Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Ein Kraftstoffinj ektor mit zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, denen eine innere und
koaxial dazu eine äußere Düsennadel zugeordnet ist, ist beispielsweise aus DE 102 05
970 A1 bekannt. Derartige Einspritzdüsen, die druckabhängig ansteuerbar
unterschiedliche Einspritzquerschnitte freigeben, werden auch als Variodüsen bezeichnet.
Der äußeren und inneren Düsennadel ist jeweils ein Steuerkolben zugeordnet, die jeweils
auf einen kraftstoffgefüllten hydraulischen Raum einwirken, so dass die hydraulischen
Räume als aktiv beschaltete Steuerräume wirken. Die beiden Steuerräume sind über einen
Verbindungskanal hydraulisch miteinander verbunden. Der Steuerraum der äußeren
Düsennadel ist über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruck-Rücklaufsystem
verbindbar. Der Verbindungskanal ist dabei so bemessen, dass beim Öffnen der
Ablaufdrossel zuerst der Druck im Steuerraum der äußeren Düsennadel abfällt und erst
mit einer zeitlichen Verzögerung der Druck im Steuerraum der inneren Düsennadel.
Zur Steigerung des Einspritzdrucks, der über dem Druckniveau des Druckspeichers
(Common Rail) liegt, ist aus DE 102 29 417 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit
Druckübersetzungseinrichtung bekannt, bei der zusätzlich zur Verbesserung der
Einspritzcharakteristik und zur Erhöhung des Wirkungsgrades ebenfalls eine Variodüse
mit einer inneren und einer äußeren Düsennadeln eingesetzt ist. Dabei wird der
Öffnungsdruck der inneren Düsennadel per Federunterstützung auf ein konstantes Niveau
bzw. mit Hilfe eines zusätzlichen Assistenzdrucks auf ein bestimmtes Verhältnis von
Raildruck und Öffnungsdruck eingestellt. Dadurch ist eine Anpassung des hydraulischen
Durchflusses durch den Kraftstoffinjektor an den Lastpunkt des Verbrennungsmotors
möglich. Dabei wird die innere Düsennadel so eingestellt, dass sie erst bei relativ hohen
Drücken von beispielsweise größer 1500 bar öffnet, um somit gute Emissionswerte im
Teillastzustand des Verbrennungsmotors zu erreichen. Die Einstellung des konstanten
Öffnungsdrucks für die innere Düsennadel ist dabei sehr toleranzempfindlich, da mit der
Öffnung der inneren Düsennadel ein Mengensprung in der Einspritzmenge einhergeht.
Insofern machen sich Exemplarstreuungen besonders unangenehm bemerkbar. Bei der
anderen Variante, den Öffnungsdruck der inneren Düsennadel über das konstante
Verhältnis von Assistenzdruck und Düsendruck zu erreichen, öffnet die innere
Düsennadel auch bereits bei Teillast des Verbrennungsmotors.
