EP1555425A1 - Einspritzventil - Google Patents

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EP1555425A1
EP1555425A1 EP04105636A EP04105636A EP1555425A1 EP 1555425 A1 EP1555425 A1 EP 1555425A1 EP 04105636 A EP04105636 A EP 04105636A EP 04105636 A EP04105636 A EP 04105636A EP 1555425 A1 EP1555425 A1 EP 1555425A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
pressure
injection valve
control piston
control
Prior art date
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Granted
Application number
EP04105636A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1555425B1 (de
Inventor
Michael Kurz
Joachim Boltz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1555425A1 publication Critical patent/EP1555425A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1555425B1 publication Critical patent/EP1555425B1/de
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    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/161—Means for adjusting injection-valve lift
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention is based on an injection valve of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 more defined type.
  • Such an injection valve is known from DE 102 05 970 A1 known and used for injecting fuel into one Combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the injection valve known from DE 102 05 970 A1 comprises a valve housing in which on the one hand a nozzle module and on the other hand a valve control module is arranged.
  • the Nozzle module is designed as a so-called coaxial vario nozzle and includes an outer nozzle needle attached to a valve body is guided, as well as an inner nozzle needle, which in the outer nozzle needle is guided.
  • the outer nozzle needle acts on the combustion chamber side with first injection openings or Spray holes together and the inner nozzle needle acts on the combustion chamber side with second injection openings or spray holes together.
  • Valve control module that controls a fluid pressure in a valve control chamber prevails and on the injection openings opposite end faces of the two nozzle needles or by control piston of the same acts.
  • a pressure change in the valve control room experienced the two nozzle needles an axial offset, depending on the in the valve control room adjusted fluid pressure with the outer nozzle needle co-operating injection holes and possibly also cooperating with the inner nozzle needle Injection openings are released.
  • valve control room To set a pressure level in the valve control room this is on the one hand via a so-called inlet throttle with a fuel supply line and on the other hand via a so-called outlet throttle with a valve chamber of the valve control module connected in which one with a valve seat cooperating valve closure member is arranged.
  • Opening the valve closing member learns the valve chamber of the Valve control module and thus also to the nozzle needles adjacent valve control chamber a pressure relief, so that the injection openings can be released.
  • An opening of the inner nozzle needle takes place in the known Injection valve exclusively depending on the Position of the valve closing member of the valve control module.
  • the injection valve according to the invention with the features after the preamble of claim 1, wherein the injection valve the second nozzle needle with a control piston cooperates, facing away from the second nozzle needle End face is subjected to the fuel delivery pressure, wherein the end face is larger than the second pressure surface of second nozzle needle and on the control piston a driver is arranged to open the second nozzle needle with the first nozzle needle cooperates, offers the advantage of a simple, taking place over the needle stroke of the first nozzle needle Control of the second nozzle needle and an opening the second nozzle needle without applying the same with the prevailing in the valve control chamber fluid pressure.
  • There one Decoupling of the inner nozzle needle and the outer nozzle needle with respect to the closing direction acting fluid pressure takes place in the valve control room is also an unwanted Opening the inner nozzle needle, especially in the Starting case and excluded over the entire delivery pressure range.
  • the injection valve according to the invention can in particular Be part of a common rail injection system and the Fuel injection into a combustion chamber of a diesel internal combustion engine serve a motor vehicle.
  • the injection valve for providing the fuel delivery pressure connected to a pressure accumulator, the a so-called common rail forms, which provide for the fuel delivery pressure for all injectors the relevant internal combustion engine is used.
  • control piston is a rod with a formed the driver ring collar.
  • a Control piston provides a component with a simple Geometry and can easily with the second Nozzle needle be brought into operative connection.
  • the injection valve is a for actuating the driver Serving stroke of the first nozzle needle in response to the Fuel delivery pressure adjustable.
  • a resilient component is due to the fuel delivery pressure, the on the second nozzle needle facing away from the end face acts, compressible with increasing fuel delivery pressure is.
  • the maximum compression of the spring-elastic component is for example a few tenths of a millimeter.
