EP1554489A1 - Filteranordnung für kraftstoffeinspritzsysteme - Google Patents

Filteranordnung für kraftstoffeinspritzsysteme

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EP1554489A1
EP1554489A1 EP03808664A EP03808664A EP1554489A1 EP 1554489 A1 EP1554489 A1 EP 1554489A1 EP 03808664 A EP03808664 A EP 03808664A EP 03808664 A EP03808664 A EP 03808664A EP 1554489 A1 EP1554489 A1 EP 1554489A1
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EP
European Patent Office
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pressure
fuel
line
chamber
injection device
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EP03808664A
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English (en)
French (fr)
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EP1554489B1 (de
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Hans-Christoph Magel
Martin Kropp
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1554489B1 publication Critical patent/EP1554489B1/de
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    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/0043—Two-way valves

Definitions

  • Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used to supply combustion chambers to self-igniting internal combustion engines.
  • pump injector units pump line units
  • accumulator injection systems (Cornmon Rail) are used as fuel injection systems.
  • Accumulator injection systems advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the internal combustion engine. In order to achieve high specific performance and to reduce emissions, the highest possible injection pressure is generally required.
  • DE 199 10 970 AI relates to a substance injection device.
  • This has a pressure transmission unit arranged between a pressure storage chamber and a nozzle chamber, the pressure chamber of which is connected to the nozzle chamber via a pressure line.
  • a bypass line connected to the pressure storage space is also provided.
  • the bypass line is connected directly to the pressure line.
  • the bypass line can be used for a pressure injection and is arranged parallel to the pressure chamber, so that the bypass line is continuous regardless of the movement and position of a displaceable pressure medium of the pressure translation unit.
  • This solution increases the flexibility of the injection.
  • the pressure translation unit is controlled by relieving the pressure in the rear space of the pressure translation unit.
  • DE 102 18 904.8 relates to a fuel injection device.
  • This includes a fuel injector that can be supplied by a high-pressure fuel source and a pressure translation device.
  • a closing piston of the injector protrudes into a closing pressure chamber, so that the closing piston can be acted upon with fuel pressure in order to achieve one Force acting on the closing piston in the closing direction.
  • a closing pressure chamber and a rear chamber of the back pressure translation device are formed by a common closing pressure back chamber, all partial areas of the closing pressure rear chamber being permanently connected to one another for the exchange of fuel, so that a relatively low injection opening pressure can be achieved despite a low pressure boost by the pressure transmission device.
  • the pressure booster unit is controlled by relieving the pressure in the rear space of the pressure booster by means of a switching valve. This is cheaper in terms of relaxation losses.
  • Fuel injectors of fuel injection systems which include high pressure storage spaces, have very small throttles and valve opening cross sections.
  • a filter element in front of the fuel injector is therefore necessary in these fuel injection injectors for perfect functional reliability. With this, the smallest dirt particles, e.g. can get into the system during assembly of the system parts, be kept away from the sensitive components.
  • rod filters are usually used, which are used in the high-pressure line connecting piece.
  • rod filters in fuel injectors of fuel injection systems, which include a high-pressure storage space and a pressure translation unit to increase the pressure level, is the large fuel volume flow that flows from the high-pressure storage space to the fuel injector during the short injection phase. This results in a strong throttling when using filter elements designed as rod filters, which results in a not inconsiderable pressure loss. This will degrade system efficiency and affect maximum injection pressure. To avoid this, rod filters used as filter elements would have to be dimensioned relatively large. Rod filters of relatively large dimensions cannot, however, be accommodated in the space available.
  • a filter element can be integrated according to the invention in such a way that no throttle losses occur during the injection which impair the achievable maximum injection pressure.
  • the actual maximum injection pressure with which the fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine can thus increase. Furthermore, an increase in the efficiency of the fuel injection device can be achieved.
  • the filter element which is used to separate the smallest dirt particles, e.g. can get into the assembly of individual components of the fuel injection device, is housed in a branch from the high-pressure line, which acts on a working space of the pressure booster, or in a branch from the working space.
  • the fuel volume flow is considerably lower in the branch receiving the filter element.
  • the long duration of the injection pause between the injections is available in which the amount of fuel for filling the pressure spaces flows through the filter element when the pressure intensifier is reset. No fuel has to flow over the filter element in the delivery stroke of the pressure intensifier.
  • the working area of the pressure intensifier is exposed to unfiltered, high-pressure fuel, which is done without throttling by a filter element.
  • the filter element can be connected upstream of flow connections via which a rear space of the pressure intensifier and its high pressure space are refilled with fuel during the reset phase of a piston-shaped transmission element configured in the pressure intensifier.
  • the filter element can be arranged upstream of a switching valve that actuates the pressure intensifier.
  • the filter element is integrated into the supply line to the switching valve in such a way that filtered fuel is supplied to all areas of the fuel injector with the exception of the working space of the pressure booster.
  • the switching valve which can have sealing seats and, in the case of a servo-hydraulic version, also throttles with very small throttle cross sections, can be protected against contamination.
  • the filter element for separating contaminants from the fuel is accommodated in flow lines which, in comparison to the high-pressure lines acting on the working space of the pressure intensifier, lead to significantly lower fuel volume flows.
  • the amount of fuel required to refill the back space and the high pressure space of the pressure intensifier flows through the filter element during the long pause in injection compared to the injection phase. Therefore, a smaller _ ⁇ _ lumen flow than in the supply line to the work area during the injection phase. No fuel flow through the filter element is necessary during injection.
  • the filter element, a check valve in the bypass line of the pressure intensifier, a throttle point and a filling valve can be integrated in the translation element of the pressure intensifier.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an arrangement of the filter element which is connected upstream of fault connections serving for refilling pressure chambers of a pressure intensifier;
  • FIG. 2 shows another embodiment in which a filter element one
  • Switching valve actuating pressure intensifier is connected upstream outside a high-pressure line and
  • Figure 3 is an integrated in a pressure booster piston of the pressure booster
  • FIG. 1 shows a representation of an exemplary embodiment in which a filter element is connected upstream of the filling lines of pressure chambers of a pressure intensifier.
  • FIG. 1 shows a fuel injection device 1 which is supplied with fuel under high pressure via a high-pressure source (not shown in FIG. 1).
  • the high-pressure source not shown in the drawing, is connected to a high-pressure connection 2 of a high-pressure line 3 and acts directly on a working chamber 15 of a pressure intensifier 13 without throttling.
  • a line section 4 branches off from the high-pressure line 3, in which a filter element 5 is accommodated. In comparison to the fuel volume flow that flows through the high-pressure line 3 to the working space 15 of the pressure booster 13, the fuel volume passing through the line section 4 is small.
  • a return spring 18 is arranged in the rear space 16 of the pressure intensifier 13, which acts on a piston-like transmission element 14 which is formed in one piece in the illustration according to FIG.
  • a third flow channel 23 is connected in parallel with the second flow channel 20 and comprises a throttle point 12, so that the rear space 16 of the pressure booster 13 can be acted upon with fuel via the flow channels 20 and 23 connected in parallel.
  • the switching valve 21 is connected to a return 24 on the low-pressure side, which opens into a fuel tank of a vehicle, not shown in FIG. 1.
  • An inlet or outlet 22 extends from the high-pressure chamber 17 of the pressure booster 13 and can be flowed through in the inflow direction or in the outflow direction — with respect to a fuel injector 20.
  • the inlet and outlet 22 merges into a high-pressure line 25, designated by reference numeral 25, by means of which the fuel brought to a pressure level increased in accordance with the dimensioning of the pressure booster 13 is fed to the fuel injector 26.
