EP1584814A1 - Servoventilangesteuerter Kraftstoffinjektor - Google Patents

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EP1584814A1
EP1584814A1 EP05100659A EP05100659A EP1584814A1 EP 1584814 A1 EP1584814 A1 EP 1584814A1 EP 05100659 A EP05100659 A EP 05100659A EP 05100659 A EP05100659 A EP 05100659A EP 1584814 A1 EP1584814 A1 EP 1584814A1
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control
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piston
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EP05100659A
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/0049—Combined valve units, e.g. for controlling pumping chamber and injection valve

Definitions

  • the invention relates to a fuel injector for an internal combustion engine according to the Preamble of claim 1.
  • A1 is a fuel injector for internal combustion engines with a Pressure booster for pressure boosting and with a servo valve for pressure-controlled control of the fuel injector known.
  • the servo valve which as 3/2-control valve is constructed by a designed as a solenoid valve switching valve controlled, whereby the pressure control of the fuel injector is realized.
  • the Control valve has a longitudinally displaceable in a bore control piston a control edge, which separates a high pressure system from a low pressure system. At the control piston of the control valve are different pressure chambers for Connection of control lines necessary from the inside with the high pressure of the Injection system are acted upon.
  • the fuel injector according to the invention with the characterizing features of Claim 1 has the advantage that the pressure piston portion and the Control piston section of the control piston, with different diameters are executed, are guided in each case separate guide elements. For the different diameter of these sections of the control piston is thus no Double guide on a common guide element necessary, whereby the Manufacturing costs for the control valve is reduced. This will be the Production controllability and reproducibility for mass production improved.
  • the control valve on the control piston and the thus in Compressive forces acting on components which are in contact with each other are compensated, whereby the pressure in the Control valve acting deformation forces are kept low. Consequently, none occur high notch stresses on the components, eg. B. in Bohrungsverschneidungen, so that the occurring stresses remain well below the fatigue strength values.
  • control cylinder surrounds the valve chamber and a with the control edge cooperating connection channel in the pressure balanced Condition with closed sealing seat of the control piston a hydraulic connection formed between the pressure chamber and the valve chamber.
  • the control cylinder formed another sealing seat in the pressure chamber, in the depressurized state the pressure chamber of a trained in the valve body Valve chamber separates. In this state, the connection channel is at the same time intermediate Pressure chamber and valve chamber closed.
  • the control piston is expediently so trained to have a closing pressure surface in a control room and one of the System pressure applied and the pressure chamber exposed opening pressure surface has.
  • the control edge between the control piston portion of the control piston and the Valve body is executable in many ways.
  • the use of a flat seat for the Sealing seats for sealing the pressure chamber against the low pressure or Return system is particularly expedient due to any occurring Axial offset of the components can be compensated.
  • the closing Pressure force across the pressure surface of the control piston enough closing force available to Flat seat to guarantee a sufficiently high surface pressure for a good tightness.
  • it is possible to assist the valve movement of the control piston additional spring forces act on the control piston.
  • the control valve is particularly useful in conjunction with a Pressure booster between the high pressure source and injector is connected, wherein the pressure booster means one with a Compressor piston has cooperating return chamber, that of the control valve is controlled, so that a pressure change in the pressure chamber on the injection valve acting pressure translation takes place.
  • FIGURE shows a schematic sectional view of a Inventive fuel injector.
  • the fuel injector shown in the figure is connected via a fuel line 3 with a Kraflstoffhoch horretti 5 connected.
  • the high-pressure fuel source 5 includes several elements not shown, such as fuel tank, high-pressure pump and a High-pressure line, for example, a conventional rail system known per se, wherein the pump, for example, up to 1600 bar high fuel pressure over the High pressure line provides.
  • the fuel injector further includes Fuel injection valve 10, which with injection openings 11 into a combustion chamber of a Internal combustion engine protrudes.
  • the fuel injection valve 10 has a closing piston designed as a valve needle 12 with a pressure shoulder 13 which is surrounded by a pressure chamber 14. Of the Closing piston 12 is at an end facing away from the combustion chamber in a guide region 15 out, followed by a closing pressure chamber 16 connects.
  • the closing piston 12 is by means a closing spring 17 biased in the closing direction.
  • the fuel injector also has a pressure boost over Pressure booster 20.
  • the pressure booster 20 has a by means of a return spring 18 resiliently mounted booster piston 21, a first Partial piston 22 and a smaller diameter second partial piston 23 has.
  • the Partial piston 22, 23 is in each case a corresponding, stepped in diameter trained Cylinder 24 assigned, so that the smaller diameter piston 23 part in the cylinder 24 separates a high-pressure chamber 25 from a rear space 26 liquid-tight.
