EP1558843B1 - Kraftstoff-einspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoff-einspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen Download PDF

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EP1558843B1
EP1558843B1 EP03809690A EP03809690A EP1558843B1 EP 1558843 B1 EP1558843 B1 EP 1558843B1 EP 03809690 A EP03809690 A EP 03809690A EP 03809690 A EP03809690 A EP 03809690A EP 1558843 B1 EP1558843 B1 EP 1558843B1
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EP
European Patent Office
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pressure
chamber
fuel injection
nozzle
fuel
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EP03809690A
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the features of the preamble of claim 1.
  • the fuel injector includes a fuel injector fuel-powered by a high-pressure fuel source, which is provided with a movable nozzle needle with a nozzle piston for opening and closing injection ports.
  • the nozzle piston is associated with an injector high-pressure chamber and an injector control chamber.
  • Connected between the fuel injector and the high pressure fuel source is a pressure intensifier having a movable pressure translator piston exposed to a pressure translator working space, a pressure intensifier control chamber and a pressure intensifier high pressure space.
  • a filling connection is connected to a throttle.
  • Another filling connection for the pressure intensifier high-pressure chamber is switched between pressure intensifier working space and pressure intensifier high-pressure chamber, in which a check valve is integrated.
  • the check valve locks in the direction of the pressure intensifier working chamber.
  • a fuel injection device for internal combustion engines in which a filling connection of a control chamber is closed when the fuel injection nozzle is open, is off EP 548916 A1 known.
  • a control rod which is disposed between the control chamber and the nozzle needle and is in operative connection with the nozzle needle via a hydraulic coupler.
  • This fuel injection device operates without an internal pressure translation device.
  • Out DE 4311627 A1 is another fuel injection device for internal combustion engines, in which the injection valves to increase the injection pressure up to 2000 bar have a pressure booster.
  • the fuel pressure in an injection pressure chamber increases to a multiple of the applied high pressure.
  • the pressure in the injection pressure chamber decreases due to the provision of the booster piston.
  • the integration of such a check valve in a fuel injector means a considerable manufacturing effort. The placement of the check valve in the available space is difficult to implement.
  • the fuel injection device according to the invention avoids the disadvantages occurring in the prior art and makes it possible to ensure a refilling of the pressure intensifier with a reduced manufacturing outlay.
  • the accommodation of a check valve for this purpose in the fuel injection device according to the invention is no longer necessary.
  • the closing of the open filling during filling is coupled to the movement of the nozzle piston in the opening direction for releasing the injection openings.
  • the filling compound is closed by the nozzle piston when the fuel injection nozzle is open.
  • a pressure change in a pressure booster control chamber contained in the pressure booster device and / or in the pressure booster working chamber causes a pressure change in the pressure booster high pressure chamber.
  • the pressure booster piston compresses the fuel in the booster high pressure space to an injection high pressure that is higher than the fuel high pressure in the high pressure fuel source.
  • the fuel injection nozzle is open, fuel is injected under high injection pressure through the injection openings into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the opening and closing of the injection openings is controllable via a control valve.
  • This is preferably a 3/2 valve.
  • the control valve can, for. B. in a pressure-controlled fuel injector, the opening and closing of the injection openings by the driving of the pressure translation device effect.
  • FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a Kraftstorf injector according to the invention, which is in the idle state or when resetting.
  • the system comprises a fuel high pressure source 1, for example, a pressure accumulator (common rail), which stores by a high pressure pump to up to 1600 bar compressed fuel. From the fuel high-pressure source 1, the fuel is passed via a high-pressure line 27 to the injectors, each containing a control valve 14, a pressure-transmitting device 7 and a fuel injection nozzle 2.
  • a fuel high pressure source 1 for example, a pressure accumulator (common rail), which stores by a high pressure pump to up to 1600 bar compressed fuel.
  • the fuel is passed via a high-pressure line 27 to the injectors, each containing a control valve 14, a pressure-transmitting device 7 and a fuel injection nozzle 2.
  • the control valve 14 is a 3/2 valve in this preferred embodiment of the present invention.
  • the control valve 14 In FIG. 1 the control valve 14 is in a first switching position 15, in which the high-pressure line 27 is opened to a pressure intensifier control chamber 12 of the pressure translation device 7 and a low-pressure line 17 leading to a low-pressure system, not shown, is closed.
  • the control valve 14 In the second switching position 16 (not in FIG. 1 shown), the control valve 14 closes the connection between the high pressure line 27 and the pressure booster control chamber 12 and establishes a connection between the pressure booster control chamber 12 and the low pressure line 17.
  • the control valve 14 may, for. B. piezo or a solenoid valve.
  • control valve 14 By using a quick-switching piezo valve as a control valve small injection quantities can be injected in a defined manner and with small quantity tolerances in the combustion chamber 25 of the internal combustion engine even at high nozzle opening pressure. Furthermore, due to the fast switching process low leakage losses. Furthermore, the control valve 14 may be designed as a directly controlled valve or as a servo valve.
  • the pressure-translation device 7 includes a pressure booster piston 8 which is resiliently mounted by means of a return spring 13.
  • the pressure booster piston 8 separates a pressure booster high pressure chamber 9 from a pressure booster working chamber 11 which is connected via the high pressure line 27 to the Kraft.stoff high pressure source.
  • the return spring 13 used for supporting the pressure booster piston 8 is arranged in the pressure booster control chamber 12.
  • the pressure booster piston 8 can be divided into two areas, a first (diameter larger) pressure booster piston portion 18 and a second (smaller diameter) Dnickübersetzerkolben portion 19.
  • the two pressure booster piston portions 18, 19 are separate components, but can also be firmly connected or stirred as a single component.
  • the housing 28 of the pressure translation device 7 has a step-shaped taper.
  • the interior of the pressure booster device 7 is divided into two areas which are liquid-tight separated from each other leakage losses.
  • One area is the pressure intensifier working space 11 connected to the high-pressure fuel source 1 via the high-pressure line 27, the second one Area has the above-mentioned step-shaped taper, in which the second pressure booster piston portion 19 slidably protrudes.
  • the tapered region is delimited in a liquid-tight manner from the remainder of the second region, so that a pressure booster control chamber 12 and a pressure booster high-pressure chamber 9 are formed.
  • the pressure booster working chamber 11 is connected via the high-pressure line 27 to the high-pressure fuel source 1.