  • the inlet throttle 30 is integrated in an injector body 27 of the fuel injector 26.
  • the control chamber 29 of the fuel injector 26 is filled with fuel through the inlet throttle 30.
  • a pressure relief of the control chamber 29 takes place via an outlet throttle 31, the control chamber 29, which is not shown in FIG. 1
  • Closing closing member can be actuated via a further switching valve 32.
  • the further switching valve 32 can be designed as a solenoid valve or as a piezo actuator.
  • the fuel entering the control chamber 29 via the inlet throttle 30 acts on an end face 33 of an injection valve member 28 movably received in the injector body 27 of the fuel injector 26.
  • the injection valve member 28 is preferably designed as a nozzle needle.
  • a nozzle spring chamber 34 is also arranged in the injector body 27.
  • a spring element 35 is accommodated in the nozzle spring chamber 34, which is formed on the one hand by the wall of the injector body 27 and on the other hand by an annular surface 36 of the injection valve member 28.
  • the injection valve member 28 includes a truncated cone-shaped pressure shoulder 38 the fuel supplied to it via the orifice 41 flows through an annular gap formed at the end of the fuel injector 26 on the combustion chamber side, through which the fuel under high pressure is fed to a combustion chamber 40 of an internal combustion engine.
  • One or more injection openings 39 can be formed at the end of the fuel injector 26 on the combustion chamber side.
  • the injection openings 39 can also be formed in a ring shape in rings lying concentrically to one another at the end of the fuel injector 26 on the combustion chamber side, so that uniform atomization of the fuel under high pressure is ensured when it is injected into the combustion chamber 40 of the internal combustion engine.
  • the fuel is present without throttling through a filter element in the working space 15 of the pressure booster 13.
  • the spring 18 integrated in the rear space 16 of the pressure intensifier 13 holds the piston-shaped translation element 14 in its rest position.
  • the pressure booster 13 is activated by opening the switching valve 21.
  • the rear space relief line 19 is connected to the return 24 on the low pressure side, fuel flows out of the rear space 16 of the pressure intensifier 13. Due to the high pressure prevailing in the working space 15, the piston-shaped transmission element 14 moves into the high pressure space 17.
  • the piston-shaped transmission element 14 In the high-pressure chamber 17, the piston-shaped transmission element 14 according to the design of the pressure intensifier 13 results in an increased fuel pressure which, via the inlet or outlet 22, the fuel injector 26 or its control chamber 29 and the like. sen nozzle space 37 is supplied. During the injection process, the fuel flows unfiltered without filtering via the high-pressure line 3 to the working space 15 of the pressure intensifier 13. The fuel compressed in the high pressure chamber 17 of the pressure booster 13 is injected. After the end of the injection process, due to the actuation of the switching valve 21 in its closed position, the piston-shaped transmission element 14 is reset to its rest position by the spring 18 let into the rear space 16.
  • the check valve 11 arranged in the first flow channel 10 prevents that fuel under increased pressure flows back into the line section 4 branching off the high-pressure line 3 and containing the filter element 5.
  • fuel flows into the high-pressure chamber 17 of the pressure intensifier 13 via the first flow channel 10 connected downstream of the filter element 5.
  • fuel filtered through the filter element 5 in the line section 4 flows into the rear space 16 of the pressure intensifier 13 via the second flow channel 20 containing the filling valve 6 and the third flow channel 23 connected in parallel with the second flow channel 20.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment in which a filter element is arranged upstream of a switching valve that actuates the pressure intensifier.
  • the high-pressure line 3 is acted upon by a high-pressure storage space 43 (Com on-Rail) with fuel under high pressure.
  • the fuel which is under high pressure, enters the high-pressure line 3 at the high-pressure line connection 2 and flows through it to the working space 15 of the pressure intensifier 13 without restriction.
  • a larger fuel volume flow flows, compared to the fuel volume flow that passes through the line section 4 receiving the filter element 5.
  • the line section 4 represents the supply line to the switching valve 21 activating the pressure intensifier 13.
  • the switching valve 21 comprises, on the one hand, a connection to the return 24 on the low-pressure side and, on the other hand, an overflow line 42 which, according to the double arrow shown in FIG Directions, depending on the switching position of the switching valve 21, fuel can flow through.
  • this is piston-shaped Translation element 14 of the pressure translator 13 executed in two parts.
  • the back space 16 of the pressure booster 13 is acted upon by fuel under high pressure via the overflow line 42.
  • the spring element 18 is inserted, which holds the piston-shaped transmission element 14, which is formed here in two parts, in its rest position.
  • the two-part, piston-shaped transmission element 14 acts on the high-pressure chamber 17 with its end facing away from the working chamber 15.
  • the high-pressure line 25 extends from the high-pressure chamber 17 of the pressure booster 13 to the nozzle chamber 37 and opens out at the mouth 41. Furthermore, the high-pressure chamber 17 of the pressure booster 13 is connected to a filling line 44 via a refilling line 45. Via the filling line 44, the rear space 16 of the pressure booster 13 and the control chamber 29 of the fuel injector 26 are in flow connection with one another.
  • the spring element 35 is let into the control chamber 29 of the fuel injector 26 as shown in FIG. This is supported on a boundary surface of the control chamber 29 and acts on the end face 36 of the injection valve member 28, which can be configured as a nozzle needle Pressure relief of the control chamber 29 and a check valve 11 serving to fill the high pressure chamber 17 contains.
  • injection openings 39 from the end of the fuel injector 26 on the combustion chamber side, be it in a staggered position to one another or be arranged in annular concentric circles to one another, the fuel flowing from the nozzle chamber 37 of the fuel injector 26 when the injection valve member 28 is opened is fed into the combustion chamber 40 of the internal combustion engine injected.
  • throttling losses can be avoided during the injection and thus the highest pressures can be achieved during the injection, since fuel flows unrestricted from the high-pressure accumulator 43 into the working space 15 of the pressure intensifier 13 via the high-pressure line 3.
  • the fuel volume flow flowing in the high-pressure line during the injection of fuel through the fuel injector 26 is considerably higher than the fuel volume flow that passes through the line section 4 containing the filter element 5 and serving as a line to the switching valve 21. Due to the arrangement of the filter element 5, which according to the switching valve 21 of the embodiment 2, all parts of the pressure intensifier 13 - with the exception of the working space 15 - are acted upon downstream of the switching valve 21 with fuel filtered through the filter element 5.
  • control valve 21 which can have sealing seats and, in the case of a servo-hydraulic design, small throttles with extremely small throttle cross sections, is protected from contamination by the arrangement of the filter element 5 according to the invention in a line carrying a lower fuel volume flow rate - such as the feed line 4.
  • the state of the fuel injection device 1 shown in FIG. 2 shows its deactivated state. Via the switching valve 21 switched to its rest position, fuel flows via the leading mgs section 4, which serves as a feed line to the switching valve 21 and contains the filter element 5, via the overflow line 42 into the rear space 16 of the pressure intensifier 13. At the same time, its working space 15 is through the unthrottled, high pressure line 3rd passing fuel flow applied.
  • the piston-shaped transmission element 14, which separates the working space 15 from the rear space 16, is held in its rest position via the spring 18 arranged in the rear space 16 of the pressure intensifier 13.
  • the pressure level present in the rear space 16 of the pressure intensifier 13 is also present in the control space 29 of the fuel injector 26 via the filling line 44.
  • Filtered fuel flows to the latter via the inlet throttle 30.