  • the driver formed on the control piston a axial offset, so that the first nozzle needle or a Control sleeve of the first nozzle needle depending on the change of Fuel delivery pressure a smaller or larger stroke must run to the driver of the control piston to Plant to come.
  • the spring-elastic component can, for example, a Spiral spring, a planar bending element or a compression body be.
  • a planar bending element or a compression body have the advantage of being compared to them to a coil spring a small space provided can be.
  • an injection valve 10 is shown, the component a so-called common-rail injection system is and to inject fuel into a combustion chamber a diesel internal combustion engine of a motor vehicle serves.
  • the injection valve 10 comprises as essential components a nozzle module 12 and only shown in principle Valve control module 14, which in the axial direction of Injector 10 is clamped to the nozzle module 12.
  • the valve control module 14 is formed like a valve and represents a 2/2 valve, which is used to control a pressure level in a valve control chamber associated with the nozzle module 12 16 is used.
  • the valve control module 14 for example, a piezoelectric actuator, the on a arranged in a valve chamber valve closure member Acts that the valve space of a pressure-relieved return chamber separates.
  • the valve control module 14 also operated by means of an electromagnetic actuator be.
  • the nozzle module 12 is a so-called coaxial Vario nozzle formed and has an optionally multi-part nozzle housing 18 in which a needle unit from a first, outer nozzle needle 20 and a second inner nozzle needle 22 is arranged.
  • the outer nozzle needle 20 acts on its combustion chamber side End with a first row of to the combustion chamber of the internal combustion engine leading injection ports 24 together and is at its end facing away from the combustion chamber over its circumference guided on the nozzle housing 18.
  • the inner nozzle needle 22 is in a the outer nozzle needle 20 by cross Axial channel 26 out and acts with her facing the combustion chamber End with a second row from to the combustion chamber the internal combustion engine leading injection openings or Spray holes 28 together.
  • the outer nozzle needle 20 is further from an annulus 30, in which a fuel supply line 32nd opens with a high pressure accumulator 34 of the common rail injection system connected, which is a fuel delivery pressure provides.
  • the high-pressure accumulator 34 is referred to as Common rail designed to control the fuel delivery pressure for several or all of the internal combustion engine assigned Injectors provides, each according to the executed in Figure 1 shown.
  • a serving as an actuator essentially cup-shaped sleeve 34, on which in turn adjoins the valve control chamber 16.
  • the valve control chamber 16 is on the one hand via a so-called Inlet throttle 36 with the fuel supply channel 32 and on the other via a so-called outlet throttle 38 with the valve chamber the valve control module 14 is connected.
  • the inlet throttle 36 has a smaller diameter than the outlet throttle 38th
  • At the outer nozzle needle 20 is at the combustion chamber side End of a first pressure level or surface 40 and on the inner Nozzle needle 22 is at the combustion chamber end of a second pressure stage or surface 42 is formed.
  • the inner nozzle needle 22 acts on the spray holes 28 facing away from end face with a coil spring 44 together, also in the axial bore 26 of the outer nozzle needle 20 is inserted and attached to a rigid Washer 46 is supported, which is guided in the sleeve 34 and on which a control piston 48 acts, of which the second nozzle needle 22 remote end face to a control room 50th borders, which is designed as a transverse bore of the housing 18 and which is connected to the fuel supply line 32, so that in him the fuel delivery pressure prevails.
  • the the inner nozzle needle 22 facing away from the end face of the control piston 48 is larger than the combustion chamber side arranged Pressure surface 42 of the inner nozzle needle 20th
  • the spiral spring 44 is arranged in a spring space 54, the via a discharge line 56 with a return 58th the common rail injection system is connected.
  • the control piston 48 is cylindrical and has a ring collar 52, which serves as a driver for the attack of Sleeve 34 is used at a stroke of the outer nozzle needle 20.
  • the cylindrical portions of the control piston 48 on both sides of the Driver 52 each have the same diameter.
  • the diameter of the control piston 48 on both sides of the driver 52 should be as small and the same size as possible Be as both diameters on the force and thus on the interpretation of acting on the inner nozzle needle 22 Spiral spring impact.
  • the control piston 48 passes through the sleeve 34 in its bottom area and the valve control chamber 16, in which also the Driver 52 is arranged.