  • the pressure intensifier control chamber 12 can be connected via the control valve 14 either to the high-pressure fuel source 1 (first switching position 15) or to the low-pressure line 17 (second switching position 16).
  • the pressure booster high-pressure chamber 9 is connected via an injection high-pressure line 29 to an injection nozzle high-pressure chamber 21 of the fuel injection nozzle 2 and connectable to an injection nozzle control chamber 20 contained in the fuel injection nozzle 2 via a filling compound 10.
  • the filling compound 10 is disposed between the pressure booster high pressure chamber 9 and the injector control chamber 20.
  • the filling compound 10 preferably contains a throttle 23.
  • the fuel injection nozzle 2 comprises a nozzle piston 3 and protrudes with its injection openings 6 into the combustion chamber 25 of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the nozzle piston 3 can be divided into two areas, the upper (diameter larger) nozzle piston portion 4 and the (durclunesserkleinere) nozzle needle 5, wherein the upper nozzle piston portion 4 passes via a pressure shoulder 30 in the nozzle needle 5.
  • the nozzle piston 3 is surrounded by the injection nozzle high-pressure chamber 21.
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention in the injection.
  • FIG. 2 shown fuel injector corresponds to that in FIG. 1 .
  • the injection of fuel into the combustion chamber 25 is initiated by the activation of the 3/2-way control valve 14. It is from the first switching position 15 (connection pressure booster control chamber 12 via the first connection line 32, high-pressure connection line 31 and high-pressure line 27 with the high-pressure fuel source 1) is switched to the second switching position 16. In the second switching position 16 of the pressure booster control chamber 12 is connected to the low pressure line 17. There is thus a pressure relief of the pressure booster control chamber 12, whereby the pressure transmission means 7 is activated. At the same time, the injector control chamber 20 is depressurized.
  • the high-pressure fuel source 1 is connected (also during injection) via a high-pressure line 27 to the pressure booster working chamber contained in the pressure booster 7.
  • the intensifier working chamber 11 acts on the large piston surface 35 of the first pressure booster piston portion 18 of the high pressure from the high-pressure fuel source 1 in the compression direction 36.
  • the force in the compression direction 36 predominates.
  • the pressure booster piston 8 therefore moves in the compression direction 36 in the housing 28 of the pressure intensifier device 7 and compresses the fuel in Pressure intensifier high-pressure chamber 9 and thus also increases the pressure in the injector high pressure chamber 21. Due to the pressure difference between the injector high-pressure chamber 21 and the injector control chamber 20, the nozzle piston 3 moves in the opening direction against the closing force of the closing spring 24 and releases the injection openings 6 , In the combustion chamber 25 now fuel 34 is injected under a relation to the pressure in the high pressure fuel source 1 by the pressure translation means 7 increased pressure.
  • the filling compound 10 is closed by the nozzle piston 3 between the injector control chamber 20 and the pressure booster high-pressure chamber 9.
  • one end of the nozzle piston 3 cooperates with the sealing seat 26. Consequently, during the injection, no loss amount can escape from the pressure booster high-pressure chamber 9 via the throttle 23 contained in the filling compound 10.
  • the pressure booster 7 remains activated and the pressure booster piston 8 compresses the fuel in the Druclcübersetzer-Hochdruclcraum 9.
  • the compressed fuel is forwarded to the nozzle needle 5 and injected into the combustion chamber 25.
  • the control valve is switched back into the first switching position 15 ( FIG. 1 ), so that the pressure booster control chamber 9 and the injector space 20 can be separated from the low pressure line 17 and connected to the high pressure fuel source 1.
  • the pressure booster control chamber 9 thereby again the high pressure builds up.
  • the pressure booster high-pressure chamber 9 the pressure drops to the high pressure generated by the high-pressure fuel source 1.
  • the pressure booster piston 8 is now hydraulically balanced.
  • the fuel high pressure source high pressure also builds up, so that the nozzle piston 3 of the fuel injection nozzle 2 is hydraulically balanced.
  • the nozzle piston 3 is then moved in the closing direction by the force of the closing spring 24 until the injection openings 6 are closed by the nozzle needle 5.
  • the injection is completed and the filling compound 10 is released by the movement of the nozzle piston 3 in the closing direction again.
  • the pressure booster piston 8 After pressure equalization of the system, the pressure booster piston 8 is moved by the force of the return spring 13 in the return direction 38 until it is returned to its original position is. In this case, the pressure booster high-pressure chamber 9 is filled again via the throttle 23 contained in the filling connection 10 from the injection nozzle control chamber 20. The filling takes place automatically, without an additional check valve would be necessary.
  • This can be z. B. by an optimized design of a throttle 22 in the high-pressure line 27.
  • a throttle check valve can be used at any point of the supply line (27, 31, 32).
  • FIG. 3 shows a fuel injection device according to the invention in a coaxial design.
  • the Druclcüber ought and the fuel injection nozzle are arranged coaxially with each other in a common injector 39.
  • the injector 39 two relatively movable parts are resiliently mounted: a pressure booster piston 8 and a nozzle piston 3.
  • the pressure booster piston 8 has a first (larger diameter) Druckionatsetzerlcolben portion 18 and a second (diamellerereneren) Druclcübersetzerkolben portion 19.
  • the injector housing 39 also has a step-shaped taper 41.
  • the (diameter larger) first pressure booster piston portion 19 is axially and largely liquid-tight from the larger diameter portion of Injelctorgephases 39 out.
  • the (diameter smaller) second pressure booster piston portion 19 is located partially in the larger diameter portion of the injector 39 and partially immersed in the smaller diameter portion of the injector, where it is axially displaceable and largely liquid-tight.
  • the larger diameter first pressure booster piston portion 18 part in the interior of the injector 39 from the pressure booster working chamber 11 and the pressure booster control chamber 12 from.
  • In the pressure booster control chamber 12 which surrounds the smaller-diameter second pressure booster piston portion 19 surrounding return spring 13 is arranged.
  • the return spring 13 is supported, on the one hand, in the region of the stepped taper 41 of the injector housing 39 and, on the other hand, on the larger diameter first pressure booster piston subregion 18.
  • the pressure booster piston 8 is designed as a hollow piston: it contains a central through-bore 43.
