EP1552135A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine

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EP1552135A1
EP1552135A1 EP03740026A EP03740026A EP1552135A1 EP 1552135 A1 EP1552135 A1 EP 1552135A1 EP 03740026 A EP03740026 A EP 03740026A EP 03740026 A EP03740026 A EP 03740026A EP 1552135 A1 EP1552135 A1 EP 1552135A1
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EP
European Patent Office
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valve
fuel injection
injection device
valve element
fuel
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EP03740026A
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EP1552135B1 (de
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, with a housing, with a recess in the housing, with at least two coaxially arranged in the recess
  • Valve elements each cooperate with a corresponding valve seat and 'associated with passage opening where at least a Kraftsto f-stop, and is limited by at least one control space which is assigned by a gauge pressure surface whose
  • Resulting force is directed towards the valve seat of the valve element during operation.
  • a fuel injection device of the type mentioned is known from DE 100 58 153 AI. It is an injector that is used in internal combustion engines with direct fuel injection.
  • Two elongated coaxial valve needles are arranged in an elongated housing.
  • the outer Valve needle is pressure controlled. This means that by increasing a pressure in a pressure chamber, which is delimited in some areas by a pressure flank on the outer valve element, the outer valve element is lifted from the corresponding valve seat against the application force by a compression spring.
  • the inner valve element is stroke-controlled. This means that a control room is assigned to it, which is normally under high pressure. Due to this high pressure, the valve element is pressed against the valve seat against an application force.
  • the pressure in the control chamber can, however, be briefly reduced, as a result of which the valve element is only subjected to a lower force in the direction of the valve seat. Since there is still an application force that tries to lift the valve element from the valve seat, when the fuel pressure in the control chamber is reduced, the inner valve element moves away from the valve seat.
  • the object of the present invention is to develop a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that it is as compact as possible and can be produced inexpensively.
  • control spaces are present, each of which is assigned a valve element with a pressure surface, the resultant force of which, in operation, is directed toward the valve seat of the valve element hm, the control spaces being arranged coaxially with one another and approximately at the same axial height are.
  • the fuel injection device according to the invention has the advantage that both valve elements are stroke-controlled and still have a very compact construction.
  • the stroke control of the valve elements by briefly reducing the pressure in the respective control room enables the valve elements to be switched very precisely.
  • the coaxial arrangement and the arrangement at the same height of the control spaces enables a short and narrow construction of the injection device.
  • control spaces are separated from one another by a sleeve-like separating element.
  • a sleeve-like separating element can be produced simply and inexpensively.
  • the sleeve-like separating element is a separate part and is acted upon by a clamping device with a sealing edge against the pressure surface of one of the valve elements.
  • the manufacture of the sleeve-like separating element is further simplified.
  • the sleeve-like separating element can be a piece of pipe.
  • Another embodiment of the fuel injection device according to the invention is characterized in that at least one valve element is acted against its sealing seat by a tensioning device which acts on a sleeve-like separating element.
  • the tensioning device not only serves to act on the sleeve-like separating element in such a way that a secure sealing of the control chamber is ensured, but at the same time it also ensures a certain preload of the valve element against its sealing seat. It is particularly advantageous if the fuel system or the internal combustion engine, in which the fuel injection device is used, is not currently being operated and the corresponding control spaces are therefore more or less depressurized.
  • Spanneini xchtung supported on a support ring which is connected to the radially outer valve element.
  • control chamber of the radially outer valve element It is particularly easy to supply the control chamber of the radially outer valve element with fluid under high pressure if the control chamber of the radially outer valve element is connected to a high-pressure connection via a channel m to the sleeve-like separating element, which delimits the control chamber from the outside is.
  • a channel can easily be realized through a hole in the wall of the separating element. Its diameter can be selected so that it simultaneously represents or comprises an inflow throttle into the control chamber.
  • a particularly preferred development of the fuel injection device according to the invention is characterized in that it comprises a 3/3-way valve which is connected to a low-pressure connection and to the two control spaces.
  • the movements of the at least two valve elements can thus be controlled with a single valve.
  • the corresponding fuel injection device is particularly compact in this case and is inexpensive. Installation is also easier because fewer connections have to be connected.