  • a refill branch 45 which contains the check valve 11, branches off from the filling line 44.
  • the pressure level prevailing in the high-pressure storage chamber 43 is likewise present in the nozzle chamber 37 of the fuel injector 26 via the high-pressure line 25 branching off from the high-pressure chamber 17.
  • the pressure intensifier 13 is actuated by transferring the switching valve 21 into its activated position, that is to say when the overflow line 42 is connected to the low-pressure return 24.
  • the control volume contained in the rear space 16 of the pressure intensifier 13 flows in the direction of the low-pressure return 24.
  • the piston-shaped transmission element 14, which is formed in two parts in accordance with the illustration in FIG. As a result, fuel flows from the high-pressure chamber 17 at an increased pressure level to the nozzle chamber 37 via the high-pressure line 25, while fuel is displaced from the control chamber 29 of the fuel injector via the filling line 44.
  • the injection process is ended by moving the switching valve 21 into its closed position shown in FIG. 2, in which the rear space 16 of the pressure booster 13 is filled with fuel via the overflow line 42 via the line section 4 and the filter element 5 accommodated therein. This fuel has passed the filter element 5 arranged in the line section 4, which separates contaminants from the fuel.
  • the back space 16 of the pressure booster 13 is filled by supplying fuel to the rear space 16. Via the filling line 44 connecting the rear space 16 to the control space 29 of the fuel injector 26, a restrictor 31 containing filtered fuel in the high-pressure space 17 flows simultaneously via the refilling branch 45 to.
  • the filling quantity flowing into the high-pressure chamber 17 is limited by the throttle point 31.
  • the throttle point 31 ensures a phase with overpressure in the control chamber 29 at the end of the injection, which serves as a nozzle closing chamber compared to the nozzle chamber 37, as a result of which an accelerated needle closing occurs.
  • the back space 16 is refilled and the high pressure space 17 of the pressure booster 13 is refilled in parallel via the overflow line 42 and the fill line 44 and the refill branch 45 between the high pressure space 17 and the fill line 44.
  • the check valve 11 has the task of reducing the pressure during the injection to prevent in the high-pressure chamber 17, so that the fuel volume flowing out of this, which is under an increased pressure, enters the nozzle chamber 37 of the fuel injector without losses via the high-pressure line 25.
  • the, for example, spherical closing body of the check valve 11 is placed in its valve seat and closes the refill branch 45.
  • the fuel injection device 1 is controlled as shown in FIG. 2 with a switching valve 21.
  • the arrangement of the filter element 5 in the line section 4 serving as a feed line to the switching valve 21 ensures that the switching valve 21 and all downstream of the switching valve 21 components of the pressure booster 3 - with the exception of the working space 15 - and the components of the fuel injector 26 are acted upon by filtered fuel.
  • the fuel volume flow for refilling the pressure chambers 16 and 17 of the pressure intensifier 13 is to be regarded as low with regard to the volume flow that passes through the high pressure line 3 to the working space 15 of the pressure intensifier 13.
  • the arrangement of the filter element 5 proposed according to the invention can significantly reduce the throttle losses during injection, which can lead to an impairment of the maximum achievable injection pressure;
  • the solution proposed according to the invention in accordance with the two described embodiment variants ensures that the sensitive throttle cross sections and Valve seats can be protected against the accumulation of impurities contained in fuel or impurities that got into fuel injection 1 during assembly.
  • the service life of a fuel injection device 1 configured according to the invention can be considerably extended and operational reliability increased.
  • the pressure intensifier 13 of the fuel injection device 1 in accordance with the embodiment variant shown in FIG. 3 comprises a piston-shaped transmission element 14, in which both the filter element 5 and the filling valve 6 downstream thereof, the filling valve 6 and the throttle point 12 downstream in the third flow duct. Via the throttle point 12 integrated in the third flow channel 23, the filling of the back space 16 of the pressure booster 13 is pressurized.
  • the filling valve 5 downstream of the filter element 5 is connected to the back space 16 of the pressure booster 13 via a branch 47.
  • a through-channel 46 in which the check valve 11 is accommodated, extends below the filling valve 6.
  • the passage channel 46 opens at the lower end face of the piston-shaped transmission element 14 which delimits the high-pressure space 17.
  • the pressure intensifier 13 is actuated by relieving the pressure in the rear space 16 of the pressure intensifier 13 by actuating the switching valve 21 into an open position, so that the fuel contained in the rear space 16 is in flows out the low pressure side return 24.
  • the switching valve 21 connecting the rear space 16 with the low pressure-side return 24 is actuated into its closed position according to FIG. 3, the rear space 16 of the pressure booster 13 is refilled via the flow channels 10 or 23 downstream of the filter element 5, in which the filling valve 6 or the throttle point 12 are integrated.
  • the back space 16 is refilled in parallel via the third flow channel 23 with throttle point 12 and via the branch 47 opening from the filling valve 6 into the working space 16.
  • the high-pressure space 17 is filled via the check valve 11, which assists in an upward movement of the piston-shaped transmission element 14 through the return spring 18 received in the rear space 16, fuel flows through the through-channel 46 into the high-pressure space 17 for its refilling.

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) für Verbrennungskraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle (2, 43) beaufschlagbaren Kraftstoffinjektor (26). Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) umfasst einen Druckübersetzer (13), der ein bewegbares kolbenförmiges konfiguriertes Übersetzungselement (14) enthält, welches einen mit der Hochdruckquelle (2, 43) über eine Hochdruckleitung (3) verbindbaren Arbeitsraum (15) von einem den Kraftstoffinjektor (26) beaufschlagenden Hochdruckraum (17) trennt. Durch Befüllung eines Rückraumes (16) des Druckübersetzers (13) mit Kraftstoff und durch Entleeren des Rückraumes (16) von Kraftstoff ist der Kraftstoffdruck eines Hochdruckraumes (17) variierbar. Ein Filterelement (5) ist in einem von der Hochdruckleitung (3) abzweigenden Leitungsabschnitt (4) aufgenommen und Strömungsverbindungen (10, 20, 23; 42, 44) zur Befüllung von Druckräumen (16, 17) des Druckübersetzers (13) vorgeschaltet.

Description

Filteranordnung für Kraftstoffeinspritzsysteme
Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitungs- Einheiten auch Speichereinspritzsysteme (Cornmon-Rail) zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last- und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.
Stand der Technik
DE 199 10 970 AI bezieht sich auf eine ]&aftstoffeinspritzeinrichtung. Diese weist eine zwischen einem Druckspeicherraum und einem Düsenraum angeordnete Drucküberset- zungseinheit auf, deren Druckkammer über eine Druckleitung mit dem Düsenraum verbunden ist. Weiterhin ist eine an den Druckspeicherraum angeschlossene Bypass-Leitung vorgesehen. Die Bypass-Leitung ist direkt mit der Druckleitung verbunden. Die Bypass- Leitung ist für eine Druckeinspritzung verwendbar und ist parallel zur Druckkammer angeordnet, so dass die Bypass-Leitung unabhängig von der Bewegung und Stellung eines ver- schieblichen Druckmittels der Druckübersetzungseinheit durchgängig ist. Mit dieser Lösung wird die Flexibilität der Einspritzung erhöht. Gemäß dieser Lösung erfolgt die An- steuerung der Druckübersetzungeinheit über Druckentlastung des Rückraumes der Druckübersetzungseinheit.
