EP1502023A1

EP1502023A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1502023A1
Application number: EP03714637A
Authority: EP
Inventors: Peter Boehland; Sebastian Kanne; Godehard Nentwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2005-02-02
Also published as: JP2005524019A; DE10218219A1; US20040216720A1; WO2003091568A1

Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, wobei das Kraftstoffeinspritzventil mindestens ein Ventilelement (35) zum Verschliessen mindestens einen Einspritzöffnung aufweist, wobei die Steuerung des Ventilelements über ein servohydraulisches Ventil (131) erfolgt, wobei das servohydraulische Ventil einen beweglich gelagerten Steuerkolben (123) aufweist, wobei der Steuerkolben einen Steuerraum (116) von einem Hochdruckraum (120) trennt, so dass in Abhängigkeit von der Befüllung des Steuerraums (116) der Steuerkolben (123) in einer ersten Stellung einen ersten Anschluss (125) des Hochdruckraums von einem zweiten Arischluss (127) des Hochdruckraums trennt und in einer zweiten Stellung der erste Anschluss mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, so dass das Ventilelement (35) entsprechend der Stellung des Steuerkolbens (123) gesteuert werden kann, wobei Mittel (150, 154) vorgesehen sind, um den in zumindest einem der Teilbereiche (117, 119) des Steueraums (116) herrschenden Kraftstoffdruck für die Steuerung eines weiteren beweglichen Elements (37) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwenden zu können.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Kraftstoffeinspritzventil nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 41 15 477 AI ist bereits eine derartige Einrichtung bekannt, bei der jedoch für eine zweiteilige Ventilnadel zwei separat elektrisch ansteuerbare Stellelemente benötigt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur ein elektrischer Aktor benötigt wird, um zwei bewegliche Elemente der Einrichtung zu steuern. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, daß ein bereits vorhandener Steuerraumdruck eines servohydraulisehen Ventils genutzt werden kann, um eine zusätzliche Schaltfunktion ohne den Einsatz eines zusätzlichen elektrischen Aktors kostengünstig bereitzustellen. Dabei können in vorteilhafter Weise für diesen zusätzlichen Aktor mindestens zwei Schaltstellungen in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens vorgesehen sein. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine aus der am 22.11.2000 eingereichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10058130.7 bekannte

Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit zwei separat elektrisch ansteuerbaren Steuerventilen,

Figur 2 ein Detail der genannten bekannten Einrichtung,

Figur 3 ein Detail eines ersten Ausführungsbeispiels ,

Figur 4 ein Detail eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Figur 5 ein Detail eines dritten Ausführungsbeispiels,

Figur 6 ein Detail eines vierten Ausführungsbeispiels und

Figur 7 ein Detail eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen schematisch dargestellt, wobei ein

Kraftstoffeinspritzventil 15 im Längsschnitt gezeigt ist und die übrigen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems in sche atischer Darstellung. Aus einem Kraftstoffbehälter 1 wird über eine Kraftstoffleitung 3 Kraftstoff einer Hochdruckpumpe 5 zugeführt und von dieser über die Kraftstoffleitung 3 weiter einem Hochdrucksammeiraum (Common Rail) 7 zugeführt. Durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Regeleinrichtung ist sichergestellt, daß im Hochdrucksammeiraum 7 stets ein vorgegebenes hohes Kraftstoffdruckniveau aufrechterhalten bleibt. Vom Hochdrucksammeiraum 7 führen Hochdruckleitungen 9 ab, die jeweils mit einem Kraftstoffeinspritzventil 15 verbindbar sind. Von diesen Kraftstoffeinspritzventilen 15 ist in der Figur 1 nur eines gezeigt. Die Hochdruckleitung 9 ist mit einem Hochdruckventil 11 verbunden, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Vom Hochdruckventil 11 führt die

Hochdruckleitung 9 weiter zum Kraftstoffeinspritzventil 15. Das Kraftstoffeinspritzventil 15 weist ein Gehäuse 16 auf, das aus einem Ventilhaltekörper 17, einer Zwischenscheibe 20 und einem Ventilkörper 22 besteht, wobei der Ventilkörper 22 unter Zwischenlage der Zwischenscheibe 20 mittels einer