  • both valve elements rest on their valve seats, in a second switching position the radially outer valve element is lifted from its valve seat and the radially inner valve element lies on the valve seat, and in one third switching position both valve elements are lifted from their valve seats.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a partial section through one of the
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of a region of the fuel injection device from FIG. 2.
  • Reference numeral 10 It comprises a fuel tank 12, from which an electric fuel pump 14 requests fuel into a low-pressure fuel line 16. This leads to a high-pressure fuel pump 18.
  • the high-pressure fuel pump 18 is a piston pump which is driven by a camshaft (not shown) of an internal combustion engine (likewise not shown), to which the fuel system 10 belongs.
  • the high-pressure fuel pump 18 compresses the fuel to a very high pressure and prompts it to
  • Fuel manifold 20 This is also referred to as a "rail".
  • the fuel is stored under high pressure in it.
  • a plurality of fuel injection devices 22 are connected to the fuel line 20. For this purpose, they have high-pressure connections 24.
  • the fuel injection devices 22 inject the fuel directly into combustion chambers 26 of the internal combustion engine assigned to them.
  • the fuel injection devices 22 each also have a low-pressure connection 28, from which a return line 30 leads back to the fuel tank 12.
  • the operation of the internal combustion engine, the fuel system 10 and, in particular, the fuel injection devices 22 is controlled or regulated by a control and regulating device 32. For this purpose, this is connected to the fuel injection devices 22 via lines (without reference numerals).
  • the fuel system shown in Figure 1 can be used in both gasoline and diesel engines.
  • the fuel injection devices 22 comprise a housing which comprises a nozzle body 34, an intermediate piece 36, and an upper end piece 38.
  • a recess 40 is provided in the nozzle body 34, and there are two coaxially arranged valve elements 42 and 44.
  • the outer tubular valve element 42 works together with a valve seat 46, which is present in the lower region of the recess 40 in FIG. 2. Exit openings 48 are also assigned to it.
  • the inner valve element 44 cooperates with a valve seat 50, and fuel outlet openings 52 are assigned to it.
  • the outer valve element 42 is guided in the recess 40.
  • the inner valve element 44 is guided in the outer valve element 42.
  • the outer jacket pool of the outer valve element 42 has a shoulder 54 in the area of the upper end of the outer valve element 42 in FIG. A support ring 56 bears against this.
  • On the support ring 56 in turn supports one end of a compression spring 58, the other end of which acts on a first sealing sleeve 60 against the intermediate piece 36.
  • the first sealing sleeve 60 is pushed onto the upper end of the outer valve element 42 in a fluid-tight manner. However, the first sealing sleeve 60 and the outer valve element 42 can be moved relative to one another at least in the axial direction.
  • the first sealing sleeve 60 has a tapering circumferential sealing edge 62 on its upper edge in FIG. 2. In the area of this tapered sealing edge 62, a radial channel 64 is worked through the sealing sleeve at one point of the first sealing sleeve 60.
  • the upper edge of the outer valve element 42 in FIG. 2 forms a flat annular surface, which represents an annular pressure surface 66. Their meaning will be explained in more detail below.
  • annular recess 68 which is open towards the nozzle body 34.
  • a compression spring 70 is supported, the other end of which acts on an edge of a second annular sealing sleeve 72.
  • the second sealing sleeve 72 is guided in the annular recess 68 in a sliding and fluid-tight manner. Your lower in Figure 2
  • the edge tapers to a point and forms a sealing edge 74. This lies against an upper end face of the inner valve element 44.
  • This upper end surface forms a pressure surface 76 in a manner to be explained in more detail below.
  • the diameter of the sealing edge 74 of the second sealing sleeve 72 is somewhat smaller than the outer diameter of the inner valve element 44.
  • the compression spring 58, the first sealing sleeve 60, the compression spring 70, the second sealing sleeve 72 and the two valve elements 42 and 44 are arranged coaxially to one another.
  • An outer annular control chamber 78 is present between the two sealing sleeves 60 and 72, the pressure surface 66 on the outer valve element 42 and the intermediate piece 36.
  • An inner control space 80 is formed between the circular pressure surface 76 of the inner valve element 44, the second sealing sleeve 72 and the intermediate piece 36.
