnfläche des mit maximalen Hub geöffneten Einspritzventilglieds erzeugte Kraft in Öffnungsrichtung 29, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 geöffnet bleibt. Solange das zweite Steuerventil 70 noch geöffnet ist, erfolgt die Kraftstoffeinspritzung mit einem reduzierten Druck, da eine geringe Kraftstoffmenge aus dem Pumpenarbeitsraum 22 über das geöffnete Steuerventil 70 zum Entlastungsraum 24 abströmt. Wenn das zweite Steuerventil 70 geschlossen wird, so kann aus dem Pumpenarbeitsraum 22 kein Kraftstoff mehr abströmen, so daß die Kraftstoffeinspritzung mit einem höheren Druck erfolgt, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Der Zeitpunkt, zu dem das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 geschlossen wird, wird vorzugsweise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variiert, insbesondere abhängig von der Drehzahl. Es kann dabei vorgesehen sein, daß bei niedriger Drehzahl das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 zu einem frühen Zeitpunkt geschlossen wird und mit zunehmender Drehzahl das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen wird. Hierdurch kann bei hohen Drehzahlen der maximale Druck bei der Kraftstoffeinspritzung begrenzt werden.

Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das erste Steuerventil 68 durch die Steuereinrichtung 72 in seine geöffnete Schaltstellung gebracht, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist und auf das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 nur noch eine geringe Druckkraft wirkt und das Kraftstoffeinspritzventil 12 bedingt durch die Kraft der Schließfeder 44 und die durch den im Steuerdruckraum 52 bzw. 152 herrschenden Restdruck erzeugte Kraft, der nach Abheben des Steuerkolbens 50 bzw. 150 mit seiner Dichtfläche 59 bzw. 159 vom Sitz 57 bzw. 157 wieder auf die gesamte Stirnfläche des Steuerkolbens 50 bzw. 150 wirkt, schließt. Das zweite Steuerventil 70 kann sich zur Beendigung der Haupteinspritzung in seiner geöffneten oder geschlossenen Stellung befinden.

Claims

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 einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten Steuerventil (68), durch das eine Verbindung (66) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird und mit einem zweiten Steuerventil (70), durch das eine Verbindung (64) eines Steuerdruckraums (52,54;152,154) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei der Steuerdruckraum (52,54;152,154) durch einen Steuerkolben (50;150) begrenzt wird, der vom im Steuerdruckraum (52 ,54;152,154) herrschenden Druck beaufschlagt in einer Schließrichtung auf das Einspritzventilglied (28) wirkt und der zusammen mit dem Einspritzventilglied (28) bewegbar ist, wobei der Steuerdruckraum (52,54;152,154) eine Verbindung (62) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Hubstellung des Steuerkolbens (50;150) bei sich in seiner geschlossenen Stellung befindendem Einspritzventilglied (28) eine größere Stirnfläche des Steuerkolbens (50;150) von dem im Steuerdruckraum (52,54;152,154) herrschenden Druck beaufschlagt ist als in einer Hubstellung des Steuerkolbens (50;150) bei sich in seiner mit maximalem Hub geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied (28).
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hubstellung des Steuerkolbens (50;150) bei sich in seiner mit maximalem Hub geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied (28) ein Teil (54;152) des Steuerdruckraums vom übrigen Steuerdruckraum (52;154) getrennt wird, so daß nur noch der den übrigen Steuerdruckraum (52;154) begrenzende Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens (50;150) druckbeaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (50;150) in seiner Hubstellung bei sich in seiner mit maximalem Hub geöffneten Stellung befindendem Einspritzventilglied (28) an einem Sitz (57;157) zur Anlage kommt, wodurch der Teil des Steuerdruckraums (54;152) vom übrigen Steuerdruckraum (52;154) getrennt wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (50;150) an seiner Stirnseite einen Ansatz (58;158) mit einer Dichtfläche (59;159) aufweist, mit der der Steuerkolben (50;150) an dem an einer diesem stirnseitig gegenüberliegenden Begrenzung (53;153) des Steuerdruckraums (52;152) angeordneten Sitz (57;157) zur Anlage kommt und daß durch die am Sitz (57;157) anliegende Dichtfläche (59;159) des Steuerkolbens (50;150) der Teil des Steuerdruckraums (54;152) vom übrigen Steuerdruckraum (52;154) getrennt wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (62,64) des Steuerdruckraums (52,54) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) und dem Entlastungsraum (24) in den Steuerdruckraum (52,54) außerhalb des Sitzes (57) münden, so daß bei mit seiner Dichtfläche (59) am Sitz (57) anliegendem Steuerkolben (50) der innerhalb der Dichtfläche (59) liegende Teil (54) des Steuerdruckraums von den Verbindungen (62,64) getrennt ist und nur noch ein die Dichtfläche (59) umgebender ringförmiger Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens (50) von dem im übrigen Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck beaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Sitzes (57) vom Steuerdruckraum (52,54) eine weitere Verbindung (55) zu einem Entlastungsraum (24) abführt, in der vorzugsweise eine Drosselstelle (56) angeordnet ist und über die bei mit seiner Dichtfläche (59) am Sitz (57) anliegendem Steuerkolben (50) der innerhalb der Dichtfläche (59) liegende Teil (54) des Steuerdruckraums druckentlastet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (62,64) des Steuerdruckraums (152,154) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) und dem Entlastungsraum (24) in den Steuerdruckraum (152,154) innerhalb des Sitzes (157) münden, so daß bei mit seiner Dichtfläche (159) am Sitz (157) anliegendem Steuerkolben (150) der die Dichtfläche (159) umgebende Teil (152) des Steuerdruckraums von den Verbindungen (62,64) getrennt ist und nur noch ein innerhalb der Dichtfläche (159) liegender Teil der Stirnfläche des Steuerkolbens (150) von dem im übrigen Steuerdruckraum (154) herrschenden Druck beaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der übrige Steuerdruckraum (152) eine Verbindung (155) mit einem Entlastungsraum (24) aufweist, in der vorzugsweise eine Drosselstelle angeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Begrenzung (53) des Steuerdruckraums (52) eine Vertiefung (54) als Teil des Steuerdruckraums ausgebildet ist, in die der Ansatz (58) des Steuerkolbens (50) eintaucht und an deren Rand der Sitz (57) gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (157) an der quer zur Längsachse (49) des Steuerkolbens (150) angeordneten Begrenzung (153) des Steuerdruckraums (152) als Flachsitz (157) ausgebildet ist.