EP1520101A1 - Kraftstoffinjektor mit druckübersetzer für mehrfacheinspritzung - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit druckübersetzer für mehrfacheinspritzung

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EP1520101A1
EP1520101A1 EP03720254A EP03720254A EP1520101A1 EP 1520101 A1 EP1520101 A1 EP 1520101A1 EP 03720254 A EP03720254 A EP 03720254A EP 03720254 A EP03720254 A EP 03720254A EP 1520101 A1 EP1520101 A1 EP 1520101A1
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EP
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pressure
chamber
space
injecting fuel
control
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M2200/30—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped
    • F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means

Definitions

  • Fuel injector with pressure intensifier for multiple injection Fuel injector with pressure intensifier for multiple injection
  • Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used to supply the combustion chambers of self-igniting ner internal combustion engines with fuel.
  • accumulator injection systems are also used as fuel injection systems.
  • Accumulator injection systems (common rail) advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the ner internal combustion engine. In order to achieve high specific outputs and to reduce the emissions of the self-igniting internal combustion engine, the highest possible injection pressure is generally required.
  • EP 0 562 046 B1 discloses an actuating and valve arrangement with damping for an electronically controlled injection unit.
  • the actuating and valve arrangement for a hydraulic unit has an electrically excitable electromagnet with a fixed stator and a movable armature.
  • the anchor has a first and a second surface.
  • the first and second surfaces of the armature define first and second cavities, the first surface of the armature facing the stator.
  • a valve is provided which is connected to the armature.
  • the valve is capable of delivering hydraulic actuating fluid to the injector from a sump.
  • a damping fluid can be collected or discharged from one of the cavities of the electromagnet arrangement there.
  • DE 101 23 910.6 relates to a fuel injection device. This is used on an internal combustion engine. The combustion chambers of the internal combustion engine are supplied with fuel via fuel injectors. The fuel injectors are acted upon by a high pressure source; Furthermore, the fuel injection according to DE 101 23 910.6 comprises a pressure intensifier which has a movable pressure intensifier piston which separates a space which can be connected to the high pressure source from a high pressure space connected to the fuel injector. The fuel pressure in the high-pressure chamber can be varied by filling a rear chamber of the pressure booster with fuel or by emptying this rear chamber of fuel.
  • the fuel injector comprises a movable closing piston for opening or closing the injection openings facing the combustion chamber.
  • the closing piston protrudes into a closing pressure chamber so that fuel pressure can be applied to it.
  • a force acting on the closing piston in the closing direction is achieved.
  • the closing pressure space and a further space are formed by a common work space, with all partial areas of the work space being permanently connected to one another for the exchange of fuel.
  • the control losses in the high-pressure fuel system can be kept small in comparison to control via a working area that is temporarily connected to the high-pressure fuel wave. Furthermore, the high-pressure space is relieved of pressure only up to the pressure level of the high-pressure storage space and not up to the leakage pressure level. On the one hand, this improves the hydraulic efficiency, on the other hand, the pressure can be built up more quickly up to the system pressure level, so that the time intervals between the injection phases can be shortened.
  • the fuel injector with pressure intensifier proposed according to the invention allows multiple injections to be carried out in the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine by control sections carried out on a pressure intensifier piston.
  • these enable actuation of the pressure intensifier, i.e. for pressure build-up in a compression room and for pressure relief in a control room, multiple injections at a high pressure level.
  • the use of a 3/2-way valve, which is rather unsuitable for large-scale production of injection components, which can only be manufactured with difficulty and with high costs in the required tolerances, can be avoided.
  • Control sections on a rotationally symmetrical component such as a pressure booster piston can be manufactured more cheaply in terms of the required accuracy;
  • the 2/2-way valve used on the pressure-boosted fuel injector has a relatively simple and trouble-free design.
  • the control sections formed on the pressure booster piston can be made very narrow in terms of their axial length, ie in the stroke direction of the pressure booster piston.
  • the geometry of the control sections enables a further pre-injection phase to be implemented, which, depending on the design of the control sections, can be shorter or longer than a previous first pre-injection phase, to name one example.
  • a further pre-injection phase following a first pre-injection phase by Corresponding design of the control sections, a longer main injection phase into the combustion chamber of the internal combustion engine can be implemented with little effort.
  • the single figure shows the hydraulic circuit diagram of a fuel injector designed according to the invention, in which the working space of an upstream pressure booster can be acted upon by fuel under high pressure via a high-pressure storage space (common rail).
  • the figure shows a device for injecting fuel with a fuel injector, which is preceded by a pressure booster and which can be actuated via a metering valve designed as a 2/2-way valve.
  • a fuel injector 1 according to the hydraulic circuit diagram of a fuel injector 1 shown in FIG. 1, it comprises a high-pressure storage chamber 2, a pressure booster 5 and a metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve.
  • the pressure booster 5 is followed by an injection valve, the injection valve member 34 of which is via a hydraulic chamber 31 and a nozzle chamber 28 can be actuated.
  • a feed line 9 runs from the high-pressure storage space 2 (common rail) and has an inlet 42 to a working space 10 of the pressure booster 5.
  • the pressure intensifier 5 comprises a control space 11.
  • the working space 10 of the pressure intensifier 5 is separated from the control space 11 of the pressure intensifier 5 by a piston 12, which in the embodiment variant according to FIG. 1 has a first partial piston 13 with an enlarged diameter and a second partial piston 14 in reduced diameter compared to the first partial piston 13.
  • the first partial piston 13 and the second partial piston 14 can be designed as separate components; in a modification of the construction of the piston 12 shown in FIG. 1, the first partial piston 13 and the second partial piston 14 can also be formed in one piece.
  • the second sub-piston 14 of the piston 12 within the pressure booster 5 is acted upon by a spring element 17, preferably designed as a spiral spring, which is supported on the one hand on the bottom of the control chamber 11 of the pressure booster 5 and on the other hand on a spring stop 18 in the upper region of the first sub-piston 14.
  • the pressure translator 5 also includes a stop, for example in the form of a support ring 16, for the upper end face of the first partial piston 13 of the piston 12.
  • the control chamber 11 of the pressure booster 5 is connected via a control line 26 to the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve, its switching from the closed position shown in FIG. 1 to the open position relieving the pressure in the control chamber 11 causes in a low pressure side return 8.
  • the metering valve 6, which is designed as a 2/2-way valve can be actuated both as a solenoid valve and as a piezo actuator.
