EP1605157A1 - Kraftstoffinjektor mit mehrteiligem Einspritzventilglied und mit Druckverstärker - Google Patents

Kraftstoffinjektor mit mehrteiligem Einspritzventilglied und mit Druckverstärker Download PDF

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EP1605157A1
EP1605157A1 EP05103066A EP05103066A EP1605157A1 EP 1605157 A1 EP1605157 A1 EP 1605157A1 EP 05103066 A EP05103066 A EP 05103066A EP 05103066 A EP05103066 A EP 05103066A EP 1605157 A1 EP1605157 A1 EP 1605157A1
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EP
European Patent Office
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pressure
chamber
fuel injector
needle part
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05103066A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kurz
Martin Kropp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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

  • EP 0 562 046 B1 discloses an actuation and valve arrangement with damping for an electronically controlled injection unit.
  • the actuation and valve arrangement for a hydraulic unit has an electrically energizable electromagnet with a fixed Stator and a movable anchor.
  • the anchor has a first and a second surface on.
  • the first and second surfaces of the anchor define first and second second cavity, wherein the first surface of the armature assigns to the stator.
  • It is a Valve provided, which is connected to the armature.
  • the valve is able to out To pass a hydraulic actuating fluid to the injection device to a sump.
  • One Attenuation fluid may be there with respect to one of the cavities of the solenoid assembly be collected or be discharged from there again.
  • the fuel injection valve for internal combustion engines comprises a housing in which in one Bore a longitudinally displaceable outer valve needle and in turn this longitudinally slidable inner valve needle are arranged. These control with their combustion chamber side End ever at least one injection port. Furthermore, a control room is provided, the is connected via an inlet throttle with a high-pressure chamber and by the pressure at least indirectly a closing force is exerted on the outer valve needle. Further is a control pressure chamber provided by the pressure at least indirectly a closing force is exerted on the inner valve needle; Furthermore, a leakage oil space is provided in the always a low fuel pressure prevails.
  • a control valve is arranged, the one Valve chamber and a valve member disposed therein, wherein the valve space a Connection to the leakage oil chamber, an always open connection to the control room and a connection having the control pressure chamber.
  • the valve member is in the valve space between two End positions movable, wherein in the first end position the connection to the leakage oil space closed and opened the connection to the control pressure chamber and in the second end position closed the connection to the control pressure chamber and the connection to the leakage oil chamber is open.
  • the device for injecting fuel comprises a Fuel injector, which via a high-pressure shaft with high-pressure fuel can be acted upon and actuated via a metering valve.
  • the injection valve member is a assigned by these independently movable damping element, which has a damping chamber limited.
  • the damping element has at least one overflow channel to Connection of the damping chamber with another hydraulic space.
  • Fuel injectors comprising a multi-part injection valve member can be the opening pressure of the internal injection valve member part, for example, spring assist to a constant level or with the help of an additional assistant pressure (like e.g.
  • a control of a fuel injector which contains a pressure booster, in the context of a high-pressure system for injection provided by fuel, which is the use of a multi-part Injection valve member for improving emissions with an active or passive switchable Injector valve member permitted.
  • the inventive solution is achievable that a internally arranged nozzle needle-shaped part of the multi-part injection valve member only opens at full load and in partial load operation of the internal combustion engine Injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine only over that external part of the nozzle needle formed injection valve member is made.
  • the proposed solution also allows very short drive times of the internal Part of the multi-part injection valve member, which in turn short injection periods allows full-load operation of the self-igniting internal combustion engine.
  • the internal combustion engine In the partial load range the internal combustion engine, however, can be an injection with small Nozzle flow, d. H. with only one open row of holes in the combustion chamber over any take long injection durations without opening another, second row of holes.
  • opened first row of holes can be a small nozzle flow and a corresponding injection course shaping can be achieved while at a large Nozzle flow, given by the open first row of holes and the opened second Hole row an injection course shaping in the full load range of the self-igniting internal combustion engine can be achieved.
  • FIG. 1 an embodiment variant already known from the prior art is shown a fuel injector illustrated by its hydraulic circuit diagram.
  • a shown in Fig. 1 fuel injector 3 is a high-pressure accumulator 1 (common rail) supplied with high pressure fuel.
  • the high-pressure accumulator 1 is via a high-pressure pump, which compresses the fuel and the high-pressure accumulator 1 supplies, fueled.
  • the in the high-pressure accumulator 1, (common rail) prevailing fuel pressure is thus at each fuel injector 3 of the internal combustion engine to disposal.
  • the fuel injector 3 comprises a control valve 32, a Pressure booster 4 and an injection valve member 18, which may be designed in several parts.
  • the pressure booster 4 is formed as axially displaceable stepped piston 9, wherein the Stepped piston 9 a acted upon via a high-pressure line 5 working space 6 of a pressure loadable differential pressure chamber 7 (back space) separates.
  • the stepped piston 9 is acted upon by a return spring 8, which the stepped piston 9 in its upper position emotional.
  • the stepped piston 9 acts upon pressure relief of the differential pressure chamber. 7 a compression chamber 10.
  • the control valve 32 In the idle state of the pressure booster 4 is the control valve 32 not activated, no injection takes place. In this case, it is located in the high-pressure accumulator 1 stored system pressure via the high pressure line 5, which is a throttle or may have a check valve 2, in the working space 6 of the pressure booster 4 at.
  • the system pressure is applied to the control valve 32 via a high-pressure branch 34.
  • the likewise pressurized with system pressure control line 11 prevails system pressure also in the differential pressure chamber 7.
  • the differential pressure chamber 7 via a connecting line is connected to a pressure chamber 12, in which a first spring element 20 and a second spring element 21 are received, there is also in the pressure chamber 12th System pressure.
  • About a filling line 14 and an open refill valve 15 is System pressure in the compression chamber 10 and the high pressure line 16 in the nozzle chamber 17 of the fuel injector 3 as shown in Fig. 1 at. This means you are at rest the pressure booster 4, the hydraulic chambers on the pressure booster 4 with system pressure acted upon, so that the stepped piston 9 is pressure balanced. In this condition is the stepped piston 9 via the arranged in the differential pressure chamber 7 (back space) Restored spring 8 applied.
  • the multipart injection valve member 18 includes a first, external needle part 18.1 and a second needle part 18.2, which is arranged on the inside and within the first needle part 18.1 is guided.