Um die Auswirkungen der Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils auf die
Einspritzmenge bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit Druckübersetzer zu verhindern,
wurde bereits in der älteren DE-Patentanmeldung 102 29 415.1 vorgeschlagen, die
Öffnungsgeschwindigkeit einer einzelnen Düsennadel zu dämpfen, ohne dass ein
schnelles Schließen der Düsennadel beeinträchtigt wird. Dabei ist im Schließraum der
Düsennadel ein Dämpfungskolben axial geführt angeordnet, der einen Dämpfungsraum
begrenzt und über einen Überströmkanal mit dem Schließraum der Düsennadel in
Verbindung steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anpassungsfähigkeit der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung an die Betriebspunkte der Brennkraftmaschine weiter zu
verbessern und die Anforderung für ein homogenes Verbrennungsverfahren zu erfüllen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Anpassung des
Einspritzzeitpunktes und des Einspritzvolumens an den Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine möglich ist. Dabei ist zum Ansteuern der äußeren Düsennadel ein
erstes Schaltventil und zum Ansteuern der inneren Düsennadel ein zweites Schaltventil
vorgesehen. Mittels des ersten Schaltventils ist ein Schließraum für die äußere
Düsennadel mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbindbar. Zum Ansteuern der
inneren Düsennadel ist ein der inneren Düsenadel zugeordneter Steuerraum mittels des
zweiten Schaltventils mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbindbar, so dass eine
Druckentlastung des Steuerraums erfolgt. Dadurch ist eine separate Ansteuerung der
äußerer Düsennadel und der innerer Düsennadel möglich, so dass sich die beiden
Düsennadeln der Variodüse unabhängig voneinander aktivieren lassen. Dadurch lässt sich
die Einspritzmenge bzw. das Einspritzvolumen mittels der zwei Lochreihen der
Einspritzdüsen derart variieren, dass entweder eine Lochreihe oder die zweite Lochreihe
oder aber beide Lochreihen zusammen von Einspritzung zu Einspritzung frei gewählt
werden kann bzw. können. Damit ist auch das Einspritzdruckniveau mit und ohne
Druckübersetzung frei wählbar.
Die über die Neigung der Düsenbohrung realisierte Eintrittsrichtung des Spritzstrahl in
den Brennraum, die auch als Höhenwinkel angegeben wird, beeinflusst neben dem Druck
und den Spritzwinkel das Verbrennungsverfahren der Brennkraftmaschine. Wenn die
beiden Lochreihen der Düsenbohrungen für die Einspritzdüsen mit unterschiedlicher
Neigung und/oder Spritzkegel ausgeführt sind, ergibt sich das Potenzial, durch die separat
ansteuerbaren Lochreihen der einzelnen Einspritzdüsen mit unterschiedlichen
Höhenwinkeln zu arbeiten, so dass mit sehr kleinem Höhenwinkel eine homogene
Verbrennung bei einem frühen Einspritzbeginn ohne Benetzung der Zylinderwand der
Brennkraftmaschine realisiert werden kann. Da homogene Verbrennungsverfahren nur
für bestimmte Lasten der Brennkraftmaschine einsetzbar sind, ergibt sich außerdem durch
die flexible Einspritzung mit unterschiedlichen Höhenwinkeln bzw. Spritzwinkeln, eine
optimale Anpassungsfähigkeit an verschiedene Verbrennungskonzepte.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfmdung möglich. Das Befüllen des Steuerraums aus dem
Raildruck-System ist zweckmäßig über eine Drossel oder über ein Rückschlagventil
möglich, wobei das Rückschlagventil das Entleeren des Steuerraums in die Steuerleitung
sperrt.
Durch die unabhängig voneinander durchführbare Zuschaltung der beiden Düsennadeln,
lässt sich dieses Ansteuerkonzept besonders zweckmäßig bei sogenannten lecköllosen
Einspritzdüse einsetzen, bei denen für die inneren Einspritzdüsen eine separate
Kraftstoffzuführung vorgesehen ist. Die separate Kraftstoffzuführung führt von einem
der äußeren Düsennadel zugeordneten Düsenraum zu einer der inneren Einspritzdüse
vorgelagerten Druckschulter an der inneren Düsennadel. Die separate Kraftstoffzuleitung
ist dabei zweckmäßigerweise als Zwischenraum zwischen der inneren Düsennadel und
der äußeren Düsennadel ausgebildet. Ein schnelles Schließen der äußeren Düsennadel
wird dadurch erreicht, wenn innerhalb eines Schließraumes zwischen der Stirnfläche der
äußerer Düsennadel und einem zugeordneten Dämpfungskolben eine Trennfuge
ausgebildet ist und zusätzlich eine hydraulische Verbindung zwischen Dämpfungsraum
und Schließraum existiert.