  • the 2/2-way valve can be designed as a servo valve or as a directly acted on valve.
  • the control chamber 11 of the pressure booster is also connected via an overflow line 41 to a compression chamber 15 in the lower region of the pressure booster 5.
  • a connecting line 32 branches off from the compression space 15 of the pressure booster 5, into which the overflow line 41 opens at an outlet point 24, which connects the compression space 15 of the pressure booster 5 to a hydraulic space 31, which acts on an injection valve member 34, which can preferably be embodied as a nozzle needle ,
  • the compression space 15 is connected to the hydraulic space 31 parallel to the connecting line 32 between the hydraulic space 31 and the compression space 15 via a further line which contains a throttle point 30.
  • the compression space 15 is filled via a branch 29, which branches off from the feed line 9 from the high-pressure storage space 2 below a check valve 43 accommodated therein.
  • a fuel feed 27 branches off, which opens into a nozzle space 28.
  • the nozzle space designated by reference numeral 28 is formed within a nozzle body 4 of the fuel injector 1 and surrounds the injection valve member 34 in an annular manner. In the area of the nozzle chamber 28, a pressure shoulder 38 is formed on the outer circumference of the injection valve member 34.
  • the hydraulic space 31 contains a spring element 33 designed as a spiral spring, which is supported on the one hand on the ceiling of the hydraulic space 31 and on the other hand on the end face 35 of the injection valve member 34.
  • a spring element 33 designed as a spiral spring, which is supported on the one hand on the ceiling of the hydraulic space 31 and on the other hand on the end face 35 of the injection valve member 34.
  • an inlet designed as an annular gap 26 runs in the direction of the needle tip 37.
  • a seat of the injection valve member 34 on the combustion chamber side is formed on the needle tip 37 of the injection valve member 34.
  • This seat configured for example as a conical seat on the needle tip 37 of the injection valve member 34, opens or closes injection openings 39 which open into a combustion chamber 7 of a self-igniting internal combustion engine and which act as double Hole rows or simple hole row bores can be formed in a circular shape and via which the fuel atomizes when entering the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine.
  • the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage space 2 is present at the working space 10 of the pressure booster.
  • the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve, is not activated and there is no injection.
  • the pressure present in the high-pressure storage chamber 2 (common rail) is present in the working chamber 10 of the pressure booster 5 at the metering valve 6 via the working chamber 10, a throttle point 40 formed in the first partial piston 13, via the control chamber 11 and the control line 26.
  • the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage chamber 2 is present in the control chamber 11 of the pressure booster 5 via the throttle point 40 formed in the first partial piston 13. Furthermore, the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage chamber 2 is applied via a check valve 43 arranged in the feed line 9 via the fuel inlet 27 in the nozzle chamber 28 of the injector body 4; In the hydraulic space 31 acting on the end face 35 of the injection valve member 34, the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage space 2 is present via the feed line 9, the check valve 43, the inlet 29 to the compression space 15 and the line connection with throttling point 30 branching off from there.
  • the compression chamber 15 of the pressure booster is filled with fuel under high pressure via the inlet 29, which branches off from the feed line 9 behind the check valve 43, as seen in the flow direction of the fuel.
  • a hydraulic closing force is exerted on the end face 35 of the injection valve member 34, which is preferably designed as a nozzle needle.
  • a kend spring force caused by the spring element 33, for example, designed as a spiral spring within the hydraulic space 31 on the end face 35 of the injection valve member 34
  • Pressure shoulder 38 surrounds ring, stand without the injection valve member 34 unintentionally releases the injection openings 35 into the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine by vertical movement in the hydraulic space 31.
  • the pressure booster 5 If the pressure booster 5 is actuated, the pressure prevailing in the compression space 15, in the nozzle space 28 and in the hydraulic space 31 increases, since the pressure prevailing in the control space 11 of the pressure booster 5 drops because the control line 26 by actuating the metering valve 6 with the low-pressure side return 8 is connected and the control volume contained in the control chamber 11 flows out there.
  • this does not yet lead to the opening of the injection valve member 34, which is preferably designed as a nozzle needle, within the nozzle body 4, since the pressure difference between the nozzle chamber 28 and the hydraulic chamber 31 is not yet sufficiently large. Only when the hydraulic space 31 is actively relieved is the injection valve member 34 opened, i.e. retracting its end face 35 into the hydraulic space 31 in the upper region of the nozzle body 4 of the fuel injector 1.
  • control sections 19 and 21 are formed on the side of the second partial piston 14 of the piston facing the compression space 15 of the pressure booster 5.
  • the control sections 19 and 21, as seen in the stroke direction of the first partial piston 14, lie one behind the other in the compression space 15 of the pressure booster 5.
  • a control section 19 is formed on the circumferential surface of the second partial piston 14 in a diameter which is reduced in comparison to the outer diameter of the first partial piston 14 and which extends in a first axial length 19.1 as seen in the stroke direction of the second partial piston 14.
  • the further control section 21 is separated from the control section 19 by a collar.
  • the collar that separates the control section 19 from the further control section 21 is embodied in the first diameter of the first partial piston 14.
  • the axial length 21.1 of the further control section 21 is dimensioned considerably smaller than the axial length 19.1 of the control section 19.
  • the control section 19 is designed as an annular space
  • the further control section 21 is configured, for example, as an annular groove in comparison to the control section 19.
  • the control section 19 is delimited on the collar on the first partial piston 14 by a control edge 20 while. on the opposite side of the collar on the outer circumference of the first piston part 14, a second control edge 22 limits the further control portion 21.
  • control sections 19 and 21 can also be formed one after the other, corresponding to the intended travel path of the first partial piston 14 when it plunges into the compression space 15 of the pressure booster 5, corresponding to one Number of injection processes to be carried out in the combustion chamber 7 as part of a multiple injection.
  • the mouths 24 of the overflow line 41 to the control chamber 11 of the pressure booster 5 and the branch point 25 of the connecting line 32 of the compression chamber 15 with the hydraulic chamber 31 are opposite one another.
  • the active relief of the hydraulic space 31 in the nozzle body 4 of the fuel injector takes place by an immersion movement of the first partial piston 14 into the compression space 15.
  • the further control section 21 which can be designed as an annular groove, connects a cross - Cut between the hydraulic space 31 and the connecting line 32 on the one hand with the overflow line 41 into the control chamber 11, the control line 26 to the low-pressure side return 8 on the other hand.