  • Each of the two needle parts 18.1 or 18.2 is arranged in the pressure chamber 12
  • Associated spring element 20 and 21, respectively on the end faces of the first needle part 18.1 and the second needle part 18.2 act in the closing direction. Due to the effect the two spring elements 20 and 21 in the closing direction, the can in the nozzle chamber 17 pending, and at a pressure stage 25 of the first needle portion 18.1 attacking system pressure, the first needle part 18.1 not open. Only when the pressure in the nozzle chamber 17 via the system pressure rises, which is achieved by activating the pressure booster 4, opens the first needle portion 18.1 of the multi-part injection valve member 18 against the effect of this acting on its end face first spring element 20th
  • the metering of the fuel is carried out by pressure relief of the differential pressure chamber. 7 of the pressure booster 4. If the control valve 32 is actuated, which is the differential pressure chamber 7 (working space) with a pressure-side return 33 connecting control line 11 released and separated from the high pressure line 5. As a result, the pressure drops in the Differential pressure chamber 7 (working space) from, whereby the pressure around the compression space 10th rises due to the retracting in this stepped piston 9. As a result, over the High pressure line 16 and the pressure in the nozzle chamber 17. This increases in the opening direction the first needle part 18.1 at the compression stage 25 acting pressure force and the first needle part 18.1 opens. When opening a first row of holes 26 is released, so that at the combustion chamber end of the fuel injector 3 via this fuel in the Combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine can be injected.
  • the pressure booster 4 remains activated and compresses the fuel in the compression chamber 10.
  • the pressure chamber 12 remains pressure relieved.
  • At the top of the combustion chamber of the second needle part 18.2 is now also on injection pressure level.
  • the injection pressure is above the opening pressure of the second needle part 18.2, both needle parts 18.1 and 18.2 are opened, so that an injection of Fuel in the combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine both over the first row of holes 26 as well as the second row of holes 27 can be made.
  • Needle parts 18.1 and 18.2 of the multipart injection valve member can circulating grooves Be provided 28 and 29, and a bore 30 in the first needle part 18.1, so that the leakage are passed directly into a low-pressure side return 31 can.
  • Fig. 2 is a first embodiment of the proposed solution according to the invention a fuel injector with pressure booster and multi-part injection valve member refer to.
  • FIG. 2 shows that the fuel injector shown there 3 is controlled via a servo valve 40, which in turn via the control valve 32nd is pressed.
  • the High-pressure line 5 in which a throttle point or a check valve 2 may be included can, to the working space 6 of the pressure booster 4 of the fuel injector 3.
  • the return spring 8 is - in contrast to the illustration of FIG. 1 - according to this embodiment recorded in the working space 6.
  • the working space 6 and the differential pressure space 7 (working space) the pressure booster 4 are separated from each other by the stepped piston 9, the the compression space 10 is applied.
  • From the compression chamber 10 extends from High-pressure line 16 to the pressure chamber 12, which is the multipart injection valve member encloses.
  • the multi-part injection valve member 18 comprises a first, outer needle part 18.1 and guided in this, the second inner needle part 18.2.
  • a damper chamber 42 above the multi-part injection valve member 18 falls due to the outflow of fuel through the damper chamber throttle 48 in the pressure-relieved control line 11, the pressure, so that the damper chamber 42 limiting control piston 49 moves against the first spring element 20 acting on this upward.
  • the second spring element 21 which is provided in the spring chamber 44, although relieved, but the spring force is still large enough to hold the second needle part 18.2 in his seat 23. This results from the fact that no pressure surface A 1 (see illustration according to FIG.
  • the stopper 50 shifts for the internally arranged second Needle part 18.2 also upwards, so now fuel through the two, for example formed as concentric hole circles rows of holes 26 and 27 in the combustion chamber the self-igniting internal combustion engine can be injected.
  • Fig. 2 embodiment of the present invention proposed Solution is an exact opening time of the inner, second needle part 18.2 guaranteed, because the pressure gradient of the increasing system pressure is very steep.
  • the opening of the outer first needle portion 18.1 and the opening of the inner second needle part 18.2 of a multi-part injection valve member is the injection of small quantities over the first row of holes 26 on the combustion chamber side end of the fuel injector 3, e.g. in the context of pilot injections possible.
  • FIG. 3 is a further embodiment of the invention proposed fuel injector with pressure booster and multipart trained injection valve refer to.
  • the check valve 47 which the control chamber 43 for the second needle part 18.2 is assigned, from the high pressure area in the low pressure area relocated.
  • the attachment point of the check valve 47 for the control chamber 43 for the second needle part 18.2 is not in this embodiment to the high-pressure line 16, but to the control line 11 for pressure relief of the differential pressure chamber 7 (back space) integrated pressure intensifier 4.
  • the inner, second needle part 18.2 of the multipart injection valve member 18 is therefore no longer in front of the pressure relief of the control line 11 its seat 23, resulting in that immediately after lifting the needle tip of the outer first needle part 18.1, the cross sections of both rows of holes 26 and 27 on the combustion chamber side end of the fuel injector 3 are released, so that the injection of fuel into the combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine both concentrically to each other trainable rows of holes 26 and 27 can be made.
  • the throttle 45 in the upper region of the second needle part 18.2 the hydraulic Room 54 and the spring chamber 44 connects to each other, is with a very small throttle cross-section designed.
  • the prevailing pressure in the hydraulic chamber 54 pressure level be kept as long as possible so that the inner, second needle part 18.2 acting spring force of the second spring element 21 is overcome.
  • Within of 720 ° KW of the internal combustion engine should prevail in the hydraulic space 54 Pressure level to be reduced.
  • FIG. 4 The illustration according to FIG. 4 is a further, third embodiment of the invention to be taken from the proposed solution.
  • the embodiment differs from that shown in Figures 2 and 3 embodiments according to the invention characterized in that on the one hand the check valve 47, which is assigned to the control chamber 43 for the second needle part 18.2, to the control line 11 for pressure relief of the differential pressure chamber (working space) of the pressure booster 4 is connected and that in the check valve 47 further another check valve in opposite directions and in the second check valve 71 acting line a throttle point 72 is formed.
  • Fuel injector with pressure booster 4 and multipart trained injection valve member 11 is the spring force of the inner, second needle part 18.2 acting second Design spring element 21 slightly higher. Due to the closed check valve 47 is to ensure that in the control chamber 43 for the second needle part 18.2 still prevailing Residual pressure level with closed impact valve 47 in the control line 11 still can be overcome to the inner, second needle part 18.2 in his seat 23rd to move the combustion chamber side end of the fuel injector 3.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor (3) steht mit einem Hochdruckspeicher (1) für Kraftstoff in Verbindung und umfasst einen Druckübersetzer (3). Der Kraftstoffmjektor (3) ist über ein Steuerventil (32) betätigbar und weist ein Einspritzventilglied (18) auf, welches in Schließrichtung durch mindestens ein Federelement (20) beaufschlagt ist, wobei dem Einspritzventilglied (18) ein von diesem unabhängig bewegbares Dämpfungselement (49) zugeordnet ist. Dieses begrenzt einen Dämpfungsraum (42), wobei das Einspritzventilglied (18) in einen erstes Nadelteil (18.1) und einen zweiten Nadelteil (18.2) aufweist. Dem zweiten Nadelteil (18.2) ist ein systemdruckseitig oder höchstdruckseitig anbindbarer Steuerraum (43) zugeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsystem kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme (Common-Rail) ermöglichen in vorteilhafter Weise den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck anzustreben.
