EP1654456A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine

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EP1654456A1
EP1654456A1 EP04738653A EP04738653A EP1654456A1 EP 1654456 A1 EP1654456 A1 EP 1654456A1 EP 04738653 A EP04738653 A EP 04738653A EP 04738653 A EP04738653 A EP 04738653A EP 1654456 A1 EP1654456 A1 EP 1654456A1
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EP
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valve
control
fuel injection
injection device
valve element
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EP04738653A
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Hans-Christoph Magel
Sebastian Kanne
Godehard Nentwig
Michael Bauer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the invention initially relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, with at least two valve elements, each having a hydraulic control surface acting in the closing direction, to which a hydraulic control chamber is assigned, with a control valve which influences the pressure in the control chamber, and with
  • Actuation devices which can act in the opening direction of the valve elements, the hydraulic opening pressures of the valve elements prevailing in the control chamber being different.
  • the invention further relates to a method for operating such a fuel injection device.
  • a fuel injection device of the type mentioned is known from DE 101 22 241 AI.
  • This shows an injection nozzle for internal combustion engines with two coaxially arranged valve elements. Both valve elements are stroke-controlled, which means that they open when the pressure of a hydraulic fluid in a control room is reduced.
  • the force of the valve elements acting in the opening direction is provided by an injection pressure acting on a corresponding pressure surface.
  • the outer valve element opens first and then the inner one Valve member. If only the outer valve element is to be opened, the pressure reduction in the control room must be stopped in good time and the pressure increased again.
  • valve elements each of which releases a certain number of fuel outlet openings, even if only a small amount of fuel is to be injected, a sufficiently long injection period with good atomization quality can be achieved, without at the same time in the case in which one large amount of fuel is to be injected, an excessively long injection duration and / or an excessively high injection pressure have to be accepted.
  • the object of the present invention is to develop a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that it can be controlled as simply as possible and yet operates reliably. At the same time, it should be possible to achieve good emission and consumption behavior when used on the corresponding internal combustion engine.
  • the object of the present invention is also a method of to further develop the type mentioned at the outset such that even if only one valve element is to be actuated, this is done as quickly as possible if necessary.
  • the first-mentioned object is achieved in a fuel injection device of the type mentioned in the introduction in that at least three different pressure levels can be set by the control valve in the control chamber, all valve elements being closed at a comparatively high pressure level, one valve element being opened at a medium pressure level, and at a comparatively low pressure level, all valve elements are open.
  • the second object is achieved in that in a fuel injection device of the above type, for opening only one valve element, the control chamber is first connected to a low-pressure connection and then simultaneously to the low-pressure connection and a high-pressure connection.
  • an additional average pressure level can be set in the control chamber, at which one valve element is already open, but at which the other valve element remains closed. In this way, even longer injection periods can be achieved with only one valve element open, which leads to favorable emission and consumption behavior of an internal combustion engine, in which the fuel injection device according to the invention is installed, particularly in part-load operation. simultaneously builds the device simply, since no separate controls for the valve elements with separate control rooms are required. If necessary, the fuel injection device can also comprise only a single control chamber.
  • the advantage of the method proposed according to the invention is that initially the pressure in the control chamber is reduced very quickly by connecting the control chamber only to the low pressure connection, but this pressure reduction is limited to the level of a by the subsequent additional connection of the control chamber to the high pressure connection corresponding intermediate pressure.
  • the second method step advantageously takes place before the valve element has reached an open end position.
  • control chamber is connected to a high pressure connection via an inlet throttle, that the control valve is connected on the one hand to the control chamber and on the other hand to a low pressure connection.
  • the fuel injection can be completely controlled with only two pressure connections, namely a high-pressure connection and a low-pressure connection, and a simple control valve. This configuration is therefore inexpensive and works reliably in operation.
  • control valve have a switching chamber with a switching element which, in a first switching position, on a first valve seat leading to the low-pressure connection is present, in a second switch position, is in contact with a second valve seat leading to a bypass channel, the bypass channel being connected to the high-pressure connection, and in a third switch position, it is not in contact with the first valve seat or the second valve seat.
  • Control valve is simple to build and is therefore inexpensive.
  • a high, a medium or a low fluid pressure can be set in the switching chamber through the bypass channel.
  • the respective final pressures in the control room result accordingly, and the speeds at which the pressure in the control room drops also result accordingly.
  • the control chamber can also be connected to the high-pressure connection via the switching chamber, so that the pressure in the control chamber rises very quickly and the valve elements close quickly. This is particularly advantageous with regard to the emission behavior.
  • control valve forms a throttle point in the third switching position towards the low-pressure connection. This enables a limitation of the fuel flow from the high pressure connection directly to the low pressure connection. As a result, less fuel needs to be delivered and a smaller fuel pump can be used.