  • the sleeve 34 has of the driver 52 is a distance a corresponding to the stroke that the outer nozzle needle 20 must travel to actuate of the control piston 48 and the inner nozzle needle 22 to trigger.
  • the injection valve shown in Figure 1 operates in hereinafter described manner.
  • the valve closure member the valve control module 14 is closed, so that a drain of fuel from the valve control chamber 16 via the outlet throttle 38 is locked and in the valve control chamber 16 of the via the inlet throttle 36 acting fuel delivery pressure, d. H. the so-called rail pressure prevails.
  • the control room 50 also affects the rail pressure, the inner nozzle needle 22 via the control piston 48, the disc 46 and the coil spring 44 holds in the closed position.
  • the in the control room 50th prevailing pressure is always on the current Rail pressure.
  • In the spring chamber 54 prevails over the Relief line 56, the so-called return pressure. This prevails in all operating conditions.
  • valve control module 14 when the valve control module 14 is actuated, takes place a discharge of the valve control chamber 16 via the outlet throttle 38, whereby the outer nozzle needle 20 through the on the outer pressure stage 40 acting fluid pressure axial Displacement learns and thus to the combustion chamber of the internal combustion engine leading injection openings 24 releases.
  • the inner nozzle needle 20 remains closed because the Pressure surface 42, on the open with the outer nozzle needle 20 the rail pressure acts, smaller than that in the control room 50 projecting end face of the control piston 48 is.
  • the stroke a of the outer nozzle needle 20 is exclusively of the respective upcoming rail pressure dependent, wherein the Distance a decreases with increasing rail pressure, so that the inner nozzle needle 22 opens faster.
  • valve control module 14 again in blocking position is brought, there is a closing of the outlet throttle 38, so that in the valve control chamber 16 via the inlet throttle 36 can rebuild the rail pressure. This causes a closing of the outer nozzle needle 20.
  • a schematically indicated driving connection 60 arranged as a paragraph of the outer nozzle needle 20 may be formed.
  • the control piston 48, the Disc 46 and the coil spring 44 are by the on the the inner nozzle needle 22 facing away from the end face of the control piston 48 acting fuel delivery pressure to its original position scaled back.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a connection a control piston 48 to an inner nozzle needle 22nd in an injection valve of the detail shown in Figure 1 Kind shown.
  • this is the combustion chamber facing away End of the inner nozzle needle 22 in a for actuating a outer nozzle needle serving sleeve 34 out.
  • the one of a spring-elastic component forming planar bending element 64 is covered, for example is made of a spring plate and on which the control piston 48 acts, which passes through the sleeve 34.
  • the rail pressure is increased, deformation occurs of the arranged in a spring chamber 54 bending element 64, which yields in the direction of the recess 62.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a coupling an inner nozzle needle 22 to a control piston 48th in an injection valve of the detail shown in Figure 1 kind shown.
  • the coupling device according to FIG. 3 differs itself from that of Figure 2 in that as a resilient Element between the inner nozzle needle 22nd and the control piston 48, for example, an elastic Plastic existing, in one of the control piston 48 and the inner nozzle needle 22 limited spring space 54 lying compression body is arranged, the at a Increase in rail pressure undergoes compression, so that the stroke of the outer nozzle needle or the sleeve 34, at the sleeve 34 to a driver 52 of the control piston 48th attacks, shrinks. With increasing rail pressure occurs thus an earlier opening of the inner nozzle needle 22nd

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Abstract

Es wird ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, umfassend ein Düsenmodul (12), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (24) zusammenwirkende Düsennadel (20) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (28) zusammenwirkende, in der ersten Düsennadel geführte Düsennadel (22) axial verschiebbar geführt sind, und ein Ventilsteuermodul (14), das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (16) zur Ansteuerung der ersten und der zweiten Düsennadel herrscht. An der ersten Düsennadel (20) ist eine erste Druckfläche (40) und an der zweiten Düsennadel (22) ist eine zweite Druckfläche (42) ausgebildet. Die zweite Düsennadel (22) wirkt mit einem Steuerkolben (48) zusammen, dessen der zweiten Düsennadel abgewandte Stirnfläche mit dem Kraftstoffförderdruck beaufschlagt ist. Die der zweiten Düsennadel (22) abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens (48) ist größer als die zweite Druckfläche (42) der zweiten Düsennadel (22). An dem Steuerkolben (48) ist ein Mitnehmer angeordnet, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel (22) mit der ersten Düsennadel (20) zusammenwirkt (Figur 1). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Einspritzventil einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 102 05 970 A1 bekannt und dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.