Stand der Technik
Aus Gründen der Materialfestigkeit ist das erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen zur Zeit auf etwa 1800 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteuerung in Speichereinspritzsystemen kommen an Common-Rail-Systemen Druckverstärker zum Einsatz.
EP 0 562 046 B1 offenbart eine Betätigungs- und Ventilanordnung mit Bedämpfung für eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die Betätigungs- und Ventilanordnung für eine hydraulische Einheit weist einen elektrisch erregbaren Elektromagneten mit einem festen Stator und einem bewegbaren Anker auf. Der Anker weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste und die zweite Oberfläche des Ankers definieren einen ersten und einen zweiten Hohlraum, wobei die erste Oberfläche des Ankers dem Stator zuweist. Es ist ein Ventil vorgesehen, welches mit dem Anker verbunden ist. Das Ventil ist in der Lage, aus einem Sumpf ein hydraulisches Betätigungsfluid an die Einspritzvorrichtung zu leiten. Ein Dämpfungsfluid kann in Bezug auf einen der Hohlräume der Elektromagnetanordnung dort gesammelt werden bzw. von dort auch wieder abgelassen werden. Mittels eines in eine Zentralbohrung hineinragenden Bereichs eines Ventils kann die Strömungsverbindung des Dämpfungsfluids proportional zu dessen Viskosität selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden.
Aus DE 102 22 106 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt. Das Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen umfasst ein Gehäuse, in dem in einer Bohrung einer längsverschiebbare äußere Ventilnadel und eine in dieser wiederum längs verschiebbaren innere Ventilnadel angeordnet sind. Diese steuern mit ihrem brennraumseitigen Ende je wenigstens eine Einspritzöffnung. Ferner ist ein Steuerraum vorgesehen, der über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckraum verbunden ist und durch dessen Druck wenigstens mittelbar eine Schließkraft auf die äußere Ventilnadel ausgeübt wird. Ferner ist ein Steuerdruckraum vorgesehen, durch dessen Druck zumindest mittelbar eine Schließkraft auf die innere Ventilnadel ausgeübt wird; ferner ist ein Leckölraum vorgesehen, in dem stets ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Im Gehäuse ist ein Steuerventil angeordnet, das einen Ventilraum und ein darin angeordnetes Ventilglied aufweist, wobei der Ventilraum eine Verbindung zum Leckölraum, eine stets offene Verbindung zum Steuerraum und eine Verbindung zum Steuerdruckraum aufweist. Das Ventilglied ist im Ventilraum zwischen zwei Endpositionen beweglich, wobei in der ersten Endposition die Verbindung zum Leckölraum verschlossen und die Verbindung zum Steuerdruckraum geöffnet und in der zweiten Endposition die Verbindung zum Steuerdruckraum geschlossen und die Verbindung zum Leckölraum geöffnet ist.
Aus DE 102 29 415 A1 ist eine Einrichtung zur Nadelhubdämpfung an druckgesteuerten Kraftstoffinjektoren bekannt. Die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst einen Kraftstoffinjektor, der über eine Hochdruckwelle mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar und über ein Zumessventil betätigbar ist. Im Einspritzventilglied ist eine von diesen unabhängig bewegbares Dämpfungselement zugeordnet, welches einen Dämpfungsraum begrenzt. Das Dämpfungselement weist mindestens einen Überströmkanal zur Verbindung des Dämpfungsraums mit einem weiteren hydraulischen Raum auf. Bei Kraftstoffinjektoren, die ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied umfassen, lässt sich der Öffnungsdruck des innenliegenden Einspritzventilgliedteils zum Beispiel bei Federunterstützung auf ein konstantes Niveau oder mit Hilfe eines zusätzlichen Assistenzdrucks (wie z.B. dem Systemdruck im Hochdruckspeicher) auf eine bestimmtes Verhältnis von Schließdruck zu Öffnungsdruck einstellen. Damit ist eine Anpassung des hydraulischen Durchflusses an den jeweiligen Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine möglich. Es hat sich herausgestellt, dass das innenliegende Nadelteil erst bei relativ hohen Drücken, die im Bereich von über 1500 bar liegen können, öffnen darf, um gute Emissionswerte auch bei Teillastbetrieb zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass die Einstellung des Öffnungsdrucks des innenliegenden Teils eines mehrteiligen Einspritzventilglieds sehr toleranzempfindlich ist. Dies findet seine Ursache darin, das mit der Öffnung des innenliegenden Nadelteils ein Mengensprung hinsichtlich des in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine gelangenden Kraftstoffvolumens einhergeht. Somit machen sich Exemplarstreuungen, die bei der Großserienfertigung von Kraftstoffinjektoren, auftreten, nachteilig bemerkbar.
Darstellung der Erfindung
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird eine Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, der einen Druckverstärker enthält, im Rahmen eines Höchstdrucksystems zur Einspritzung von Kraftstoff bereitgestellt, welches den Einsatz eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds zur Emissionsverbesserung mit einem aktiv bzw. passiv schaltbaren Einspritzventilglied gestattet. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist erreichbar, dass ein innenliegend angeordnetes düsennadelförmiges Teil des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds nur bei Volllast öffnet und im Teillastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine nur über das außenliegende Teil des düsennadelförmig ausbildbaren Einspritzventilglieds erfolgt.