  • the nozzle piston 3 is guided largely liquid-tight in a guide portion 44 in this bore 43.
  • a pressure piece 45 projecting into the bore 43 in the form of a cylinder is fastened in the region of the pressure intensifier working chamber 11.
  • the pressure piece 45 On the side facing the nozzle piston 3 side, the pressure piece 45 has a taper, on which a closing spring 24 is mounted.
  • the closing spring 24 is supported on the one hand against the pressure piece 45 and on the other hand pushes against the projecting into the bore 42 end of the nozzle piston 3.
  • Between the nozzle piston 3 and the pressure piece 45 is enough space to a lifting of the nozzle needle 5 of the injection openings 6 opposite to allow the force of the closing spring 24 during an injection process.
  • the closing spring 24 is surrounded by the injection nozzle control chamber 20 in the bore 43.
  • the injector control chamber 20 is arranged in the form of a hollow piston pressure booster piston 8.
  • the pressure booster piston 3 contains at least one opening 46, via which the injection nozzle control chamber 20 is permanently connected to the pressure booster control chamber 12, so that in the two chambers 12, 20, the pressure is always balanced.
  • the injector control chamber 20 could be replaced with the pressure translator control chamber 12, e.g. be connected to the pressure intensifier working chamber 11. Then the injector control chamber 20 is not relieved together with the pressure intensifier control chamber 12, but remains constantly at the pressure level of the working space 11. This would also be possible because in the injector high-pressure chamber 21 by the Druckschreibsevzungs means 7, a higher pressure is built up and the fuel injection nozzle 2 thus opens.
  • the injector control chamber 20 e.g. the pressure piece 45 are reduced in diameter, so that it would no longer be performed high pressure-tight in the pressure booster piston 8, but along the pressure piece 45, a connection between the two spaces 20, 11 is made.
  • the metering of the fuel into the combustion chamber 25 is in turn carried out by activation of the 3/2-way control valve 14.
  • the pressure booster control chamber 12 is connected via the connecting line 32 to the low pressure line 17 and thus depressurized.
  • This activates the pressure-transmitting device and the fuel is compressed in the high-pressure chamber 47 by the pressure booster piston 3.
  • the compressed fuel is passed along the nozzle needle 5.
  • the nozzle piston 3 finally releases the injection openings 6 and the fuel is injected into the combustion chamber 25.
  • the nozzle piston 3 rests against the pressure piece 45 with the sealing seat 26 and thus seals the filling compound 10 in a liquid-tight manner.
  • no compressed fuel from the high pressure chamber 47 can flow back into the injector control chamber 20.
  • the pressure intensifier control chamber 12 is again connected to the high-pressure fuel source 1 by the control valve 14.
  • the high pressure fuel generated by the high-pressure fuel source builds up in the intensifier control chamber 12 and via the opening 46 in the injector control chamber 20.
  • the pressure in the high pressure chamber 47 drops to the fuel high pressure source high pressure, whereupon the pressure booster piston 8 is hydraulically balanced, as well as the nozzle piston 3.
  • both pistons 3, 8 are moved in their rest position.
  • the nozzle needle closes the injection openings 6 and the nozzle piston 3 lifts the sealing seat 26 away from the pressure piece 45.
  • the filling compound 10 is opened, so that the high-pressure chamber 47 via the filling compound 10 and further spaces 20, 12 and connections 46, 32, 31, 27 is connected to the high-pressure fuel source 1.
  • the high-pressure chamber 47 is filled when resetting the pressure booster piston 8 via the filling compound 10.
  • pressure intensifier high pressure chamber and injector high-pressure chamber designed as a hollow piston pressure booster piston and the filling contained in the nozzle piston can be achieved in this preferred embodiment of the present invention advantageously a particularly compact design of the fuel injection device.
  • FIG. 4 shows a further preferred embodiment of a fuel injection device according to the invention at rest or during filling.
  • the control valve 14 At rest (no injection), the control valve 14 is in a first switching position 15, in which it connects the pressure booster working chamber 11 with the low pressure line 17.
  • the injector control chamber 20 as well as the pressure intensifier high-pressure chamber 9 and the injector high-pressure chamber 21 connected in the idle state via the filling connection 10 are connected via a second low-pressure line 48 to a low-pressure region, not shown further, as well as the pressure intensifier control chamber 12 via a third low-pressure line 49.
  • the pressure booster high-pressure chamber 9 via the filling compound 10 and the injector control chamber 20 the pressure booster control chamber 12 and the pressure booster working chamber eleventh with at least one low pressure line 17, 48, 49 connected.
  • both the pressure booster piston 8 and the nozzle piston 3 is balanced hydraulically at rest and both pistons 8, 3 are held by the associated spring 13, 24 in its rest position.
  • the injection openings 6 are closed to the combustion chamber 25 through the nozzle needle 5.
  • the control valve 14 is switched from the first switching position 15 to the second switching position 16.
  • the pressure booster working chamber 11 is connected to the high-pressure fuel source 1.
  • the pressure generated by the high-pressure fuel source 1 builds up.
  • the pressure booster piston 8 thereby moves in the compression direction and compresses the fuel in the pressure booster high-pressure chamber 9 to the translated pressure. This is forwarded to the injector high-pressure chamber 21.
  • the nozzle piston 3 moves through the pressure force thus generated in the opening direction and releases the injection openings 6.
  • the filling compound 10 is closed by the pressure intensifier high-pressure chamber 9 to the injector control chamber 20 through the nozzle piston 3. So no loss amount is created during the injection.
  • the control valve 14 is switched back into the first switching position 15.
  • the pressure intensifier working chamber 11 is then connected to the low pressure line 17 again.
  • the low pressure also sets and consequently also in the injector high-pressure chamber 21. Therefore, the nozzle needle 5 and the nozzle piston 3 are the filling compound 10 free.
  • the pressure booster high-pressure chamber 9 is filled when returning 38 of the pressure booster piston 8 via the filling compound 10 from the low pressure system.