  • the hydraulic space 31 can thus be placed at low pressure, so that the force acting on the end face 35 of the injection valve member 34 decreases, so that the injection valve member 34 can no longer be held in its closed position.
  • the injection valve member 34 Due to the hydraulic force present in the nozzle chamber 28, which acts on the pressure shoulder 38 of the injection valve member 34, the injection valve member 34 opens and opens the injection openings 39 into the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine. From the start, the injection pressure is higher than the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage space 2 (rail pressure). A high injection pressure has a favorable effect on reducing the emissions of a self-igniting internal combustion engine and on achieving high specific outputs. This is the best way to convert the energy inherent in the fuel.
  • the hydraulic space 31, which acts on the injection valve member 34 on its end face 35, must not remain connected to the return 8 on the low-pressure side for too long.
  • the desired pre-injection quantity can be influenced by the axial length 21.1 of the further control section 21.
  • the axial length 21.1 of the further control section 21 is just such that an overflow of fuel from the hydraulic space 31 via the connecting line 32 into the overflow line 41 and from there via the control space 11 into the control line 26 is possible.
  • pressure relief of the hydraulic space 31 in the nozzle body 4 which takes longer, corresponds to the axial length 19.1 of the control section 19, that another longer-lasting injection can take place.
  • this can be a further pre-injection or a longer main injection phase.
  • the main injection phase is ended in that either the control edge opposite the first control edge 20 of the control section 19 closes the fluid connection between the orifices 25 and 24 of the lines 41 and 32 and interrupts them, or on the other hand by deactivating the pressure booster 5.
  • the pressure in the nozzle chamber 28 is reduced to the pressure level prevailing in the high-pressure storage chamber 2.
  • the control chamber 11 of the pressure booster 5 is separated from the return 8 on the low-pressure side by the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve.
  • the control chamber 11 is acted upon by the pressure level (rail pressure) prevailing in the high-pressure storage chamber 2 (common rail), which pressure level is effective from the working chamber 10 via the throttle point 40 provided in the first sub-piston 13 of the piston 12 in the control chamber 11 of the pressure booster 5.
  • Rail pressure level is accordingly built up in control chamber 11 of pressure booster 5 aul, since this is no longer connected to the low-pressure return 8 via the control line 26.
  • the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve, is placed in its closed position shown in FIG.
  • the pressure in the compression space 15, in the nozzle space 28 and in the hydraulic space 31 drops to the rail pressure level. Since the pressure prevailing in the high-pressure storage chamber 2 is now also present in the hydraulic space 31, the injection valve member 34 is hydraulically balanced and is set into its closed position by the spring force of the spring element 34 acting on the end face 35 of the injection valve member 34 and closes the injection openings 39 at the needle tip 37 of the injection valve member 34.
  • the injection of fuel under high pressure into the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine is ended.
  • the piston 12 of the pressure booster 5 is returned to the starting position by the action of the return spring 17, which acts on a stop 18 on the second partial piston 14, the compression chamber 15 again having the feed line 29 branching off from the feed line 9 Fuel is filled.
  • the hydraulic space 31 is again filled with fuel via the feed line 9, in which a check valve 43 damping pressure pulsations, the feed 29 to the compression space 15 and the line branching therefrom with throttle point 30.
  • the check valve 43 can be arranged directly behind the mouth in the high-pressure storage space 2 or there. Instead of a check valve 43, a throttle element can also be arranged there. The check valve 43 or a throttle element arranged there separates the high-pressure storage chamber 2 from the compression chamber 15, from the lines 29 and 27 and from the nozzle chamber 28 when the pressure intensifier 5 is activated.
  • the solution proposed according to the invention combines a simply designed 2/2-way valve, which is designed as a metering valve 6, with a pressure booster partial piston, on which, seen in the stroke direction of the partial piston, several control sections are formed one behind the other.
  • a 3/2-way valve which is complex and costly to produce, can be avoided
  • pre-injection phases, main injection phases and post-injections can be represented in a simple manner in the course of shaping an injection.
  • a single metering valve 6 are used instead of two solenoid valves.
  • the control sections 19 and 21 in the lower region of the second partial piston 12 of the pressure booster 5 can be produced easily.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (7) einer Verbrennungskraftmaschine. Die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst einen Hochdruckspeicherraum (2), einen Druckübersetzer (5) und ein Zumessventil (6). Der Druckübersetzer (5) enthält einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11), die voneinander durch eine axial bewegbare Kolbeneinheit (12; 13, 14) getrennt sind. Eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) bewirkt eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5). Der Kompressionsraum (15) steht mit einem, ein Einspritzventilglied (34) beaufschlagenden hydraulischen Raum (31) in Verbindung. An dem den Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) beaufschlagenden Kolbens (12; 13, 14) sind Steuerabschnitte (19, 21) ausgebildet, über welche der hydraulische Raum (31) des Einspritzventilgliedes (34) druckentlastbar ist.

Description

Kraftstoffinjektor mit Druckübersetzer für Mehrfacheinspritzung
Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Nerbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritz- Systeme (Common-Rail) ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last- und Drehzahl der Nerbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der selbstzündenden Nerbrennungskraftmaschine ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.
Stand der Technik
Aus Festigkeitsgründen ist das erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen zur Zeit auf etwa 1600 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteigerung an Speichereinspritzsystemen kommen Druckübersetzer zum Einsatz.
EP 0 562 046 Bl offenbart eine Betätigungs- und Nentilanordnung mit Bedämpfung für eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die Betätigungs- und Nentilanordnung für eine hydraulische Einheit weist einen elektrisch erregbaren Elektromagneten mit einem festen Stator und einem bewegbaren Anker auf. Der Anker weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste und die zweite Oberfläche des Ankers definieren einen ersten und einen zweiten Hohlraum, wobei die erste Oberfläche des Ankers dem Stator zuweist. Es ist ein Ventil vorgesehen, welches mit dem Anker verbunden ist. Das Ventil ist in der Lage, aus einem Sumpf ein hydraulisches Betätigungsfluid an die Einspritzvorrichtung zu leiten. Ein Dämpfungsfluid kann in bezug auf einen der Hohlräume der Elektromagnetanordnung dort gesammelt werden bzw. von dort abgelassen werden. Mittels eines in eine Zentralbohrung hineinragenden Bereiches eines Ventils kann die Strömungsverbindung des Däm- pfüngsfluides proportional zu dessen Viskosität selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden. DE 101 23 910.6 bezieht sich auf eine Kjraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraft stoffϊnjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt; ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzung gemäß DE 101 23 910.6 einen Druckübersetzer, der einen beweglichen Druckübersetzerkolben aufweist, welchen einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum läßt sich durch Befallen eines Rückraumes des Druckübersetzers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren dieses Rückraumes von Kraftstoff variieren.