Besonders zweckmäßig lässt sich außerdem die unabhängige Ansteuerung der beiden
Düsennadeln der Variodüse mit einer in den Kraftstoffmjektor integrierten
Druckübersetzungseinrichtung kombinieren.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
- Figur 1
- eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,
- Figur 2
- eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- Figur 3
- eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel und
- Figur 4
- eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsbeispiele
Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfassen einen
Kraftstoffmjektor 1 und einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail), wobei der
Kraftstoffmjektor 1 über den Hochdruckspeicher 2 mit unter hohem Druck stehendem
Kraftstoff versorgt wird. Der Kraftstoffinjektor 1 enthält einen Druckverstärkter 5, ein
Servoventil 6 sowie ein Einspritzventil 9, über welches in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine am brennraumseitigen Ende Kraftstoff eingespritzt
wird. Das Servoventil 6, dass beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, weist ein
erstes Schaltventil 7 und ein von diesem angesteuertes Steuerventil 8 auf. Das
Schaltventil 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Elektromagneten
betätigt. Der Elektromagnet lässt sich jedoch auch durch einen Piezo-Aktor ersetzten.
Als weitere Ausführungsformen für das Servoventil 6 kann auch ein direkt gesteuertes
Magnetventil oder ein druckausgeglichenes 3/2-Wege-Ventil mit Piezo-Aktor eingesetzt
werden.
Das Einspritzventil 9 verfügt über eine Variodüse mit einer äußeren Düsennadel 11 und
einer inneren Düsennadel 12. Die Düsennadeln 11, 12 sind koaxial ineinanderliegend
geführt und unabhängig voneinander längsverschiebbar. Die Variodüse weist dabei zwei
Lochreihen von Einspritzdüsen mit äußeren Einspritzdüsen 13 und inneren
Einspritzdüsen 14 auf, wobei die äußere Düsennadel 11 den äußeren Einspritzdüsen 13
und die innere Düsennadel 12 den inneren Einspritzdüsen 14 zugeordnet sind. Die äußere
Düsennadel 11 weist innerhalb eines Düsenraums 15 eine Druckschulter 16 auf.
Brennraumseitig ist die innere Düsennadel 12 mit einer weiteren Druckschulter 18
ausgeführt, die den inneren Einspritzdüsen 14 vorgeschaltet ist. In der dem Brennraum
abgewandten Seite ist der äußeren Düsennadel 11 ein Schließraum 20 zugeordnet, in dem
die äußere Düsennadel 11 mit einer in Schließrichtung wirkenden schließraumseitige
Druckfläche 21 liegt. Der äußeren Düsennadel 11 ist ferner ein Dämpfungskolben 41
zugeordnet, der in einer an den Schließraum 20 sich anschließenden Bohrung 42 geführt
ist.
Der Dämpfungskolben 41 ist mit einer Schließfeder 44 im Schließraum 20 vorgespannt
und besitzt innerhalb des Schließraums 20 eine düsennadelseitige Stirnfläche 47, die an
der schließraumseitigen Druckfläche 21 der äußeren Düsennadel 11 anliegt. Zwischen der
düsennadelseitigen Stirnfläche 47 des Dämpfungskolbens 41 und der Druckfläche 21 der
äußeren Düsennadel 11 ist eine Trennfuge 45 ausgebildet. Der Dämpfungskolben 41
weist außerdem mir einer als ringförmige Stirnfläche ausgebildeten Druckfläche 49 in
einen Dämpfungsraum 50.