Spannmutter 25 in axialer Richtung gegen den Ventilhaltekörper 17 verspannt ist. Im Ventilkörper 22 ist eine Bohrung 30 ausgebildet, in der eine Ventilnadel in Form einer Hohlnadel 35 längsverschiebbar geführt ist. Am brennraumseitigen Ende der Bohrung 30 ist ein Ventilsitz 46 ausgebildet, in dem zwei in axialer Richtung zueinander versetzte Reihen von Einspritzöffnungen 41, 42 ausgebildet sind. Eine Reihe von Einspritzöffnungen 41, 42 besteht hierbei aus mehreren Einspritzöffnungen, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ventilkörpers 22 verteilt angeordnet sind. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes 46. Die Hohlnadel 35 ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 30 dichtend geführt und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 39, die als Druckfläche dient. Am brennraumseitigen Ende geht die Hohlnadel 35 in eine äußere Dichtfläche 45 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist, so daß am Übergang der Außenmantelfläche der Hohlnadel 35 zur Dichtfläche 45 eine äußere Dichtkante 43 ausgebildet ist, die in Schließstellung der Hohlnadel 35 am Ventilsitz 46 anliegt. Auf Höhe der Druckschulter 39 ist durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 ein Druckraum 32 im Ventilkörper 22 ausgebildet, der sich, die Hohlnadel 35 umgebend, bis zum Ventilsitz 46 fortsetzt. Der Druckraum 32 ist über einen im Ventilkörper 22, der Zwischenscheibe 20 und dem Ventilhaltekörper 17 verlaufenden Zulauf anal 18 über die Hochdruckleitung 9 mit dem Hochdrucksammeiraum 7 verbindbar. Die erste Reihe der Einspritzöffnungen 41 im Ventilsitz 46 ist so angeordnet, daß die Dichtkante 43 der Hohlnadel 35 die erste Reihe der Einspritzöffnungen 41 gegen den Druckraum 32 abdichtet, so daß bei Anlage der Hohlnadel 35 am Ventilsitz 46 keine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.

An ihrem brennraumabgewandten Ende liegt die Hohlnadel 35 an einem Federteller 50 an, der in einer in der Zwischenscheibe 20 ausgebildeten zentralen Öffnung 33 angeordnet ist. Die zentrale Öffnung 33 weist hierbei am Übergang des Ventilkörpers 22 zur Zwischenscheibe 20 einen geringeren Durchmesser auf als die Bohrung 30, so daß an der Zwischenscheibe 20 eine Anschlagschulter gebildet wird, die als Hubanschlag für die Hohlnadel 35 bei deren Öffnungshubbewegung dient. Der Federteller 33 ragt bis in einen im Ventilhaltekörper 17 ausgebildeten Federraum 52, in dem eine Schließfeder 55 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Die Schließfeder 55 stützt sich hierbei brennraumabgewandt an einem Stützring 57 ab und mit ihrem brennraumzugewandten Ende am Federteller 50, so daß durch die Vorspannung der Schließfeder 55 eine Schließkraft auf die Hohlnadel 35 in Richtung auf den Ventilsitz 46 ausgeübt wird. Der Federraum 52 weist einen Leckageanschluß 53 auf, an den eine Leckageleitung 65 angeschlossen ist, so daß der Federraum 52 stets mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden und damit drucklos ist.

In der Hohlnadel 35 ist eine Ventilnadel in Form einer Innennadel 37 längsverschiebbar geführt, die an ihrem brennrau zugewandten Ende eine konische Druckfläche 48 aufweist, die von einer Dichtkante 44 begrenzt wird. In Schließstellung der Innennadel 37 liegt die Dichtkante 44 am Ventilsitz 46 an und verschließt so die zweite Reihe der Einspritzöffnungen 42 gegen den Druckraum 32. Die Innennadel 37 geht an ihrem brennraumabgewandten Ende in eine Kolbenstange 61 über, die durch den Federteller 50 und den Federraum 52 bis in einen brennraumabgewandt zum Federraum 52 im Ventilhaltekörper 17 ausgebildeten Steuerraum 62 ragt. Im Steuerraum 62 ist ein Kolben 60 verschiebbar angeordnet, der dichtend im Steuerraum 62 geführt ist und becherförmig ausgeführt ist. Der Kolben 60 ist mit der Kolbenstange 61 verbunden, so daß er sich synchron mit der Innennadel 37 in Längsrichtung bewegt. Im Steuerraum 62 ist eine Schließfeder 64 angeordnet, die eine Druckvorspannung aufweist und die Innennadel 37 zusätzlich zu der hydraulischen Kraft, die durch den im Steuerraum 62 herrschenden Druck erzeugt wird, in Schließrichtung beaufschlagt.