Der Kraftstoffinjektor umfasst einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Ver- schliessen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöffnungen. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so dass dieser mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine den Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzielt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.
Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des Druckübersetzers über den Rückraum er- reicht werden, dass die Ansteuerverluste im Kraftstofihochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckwelle verbundenen Arbeitsraum kleingehalten werden können. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes druckentlastet und nicht bis auf das Leckagedruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein schnellerer Druckaufbau bis auf das Systemdruckniveau erfolgen, so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände verkürzt werden können.
Bei druckgesteuerten Common-Rail-Einspritzsystemen mit Druckübersetzer tritt das Problem auf, dass die Stabilität der in den Brennraum einzuspritzenden Einspritzmengen, be- sonders die Darstellung sehr kleiner Einspritzmengen, wie z.B. bei Voreinspritzung gefordert, nicht gewährleistet ist. Dies wird vor allem darauf zuriickgeführt, dass die Düsennadel bei druckgesteuerten Einspritzsystemen sehr schnell öffnet. Daher können sich sehr kleine Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventiles stark auf die Einspritzmenge auswirken. Man hat versucht, diesem Problem dadurch abzuhelfen, einen separaten Nadelhub- dämpferkolben, der einen Dämpfungsraum begrenzt und in einer hochdruckdichten Spielpassung geführt sein muss, einzusetzen. Diese Lösung gestattet zwar eine Reduzierung der Nadelöffnungsgeschwindigkeit, andererseits wird durch diese Lösung der konstruktive Aufwand und damit die Kosten des Einspritzsystemes stark erhöht. Angesichts weiter steigender Anforderungen an die Emissions- und Geräuschentwicklung selbstzündender Verbrermungskraftmaschinen, sind weitere Maßnahmen am Einspritzsystem erforderlich, um die in naher Zukunft zu erwartenden verschärften Grenzwerte zu erfüllen.
Um eine möglichst flexible Einspritzung darzustellen, wurden Systeme mit zwei Magnetventilen entwickelt. Da zwei Magnetventile jedoch aufwendig und teuer sind, ist es wünschenswert, nur ein Magnetventil pro Injektor-/Druckverstärker-Kombination einzusetzen. Ein solches System wurde bisher über ein 3/2- Wege- Ventil gesteuert, um Mehrfachein- spritzungen darzustellen. Diese Ventile sind kompliziert im Aufbau und in einer Serienfertigung aufgrund der geforderten engen Toleranzen nur schwer in der geforderten Genauigkeit herzustellen.
Darstellung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor mit Druckübersetzer erlaubt die Ausführung von Mehrfacheinspritzungen in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine durch an einem Druckübersetzerkolben ausgeführte Steuerabschnitte. Diese ermöglichen in Kombination mit einem 2/2- Wege- Ventil zur Betätigung des Druckübersetzers, d.h. zum Druckaufbau in einem Kompressionsraum und zur Druk- kentlastung eines Steuerraumes, Mehrfacheinspritzungen auf einem hohen Druckniveau. Der Einsatz eines für Großserienproduktion von Einspritzkomponenten eher ungeeigneten 3/2- ege- Ventils, welches in den geforderten Toleranzen nur schwierig und mit hohen Kosten verbunden zu fertigen ist, lässt sich umgehen.
Steuerabschnitte an einem rotationssymetrischen Bauteil wie z.B. einem Druckübersetzerkolben, lassen sich hinsichtlich der geforderten Genauigkeiten preisgünstiger herstellen; darüber hinaus hat das am druckübersetzten Kraftstoffinjektor eingesetzte 2/2- ege- Ventil einen relativ einfachen und störungsunempfindlichen Aufbau.
Zur Darstellung während einer Voreinspritzphase in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzender kleinster Voreinspritzmengen, können die am Druckübersetzerkolben ausgebildeten Steuerabschnitte hinsichtlich ihrer axialen Länge, d.h. in Hubrichtung des Druckübersetzerkolbens, sehr schmal ausgeführt werden. Durch die Geo- metrie der Steuerabschnitte kann eine weitere Voreinspritzphase realisiert werden, die entsprechend der Ausbildung der Steuerabschnitte kürzer oder länger bemessen sein kann, als eine vorhergehende erste Voreinspritzphase, um ein Beispiel zu nennen. Anstelle einer weiteren, einer ersten Voreinspritzphase nachgeordneten Voreinspritzphase, kann durch entsprechende Auslegung der Steuerabschnitte auch eine längere Haupteinspritzphase in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine mit geringem Aufwand realisiert werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.
Die einzige Figur zeigt den hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäß ausgeführten Kraftstoffinjektors, bei dem der Arbeitsraum eines vorgeschalteten Druckübersetzers über einen Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoffbeaufschlagbar ist.
Ausführungsvarianten
Die Figur zeigt eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit einem Kraftstoffinjektor, dem ein Druckübersetzer vorgeschaltet ist und der über ein als 2/2- Wege- Ventil ausgebildetes Zumessventil betätigbar ist.
Gemäß des in Figur 1 dargestellten hydraulischen Schaltschemas eines Kraftstoffinjektors 1 umfasst dieser einen Hochdruckspeicherraum 2, einen Druckübersetzer 5 sowie ein bevorzugt als 2/2-Wege-Ventil ausgebildetes Zumessventil 6. Dem Druckübersetzer 5 ist ein Einspritzventil nachgeschaltet, dessen Einspritzventilglied 34 über einen hydraulischen Raum 31 und einen Düsenraum 28 betätigbar ist.
Vom Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) verläuft eine Zuleitung 9, die einen Zulauf 42 zu einem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 aufweist. Neben dem Arbeitsraum 10 umfasst der Druckübersetzer 5 einen Steuerraum 11. Der Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 ist vom Steuerraum 11 des Druckubersetzers 5 durch einen Kolben 12 getrennt, der in der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 einen ersten Teilkolben 13 in vergrößertem Durchmesser sowie einen zweiten Teilkolben 14 in im Vergleich zum ersten Teilkolben 13 verringertem Durchmesser umfasst. Der erste Teilkolben 13 und der zweite Teilkolben 14 können als getrennte Bauteile ausgebildet sein; in Abwandlung des in Figur 1 dargestellten Aufbaus des Kolbens 12 können der erste Teilkolben 13 und der zweite Teilkolben 14 auch einstückig ausgebildet werden.