  • the filling compound 10 may include a throttle 23 as needed.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritz-Einrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs ist aus DE 199 39 428 A1 bekannt. Die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung weist eine durch eine Kraftstoff-Hochdruckquelle mit Kraftstoff versorgbare Kraftstoff-Einspritzdüse auf, die mit einer beweglichen Düsennadel mit Düsenkolben zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen versehen ist. Dem Düsenkolben ist ein Einspritzdüsen-Hochdruckraum und ein Einspritzdüsen-Steuerraum zugeordnet. Zwischen der Kraftstoff-Einspritzdüse und der Kraftstoff- Hochdruckquelle ist eine Druckübersetzungs-Einrichtung geschaltet, die einen beweglichen Druckübersetzerkolben aufweist, der einem Druckübersetzer-Arbeitsraum, einem Druckübersetzer-Steuerraum und einem Druckübersetzer-Hochdruckraum ausgesetzt ist. Zwischen dem Einspritzdüsen-Steuerraum des Düsenkolbens und dem Druckübersetzer-Hochdruckraum ist eine Füllverbindung mit einer Drossel geschaltet. Eine weitere Füllverbindung für den Druckübersetzer-Hochdruckraum ist zwischen Druckübersetzer-Arbeitsraum und Druckübersetzer-Hochdruckraum geschalte, in die ein Rückschlagventil integriert ist. Das Rückschlagventil sperrt in Richtung des Druckübersetzer-Arbeitsraum. Durch eine Druckreduzierung im Drückübersetzer-Steuerraum infolge einer hydraulischen Verbindung mittels eines Schaltventil mit einem Niederdruck/Rücklaufsystem wird der Druckübersetzer-Kolbens in Richtung Druckübersetzer-Hochdruckraum bewegt, wodurch sich der Druck im Druckübersetzer-Hochdruckraum erhöht. Der auf ein Vielfaches des angelegten Hochdrucks erhöhte Kraftstoffdruck wirkt auf den Einspritzdruckraüm, so dass der die Düsennadel öffnet und Kraftstoff mit dem erhöhten Druck eingespritzt wird.
  • Eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der eine Füllverbindung eines Steuerraums bei geöffneter Kraftstoffeinspritzdüse verschlossen wird, ist aus EP 548916 A1 bekannt. Zum Verschließen der Füllverbindung dient eine Steuerstange, die zwischen dem Steuerraum und der Düsennadel angeordnet ist und mit der Düsennadel über einen hydraulischen Koppler in Wirkverbindung steht. Diese Kraftstoffeinspritz-Einrichtung arbeitet ohne eine interne Druckübersetzungs-Einrichtung.
  • Aus DE 4311627 A1 ist eine weitere Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Einspritzventile zur Erhöhung des Einspritzdruckes auf bis zu 2000 bar einen Druckverstärker aufweisen. In Folge der Hubbewegung eines Verstärkerkolbens vergrößert sich der Kraftstoffdruck in einem Einspritzdruckraum auf ein Vielfaches des angelegten Hochdruckes. Nach der Einspritzung von Kraftstoff aus dem Einspritzdruckraum in einen Brennraum sinkt der Druck im Einspritzdruckraum aufgrund der Rückstellung des Verstärkerkolbens. Dadurch öffnet ein Rückschlagventil, so dass Kraftstoff mit dem angelegten Hochdruck in den Einspritzdruckraum einströmen kann (Wiederbefüllung). Die Integration eines solchen Rückschlagventils in eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung bedeutet jedoch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand. Die Unterbringung des Rückschlagventils im vorhandenen Bauraum ist schwierig zu realisieren.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht es, mit einem reduzierten fertigungstechnischen Aufwand eine Wiederbefüllung des Druckverstärkers sicherzustellen. In vorteilhafter Weise ist die Unterbringung eines Rückschlagventils zu diesem Zweck bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung nicht mehr notwendig. Die Vorteile werden mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
  • Das Verschließen der beim Befüllen offenen Füllverbindung ist dabei an das Bewegen des Düsenkolbens in Öffnungsrichtung zum Freigeben der Einspritzöffnungen gekoppelt.
  • In der vorliegenden Erfindung ist dabei die Füllverbindung bei offener Kraftstoff-Einspritzdüse durch den Düsenkolben verschlossen.
  • Dadurch, dass der Düsenkolben die Füllverbindung bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse während der Kraftstoff-Einspritzung verschließt und bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse nach der Kraftstoff-Einspritzung wieder freigibt, wird zum Befüllen des Druckübersetzer-Hochdruckraumes beim Rückstellen des Druckübersetzer-Kolbens kein Rückschlagventil benötigt.
  • Bei der Kraftstoffeinspritz-Einrichtung bewirkt eine Druckänderung in einem in der Druckübersetzungs-Einrichtung enthaltenen Druckübersetzer-Steuerraum und/oder in dem Druckübersetzer-Arbeitsraum eine Druckänderung im Druckübersetzer-Hochdruckraum. Der Druckübersetzer-Kolben verdichtet während der Kraftstoff-Einspritzung durch seinen Hub den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum auf einen Einspritzhochdruck, der höher als der Kraftstoff-Hochdruck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle ist. Bei offener Kraftstoff-Einspritzdüse wird Kraftstoff unter Einspritzhochdruck durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum der Brennkraftmascliine eingespritzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnungen über ein Steuerventil steuerbar. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine 3/2-Ventil. Das Steuerventil kann z. B. bei einem druckgesteuerten Kraftstoffinjektor das Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnungen durch das Ansteuern der Druckübersetzungs-Einrichtung bewirken.
    • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritz-einrichtung im Ruhezustand bzw. beim Rückstellen,
    Figur 2
    einen Hydraulilcschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritz-einrichtung bei der Einspritzung,
    Figur 3
    eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in koaxialer Bauform und
    Figur 4
    eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung im Ruhezustand bzw. beim Befüllen.
    Ausführungsvarianten
  • Figur 1 zeigt einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstorf-Einspritzeinrichtung, die sich im Ruhezustand befindet bzw. beim Zurückstellen. Das System umfasst eine Kraftstoff Hochdruckquelle 1, beispielsweise einen Druckspeicher (Common-Rail), der durch eine Hochdruckpumpe auf bis zu 1600 bar verdichteten Kraftstoff speichert. Von der Kraftstoff Hochdruckquelle 1 wird der Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 27 zu den Injektoren geleitet, die jeweils ein Steuerventil 14, eine Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 2 enthalten.