Das Kraftstoffeinspritzsystem weist darüber hinaus einen Niederdrucksammeiraum 72 auf, in dem ein vorgegebenes Kraftstoffdruckniveau aufrechterhalten wird, das deutlich unter dem Kraftstoffdruckniveau des Hochdrucksamelraums 7 liegt. Beispielsweise herrscht im Niederdrucksammeiraum 72 ein Druck von höchstens etwa einem Fünftel des Drucks im Hochdrucksammelraum 7, der mehr als 100 MPa betragen kann. Von jedem Hochdruckventil 11 führt eine Absteuerleitung 70 in den Niederdrucksammelraum 72, so daß das Hochdruckventil 11 als 3/2-Wegeventil die Hochdruckleitung 9 vom Hochdrucksammelraum 7, die Hochdruckleitung 9 zum

Kraftstoffeinspritzventil 15 und die Absteuerleitung 70 miteinander verbindet beziehungsweise trennt. Das Hochdruckventil 11 kann in zwei Schaltstellungen gefahren werden. In der ersten Stellung, die in Figur 1 dargestellt ist, verbindet das Hochdruckventil 11 die vom Druckraum 32 des Kraftstoffeinspritzventils 15 kommende Hochdruckleitung 9 mit der Absteuerleitung 70, während die Verbindung zum Hochdrucksammelraum 7 verschlossen wird. In der zweiten Stellung des Hochdruckventils 11 wird der Hochdrucksammelraum 7 über die Hochdruckleitung 9 mit dem Druckraum 32 des Kraftstoffeinspritzventils 15 verbunden, während die Absteuerleitung 70 verschlossen wird. Die erste Stellung des Hochdruckventils 11 entspricht der Stellung, in der kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, während die zweite Stellung während der Einspritzung von Kraftstoff geschaltet wird.

Der Niederdrucksammelraum 72 ist über eine Leckageleitung 76 mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden, wobei in der Leckageleitung 76 ein Druckhalteventil 74 angeordnet ist, so daß im Niederdrucksammelraum 72 stets ein vorgegebenes Kraftstoffdruckniveau aufrechterhalten wird. Vom Niederdrucksammelraum 72 führt eine Steuerleitung 80 zu einem Niederdruckventil 78, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Nach dem Niederdruckventil 78 teilt sich die Steuerleitung 80 entsprechend der Anzahl der

Kraftstoffeinspritzventile und mündet in den Steuerraum 62 des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventils 15. Ins Niederdruckventil 78 mündet darüber hinaus eine Leckageleitung 82, die mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden ist. In der ersten Stellung des Niederdruckventils 78, welche in der Figur 1 dargestellt ist, wird die vom Steuerraum 62 kommende Steuerleitung 80 mit der Leckageleitung 82 verbunden, während die vom Niederdrucksammelraum 72 kommende Steuerleitung 80 verschlossen wird. Hierdurch wird der Steuerraum 62 mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden und damit drucklos geschaltet. In der zweiten Stellung des Niederdruckventils 78 wird der Niederdrucksammelraum 72 mit dem Steuerraum 62 über die Steuerleitung 80 verbunden, während die Leckageleitung 82 verschlossen wird. Hierdurch liegt im Steuerraum 62 der Kraftstoffdruck des Niederdrucksammeiraums 72 an. Für jedes Kraftstoffeinspritzventil 15 muß in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ein Hochdruckventil 11 vorhanden sein, jedoch ist für die gesamte Kraftstoffeinspritzeinrichtung nur ein Niederdruckventil 78 nötig.

Das Kraftstoffeinspritzsystem arbeitet wie folgt: Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine wird nur relativ wenig Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Bei gegebenem Einspritzdruck soll somit nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts aufgesteuert werden. Hierzu wird das Niederdruckventil 78 in die zweite Position gefahren, so daß der Niederdrucksammelraum 72 mit dem Steuerraum 62 sämtlicher Kraftstoffeinspritzventile 15 verbunden ist, so daß eine hydraulische Kraft auf den Kolben 60 ausgeübt wird und die Kolbenstange 61 und damit die