Der zweite Teilkolben 14 des Kolbens 12 innerhalb des Druckübersetzers 5 ist durch ein bevorzugt als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 17 beaufschlagt, welche sich einerseits am Boden des Steuerraums 11 des Druckübersetzers 5 und andererseits an einem Federanschlag 18 im oberen Bereich des ersten Teilkolbens 14 abstützt. Der Druckübersetzer 5 umfasst darüber hinaus einen beispielsweise als Stützring 16 ausgebildeten Anschlag für die obere Stirnseite des ersten Teilkolbens 13 des Kolbens 12.
Der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 steht über eine Steuerleitung 26 mit dem bevor- zugt als 2/2-Wege- Ventil ausgebildeten Zumessventil 6 in Verbindung, wobei dessen Schaltung von der in Figur 1 dargestellten Schließstellung in die Offenstellung eine Druk- kentlastung des Steuerraumes 11 in einen niederdruckseitigen Rücklauf 8 bewirkt. Das als 2/2- Wege-Ventil ausgebildete Zumessventil 6 kann sowohl als Magnetventil als auch Pie- zoaktor betätigt ausgebildet sein. Ferner kann das 2/2-Wege- entil gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausfuhrungsvariante als Servoventil oder als direkt beaufschlagtes Ventil ausgebildet werden. Der Steuerraum 11 des Druckübersetzers steht darüber hinaus über eine Überströmleitung 41 mit einem Kompressionsraum 15 im unteren Bereich des Druckübersetzers 5 in Verbindung. Vom Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5, in welchen die Überströmleitung 41 an einer Mündungsstelle 24 mündet, zweigt in gleicher Höhe eine Verbindungsleitung 32 ab, welche den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 mit einem hydraulischen Raum 31 verbindet, der ein bevorzugt als Düsennadel ausbildbares Einspritzventilglied 34 beaufschlagt. Der Kompressionsraum 15 ist mit dem hydraulischen Raum 31 parallel zur Verbindungsleitung 32 zwischen dem hydraulischen Raum 31 und dem Kompressionsraum 15 über eine weitere Leitung verbunden, die eine Drossel- stelle 30 enthält. Die Befüllung des Kompressionsraumes 15 erfolgt über einen Abzweig 29, der von der Zuleitung 9 vom Hochdruckspeicherraum 2 unterhalb eines in dieser aufgenommenen Rückschlagventiles 43 abzweigt. Über die Zuleitung 9, in welcher zur Vermeidung von Rückwirkungen auftretender Druckpulsationen bzw. Druckwellenreflexionen in das Innere des Hochdruckspeicherraumes 2 ein diese Pulsationen dämpfendes Rück- schlagventil 43 aufgenommen ist, zweigt ein Kraftstoffzulauf 27 ab, der in einen Düsenraum 28 mündet. Der mit Bezugszeichen 28 bezeichnete Düsenraum ist innerhalb eines Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1 ausgebildet und umschliesst das Einspritzventilglied 34 ringförmig. Im Bereich des Düsenraumes 28 ist am Außenumfang des Einspritzventilgliedes 34 eine Druckschulter 38 ausgebildet.
Der hydraulische Raum 31, enthält ein als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 33, welches sich einerseits an der Decke des hydraulischen Raumes 31 und andererseits an der Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 abstützt. Vom Düsenraum 28, der das Einspritzventilglied 34 im Bereich einer Druckstufe 38 umschliesst, verläuft ein als Ringspalt 26 ausgebildeter Zulauf in Richtung auf die Nadelspitze 37 hin. An der Nadelspitze 37 des Einspritzventilgliedes 34 ist ein brennraumseitiger Sitz des Einspritzventilgliedes 34 ausgebildet. Dieser beispielsweise als Kegelsitz konfigurierte Sitz an der Nadelspitze 37 des Einspritzventilgliedes 34 öffnet bzw. verschliesst in einen Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungsl aftmaschine einmündende Einspritzöffhungen 39, die als doppelte Lochreihen oder einfache Lochreihenbohrungen in Kreisform ausgebildet sein können und über welche der Kraftstoff beim Eintreten in den Brermraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine zerstäubt.
Über die Zuleitung 9 liegt der im Innenraum des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck am Arbeitsraum 10 des Druckverstärkers an. Im Grundzustand, d.h. im Ruhezustand des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 1 ist das bevorzugt als 2/2- Wege- Ventil ausgebildete Zumessventil 6 nicht angesteuert und es findet keine Einspritzung statt. In diesem Zustand liegt der im Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) anliegende Druck im Ar- beitsraum 10 des Druckübersetzers 5 am Zumessventil 6 über den Arbeitsraum 10, eine im ersten Teilkolben 13 ausgebildete Drosselstelle 40, über den Steuerraum 11 und die Steuerleitung 26 an. Ferner steht der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck über die im ersten Teilkolben 13 ausgebildete Drosselstelle 40 im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 an. Ferner steht der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck über ein in der Zuleitung 9 angeordnetes Rückschlagventil 43 über den Kraftstoffzulauf 27 im Düsenraum 28 des Injektorkörpers 4 an; in dem die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 beaufschlagenden hydraulischen Raum 31 liegt der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck über die Zuleitung 9, das Rückschlagventil 43, den Zulauf 29 zum Kompressionsraum 15 und die von dort abzweigende Lei- tungsverbindung mit Drosselstelle 30 an. Der Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers wird über den Zulauf 29, der in Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen hinter dem Rückschlagventil 43 von der Zuleitung 9 abzweigt, mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt.
Im Grundzustand, d.h. dem in Figur 1 dargestellten Ruhezustand des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors sind alle Druckräume 10, 11 und 15 des Druckübersetzers 5 mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveau beaufschlagt und der Druckübersetzer 5 befindet sich im druckausgeglichenen Zustand. In diesem Zustand liegt die Stirnseite des ersten Teilkolbens 13 am in den Injektorkörper 3 eingelassenen als Anschlagelement fungierenden Abstützring 16 an. Der Druckverstärker 5 ist in diesem Zustand deaktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt. In diesem Zustand wird die Kolbeneinheit 12 des Druckübersetzers über eine über die Rückstellfeder 17 in der geschlossenen Abteilung gehalten, wenn sämtliche Druckräume 10, 11 bzw. 15 des Druckübersetzers mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveau (Rail-Druck) beaufschlagt sind.