DE 102 18 904.8 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese umfasst einen von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kxaftstoffinjektor und eine Druckübersetzungseinrichtung. Ein Schliesskolben des Injektors ragt in einen Schliessdruckraum hinein, so dass der Schliesskolben mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schliessrichtung auf den Schliesskolben wirkenden Kraft. Ein Schliessdruckraum und ein Rückraum der DiΗckübersetzungseirrrichtung werden durch einen gemeinsamen Schliessdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Schliessdruck- Rückraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind, so dass trotz einer niedrigen Druckverstärkung durch die Dmckübersetzungseinrichtung ein relativ niedriger Einspritzöffhungsdruck erzielbar ist.
Gemäß dieser Lösung wird die Druckübersetzungseinheit durch Druckentlastung des Rückraumes des Druckübersetzers mittels eines Schaltventiles angesteuert. Dies ist hinsichtlich der Entspannungsverluste günstiger.
Kraftstoffmjektoren von Kraftstoffeinspritzsystemen, die Hochdruckspeicherräume umfassen, weisen sehr kleine Drosseln und VentilöfTriungsquerschnitte auf. Für eine einwandfreie Funktionssicherheit ist daher bei diesen Kraftstoffeinspritzinjektoren ein Filterelement vor dem Kraftstoffinjektor notwendig. Mit diesem können kleinste Verschmutzungspartikel, die z.B. während der Montage der Systemteile in das System gelangen können, von den empfindlichen Bauteilen abgehalten werden. Heute werden üblicherweise Stabfilter eingesetzt, die in den Hochdruckleitungsanschlussstutzen eingesetzt werden.
Von Nachteil bei der Anwendung von Stabfiltern bei Kraftstoffinjektoren von Kraftstoffeinspritzsystemen, die einen Hochdruckspeicherraum und eine Druckübersetzungseinheit zur Erhöhung des Druckniveaus beinhalten, ist der große Kraftstoff- Volumenstrom, der während der kurzen Einspritzungsphase vom Hochdruckspeicherraum zum Kraftstoffinjektor fließt. Dadurch entsteht beim Einsatz von als Stabfilter ausgebildeten Filterelemen- ten eine starke Drosselung, welche einen nicht unerheblichen Druckverlust nach sich zieht. Dadurch wird der Systemwirkungsgrad verschlechtert und der maximale Einspritzdruck beeinträchtigt. Um dies zu vermeiden, müssten als Filterelemente eingesetzte Stabfilter relativ groß dimensioniert werden. Relativ groß dimensionierte Stabfilter können jedoch im zur Verfugung stehenden Bauraum nicht untergebracht werden.
Darstellung der Erfindung
Bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die einen Hochdruckquelle sowie einen Druckübersetzer umfassen, der über Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung eines Rückraums gesteuert wird, kann erfindungsgemäß ein Filterelement so integriert werden, dass während der Einspritzung keine Drosselverluste auftreten, welche den erreichbaren maximalen Einspritzdruck beeinträchtigen. Damit kann der tatsächliche maximale Einspritzdruck, mit dem der Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, erhöht werden. Ferner ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erzielbar.
Das Filterelement, welches zur Abscheidung kleinster Verschmutzungspartikel, die z.B. bei der Montage einzelner Komponenten der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in diese gelangen können, erforderlich ist, wird in einem Abzweig von der Hochdruckleitung, die einen Arbeitsraum des Druckübersetzers beaufschlagt, bzw. in einem Abzweig vom Arbeitsraum direkt untergebracht. Im das Filterelement aufnehmenden Abzweig ist der Kraftstoffvolumenstrom erheblich geringer. Hierbei steht die lange Zeitdauer der Einspritzpause zwi- sehen den Einspritzungen zur Verfügung, in der die Kraftstoffmenge zum Befüllen der Druckräume beim Rückstellen des Druckübersetzers durch das Filterelement strömt. Im Förderhub des Druckübersetzers muss kein Kraftstoff über das Filterelement fließen. Der Arbeitsraum des Druckübersetzers hingegen wird mit ungefiltertem, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt, was ohne Drosselung durch ein Filterelement erfolgt.
Das Filterelement kann gemäß einer ersten Ausfuhrungsvariante Strömungsverbindungen vorgeschaltet werden, über welche ein Rückraum des Druckübersetzers und dessen Hochdruckraum bei der Rückstellphase eines im Druckübersetzer aufgenommenen kolbenförmig konfigurierten Übersetzungselementes wieder mit Kraftstoff befüllt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass der mit einem gemäß des Übersetzungsverhältnisses des Druckübersetzers komprimierte Kraftstoff, der in den Kraftstoffinjektor abströmt frei von Verunreinigungen ist, so dass alle empfindlichen Drosseln, Ventilquerschnitte und insbesondere die Ventilsitze geschützt werden. Dies gilt für alle stromab des Druckübersetzers liegenden Bereiche des Kraftstoffmjektors.
Alternativ kann das Filterelement einem dem Druckübersetzer betätigenden Schaltventil vorgeordnet werden. Das Filterelement wird in die Zuleitung zum Schaltventil integriert, derart, das allen Bereichen des Kraftstoffinjektors mit Ausnahme des Arbeitsraumes des Druckübersetzers, gefilterter Kraftstoff zugeführt wird. Ferner kann das Schaltventil, wel- ches Dichtsitze und bei einer servo-hydraulischen Ausführung auch Drosseln mit sehr kleinen Drosselquerschnitten aufweisen kann, vor Verunreinigungen geschützt werden.
Das Filterelement zur Abscheidung von Verunreinigungen aus dem Kraftstoff wird in Strömungsleitungen untergebracht, die im Vergleich zu der den Arbeitsraum des Druck- Übersetzers beaufschlagenden Hochdruckleitungen, erheblich geringere Kraftstoffvo lumenströme fuhren. Die Kraftstoffmenge, die zur Wiederbefüllung von Rückraum und Hochdruckraum des Druckübersetzers erforderlich ist, strömt während der im Vergleich zur Einspritzphase langen Einspritzpause über das Filterelemen. Daher tritt hier ein kleinerer Vo- _^_ lumenstrom auf als in der Zuleitung zum Arbeitsraum während der Einspritzphase. Während der Einspritzung ist kein KraftstofFstrom über das Filterelement notwendig.
Dadurch entstehen keine Drosselverluste während der Einspritzung und alle empfindlichen, eng tolerierten Komponenten des Kraftstoffinjektors sind gegen Beschädigungen, Undichtigkeiten aufgrund von Partikelanlageruhgen wirksam geschützt. In einer platzsparenden Variante können das Filterelement, ein Rückschlagventil in der Bypass-Leitung des Druckübersetzers, eine Drosselstelle und ein Befüllungsventil in das Übersetzungselement des Druckübersetzers integriert werden.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 Ein Ausfuhrungsbeispiel einer Anordnung des Filterelementes, welches zur Wiederbef llung von Druckräumen eines Druckübersetzers dienenden Störmungsverbindungen vorgeschaltet ist;
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Filterelement einem dem
Druckübersetzer betätigenden Schaltventil ausserhalb einer Hochdruckleitung liegend vorgeschaltet ist und
Figur 3 ein in einen Druckübersetzerkolben des Druckübersetzers integriertes
Filterelement.