Die innere Düsennadel 12 ist mit einem Steuerkolben 43 verbunden, der in Form einer
Kolbenstange durch den Dämpfungskolben 41 hindurch geführt ist. Zwischen dem
Steuerkolben 43 und der Innenzylinderwandung des Dämpfungskolbens 41, ist bei den
Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 ein Strömungskanal 46 in Form eines
Ringspaltes ausgeführt, der vom Dämpfungsraum 50 zur Trennfuge 45 führt. Der als
Kolbenstange ausgeführte Steuerkolben 43 für die innere Düsennadel 12 führt durch den
Steuerraum 50 hindurch und weist mit einer steuerraumseitigen Druckfläche 52 in einen
Steuerraum 53. Die innere Düsennadel 12 weist außerdem am Übergang zum
Steuerkolben 43 eine in Schließrichtung der inneren Düsennadel 12 weisende Stufe 22
auf, die als eine den Schließvorgang der inneren Düsennadel unterstützende
Druckschulter wirkt.
Vom schematisch angedeuteten Hochdruckspeicher 2 gelangt Kraftstoff über ein
kombiniertes Rückschlag-/Drosselventil 23 und eine Raildruckleitung 24 in einen
Druckraum 25 des Druckverstärkers 5. Der Druckverstärkter 5 umfasst neben dem
erwähnten Druckraum 25 einen Rückraum 26 und einen Hochdruckraum 27. Innerhalb
des Druckverstärkers 5 ist ein axial verschiebbarer Stufenkolben 30 aufgenommen, der
einen ersten Teilkolben 31 umfasst, der im Vergleich zu einem zweiten Teilkolben 32 mit
einem eine Führung ermöglichenden größeren Durchmesser ausgebildet ist. Der
Stufenkolben 30 kann dabei sowohl aus zwei separaten Bauteilen als auch aus einem
Bauteil gefertigt werden. Der Stufenkolben 30 weist ferner eine in den Druckraum 25
hineinragende Kolbenstange 33 mit Federhalter 34 für eine Schließfeder 35 auf. Der
zweite Teilkolben 32 des Stufenkolbens 30 begrenzt mit seiner Stirnfläche den
Hochdruckraum 27, an welchem eine Hochdruckleitung 36 angeschlossen ist, die den
Düsenraum 15 des Einspritzventils 9 mit unter sehr hohem Druck stehendem Kraftstoff
beaufschlagt. Vom Rückraum 26 des Druckverstärkers 5 zweigt eine erste Steuerleitung
28 und eine zweite Steuerleitung 29 ab, wobei die erste Steuerleitung 28 an das
Steuerventil 8 und die zweite Steuerleitung über eine Schließraumdrossel 54 an den
Schließraum 20 des Einspritzventils 9 angeschlossen ist. Der Schließraum 20 ist über ein
Rückschlagventil 55 ferner an die Hochdruckleitung 36 angeschlossen. Der Steuerraum
50 ist über eine Ablaufdrossel 56 mit der zweiten Leitung 29 verbunden. Eine weitere
Leitung 57 führt vom Druckraum 25 in den Steuerraum 53, wobei in die Leitung 57 eine
weitere Drossel 58 geschaltet ist.
Das Steuerventil 8 ist mit einem Steuerkolben 81 ausgeführt, der mit einer Druckfläche
einen steuerventilseitigen Steuerraum 82 begrenzt. In den Steuerkolben 81 ist ein
Verbindungskanal 83 eingearbeitet, der den Druckraum 25 über eine Drossel 84 mit dem
Steuerraum 82 verbindet. Am Steuerkolben 81 ist ein Dichtsitz 78 und eine Steuerkante
85 ausgebildete. Der Dichtsitz 78 trennt einen Niederdruckraum 86, der an eine
Rücklaufleitung 87 angeschlossen ist, von einer Ventilkammer 89. Die Rücklaufleitung
87 ist an ein Niederdruck-Rücklaufsystem 88 angeschlossen. Die Steuerkante 86 trennt
die Ventilkammer 89, in die die Leitung 28 mündet, vom Druckraum 25.
Das Schaltventil 7 weist einen aktorseitigen Steuerraum 73 und einen aktorseitigen
Niederdruckraum 75 auf, wobei der Steuerraum 73 über eine Steuerleitung 76 mit dem
steuerventilseitigen Steuerraum 82 und der Niederdruckraum 75 über eine weitere
Rücklaufleitung 77 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden ist.