  • the im Diameter Largest part pistons 22 which in the cylinder portion of the cylinder 24th with the larger diameter also separates the back space 26 from one Pressure transfer chamber 27 liquid-tight.
  • the Return spring 18 In the pressure translation space 27 is the Return spring 18 arranged to generate a corresponding return movement for the booster piston 21 between a spring holder 28 and a ring member 29th is biased.
  • the fuel injector via a servo valve which has a hydraulic Control valve 30 and an electrically controllable switching valve 50 includes, wherein the Actuation of an electromagnetic or piezoelectric actuator 51 takes place.
  • the switching valve 50 has an actuator piston 52 connected to the actuator 51, the is guided in an actuator bore 53.
  • the actuator piston 52 separates with an actuator-side Sealing seat 54 a Aktor facultyen low-pressure chamber 55 from an actuator-side control chamber 56 liquid-tight.
  • the control valve 30 has a valve body 31 with a receptacle 32.
  • a bush 33 is arranged, in which a control piston 34 with a Pressure piston section 35 is guided.
  • the control piston 34 further comprises a Control piston portion 36, which has a smaller diameter than the pressure piston portion 35 owns.
  • the control piston portion 36 has a guide portion with a Sealing edge acting control edge 45 on.
  • the spool portion 36 is connected to the Guide portion guided in a piston guide 43 of a control cylinder 41, wherein the Control cylinder 41 also disposed in the receptacle 32 and as one of the socket 33 separate guide element for control piston 34 is present.
  • the control piston 34 has at the pressure piston portion 35 in a control chamber 37 facing pressure surface 38. Between the pressure piston portion 35 and the control piston portion 36 is an annular surface formed, which forms an opening pressure surface 39, as will be explained later.
  • the receptacle 32 forms a pressure chamber 40, in which the socket 33 and the Control cylinder 41 are acted upon from the outside with system pressure.
  • a sealing seat 46 provided on the bottom surface of the Pressure chamber 40 acts and formed in the control cylinder 41 valve chamber 47th from a connection chamber connected to a low pressure or return system 48 separates.
  • the control cylinder 41 further has an end face with a sealing surface or Sealing edge, which forms a further sealing seat 42 at the bottom of the receptacle 32, which separates the pressure chamber 40 from the valve chamber 47.
  • On the control cylinder 41 acts a compression spring 49, which is the sealing seat 42, in particular in the pressure-relieved state presses against the bottom surface of the pressure chamber 40.
  • Connecting channel 44 is formed, which in the closed state of the sealing seat 46 a hydraulic connection between the pressure chamber 40 and the valve chamber 47 forms.
  • Pressure booster 20, control valve 30 and switching valve 40 serve Pressure lines that are integrated, for example, in the fuel injector.
  • Pressure chamber 14 of the injection valve 10 is connected to a first pressure line 61 with the High-pressure chamber 25 of the pressure booster 20 connected.
  • Closing pressure chamber 16 of the injection valve 10 leads to a second pressure line 62 to Rear chamber 26 of the pressure booster 20.
  • Connecting line 63 with throttle between closing pressure chamber 16 and high-pressure chamber 25 is over the High pressure line 3 in the pressure chamber 40 and from there via a pressure chamber line 64 in the pressure transmission chamber 27 of the pressure booster 20 guided.
  • a return space line 65 connects the rear space 26 of Pressure booster 20 with the valve chamber 47 of the control valve 30.
  • Connecting chamber 48 performs a first return line 71 via the low pressure or Return system in a Kraflstofftank not shown back.
  • the control room 33 of Control valve 30 is connected by means of a control line 66 via an outlet throttle 67 with the Actuator-side control chamber 56 of the switching valve 50 is connected.
  • a second return line 72 leads out of the actuator-side low-pressure chamber 55 of the switching valve 50 in the Low pressure or return system into it.
  • the return lines 71, 72 can also as a be formed common return system.
  • a connection hole leads 68 via an inlet throttle 69 from the control chamber 33 into the pressure chamber 40 of the control valve 30th
  • the operation of the fuel injector is as shown below: At the beginning the injection process is due to the constant pressure in the high-pressure accumulator 5 of the Pressure translation space 27 applied pressure on the return chamber line 65 also in Rear chamber 26 and the second pressure line 62 and the connecting line 63 in High-pressure chamber 25 and from there the first pressure line 61 in the pressure chamber 14 of the Injection valve 10 on.
  • the actuator 51 of the switching valve 50 in the present Embodiment is a solenoid valve is energized so that the actuator piston 52 with the control chamber 33 of the control valve 30 related control line 66 against the actuator-side communicating with the second return line 72 Low pressure chamber 55 closes.