Durch den im hydraulischen Raum 31 im Düsenkörper 4 herrschenden Raildruck wird eine hydraulische Schließkraft auf die Stirnseite 35 des bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes 34 ausgeübt. Zusätzlich zu dieser wirkt eine in Schließrichtung wir- kende Federkraft, hervorgerufen durch das als Spiralfeder beispielsweise ausgebildete Federelement 33 innerhalb des hydraulischen Raumes 31 auf die Stirnseite 35 ders Einspritzventilgliedes 34. Daher kann der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck (Raildruck) ständig im Düsenraum 28, der das Einspritzventilglied 34 im Bereich einer Druckschulter 38 ringförmig umschliesst, anstehen, ohne dass das Einspritzventilglied 34 durch vertikale Bewegung in den hydraulischen Raum 31 die Einspritzöffnungen 35 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine ungewollt freigibt.
Erfolgt eine Ansteuerung des Druckübersetzers 5, erhöht sich der im Kompressionsraum 15, im Düsenraum 28 und im hydraulischen Raum 31 herrschende Druck, da der im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 herrschende Druck abfällt, weil die Steuerleitung 26 durch Ansteuerung des Zumessventiles 6 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 8 in Verbindung steht und das im Steuerraum 11 enthaltene Steuervolumen dorthin abströmt. Dies führt jedoch noch nicht zum Öffnen des bevorzugt als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes 34 innerhalb des Düsenkörpers 4, da die Druckdifferenz zwischen dem Düsenraum 28 und dem hydraulischen Raum 31 noch nicht genügend groß ist. Erst bei einer aktiven Entlastung des hydraulischen Raumes 31 erfolgt ein Öffnen des Einspritzventilgliedes 34, d.h. ein Einfahren seiner Stirnseite 35 in den hydraulischen Raum 31 im oberen Bereich des Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1.
Zur Realisierung einer aktiven Entlastung des hydraulischen Raumes 31 im oberen Bereich des Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1 sind an der dem Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 zuweisenden Seite des zweiten Teilkolbens 14 des Kolbens 12 Steuer- abschnitte 19 bzw. 21 ausgebildet. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante liegen die Steuerabschnitte 19 bzw. 21 in Hubrichtung des ersten Teilkolbens 14 in dem Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 gesehen, hintereinander. An der Umfangs- fläche des zweiten Teilkolbens 14 ist ein Steuerabschnitt 19 in einem im Vergleich zum Außendurchmesser des ersten Teilkolbens 14 verringerten Durchmesser ausgebildet, der sich in Hubrichtung des zweiten Teilkolbens 14 gesehen, in einer ersten axialen Länge 19.1 erstreckt. Der weitere Steuerabschnitt 21 ist vom Steuerabschnitt 19 durch einen Bund getrennt. Der Bund, der den Steuerabschnitt 19 vom weiteren Steuerabschnitt 21 trennt, ist im ersten Durchmesser des ersten Teilkolbens 14 ausgeführt. Die axiale Länge 21.1 des weiteren Steuerabschnittes 21 ist im Vergleich zur axialen Länge 19.1 des Steuerabschnittes 19 erheblich geringer bemessen. Während der Steuerabschnitt 19 als Ringraum ausgebildet ist, ist der weitere Steuerabschnitt 21 im Vergleich zum Steuerabschnitt 19 beispielsweise als Ringnut beschaffen. Der Steuerabschnitt 19 ist am Bund am ersten Teilkolben 14 durch eine Steuerkante 20 begrenzt, während an. der gegenüberliegenden Seite des Bundes am Außenumfang des ersten Teilkolbens 14 eine zweite Steuerkante 22 den weiteren Steuerabsc mitt 21 begrenzt.
Anstelle der in Figur 1 in Hubrichtung des ersten Teilkolbens 14 gesehen, zwei hintereinander liegenden Steuerabschnitt 19 bzw. 21, können entsprechend des vorgesehenen Hubweges des ersten Teilkolbens 14 bei dessen Eintauchbewegung in den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 auch drei Steuerabschnitte hintereinanderliegend ausgebildet sein, entsprechend einer Anzahl von im Rahmen einer Mehrfacheinspritzung vorzuneh- menden Einspritzvorgängen in den Brennraum 7.
Am Kompressionsraum 15 liegen die Mündungsstellen 24 der Überströmleitung 41 zum Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 sowie die Abzweigstelle 25 der Verbindungsleitung 32 des Kompressionsraumes 15 mit dem hydraulischen Raum 31 einander gegenüber.
Die aktive Entlastung des hydraulischen Raumes 31 im Düsenkörper 4 des Kraftstoffinjektors erfolgt durch eine Eintauchbewegung des ersten Teilkolbens 14 in den Kompressionsraum 15. Hat der zweite Teilkolben 14 einen bestimmten Hubweg zurückgelegt, verbindet der weitere Steuerabschnitt 21, der als Ringnut ausgebildet sein kann, einen Quer- schnitt zwischen dem hydraulischen Raum 31 und der Verbindungsleitung 32 einerseits mit der Überströmleitung 41 in den Steuerraum 11, der Steuerleitung 26 zum niederdruckseiti- gen Rücklauf 8 andererseits miteinander. Damit kann je nach axialer Länge 21.1 des weiteren Steuerabschnittes 21 der hydraulische Raum 31 auf Niederdruck gelegt werden, so dass die auf die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 wirkende Kraft abnimmt, so dass das Einspritzventilglied 34 nicht mehr in seiner Schließstellung gehalten werden kann. Aufgrund der im Düsenraum 28 anstehenden, auf die Druckschulter 38 des Einspritzventilgliedes 34 wirkenden hydraulischen Kraft, öffnet das Einspritzventilglied 34 und gibt die Einspritzöffnungen 39 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine mündenden Einspritzöffnungen frei. Der Einspritzdruck ist von Beginn an höher als der im Innenraum des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck (Raildruck). Ein hoher Einspritzdruck wirkt sich günstig auf eine Reduzierung der Emissionen einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine sowie auf die Erzielung hoher spezifischer Leistungen aus. Die dem Kraftstoff innewohnende Energie ist auf diese Weise am besten umsetzbar.