Der Kraftstoffinjektor 1 verfügt ferner über ein zweites Schaltventil 90, das einen
Steuerkolben 91 aufweist, der einen aktorseitigen Druckraum 92 von einem
Niederdruckraum 93 trennt. Vom Druckraum 92 führt eine Steuerleitung 94 zum
Steuerraum 53. An den Niederdruckraum 93 ist eine weitere Rücklaufleitung 95
angeschlossen, die ebenfalls in das Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 führt.
Für das zweite Schaltventil 90 ist auch eine Anordnung an der Oberseite des
Kraftstoffmjektors 1 denkbar. Als Vereinfachung ist ebenfalls eine Anordnung außerhalb
des Kraftstoffinjektors 1 möglich, wobei dann das Schaltventil 90 zentral für alle
Zylinder einer Brennkraftmaschine wirken kann. Die Einsatzmöglichkeit wird hier durch
die Anzahl der Zylinder und durch die benötigten Einspritzungen bestimmt, da nach jeder
Aktivierung der inneren Düsennadel 12 eine Spritzpause bei allen Zylindern vorliegen
muss, um ein unkontrolliertes Öffnen der inneren Einspritzdüsen 14 zu vermeiden. Eine
derartige Ausführungsform besitzt deutliche Bauraumvorteile am Kraftstoffinjektor 1.
Allerdings muss ein zusätzlicher hydraulischer Anschluss für den Kraftstoffinjektor 1
vorgesehen werden. Ein externes Schaltventil 90 muss außerdem eine ausreichende
Dynamik aufweisen, um eine Aktivierung in einer Spritzpause zu realisieren. Als
Betriebsdruck ist der Raildruck oder ein defmierter Niederdruck von beispielsweise 5 bis
50 bar denkbar. Dementsprechend ist eine entsprechende Auslegung der Druckfläche 52
im Steuerraum 53 erforderlich. Bei der Verwendung von Drücken in der Größenordnung
von ca. 5 bar ist das zweite Schaltventil 90 als Niederdruckschaltventil ausführbar. Bei
allen Varianten sind die Einspritzdüsen 13, 14 und der Dämpfungsraum 50
druckbeaufschlagt. Um eine Leckage über die Führungen zwischen der inneren und der
äußeren Düsennadel 11, 12 zu vermeiden, sind die an sich bekannten Maßnahmen zu
wählen, wie doppelter Nadelsitz an der äußeren Düsennadel 11 oder eine zusätzliche
Leckageabfuhr zwischen den Düsennadeln 11, 12.
In einem Grundzustand, bei dem die Einspritzdüsen 13, 14 von der äußeren und der
inneren Düsennadel 11, 12 verschlossen sind, sind alle Druckräume im Druckverstärker 5
mit Rail- bzw. Systemdruck beaufschlagt. Der Stufenkolben 30 ist dabei
druckausgeglichen. In diesem Zustand ist der Druckverstärker 5 deaktiviert, wobei der
Stufenkolben 30 über die Rückstellfeder 35 in seine Ausgangslage zurückgestellt ist und
der Druckraum 25 dabei über das Rückschlagventil 23 befüllt wurde. Im Grundzustand
liegt im Schließraum 20, im Dämpfungsraum 50 sowie im Steuerraum 53 Rail- bzw.
Systemdruck an. Aufgrund der Flächenverhältnisse der Stirnflächen 49, 52 und den an
den Düsennadeln 11, 12 ausgebildeten Druckschultern 16, 18 wirkt eine hydraulische
Schließkraft auf die innere und äußere Düsennadel 11, 12. Die auf dem
Dämpfungskolben 41 und damit auf die äußere Düsennadel 11 wirkende Druckfeder 44
unterstützt außerdem den Schließvorgang. Infolge dessen kann der Raildruck ständig im
Düsenraum 15 anstehen, ohne das die äußere Düsennadel 11 sich öffnet.