Innennadel 37 in Schließstellung gepreßt wird. Zu Beginn der Einspritzung wird das Hochdruckventil 11 in die zweite Position gefahren, so daß der Hochdrucksammelraum 7 über die Hochdruckleitung 9 und den Zulaufkanal 18 mit dem Druckraum 32 verbunden wird. Dadurch fließt Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum 32 und übt eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39 der Hohlnadel 35 aus. Sobald diese hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39 die Kraft der Schließfeder 55 übersteigt, bewegt sich die Hohlnadel 35 vom Ventilsitz 46 weg und hebt mit der Dichtkante 43 vom

Ventilsitz 46 ab. Hierdurch wird der Druckraum 32 mit der ersten Reihe der Einspritzöffnungen 41 verbunden und Kraftstoff wird durch diese in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Da jetzt auch die Druckfläche 48 mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, ergibt sich auch eine hydraulische Kraft auf die Innennadel 37 in Öffnungsrichtung. Jedoch wird diese hydraulische Kraft durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 62 kompensiert, so daß die Innennadel 37 in Schließstellung verharrt. Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Hochdruckventil 11 in die erste Position zurückgefahren, so daß die Verbindung zum Hochdrucksammelraum 7 unterbrochen wird. Der Druckraum 32 wird nun über den Zulaufkanal 18 und die Hochdruckleitung 9 mit der Absteuerleitung 70 und damit mit dem Niederdrucksammelraum 72 verbunden. Der Restdruck im Druckraum 32 wird nun in den Niederdrucksammelraum 72 entlastet, so daß sich ein Absteuerstrom in den Niederdruckraum 72 ergibt, der dort den Kraftstoffdruck erhöht. Sobald der Kraftstoffdruck im Niederdrucksammelraum 72 ein vorgegebenes Niveau überschreitet, öffnet das Druckhalteventil 74, und Kraftstoff strömt aus dem

Niederdrucksammelraum 72 in den Kraftstoffbehälter 1 zurück. Durch den jetzt abfallenden Druck im Druckraum 32 vermindert sich auch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39, und bedingt durch die Kraft der Schließfeder 55 wird die Hohlnadel 35 zurück in die Schließstellung gepreßt und die Einspritzöffnungen 41 wieder verschlossen. Die durch die hohe Druckdifferenz zwischen Druckraum 32 und Federraum 52 auftretenden Leckageströme, die dem Federraum 52 zufließen, werden hierbei über die Leckageleitung 65 abgeführt, so daß im Federraum 52 das Kraftstoffdruckniveau des

Kraftstoffbehälters 1 aufrechterhalten bleibt. Soll die Brennkraftmaschine mit Vollast betrieben werden, so werden beide Reihen von Einspritzöffnungen 41, 42 aufgesteuert . Hierfür wird das Niederdruckventil 78 in die erste Stellung geschaltet, so daß der Steuerraum 62 nun über die

Steuerleitung 80 und die Leckageleitung 82 druckentlastet ist. Der erste Teil der Einspritzung folgt wie oben beschrieben im Teillastbetrieb, jedoch wird nun, nachdem die Hohlnadel 35 in ÖffnungsStellung gefahren ist, durch Druckbeaufschlagung der Druckfläche 48 auch die Innennadel 37 in Öffnungsstellung gefahren, so daß auch die zweite Reihe Einspritzöffnungen 42 freigegeben werden und Kraftstoff aus dem Druckraum 32 durch den gesamten Einspritzquerschnitt eingespritzt wird. In dieser Betriebsart wirkt auf die Innennadel 37 nur die Kraft der Schließfeder 64, so daß der hydraulische Druck auf die

Druckfläche 48 für eine Öffnungshubbewegung nun ausreicht. Das Ende der Einspritzung erfolgt wie oben beschrieben durch das Schalten des Hochdruckventils 11.