  • the opening stroke of the closing piston 12 of the injector 10 thereby becomes initiated by due to a corresponding energization of the actuator 51 of the Aktorkolben 52 lifts from the actuator-side sealing seat 54, so that the control chamber 33 with the actuator-side control chamber 56 and the actuator-side low-pressure chamber 55 connected becomes.
  • the flow resistances of the inlet throttle 69 and the outlet throttle 67 are so dimensioned that the pressure in the control chamber 33 drops and the control piston 34 with the End face of the control piston portion 36 lifts off from the sealing seat 46 and at the same time Control edge 45 on the piston guide 43, the connecting channel 44 closes.
  • the switching valve 50 is back in his Starting position Convicted. This is due to the seating of the control piston 34 the sealing seat 46 of the rear space 26 of the pressure booster 20 of the Return line 71 separated and again over the valve chamber 47, the connecting channel 44 and the pressure chamber 40 subjected to system pressure.
  • the system pressure is over the Return line 65 also passed into the rear space 26, whereby the Pressure booster piston 21 supported by the return spring 18 in his Starting position is returned.
  • dropped pressure in the high-pressure chamber 25 System pressure whereby in the pressure chamber 14 also system pressure is applied again, wherein the high-pressure space 25 is filled via the connecting line 63 from the fuel source 5 becomes.
  • the provision of the locking piston 12 is thereby also through the second Pressure line 62 applied system pressure, supported by the pressure in the closing chamber 16th arranged closing spring 17 realized.

Abstract

Es wird ein Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschine mit einem mit einer Hochdruckquelle (5) in Verbindung stehenden Einspritzventil (10) und einem Steuerventil (30) vorgeschlagen. Das Steuerventil (30) umfasst einen in einem Ventilkörper (41) längsverschiebbaangeordneten Steuerkolben (34), welcher einen in einer Buchse (33) geführten Druckkolbenabschnitt (35) mit einer ersten Druckfläche (38) und einen Steuerkolbenabschnitt (36) mit einer eine Steuerkante (45) aufweisenden Schieberdichtung aufweist, wobei die Buchse (33) in einem Druckraum (40) des Ventilkörpers (41) angeordnet ist. Der Steuerkolben (34) trennt in einer ersten Ventilstellung mittels eines Dichtsitzes (46) eine Ventilkammer (47) von einem Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem (71) und in einer zweiten Ventilstellung mittels der Steuerkante (45) den Druckraum (40) von der Ventilkammer (47), wobei in der zweiten Ventilstellung gleichzeitig eine Verbindung der Ventilkammer (47) zum Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem (71) hergestellt und dabei eine Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils (10) eingeleitet wird. Der Steuerkolbenabschnitt (36) ist mit der Steuerkante (45) in einem im Druckraum (40) des Ventilkörpers (31) angeordneten und von der Buchse (33) getrennten Steuerzylinder (41) geführt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus DE 101 23 913 A1 ist ein Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit einer Druckübersetzungseinrichtung zur Druckverstärkung und mit einem Servoventil zur druckgesteuerten Ansteuerung des Kraftstoffinjektors bekannt. Das Servoventil, das als 3/2-Steuerventil aufgebaut ist, wird von einem als Magnetventil ausgeführten Schaltventil angesteuert, wodurch die Drucksteuerung des Kraftstoffinjektors realisiert wird. Das Steuerventil weist dabei einen in einer Bohrung längsverschiebbaren Steuerkolben mit einer Steuerkante auf, die ein Hochdrucksystem von einem Niederdrucksystem trennt. Am Steuerkolben des Steuerventils sind dabei verschiedene Druckkammern zum Anschluss von Steuerleitungen notwendig, die dabei von innen mit dem Hochdruck des Einspritzsystems beaufschlagt sind. Diese Druckbeaufschlagung führt zur Aufweitung der Leckspalten an hochdruckdichten Führungen, zu Verformungen und Aufweitungen an den Steuerkanten der Schieberdichtungen sowie zu hohen Kerbspannungen in Bohrungsverschneidungen. Diese auf Grund der Druckbelastung auftretenden Einwirkungen verschlechtern die Funktion und somit die Dauerfestigkeit des Steuerventils.