  • control chamber is connected to the high-pressure connection
  • control valve to be connected to the control chamber via at least two control channels
  • control valve to separate all control channels from a low-pressure connection in a first switching position, and a control channel with the in a second switching position
  • Low pressure connection connects, and in a third switching position connects all control channels with the low pressure connection.
  • High-pressure connection into the control room is limited, depending on the outflow cross section, which is set by the number of selected control channels, a higher or lower pressure level in the control room. This makes it possible to set any opening time of the other valve element. In particular, at full load, both valve elements can be opened directly at the start of injection. A maximum injection quantity is thus achieved for a given injection duration.
  • This fuel injection device is technically simple to implement and therefore particularly inexpensive.
  • the control channels are identical and therefore a double outflow cross section is available when the number of control channels is doubled.
  • the control channels can also be designed differently with a very specific throttle behavior assigned to each control channel. In this way, the pressure levels prevailing in the control room can be set very precisely.
  • control room is connected to a high-pressure connection
  • control valve connects the control room to a low-pressure connection in a first switching position and separates it from it in a second switching position, and that the control valve can be controlled continuously from the first switching position into the second switching position and back.
  • only a simple 2/2-way valve is required to set the different pressure levels in the control chamber.
  • the valve is closed again shortly before the second opening valve element begins its opening movement (preferably before the first opening valve element reaches its open end position), and it is opened again shortly before the first opening valve element closes so strongly that the escaping fuel flow is throttled in an impermissible manner.
  • the mean pressure level is therefore an average of a pulsating pressure curve, which is caused by the opening and closing of the control valve.
  • a constant mean pressure level can be set by a quick successive opening and closing, for example by a clocked or pulsed control.
  • End position of the outer valve element divides the control chamber into an outer area connected to the high-pressure connection and an inner area connected to the control valve. Due to the coaxial design, the fuel injection device is very compact.
  • control chamber region assigned to the control surface of the inner valve element is separated from the inflow of fuel under high pressure by the sealing region.
  • the pressure in this area of the control room therefore drops particularly quickly so that the inner valve element opens accordingly quickly. This reduces emissions.
  • control valve switch very quickly. This can be implemented in a simple manner if the control valve comprises a piezo actuator.
  • Control valve comprises a valve body which is hydraulically coupled to the piezo actuator, leakage fuel being used as hydraulic fluid, which occurs on a guide of at least one valve element.
  • leakage fuel being used as hydraulic fluid, which occurs on a guide of at least one valve element.
  • a further advantageous embodiment of the fuel injection device according to the invention is characterized in that one valve element has a driver which acts on the other valve element in the opening direction. This ensures that the valve element that opens later opens exactly when the valve element that opened first has made a certain stroke. In certain load / speed situations of the internal combustion engine, this leads to an injection process in which particularly low emissions occur. Depending on However, pressure in the control room can also mean that the force that the driver exerts on the valve element that opens later is not sufficient to open it. In this case, the driver acts as a stop, which limits the stroke of the valve element opening first. This allows extremely small amounts of fuel to be injected.
  • the driver be designed such that it only abuts the other valve element shortly before the maximum stroke of one valve element is reached. This ensures that on the one hand only one valve element can be opened as long as it does not reach its maximum stroke, and on the other hand that the second valve element opens safely by bringing the first valve element up to the maximum stroke.
  • the configuration of the fuel injection device according to the invention in which the actuating device acting in the opening direction of the other valve element and the hydraulic control surface of the other valve element are coordinated such that this valve element only opens when an additional one acting in the opening direction from the driver of the one valve element Force is exerted. So the second
  • Valve element opens, it is therefore not only necessary to lower the pressure in the control room, but also to carry it with the valve element that opens first. This enables the control surfaces and the loading devices to be designed such that the opening pressures of the valve elements differ very significantly, which increases the reliability in the operation of the fuel injection device. drawing
  • Figure 1 is a partially sectioned view of areas of a first embodiment of a fuel injector with two coaxial valve elements
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the fuel injection device from FIG. 1 with the valve elements closed;
  • Figure 3 is a schematic illustration similar to Figure 2 during an opening process for opening both valve elements
  • FIG. 4 shows a schematic illustration similar to FIG. 2 with the valve elements open
  • Figure 5 is a schematic representation similar to Figure 2 with only one valve element open;
  • FIG. 6 shows a diagram in which a pressure curve is plotted in a control chamber of the fuel injection device from FIG. 2 during the opening and closing process shown in FIGS. 3 and 4;
  • FIG. 7 is a diagram similar to Figure 6 for the case shown in Figure 5;
  • FIG. 8 shows a diagram in which the course of the switching positions of the valve elements is plotted for the pressure course shown in FIG. ⁇ ;
  • FIG. 9 shows a diagram similar to FIG. 8 for the pressure curve plotted in FIG. 7;
  • Figure 10 is a schematic representation similar to Figure 2 of a second embodiment of a fuel injection device
  • FIG. 11 shows a diagram in which the position of a control valve and an outer valve element is plotted over time in the case of a first control variant
  • FIG. 12 shows a diagram in which the position of a control valve and an outer valve element is plotted over time for a second actuation variant
  • FIG. 13 shows a partially schematic partial section through a region of a third exemplary embodiment of a fuel injection device
  • FIG. 14 shows a partial area of a modified embodiment of the fuel injection device from FIG. 13.