  • valve element 84 is actuated by a piezo actuator 88 via a tappet 86.
  • the valve element 84 is arranged in a control chamber 90 and cooperates with an upper valve seat 92 in FIGS. 2 and 3 and a lower valve seat 94 in FIGS. 2 and 3.
  • a central channel 96 leads from the 3/3-way valve 82 via an outflow throttle 98 to the inner control chamber 80.
  • an off-center channel 100 also leads from the 3/3 way valve 82 via an outflow throttle 102 to the outer annular control chamber 78.
  • a channel 104 leads from the 3/3-way valve 82 to
  • Low-pressure connection 28 This is also connected via a leakage channel 106 to the annular recess 68 in the intermediate piece 36.
  • a channel 108 leads from the high-pressure connection 24 in the upper end piece 38 and in the intermediate piece 36 to the recess 40 in the nozzle body 34.
  • Another channel 110 leads obliquely from the high-pressure connection 24 via an inflow throttle 112 to the central channel 96. From the recess 40, one leads to the longitudinal axis of the recess 40 parallel channel 114 to one in the lower area of the Recess 40 existing annular space 116.
  • the fuel injection device 22 shown in FIGS. 2 and 3 operates as follows:
  • the piezo actuator 88 is controlled by the control and regulating device 32 such that the valve element 84 of the 3/3-way valve 82 comes into contact with the lower valve seat 94.
  • edozh can now use the outflow throttle 102, the flow channel 100, the control chamber 90 and the channel 104 to fuel from the annular control chamber 78 of the outer valve element 42 for low pressure connection 28 flow out.
  • Piezo actuator 88 is controlled by the control and regulating device 32 such that the valve element 84 is in a middle switching position, that is to say neither in contact with the upper valve seat 92 nor in contact with the lower valve seat 94. In this case, both control spaces 78 and 80 are connected to the low pressure connection 28. Analogously to what has been described above, the amount of the resultant force which acts on the pressure surface 76 of the inner valve element 44 thus decreases, and the inner valve element 44 can move radially outward from the
  • control spaces 78 and 80 are arranged coaxially with one another and at approximately the same axial height.
  • the control spaces 78 and 80 are essentially sealed by the sealing sleeves 60 and 72.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Gehäuse (34, 36, 38). In dem Gehäuse (34, 36, 38) ist eine Ausnehmung (40) vorhanden. In dieser sind zwei koaxial zueinander angeordnete Ventilelemente (42, 44) vorgesehen, welche jeweils mit einem entsprechenden Ventilsitz (46, 50) zusammenarbeiten und denen jeweils mindestens eine Kraftstoff­-Austrittsöffnung (48, 52) zugeordnet ist. Mindestens ein Steuerraum (78, 80) wird von einer<-> einem Ventilelement (42, 44) zugeordneten Druckfläche (66, 76) begrenzt, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist. Damit die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) besonders kompakt baut und präzise arbeitet, sind mindestens zwei Steuerräume (78, 80) vorhanden, denen jeweils ein Ventilelement (42, 44) mit einer Druckfläche (66, 76) zugeordnet ist, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist, wobei die Steuerräume (78, 80) koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtunq für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse vorhandenen Ausnehmung, mit mindestens zwei in der Ausnehmung koaxial zueinander angeordneten
Ventilelementen, welche jeweils mit einem entsprechenden Ventilsitz zusammenarbeiten und denen jeweils mindestens eine Kraftsto f-Aus'trittsöffnung zugeordnet ist, und mit mindestens einem Steuerraum, welcher von einer einem Ventil zugeordneten Druckfläche begrenzt wird, deren
Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz des Ventilelements hin gerichtet ist.