Das aus der DE 102 05 970 A1 bekannte Einspritzventil umfasst ein Ventilgehäuse, in dem einerseits ein Düsenmodul und andererseits ein Ventilsteuermodul angeordnet ist. Das Düsenmodul ist als sogenannte Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und umfasst eine äußere Düsennadel, die an einem Ventilkörper geführt ist, sowie eine innere Düsennadel, die in der äußeren Düsennadel geführt ist. Die äußere Düsennadel wirkt brennraumseitig mit ersten Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern zusammen und die innere Düsennadel wirkt brennraumseitig mit zweiten Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern zusammen.
Die Ansteuerung der beiden Düsennadeln erfolgt mittels des Ventilsteuermoduls, das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum herrscht und auf die den Einspritzöffnungen abgewandten Stirnflächen der beiden Düsennadeln bzw. von Steuerkolben derselben wirkt. Bei einer Druckänderung in dem Ventilsteuerraum erfahren die beiden Düsennadeln einen axialen Versatz, wobei in Abhängigkeit von dem in dem Ventilsteuerraum eingestellten Fluiddruck die mit der äußeren Düsennadel zusammenwirkenden Spritzlöcher und gegebenenfalls auch die mit der inneren Düsennadel zusammenwirkenden Einspritzöffnungen freigegeben werden.
Zur Einstellung eines Druckniveaus in dem Ventilsteuerraum ist dieser einerseits über eine sogenannte Zulaufdrossel mit einer Kraftstoffzufuhrleitung und andererseits über eine sogenannte Ablaufdrossel mit einem Ventilraum des Ventilsteuermoduls verbunden, in dem ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilschließglied angeordnet ist. Durch Öffnen des Ventilschließglieds erfährt der Ventilraum des Ventilsteuermoduls und damit auch der an die Düsennadeln grenzende Ventilsteuerraum eine Druckentlastung, so dass die Einspritzöffnungen freigegeben werden können.
Eine Öffnung der inneren Düsennadel erfolgt bei dem bekannten Einspritzventil ausschließlich in Abhängigkeit von der Stellung des Ventilschließglieds des Ventilsteuermoduls.
Eine Einstellung eines Öffnungszeitpunkts der inneren Düsennadel in Abhängigkeit von dem Kraftstoffförderdruck ist nicht möglich.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Einspritzventil mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem Einspritzventil die zweite Düsennadel mit einem Steuerkolben zusammenwirkt, dessen der zweiten Düsennadel abgewandte Stirnfläche mit dem Kraftstoffförderdruck beaufschlagt ist, wobei die Stirnfläche größer als die zweite Druckfläche der zweiten Düsennadel und an dem Steuerkolben ein Mitnehmer angeordnet ist, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel mit der ersten Düsennadel zusammenwirkt, bietet den Vorteil einer einfachen, über den Nadelhub der ersten Düsennadel erfolgenden Ansteuerung der zweiten Düsennadel und ein Öffnen der zweiten Düsennadel ohne Beaufschlagung derselben mit dem in dem Ventilsteuerraum herrschenden Fluiddruck. Da eine Entkopplung der inneren Düsennadel und der äußeren Düsennadel hinsichtlich des in Schließrichtung wirkenden Fluiddrucks in dem Ventilsteuerraum erfolgt, ist auch ein ungewolltes Öffnen der inneren Düsennadel, insbesondere im Startfall und über den gesamten Förderdruckbereich ausgeschlossen.