Ausfuhrungsvarianten ,
Figur 1 ist die Darstellung eines Ausfuhrungsbeispieles zu entnehmen, bei der ein Filterelement den Befüllungsleirungen von Druckräumen eines Druckübersetzers vorgeschaltet ist.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 entnehmbar, die über eine in Figur 1 nicht dargestellte Hochdruckquelle mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Die zeichnerisch nicht dargestellte Hochdruckquelle ist an einem Hochdruckanschluß 2 einer Hochdruckleitung 3 angeschlossen und beaufschlagt einen Arbeitsraum 15 eines Druckübersetzers 13 unmittelbar ohne Drosselung. Von der Hochdruckleitung 3 zweigt ein Leitungsabschnitt 4 ab, in welchem ein Filterelement 5 aufgenommen ist. Im Vergleich zum KraftstoffVolumenstrom, der durch die Hochdruckleitung 3 dem Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 zuströmt, ist das den Lei- tungsabschnitt 4 passierende Kraftstoffvolumen gering.
Nach Passage des Filterelementes 5 strömt der den Leitungsabschnitt 4 passierende KraftstoffVolumenstrom den parallel geschalteten Strömungskanälen 10, 20 und 23 zu.
Über den ersten Strömungskanal 10, welcher ein Rückschlagventil 11 enthält, besteht eine Strömungsverbindung zwischen dem das Filterelement 5 enthaltenen Leitungsabschnitt 4 und dem Hochdruckraum 17 des Druckübersetzers 13. Über einen zweiten Strömungskanal 20, in welchem ein Befüllventil 6 angeordnet ist, besteht eine Strömungsverbindung zwischen dem das Filterelement 5 enthaltenen Leitungsabschnitt 4 und einem Rückraum 16 des Druckübersetzers 13. In den Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 ist eine Rückstellfeder 18 angeordnet, welche ein in der Darstellung gemäß Figur 1 einteilig ausgebildetes kolbenartiges Übersetzungselement 14 beaufschlagt. Dem zweiten Strömungskanal 20 ist ein dritter Strömungskanal 23 parallel geschaltet, welcher eine Drosselstelle 12 umfasst, so dass der Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 über die parallel geschalteten Strömungs- kanäle 20 und 23 mit Kraftstoff beaufschlagbar ist.
Der Druckübersetzer 13, der durch eine Druckentlastung des Rückraumes 16 betätigbar ist, wird über ein als Magnetventil ausbildbares Schaltventil 21 aktiviert bzw. deaktiviert. Das Schaltventil 21 ist mit einem niederdruckseitigen Rücklauf 24, welcher in einen in Figur 1 nicht dargestellten Kraftstofftank eines Fahrzeugs mündet, verbunden.
Vom Hochdruckraum 17 des Druckübersetzers 13 erstreckt sich ein Zulauf bzw. Ablauf 22, der - in bezug auf einen Kraftstoffinjektor 20 - in Zuströmrichtung bzw. in Abströmrichtung durchströmbar ist. Der Zu- bzw. Ablauf 22 geht in eine mit Bezugszeichen 25 bezeichnete Hochdruckleitung 25 über, mit welcher der auf ein entsprechend der Dimensionierung des Druckverstärkers 13 erhöhtes Druckniveau gebrachte Kraftstoff dem Kraftstoffinjektor 26 zugeführt wird.
Von der Hochdruckleitung 25 zweigt eine einen Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 beaufschlagende Zulaufdrossel 30 ab. Die Zulaufdrossel 30 ist in einen Injektorkörper 27 des Kraftstoffinjektors 26 integriert. Durch die Zulaufdrossel 30 wird der Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 mit Kraftstoff befüllt. Eine Druckentlastung des Steuerraumes 29 erfolgt über eine Ablaufdrossel 31, deren in Figur 1 nicht dargestelltes, den Steuerraum 29 verschließendes Schließglied über ein weiteres Schaltventil 32 betätigbar ist. Das weitere Schaltventil 32 kann als Magnetventil oder als Piezo-Aktor ausgebildet sein. Der über die Zulaufdrossel 30 in den Steuerraum 29 eintretende Kraftstoff beaufschlagt eine Stirnfläche 33 eines im Injektorkörper 27 des Kraftstoffinjektors 26 bewegbar aufgenommenen Ein- spritzventilgliedes 28. Das Einspritzventilglied 28 wird bevorzugt als Düsennadel ausgebildet. Im Injektorkörper 27 ist ferner ein Düsenfederraum 34 angeordnet. Im Düsenfeder- raum 34, der einerseits durch die Wandung des Injektorkörpers 27 und andererseits durch eine Ringfläche 36 des Einspritzventilgliedes 28 gebildet ist, ist ein Federelement 35 aufgenommen. Aus dem Düsenfederraum 34 des Injektorkörpers 27 strömt bei einer vertikal nach oben gerichteten Öffhungsbewegung des Einspritzventilgliedes 28 Kraftstoffvolumen über den Rücklauf 24 auf die Niederdruckseite der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ab.
Die Hochdruckleitung 25, welche über den Hochdruckraum 17 des Druckübersetzers 13 beaufschlagbar ist, mündet an einer Mündungsstelle 41 in einen im Injektorkörper 27 des Kraftstoffϊnjektors 26 ausgebildeten Düsenraum 37. Das Einspritzventilglied 28 umfasst im Bereich des Düsenraums 37 eine kegelstumpfförmig ausgebildete Druckschulter 38. Vom Düsenraum 37 strömt der diesem über die Mündungsstelle 41 zugeführte Kraftstoff über einen am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 ausgebildeten Ringspalt Ein- spritzöffhungen 39 zu, über welche der unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einem Brennraum 40 einer Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 können ein oder mehrere Einspritzöffnungen 39 ausgebildet sein. Die Einspritzöffnungen 39 könnnen auch ringförmig in konzentrisch zueinander liegenden Ringen am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 ausgebildet werden, so dass eine gleichmäßige Zerstäubung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs beim Einspritzen in den Brennraum 40 der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet ist.
Über die am Hochdruckanschluß 2 mit der Hochdruckleitung 3 verbundene, in Figur 1 nicht dargestellte, Kraftstoffquelle steht der Kraftstoff ohne Drosselung durch ein Filterelement im Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 an. Die in den Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 integrierte Feder 18 hält das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 14 in seiner Ruhelage. Der Druckvübersetzer 13 wird durch Öffnung des Schaltventiles 21 aktiviert. Bei der Verbindung der Rückraumentlastungsleitung 19 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 24 strömt Kraftstoff aus dem Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 ab. Aufgrund des im Arbeitsraum 15 herrschenden Hochdruckes fahrt das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 14 in den Hochdruckraum 17 ein. Im Hochdruckraum 17 ergibt sich durch das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 14 gemäß der Auslegung des Druckübersetzers 13 ein erhöhter Kraftstoffdruck, der über den Zulauf bzw. Ablauf 22 den Kraftstoffinjektor 26 bzw. dessen Steuerraum 29 und des- sen Düsenraum 37 zugeführt wird. Während des Einspritzvorganges strömt der Kraftstoff ohne Filterung ungedrosselt über die Hochdruckleitung 3 dem Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 zu. Der im Hochdruckraum 17 des Druckverstärkers 13 komprimierte Kraftstoff wird eingespritzt. Nach dem Beenden des Einspritzvorganges erfolgt aufgrund der Betätigung des Schaltventiles 21 in seine Schließstellung eine Rückstellbewegung des kolbenförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 14 in seine Ruhelage durch die in dem Rückraum 16 eingelassene Feder 18. Während des Einspritzvorganges wird durch das im ersten Strömungskanal 10 angeordnete Rückschlagventil 11 verhindert, dass unter erhöhtem Druck stehender Kraftstoff in den von der Hochdruckleitung 3 abzweigenden, das Fil- terelement 5 enthaltenden Leitungsabschnitt 4 zurückströmt. Während der Rückstellbewegung des kolbenförmig ausgebildeten Übersetzungselementes 14 strömt Kraftstoff über den dem Filterelement 5 nachgeschalteten ersten Strömungskanal 10 in den Hochdruckraum 17 des Druckübersetzers 13 nach. Gleichzeitig strömt über den das Befüllventil 6 enthaltenen zweiten Strömungskanal 20 und den dem zweiten Strömungskanal 20 parallel geschalteten dritten Strömungskanal 23, die Drosselstelle 12 enthaltend, durch das Filterelement 5 im Leitungsabschnitt 4 gefilterter Kraftstoff in den Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 nach. Damit werden alle stromabwärts des Druckübersetzers 13 liegenden Komponenten des Kraftstoffinjektors, insbesondere die Zulaufdrossel 30 sowie die Ablaufdrossel 31 sowie der Düsenraum 37 im Injektorkörper 27 und die Einspritzöffnungen 39 am brennraum- seitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 nur mit gefiltertem Kraftstoff beaufschlagt.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel zu entnehmen, bei dem ein Filterelement einem dem Druckübersetzer betätigenden Schaltventil vorgelagert ist.
Gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausfülirungsvariante wird die Hochdruckleitung 3 von einem Hochdruckspeicherraum 43 (Com on-Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff tritt am Hochdruck- leitungsanschluß 2 in die Hochdruckleitung 3 ein und strömt über diese dem Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 ungedrosselt zu. In der Hochdruckleitung 3 vom Hochdruckspeicher 43 zum Arbeitsraum 15 strömt ein größerer Kraftstoffvolumenstrom, verglichen zu dem KraftstoffVolumenstrom, der den das Filterelement 5 aufnehmenden Leitungsabschnitt 4 passiert. Der Leitungsabschnitt 4 stellt in Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 2 die Zuleitung zu dem der Druckübersetzer 13 aktivierenden Schaltventil 21 dar. Das Schalt- ventil 21 umfasst einerseits einen Anschluß zum niederdruckseitigen Rücklauf 24 und andererseits eine Überströmleitung 42, welche gemäß des in Figur 2 eingetragenen Doppelpfeiles in beide Richtungen, je nach Schaltstellung des Schaltventiles 21, von Kraftstoff durchströmbar ist. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist das kolbenförmig ausgebildete Übersetzungselement 14 des Druckübersetzers 13 zweiteilig ausgeführt. Über die Überströmleitung 42 ist der Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Im Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 ist das Federelement 18 eingelassen, welches das hier zweiteilig ausgebildete, kolbenförmige Über- Setzungselement 14 in seiner Ruhelage hält. Das zweiteilig ausgeführte, kolbenförmige Übersetzungselement 14 beaufschlagt mit seiner dem Arbeitsraum 15 abgewandten Stirnseite den Hochdruckraum 17. Vom Hochdruckraum 17 des Druckverstärkers 13 erstreckt sich einerseits die Hochdruckleitung 25 zum Düsenraum 37 und mündet an der Mündungsstelle 41 in diesen. Des weiteren steht der Hochdruckraum 17 des Druckverstärkers 13 über eine WiederbefüUungsleitung 45 mit einer Befüllungsleitung 44 in Verbindung. Über die Befüllungsleitung 44 stehen der Rückraum 16 des Druckverstärkers 13 und der Steuerraum 29 des Kraftstoff-injel tors 26 in Strömungsverbindung miteinander. Im Unterschied zum Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 1 ist in den Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 gemäß der Darstellung in Figur 2 das Federelement 35 eingelassen. Dieses stützt sich an einer Begrenzungsfläche des Steuerraumes 29 ab und beaufschlagt die Stirnfläche 36 des als Düsennadel ausbildbaren Einspritzventilgliedes 28. In die Befüllleitung 44 ist die Zulaufdrossel 30 integriert, während die WiederbefüUungsleitung, die den Hochdruckraum 17 mit der Befüllleitung 44 verbindet, die Ablaufdrossel 31 zur Druckentlastung des Steuerraumes 29 sowie ein der Befullung des Hochdruckraumes 17 dienendes Rückschlagventil 11 enthält.
Der über die Hochdruckleitung 25 an der Mündungsstelle 41 in den Düsenraum 37 unter erhöhtem Kraftstoffdruck einströmende Kraftstoff strömt vom Düsenraum 37 über einen am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 ausgebildeten Ringspalt Ein- spritzöffhungen 39 zu. Über die Einspritzöffnungen 39, von deren brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 26 mehrere, sei es in versetzter Lage zueinander, sei es in ringförmigen konzentrischen Kreisen zueinander angeordnet sein können, wird der vom Düsenraum 37 des Kraftstoffinjektors 26 beim Öffnen des Einspritzventilgliedes 28 zuströmende Kraftstoff in den Brennraum 40 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
Mit dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel lassen sich Drosselverluste während der Einspritzung vermeiden und damit höchste Drücke bei der Einspritzung realisieren, da vom Hochdruckspeicher 43 Kraftstoff ungedrosselt über die Hochdruckleitung 3 in den Arbeitsruam 15 des Druckübersetzers 13 einströmt. Der in der Hochdruckleitung während der Einspritzung von Kraftstoff durch den Kraftstoffinjektor 26 fließende Kraftstoffvolu- menstrom ist erheblich höher als derjenige Kraftstoffvolumenstrom, der den als Zuleitung zum Schaltventil 21 dienenden, das Filterelement 5 enthaltenden Leitungsabschnitt 4 passiert. Aufgrund der Anordnung des Filterelementes 5, welches dem Schaltventil 21 gemäß des Ausfurrrungsbeispieles 2 vorgeschaltet ist, werden alle Teile des Druckübersetzers 13 - mit Ausnahme des Arbeitsraumes 15 - stromab des Schaltventiles 21 mit über das Filterelement 5 gefilterten Kraftstoff beaufschlagt. Insbesondere das Steuerventil 21, welches Dichtsitze und bei einer servo-hydraulischen Ausführung kleine Drosseln mit extrem ge- ringen Drosselquerschnitten aufweisen kann, werden durch die erfindungsgemäße Anordnung des Filterelementes 5 in einer eine niedrigeren Kraftstoffvolumenstrom führenden Leitung - wie der Zuleitung 4 - vor Verunreinigungen geschützt.
Der in Figur 2 dargestellte Zustand der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 zeigt deren deakti- vierten Zustand. Über das in seine Ruhestellung geschaltete Schaltventil 21 strömt Kraftstoff über den als Zuleitung zum Schaltventil 21 dienenden, das Filterelement 5 enthaltenden Leit mgsabschnitt 4 über die Überströmleitung 42 in den Rückraum 16 des Druckübersetzers 13. Gleichzeitig wird dessen Arbeitsraum 15 durch den ungedrosselten, die Hochdruckleitung 3 passierenden Kraftstoffstrom beaufschlagt. Über die im Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 angeordnete Feder 18 wird das kolbenförmige Übersetzungselement 14, welches den Arbeitsraum 15 vom Rückraum 16 trennt, in seiner Ruhelage gehalten. Über die Befüllleitung 44 steht das im Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 anstehende Druckniveau auch im Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 an. Diesem strömt gefilterter Kraftstoff über die Zulaufdrossel 30 zu. Von der Befüllleitung 44 zweigt ein Wiederbe- fiillungszweig 45 ab, welcher das Rückschlagventil 11 enthält. Durch dieses wird der Hochdrackraum 17 mit gefiltertem, von Verunreinigungen gereinigtem Kraftstoff beaufschlagt. Über die vom Hochdruckraum 17 abzweigende Hochdruckleitung 25 steht im Düsenraum 37 des Kraftstoffinjektors 26 ebenfalls das im Hochdruckspeicherraum 43 herrschende Druckniveau an..