  • FIG. 15 shows a partial area of a further modified embodiment of the fuel injection device from FIG. 13.
  • a fuel injection device bears the reference number 10 overall. It comprises a housing 12, which in turn consists, among other things, of a nozzle body 14. In this two are coaxial to each other
  • Valve elements 16 and 18 arranged. Both valve elements 16 and 18 each have a conical pressure surface 20 or 22 at their lower end in FIG. 1, which bears against a corresponding sealing edge 24 or 26 on the housing when the valve element 16 or 18 is closed.
  • the upper end of the inner valve element 16 in FIG. 1 is designed as a push rod with a circular control surface 32. If both valve elements 16 and 18 abut the corresponding sealing edges 24 and 26, approximately the same height as the control surface 32 of the inner valve element 16 is a corresponding annular control surface 34 of a push rod of the outer valve element 18. A part of the annular control surface 34 is conical and is delimited radially inwards by a sealing area 36, the function of which is explained in more detail below.
  • the control surfaces 32 and 34 delimit a common hydraulic control chamber 38, which is further enclosed by the nozzle body 14 and a counterpart 40.
  • a valve spring 41 acts on the outer valve element 18 in the closing direction.
  • the fuel injection device 10 also has a high-pressure connection 42, which is only symbolically shown in FIG. 1 and is usually connected to a fuel collecting line (not shown) of a co-rail injection system during operation of the fuel injection device 10. From the high-pressure connection 42, a channel 44 running in total in the longitudinal direction of the fuel injection device 10 leads to an annular pressure space 46 at the lower end of the fuel injection device 10, which, when the outer valve element 18 is closed, extends from the area of the pressure surface 22 lying radially outward from the sealing edge 26 of the outer valve element 18 is limited.
  • annular groove 50 is made in the end face facing the counterpart 40 and is connected to the channel 44 via a branch channel 52.
  • a high-pressure channel 54 is formed, which connects the annular groove 50 to the control chamber 38.
  • the high-pressure duct 54 comprises an inlet throttle 56.
  • the fuel injection device 10 also has a likewise only schematically shown in Figure 1
  • Low pressure connection 58 on. During operation of the fuel injection device 10, this is usually connected to a return line (not shown) which leads back to a fuel tank. At the low-pressure connection 58, there is approximately ambient pressure during operation of the fuel injection device 10, whereas a very high pressure of up to 2000 bar is present at the high-pressure connection 42.
  • the low-pressure connection 58 leads to a switching chamber 60, which will be discussed in more detail below.
  • a control channel 62 leads from the switching chamber 60 to the control chamber 38.
  • An outflow throttle 64 is present in the control channel 62.
  • a bypass duct 68 leads from the switching chamber 60 via a throttle point 66 to the annular groove 50, which is connected to the high-pressure connection 42.
  • the bypass channel 68 is realized by two bore sections 68a and 68b which are at an angle to one another.
  • a cylindrical switching element 70 of a 3/3 switching valve 72 is arranged in the switching chamber 60.
  • the switching element 70 is pressed by a valve spring 74 against a first valve seat 76, which is formed in the switching chamber 60 towards the low-pressure connection 58.
  • the switching element 70 is coupled to an actuating rod 78, which can be actuated by a piezo actuator 80. In this way, the switching element 70 can be pressed against the force of the valve spring 74 against a second valve seat 82 which is formed in the switching chamber 60 towards the bypass channel 68.
  • the fuel injector 10 operates as follows:
  • FIG. 1 and 2 show an operating state of the fuel injection device 10 in which the 3/3 switching valve 72 is in a first switching position 84, in which the switching element 70 bears against the first valve seat 76 and is lifted off the second valve seat 82 ,
  • the fuel high pressure applied to the high pressure connection 42 is on the one hand via the high pressure channel 54 and on the other hand also via the annular groove 50, the bypass channel 68, the switching chamber 60, and the control channel 62 transferred into the control room 38.