Um ein Öffnen der äußeren Düsennadel 11 zu bewirken, muss der Druck im Düsenraum
12 über den Raildruck ansteigen, was durch Zuschalten des Druckverstärkers 5 erreicht
wird. Dies wird, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, durch eine Druckentlastung des
Rückraums 26 eingeleitet, indem durch Aktivierung des Elektromagneten des
Schaltventils 7 eine Druckentlastung des steuerventilseitigen Steuerraums 82 über den
aktorseitigen Steuerraum 73 und den aktorseitigen Niederdruckraum 75 zum
Niederdruck-/Rücklaufsystem erfolgt. Dadurch wird der Steuerkolben 81 des
Steuerventils 8 angehoben, wodurch die Steuerkante 85 die Verbindung zum Druckraum
25 schließt. Gleichzeitig wird eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 89 und dem
Niederdruckraum 86 freigegeben, wie in den Figuren 1- 4 dargestellt. Dadurch ist der
Rückraum 26 über die Leitung 28 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden.
Der Druck im Rückraum 26 fällt ab, wodurch der Druckverstärker 5 aktiviert wird und
dabei der Stufenkolben 30 mit dem Teilkolben 32 den im Hochdruckraum 27
befindlichen Kraftstoff komprimiert. Der verdichtete Kraftstoff wird über die
Hochdruckleitung 36 in den Düsenraum 15 geleitet. Gleichzeitig wird der Schließraum 20
über die Schließraumdrossel 54 entlastet, so dass durch Einwirken des Hochdrucks auf
die Druckschulter 16 die äußere Düsennadel 11, wie dargestellt, angehoben wird,
wodurch die Einspritzung über die äußeren Einspritzdüsen 13 beginnt. Durch die dabei
entstehende Aufwärtsbewegung der äußeren Düsennadel 11 wird durch die Stirnfläche 49
des Dämpfungskolbens 51 ein Volumen im Dämpfungsraum 50 imprimiert, wobei der
komprimierte Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 50 über die Ablaufdrossel 56 in die
entlastete Leitung 29 strömen kann. Die Ablaufdrossel 56 besitzt dabei eine größere
Drosselwirkung als die Schließraumdrossel 54, so dass es zur Dämpfungswirkung des
Dämpfungskolbens 41 im Dämpfungsraum 50 kommen kann. Durch eine geeignete
Dimensionierung der Ablaufdrossel 54 und der Schließraumdrossel 54 lässt sich die
Öffnungsgeschwindigkeit der äußeren Düsennadel 11 und damit die Einspritzrate
bestimmen.
Von der nicht dargestellten Motorsteuerung wird nun das weitere Schaltventil 90
angesteuert und der Steuerraum 53 über den aktorseitigen Druckraum 92 und den
Niederdruckraum 93 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden. Aufgrund der
beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in die Leitung 57 geschalteten Drossel 58
strömt weniger Kraftstoff aus dem Druckraum 25 nach, so dass der Steuerraum 53
druckentlastet ist und dadurch die inneren Düsennadel 12 die inneren Einspritzdüsen 14
freigibt. Durch die getrennte Ansteuerung des ersten Schaltventils 7 und des zweiten
Schaltventils 90 ist es ebenfalls möglich, durch eine Implementierung einer
entsprechenden Ansteuerung entweder nur die äußere Düsennadel 11 oder nacheinander
die äußere Düsennadel 11 und die innere Düsennadel 12 oder gleichzeitig beide
Düsennadeln 11, 12 zu öffnen, um dadurch unterschiedliche Einspritzraten zu realisieren.
Dadurch lässt sich eine flexible Einspritzung mit unterschiedlichen Drücken und
Einspritzwinkeln und somit eine optimale Anpassung an verschiedene
Verbrennungskonzepte der Brennkraftmaschine realisieren.