In der DE-Patentanmeldung 103 37 574.0 wurde bereits vorgeschlagen, den Steuerkolben in einer Buchse zu führen, die von außen mit Systemdruck beaufschlagt ist. Dadurch werden Aufweitungen der hochdruckdichten Führungen und der Steuerkanten, Verformungen des Ventils und hohe Kerbspannungen in Bohrungsverschneidungen erheblich verringert. Nachteilig ist jedoch, dass der Steuerkolben auf zwei unterschiedliche Durchmesser mit der Buchse eingeschliffen werden muss, was einen hohen Fertigungsaufwand erfordert.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Druckkolbenabschnitt und der Steuerkolbenabschnitt des Steuerkolbens, die mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführten sind, in jeweils voneinander getrennten Führungselementen geführt sind. Für die unterschiedlichen Durchmesser dieser Abschnitte des Steuerkolbens ist somit keine Doppelführung an einem gemeinsamen Führungselement notwendig, wodurch der Fertigungsaufwand für das Steuerventil reduziert wird. Dadurch wird die fertigungstechnische Beherrschbarkeit und Reproduzierbarkeit für eine Serienfertigung verbessert. Gleichzeitig werden die im Steuerventil am Steuerkolben und an den damit in Verbindung stehenden Bauteilen wirkenden Druckkräfte kompensiert, wodurch die im Steuerventil wirkenden Verformungskräfte gering gehalten werden. Folglich treten keine hohen Kerbspannungen an den Bauteilen, z. B. in Bohrungsverschneidungen auf, so dass die auftretenden Spannungen deutlich unter den Dauerfestigkeitswerten bleiben.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Kraftstoffinjektors möglich.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Steuerzylinder die Ventilkammer umgibt und ein mit der Steuerkante zusammenwirkender Verbindungskanal im druckausgeglichenen Zustand bei geschlossenem Dichtsitz des Steuerkolbens eine hydraulische Verbindung zwischen Druckraum und Ventilkammer ausgebildet. Zweckmäßiigst ferner, wenn der Steuerzylinder einen weiterer Dichtsitz im Druckraum ausgebildet, der im druckentlasteten Zustand den Druckraum von einer im Ventilkörper ausgebildeten Ventilkammer trennt. In diesem Zustand ist gleichzeitig der Verbindungskanal Zwischen Druckraum und Ventilkammer geschlossen. Der Steuerkolben ist zweckmäßigeiWeise so ausgebildet, dass er eine schließende Druckfläche im einem Steuerraum und eine vom Systemdruck beaufschlagt und den Druckraum ausgesetzte öffnende Druckfläche aufweist.
Im inaktiven Zustand des Kraftstoffinjektors ist der Dichtsitz des Steuerkolbens geschlossen und die mit der Steuerkante versehene Schieberdichtung am Steuerzylinder geöffnet. Im aktiven Zustand des Kraftstoffinjektors ist der Dichtsitz des Steuerkolbens geöffnet und die mit der Steuerkante versehene Schieberdichtung am Steuerzylinder geschlossen.
Durch eine geeignete Abstimmung einer ersten Drossel, über die eine Verbindung vom Steuerraum zu einem aktorseitigen Steuerraum erfolgt, und einer zweiten Drossel, über die eine Verbindung zwischen dem Steuerraum und dem Hochdruckraum realisiert wird, kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Steuerkolbens beliebig eingestellt werden. Infolge des an der öffnenden Druckfläche ständig anliegenden Systemdrucks, wirkt dort eine ständig definierte öffnende Kraft auf den Steuerkolben ein. Damit ergibt sich eine exakte Ventilbewegung und ein stabiles Verharren des Steuerkolbens am Öffnungsanschlag im geöffneten Zustand. Dadurch kann eine langsame Öffnungsbewegung des Steuerkolbens realisiert werden, so dass eine stabile Teilöffnung möglich ist, wodurch die Einspritzung einer Kleinstmenge sicher gestellt werden kann.
Die Steuerkante zwischen dem Steuerkolbenabschnitt des Steuerkolbens und dem Ventilkörper ist in vielfältiger Weise ausführbar. Die Verwendung eines Flachsitzes für die Dichtsitze zur Abdichtung des Druckraums gegenüber dem Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem ist besonders Zweckmäßigkeit dadurch ein eventuell auftretender Achsversatz der Bauteile ausgeglichen werden kann. Außerdem ist durch die schließende Druckkraft über die Druckfläche des Steuerkolbens genügend Schließkraft vorhanden, um am Flachsitz eine genügend hohe Flächenpressung für eine gute Dichtheit zu garantieren. Außerdem ist es möglichzur Unterstützung der Ventilbewegung des Steuerkolbens zusätzliche Federkräfte auf den Steuerkolben wirken zu lass en.