  • the control chamber 38 therefore has the high fuel pressure also present at the high-pressure connection 42. Accordingly, hydraulic forces act on the control surfaces 32 and 34 in the closing direction of the valve elements 16 and 18. In addition, the outer valve element 18 is acted upon by the valve spring 41 in the closing direction.
  • the control surfaces 32 and 34 are dimensioned such that the inner valve element 16 against the combustion chamber pressure and the outer valve element 18 against the combustion chamber pressure and the high fuel pressure acting on the pressure surface 22 is held securely in the closed position.
  • the 3/3 switching valve 72 is brought into a second switching position 86, in which it rests on the second valve seat 82.
  • Switching chamber 60 to the high-pressure connection 42 is interrupted, and instead the switching chamber 60 and thereby also the control channel 62 are connected to the low-pressure connection 58. Therefore, fuel can now flow out of the control chamber 38 via the outflow throttle 64 to the low-pressure connection 58.
  • Sealing edge 24 lifts off (reference number 92 in FIG. 6 or 93 in FIG. 8). Fuel can now also exit from the fuel outlet channels 30. This is shown in Figure 4.
  • the pressure in the control chamber 38 overall drops to approximately one third of its original value. This value is set by appropriate dimensioning of the inlet throttle 56 and the outlet throttle 64.
  • the outer valve element 18 remains securely in the open position since the sealing area or the sealing edge 36 is somewhat spaced from the radially inner edge of the control surface 34, so that a very large area of the control surface 34 is located on the area radially inside of the sealing edge 36 lower
  • Control pressure is present.
  • the sealing edge 36 can be designed in such a way that the seal between the radially outer and the radially inner region of the control chamber 38 is not absolute, that is to say fuel can flow out from the radially outer region of the control chamber 38 and there ensures a corresponding pressure reduction.
  • the injection is ended by the switching element 70 being brought back into contact with the first valve seat 76 (switching position 84).
  • the switching chamber 60 is separated from the low-pressure connection 58 and reconnected to the high-pressure connection 42 via the bypass duct 68.
  • the control chamber 38 is reconnected to the high-pressure connection 42 via the control channel 62 and the high-pressure channel 54, which leads to a very rapid increase in pressure (reference number 94) in the control chamber 38.
  • Both valve elements 16 and 18 subsequently close almost simultaneously (reference numerals 96 and 98 in FIG. 8).
  • the 3/3 switching valve 72 is brought into a third switching position 100, in which its switching element 70 is in one
  • the switching chamber 60 is connected on the one hand to the low pressure connection 58 and on the other hand also to the high pressure connection 42 via the bypass duct 68. A pressure is therefore established in the switching chamber 60 which is below the high fuel pressure at the high-pressure connection 42, but above that pressure which prevails in the switching chamber 60 in the switching position of the 3/3 switching valve 72 shown in FIGS. 3 and 4.
  • the pressure By connecting the switching chamber 60 to the control chamber 38 via the control channel 62, the pressure also drops in the control chamber 38 (reference number 88 in FIG. 7), but also not as strong as in the second switching position 86 of the 3/3 switching valve shown in FIGS. 3 and 4 or 6 and 8.
  • the corresponding area of the pressure curve has the reference symbol 102 in FIG. 7. It can be seen that the pressure drops to approximately half of the initial pressure.
  • the pressure drop in the control chamber 38 is sufficiently strong that the outer valve element 18 lifts off the sealing edge 26 due to the hydraulic force acting on the pressure surface 22 (reference number 89 in FIG. 9), so that the fuel from the pressure chamber 46 to the fuel outlet channels 28 can flow and emerge from it.
  • the valve element 18 moves until it comes into contact with the sealing edge 36 on the counterpart 40 (reference number 90 in FIG. 7), which brings about a further reduction in pressure in the control chamber 38, which, however, is not so strong that the inner valve element 16 opens.
  • the 3/3 switching valve 72 can also first be brought into the second switching position 86, in which the switching element 70 rests on the second valve seat 82. Even before the outer valve element 18 comes into contact with the sealing area 36 on the counterpart 40, the 3/3 switching valve 72 is then brought into the third switching position 100, which prevents the pressure in the control chamber 38 from dropping too much.
  • FIG. 10 A modified embodiment of a fuel injection device 10 is shown in FIG. 10.
  • elements and areas that have equivalent functions to elements and areas shown in the previous figures have the same reference numerals. They are not explained in detail again.
  • the fuel injection device 10 shown in FIG. 10 differs from the fuel injection device described above only in the configuration of the switching valve 72: this is not designed as a 3/3 switching valve but as a 3/2 switching valve.