Das Einspritzventil nach der Erfindung kann insbesondere Bestandteil eines Common-Rail-Einspritzsystems sein und zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dienen. In diesem Fall ist das Einspritzventil zur Bereitstellung des Kraftstoffförderdrucks mit einem Druckspeicher verbunden, der eine so genannte Common-Rail bildet, die zur Bereitstellung des Kraftstoffförderdrucks für sämtliche Einspritzventile der betreffenden Brennkraftmaschine dient.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung ist der Steuerkolben als Stange mit einem den Mitnehmer bildenden Ringbund ausgebildet. Ein derartiger Steuerkolben stellt ein Bauteil mit einer einfachen Geometrie dar und kann auf einfache Weise mit der zweiten Düsennadel in Wirkverbindung gebracht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Einspritzventils nach der Erfindung ist ein zur Betätigung des Mitnehmers dienender Hub der ersten Düsennadel in Abhängigkeit von dem Kraftstoffförderdruck einstellbar. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass zwischen dem Steuerkolben und der zweiten Düsennadel ein federelastisches Bauelement angeordnet ist, das aufgrund des Kraftstoffförderdrucks, der auf die der zweiten Düsennadel abgewandte Stirnfläche wirkt, mit steigendem Kraftstoffförderdruck komprimierbar ist. Die maximale Kompression des federelastischen Bauelements beträgt beispielsweise einige Zehntel Millimeter. Durch die Kompression des federelastischen Bauelements erfährt der an dem Steuerkolben ausgebildete Mitnehmer einen axialen Versatz, so dass die erste Düsennadel bzw. eine Steuerhülse der ersten Düsennadel je nach Änderung des Kraftstoffförderdrucks einen geringeren oder größeren Hub ausführen muss, um an dem Mitnehmer des Steuerkolbens zur Anlage zu kommen.
Um eine störungsfreie Kompression des federelastischen Bauelements zu gewährleisten, ist dieses vorzugsweise in einem druckentlasteten Federraum angeordnet.
Das federelastische Bauelement kann beispielsweise eine Spiralfeder, ein flächiges Biegeelement oder ein Kompressionskörper sein. Ein flächiges Biegeelement oder ein Kompressionskörper haben den Vorteil, dass ihnen im Vergleich zu einer Spiralfeder ein geringer Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele eines Einspritzventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
  • Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil in einer prinziphaften Darstellung;
  • Figur 2 eine alternative Anbindung einer inneren Düsennadel an einen dieser zugeordneten Steuerkolben; und
  • Figur 3 eine weitere Ausführungsform einer Anbindung einer inneren Düsennadel an einen dieser zugeordneten Steuerkolben.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    In Figur 1 ist ein Einspritzventil 10 dargestellt, das Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Einspritzsystems ist und zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Diesel-Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges dient. Das Einspritzventil 10 umfasst als wesentliche Baueinheiten ein Düsenmodul 12 und ein nur prinziphaft dargestelltes Ventilsteuermodul 14, das in axialer Richtung des Einspritzventils 10 mit dem Düsenmodul 12 verspannt ist.
    Das Ventilsteuermodul 14 ist ventilartig ausgebildet und stellt ein 2/2-Ventil dar, das zur Steuerung eines Druckniveaus in einem dem Düsenmodul 12 zugeordneten Ventilsteuerraum 16 dient. Zur Betätigung weist das Ventilsteuermodul 14 beispielsweise einen piezoelektrischen Aktor auf, der auf ein in einem Ventilraum angeordnetes Ventilschließglied wirkt, das den Ventilraum von einem druckentlasteten Rücklaufraum trennt. Alternativ kann das Ventilsteuermodul 14 auch mittels eines elektromagnetischen Aktors betätigt sein.
    Das Düsenmodul 12 ist als sogenannte Koaxial-Vario-Düse ausgebildet und weist ein gegebenenfalls mehrteiliges Düsengehäuse 18 auf, in dem eine Nadeleinheit aus einer ersten, äußeren Düsennadel 20 und einer zweiten inneren Düsennadel 22 angeordnet ist.