Die vorgeschlagene Lösung erlaubt zudem sehr kurze Ansteuerzeiten des innenliegenden Teils des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds, was wiederum kurze Einspritzdauern bei Volllastbetrieb der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine hingegen kann eine Einspritzung mit kleinem Düsendurchfluss, d. h. bei nur einer geöffneten Lochreihe in den Brennraum über beliebig lange Einspritzdauern ohne Öffnen einer weiteren, zweiten Lochreihe erfolgen. Durch die im Teillastbereich geöffnete erste Lochreihe kann ein kleiner Düsendurchfluss und eine dementsprechende Einspritzverlaufsformung erreicht werden, während bei einem großen Düsendurchfluss, gegeben durch die geöffnete erste Lochreihe und die geöffnete zweite Lochreihe eine Einspritzverlaufsformung im Volllastbereich der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine erreicht werden kann. Ein größerer hydraulischer Durchfluss durch die geöffnete erste Lochreihe und die geöffnete zweite Lochreihe in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine und ein frühes, d. h. in diesem Falle gleichzeitiges Öffnen der zweiten Nadel, erlauben das Einbringen einer größeren Einspritzmenge bei gegebener, motorbedingter konstanter Einspritzdauer, die abhängig von Grad Kurbelwinkel ist und somit eine höhere Leistung.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der Ansteuerung eines ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied aufweisenden, sowie einen Druckverstärker umfassenden Kraftstoffinjektors ist gewährleistet, dass das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied in anderen Kennfeldbereichen keinen nachteiligen Einfluss auf das hydraulische Verhalten des Kraftstoffinjektors hat. Durch ein gleichzeitiges Öffnen beider Nadelteile des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes kann eine kürzere Einspritzdauer erreicht werden, wodurch der Nachteil bisher eingesetzter, mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglieder vermieden wird, bei denen eines der Nadelteile erst dann öffnet, wenn das andere Nadelteil einen oberen Anschlag erreicht hat, wodurch eine zeitverzögerte Freigabe des zusätzlichen, weiteren Einspritzquerschnittes in den Brennraum auftritt, womit dessen Füllungsverbesserung nur im eingeschränkten Maße erreicht werden kann.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung nachfolgend detaillierter beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1
den Hydraulikschaltplan eines aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektors mit einem Druckübersetzer,
Figur 2
eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer und mehrteilig ausgebildetem Einspritzventilglied,
Figur 3
eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit Druckverstärker und ansteuerbarem Servoventil und
Figur 4
eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftstoffinjektors mit Druckverstärker und mehrteilig ausgebildetem Einspritzventilglied.
Ausführungsvarianten
In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine aus dem Stand der Technik bereits bekannte Ausführungsvariante eines Kraftstoffinjektors anhand von dessen Hydraulikschaltplan dargestellt.
Ein in Fig. 1 dargestellter Kraftstoffinjektor 3 wird über einen Hochdruckspeicher 1 (Common-Rail) mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt. Der Hochdruckspeicher 1 wird über eine Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff verdichtet und dem Hochdruckspeicher 1 zuführt, mit Kraftstoff versorgt. Der im Hochdruckspeicher 1, (Common-Rail) herrschende Kraftstoffdruck steht somit an jedem Kraftstoffinjektor 3 der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung. Der Kraftstoffinjektor 3 umfasst ein Steuerventil 32, einen Druckübersetzer 4 und ein Einspritzventilglied 18, welches mehrteilig ausgebildet sein kann.
Der Druckübersetzer 4 ist als axial verschiebbarer Stufenkolben 9 ausgebildet, wobei der Stufenkolben 9 einen über eine Hochdruckleitung 5 beaufschlagbaren Arbeitsraum 6 von einem druckenlastbaren Differenzdruckraum 7 (Rückraum) trennt. Der Stufenkolben 9 ist über eine Rückstellfeder 8 beaufschlagt, welche den Stufenkolben 9 in seine obere Stellung bewegt. Der Stufenkolben 9 beaufschlagt bei Druckentlastung des Differenzdruckraums 7 einen Kompressionsraum 10. Im Ruhezustand des Druckübersetzers 4 ist das Steuerventil 32 nicht angesteuert, es findet keine Einspritzung statt. In diesem Fall liegt der im Hochdruckspeicher 1 gespeicherte Systemdruck über die Hochdruckleitung 5, die eine Drossel oder ein Rückschlagventil 2 aufweisen kann, im Arbeitsraum 6 des Druckübersetzers 4 an. Ferner steht der Systemdruck über einen Hochdruckabzweig 34 am Steuerventil 32 an. Über dieses und die ebenfalls mit Systemdruck beaufschlagte Steuerleitung 11 herrscht Systemdruck auch im Differenzdruckraum 7. Da der Differenzdruckraum 7 über eine Verbindungsleitung mit einem Druckraum 12 verbunden ist, in welchem ein erstes Federelement 20 und ein zweites Federelement 21 aufgenommen sind, herrscht auch im Druckraum 12 Systemdruck. Über eine Füllleitung 14 und ein offen stehendes Wiederbefüllventil 15 steht Systemdruck im Kompressionsraum 10 sowie über die Hochdruckleitung 16 auch im Düsenraum 17 des Kraftstoffinjektors 3 gemäß der Darstellung in Fig. 1 an. Damit sind im Ruhezustand des Druckübersetzers 4 die hydraulischen Räume am Druckübersetzer 4 mit Systemdruck beaufschlagt, so dass der Stufenkolben 9 druckausgeglichen ist. In diesem Zustand ist der Stufenkolben 9 über die im Differenzdruckraum 7 (Rückraum) angeordnete Rückstellfeder 8 beaufschlagt.
Durch den im Druckraum 12 herrschenden Systemdruck ist das z.B. mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 18 in Schließrichtung beaufschlagt. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 18 umfasst ein erstes, außenliegendes Nadelteil 18.1 sowie ein zweites Nadelteil 18.2, welches innenliegend angeordnet ist und innerhalb des ersten Nadelteils 18.1 geführt ist. Jedem der beiden Nadelteile 18.1 bzw. 18.2 ist ein im Druckraum 12 angeordnetes Federelement 20 bzw. 21 zugeordnet, die jeweils auf die Stirnflächen des ersten Nadelteils 18.1 bzw. des zweiten Nadelteils 18.2 in Schließrichtung wirken. Aufgrund der Wirkung der beiden Federelemente 20 bzw. 21 in Schließrichtung, vermag der im Düsenraum 17 anstehende, und an einer Druckstufe 25 des ersten Nadelteils 18.1 angreifende Systemdruck, das erste Nadelteil 18.1 nicht zu öffnen. Erst wenn der Druck im Düsenraum 17 über den Systemdruck ansteigt, was durch Aktivierung des Druckübersetzers 4 erreicht wird, öffnet das erste Nadelteil 18.1 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 18 entgegen der Wirkung der dieses an seiner Stirnfläche beaufschlagende erste Federelement 20.