  • a first switching position 84 it can connect the high-pressure connection 42 directly to the control chamber 38 via the annular groove 50 and the bypass duct 68 and the control duct 62.
  • the control chamber 38 therefore has the maximum pressure which corresponds to the pressure prevailing at the high-pressure connection 42.
  • the control chamber 38 is connected to the low-pressure connection 58 via the outflow throttle 64 and the control channel 62. In this switching position there is therefore a comparatively low pressure in the control chamber 38 which results from the design of the outflow throttle 64 and the inflow throttle 56.
  • both valve elements 16 and 18 are closed at high pressure in control chamber 38. At low pressure, both valve elements 16 and 18 are open. If only the outer valve element 18 is to be open, a middle one must be in the control chamber 38 Pressure level can be set. In the fuel injection device 10 shown in FIG. 10, such an average pressure level is brought about by a successive and continuous opening and closing of the switching valve 72.
  • Pressure surface 22 (see FIG. 1) is throttled, the switching valve 72 is brought back into the open switching position 86. In this way, an average pressure level is established in the control chamber 38, at which the outer valve element 18 is open, but the inner valve element 16 is still closed.
  • a 2/2 switching valve is used instead of the 3/2 switching valve 72 shown in FIG.
  • the switching valve 72 it is also possible for the switching valve 72 to be opened and closed with a very fast switching frequency (curve 96 in FIG. 12), for example in the case of a pulsed or clocked activation. The flow cannot follow this so quickly, so that the control pressure does not fluctuate strongly, but rather a relatively constant mean pressure. Accordingly, the outer valve element takes a relatively constant middle position (curve 98) just before the stop (horizontal dashed line).
  • FIG. 1 Another possible embodiment of a fuel injection device 10 is shown in FIG. This also has a 3/3 switching valve 72, but there is no bypass channel. Instead, run from the
  • Switching chamber 60 two parallel control channels 62a and 62b to the control chamber 38.
  • One control channel 62a opens into the switching chamber 60 at the second valve seat 82. When the switching valve 72 is open, this control channel 62a is therefore closed.
  • the second control channel 62b opens laterally next to the switching element 70 into the switching chamber 60.
  • Both control channels 62a and 62b comprise outflow throttles 64a and 64b, the throttling effect of which is different.
  • the switching element 70 is furthermore not directly coupled to the piezo actuator 80, but by means of a hydraulic booster 104.
  • This comprises a booster chamber 106, into which a cylindrical booster element 108 projects on one side, which extends over the actuating rod 78 is connected to the switching element 70.
  • a translation body 110 coupled to the piezo actuator 80 also projects into the translation chamber 106.
  • the diameter of the Translation body 110 is larger than that of translator element 109.
  • the translation chamber 106 is filled with fuel.
  • the booster chamber 106 is connected to a leakage line 116 via a branch line 112, in which a check valve 114 is arranged. This leads to the low-pressure connection 58.
  • a corresponding branch line 118 also leads to the switching valve 72 and to an annular space 120, in which the compression spring 41 is arranged, and into which, via a leakage channel 122, leakage fluid can pass, which from the control chamber 38 through the gap between the upper areas of the two valve elements 16 and 18 passes.
  • the booster chamber 106 is supplied with the leakage fluid flowing out of the control valve 72 and the annular space 120.
  • a change in length of the piezo actuator 80 leads to a stroke of the switching element 70 which is greater than the change in length of the piezo actuator 80. If the switching element 70 is in contact with the first valve seat 76, the two control channels 62a and 62b separated from the low pressure connection 58. A high pressure therefore prevails in the control chamber 38 and the two valve elements 16 and 18 are closed.
  • the switching valve 72 If the switching valve 72 is opened in such a way that the switching element 70 is positioned between the first valve seat 76 and the second valve seat 82, fuel can flow out of the control chamber 38 via both control channels 62a and 62b to the low-pressure connection 58. The pressure in the control chamber 38 therefore drops sharply, so that both valve elements 16 and 18 open. If, on the other hand, the switching element 70 is brought into a position in which it rests on the second valve seat 82, the control channel 62a is closed. Fuel can only flow out of the control chamber 38 to the low-pressure connection 58 via the control channel 62b.
  • the outflow throttle 64b and the inflow throttle 56 are coordinated with one another such that in this case an average pressure level is established in the control chamber 38, at which the outer valve element 18 opens but the inner valve element 16 remains closed.
  • FIG. 14 A further modified embodiment is shown in FIG. 14. The differences relate to the end regions of the valve elements 16 and 18. It can be seen that an annular collar 124 is formed on the inner valve element 16 and is positioned in a recess 126 in the end region of the outer valve element 118. In the rest position, when both valve elements 16 and 18 are closed, the axial end faces of the recess 126 are slightly spaced from the ring collar.