    Die äußere Düsennadel 20 wirkt an ihrem brennraumseitigen Ende mit einer ersten Reihe von zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 24 zusammen und ist an ihrem dem Brennraum abgewandten Ende über ihren Umfang an dem Düsengehäuse 18 geführt. Die innere Düsennadel 22 ist in einem die äußere Düsennadel 20 durchgreifenden Axialkanal 26 geführt und wirkt mit ihrem dem Brennraum zugewandten Ende mit einer zweiten Reihe von zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen bzw. Spritzlöchern 28 zusammen.
    Die äußere Düsennadel 20 ist des Weiteren von einem Ringraum 30 umschlossen, in den eine Kraftstoffzufuhrleitung 32 mündet, die mit einem Hochdruckspeicher 34 des Common-Rail-Einspritzsystems verbunden ist, der einen Kraftstoffförderdruck bereitstellt. Der Hochdruckspeicher 34 ist als sogenannte Common-Rail ausgebildet, die den Kraftstoffförderdruck für mehrere bzw. alle der Brennkraftmaschine zugeordnete Einspritzventile bereitstellt, die jeweils gemäß der in Figur 1 dargestellten Art ausgeführt sind.
    An die den Spitzlöchern 24 abgewandte Stirnfläche der äußeren Düsennadel 20 grenzt eine als Betätigungselement dienende, im Wesentlichen umgekehrt topfförmige Hülse 34, an die wiederum der Ventilsteuerraum 16 grenzt.
    Der Ventilsteuerraum 16 ist einerseits über eine sogenannte Zulaufdrossel 36 mit dem Kraftstoffzufuhrkanal 32 und andererseits über eine sogenannte Ablaufdrossel 38 mit dem Ventilraum des Ventilsteuermoduls 14 verbunden. Die Zulaufdrossel 36 hat einen geringeren Durchmesser als die Ablaufdrossel 38.
    An der äußeren Düsennadel 20 ist an deren brennraumseitigen Ende eine erste Druckstufe bzw. -fläche 40 und an der inneren Düsennadel 22 ist an deren brennraumseitigen Ende eine zweite Druckstufe bzw. -fläche 42 ausgebildet.
    Die innere Düsennadel 22 wirkt an ihrer den Spritzlöchern 28 abgewandten Stirnfläche mit einer Spiralfeder 44 zusammen, die ebenfalls in die Axialbohrung 26 der äußeren Düsennadel 20 eingeschoben ist und die sich an einer starren Scheibe 46 abstützt, die in der Hülse 34 geführt ist und auf die ein Steuerkolben 48 wirkt, dessen der zweiten Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche an einen Steuerraum 50 grenzt, der als Querbohrung des Gehäuses 18 ausgebildet ist und der mit der Kraftstoffzufuhrleitung 32 verbunden ist, so dass in ihm der Kraftstoffförderdruck herrscht. Die der inneren Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens 48 ist größer als die brennraumseitig angeordnete Druckfläche 42 der inneren Düsennadel 20.
    Die Spiralfeder 44 ist in einem Federraum 54 angeordnet, der über eine Entlastungsleitung 56 mit einem Rücklauf 58 des Common-Rail-Einspritzsystems verbunden ist.
    Der Steuerkolben 48 ist zylindrisch ausgebildet und weist einen Ringbund 52 auf, der als Mitnehmer zum Angriff der Hülse 34 bei einem Hub der äußeren Düsennadel 20 dient. Die zylindrischen Bereiche des Steuerkolbens 48 beidseits des Mitnehmers 52 haben jeweils den gleichen Durchmesser.
    Die Durchmesser der Steuerkolben 48 beidseits des Mitnehmers 52 sollten möglichst klein und gleich groß gewählt sein, da sich beide Durchmesser auf die Kraft und somit auf die Auslegung der auf die innere Düsennadel 22 wirkenden Spiralfeder auswirken.
    Der Steuerkolben 48 durchgreift die Hülse 34 in dessen Bodenbereich sowie den Ventilsteuerraum 16, in dem auch der Mitnehmer 52 angeordnet ist. Die Hülse 34 hat von dem Mitnehmer 52 einen Abstand a, der dem Hub entspricht, den die äußere Düsennadel 20 zurücklegen muss, um eine Betätigung des Steuerkolbens 48 bzw. der inneren Düsennadel 22 auszulösen.