Das Steuerventil ist besonders zweckmäßig einsetzbar in Verbindung mit einer Druckübersetzungseinrichtung, die zwischen Hochdruckquelle und Einspritzventil geschaltet ist, wobei die Druckübersetzungseinrichtung einen mit einem Druckübersetzerkolben zusammenwirkenden Rückraum besitzt, der vom Steuerventil ansteuerbar ist, so dassüber eine Druckänderung im Druckraum eine auf das Einspritzventil einwirkende Druckübersetzung erfolgt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutertDie Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
Ausführungsbeispiel
Der in der Figur dargestellte Kraftstoffinjektor istüber eine Kraftstoffleitung 3 mit einer Kraflstoffhochdruckquelle 5 verbunden. Die Kraftstoffhochdruckquelle 5 umfasst dabei mehrere nicht dargestellte Elemente, wie Kraftstofftank, Hochdruckpumpe und eine Hochdruckleitung, beispielsweise eines an sich bekannten Common-Rail-Systems, wobei die Pumpe beispielsweise einen bis zu 1600 bar hohen Kraftstoffdrucküber die Hochdruckleitung bereitstellt. Der Kraftstoffinjektor weist ferner ein Kraftstoffeinspritzventil 10 auf, das mit Einspritzöffnungen 11 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 besitzt einen als Ventilnadel ausgebildeten Schließkolben 12 mit einer Druckschulter 13, die von einem Druckraum 14 umgeben ist. Der Schließkolben 12 ist an einen dem Brennraum abgewandten Ende in einem Führungsbereich 15 geführt, an den sich ein Schließdruckraum 16 anschließt. Der Schließkolben 12 ist mittels einer Schließfeder 17 in Schließrichtung vorgespannt.
Der Kraftstoffinjektor verfügt ferner zur Druckverstärkungüber eine Druckübersetzungseinrichtung 20. Die Druckübersetzungseinrichtung 20 besitzt einen mittels einer Rückstellfeder 18 federnd gelagerten Übersetzerkolben 21, der einen ersten Teilkolben 22 und einen im Durchmesser kleineren zweiten Teilkolben 23 aufweist. Den Teilkolben 22, 23 ist jeweils ein entsprechender, im Durchmesser gestuft ausgebildeter Zylinder 24 zugeordnet, so dass der im Durchmesser kleinere Teilkolben 23 im Zylinder 24 einen Hochdruckraum 25 von einem Rückraum 26 flüssigkeitsdicht abtrennt. Der im Durchmesser größererste Teilkolben 22, der in dem Zylinderabschnitt des Zylinders 24 mit dem größererDurchmesser geführt ist, trennt außerdem den Rückraum 26 von einem Druckübersetzungsraum 27 flüssigkeitsdicht ab. Im Druckübersetzungsraum 27 ist die Rückstellfeder 18 angeordnet, die zur Erzeugung einer entsprechenden Rückstellbewegung für den Übersetzerkolben 21 zwischen einem Federhalter 28 und einem Ringelement 29 vorgespannt ist.
Weiterhin verfügt der Kraftstoffinjektorüber ein Servoventil, das ein hydraulisches Steuerventil 30 und ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil 50 umfasst, wobei die Ansteuerung von einem elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor 51 erfolgt. Das Schaltventil 50 weist einen mit dem Aktor 51 verbundenen Aktorkolben 52 auf, der in einer Aktorbohrung 53 geführt ist. Der Aktorkolben 52 trennt mit einem aktorseitigen Dichtsitz 54 einen aktorseitigen Niederdruckraum 55 von einem aktorseitigen Steuerraum 56 flüssigkeitsdicht ab.
Das Steuerventil 30 weist einen Ventilkörper 31 mit einer Aufnahme 32 auf. In der Aufnahme 32 ist eine Buchse 33 angeordnet, in der ein Steuerkolben 34 mit einem Druckkolbenabschnitt 35 geführt ist. Der Steuerkolben 34 umfasst weiterhin einen Steuerkolbenabschnitt 36, der einen kleineren Durchmesser als der Druckkolbenabschnitt 35 besitzt. Der Steuerkolbenabschnitt 36 weist einen Führungsbereich mit einer als Dichtkante wirkenden Steuerkante 45 auf. Der Steuerkolbenabschnitt 36 ist mit dem Führungsbereich in einer Kolbenführung 43 eines Steuerzylinders 41 geführt, wobei der Steuerzylinder 41 ebenfalls in der Aufnahme 32 angeordnet und als ein von der Buchse 33 getrenntes Führungselement füden Steuerkolben 34 vorliegt. Der Steuerkolben 34 besitzt am Druckkolbenabschnitt 35 eine in einen Steuerraum 37 weisende Druckfläche 38. Zwischen Druckkolbenabschnitt 35 und Steuerkolbenabschnitt 36 ist eine Ringfläche ausgebildet, die eine öffnende Druckfläche 39, wie später noch erläutert wird, bildet.