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 100 58 153 AI bekannt. Bei ihr handelt es sich um einen Injektor, welcher bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet wird. In einem lang gestreckten Gehäuse sind zwei ebenfalls lang gestreckte koaxiale Ventilnadeln angeordnet. Die äußere Ventilnadel ist druckgesteuert. Dies heißt, dass durch eine Erhöhung eines Drucks in einem Druckraum, der bereichsweise von einer Druckflanke am äußeren Ventilelement begrenzt wird, das äußere Ventilelement entgegen der Beaufschlagungskraft durch eine Druckfeder vom entsprechenden Ventilsitz abhebt. Das innere Ventilelement st dagegen hubgesteuert. Dies bedeutet, dass ihm ein Steuerraum zugeordnet ist, in dem normalerweise ein hoher Druck herrscht. Durch diesen hohen Druck wird das Ventilelement entgegen einer Beaufschlagungskraft gegen den Ventilsitz gedruckt. Der Druck m dem Steuerraum kann aber kurzzeitig abgesenkt werden, wodurch das Ventilelement nur noch mit geringerer Kraft m Richtung Ventilsitz beaufschlagt wird. Da weiterhin eine Beaufschlagungskraft vorhanden ist, welche das Ventilelement vom Ventilsitz abzuheben versucht, bewegt sich dann, wenn der Kraftstoffdruck im Steuerraum abgesenkt ist, das innere Ventilelement vom Ventilsitz weg.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff- Einspπtzvorπchtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie möglichst kompakt baut und preiswert hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-
Einspritzvorπchtung der eingangs genannten Art dadurch gelost, dass mindestens zwe Steuerraume vorhanden sind, denen jeweils ein Ventilelement mit einer Druckflache zugeordnet ist, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz des Ventilelements hm gerichtet ist, wobei die Steuerraume koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Hohe angeordnet sind.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemaße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hat den Vorteil, dass beide Ventilelemente hubgesteuert sind und sie dennoch sehr kompakt baut. Die Hubsteuerung der Ventilelemente durch eine kurzzeitige Druckabsenkung im jeweiligen Steuerraum ermöglicht ein sehr präzises Schalten der Ventilelemente. Die koaxiale Anordnung und die Anordnung auf gleicher Hohe der Steuerraume ermöglicht dabei eine kurze und schmale Bauweise der Einspritzvorrichtung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteranspruchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Steuerraume durch ein hulsenartiges Trennelement voneinander getrennt sind. Ein solches hulsenartiges Trennelement kann einfach und preiswert hergestellt werden.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das hulsenartige Trennelement ein separates Teil ist und von einer Spanneinrichtung mit einer Dichtkante gegen die Druckflache eines der Ventilelemente beaufschlagt wird. Als separates Teil wird die Herstellung des hülsenartigen Trennelements nochmals vereinfacht. Im einfachsten Fall kann es sich beim hulsenartigen Trennelement um ein Rohrstuck handeln. Durch die Beaufschlagung des hulsenartigen Trennelements mit einer Spann- bzw. Federkraft wird eine sichere Abdichtung der beiden unmittelbar nebeneinander gelegenen Steuerr ume gewährleistet .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide bzw. alle Steuerraume nach außen hin durch ein hulsenartiges Trennelement begrenzt sind, welches von einer Spanneinrichtung beaufschlagt wird. Durch den ahnlichen Aufbau wird der Zusammenbau der erfmdungsgemaßen Kraftstoff-Einspritz o ichtung vereinfacht .
Eine andere Ausgestaltung der erf dungsgemaßen Kraftstoff- E spritzvorπchtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Ventilelement von einer Spanneinrichtung, welche e n hulsenartiges Trennelement beaufschlagt, gegen seinen Dichtsitz beaufschlagt wird. In diesem Fall dient die Spanneinrichtung nicht nur dazu, das hulsenartige Trennelement so zu beaufschlagen, dass eine sichere Abdichtung des Steuerraums gewährleistet ist, sondern es sorgt gleichzeitig auch für eine gewisse Vorspannung des Ventilelements gegen seinen Dichtsitz. D es ist vor allem dann von Vorteil, wenn das KraftstoffSystem bzw. die Brennkraftmaschine, bei dem bzw. bei der die Kraftstoff- Emspritzvorrichtung zum Einsatz kommt, gerade nicht betrieben wird und die entsprechenden Steuerraume daher mehr oder weniger drucklos sind.
Besonders einfach ist dies bei jener Spanneinrichtung, welche das hulsenartige Dichtelement beaufschlagt, das den Steuerraum des radial äußeren Ventilelements nach außen hm begrenzt, dadurch zu realisieren, dass sich diese
Spanneini xchtung an einem Stutzring abstutzt, welcher mit dem radial äußeren Ventilelement verbunden ist.