  • Das Steuerventil 14 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein 3/2-Ventil. In Figur 1 befindet sich das Steuerventil 14 in einer ersten Schaltstellung 15, bei der die Hochdruckleitung 27 zu einem Druckübersetzer-Steuerraum 12 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 hin geöffnet ist und eine zu einem nicht näher dargestellten Niederdrucksystem führende Niederdruckleitung 17 geschlossen ist. In der zweiten Schaltstellung 16 (nicht in Figur 1 dargestellt) verschließt das Steuerventil 14 die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und stellt eine Verbindung zwischen dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und der Niederdruckleitung 17 her. Das Steuerventil 14 kann z. B. Piezo- oder ein Magnetventil sein. Durch die Verwendung eines schnell schaltenden Piezoventils als Steuerventil können auch bei hohem Düsenöffnungsdruck kleine Einspritzmengen in definierter Weise und mit kleinen Mengentoleranzen in den Brennraum 25 der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Ferner ergeben sich aufgrund des schnellen Schaltvorgangs geringe Leckageverluste. Ferner kann das Steuerventil 14 als direkt gesteuertes Ventil oder als Servoventil ausgeführt sein.
  • Die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthält einen Druckübersetzer-Kolben 8, der mittels einer Rückstellfeder 13 federnd gelagert ist. Der Druckübersetzer-Kolben 8 trennt einen Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 von einem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11, der über die Hochdruckleitung 27 an die Kraft.stoff-Hochdruckquelle angeschlossen ist. Die zur Lagerung des Druckübersetzer-Kolbens 8 verwendete Rückstellfeder 13 ist in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 angeordnet. Der Druckübersetzer-Kolben 8 lässt sich in zwei Bereiche einteilen, einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzer-Kolbenteilbereich 18 und einen zweiten (durchmesserkleineren) Dnickübersetzerkolben-Teilbereich 19. Die beiden Druckübersetzerkolben-Teilbereiche 18, 19 sind getrennte Bauteile, können aber auch fest miteinander verbunden oder als ein einziges Bauteil ausgerührt sein. Das Gehäuse 28 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 weist eine stufenförmige Verjüngung auf. Durch den ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 des in dem Gehäuse 28 verschiebbar angeordneten Druckübersetzer-Kolbens 8 wird der Innenraum der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 in zwei Bereiche aufgeteilt, die bis auf Leckageverluste flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind. Der eine Bereich ist der mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 über die Hochdruckleitung 27 verbundene Druckübersetzer-Arbeitsraum 11, der zweite Bereich weist die oben erwähnte, stufenförmige Verjüngung auf, in die der zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 verschiebbar hineinragt. Dadurch wird der verjüngte Bereich flüssigkeitsdicht vom Rest des zweiten Bereichs abgegrenzt, so dass ein Druckübersetzer-Steuerraum 12 und ein Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 ausgebildet werden. Der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 ist über die Hochdruckleitung 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Der Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist über das Steuerventil 14 entweder mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (erste Schaltstellung 15) oder mit der Niederdruckleitung 17 (zweite Schaltstellung 16) verbindbar. Der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 ist über eine Einspritzhochdruckleitung 29 mit einem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 verbunden und mit einem in der Kraftstoff Einspritzdüse 2 enthaltenen Einspritzdüsen-Steuerraum 20 über eine Füllverbindung 10 verbindbar. In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Füllverbindung 10 zwischen dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 angeordnet. Die Füllverbindung 10 enthält dabei vorzugsweise eine Drossel 23.
  • Die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 umfasst einen Düsenkolben 3 und ragt mit ihren Einspritzöffnungen 6 in den Brennraum 25 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine hinein. Der Düsenkolben 3 ist in zwei Bereiche einteilbar, den oberen (durchmessergrösseren) Düsenkolben-Teilbereich 4 und die (durclunesserkleinere) Düsennadel 5, wobei der obere Düsenkolben-Teilbereich 4 über eine Druckschulter 30 in die Düsennadel 5 übergeht. Im Bereich der Druckschulter 30 ist der Düsenkolben 3 von dem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 umgeben.
  • Im Ruhezustand (Figur 1) ist das Steuerventil 14 nicht angesteuert (erste Schaltstellung 15) und es findet keine Einspritzung statt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse 2 über das Steuerventil 14 (in einer ersten Schaltstellung 15) den Druckübersetzer-Steuerraum 12, den Einspritzdüsenraum 20 und die Füllverbindung 10 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Es liegt dann der Hochdruck der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 an folgenden Stellen an:
    • in der Hochdruckleitung 27,
    • im dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11,
    • über die Hochdruck-Verbindungsleitung 31 an dem Steuerventil 14,
    • über die erste Verbindungsleitung 32 im Druckübersetzer-Steuerraum 12,
    • über die zweite Verbindungsleitung 33 im Einspritzdüsen-Steuerraum 20,
    • über die Füllverbindung 10 im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
    • über die Einspritzhochdruclcleitung 29 im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21.
  • Somit sind im Ruhezustand alle Druckräume (11, 12, 9) der Diuckübersetzungs-Einrichtung 7 mit Hochdruck beaufschlagt und der Druckübersetzer-Kolben 8 ist druckausgeglichen. Die Drucltübersetzungs-Einrichtung 7 ist deaktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt. Über die Rückstellfeder 13 wird der Druckübersetzer-Kolben 8 in seiner Ausgangslage gehalten. Der Hochdruck im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bringt eine hydraulische Schließkraft auf den Düsenkolben 3 auf, die die Kraftstoff Einspritzdüse 2 zusammen mit der Schließkraft der Schließfeder 24 geschlossen hält. Diese beiden Kräfte sind zusammen größer als die in Öffnungsrichtung auf den Düsenkolben 3 im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 wirkende hydraulische Kraft, so dass die Einspritzöffnungen 6 trotz des ständig im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 1 anstehenden Hochdruckes durch die Düsennadel 50 verschlossen bleiben. Es findet folglich keine Einspritzung statt.
  • Figur 2 zeigt einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff Einspritzeinrichtung bei der Einspritzung.
  • Der Aufbau der in Figur 2 gezeigten Kraftstoff-Einspritzeinrichtung entspricht demjenigen in Figur 1. Die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 25 wird eingeleitet durch die Aktivierung des 3/2-Wege-Steuerventils 14. Es wird von der ersten Schaltstellung 15 (Verbindung Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die erste Verbindungsleitung 32, Hochdruck-Verbindungsleitung 31 und Hochdruckleitung 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1) in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet. In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer-Steuerraum 12 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden. Es erfolgt somit eine Druckentlastung des Druckübersetzer-Steuerraums 12, wodurch die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 aktiviert wird. Gleichzeitig wird auch der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 druckentlastet.