  • the fuel injection device shown in FIG. 14 works similarly to that of FIG. 13. However, if the outer valve element 18 is opened, the lower edge surface of the recess 126 in FIG. 14 comes into contact with the
  • Valve element 18 therefore acts as a driver for the inner valve element 16.
  • the axial position of the collar 124 and the recess 126 are coordinated so that the lower edge of the recess 126 only abuts the annular collar 124 of the inner valve element 16 shortly before the maximum stroke of the outer valve element 18 is reached.
  • a stepped injection rate (“boot injection”) can be achieved, which enables a reduction in the emissions of the internal combustion engine in which the fuel injection device 10 is used.
  • the control surface 32 of the inner valve element 16 is also designed such that even when both control channels 62a and 62b are "activated", that is, when the minimum possible pressure prevails in the control chamber 38, the inner valve element 16 only opens when the recess 126 abuts ring collar 124.
  • FIG. 15 A further modified embodiment of a fuel injection device 10 is shown in FIG. 15:
  • the valve elements 16 and 18 are made in one piece.
  • the control chamber 38 is not delimited radially by the housing 12, but by a sleeve 128 which has a sealing edge (without reference number) at its upper edge in FIG. 15. This sealing edge is pressed by the compression spring 41 against the housing surface opposite the control surfaces 32 and 34 of the valve elements 16 and 18 (without reference numerals).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine, welche zwei Ventilelemente (16, 18) umfasst, die jeweils eine in Schliessrichtung wirkende hydraulische Steuerfläche (32, 34) aufweisen. Diesen ist ein hydraulischer Steuerraum (38) zugeordnet ist. Ferner ist ein Steuerventil (72) vorhanden, welches den Druck in dem Steuerraum (38) beeinflusst, sowie Beaufschlagungseinrichtungen (20, 22), welche in Öffnungsrichtung der Ventilelemente (16, 18) wirken können. Die im Steuerraum (38) herrschenden hydraulischen Öffnungsdrücke der Ventilelemente (16, 18) sind unterschiedlich. Es wird vorgeschlagen, dass durch das Steuerventil (72) im Steuerraum (38) mindestens drei unterschiedliche Druckniveaus eingestellt werden können, wobei bei einem vergleichsweise hohen Druckniveau alle Ventilelemente (16, 18) geschlossen, bei einem mittleren Druckniveau ein Ventilelement (18) geöffnet, und bei einem vergleichsweise niedrigen Druckniveau alle Ventilelemente (16, 18) geöffnet sind.

Description

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei Ventilelementen, welche jeweils eine in Schließrichtung wirkende hydraulische Steuerfläche aufweisen, denen ein hydraulischer Steuerraum zugeordnet ist, mit einem Steuerventil, welches den Druck in dem Steuerraum beeinflusst, und mit
Beaufschlagungseinrichtungen, welche in Öffnungsrichtung der Ventilelemente wirken können, wobei die im Steuerraum herrschenden hydraulischen Öffnungsdrücke der Ventilelemente unterschiedlich sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung.
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 101 22 241 AI bekannt. Diese zeigt eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit zwei koaxial angeordneten Ventilelementen. Beide Ventilelemente sind hubgesteuert, das heißt, sie öffnen, wenn der Druck eines Hydraulikfluids in einem Steuerraum abgesenkt wird. Die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft der Ventilelemente wird durch einen an einer entsprechenden Druckfläche angreifenden Einspritzdruck bereitgestellt. Dabei öffnet das äußere Ventilelement zuerst und dann das innere Ventilelement. Soll nur das äußere Ventilelement geöffnet werden, muss die Druckabsenkung im Steuerraum rechtzeitig beendet und der Druck wieder erhöht werden.
Die Gründe für die Realisierung von Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen mit mehreren Ventilelementen sind folgende:
Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen ist zur Senkung der Emissionen und zur Steigerung des Wirkungsgrads erforderlich, den Kraftstoff möglichst fein zerstäubt in die entsprechenden Brennräume der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Einspritzdruck, mit dem der Kraftstoff in die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung gelangt, hoch ist.
Durch die Verwendung von mehreren Ventilelementen, welche jeweils eine gewisse Anzahl von Kraftstoff- Austrittsöffnungen freigeben, kann auch dann, wenn nur eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll, eine ausreichend lange Einspritzdauer bei guter Zerstäubungsqualität erzielt werden, ohne gleichzeitig in jenem Fall, in dem eine große Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll, eine übermäßig lange Einspritzdauer und/oder einen übermäßig hohen Einspritzdruck in Kauf nehmen zu müssen.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie möglichst einfach angesteuert werden kann und dennoch zuverlässig arbeitet. Gleichzeitig soll bei ihrem Einsatz an der entsprechenden Brennkraftmaschine ein gutes Emissions- und Verbrauchsverhalten erzielt werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass auch dann, wenn nur ein Ventilelement betätigt werden soll, dies erforderlichenfalls möglichst schnell geschieht.