Die Versorgung des Steuerraums des radial äußeren Ventilelements mit unter hohem Druck stehendem Fluid ist dann besonders einfach möglich, wenn der Steuerraum des radial äußeren Ventilelements über einen Kanal m dem hulsenartigen Trennelement, welches den Steuerraum nach außen hm begrenzt, mit einem Hochdruckanschluss verbunden ist. Ein solcher Kanal kann einfach durch eine Bohrung in der Wand des Trennelements realisiert werden. Sein Durchmesser kann so gewählt werden, dass er gleichzeitig eine Zustromdrossel in den Steuerraum hinein darstellt bzw. umfasst.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemaßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein 3/3-Wegeventil umfasst, welches mit einem Niederdruckanschluss und mit den beiden Steuerraumen verbunden ist. Mit einem einzigen Ventil können so die Bewegungen der mindestens zwei Ventilelemente gesteuert werden. Die entsprechende Kraftstoff- Einspritzvorrichtung baut in diesem Fall besonders kompakt und ist preiswert. Auch ist der Einbau einfacher, da weniger Anschlüsse zu verbinden sind.
Dabei wird es wiederum besonders bevorzugt, wenn in einer ersten Schaltstellung des 3/3-Wegeventils beide Ventilelemente an ihren Ventilsitzen anliegen, in einer zweiten Schaltstellung das radial äußere Ventilelement von seinem Ventilsitz abgehoben ist und das radial innere Ventilelement am Ventilsitz anliegt, und in einer dritten Schaltstellung beide Ventilelemente von ihren Ventilsitzen abgehoben sind. Hierdurch können alle wesentlichen
Schaltstellungen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung abgedeckt werden.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines
KraftstoffSystems mit mehreren Kraftstoff- Einsprit vorriehtungen;
Figur 2 einen teilweisen Schnitt durch eine der
Kraftstof -Einspπtzvorπchtungen von Figur 1 ; und
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Kraftstoff-Emspritzvorrichtung von Figur 2.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In Figur 1 tragt ein KraftstoffSystem insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftsto fpumpe 14 Kraftstoff in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 fordert. Diese fuhrt zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18. Bei der Hochdruck- Kraftstoffpumpe 18 handelt es sich um eine Kolbenpumpe, welche von einer Nockenwelle (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine (ebenfalls nicht dargestellt) , zu welcher das KraftstoffSystem 10 gehört, angetrieben wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fordert ihn zu einer
Kraftstoff-Sammelleitung 20. Diese wird auch als "Rail" bezeichnet. In ihr ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert .
An die Krα tstoff-Sammelleitung 20 sind mehrere Kraftstoff- Einspntzv rric tungen 22 angeschlossen. Hierzu verfugen diese über Hochdruckanschlusse 24. Die Kraftstoff- E spπtzvorrichtungen 22 spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennraume 26 der Brennkraftmaschine ein. Die Kraftstoff-Emspπtzvorrichtungen 22 verfugen jeweils auch über einen Niederdruckanschluss 28, von dem eine Rucklaufleitung 30 zurück zum Kraftstoffbehälter 12 fuhrt. Der Betrieb der Brennkraftmaschine, des KraftstoffSystems 10 und insbesondere der Kraftstoff-Emspπtzvorrichtungen 22 wird von einem Steuer- und Regelgerat 32 gesteuert bzw. geregelt. Hierzu ist dieses über Leitungen (ohne Bezugszeichen) mit den Kraftstoff-Emspritzvorπchtungen 22 verbunden. Das in Figur 1 dargestellt KraftstoffSystem kann gleichermaßen bei Benzin- als auch bei Diesel- Brennkraftmaschmen eingesetzt werden.