  • Bei der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (auch während der Einspritzung) über eine Hochdruckleitung 27 mit dem in der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthaltenen Druckübersetzer-Arbeitsraum verbunden. Im Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 wirkt auf die grosse Kolbenfläche 35 des ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereichs 18 der Hochdruck aus der Kranstoff-Hochdruckquelle 1 in Verdichtungsrichtung 36. Entgegen der Verdichtungsrichtung 36 wirkt lediglich der Niederdruck im Druckübersetzer-Steuerraum 12, die Kraft der Rückstellfeder 13 und der Hochdruck im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9, der jedoch nur auf die kleine Kolbenfläche 37 wirkt. Die Kraft in Verdichtungsrichtung 36 überwiegt. Der Druckübersetzer-Kolben 8 bewegt sich daher in Verdichtungsrichtung 36 im Gehäuse 28 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und verdichtet den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und erhöht damit auch den Druck im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21. Durch den Druckunterschied zwischen dem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 und dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bewegt sich der Düsenkolben 3 in Öffnungsrichtung entgegen der Schließkraft der Schließfeder 24 und gibt die Einspritzöffnungen 6 frei. In den Brennraum 25 wird nun Kraftstoff 34 unter einem gegenüber dem Druck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 durch die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 erhöhten Druck eingespritzt.
  • Im geöffneten Zustand der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 ist die Füllverbindung 10 zwischen dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 durch den Düsenkolben 3 verschlossen. Dabei wirkt ein Ende des Düsenkolbens 3 mit dem Dichtsitz 26 zusammen. Während der Einspritzung kann folglich keine Verlustmenge aus dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die in der Füllverbindung 10 enthaltene Drossel 23 entweichen.
  • Solange der Druckübersetzer-Steuerraum 12 druckentlastet ist, bleibt die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 aktiviert und der Druckübersetzer-Kolben 8 verdichtet den Kraftstoff in dem Druclcübersetzer-Hochdruclcraum 9. Der verdichtete Kraftstoff wird zur Düsennadel 5 weitergeleitet und in den Brennraum 25 eingespritzt.
  • Zum Beenden der Einspritzung wird das Steuerventil wieder in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet (Figur 1), so dass der Druckübersetzer-Steuerraum 9 und der Einspritzdüsenraum 20 von der Niederdrucldeitung 17 getrennt und mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden werden kann. In den Druckübersetzer-Steuerraum 9 baut sich dadurch wieder der Hochdruck auf. Im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 fällt der Druck auf den durch die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugten Hochdruck ab. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist nun hydraulisch ausgeglichen.
  • Im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 baut sich ebenfalls der Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck auf, so dass auch der Düsenkolben 3 der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 hydraulisch ausgeglichen ist. Der Düsenkolben 3 wird dann durch die Kraft der Schließfeder 24 in Schließrichtung bewegt, bis die Einspritzöffnungen 6 durch die Düsennadel 5 verschlossen werden. Die Einspritzung ist beendet und die Füllverbindung 10 wird durch die Bewegung des Düsenkolbens 3 in Schließrichtung wieder freigegeben.
  • Nach dem Druckausgleich des Systems wird der Druckübersetzer-Kolben 8 durch die Kraft der Rückstellfeder 13 in Rückstellrichtung 38 bewegt, bis er in seine Ausgangslage zurückgestellt ist. Dabei wird der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die in der Füllverbindung 10 enthaltene Drossel 23 aus dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 wieder gefüllt. Die Befüllung erfolgt automatisch, ohne dass ein zusätzliches Rückschlagventil notwendig wäre.
  • Zur Stabilisierung der Schaltsequenzen können noch zusätzliche Maßnahmen zur Dämpfung von Schwingungen zwischen der Kraftstoff Hochdruckquelle 1 und dem Injektor getroffen werden. Dies kann z. B. durch eine optimierte Auslegung einer Drossel 22 in der Hochdruckleitung 27 erfolgen. Alternativ dazu kann an einer beliebigen Stelle der Zuleitung (27, 31, 32) ein (nicht dargestelltes) Drosselrückschlagventil eingesetzt werden.
  • Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftstoff Einspritzeinrichtung in koaxialer Bauform.
  • Dabei die sind die Druclcübersetzungs-Einrichtung und die Kraftstoff-Einspritzdüse koaxial zueinander in einem gemeinsamen Injektorgehäuse 39 angeordnet. In dem Injektorgehäuse 39 sind zwei relativ zueinander bewegliche Teile federnd gelagert: Ein Druckübersetzer-Kolben 8 und ein Düsenkolben 3. Der Druckübersetzer-Kolben 8 weist einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzerlcolben-Teilbereich 18 und einen zweiten (durchmesserlcleineren) Druclcübersetzerkolben-Teilbereich 19 auf. Das Injektorgehäuse 39 weist ebenfalls eine stufenförmige Verjüngung 41 auf. Der (durchmessergrößere) erste Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 wird axial und weitgehend flüssigkeitsdicht vom durchmessergrößeren Teil des Injelctorgehäuses 39 geführt. Der (durchmesserkleinere) zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 befindet sich teilweise in dem durchmessergrößeren Teil des Injektorgehäuses 39 und taucht teilweise in den durchmesserkleineren Teil des Injektorgehäuses ein, wo er axial verschiebbar und weitgehend flüssigkeitsdicht geführt wird. Der durchmessergrößere erste Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 teil in dem Innenraum des Injektorgehäuses 39 den Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 und den Druckübersetzer-Steuerraum 12 ab. In dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist die dem durchmesserkleineren zweiten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 umgebende Rückstellfeder 13 angeordnet. Die Rückstellfeder 13 stützt sich einerseits im Bereich der stufenförmigen Verjüngung 41 des Injektorgehäuses 39 und andererseits an dem durchmessergrößeren ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 ab. Im Ruhezustand drückt sie den Druckübersetzer-Kolben 8 gegen ein in dem Injektorgehäuse 39 angeordnetes Begrenzungselement 42 in seine Ruheposition. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist als Hohlkolben ausgebildet: Er enthält eine zentrale durchgängige Bohrung 43. Der Düsenkolben 3 wird in einem Führungsbereich 44 in dieser Bohrung 43 weitgehend flüssigkeitsdicht geführt.