Um eine kleine Voreinspritzmenge im Rahmen einer Mehrfacheinspritzung darstellen zu können, darf der hydraulische Raum 31, der das Einspritzventilglied 34 an dessen Stirnseite 35 beaufschlagt, nicht zu lange mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 8 verbunden bleiben. Die gewünschte Voreinspritzmenge kann durch die axiale Länge 21.1 des weiteren Steuerabschnittes 21 beeinflusst werden. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvari- ante ist die axiale Länge 21.1 des weiteren Steuerabschnittes 21 gerade so bemessen, dass ein Überströmen von Kraftstoff aus dem hydraulischen Raum 31 über die Verbindungsleitung 32 in die Überströmleitung 41 und von dort über den Steuerraum 11 in die Steuerleitung 26 möglich ist. Sobald der weitere Steuerabschnitt 21 bei weiterer Druckentlastung des Steuerraumes 11 in den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 einfahrt, unterbricht der Bund zwischen dem Steuerabschnitt 19 und dem weiteren Steuerabschnitt 21 die Fluidverbindung zwischen der Verbindungsleitung 32 und der Überströmleitung 41 in den Steuerraum 11. Der hydraulische Raum 31 und die Verbindungsleitung 32 sind demnach durch den Bund von der Überströmleitung 41 dem Steuerraum 11 und dem von diesem abzweigenden Überströmleitung 26 in den niederdruckseitigen Rücklauf 8 getrennt. Aus hydraulischen Gründen ist vorteilhaft, wenn die Öffnungen der Überströmleitung 41 und der Verbindungsleitung 32 in die Bohrung, in welche die Kolbeneinheit 12 läuft, münden. In der Stellung, die in Figur 1 dargestellt ist und in der die Kolbeneinheit 12 an ihrem oberen Anschlag 16, d.h. dem Abstutzring ruht, sind die Öffnungen der Verbindungsleitung 32 und der Überströmleitung 41 von dem Bund zwischen der Stirnseite 23 und dem Steuerabschnitt 21 überdeckt. Demzufolge baut sich im hydraulischen Raum 31 der übersetzte Druck auf und schliesst das Einspritzventilglied 34, unterstützt durch die im hydraulischen Raum 31 angeordnete Feder 33. Da der Druckübersetzer 5 weiter angesteuert bleibt und die Stirnseite 23 des zweiten Teilkolbens 14 demzufolge weiter in den Kompressionsraum 15 einfährt, kommt der Steuerabschnitt 19 in Überdeckung mit der Mündungsstelle 24 der Überströmleitung 41 und der Abzweigstelle 25 der Verbindungsleitung 32 zum hydraulischen Raum 31. Demzufolge folgt eine entsprechend der axialen Länge 19.1 des Steuerabschnittes 19 länger andauernde Druckentlastung des hydraulischen Raumes 31 im Düsenkörper 4 zustande, so dass eine weitere länger andauernde Einspritzung stattfinden kann. Je nach Bemessung der axialen Längen 19.1 bzw. 21.1 der Steuerabschnitte 19 und 20 kann dies eine weitere Voreinspritzung oder eine länger andauernde Haupteinspritzphase sein. Die Haupteinspritzphase wird dadurch beendet, dass entweder die der ersten Steuerkante 20 des Steuerabschnittes 19 gegenüberliegende Steuerkante die Fluidverbindung zwischen den Mündungsstellen 25 und 24 der Leitungen 41 bzw. 32 verschliesst und diese daduch unterbricht oder andererseits durch eine Deaktivierung des Druckübersetzers 5.
Zum Beenden des Einspritzvorganges wird der Druck im Düsenraum 28 auf das im Hochdruckspeicherraum 2 herrschende Druckniveau abgebaut. Zu diesem Zweck wird durch das bevorzugt als 2/2-Wege-Ventil ausgebildete Zumessventil 6 der Steuerraum 11 des Druck- Übersetzers 5 vom niederdruckseitigen Rücklauf 8 getrennt. Dadurch ist der Steuerraum 11 mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) herrschenden Druckniveau (Raildruck) beaufschlagt, welches vom Arbeitsraum 10 über die im ersten Teilkolben 13 des Kolbens 12 vorgesehene Drosselstelle 40 im Stuerraum 11 des Druckübersetzers 5 wirksam ist. Im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 baut sich demnach Raildruckniveau aul, da dieser nicht mehr über die Steuerleitung 26 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 8 in Verbindung steht. In diesem Zustand ist das bevorzugt als 2/2- Wege-Ventil ausgebildete Zumeßventil 6 in seine in Figur 1 dargestellte Schließstellung gestellt. Der Druck im Kompressionsraum 15, im Düsenraum 28 sowie im hydraulischen Raum 31 fallt auf Raildruck- niveau ab. Da im hydraulischen Raum 31 nun ebenfalls der im Hochdruckspeicherraum 2 herrschende Druck ansteht, ist das Einspritzventilglied 34 hydraulisch ausgeglichen und wird durch die auf die Stirnseite 35 des Einspritzventilgliedes 34 wirkende Federkraft des Federelementes 34 in seine Schließstellung gestellt und verschließt die Einspritzöffhungen 39 an der Nadelspitze 37 des Einspritzventilgliedes 34. Dadurch wird die Einspritzung von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum 7 der selbstzündenden Ver- brermungskraftmaschine beendet.
Nach dem Druckausgleich wird der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 durch die Wirkung der Rückstellfeder 17, die auf einen Anschlag 18 am zweiten Teilkolben 14 wirkt, wieder in die Ausgangslage zurückgestellt, wobei der Kompressionsraum 15 durch die von der Zuleitung 9 abzweigende Zulauf leitung 29 wieder mit Kraftstoff befüllt wird. Der hydraulische Raum 31 wird über die Zuleitung 9, in welcher ein Druckpulsationen dämpfendes Rückschlagventil 43 aufgenommen sein kann, den Zulauf 29 zum Kompressionsraum 15 und der von diesem abzweigende Leitung mit Drosselstelle 30, wieder mit Kraftstoff be- füllt.