Bei den in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind gleiche
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 53 für die innere Düsennadel 12 nicht mit dem
Druckraum 25 des Druckverstärkers 5 verbunden, sondern über ein Rückschlagventil 97
an die Steuerleitung 29 angeschlossen. Das Rückschlagventil 97 wirkt dabei gegen die
Entleerungsrichtung aus dem Steuerraum 53, so dass über das Rückschlagventil 97
lediglich eine Befüllung des Steuerraums 53 aus der Steuerleitung 29 erfolgen kann. Die
Öffnung der inneren Düsennadel 12 erfolgt dabei durch Ansteuern des zweiten
Schaltventils 90, wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 3 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1 mit einem
Einspritzventil 10, das eine Variodüse aufweist, bei der den inneren Einspritzdüsen 14 der
Kraftstoff über eine separate Kraftstoffzuführung 101 zugeführt wird. Die separate
Kraftstoffzuführung ist beispielsweise als Zwischenraum oder als Ringspalt zwischen der
inneren Düsennadel 12 und der äußeren Düsennadel 11 realisiert. Zusätzlich ist ein
Verbindungskanal 102 beispielsweise radial durch die äußere Düsennadel 11 geführt, der
den Düsenraum 15 mit der Kraftstoffzuführung 101 verbindet, so dass an der
brennraumseitigen Druckschulter 18 der inneren Düsennadel 12 ebenfalls der im
Düsenraum 15 herrschende Einspritzdruck anliegt. Durch diese Ausführung wird eine an
sich bekannte lecköllose Variodüse realisiert, bei der an der äußeren Düsennadel 11 ein
nicht dargestellter Doppelsitz als brennraumseitiger Dichtsitz ausgebildet ist. Die
Aktivierung der äußeren Düsennadel 11 wird hierbei ebenso - wie in den
Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben - mittels des ersten Schaltventils 7 unter
Zwischenschaltung der Druckübersetzungseinrichtung 5 eingeleitet. Auch hierbei ist das
Öffnen der äußeren Düsennadel 11 mittels des Dämpfungskolbens 41 gedämpft. Bei dem
Ausführungsbeispiel in Figur 3 ist der Steuerraum 53 über eine hydraulische Verbindung
104 mit einer Drossel 105 mit der Hochdruckleitung 36 verbunden. Zum Befüllen des
Steuerraums 52 ist zusätzlich eine Verbindung über das Rückschlagventil 55 zum
Schließraum 20 ausgebildet. Dadurch ist im druckentlasteten Zustand der Steuerraum 53
über den Schließraum 20 an den Raildruck gekoppelt. Durch zusätzliches Aktivieren des
zweiten Schaltventils 90 kann die Lochreihe der inneren Einspritzdüsen 14 beliebig
zugeschaltet und abgeschaltet werden. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass über
die separate Kraftstoffzuführung für die innere Einspritzdüsen 14 eine hubgesteuerte
Einspritzung ohne Zwischenschaltung der Druckübersetzungseinrichtung 5 mit Raildruck
durch eine separate Ansteuerung der inneren Düsennadel 12 erfolgen kann. Dies
ermöglicht kleine Spritzabstände und eine gute Mehrfacheinspritzung aufgrund geringer
Druckschwingungen. In Kombination mit einer geringen Neigung der Bohrungen für die
Einspritzdüsen 14 lässt sich ein frühe Einspritzung mit einer homogenen Verbrennung
erreichen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 benutzt ein Einspritzventil 100 mit ebenfalls
einer lecköllose Variodüse. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist für die
inneren Einspritzdüsen 14 eine separate Kraftstoffzuführung 101 zwischen der inneren
und der äußeren Düsennadel 11, 12 sowie über einen Verbindungskanal 102 vorhanden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch der Steuerraum 53 nicht mit der
Hochdruckleitung 36 verbunden, sondern - wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß
Figur 1 und 2 - über die Leitung 57 und die Drossel 58 an den Druckraum 25 der
Druckübersetzungseinrichtung 5 angeschlossen. Dadurch ist der Steuerraum 53 an den im
Druckraum 25 anliegenden Raildruck gekoppelt. Im Unterschied zum
Ausführungsbeispiel der lecköllosen Variodüse in Figur 3 ist außerdem keine
hydraulischen Verbindung zwischen dem Dämpfungsraum 50 und dem Schließraum 20
vorhanden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Schließen der äußeren Düsennadel
11 nur über die Druckfläche 21 unterstützt durch die Druckfeder 44 realisiert. Die
Ansteuerung der inneren Düsennadel 11 erfolgt auch hier mittels des zweiten
Schaltventils 90. Diese Ausführungsform ermöglicht bei angepasster Druckfläche 52 den
Einsatz eines Einspritzventils mit geringen Anforderungen an die Hochdruckdichtheit
und -festigkeit.