  • Am Injektorgehäuse 39 ist im Bereich des Druckübersetzer-Arbeitsraumes 11 ein in Form eines Zylinders in die Bohrung 43 ragendes Druckstück 45 befestigt. Auf der dem Düsenkolben 3 zugewandten Seite weist das Druckstück 45 eine Verjüngung auf, auf die eine Schließfeder 24 aufgezogen ist. Die Schließfeder 24 stützt sich einerseits gegen das Druckstück 45 ab und drückt andererseits gegen das in die Bohrung 42 hineinragende Ende des Düsenkolbens 3. Zwischen dem Düsenkolben 3 und dem Druckstück 45 ist genügend Freiraum, um ein Abheben der Düsennadel 5 von den Einspritzöffnungen 6 entgegengesetzt zu der Kraft der Schließfeder 24 während eines Einspritzvorganges zu erlauben.
  • Die Schließfeder 24 ist in der Bohrung 43 von dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 umgeben. Bei der in Figur 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 in dem als Hohlkolben ausgebildete Druckübersetzer-Kolben 8 angeordnet. Der Druckübersetzer-Kolben 3 enthält mindestens eine Öffnung 46, über die der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 ständig mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 verbunden ist, so dass in den beiden Räumen 12, 20 stets der Druck ausgeglichen wird.
  • Alternativ dazu könnte der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 statt mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 z.B. mit dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 verbunden sein. Dann wird der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 nicht gemeinsam mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 entlastet, sondern bleibt ständig auf dem Druckniveau des Arbeitsraumes 11. Dies wäre ebenfalls möglich, da im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 durch die Druckübersevzungs-Einrichtung 7 ein höherer Druck aufgebaut wird und die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 somit öffnet. Zur Verbindung des Einspritzdüsen-Steuerraumes 20 mit dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 könnte z.B. das Druckstück 45 im Durchmesser verkleinert werden, sodass es nicht mehr hochdruckdicht in dem Druckübersetzer-Kolben 8 geführt würde, sondern entlang des Druckstückes 45 eine Verbindung zwischen den beiden Räumen 20, 11 bestehen wurde.
  • In der Anordnung gemäß Figur 3 fallen der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und der Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 gemäß Figuren 1 und 2 zusammen und werden von dem Hochdruckraum 47 gebildet. Die eine Drossel 23 enthaltende Füllverbindung 10 zwischen dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und dem Hochdruckraum 47 verläuft bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Düsenkolben 3.
  • Die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum 25 erfolgt wiederum durch Aktivierung des 3/2-Wege-Steuerventils 14. Dadurch wird der Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die Verbindungsleitung 32 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden und somit druckentlastet. Dies aktiviert die Druckübersetzungs-Einrichtung und der Kraftstoff wird im Hochdruckraum 47 durch den Druckübersetzer-Kolben 3 verdichtet. Der verdichtete Kraftstoff wird entlang der Düsennadel 5 weitergeleitet. Der Düsenkolben 3 gibt schließlich in Folge der steigenden öffnenden Druckkraft im Hochdruckraum 47 die Einspritzöffnungen 6 frei und der Kraftstoff wird in den Brennraum 25 eingespritzt. Bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse liegt der Düsenkolben 3 mit dem Dichtsitz 26 an dem Druckstück 45 an und verschließt so die Füllverbindung 10 flüssigkeitsdicht. So kann kein komprimierter Kraftstoff von dem Hochdruckraum 47 in den Einspritzdüsen-Steuerraum 20 zurückfließen.
  • Zum Beenden der Einspritzung wird durch das Steuerventil 14 der Druckübersetzer-Steuerraum 12 wieder mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Dadurch baut sich in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und über die Öffnung 46 in dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 der von der Kraftstoff-Hochdruckquelle erzeugte Kraftstoff Hochdruck auf. Der Druck im Hochdruckraum 47 fällt auf den Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck ab, woraufhin der Druckübersetzer-Kolben 8 hydraulisch ausgeglichen ist, ebenso wie der Düsenkolben 3. Durch die Kraft der Federn 13, 24 werden beide Kolben 3, 8 in ihrer Ruheposition bewegt. Die Düsennadel verschließt die Einspritzöffnungen 6 und der Düsenkolben 3 hebt den Dichtsitz 26 von dem Druckstück 45 ab. Somit wird die Füllverbindung 10 geöffnet, so dass der Hochdruckraum 47 über die Füllverbindung 10 und weitere Räume 20, 12 und Verbindungen 46, 32, 31, 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden ist. So wird der Hochdruckraum 47 beim Rückstellen des Druckübersetzer-Kolbens 8 über die Füllverbindung 10 befüllt.
  • Durch das Zusammenlegen von Druckübersetzer-Hochdruckraum und Einspritzdüsen-Hochdruckraum, den als Hohlkolben ausgeführten Druckübersetzer-Kolben und die in dem Düsenkolben enthaltene Füllverbindung lässt sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Konstruktion der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung erreichen.
  • Figur 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung im Ruhezustand bzw. beim Befüllen.
  • Im Ruhezustand (keine Einspritzung) befindet sich das Steuerventil 14 in einer ersten Schaltstellung 15, in der es den Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit der Niederdruckleitung 17 verbindet. Der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 sowie der im Ruhezustand damit über die Füllverbindung 10 verbundene Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und der Einspritzdüsen-Hochdruclcraum 21 sind über eine zweite Niederdrucldeitung 48 mit einem nicht weiter dargestellten Niederdruckbereich verbunden, ebenso wie der Druckübersetzer-Steuerraum 12 über eine dritte Niederdruckleitung 49. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind also bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse 2 der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die Füllverbindung 10 und über den Einspritzdüsen-Steuerraum 20, der Druckübersetzer-Steuerraum 12 und der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit mindestens einer Niederdruckleitung 17, 48, 49 verbunden. Somit ist sowohl der Druckübersetzer-Kolben 8 als auch der Düsenkolben 3 im Ruhezustand hydraulisch ausgeglichen und beide Kolben 8, 3 werden durch die zugeordnete Feder 13, 24 in ihrer Ruheposition gehalten. Die Einspritzöffnungen 6 sind zum Brennraum 25 hin durch die Düsennadel 5 verschlossen.