Der Aufbau der Kraftstoff-Emspritzvorrichtungen 22 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 im Detail erläutert:
Die Kraft stof -Emspritzvorrichtungen 22 umfassen ein Gehäuse, welches einen Dusenkorper 34, ein Zwischenstuck 36, und ein oberes Endstuck 38 umfasst. Im Dusenkorper 34 ist eine Ausnehmung 40 vorhanden, der zwei koaxial angeordnete Ventilelemente 42 und 44 vorhanden sind. Das äußere rohrformige Ventilelement 42 arbeitet mit einem Ventilsitz 46 zusammen, welcher im Figur 2 unteren Bereich der Ausnehmung 40 vorhanden ist. Ihm sind ferner Austrittsoffnungen 48 zugeordnet. Das innere Ventilelement 44 arbeitet mit einem Ventilsitz 50 zusammen, und ihm sind Kraftstof f-Austrittsoffnungen 52 zugeordnet.
Das ußere Ventilelement 42 wird in der Ausnehmung 40 gefuhrt. Das innere Ventilelement 44 wird im äußeren Ventilelement 42 gefuhrt. Die äußere Mantel lache des äußeren Ventilelements 42 weist im Bereich des Figur 2 oberen Endes des äußeren Ventilelements 42 einen Absatz 54 auf. An diesem liegt ein Stutzring 56 an. An dem Stutzring 56 stutzt sich wiederum ein Ende einer Druckfeder 58 ab, deren anderes Ende eine erste Dichthulse 60 gegen das Zwischenstuck 36 beaufschlagt. Die erste Dichthulse 60 ist fluiddicht auf das in Figur 2 obere Ende des äußeren Ventilelements 42 aufgeschoben. Die erste Dichthulse 60 und das äußere Ventilelement 42 sind jedoch zumindest in axialer Richtung relativ zueinander beweglich.
Die erste Dichthulse 60 weist an ihrem in Figur 2 oberen Rand eine spitz zulaufende umlaufende Dichtkante 62 auf. Im Bereich dieser spitz zulaufenden Dichtkante 62 ist an einer Stelle der ersten Dichthulse 60 ein radial verlaufender Kanal 64 durch die Dichthulse hindurchgearbeitet. Der in Figur 2 obere Rand des äußeren Ventilelements 42 bildet eine ebene Ringflache, welche eine ringförmige Druckflache 66 darstellt. Deren Bedeutung wird weiter unten noch im Detail erläutert werden.
Im Zwischenstuck 36 ist eine ringförmige und zum Dusenkorper 34 hin offene Ausnehmung 68 vorhanden. An deren in Figur 2 oberem Ende stutzt sich ein Ende einer Druckfeder 70 ab, deren anderes Ende einen Rand einer zweiten ringförmigen Dichthulse 72 beaufschlagt. Die zweite Dichthulse 72 ist in der ringförmigen Ausnehmung 68 gleitend und fluiddicht gefuhrt. Ihr in Figur 2 unterer
Rand ist analog zum Rand 62 der ersten Dichthulse 60 spitz zulaufend und bildet eine Dichtkante 74. Diese liegt an einer oberen Endflache des inneren Ventilelements 44 an.
Diese obere Endflache bildet in weiter unten noch naher zu erläuternder Art und Weise eine Druckflache 76. Der Durchmesser der Dichtkante 74 der zweiten Dichthulse 72 ist etwas kiemer als der Außendurchmesser des inneren Ventilelements 44. Die Druckfeder 58, die erste Dichthulse 60, die Druckfeder 70, die zweite Dichthulse 72 und die beiden Ventilelemente 42 und 44 sind koaxial zueinander angeordnet .
Zwischen den beiden Dichthulsen 60 und 72, der Druckflache 66 am äußeren Ventilelement 42 und dem Zwischenstück 36 ist ein äußerer ringförmiger Steuerraum 78 vorhanden. Zwischen der kreisförmigen Druckflache 76 des inneren Ventilelements 44, der zweiten Dichthulse 72 und dem Zwischenstuck 36 ist ein innerer Steuerraum 80 gebildet.
Im oberen Endstuck 38 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 ist ein 3/3-Wegeventil 82 vorhanden. Dessen Ventilelement 84 wird über einen Stößel 86 von einem Piezoaktor 88 betätigt. Das Ventilelement 84 ist in einer Steuerkammer 90 angeordnet und arbeitet mit einem in den Figuren 2 und 3 oberen Ventilsitz 92 und einem in den Figuren 2 und 3 unteren Ventilsitz 94 zusammen. Vom 3/3- Wegeventil 82 fuhrt ein zentrischer Kanal 96 über eine Abstromdrossel 98 zum inneren Steuerraum 80. Ferner fuhrt vom 3/3-Wegeventil 82 ein außermittiger Kanal 100 ebenfalls über eine Abstromdrossel 102 zu dem äußeren ringförmigen Steuerraum 78.