Die Aufnahme 32 bildet einen Druckraum 40, in dem die Buchse 33 und der Steuerzylinder 41 von außen mit Systemdruck beaufschlagt sind. An der Stirnfläche des Steuerkolbenabschnitts 36 ist ein Dichtsitz 46 vorhanden, der auf die Bodenfläche des Druckraums 40 einwirkt und eine im Steuerzylinder 41 ausgebildete Ventilkammer 47 von einer mit einem Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem verbundene Verbindungskammer 48 trennt. Der Steuerzylinder 41 weist ferner eine Stirnfläche mit einer Dichtfläche bzw. Dichtkante auf, die am Boden der Aufnahme 32 einen weiteren Dichtsitz 42 ausbildet, der den Druckraum 40 von der Ventilkammer 47 trennt. Auf den Steuerzylinder 41 wirkt eine Druckfeder 49 ein, die den Dichtsitz 42, insbesondere im druckentlasteten Zustand gegen die Bodenfläche des Druckraums 40 drückt. Am Führungsbereich des Steuerkolbenabschnitts 36 ist ein mit der Steuerkante 45 zusammenwirkender Verbindungskanal 44 ausgebildet, der im geschlossenen Zustand des Dichtsitzes 46 eine hydraulische Verbindung zwischen Druckraum 40 und Ventilkammer 47 bildet.
Zur Verbindung der einzelnen Komponenten Einspritzventil 10, Druckübersetzungseinrichtung 20, Steuerventil 30 und Schaltventil 40, dienen Druckleitungen, die beispielsweise in den Kraftstoffinjektor integriert sind. Der Druckraum 14 des Einspritzventils 10 ist mit einer ersten Druckleitung 61 mit dem Hochdruckraum 25 der Druckübersetzungseinrichtung 20 verbunden. Vom Schließdruckraum 16 des Einspritzventils 10 führt eine zweite Druckleitung 62 zum Rückraum 26 der Druckübersetzungseinrichtung 20. Zusätzlich existiert eine Verbindungsleitung 63 mit Drossel zwischen Schließdruckraum 16 und Hochdruckraum 25. Der hydraulische Druck der Kraflstoffliochdruckquelle 5 wirdüber die Hochdruckleitung 3 in den Druckraum 40 und von dortüber eine Druckraumleitung 64 in den Druckübersetzungsraum 27 der Druckübersetzungseinrichtung 20 geführt. Der Druckübersetzungsraum 27 steht dadurch mit dem Druckraum 40 des Steuerventils 30 in Verbindung. Eine Rückraumleitung 65 verbindet den Rückraum 26 der Druckübersetzungseinrichtung 20 mit der Ventilkammer 47 des Steuerventils 30. Von der Verbindungskammer 48 führt eine erste Rücklaufleitung 71 über das Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem in einen nicht dargestellten Kraflstofftank zurück. Der Steuerraum 33 des Steuerventils 30 ist mittels einer Steuerleitung 66 über eine Ablaufdrossel 67 mit dem aktorseitigen Steuerraum 56 des Schaltventils 50 verbunden. Eine zweite Rücklaufleitung 72 führt aus dem aktorseitigen Niederdruckraum 55 des Schaltventils 50 heraus in das Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem hinein. Die Rücklaufleitungen 71, 72 können auch als ein gemeinsames Rücklaufsystem ausgebildet sein. Schließlich führt eine Verbindungsbohrung 68 über eine Zulaufdrossel 69 vom Steuerraum 33 in den Druckraum 40 des Steuerventils 30.
Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors ist wie im Folgenden dargestellt: Zu Beginn des Einspritzvorgangs liegt durch den konstanten Druck im Hochdruckspeicher 5 der im Druckübersetzungsraum 27 anliegende Drucküber die Rückraumleitung 65 auch im Rückraum 26 undüber die zweite Druckleitung 62 und die Verbindungsleitung 63 im Hochdruckraum 25 und von dortüber die erste Druckleitung 61 im Druckraum 14 des Einspritzventils 10 an. Der Aktor 51 des Schaltventils 50, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Magnetventil ist, ist so bestromt, dass der Aktorkolben 52 die mit dem Steuerraum 33 des Steuerventils 30 in Verbindung stehende Steuerleitung 66 gegen den mit der zweiten Rücklaufleitung 72 in Verbindung stehenden aktorseitigen Niederdruckraum 55 verschließt. Dadurch wird der im Druckraum 40 anliegende Systemdruck bzw. Raildrucküber die Verbindungsbohrung 68 in den Steuerraum 33 übertragen. Der im Steuerraum 33 wirkende Hochdruck wirkt auf die Druckfläche 38 ein und drückt den Steuerkolben 41 mit seinem Dichtsitz 46 gegen die Bodenfläche des Druckraums 40, so dass der Dichtsitz 46 die mit der Rücklaufleitung 71 in Verbindung stehende Verbindungskammer 48 absperrt. In dieser Position des Steuerkolbens 41 befindet sich die Steuerkante 45 außerhalb der Kolbenführung 43 des Ventilkörpers 41, so dass eine hydraulische Verbindungüber den Verbindungskanal 44 zwischen dem Druckraum 40 und der Ventilkammer 47 hergestellt ist. Die erste Rücklaufleitung 71 ist somit vom Hochdruck bzw. Systemdruck entkoppelt und das Einspritzventil 10 ist geschlossen.