Die Zumessung des Kraftstoffes erfolgt durch Druckentlastung des Differenzdruckraums 7 des Druckübersetzers 4. Wird das Steuerventil 32 betätigt, wird die den Differenzdruckraum 7 (Arbeitsraum) mit einem überdruckseitigen Rücklauf 33 verbindende Steuerleitung 11 freigegeben und von der Hochdruckleitung 5 getrennt. Dadurch fällt der Druck im Differenzdruckraum 7 (Arbeitsraum) ab, wodurch der Druck um Kompressionsraum 10 aufgrund des in diesen einfahrenden Stufenkolbens 9 steigt. Demzufolge steigt über die Hochdruckleitung 16 auch der Druck im Düsenraum 17. Dadurch steigt die in Öffnungsrichtung des ersten Nadelteils 18.1 an dessen Druckstufe 25 wirkende Druckkraft an und das erste Nadelteil 18.1 öffnet. Beim Öffnen wird eine erste Lochreihe 26 freigegeben, so dass am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 über diese Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Solange der Differenzdruckraum 7 (Arbeitsraum) des Druckübersetzers 4 druckentlastet bleibt, bleibt der Druckübersetzer 4 aktiviert und verdichtet den Kraftstoff im Kompressionsraum 10. Der Druckraum 12 bleibt dabei druckentlastet. An der brennraumseitigen Spitze des zweiten Nadelteils 18.2 steht nun ebenfalls Einspritzdruckniveau an.
Auf eine Druckfläche A1 am brennraumseitigen Ende des zweiten Nadelteils 18.2 wirkt eine dieses in Öffnungsrichtung beaufschlagende Druckkraft. Da der Druckraum 12 druckentlastet ist, wirkt in Schließrichtung auf das zweite Nadelteil 18.2 das zweite Federelement 21 im Druckraum 12. Über die Dimensionierung der Druckfläche A1 und das zweite Federelement 21 kann ein Öffnungsdruck eingestellt werden, bei welchem das zweite, innenliegende Nadelteil 18.2 des mehrteiligen Einspritzventilglieds 18 öffnet. Bei einem niedrigeren Einspritzdruck, so z.B. im Teillastbereich einer Verbrennungskraftmaschine unterhalb des Öffnungsdrucks in Bezug auf das zweite Nadelteil 18.2, öffnet lediglich das erste Nadelteil 18.1, das zweite Nadelteil 18.2 bleibt geschlossen, so dass nur eine Einspritzung von Kraftstoff über die erste Lochreihe 26 erfolgt.
Liegt der Einspritzdruck hingegen oberhalb des Öffnungsdrucks des zweiten Nadelteils 18.2, sind beide Nadelteile 18.1 und 18.2 geöffnet, so dass eine Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine sowohl über die erste Lochreihe 26 als auch über die zweite Lochreihe 27 erfolgen kann.
Zur Beendung der Einspritzung wird durch das Steuerventil 32 der Differenzdruckraum 7 (Arbeitsraum) und der Druckraum 12 vom niederdruckseitigen Rücklauf 33 getrennt und mit der Systemdruckquelle, d.h. dem Hochdruckspeicher (Common-Rail) verbunden. Aufgrund dessen baut sich im Differenzdruckraum 7 (Rückraum) des Druckübersetzers 4 der Systemdruck auf. Der Druck im Kompressionsraum 10 fällt nun auf Systemdruckniveau ab. Da im Druckraum 12 nun ebenfalls Systemdruck ansteht, sind beide Nadelteile 18.1 und 18.2 hydraulisch ausgeglichen und werden durch die sie beaufschlagenden Federelemente 20 bzw. 21 in ihre Schließstellung gedrückt. Dadurch ist die Einspritzung beendet. Die Schließgeschwindigkeit kann über die dem Druckraum 12 vorgeschaltete Zulaufdrossel 13 beeinflusst werden.
Zur Vermeidung von Leckageströmungen an den Führungen der beiden ineinandergeführten Nadelteile 18.1 bzw. 18.2 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds können Umlaufnuten 28 bzw. 29 vorgesehen sein, sowie eine Bohrung 30 im ersten Nadelteil 18.1, so dass die Leckage unmittelbar in einen niederdruckseitigen Rücklauf 31 geleitet werden kann.
Fig. 2 ist eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eines Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer und mehrteilig ausgebildetem Einspritzventilglied zu entnehmen.
Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist zu entnehmen, dass der dort dargestellte Kraftstoffinjektor 3 über ein Servoventil 40 angesteuert wird, welches seinerseits über das Steuerventil 32 betätigt wird.
Vom Hochdruckspeicher 1 (Common-Rail) erstreckt sich auch gemäß dieser Lösung die Hochdruckleitung 5, in welcher eine Drosselstelle oder ein Rückschlagventil 2 enthalten sein kann, zum Arbeitraum 6 des Druckübersetzers 4 des Kraftstoffinjektors 3. Die Rückschlagfeder 8 ist - im Gegensatz zur Darstellung gemäß Fig. 1 - gemäß dieser Ausführungsvariante im Arbeitsraum 6 aufgenommen. Der Arbeitsraum 6 und der Differenzdruckraum 7 (Arbeitsraum) des Druckübersetzers 4 sind durch den Stufenkolben 9 voneinander getrennt, der den Kompressionsraum 10 beaufschlagt. Vom Kompressionsraum 10 aus erstreckt sich die Hochdruckleitung 16 zum Druckraum 12, welcher das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied umschließt. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 18 umfasst einen ersten, außenliegenden Nadelteil 18.1 und einen in diesem geführten, zweiten innenliegenden Nadelteil 18.2.
Im nichtbestromten Zustand des Steuerventils 32 herrscht sowohl in der Steuerleitung 11 als auch in der Hochdruckleitung 16 zum Druckraum 12 Systemdruck. Im nichtbestromten Zustand des Steuerventils 32 ist der Servoventilkolben eines Servoventils 40 mit seiner Dichtkante a in seinen Sitz gestellt. Gleichzeitig gibt eine Schieberkante b die Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 6 und der Steuerleitung 11 frei, so dass der Differenzdruckraum 7 mit Systemdruck beaufschlagt werden kann. Durch die geschlossene Dichtkante a des Servoventilkolbens des Servoventils 40 wird ein Abströmen des Systemdrucks in den niederdruckseitigen Rücklauf 31 vermieden.
Von der Steuerleitung 11 aus zweigt eine Dämpferraumdrossel 48 ab, die in einen Dämpferraum 42 mündet. Damit herrscht auch im Dämpferraum 42 Systemdruck, ebenso wie in einem Steuerraum 43, in welchem über ein Rückschlagventil 47 in Öffnungsrichtung Kraftstoff nachströmt. Der in den Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 einströmende Kraftstoff tritt über einen im Steuerkolben 49 ausgebildeten Kanal 53 in einen hydraulischen Raum 54 ein, der vom Steuerkolben 49 und dem zweiten Nadelteil 18.2 begrenzt wird.