Eine Betätigung des Druckübersetzers 13 erfolgt durch Überfuhrung des Schaltventiles 21 in seine aktivierte Stellung, d.h. bei einer Verbindung der Überströmleitung 42 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 24. Dadurch strömt das im Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 enthaltene Steuervolumen in Richtung des niederdruckseitigen Rücklaufes 24 ab. Aufgrund des im Arbeitsraum 15 herrschenden hohen Druckes fährt das gemäß der Darstellung in Figur 2 zweiteilig ausgebildete kolbenförmige Übersetzungselement 14 mit seiner unteren Stirnseite in den Hochdruckraum 17 ein. Dadurch strömt Kraftstoff vom Hochdruckraum 17 mit einem erhöhten Druckniveau dem Düsenraum 37 über die Hochdruckleitung 25 zu, während über die Befüllleitung 44, Kraftstoff aus dem Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors verdrängt wird. Aufgrund des im Hochdruckraum 17 herrschenden, entsprechend der Auslegung des Druckübersetzers 13 übersetzten Druckniveaus, wird dort die hydraulische Fläche der Druckschulter 38 am Einspritzventil 28 wirksam, so dass das Einspritzventil 28 mit seiner Stirnseite 36 in den Steuerraum 29 einfährt, der Kraftstoff über die geöffneten Einspritzöffnungen 29 in den Brennraum 40 der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Eine Beendigung des Einspritzvorganges erfolgt durch das Bewegen des Schaltventiles 21 in seine in Figur 2 dargestellte Schließstellung, in der der Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 über die Überströmleitung 42 über den Leitungsabschnitt 4 und das in diesem aufgenommene Filterelement 5 mit Kraftstoff befüllt wird. Dieser Kraftstoff hat das im Leitungsabschnitt 4 angeordnete Filterelement 5 passiert, welches Verunreinigungen aus dem Kraftstoff abscheidet. Die Befullung des Rückraumes 16 des Druckübersetzers 13 erfolgt über Zufuhr von Kraftstoff in den Rückraum 16. Über die den Rückraum 16 mit dem Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 verbindende Befüllleitung 44 strömt gleichzeitig über den Wiederbefülllungszweig 45, eine Drosselstelle 31 enthaltend gefilterter Kraftstoff in dem Hochdruckraum 17 nach. Durch die Drosselstelle 31 wird die dem Hochdruckraum 17 zufließende Füllmenge begrenzt. Die Drosselstelle 31 gewährleistet bei Einspritzende eine Phase mit Überdruck im Steuerraum 29, der als Düsenschließraum dient gegenüber dem Düsenraum 37, wodurch sich ein beschleunigtes Nadelschließen einstellt.
Die Wiederbefüllung des Rückraumes 16 sowie die Wiederbefüllung des Hochdruckraumes 17 des Druckübersetzers 13 erfolgt parallel über die Überströmleitung 42 und die Be- füllleitung 44 sowie den WiederbefüUungszweig 45 zwischen Hochdruckraum 17 und der Befüllleitung 44. Das Rückschlagventil 11 hat die Aufgabe, während der Einspritzung einen Druckabfall im Hochdruckraum 17 zu verhindern, so dass das aus diesem abströmende Kraftstoffvolumen, welches unter einem erhöhten Druck steht, über die Hochdruckleitung 25 in den Düsenraum 37 des Kraftstoffinjektors verlustfrei eintritt. Während der Einsprit- zung wird der beispielsweise kugelförmig ausgebildete Schließkörper des Rückschlagven- tiles 11 in seinen Ventilsitz gestellt und verschließt den WiederbefüUungszweig 45.
Im Unterschied zur Ausfuhrungsvariante gemäß Figur 1 erfolgt die Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 gemäß der Darstellung gemäß in Figur 2 mit einem Schaltventil 21. Aufgrund der Anordnung des Filterelementes 5 im als Zuleitung dienenden Leitungsabschnitt 4 zum Schaltventil 21 ist sichergestellt, dass das Schaltventil 21 und alle stromab des Schaltventiles 21 liegenden Komponenten des Druckübersetzers 3 - mit Ausnahme des Arbeitsraumes 15 - sowie die Komopnenten des Kraftstoffinjektors 26 mit gefiltertem Kraftstoff beaufschlagt sind. Die Anordnung des Filterelementes 5 in einem Leirungsab- schnitt 4, der im Vergleich zum Kraftstoffvolumenstrom, welcher während der Einspritzung die den Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 beaufschlagende Hochdruckleitung 3 durchströmt, einen geringeren Kraftstoffvolumen fuhrt, stellt sicher, dass keine Drosselverluste während der Einspritzung am Filterelement 5 entstehen. Der Kraftstoffvolumen- ström zur Wiederbefüllung der Druckräume 16 bzw. 17 des Druckübersetzers 13 ist hinsichtlich des Volumenstromes, der die Hochdruckleitung 3 zum Arbeitsraum 15 des Druckübersetzers 13 passiert, als gering anzusehen.
Einerseits können durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung des Filterelementes 5 die Drosselverluste während der Einspritzung, die zu einer Beeinträchtigung des maximal erzielbaren Einspritzdruckes fuhren können, erheblich herabgesetzt werden, andererseits ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß der beiden beschriebenen Ausfuhrungsvarianten sichergestellt, dass die empfindlichen Drosselquerschnitte und Ventilsitze vor derAnlagerung von in Kraftstoff enthaltenen Verunreinigungen bzw. bei der Montage in die Kraftstoffeinspritzung 1 gelangten Verunreinigungen geschützt werden können. Dadurch lässt sich die Lebensdauer einer erfindungsgemäß konfigurierten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 erheblich verlängern und die Betriebssicherheit erhöhen.
Alternativ zur in Figur 1 dargestellten ausserhalb des Druckübersetzers 13 liegenden Anordnung des Filterelementes 5 des Rückschlagventils 11, der Drosselstelle 12 sowie des Befüllventiles 6 können diese und deren Strömungsverbindungen, d.h. die Strömungskanäle 10, 20 und 23 auch innerhalb des kolbenförmig konfigurierten Übersetzungselementes 14 des Druckübersetzers 13 aufgenommen sein. Damit läßt sich eine besonders bauraum- sparende Ausführung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erzielen. Der Druckübersetzer 13 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausfuhrungsvariante umfaßt ein kolbenförmiges Übersetzungselement 14, in welches sowohl das Filterelement 5 und diesem nachgeschaltet im ersten Strömungskanal 10 das Befüllventil 6 sowie im dritten Strömungskanal die Drosselstelle 12 nachgeschaltet sind. Über die in den dritten Strömungskanal 23 integrierte Drosselstelle 12 erfolgt eine Druckbeaufschlagung einer Befullung des Rückraumes 16 des Druckübersetzers 13. Das dem Filterelement 5 nachgeschaltete Füllventil 5 steht über einen Abzweig 47 mit dem Rückraum 16 des Druckübersetzers 13 in Verbindung. Unterhalb des Befüllventiles 6 erstreckt sich ein Durchgangskanal 46, in welchem das Rückschlagventil 11 aufgenommen ist. Der Durchgangskanal 46 mündet an der den Hochdruckraum 17 begrenzenden unteren Stirnseite des kolbenförmigen Übersetzungselementes 14. Eine Betätigung des Druckübersetzers 13 erfolgt durch eine Druckentlastung des Rückraumes 16 des Druckübersetzers 13 durch Ansteuerung des Schaltventiles 21 in eine Offenstellung, so dass der im Rückraum 16 enthaltene Kraftstoff in den niederdruckseitigen Rücklauf 24 abströmt.