Ein Kanal 104 fuhrt vom 3/3-Wegeventil 82 zum
Niederdruckanschluss 28. Dieser ist auch über einen Leckagekanal 106 mit der ringförmigen Ausnehmung 68 im Zwischenstuck 36 verbunden. Vom Hochdruckanschluss 24 fuhrt ein Kanal 108 im oberen Endstuck 38 und im Zwischenstuck 36 zur Ausnehmung 40 im Dusenkorper 34. Ein weiterer Kanal 110 fuhrt vom Hochdruckanschluss 24 schräg über eine Zuströmdrossel 112 zum zentrischen Kanal 96. Von der Ausnehmung 40 fuhrt ein zur Langsachse der Ausnehmung 40 paralleler Kanal 114 zu einem im unteren Bereich der Ausnehmung 40 vorhandenen Ringraum 116.
Die m den Figuren 2 und 3 dargestellte Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 22 arbeitet folgendermaßen:
In der geschlossenen Ruhestellung, wenn die Kraftstoff- E spritzvorπchtung 22 also keinen Kraftstoff den ihr zugeordneten Brennraum 26 einspritzen soll, liegt das Ventilelement 84 des 3/3-Wegeventιls 82 am oberen Ventilsitz 92 an. D e Verbindung der Steuerraume 78 und 80 zum Niederdruckanschluss 28 hin ist somit unterbrochen. Gleichzeitig bleibt die Verbindung der Steuerraume 78 und 80 zum einen über den Kanal 96, den Kanal 110 und die Stromungsdrossel 112 und zum anderen über die Stromungsdrossel 64 und den Kanal 108 bestehen. In den Steuerraumen 78 und 80 herrscht also der auch am Hochdruckanschluss 24 wirkende hohe Kraftstoffdruck. Dieser fuhrt an den Druckflachen 76 und 66 zu entsprechenden Kräften, durch die die Ventilelemente 42 und 44 gegen die Ventilsitze 46 und 50 gedruckt werden. Diese Kräfte an den Druckflachen 76 und 66 wirken gleichsinnig wie die Beaufschlagungskrafte durch die Druckfedern 58 und 70.
Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoff- Austrittso fnungen 48 erfolgen soll, wird der Piezoaktor 88 vom Steuer- und Regelgerat 32 so angesteuert, dass das Ventilelement 84 des 3/3-Wegeventιls 82 in Anlage an den unteren Ventilsitz 94 kommt. In diesem Zustand ist zwar die Fluidverbmdung zwischen dem Steuerraum 80 des inneren Ventilelements 44 und dem Niederdruckanschluss 28 weiterhin unterbrochen, über die Abstromdrossel 102, den Stromungskanal 100, d e Steuerkammer 90 und den Kanal 104 kann edozh nun Kraftstoff aus dem ringförmigen Steuerraum 78 des äußeren Ventilelements 42 zum Niederdruckanschluss 28 hin abströmen.
Somit sinkt der Druck im Steuerraum 78 und die entsprechende Kraftresultierende an der Druckflache 66 ebenso. Da im Ringraum 116 weiterhin ein hoher
Kraftstof druck herrscht und dieser an einer radial auswärts vom Ventilsitz 46 vorhandenen Druckflache des äußeren Ventilelements 42 in einer vom Ventilsitz 46 weg zeigenden Richtung wirkt, wird nun das äußere Ventilelement 42 vom Ventilsitz 46 abgehoben, so dass Kraftstoff aus den Kraftstof -Austrittsoffnungen 48 austreten kann.
Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff sowohl durch die Kraftstoff-Austrittsoffnungen 48 als auch durch die Kraftstoff-Austrittsoffnungen 52 erfolgen soll, wird der
Piezoaktor 88 vom Steuer- und Regelgerat 32 so angesteuert, dass sich das Ventilelement 84 n einer mittleren Schaltstellung, also weder in Anlage am oberen Ventilsitz 92 noch in Anlage am unteren Ventilsitz 94 befindet. In diesem Fall sind beide Steuerraume 78 und 80 mit dem Niederdruckanschluss 28 verbunden. Analog zu dem oben Beschriebenen sinkt somit der Betrag der Kraftresultierenden, welche an der Druckflache 76 des inneren Ventilelements 44 angreift, und das innere Ventilelement 44 kann aufgrund des radial auswärts vom
Ventilsitz 50 an seiner konischen Spitze angreifenden hohen Drucks vom Ventilsitz 50 abheben.
Man sieht ohne Weiteres insbesondere aus Figur 3, dass die beiden Steuerraume 78 und 80 koaxial zueinander und etwa auf gleicher axialer Hohe angeordnet sind. Die Abdichtung der Steuerraume 78 und 80 erfolgt dabei im Wesentlichen durch die Dichthulsen 60 und 72.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (34, 36, 38)', mit einer in dem Gehäuse (34, 36, 38) vorhandenen Ausnehmung (40), mit mindestens zwei in der Ausnehmung (40) koaxial zueinander angeordneten Ventilelementen (42, 44), welche jeweils mit einem entsprechenden Ventilsitz (46, 50) zusammenarbeiten und denen jeweils mindestens eine Kraftstoffaustrittsoffnung (48, 52) zugeordnet ist, und mit mindestens einem Steuerraum (80), welcher von einer einem Ventilelement (44) zugeordneten Druckfläche (76) begrenzt wird, deren Kraftresultierende im 'Betrieb zum Ventilsitz (50) des Ventilelements (44) hin gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Steuerräume (78, 80) vorhanden sind, denen jeweils ein Ventilelement (42, 44) mit einer Druckfläche (66, 76) zugeordnet ist, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist, wobei die Steuerräume (78, 80) koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerräume (78, 80) durch ein hulsenartiges Trennelement (72) voneinander getrennt sind.
3. Kraftstoff-Emspritzvorπchtung (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hulsenartige Trennelement ein separates Teil (72) ist und von einer Spanneinrichtung (70) mit einer Dichtkante (74) gegen die Druckflache (76) eines der Ventilelemente (44) beaufschlagt wird.
4. Kraftstoff-Einspritzvorπchtung (22) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerraume (78, 80) jeweils nach außen durch ein hulsenartiges Trennelement (60, 72) begrenzt sind, welches von einer Spannemrichtung (70, 58) beaufschlagt wird.
5. Kra tstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens em Ventilelement (42, 44) von einer Spannemrichtung (58, 70), welche em hulsenartiges Trennelement (60, 72) beaufschlagt, gegen seinen Ventilsitz (46, 50) beaufschlagt wird.
6. Kraftstoff-Emspr ltzvorπchtung (22) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich d e Spannemrichtung
(58), welche das hulsenartige Dichtelement (60) beaufschlagt, das den Steuerraum (78) des radial äußeren Ventilelements (42) nach außen hm begrenzt, an einem Stutzring (56) abstutzt, welcher an dem radial äußeren Ventilelement (42) anliegt.
7. Kraftstoff-Emspπtzvorrichtung (22) nach dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (78) des radial äußeren Ventilelements (42) über einen Kanal (64) m dem hulsenartigen Trennelement (60), welches ihn nach außen h begrenzt, mit einem Hochdruckanschluss (24) verbunden ist.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein 3/3-Wegeventil (82) umfasst, welches mit einem Niederdruckanschluss (28) und mit den beiden Steuerräumen (78, 80) verbunden ist.
9. Kraftstof -Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung des 3/3-Wegeventils (82) beide Ventilelemente (42, 44) an ihren Ventilsitzen (46, 50) anliegen, in einer zweiten Schaltstellung das radial äußere Ventilelement (42) von seinem Ventilsitz (46) abgehoben ist und das radial innere Ventilelement (44) an seinem Ventilsitz (50) anliegt, und in einer dritten Schaltstellung beide Ventilelemente (42, 44) von ihren Ventilsitzen (46, 50) abgehoben sind.
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