Bei Betätigung des Steuerventils 32, eine Bestromung des Magneten des Steuerventils 32 unterhalb des Systemdruckniveaus, welches für den Volllastbereich vorgesehen ist, erfolgt eine Druckentlastung der Steuerleitung 11 in den niederdruckseitigen Rücklauf 31. Dadurch erfolgt eine Druckentlastung des Differenzdruckraums 7, so dass der Stufenkolben 9 mit seiner dem Kompressionsraum 10 zuweisenden Stirnseite in diesen einfährt und die Hochdruckleitung 16 zum Druckraum 12 mit Hochdruck beaufschlagt. Dabei wird ein von der Hochdruckleitung 16 führender Abzweig zum mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied 18 durch ein darin aufgenommenes Rückschlagventil 46, welches in Schießrichtung beaufschlagt wird, verschlossen. Das dem Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 vorgeschaltete Rückschlagventil 47 bleibt hingegen verschlossen, so dass der Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 drucklos bleibt. In einem Dämpferraum 42 oberhalb des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds 18 fällt aufgrund des Abströmens von Kraftstoff über die Dämpferraumdrossel 48 in die druckentlastete Steuerleitung 11 der Druck, so dass der den Dämpferraum 42 begrenzende Steuerkolben 49 sich entgegen des diesen beaufschlagenden ersten Federelements 20 nach oben bewegt. Nunmehr öffnet das äußere Nadelteil 18.2. Bei der Aufwärtsbewegung des Steuerkolbens 49 bei im Dämpferraum 42 abnehmendem Druck wird das zweite Federelement 21, welches im Federraum 44 vorgesehen ist, zwar entlastet, jedoch ist die Federkraft immer noch groß genug, um das zweite Nadelteil 18.2 in seinem Sitz 23 zu halten. Dies resultiert daher, dass am Sitz 23 des zweiten Nadelteils 18.2 keine Druckfläche A1 (vgl. Darstellung gemäß Fig. 1) ausgebildet ist.
Beim Schließvorgang erfolgt durch Entlasten des Steuerventils 32 eine Beaufschlagung der Steuerleitung 11 mit Systemdruck, d.h. dem im Hochdruckspeicher 1 (Common-Rail) herrschenden Druckniveau. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 18 sowie der Steuerkolben 49 werden durch das Befüllen des Dämpferraums 42 über die Dämpferraumdrossel 48 wieder in Richtung auf ihren Sitz gestellt.
Im Volllastbereich der Verbrennungskraftmaschine erhöht sich durch Betätigung des Steuerventils 32 und des mit diesem wirkverbundenen Servoventils 40 der Druck in der Hochdruckleitung 16 zum Druckraum 12. Übersteigt der in der Hochdruckleitung 16 herrschende Druck den Öffnungsdruck des Rückschlagventils 47 in der Zuleitung zum Steuerraum 42 für das zweite Nadelteil 18.2, so öffnet dieses, so dass der Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 mit einem erheblich über dem Niederdruckniveau liegenden Druck beaufschlagt wird. Dabei sollte das Kraftstoffvolumen, welches mit dem Steuerraum 43 in direkter Verbindung steht, möglichst kleingehalten werden, um Hochdruckverluste im Hochdruckteil des Kraftstoffinjektors 3 zu begrenzen.
Bei Beaufschlagung des ringförmig ausgebildeten Steuerraums 43 für das zweite Nadelteil 18.2 strömt Kraftstoff über einen Kanal 53 in den hydraulischen Raum 54 ein. Dadurch wird das zweite Nadelteil 18.2 gegen einen Anschlag 50 am Steuerkolben 49 gedrückt. Da zu diesem Zeitpunkt sich das erste Nadelteil 18.1 nicht mehr in seinem Sitz 22 befindet, baut sich unter dem zweiten Nadelteil 18.2 ein Druck auf. Das zweite Nadelteil 18.2 öffnet aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem hydraulischen Raum 54 und dem Federraum 44 für das zweite Nadelteil 18.2; auf das zweite Nadelteil 18.2 wirkt hingegen keine Kraft im geschlossenen Zustand.
Da sich das erste Nadelteil 18.1 aufgrund des im Dämpferraum 42 abnehmenden Drucks bereits geöffnet hat, verschiebt sich der Anschlag 50 für das innenliegend angeordnete zweite Nadelteil 18.2 ebenfalls nach oben, so dass nunmehr Kraftstoff durch die beiden beispielsweise als konzentrische Lochkreise ausgebildeten Lochreihen 26 und 27 in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.
Beim Schließvorgang erfolgt eine Druckentlastung der Hochdruckleitung 16, so dass das zuvor geöffnete Rückschlagventil 47 in der Zuleitung zum Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 wieder schließt. Da bei Druckentlastung der Hochdruckleitung 16 die Steuerleitung 11 wieder mit Systemdruck beaufschlagt ist, strömt über die Dämpferraumdrossel 48 Kraftstoff in den Dämpferraum 42 ein. Aufgrund dessen bewegt sich der Steuerkolben 49 abwärts, so dass das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 am Anschlag 50 des Dämpferkolbens 49 anliegt und wieder in seinen Sitz 23 gefahren wird. Durch den Kanal 52 strömt bei der Abwärtsbewegung des Steuerkolbens 49 Kraftstoff in den niederdruckseitigen Rücklauf 31 ein, sofern im Steuerraum 43 ein größerer Druck als das Niederdruckniveau herrscht. Dadurch ist gewährleistet, dass im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 eine Druckentlastung herbeigeführt wird. Durch den Kanal 52 wird Leckage und Kraftstoff aus dem hydraulischen Raum 54 geleitet, falls das zweite Nadelteil 18.2 aktiviert ist bzw. das Rückschlagventil 47 geöffnet ist, unabhängig von der momentanen Bewegung des Steuerkolbens 49.
Durch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist ein exakter Öffnungszeitpunkt des innenliegenden, zweiten Nadelteils 18.2 gewährleistet, da der Druckgradient des ansteigenden Systemsdrucks sehr steil verläuft. Trotz kleiner Zeitdifferenzen zwischen dem Öffnen des außenliegenden ersten Nadelteils 18.1 und dem Öffnen des innenliegenden zweiten Nadelteils 18.2 eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglieds, ist die Einspritzung von Kleinstmengen über die erste Lochreihe 26 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 so z.B. im Rahmen von Voreinspritzungen möglich.
Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer und mehrteilig ausgebildetem Einspritzventil zu entnehmen.
Im Unterschied zur in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante ist in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante das Rückschlagventil 47, welches dem Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 zugeordnet ist, vom Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich verlagert. Die Anbindungsstelle des Rückschlagventils 47 für den Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 ist in dieser Ausführungsvariante nicht an die Hochdruckleitung 16, sondern an die Steuerleitung 11 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums 7 (Rückraum) des Druckübersetzers 4 integriert.