Beim Einfahren des kolbenförmigen Übersetzungselementes 14 in den Hochdruckraum 17 wird das Rückschlagventil 11 in seine Schließstellung gedrückt, so dass kein Druckverlust im Hochdruckraum 17 des Druckübersetzers 13 auftritt. Demzufolge strömt im Hoch- druckraum 17 verdichteter Kraftstoff über den Zulauf 22 der Hochdruckzuleitung 25 zum Düsenraum 37. Über einen vom Zulauf 22 abzweigenden Leitungsabschnitt wird der Steuerraum 29 des Kraftstoffϊnjektors 26 beaufschlagt. Eine Druckentlastung des Steuerraumes 29 des Kraftstoffinjektors 26 erfolgt durch eine Ansteuerung des Schaltventiles 32 in seine Offenstellung, so dass über die Drosselstelle 30 Kraftstoff in den niederdruckseitigen Rücklauf 24 abströmt und der Steuerraum 29 des Kraftstoffinjektors 26 druckentlastet wird. Aufgrund des über die Hochdruckleitung 25 in den Düsenraum 37 einströmenden unter extrem hohen Druck stehenden Kraftstoffes baut sich an der Druckschulter 38 des Einspritzventilgliedes 28 ein in Öffhungsrichtung des Einspritzventilgliedes 28 wirkender Druck auf. Das Einspritzventilglied 28 fährt entgegen der Wirkung der in einem Düsenfederraum 34 aufgenommenen Feder 35 auf und gibt am brennraumseitigen Ende die Ein- spritzöffhungen 39 frei.
Wird das den Rückraum 16 mit dem niederdruckseitigen Rücklauf 24 verbindende Schalt- ventil 21 hingegen in seine Schließstellung gemäß Figur 3 betätigt, erfolgt eine Wiederbefüllung des Rückraumes 16 des Druckübersetzers 13 über die dem Filterelement 5 nachgeschalteten Strömungskanäle 10 bzw. 23, in welchem das Befüllventil 6 bzw. die Drosselstelle 12 integriert sind. Die Wiederbefüllung des Rückraumes 16 erfolgt parallel über den dritten Strömungskanal 23 mit Drosselstelle 12 und über den vom Befüllventil 6 in den Arbeitsraum 16 mündenden Abzweig 47. Gleichzeitig wird der Hochdruckraum 17 über das Rückschlagventil 11 befüllt, welches bei einer Aufwärtsbewegung des kolbenförmigen Übersetzungselementes 14 - unterstützt durch die im Rückraum 16 aufgenommene Rückstellfeder 18 - Kraftstoff über den Durchgangskanal 46 in den Hochdruckraum 17 zu dessen Wiederbefüllung einströmt.
Bezugszeichenliste
Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Hochdruckanschluss
Hochdruckleitung
Leitungsabschnitt (Zuleitung)
Filterelement
Füllventil
Schließkörper
Feder
Ventilsitz Füllventil
Bypass-Leitung (1. Strömungskanal)
Rückschlagventil
Drosselstelle
Druckübersetzer
Kolbenförmiges Übersetzungselement
Arbeitsraum
Rückraum
Hochdruckraum
Federelement
Rückraum-Absteuerung
Rückraum Zulauf (2. Strömungskanal)
Schaltventil
Zulauf/ Ablauf Hochdruckraum
(3. Strömungskanal)
Niederdruckseitiger Rücklauf
Hochdruckzuleitung (übersetzter Druck)
Kraftstoffmj ektor
Injektorkörper
Einspritzventilglied
Steuerraum
Zulaufdrossel weitere Drosselstelle
Schaltventil
Stirnfläche Einspritzventilglied
Düsenfederraum
Federelement
Ringfläche Einspritzventilglied Düsenraum
Druckschulter
Einspritzöffhung
Brennraum
Mündungsstelle Düsenzulauf
Überströmleitung
Hochdruckspeicher
Befüllleitung
WiederbefüUungszweig
Durchgangskanal
Abzweig

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungskraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle (2, 43) beaufschlagbaren Kraftstoffinjektor (26) und einem ein bewegbares Druckübersetzungselement (14) aufweisenden Druckübersetzer (13), der zwischen dem Kraftstoffmj ektor (26) und der Hochdruckqύelle (2, 43) angeordnet ist, welcher einen mit der Hochdruckquelle (2, 43) über eine Hochdrucl leitung (3) verbindbaren Arbeitsraum (15) von einem den Kraftstoffinjektor (26) beaufschlagen- den Hochdruckraum (17) trennt, wobei durch Befullung eines Rückraumes (16) des
Drackübersetzers (13) mit Kraftstoff und durch Entleerung des Rückraumes (16) von Kraftstoff der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum (17) variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (5) mindestens einem Druckraum (16) des Druckübersetzers und Strömungskanälen (10, 2023; 42, 44) zur Befullung von mindestens einem Druckraum (16, 17) des Druckübersetzers (13) vorgeschaltet ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff von der Hochdruckquelle (2, 43) über eine Hochdruckleitung (3) in den Arbeitsraum (15) des Druckübersetzers (13), ohne ein Filterelement (5) zu passieren, eintritt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Filterelement (5) enthaltende Leitungsabschnitt (4) in Strömungskanäle (10, 20, 23) zur Befullung des Rückraumes (16) und des Hochdruckraumes (17) des Druckübersetzers (13) übergeht.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rückstellphase des Druckübersetzungselementes (14) über den ein Rückschlagventil (11) enthaltenden ersten Strömungskanal (10) gefilterter Kraftstoff in den Hochdruckraum (17) nachströmt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Rückstellphase des Druckübersetzungselementes (14) über den zweiten und den dritten Strömungskanal (20, 23) der Rückraum (16) mit gefiltertem Kraftstoff be- füllbar ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (20) ein Befüllventil (6) enthält.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Strömungskanal (23) eine Drosselstelle enthält.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffvolumenstrom, der den das Filterelement (5) enthaltenden Leitungsabschnitt (4) durchströmt, wobei im das Filterelement (5) enthaltenden Leitungsabschnitt (4) ei- ein Fünftel (1/5) bis ein Zwanzigstel (1/20) des in der Hochdruckleitung (3) strömenden Kraftstoffstromes strömt.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Filterelement (5) enthaltende Leitungsabschnitt (4) die Zuleitung zu einem Schaltventil (21) darstellt, welches mit einer Überströmleitung (42) verbunden ist, die in den Rückraum (16) des Druckübersetzers (13) mündet.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vom Rückraum (16) eine Füllleitung (44) zur Befullung eines Steuerraumes (29) des Kraft- stoffinjektors (26) verläuft, die eine Drosselstelle (30) enthält.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass von der Füllleitung (44) ein eine Drosselstelle (31) enthaltender WiederbefüUungszweig (45) zum Hochdruckraum (17) des Druckübersetzers (13) verläuft.
12. Kraftstoffemspritzeinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die Füllleitung (44) bei aktiviertem Druckübersetzer (13) durch das Einspritzventilglied (28) verdrängtes Steuervolumen aus dem Steuerraum (29) in den Rückraum (16) abströmt und bei in seiner Ruhelage befindlichen Druckübersetzer (13) in den Steuerraum (29) einströmt.
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