  • Zur Einspritzung wird das Steuerventil 14 von der ersten Schaltstellung 15 in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet. In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. In dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 baut sich der von der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugte Druck auf. Der Druckübersetzer-Kolben 8 bewegt sich dadurch in Verdichtungsrichtung und verdichtet den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 auf übersetzten Druck. Dieser wird in den Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 weitergeleitet. Der Düsenkolbens 3 bewegt sich durch die so erzeugte Druckkraft in Öffnungsrichtung und gibt die Einspritzöffnungen 6 frei. Gleichzeitig wird die Füllverbindung 10 vom Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 zum Einspritzdüsen-Steuerraum 20 durch den Düsenkolben 3 verschlossen. So entsteht keine Verlustmenge während der Einspritzung.
  • Zum Beenden des Einspritzvorganges wird das Steuerventil 14 in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet. Der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 ist dann wieder mit der Niederdruckleitung 17 verbunden. Im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 stellt sich ebenfalls der Niederdruck ein und folglich auch im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21. Daher schließt die Düsennadel 5 und der Düsenkolben 3 gibt die Füllverbindung 10 frei. Der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 wird beim Rückstellen 38 des Druckübersetzer-Kolben 8 über die Füllverbindung 10 aus dem Niederdrucksystem befüllt. Die Füllverbindung 10 kann bei Bedarf eine Drossel 23 enthalten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftstoff-Hochdruckquelle
    2
    Kraftstoff-Einspritzdüse
    3
    Düsenkolben
    4
    oberer Düsenkolben-Teilbereich
    5
    Düsennadel
    6
    Einspritzöffnungen
    7
    Druckübersetzungs-Einrichtung
    8
    Druckübersetzer-Kolben
    9
    Druckübersetzer-Hochdruckraum
    10
    Füllverbindung
    11
    Druckübersetzer-Arbeitsraum
    12
    Druckübersetzer-Steuerraum
    13
    Rückstellfeder
    14
    Steuerventil
    15
    erste Schaltstellung
    16
    zweite Schaltstellung
    17
    Niederdruckleitung
    18
    erster Druckübersetzerkolben-Teilbereich
    19
    zweiter Druckübersetzerkolben-Teilbereich
    20
    Einspritzdüsen-Steuerraum
    21
    Einspritzdüsen-Hochdruckraum
    22
    erste Drossel
    23
    zweite Drossel
    24
    Schließfeder
    25
    Brennraum
    26
    Dichtsitz
    27
    Hochdruckleitung
    28
    Gehäuse der Druckübersetzungs-Einrichtung
    29
    Einspritzhochdruckleitung
    30
    Druckschulter
    31
    Hochdruck-Verbindungsleitung
    32
    erste Verbindungsleitung
    33
    zweite Verbindungsleitung
    34
    eingespritzter Kraftstoff
    35
    große Kolbenfläche
    36
    Verdichtungsrichtung
    37
    kleine Kolbenfläche
    38
    Rüclcstellrichtung
    39
    Injektorgehäuse
    41
    stufenförmige Verjüngung
    42
    Begrenzungselement
    43
    Bohrung
    44
    Führungsbereich
    45
    Druckstück
    46
    Öffnung
    47
    Hochdruckraum
    48
    zweite Niederdruckleitung
    49
    dritte Niederdruckleitung

Claims (9)

  1. Kraftstoff- Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer durch eine Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) mit Kraftstoff versorgbaren Kraftstoff-Einspritzdüse (2), die einen beweglichen Düsenkolben (3) zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen (6), einen Einspritzdüsen-Hochdruckraum (21) und einen Einspritzdüsen-Steuerraum (20) aufweist, wobei zwischen die Kraftstoff-Einspritzdüse (2) und die Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) eine Druckübersetzungs-Einrichtung (7) geschaltet ist, die einen beweglichen Druckübersetzer-Kolben (8), einen Druckübersetzer-Arbeitsraum (11) und einen Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) aufweist, wobei eine Füllverbindung (10) zwischen dem Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) und dem Einspritzdüsen-Steuerraum (20) angeordnet ist, die bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) zum Befüllen des Druckübersetzer-Hochdruckraums (9) offen ist, wobei eine Druckänderung in einem in der Druckübersetzungs-Einrichtung (7) enthaltenen Druckübersetzer-Steuerraum (12) und/oder in dem Druckübersetzer-Arbeitsraum (11) eine Druckänderung im Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) bewirkt, und wobei die Füllverbindung (10) eine Drossel (23) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse (2) durch das Zusammenwirken der den Einspritzöffnungen (6) abgewandten Stirnseite des Düsenkolbens (3) mit einem Dichtsitz (26) oder durch das Zusammenwirken eines an der den Einspritzöffnungen (6) abgewandten Stirnseite des Düsenkolben (3) ausgebildeten Dichtsitzes (26) mit einem Druckstück (45) verschlossen ist.
  2. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Verschliessen der Einspritzöffnungen (6) über ein Steuerventil (14) steuerbar ist.
  3. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) während der Einspritzung über eine Hochdruckleitung (27) mit dem in der Druckübersetzungs-Einrichtung (7) enthaltenen Druckübersetzer-Arbeitsraum (11) verbunden ist.
  4. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtsitz (26) an dem Düsenkolben (3) ausgebildet ist, der zum Verschließen der Füllverbindung (10) mit einem Druckstück (45) zusammenwirkt.
  5. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) in dem Düsenkolben (3) ausgebildet ist.
  6. Kraftstoff Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdüsen-Steuerraum (20) in dem als Hohlkolben ausgebildeten Druckübersetzer-Kolben (8) angeordnet ist.
  7. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) über ein Steuerventil (14), den Druckübersetzer-Steuerraum (12), den Einspritzdüsen-Steuerraum (20) und die Füllverbindung (10) mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) verbunden ist.
  8. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich öffnender und offener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) der Druckübersetzer-Steuerraum (12) und der Einspritzdüsen-Steuerraum (20) mit einer Niederdruckleitung (17) verbunden sind.
  9. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) der Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) über die Füllverbindung (10) und über den Einspritzdüsen-Steuerraum (20), der Druckübersetzer-Steuerraum (12) und der Druckübersetzer-Arbeitsraum (11) mit mindestens einer Niederdruckleitung (17, 48, 49) verbunden sind.
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