Die erstgenannte Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass durch das Steuerventil im Steuerraum mindestens drei unterschiedliche Druckniveaus eingestellt werden können, wobei bei einem vergleichsweise hohen Druckniveau alle Ventilelemente geschlossen, bei einem mittleren Druckniveau ein Ventilelement geöffnet, und bei einem vergleichsweise niedrigen Druckniveau alle Ventilelemente geöffnet sind.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die zweitgenannte Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der obigen Art zum Öffnen nur eines Ventilelements zunächst der Steuerraum mit einem Niederdruckanschluss und dann gleichzeitig mit dem Niederdruckanschluss und einem Hochdruckanschluss verbunden wird.
Vorteile der Erfindung
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kann ein zusätzliches mittleres Druckniveau im Steuerraum eingestellt werden, bei dem das eine Ventilelement bereits geöffnet ist, bei dem das andere Ventilelement aber geschlossen bleibt. Auf diese Weise können auch längere Einspitzdauern mit nur einem geöffneten Ventilelement realisiert werden, was besonders im Teillastbetrieb zu einem günstigen Emissions- und Verbrauchsverhalten einer Brennkraftmaschine führt, in die die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eingebaut ist. Gleichzeitig baut die Vorrichtung einfach, da keine getrennten Ansteuerungen für die Ventilelemente mit voneinander getrennten Steuerräumen erforderlich ist. Gegebenenfalls kann die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung auch nur einen einzigen Steuerraum umfassen.
Der Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, dass zunächst durch die Verbindung des Steuerraums nur mit dem Niederdruckanschluss der Druck im Steuerraum sehr schnell abgesenkt wird, durch die anschließende zusätzliche Verbindung des Steuerraums mit dem Hochdruckanschluss diese Druckabsenkung jedoch begrenzt wird, nämlich auf das Niveau eines entsprechenden Zwischendrucks. Der zweite Verfahrensschritt erfolgt vorteilhafterweise, bevor das Ventilelement eine geöffnete Endstellung erreicht hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in ünteransprüchen angegeben.
Zunächst wird vorgeschlagen, dass der Steuerraum über eine Zulaufdrossel mit einem Hochdruckanschluss verbunden ist, dass das Steuerventil einerseits mit dem Steuerraum und andererseits mit einem Niederdruckanschluss verbunden ist. Bei einer derartigen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung kann mit nur zwei Druckanschlüssen, nämlich einem Hochdruckanschluss und einem Niederdruckanschluss, und einem einfachen Steuerventil die Kraftstoffeinspritzung komplett gesteuert werden. Diese Ausgestaltung ist daher preiswert und arbeitet im Betrieb zuverlässig.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Steuerventil eine Schaltkämmer mit einem Schaltelement aufweist, welches in einer ersten Schaltstellung an einem zum Niederdruckanschluss führenden ersten Ventilsitz anliegt, in einer zweiten Schaltstellung an einem zu einem Bypasskanal führenden zweiten Ventilsitz anliegt, wobei der Bypasskanal mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist, und in einer dritten Schaltstellung weder am ersten Ventilsitz noch am zweiten Ventilsitz anliegt. Ein solches
Steuerventil baut einfach und ist daher preiswert.
Durch den Bypasskanal kann in der Schaltkammer ein hoher, ein mittlerer, oder ein niedriger Fluiddruck eingestellt werden. Entsprechend ergeben sich die jeweiligen Enddrücke im Steuerraum, und entsprechend ergeben sich auch die Geschwindigkeiten, mit denen der Druck im Steuerraum abfällt. Darüber hinaus kann durch die Verbindung der Schaltkammer mit dem Hochdruckanschluss am Ende einer Einspritzung der Steuerraum auch über die Schaltkammer mit dem Hochdruckanschluss verbunden werden, so dass der Druck im Steuerraum sehr schnell ansteigt und die Ventilelemente schnell schließen. Dies ist im Hinblick auf das Emissionsverhalten besonders vorteilhaft.
In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Steuerventil in der dritten Schaltstellung zum Niederdruckanschluss hin eine Drosselstelle bildet. Dies ermöglicht eine Begrenzung des KraftstoffStroms vom Hochdruckanschluss direkt zum Niederdruckanschluss hin. In der Folge muss weniger Kraftstoff gefördert werden, und es kann eine kleinere Kraftstof pumpe zum Einsatz kommen.