Figur 3 zeigt eine in einem dem Ventilgehäuse 16 in Figur 1 entsprechenden Ventilgehäuse 101 integrierbare Steuerventilanordnung, die erfindungsgemäß zum Ersatz der zwei separaten elektrisch ansteuerbaren Steuerventile 11 und 78 dienen kann, wobei dann jedem Brennraum bzw. jedem Injektor ein separates Ventil zur Ansteuerung der jeweiligen Innennadel zugeordnet wird. Hierbei ist servohydraulisches 3/2-Wege-Ventil 131 mit einem beweglich gelagerten Steuerkolben 123 vorgesehen, der einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum 116 von einem Hochdruckraum 120 trennt. Der Steueraum weist einen ersten Teilbereich 117 auf, der über eine Ablaufdrossel 113 und eine Verbindungsleitung 110 entleerbar ist, wobei in der Verbindungsleitung 110 ein beispielsweise elektrisch ansteuerbares Piezo- oder Magnetventil 111 angeordnet ist. Der Steuerkolben 123 ist zylindrisch ausgeführt und kann sich in einer Bohrung des Ventilgehäuses 101 bewegen, wobei er durch die Wandung 122 der Bohrung geführt wird. Jenseits des Steuerraums 116 geht der Steuerkolben in einen durchmesserkleineren Bereich über, wodurch zwischen der Wandung 122 und dem Steuerkolben der Hochdruckraum 120 gebildet wird, der mit einer Verbindungsleitung 125 in Verbindung steht. Der Hochdruckraum 120 ist in jeder Stellung des Steuerkolbens mit einem zweiten Teilbereich 119 des Steuerraums 116 über eine im Steuerkolben 123 in Form einer Bohrung integrierte Zulaufdrossel 115 verbunden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich 117 beziehungsweise 119 des Steuerraums 116 befindet sich eine als Hubanschlag 121 für den Steuerkolben dienende Wandung, - die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Steuerkolbens angeordnet ist. Der Hochdruckraum 120 erstreckt sich über eine konische Verjüngung der Bohrung im Ventilgehäuse 101. Eine entsprechende konische Verjüngung weist auch der Steuerkolben 123 auf, wobei der Steuerkolben und die Wandung 122 im Bereich der konischen Verjüngungen einen ersten Dichtbereich 133 bilden, so daß ein jenseits der konischen Verjüngung angeordneter Teilbereich des Hochdruckraums , der an eine Verbindungsleitung 127 angeschlossen ist, von dem mit der Leitung 125 verbundenen Teil des Hochdruckraums abgetrennt werden kann; der Dichtbereich 133 ist also als Sitzventil ausgebildet. Jenseits des Dichtbereichs 133 geht der Steuerkolben am dem Steuerraum abgewandten Ende wieder in einen durchmessergrößeren Bereich über, ebenso öffnet sich der mit der Leitung 127 verbundene Teil des Hochdruckraums in einen durchmessergrößeren Bereich, der mit einer Rücklaufleitung 129 verbunden ist. Dabei sind die Durchmesser von Wandung und Steuerkolben im Bereich des

Übergangs, dem zweiten Dichtbereich 135, so ausgebildet, daß daß der Steuerkolben 123 in dem zweiten Dichtbereich 135 als Schieberventil wirken kann, um wahlweise die Leitung 127 mit der Leitung 129 zu verbinden oder sie von ihr zu trennen. Der Steuerkolben 123 weist ferner eine zentrale parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens angeordnete Bohrung 150 auf, die zum Steuerraum hin in eine durchmessergrößere zentrische Vertiefung 151 übergeht, deren Raum Teil des ersten Teilbereichs 117 des Steuerraums 116 ist. In der zentralen Bohrung 150 ist eine Steuerstange 152 bis auf

Leckageverluste flüssigkeitsdicht und beweglich gelagert. Die Steuerstange wird von einem im ersten Teilbereich des Steuerraums herrschenden Kraftstof druck beaufschlagt und überträgt diesen auf den zweiten Steuerkolben 154 eines zweiten 3/2-Wege-Steuerventils 137, welches ebenfalls im Gehäuse 101 integriert ist. Es weist einen dritten Dichtbereich 139 und einen vierten Dichtbereich 141 auf, wobei der Dichtbereich 139 analog zum Dichtbereich 135 als Schieberventil und der Dichtbereich 141 analog zum Dichtbereich 133 als Sitzventil ausgebildet ist, so daß die zwischen den beiden Dichtbereichen 139 und 141 angeordnete Verbindungsleitung 156 mit der weiteren Rücklaufleitung 158 oder mit der Verbindungsleitung 160 verbunden beziehungsweise von der jeweiligen Leitung 158 bzw. 160 getrennt werden kann.