Zur Stabilisierung der Schaltsequenzen mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraft- stoffmjektor mit Druckübersetzer 5 können zusätzliche Maßnahmen zur Dämpfung der Schwingungen zwischen dem Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) und dem Kraft- stoffmjektor 1 getroffen werden. Das Rückschlagventil 43 kann unmittelbar hinter der Mündungsstelle in den Hochdruckspeicherraum 2 bzw. dort angeordnet werden. Anstelle eines Rückschlagventiles 43 kann dort auch ein Drosselelement angeordnet sein. Durch das Rückschlagventil 43 bzw. ein dort angeordnetes Drosselelement werden bei Ansteuerung des Druckübersetzers 5 der Hochdruckspeicherraum 2 vom Kompressionsraum 15, von den Leitungen 29 bzw. 27 und vom Düsenraum 28 getrennt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kombiniert ein einfach ausgebildetes 2/2- Wege- Ventil, welches als Zumessventil 6 ausgebildet ist, mit einem Druckübersetzer- Teilkolben, an welchem die Hubrichtung des Teilkolbens gesehen mehrere Steuerab- schnitte hintereinander liegend ausgebildet sind. Damit kann einerseits der Einsatz eines aufwendig und kostenintensiv herzustellenden 3/2- Wege-Ventils umgangen werden, andererseits lassen sich auf einfache Weise Voreinspritzphasen, Haupteinspritzphasen sowie Nacheinspritzungen im Rahmen einer Einspritzverlaufsformung darstellen. Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Lösung anstelle von zwei Magnetventilen ein einziges Zumess- ventil 6 eingesetzt werden. Die Steuerabschnitte 19 bzw. 21 im unteren Bereich des zweiten Teilkolbens 12 des Druckübersetzers 5 lassen sich einfach herstellen.
Bezugszeichenliste
1 Kraftstoffinjektor
2 Hochdruckspeicherraum 3 Injektorkörper
4 Düsenkörper
5 Druckübersetzer
6 Zumessventil (2/2-Wege-Ventil)
7 Brennraum 8 niederdruckseitiger Rücklauf
9 Zuleitung
10 Arbeitsraum
11 Steuerraum
12 Kolbeneinheit 13 erster Teilkolben
14 zweiter Teilkolben
15 Kompressionsraum
16 Abstützring
17 Rückstellfeder 18 Rückstellfederanschlag
19 Steuerabschnitt
19.1 axiale Länge Steuerabschnitt
20 erste Steuerkante
21 weiterer Steuerabschnitt 21.1 axiale Länge weiterer Steuerabschnitt
22 zweite Steuerkante
23 Stirnseite zweiter Teilkolben 14
24 Mündung Verbindungsleitung Steuerraum
25 Abzweigleitung zum hydraulischen Raum 31 26 Steuerleitung Steuerraum 11
27 Kraftstoffzulauf Düsenraum
28 Düsenraum
29 Zulauf Kompressionsraum 15
30 Drosselstelle 31 hydraulischer Raum
32 Verbindungsleitung
33 Federelement
34 Einspritzventilglied
35 Stirnseite Ringspalt
Nadelspitze
Druckschulter
Einspritzöffnung
Drosselstelle erster Teilkolben 13
Überströmleitung
Zulauf Arbeitsraum
Rückschlagventil Zuleitung 9

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (7) einer Verbren- nungskraftmaschine mit einem Hochdruckspeicherraum (2), einem Druckübersetzer
(5) und einem Zumessventil (6), wobei der Druckübersetzer (5) einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11) umfasst, die voneinander durch einen axial bewegbaren Kolben (12; 13, 14) getrennt sind und eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) bewirkt, wobei der Kompressionsraum (15) mit einem einem
Einspritzventilglied (34) zugeordneten hydraulischen Raum (31) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass an dem den Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) beaufschlagenden Kolben (12; 13, 14) Steuerabschnitte (19, 21) ausgebildet sind, über welche der hydraulische Raum (31) des Einspritzventilgliedes (34) druk- kentlastbar ist.
2. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Raum (31) kurzzeitig druckentlastbar ist.
3. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerabschnitte (19, 21) am Umfang eines Teilkolbens (13, 14) der Kolbeneinheit (12) in Hubrichtung der Kolbeneinheit (12) hintereinanderliegend ausgebildet sind.
4. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfang des den Kompressionsraum (15) beaufschlagenden Teilkolbens (14) der Kolbeneinheit (12) mindestens zwei Steuerabschnitte (19, 21) ausgebildet sind.
5. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bohrung, in welche die Kolbeneinheit (12) läuft, eine mit dem Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) in Verbindung stehende Überströmleitung (41) mündet.
6. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung, in welche die Kolbeneinheit (12) läuft, über eine Verbindungsleitung (32) mit dem hydraulischen Raum (31) in Verbindung steht. '/. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsstelle (24) der Überströmleitung (41) und die Abzweigstelle (25) der Verbindungsleitung (32) im Kompresssionsraum (15) einander gegenüberliegen.
8. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerabschnitte (19, 21) in axiale Richtung des zweiten Teilkolbens (14) gesehen, durch einen Bund voneinander getrennt sind.
9. Eimichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kompressionsraum (15) nächstliegende der Steuerabschnitte (19, 21) als Ringnut ausgebildet ist.
10. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der dem Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) nächstliegende der Steuerabschnitte (19, 21) als Ringraum ausgebildet ist.
11. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Längen (19.1, 21.1) der Steuerabschnitte (19, 21) in Hubrichtung der Kolbeneinheit (12; 13, 14) gesehen, gleich sind.
12. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Längen (19.1; 21.1) der Steuerabschnitte (19, 21) in Hubrichtung der Kolbeneinheit (12; 13, 14) gesehen, unterschiedlich sind.
13. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsleitung (32) zwischen dem Kompressionsraum (15) und dem hydraulischen Raum (31) eine eine Drosselstelle (30) umfassende Leitung parallel geschaltet ist.
14. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (11) zur Niederdruckseite (8) über eine Steuerleitung (26) druckentlastbar ist, in welcher ein 2/2- Wege- Ventil als Zumessventil (6) aufgenommen ist.
15. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (9, 42, 29, 27) zum Arbeitsraum (10), dem Kompressionsraum (15) und dem Düsenraum (28) ein Rückschlagventil (43) aufgenommen ist, welches bei Aktivierung des Drucküber- setzers (5) den Hochdruckabschnitt (15, 29, 27, 28) vom Hochdruckspeicherraum (2) trennt.
16. Eimichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (12; 13, 14) des Druckübersetzers (5) einen ersten Teilkolben (13) umfasst, welcher eine in den Arbeitsraum (10) mit dem Steuerraum (11) des Druckübersetzers verbindende Drosselstelle (40) umfasst und die Steuerabschnitte (19, 21) an einem zweiten Teilkolben (14) der Kolbeneinheit (12) ausgebildet sind, dessen Stirnseite (23) den Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) beaufschlagt.
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