Es ist außerdem denkbar, die in den Figuren 1 bis 4 beschriebene Ansteuerung der
Variodüsen 10, 100, auch ohne Druckverstärker 5 einzusetzen.
Bezugszeichenliste
- 1
- Kraftstoffinjektor
- 2
- Kraftstoffhochdruckquelle
- 5
- Druckübersetzungseinrichtung
- 6
- Servoventil
- 7
- Schaltventil
- 8
- Steuerventil
- 9
- Kraftstoffeinspritzventil
- 10
- Kraftstoffeinspritzventil
- 11
- äußere Düsennadel
- 12
- innere Düsennadel
- 13
- äußere Einspritzdüsen
- 14
- innere Einspritzdüsen
- 15
- Düsenraum
- 16
- Druckschulter
- 18
- weitere Druckschulter
- 20
- Schließraum
- 21
- schließraumseitige Druckfäche
- 22
- Stufe
- 23
- Rückschlag-/Drosselventil
- 24
- Raildruckleitung
- 25
- Druckraum
- 26
- Rückraum
- 27
- Hochdruckraum
- 28
- erste Steuerleitung
- 29
- zweite Steuerleitung
- 30
- Stufenkolben
- 31
- erster Teilkolben
- 32
- zweiter Teilkolben
- 33
- Kolbenstange
- 34
- Federhalter
- 35
- Rückstellfeder
- 36
- Hochdruckleitung
- 41
- Dämpfungskolben
- 42
- Bohrung
- 43
- Steuerkolben
- 44
- Druckfeder
- 45
- Trennfuge
- 46
- Strömungskanal
- 47
- düsennadelseitige Stirnfläche
- 49
- ringförmige Stirnfläche
- 50
- Steuerraum
- 52
- Druckfläche
- 53
- düsennadelseitiger Steuerraum
- 54
- Schließraumdrossel
- 55
- Rückschlagventil
- 56
- Ablaufdrossel
- 57
- Leitung
- 58
- weitere Drossel
- 73
- aktorseitiger Steuerraum
- 75
- aktorseitiger Niederdruckraum
- 76
- weitere Steuerleitung
- 77
- weitere Rücklaufleitung
- 78
- Dichtkante
- 81
- Steuerkolben
- 82
- Steuerraum
- 83
- Verbindungsleitung
- 84
- Drossel
- 85
- Steuerkante
- 86
- Niederdruckraum
- 87
- Rücklaufleitung
- 88
- Niederdruck-/Rücklaufsystem
- 89
- Ventilkammer
- 90
- zweites Schaltventil
- 91
- Steuerkolben
- 92
- aktorseitiger Druckraum
- 93
- Niederdruckraum
- 94
- Steuerleitung
- 95
- weitere Rücklaufleitung
- 100
- Einspritzventil
- 101
- Kraftstoffzuführung
- 102
- Verbindungskanal
- 104
- Verbindungsleitung
- 105
- Drossel