Ab einem bestimmten erreichbaren Systemdruck öffnet das Rückschlagventil 47, so dass der Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 gemäß des anliegenden Druckniveaus belastet wird. Dadurch wird das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 gegen den Anschlag 50 an der Unterseite des Steuerkolbens 49 gestellt. Damit einher geht eine Aufwärtsbewegung des innenliegenden, zweiten Nadelteils 18.2, so dass dessen Sitz 23 freigegeben wird. Über die Drossel 45, die im innenliegenden, zweiten Nadelteil 18.2 ausgebildet ist, entweicht Kraftstoff, wodurch das Druckniveau im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 sinkt. Aufgrund dessen öffnet das Rückschlagventil 47 wieder, um einen Druckausgleich herbeizuführen. Die Drossel 45 innerhalb des zweiten Nadelteils 18.2, welche den hydraulischen Raum 54 und den Federraum 44 für das zweite Nadelteil 18.2 miteinander verbindet, die das zweite Nadelteil 18.2 beaufschlagende Feder 21 sowie das Rückschlagventil 47 sind so auszulegen, dass sich das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 bei Systemdrücken, die für Volllastbereiche der Verbrennungskraftmaschine gelten, immer an den Anschlag 50 an der Unterseite des im Dämpferraum 42 bewegbaren Steuerkolbens 49 befindet.
Das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 des mehrteilig ausbildbaren Einspritzventilglieds 18 befindet sich mithin vor der Druckentlastung der Steuerleitung 11 nicht mehr in seinem Sitz 23, was dazu führt, dass unmittelbar nach dem Abheben der Nadelspitze des außenliegenden ersten Nadelteils 18.1 die Querschnitte beider Lochreihen 26 bzw. 27 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 freigegeben sind, so dass die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine über beide konzentrisch zueinander ausbildbaren Lochreihen 26 und 27 erfolgen kann.
Die Drossel 45 im oberen Bereich des zweiten Nadelteils 18.2 die den hydraulischen Raum 54 und den Federraum 44 miteinander verbindet, ist mit einem sehr kleinen Drosselquerschnitt ausgelegt. Dadurch kann das im hydraulischen Raum 54 herrschende Druckniveau möglichst lange so groß gehalten werden, dass das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 beaufschlagende Federkraft des zweiten Federelements 21 überwunden wird. Innerhalb von 720° KW der Verbrennungskraftmaschine sollte das im hydraulischen Raum 54 herrschende Druckniveau abgebaut sein.
Wie der Darstellung gemäß Fig. 3 entnommen werden kann, ist beim Anschluss 60 des Rückschlagventils 47 die Verbindung zur Steuerleitung 11 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Fig. 3 liegt die Anschlussstelle des Rückschlagventils 47 auf der anderen Seite des Kraftstoffinjektors 3.
Der Darstellung gemäß Fig. 4 ist eine weitere, dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung zu entnehmen.
Die Ausführungsvariante unterscheidet sich von den in den Figuren 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten dadurch, dass einerseits das Rückschlagventil 47, welches dem Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 zugeordnet ist, an die Steuerleitung 11 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums (Arbeitsraum) des Druckübersetzers 4 angeschlossen ist und dass im Rückschlagventil 47 weiterhin ein weiteres Rückschlagventil gegensinnig sowie eine in der das zweite Rückschlagventil 71 beaufschlagenden Leitung eine Drosselstelle 72 ausgebildet ist.
Dadurch existiert gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante keine direkte Verbindung des das zweite, innenliegende Nadelteil 18.2 beaufschlagenden Steuerraums 43 zum Niederdruckbereich. Die Befüllung des Steuerraums 43 gemäß der Ausführungsvariante in Fig. 4 erfolgt wie im Zusammenhang mit der Ausführungsvariante in Fig. 3 bereits dargestellt. Der gemäß dieser Ausführungsvariante realisierbare Hub, den das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 bis zum Erreichen des Anschlags 50 ausführt, ist aber so bemessen, dass dieser dazu ausreicht, dass sich unter dem Sitz 23 des innenliegenden, zweiten Nadelteils 18.2 des metallisch ausbildbaren Einspritzventilglieds 18 ein Druck aufbauen kann, entsprechend der in Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsvarianten.
Bei Druckentlastung der Steuerleitung 11 gemäß dieser Ausführungsvariante öffnet zunächst das zweite Rückschlagventil 71 bei Druckentlastung der Steuerleitung 11. Die Druckentlastung der Steuerleitung 11 erfolgt durch Ansteuerung des Steuerventils 32, wodurch das Servoventil 40 betätigt wird. Der Servoventilkolben des Servoventils 40 enthält einen Durchgangskanal 41, so dass in den Druckräumen des Servoventils 40 gleicher Druck, jedoch unterschiedlich wirksame hydraulische Flächen wirken.
Beim Öffnen mittels eines weiteren Rückschlagventils 71 entweicht Kraftstoff in die Steuerleitung 11, so dass das Druckniveau im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 sinkt. Das Rückschlagventil 47 öffnet erst ab einem bestimmten Druck (Systemdruck) und belastet den Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 bzw. den hydraulischen Raum 54. Bei geringeren Systemdrücken wird das Rückschlagventil 47 nicht geöffnet, so dass der Steuerraum 43 und der hydraulische Raum 54 auf Niederdruckniveau verbleiben. Bei einem Öffnen des Rückschlagventils 47 erfolgt ein Druckaufbau im zweiten Steuerraum 53 bzw. im hydraulischen Raum 54, so dass das zweite Nadelteil 18.2 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventils angehoben wird. Bei einer Entlastung der Steuerleitung 11 öffnet das weitere Rückschlagventil 71, wobei der Druckabbau im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 durch die Drosselstelle 72 verzögert bzw. verlangsamt wird. Durch die Drosselstelle 72 ist sichergestellt, dass sich das zweite Nadelteil 18.2 beim Öffnen des ersten Nadelteils 18.1 noch am Anschlag 50 befindet und an diesem mit seiner Steuerfläche 51 anliegt. Solange die Steuerleitung 11 entlastet ist, kann sich der Druck während der Einspritzung im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 bzw. im hydraulischen Raum 54 auf Niederdruckniveau abbauen.