DieÖfuungshubbewegung des Schließkolbens 12 des Einspritzventils 10 wird dadurch eingeleitet, indem auf Grund einer entsprechenden Bestromung des Aktors 51 der Aktorkolben 52 vom aktorseitigen Dichtsitz 54 abhebt, so dass der Steuerraum 33 mit dem aktorseitigen Steuerraum 56 und dem aktorseitigen Niederdruckraum 55 verbunden wird. Die Durchflusswiderstände der Zulaufdrossel 69 und der Ablaufdrossel 67 sind so bemessen, dass der Druck im Steuerraum 33 abfällt und der Steuerkolben 34 mit der Stirnfläche des Steuerkolbenabschnitts 36 vom Dichtsitz 46 abhebt und gleichzeitig die Steuerkante 45 an der Kolbenführung 43 den Verbindungskanal 44 verschließt. Dadurch ist die Ventilkammer 47 von dem in der Druckkammer 40 herrschenden Rail- bzw. Systemdruck getrennt und gleichzeitig ist die in die Ventilkammer 47 führende Rückraumleitung 65 über die Verbindungskammer 48 an die Rücklaufleitung 71 und damit an das Niederdrucksystem angeschlossen. Dementsprechend wird der im Rückraum 26 der Druckübersetzungseinrichtung 20 herrschende Drucküber die Rücklaufleitung 71 entspannt und der Druck im Rückraum 26 fällt ab. Dadurch wird die Druckübersetzungseinrichtung 20 aktiviert und der mit geringerer Wirkfläche behaftete zweite Teilkolben 23 verdichtet den Kraftstoff im Hochdruckraum 25, so dass in dem mit dem Hochdruckraum 25 verbundenen Druckraum 14 die in Öffungsrichtung an der Druckschulter 13 angreifende Druckkraft ansteigt und der Schließkolben 12 die Einspritzöffnungen freigibt. So lange der Rückraum 26 druckentlastet ist, bleibt die Druckübersetzungseinrichtung 20 aktiviert und verdichtet den Kraftstoff im Hochdruckraum 25.
Zum Beenden des Einspritzvorganges wird das Schaltventil 50 wieder in seine Ausgangsstellungüberführt. Dadurch wird durch das Aufsitzen des Steuerkolbens 34 auf dem Dichtsitz 46 der Rückraum 26 der Druckübersetzungseinrichtung 20 von der Rücklaufleitung 71 getrennt und wiederüber die Ventilkammer 47, den Verbindungskanal 44 und den Druckraum 40 mit Systemdruck beaufschlagt. Der Systemdruck wird über die Rücklaufleitung 65 ebenfalls in den Rückraum 26 geleitet, wodurch der Druckübersetzungskolben 21 unterstützt durch die Rückstellfeder 18 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Dadurch fälltler Druck im Hochdruckraum 25 auf Systemdruck ab, wodurch im Druckraum 14 ebenfalls wieder Systemdruck anliegt, wobei der Hochdruckraum 25über die Verbindungsleitung 63 aus der Kraftstoffquelle 5 befüllt wird. Die Rückstellung des Schließolbens 12 wird dabei durch den ebenfallsüber die zweite Druckleitung 62 anliegenden Systemdruck, unterstützt durch die im Schließdruckraum 16 angeordnete Schließfeder 17 realisiert.