Wird die im letzten Abschnitt beschriebene Ventilanordnung als Ersatz für die separaten Ventile 11 und 78 (siehe Figur 1) verwendet, so übernimmt das servohydraulisehe Ventil 131 die Funktion des Ventils 11. Dementsprechend führt die Verbindungsleitung 125 (als Leitung 9 in Figur 1) zum Hochdrucksammelraum 7 und die Verbindungsleitung 127 (ebenfalls in Figur 1 als Leitung 9 bezeichnet) zum Druckraum 32 des Injektors. Die Rücklaufleitung 129 entspricht der Leitung 70 in Figur 1 und führt zum Niederdrucksammelraum 72. Das Ventil 78 wird durch das über die Steuerstange 152 ansteuerbare zweite Steuerventil 137 ersetzt. Die Rücklaufleitung 158 entspricht hier der Leitung 82 in Figur 1, die Verbindungsleitung 156 der Leitung 80 zum Steuerraum 62 des Injektors und die Verbindungsleitung 160 der Leitung 80 vom Niederdrucksammelraum 72. Im abgebildeten Zustand ist der Druckraum 32 des Injektors mit dem Rücklauf verbunden, während der Kraftstoffhochdruck des Hochdrucksammeiraums, der an der Verbindungsleitung 125 anliegt, von ihm abgekoppelt ist. Über die Zulaufdrossel 115 liegt bei geschlossenem Magnetventil 111 auch im Steuerraum 116 der Kraftstoffdruck des Hochdrucksammeiraums 7 an, und infolge der größeren Steuerkolbenfläche im Steuerraum im Vergleich zum Hochdruckraum 120 liegt der Steuerkolben 123 im ersten Dichtbereich auf der Wandung 122 auf. Das bedeutet, daß die Außennadel 35 des Injektors die

Einspritzöffnungen verschlossen hält. Die Aufsteuerung erfolgt über das System aus Zulaufdrossel , Hubanschlag, Ablaufdrossel und Magnetventil: Wird das Magnetventil geöffnet, sinkt der Druck im Steuerraum 116 ab, da die Zu- und die Ablaufdrossel zusammen als Druckteiler wirken. Hierdurch nimmt die Druckkraft auf der Steuerraumseite des Steuerkolbens ab, und der Steuerkolben bewegt sich in Richtung des Hubanschlags 117, wodurch zum einen die Verbindung zwischen Hochdrucksammelraum und Druckraum 32 geöffnet und zum anderen der Druckraum 32 von der Rücklaufleitung abgetrennt wird. Dadurch steigt der Druck im Druckraum 32 des Injektors an und die Außennadel 35 gibt die Einspritzöffnungen 41 frei . Erreicht hierbei der Steuerkolben 123 den Hubanschlag 121, so wird der Zufluß zur Ablaufdrossel 113 gedrosselt, was ein Ansteigen des Kraftstoffdrucks im zweiten Teilbereich 119 des Steuerraums 116 und ein deutliches Absinken des Drucks im ersten Teilbereich 117 zur Folge hat. Wird das Magnetventil 111 wieder geschlossen, so steigt der Druck in beiden Teilbereichen des Steuerraums 116 an, und der Steuerkolben bewegt sich wieder in die in Figur 3 abgebildete

Ausgangsstellung zurück. Die Innennadel 37 wird über das zweite Steuerventil 137 angesteuert. Ist das Magnetventil 111 geschlossen, liegt im statischen Zustand der Kraftstoffhochdruck des Hochdrucksammeiraums im Bereich der zentrischen Vertiefung 151 an der Stirnseite der

Steuerstange 152 an, wodurch der zweite Steuerkolben 154 in einer solchen Stellung gehalten wird, daß, wie in Figur 3 abgebildet, die Verbindungsleitung 156 und damit der Steuerraum 62 der Innennadel 37 vom Rücklauf getrennt und mit dem Niederdruckraum 72 verbunden ist, so daß die

Innennadel die Einspritzöffnungen 42 verschlossen hält. Wird das Magnetventil 111 geöffnet, sinkt der Druck im Steuerraum 116. Sobald der Steuerkolben 123 den Hubanschlag 121 erreicht hat, wirkt ein schmaler Bereich zwischen dem Hubanschlag und der Stirnseite des Steuerkolbens 123 als Drosselstelle zwischen der Zulaufdrossel 115 und der Ablaufdrossel 113, und der Druck im ersten Teilbereich 117 des Steuerraums sinkt auf einen Minimalwert ab. Der erforderliche Hub zum Öffnen der Verbindung zwischen Rücklauf 158 und der Verbindungsleitung 156 ist so gewählt, daß das zweite Steuerventil 137 im dritten Dichtbereich 139 öffnet und im vierten Dichtbereich 141 schließt, wenn der Steuerkolben 123 den Hubanschlag 121 erreicht. In Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck im Hochdrucksammelraum und in Abhängigkeit von der durch die Zu- und Ablaufdrosseln 115 hervorgerufenen Druckteilung erfolgt also eine Öffnung der Innennadel 37 eine bestimmte Zeit nach der Öffnung der Außennadel 35. Wird das Magnetventil verschlossen, entfernt sich der Steuerkolben wieder vom Hubanschlag 121, der Druck im Raum 151 steigt an, der Steuerkolben 154 schließt den Sitz 139 zum Rücklauf 158, und die Innennadel 37 verschließt die Einspritzöffnungen 42, und kurze Zeit später schließt auch (wie bereits oben beschrieben) die Außennadel.