Bei der Druckentlastung der Steuerleitung 11, so mithin während der Schließbewegung der beiden Nadelteile 18.1 bzw. 18.2 des metallisch ausgebildeten Einspritzventilglieds 18 befindet sich der innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 stets am oberen Anschlag 50, der durch die Unterseite des im Dämpfungsraum 42 verfahrbaren Steuerkolben 49 gebildet ist. Nachdem der außenliegende, erste Nadelteil 18.1 seinen Sitz 22 erreicht hat, führt der innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 noch einen Hub aus. Dieser Hubweg, d.h. das zum Erreichen des Sitzes 23 des innenliegenden, zweiten Nadelteils 18.1 erforderliche Hubweg ist sehr klein, da der Steuerraum 43 des zweiten Nadelteils 18.2 über das in seiner Schließstellung befindliche Rückschlagventil 47 von der Steuerleitung 11 getrennt ist und demzufolge kein Kraftstoff abströmen kann.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit Druckübersetzer 4 und mehrteilig ausgebildetem Einspritzventilglied 11 ist die Federkraft des das innenliegende, zweite Nadelteil 18.2 beaufschlagenden zweiten Federelements 21 etwas höher auszulegen. Aufgrund des geschlossenen Rückschlagventils 47 ist zu gewährleisten, dass ein im Steuerraum 43 für das zweite Nadelteil 18.2 noch herrschendes Restdruckniveau bei geschlossenem Schlagventil 47 in die Steuerleitung 11 noch überwunden werden kann, um den innenliegenden, zweiten Nadelteil 18.2 in seinen Sitz 23 am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 zu bewegen.
Dadurch, das gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante keine Druckstufe im Bereich des Nadelsitzes 23 des zweiten Nadelteiles 18.2 ausgebildet ist, vermögen die in einem Kraftstoffeinspritzsystem auftretende hochfrequente Schwingungen die Nadel während der Einspritzung nicht zu öffnen.
Gemäß der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten lässt sich ein gedämpftes Öffnen des innenliegenden, zweiten Nadelteiles 18.2 realisieren, so daß keine Mengensprünge im Kernfeld auftreten können. Durch die Anbindung an die Steuerleitung 11 ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass keine Druckerhöhung während der Einspritzungen auftreten können. Aufgrund der Reduktion von Druckschwingungen im System ist eine genauere Abstimmung des Öffnungsdruckes des innenliegenden, zweiten Nadelteils 18.2 gegeben, so dass reproduzierbare Einspritzungen gewährleistet sind.
Bezugszeichenliste
1
Hochdruckspeicher (Common-Rail)
2
Drossel/Rückschlagventil
3
Kraftstoffmjektor
4
Druckübersetzer
5
Hochdruckleitung
6
Arbeitsraum
7
Differenzdruckraum (Rückraum)
8
Rückstellfeder
9
Stufenkolben
10
Kompressionsraum
11
Steuerleitung
12
Druckraum
13
Zulaufdrossel
14
Befüllleitung
15
Wiederbefüllventil (RSV)
16
Hochdruckleitung
17
Düsenraum
18
mehrteiliges Einspritzventilglied
18.1
1. erstes Nadelteil (außenliegend)
18.2
2. zweites Nadelteil (innenliegend)
19
Anschlag für erstes Nadelteil
20
erstes Federelement
21
zweites Federelement
22
Sitz erstes Nadelteil 18.1
23
Sitz zweites Nadelteil 18.2
24
Ringspalt
25
Druckstufe erstes Nadelteil 18.1
26
erste Lochreihe
27
zweite Lochreihe
28
erste Umlaufnut
29
zweite Umlaufnut
30
Bohrung
31
niederdruckseitiger Rücklauf
32
Steuerventil
33
Rücklaufsteuermenge
34
Hochdruckabzweig
A1
Druckfläche
40
Servoventil
41
Durchgangskanal mit Drosselstelle
42
Dämpferraum
43
Steuerraum 2. Nadelteil 18.2
44
Federraum 2. Nadelteil 18.2
45
Drossel
46
Rückschlagventil
47
Rückschlagventil für Steuerraum 43
48
Dämpferraum-Drossel
49
Steuerkolben
50
innerer Anschlag am Steuerkolben 42 für zweites Nadelteil 18.2
51
Steuerfläche zweites Nadelteil 18.2
52
Ablaufkanal
53
Kanal
54
hydraulischer Raum
60
RSV-Anschluss an Steuerleitung 11
70
gegenläufige RSV-Anordnung
71
weiteres Rückschlagventil
72
Drosselstelle

Claims (14)

  1. Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (3) mit einem Hochdruckspeicher (1) für Kraftstoff in Verbindung steht und einen Druckübersetzer (4) umfasst und über ein Steuerventil (32) betätigbar ist sowie ein Einspritzventilglied (18) aufweist, welches in Schließrichtung durch mindestens ein Federelement (20) beaufschlagt ist und dem Einspritzventilglied (18) ein von diesen diesem unabhängig bewegbares Dämpfungselement (49) zugeordnet ist, welches einen Dämpfungsraum (42) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventilglied (18) ein erstes Nadelteil (18.1) und ein zweites Nadelteil (18.2) aufweist, wobei dem zweiten Nadelteil (18.2) ein systemdruckseitiger oder höchstdruckseitiger angebundener Steuerraum (43) zugeordnet ist.
  2. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerraum (43) für das zweite Nadelteil (18.2) ein Rückschlagventil (47) zugeordnet ist.
  3. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einspritzventilglied (18) ein Steuerkolben (49) zugeordnet ist, in welchem ein Federelement (44) für ein das zweite Nadelteil (18.2) beaufschlagendes Federelement (21) aufgenommen ist.
  4. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (49) eine Anschlagfläche (50) für das zweite Nadelteil (18.2) aufweist.
  5. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federraum (44) über einen Drosselkanal (52) mit dem niederdruckseitigen Bereich (31) des Kraftstoffinjektors (3) verbunden ist.
  6. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nadelteil (18.2) einen Drosselkanal (45) enthält, der zwischen dem Federraum (44) und dem Steuerraum (43) verläuft.
  7. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem Dämpfungsraum (42) ein mit einer Steuerleitung (11) des Druckübersetzers (4) verbundene Dämpferraumdrossel (48) zugeordnet ist.
  8. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Nadelteil (18.2) an seinem brennraumseitigen Sitz (23) druckflächenfrei ausgebildet ist.
  9. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein über den Federraum (43) druckbeaufschlagbare oder druckentlastbare hydraulischer Raum (54) durch das zweite Nadelteil (18.2) und das Dämpfungselement (49) begrenzt ist.
  10. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Steuerraum (43) zugeordnete Rückschlagventil (47) an der Höchstdruckverbindung (16) zwischen einem Kompressionsraum 10 des Druckübersetzers (4) und einem Druckraum (12) angeschlossen ist.
  11. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Steuerraum (43) zugeordnete Rückschlagventil (47) an der Steuerleitung (11) zur Betätigung des Druckübersetzers (4) angeschlossen ist.
  12. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rückschlagventil (47) ein weiteres Rückschlagventil (71) parallelgeschaltet ist.
  13. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlagventile (47, 71) gegensinnig zueinander angeordnet sind.
  14. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rückschlagventil (71) eine Drosselstelle (72) vorgeschaltet ist.
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