    Das in Figur 1 dargestellte Einspritzventil arbeitet in nachfolgend beschriebener Weise.
    Im nicht angesteuerten Zustand ist das Ventilschließglied des Ventilsteuermoduls 14 geschlossen, so dass ein Ablauf von Kraftstoff aus dem Ventilsteuerraum 16 über die Ablaufdrossel 38 gesperrt ist und in dem Ventilsteuerraum 16 der über die Zulaufdrossel 36 wirkende Kraftstoffförderdruck, d. h. der sogenannte Raildruck herrscht. In dem Steuerraum 50 wirkt ebenfalls der Raildruck, der die innere Düsennadel 22 über den Steuerkolben 48, die Scheibe 46 und die Spiralfeder 44 in Schließstellung hält. Der in dem Steuerraum 50 herrschende Druck stellt sich immer auf den jeweils aktuellen Raildruck ein. In dem Federraum 54 herrscht über die Entlastungsleitung 56 der sogenannte Rücklaufdruck. Dieser herrscht in allen Betriebszuständen.
    Wenn nun das Ventilsteuermodul 14 betätigt wird, erfolgt eine Entlastung des Ventilsteuerraums 16 über die Ablaufdrossel 38, wodurch die äußere Düsennadel 20 durch den auf die äußere Druckstufe 40 wirkenden Fluiddruck einen axialen Versatz erfährt und damit die zu dem Brennraum der Brennkraftmaschine führenden Einspritzöffnungen 24 freigibt.
    Die innere Düsennadel 20 bleibt dabei geschlossen, da die Druckfläche 42, auf die bei geöffneter äußerer Düsennadel 20 der Raildruck wirkt, kleiner als die in den Steuerraum 50 ragende Stirnfläche des Steuerkolbens 48 ist.
    Sobald die äußere Düsennadel 20 den Hub a zurückgelegt hat, greift die Hülse 34 an dem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 an, wodurch mit zunehmendem Nadelhub die innere Düsennadel 22 entlastet wird, und zwar soweit, bis die auf die Druckstufe 42 wirkenden Kräfte größer als die von der Gegenseite wirkenden Kräfte sind. Dann öffnet die innere Düsennadel 22.
    Der Hub a der äußeren Düsennadel 20 ist ausschließlich von dem jeweils anstehenden Raildruck abhängig, wobei sich der Abstand a mit zunehmendem Raildruck verringert, so dass die innere Düsennadel 22 schneller öffnet.
    Wenn nun das Ventilsteuermodul 14 wieder in Sperrstellung gebracht wird, erfolgt ein Verschließen der Ablaufdrossel 38, so dass sich in dem Ventilsteuerraum 16 über die Zulaufdrossel 36 erneut der Raildruck aufbauen kann. Dies bewirkt ein Schließen der äußeren Düsennadel 20. Um ein zeitgleiches Schließen der inneren Düsennadel 22 zu bewirken, ist zwischen der inneren Düsennadel 22 und der äußeren Düsennadel 20 eine nur schematisch angedeutete Mitnahmeverbindung 60 angeordnet, die als Absatz der äußeren Düsennadel 20 ausgebildet sein kann. Der Steuerkolben 48, die Scheibe 46 und die Spiralfeder 44 werden durch den auf die der inneren Düsennadel 22 abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens 48 wirkenden Kraftstoffförderdruck in ihre Ausgangslage zurückgefahren.
    In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform einer Anbindung eines Steuerkolbens 48 an eine innere Düsennadel 22 bei einem Einspritzventil der in Figur 1 näher dargestellten Art gezeigt. Hierbei ist das dem Brennraum abgewandte Ende der inneren Düsennadel 22 in einer zur Betätigung einer äußeren Düsennadel dienenden Hülse 34 geführt. An der Stirnfläche ist eine wannenförmige Ausnehmung 62 ausgebildet, die von einem ein federelastisches Bauelement bildenden, flächigen Biegeelement 64 überdeckt ist, das beispielsweise aus einem Federblech gefertigt ist und auf welches der Steuerkolben 48 wirkt, der die Hülse 34 durchgreift. Bei einer Erhöhung des Raildrucks erfolgt eine Deformation des in einem Federraum 54 angeordneten Biegeelements 64, das in Richtung der Ausnehmung 62 nachgibt. Dadurch verändert sich mit steigendem Kraftstoffförderdruck der Hub, bei dem die Hülse 34 an dem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 zur Anlage kommt und ein Öffnen der inneren Düsennadel 22 auslöst.