Alternativ oder ergänzend zu einer definierten Festlegung des Querschnitts der Zu- und Ablaufdrosseln 115 bzw. 113 kann die Zeitdauer zwischen dem Öffnen der Außennadel und dem Öffnen der Innennadel auch dadurch variiert werden, daß das Magnetventil getaktet angesteuert wird, so daß der Steuerkolben keine Zeit hat, bis zum Hubanschlag 121 zu gelangen und so nur die Außennadel die Einspritzöffnungen freigibt, solange eine getaktete Ansteuerung innerhalb des Zeitraums erfolgt, in dem nur die Außennadel Einspritzöffnungen freigeben soll. Die beschriebene Ventilanordnung, bei der der Steuerraumdruck für zwei Ventile verwendet wird, ist auch für andere Zwecke einsetzbar, beispielsweise zum Zu- und Abschalten eines Druckübersetzers mithilfe des zweiten Steuerventils 137.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen alternative Ausführungsbeispiele, bei denen gleiche oder ähnliche Bestandteile wie in Figur 3 mit gleichem Bezugszeichen versehen sind, die nicht nochmals beschrieben werden. Das Ventilgehäuse 101 ist in diesen im Folgenden beschriebenen Figuren der Einfachheit halber weggelassen worden.

Bei der Anordnung nach Figur 4 ist das Steuerventil 137 der Figur 3 durch ein 3/2-Wegeventil 180 ersetzt, bei dem im nicht angesteuerten Schaltzustand die Hochdruckleitung 170 infolge des geschlossenen Sitzventilteils des Ventils 180 von der Anschlußleitung 173 getrennt ist, während eine hydraulische Verbindung zur Rücklaufleitung 175 besteht.

Die Funktionsweise ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Figur 3, nur daß der hochdrucktaugliche Sitzventil-Teil des Steuerventils 180 im nicht-angesteuerten Zustand der Ventilanordnung nicht geöffnet, sondern geschlossen ist.

Figur 5 zeigt eine Ventilanordnung, bei der im Unterschied zur Figur 4 die Übertragung der Druckkraft auf ein zweites Steuerventil nicht über eine Steuerstange, sondern über eine Kraftstoffsäule in der als Verbindungskanal 190 ausgebildeten Bohrung 150 des Steuerkolbens 123 erfolgt. Das zweite Steuerventil ist hierbei als 2/2-Wege-Ventil 192 ausgeführt, wobei der als Sitzventil ausgebildete Dichtbereich 193 des 2/2-Wege-Ventils 192 im nicht angesteuerten Zustand der Ventilanordnung den

Hochdruckanschluß bzw. die Hochdruckleitung 195 von der Anschlußleitung 197 trennt. Der dem Steuerkolben 198 des 2/2 -Ventils vorgelagerte Steuerraum 194 ist mit dem Verbindungskanal 190 in ständiger Verbindung, wobei der Steuerraum 194 vom Steuerkolben 123 begrenzt wird.

Auch hier besteht die Funktionsweise darin, den Druck im Teilbereich 117 des Steuerraums 116 gleichzeitig für ein weiteres Ventil, in diesem Falle für das 2/2 -Ventil 192, zu verwenden . Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das untere, dem Steueraum 116 abgewandte Ende 248 des Steuerkolbens 123 in einen Zwischenraum hineinragt, der auf der anderen Seite von einem Körper 252 begrenzt wird.

Hier kann der Steuerkolben im Zwischenraum seine erforderlichen Steuerbewegungen durchführen; gleichzeitig wird über die sich im Körper 252 fortsetzende Bohrung der Kraftstoffdruck im Steuerraum-Teilbereich 117 auf ein weiteres beliebiges Stellglied übertragen.