Bezugszeichenliste
3
Kraftstoffleitung
5
Kraftstoffhochdruckquelle
10
Kraftstoffeinspritzventil
11
EinspritzöfFnung
12
Schließkolben
13
Druckschulter
14
Druckraum
15
Führungsbereich
16
Schließdruckraum
17
Schließfeder
18
Rückstellfeder
20
Druckübersetzungseinrichtung
21
Übersetzetkolben
22
erster Teilkolben
23
zweiter Teilkolben
24
Zylinder
25
Hochdruckraum
26
Rückraum
27
Druckübersetzungsraum
28
Federhalter
29
Ringelement
30
Steuerventil
31
Ventilkörper
32
Aufnahme
33
Buchse
34
Steuerkolben
35
Druckkolbenabschnitt
36
Steuerkolbenabschnitt
37
Steuerraum
38
Druckfläche
39
Öffnende Druckfläche
40
Druckraum
41
Steuerzylinder
42
Dichtsitz
43
Zylinderführung
44
Verbindungskanal
45
Steuerkante
46
Dichtsitz
47
Ventilkammer
48
Verbindungskammer
49
Druckfeder
50
Schaltventil
51
Aktor
52
Aktorkolben
53
Aktorbohrung
54
aktorseitiger Dichtsitz
55
aktorseitiger Niederdruckraum
56
aktorseitiger Steuerraum
61
erste Druckleitung
62
zweite Druckleitung
63
Verbindungsleitung
64
Druckraumleitung
65
Rückraumleitung
66
Steuerleitung
67
Zulaufdrossel
68
Verbindungsbohrung
69
Zulaufdrossel
71
erste Rücklaufleitung
72
zweite Rücklaufleitung

Claims (10)

  1. Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschine mit einem mit einer Hochdruckquelle in Verbindung stehenden Kraftstoffeinspritzventil (10) und einem Steuerventil (30), das in einem Ventilkörper (31) einen längsverschiebbar angeordneten Steuerkolben (34) umfasst, welcher einen in einer Buchse (33) geführten Druckkolbenabschnitt (35) mit einer ersten Druckfläche (38) und einen Steuerkolbenabschnitt (36) mit einer eine Steuerkante (45) aufweisenden Schieberdichtung aufweist, wobei die Buchse (33) in einem Druckraum (40) des Ventilkörpers (41) angeordnet und zumindest teilweise von außen mit Systemdruck beaufschlagt ist, wobei der Steuerkolben (34) in einer ersten Ventilstellung mittels eines Dichtsitzes (46), der von der Druckfläche (38) beaufschlagt ist, eine Ventilkammer (47) von einem Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem trennt, und wobei der Steuerkolben (34) in einer zweiten Ventilstellung mittels der Steuerkante (45) den Druckraum (40) von der Ventilkammer (47) getrennt und gleichzeitigüber den Dichtsitz (46) eine Verbindung der Ventilkammer (47) zum Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem hergestellt und dabei eine Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils (10) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolbenabschnitt (36) des Steuerkolbens (34) mit der Steuerkante (45) in einem im Druckraum (40) des Ventillörpers (31) angeordneten und von der Buchse (33) getrennten Steuerzylinder (41) geführt ist.
  2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Steuerkante (45) zusammenwirkender Verbindungskanal (44) in einem Führungsbereich des Steuerkolbenabschnitts (36) ausgebildet ist, derart, dass im deaktivierten Zustand bei geschlossenem Dichtsitz (46) des Steuerkolbens (34) eine hydraulische Verbindung zwischen Druckraum (40) und Ventilkammer (47) vorliegt.
  3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzylinder (41) einen weiteren Dichtsitz (42) aufweist, der im druckentlasteten Zustand der Ventilkammer (47) den Druckraum (40) von der Ventilkammer (47) trennt.
  4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Steuerzylinder (41) in Schließrichtung des weiteren Dichtsitzes (42) einwirkende Druckfeder (49) angeordnet ist.
  5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (34) eine dem Druckraum (40) ausgesetzte, vom Systemdruck beaufschlagte und sündig in Öffungsrichtung auf den Dichtsitz (46) wirkende öffnende Druckfläche (39) aufweist.
  6. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche (38) in der Buchse einen Steuerraum (37) begrenzt, der mittels eines Schaltventils (50) zwischen einem Anschluss an den Systemdruck und das Niederdruck- bzw. Rücklaufsystem schaltbar ist.
  7. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (46) des Steuerkolbens (34) mit einem Flachsitz ausgeführt sind.
  8. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerzylinder (41) zumindest teilweise innerhalb des Druckraums (40) von außen mit Systemdruck beaufschlagt ist.
  9. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hochdruckquelle (5) und Einspritzventil (10) eine einen Druckübersetzerkolben (21) aufweisende Druckübersetzungseinrichtung (20) geschaltet ist, die vom Steuerventil (30) gesteuert ist.
  10. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübersetzungseinrichtung (20) einen mit dem Druckübersetzerkolben (21) zusammenwirkenden Rückraum (26) besitzt, der vom Steuerventil (30) ansteuerbar ist, so dassüber eine Druckänderung im Druckraum (26) eine auf das Einspritzventil (10) einwirkende Druckübersetzung erfolgt.
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