    Durch Einsatz des flächigen Biegeelements 64 in Kombination mit der wannenförmigen Ausnehmung 62 anstelle einer Spiralfeder ist ein geringerer Bauraum für das federelastische Bauelement realisierbar.
    In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Ankopplung einer inneren Düsennadel 22 an einen Steuerkolben 48 bei einem Einspritzventil der in Figur 1 näher dargestellten Art gezeigt. Die Kopplungseinrichtung nach Figur 3 unterscheidet sich von der nach Figur 2 dadurch, dass als federelastisches Element zwischen der inneren Düsennadel 22 und dem Steuerkolben 48 ein beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff bestehender, in einem von dem Steuerkolben 48 und der inneren Düsennadel 22 begrenzten Federraum 54 liegender Kompressionskörper angeordnet ist, der bei einem Anstieg des Raildrucks eine Kompression erfährt, so dass der Hub der äußeren Düsennadel bzw. der Hülse 34, bei dem die Hülse 34 an einem Mitnehmer 52 des Steuerkolbens 48 angreift, verkleinert wird. Mit steigendem Raildruck erfolgt damit ein früheres Öffnen der inneren Düsennadel 22.

    Claims (8)

    1. Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem Düsenmodul (12), in dem eine erste, mit mindestens einer ersten Einspritzöffnung (24) zusammenwirkende Düsennadel (20) und eine zweite, mit mindestens einer zweiten Einspritzöffnung (28) zusammenwirkende, in der ersten Düsennadel (20) geführte Düsennadel (22) axial verschiebbar geführt sind, und mit einem Ventilsteuermodul (14), das einen Fluiddruck steuert, der in einem Ventilsteuerraum (16) zur Ansteuerung der ersten (20) und der zweiten (22) Düsennadel herrscht, wobei an der ersten Düsennadel (20) eine erste Druckfläche (40) und an der zweiten Düsennadel (22) eine zweite Druckfläche (42) ausgebildet ist, auf welche Druckflächen (40, 42) zur Unterstützung einer Öffnung der jeweiligen Düsennadel (20, 22) ein Kraftstoffförderdruck wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Düsennadel (22) mit einem Steuerkolben (48) zusammenwirkt, dessen der zweiten Düsennadel (22) abgewandte Stirnfläche mit dem Kraftstoffförderdruck beaufschlagt ist, wobei die der zweiten Düsennadel (22) abgewandte Stirnfläche des Steuerkolbens (48) größer ist als die zweite Druckfläche (42) der zweiten Düsennadel (22) und an dem Steuerkolben (48) ein Mitnehmer (52) angeordnet ist, der zum Öffnen der zweiten Düsennadel (22) mit der ersten Düsennadel (20) zusammenwirkt.
    2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (48) eine Stange mit einem den Mitnehmer (52) bildenden Ringbund ist.
    3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (48) eine Steuerhülse (34) der ersten Düsennadel (20) und den Ventilsteuerraum (16) durchgreift, der an die Steuerhülse (34) grenzt.
    4. Einspritzventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Betätigung des Mitnehmers (52) dienender Hub (a) der ersten Düsennadel (20) in Abhängigkeit von dem Kraftstoffförderdruck einstellbar ist.
    5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Steuerkolben (48) und der zweiten Düsennadel (22) ein federelastisches Bauelement (44, 64, 68) angeordnet ist.
    6. Einspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Bauelement (44, 64, 68) in einem druckentlasteten Federraum (54) angeordnet ist.
    7. Einspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Bauelement eine Spiralfeder (44), ein flächiges Biegeelement (64) oder ein Kompressionskörper (54) ist.
    8. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schließen der zweiten Düsennadel (22) über eine mit der ersten Düsennadel (20) zusammenwirkende Mitnahmeverbindung (60) erfolgt.
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