So kann in weiteren alternativen Ausführungsformen über die Bohrung 150 der im Teilbereich 117 herrschende Kraftstoffdruck auf ein anderes Steuerventil übertragen werden. Auch andere bewegliche Elemente können über den in der Bohrung des Körpers 252 anliegenden Kraftstoffdruck angesteuert werden, beispielsweise eine Druckübersetzungseinrichtung, ein bewegliches Element zur Einstellung variabler Hubanschläge eines Steuerventils oder ein bewegliches Element zur Übertragung einer zusätzlichen Schließkraft auf das Ventilelement insbesondere zu

Beginn eines Schließvorgangs.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das servohydraulische Ventil statt als 3/2-Wege-Ventil (wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellt) auch als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt sein, sofern die entsprechende Anwendung der Ventilanordnung dies erlaubt.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform bei der das servohydraulische Ventil 131 im Wesentlichen wie in Figur 3 dargestellt ausgeführt ist, bei dem jedoch eine Steuerstange 300 vorgesehen ist, die von einem Führungskörper 302 außerhalb des Ventils 131 geführt wird, so daß die axialen Bewegungen der Steuerstange 300 infolge von Druckvariationen im Steuerraum-Teilbereich 117 auf beliebige weitere bewegliche Elemente übertragen werden können.

Claims

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem

Kraftstoffeinspritzventil, wobei das Kraftstoffeinspritzventil mindestens eine Einspritzöffnung und mindestens ein Ventilelement zum Verschließen der mindestens einen Einspritzöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Ventilelements über ein servohydraulisches Ventil (131) erfolgt, daß das servohydraulische Ventil einen beweglich gelagerten Steuerkolben (123) aufweist, wobei der Steuerkolben einen Steuerraum (116) von einem Hochdruckraum (120) trennt, wobei zumindest ein erster Teilbereich (117) des Steuerraums (116) über eine mit einer Ablaufdrossel (113) versehenen Leitung (110) in jeder Stellung des Steuerkolbens (123) entleerbar ist, und wobei zumindest ein zweiter Teilbereich (119) des

Steuerraums in jeder Stellung des Steuerkolbens über eine Zulaufdrossel (115) mit Kraftstoff befüllbar ist, so daß in Abhängigkeit von der Befüllung des Steuerraums (116) der Steuerkolben (123) in einer ersten Stellung einen ersten Anschluß (125) des Hochdruckraums von einem zweiten Anschluß (127) des Hochdruckraums trennt und in einer zweiten Stellung der erste Anschluß mit dem zweiten Anschluß verbunden ist, so daß das Ventilelement (35) entsprechend der Stellung des Steuerkolbens (123). gesteuert werden kann, wobei Mittel (150, 151, 152, 137; 150, 151, 152, 180; 150, 190, 192; 150, 190, 250, 252; 150, 151, 300, 302) vorgesehen sind, um den in zumindest einem der Teilbereiche (117, 119) des Steueraums (116) herrschenden Kraftstoffdruck für die Steuerung eines weiteren beweglichen Elements (37) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwenden zu können .

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere bewegliche Element ein weiteres Ventilelement (37) des Kraftstoffeinspritzventils ist.

3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Ventilelement eine koaxial zu dem mindestens einen Ventilelement gelagerte Innennadel (37) ist.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Bohrung (150) im Steuerkolben (123) umfassen, über die der in einem der Teilbereiche herrschende Kraftstoffdruck auf ein weiteres Stellglied, insbesondere ein zweites Steuerventil (137) , übertragen werden kann .

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das servohydraulische Ventil ein 3/2-Wege-Ventil (131) ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im ersten Teilbereich

(117) herrschende Druck für die Steuerung des weiteren beweglichen Elements verwendbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufdrossel (115) im Steuerkolben (123) integriert ist.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel ein 3/2-Wege- Ventil (137, 180) oder ein 2/2-Wege-Ventil (192) aufweisen.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das servohydraulische Ventil mit einem Hochdrucksammelraum (7) verbunden ist.

10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mit einem Niederdrucksammelraum (72) verbunden sind.

11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das servohydraulische Ventil ein elektrisch ansteuerbares Ventil (111) aufweist.

12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Ablaufdrossel (113) versehene Leitung (110) mit dem elektrisch ansteuerbaren Ventil verschließbar ist.

13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch ansteuerbare Ventil ein Magnetventil oder ein piezoelektrisch ansteuerbares Ventil ist .

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die Steuerung eines weiteren beweglichen Elements (37) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwenden zu können.

(Figur 3]