Möglich ist auch, dass der Steuerraum mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist, dass das Steuerventil über mindestens zwei Steuerkanäle mit dem Steuerraum verbunden ist, und dass das Steuerventil in einer ersten Schaltstellung alle Steuerkanäle von einem Niederdruckanschluss trennt, in einer zweiten Schaltstellung einen Steuerkanal mit dem Niederdruckanschluss verbindet, und in einer dritten Schaltstellung alle Steuerkanäle mit dem Niederdruckanschluss verbindet.
Da der maximale Zustrom von Kraftstoff vom
Hochdruckanschluss in den Steuerraum hinein begrenzt ist, stellt sich je nach Abströmquerschnitt, der durch die Anzahl der ausgewählten Steuerkanäle eingestellt wird, ein höheres oder niedrigeres Druckniveau im Steuerraum ein. Dies ermöglicht es, einen beliebigen Öffnungszeitpunkt des anderen Ventilelements einstellen zu können. Insbesondere können bei Volllast beide Ventilelemente direkt bei Einspritzbeginn geöffnet werden. Damit wird eine maximale Einspritzmenge bei gegebener Einspritzdauer erreicht.
Diese Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist technisch einfach zu realisieren und daher besonders preiswert. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Steuerkanäle identisch sind und daher bei einer Verdopplung der Anzahl von Steuerkanälen ein doppelter Abströmquerschnitt zur Verfügung steht. Man kann die Steuerkanäle aber auch unterschiedlich ausgestalten mit einem jedem Steuerkanal zugeordneten ganz bestimmten Drosselverhalten. Auf diese Weise können die im Steuerraum herrschenden Druckniveaus sehr präzise eingestellt werden.
Eine weitere, einfach zu realisierende Möglichkeit, unterschiedliche Druckniveaus im Steuerraum zu realisieren, besteht darin, dass der Steuerraum mit einem Hochdruckanschluss verbunden ist, dass das Steuerventil den Steuerraum in einer ersten Schaltstellung mit einem Niederdruckanschluss verbindet und in einer zweiten Schaltstellung von diesem trennt, und dass das Steuerventil fortgesetzt von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und zurück steuerbar ist. Bei dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist für die Einstellung der unterschiedlichen Druckniveaus im Steuerraum nur ein einfaches 2/2-Schaltventil erforderlich. Im einfachsten Fall wird das Ventil wieder geschlossen, kurz bevor das als zweites öffnende Ventilelement seine Öffnungsbewegung beginnt (vorzugsweise, bevor das zuerst öffnende Ventilelement seine geöffnete Endstellung erreicht) , und es wird wieder geöffnet, kurz bevor das zuerst öffnende Ventilelement so stark schließt, dass der austretende Kraftstoffstrom in unzulässiger Weise gedrosselt wird. Bei dem mittleren Druckniveau handelt es sich also um einen Mittelwert eines pulsierenden Druckverlaufs, welcher durch das Öffnen und Schließen des Steuerventils verursacht wird. Durch ein schnell aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen, beispielsweise durch eine getaktete oder gepulste Ansteuerung, kann alternativ ein konstantes mittleres Druckniveau eingestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung sieht vor, dass die Ventilelemente koaxial sind und eine axiale Begrenzungsfläche des Steuerraums einen umlaufenden Dichtbereich aufweist, welcher in einer geöffneten
Endstellung des äußeren Ventilelements den Steuerraum in einen äußeren, mit dem Hochdruckanschluss verbundenen Bereich, und einen inneren, mit dem Steuerventil verbundenen Bereich unterteilt. Durch die koaxiale Bauweise baut die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung sehr kompakt.
Durch den Dichtbereich wird in der geöffneten Endstellung des äußeren Ventilelements der der Steuerfläche des inneren Ventilelements zugeordnete Steuerraumbereich vom Zustrom unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs getrennt. Der Druck in diesem Steuerraumbereich fällt daher besonders schnell ab, so dass das innere Ventilelement entsprechend schnell öffnet. Dies verringert die Emissionen.
Bei allen oben angegebenen Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen ist es wünschenswert, dass das Steuerventil sehr schnell schaltet. Dies kann dann auf einfache Art und Weise realisiert werden, wenn das Steuerventil einen Piezoaktor umfasst.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das
Steuerventil einen Ventilkörper umfasst, der hydraulisch mit dem Piezoaktor gekoppelt ist, wobei als Hydraulikfluid Leckagekraftstoff verwendet wird, welcher an einer Führung mindestens eines Ventilelements auftritt. Durch die hydraulische Kopplung kann der vergleichsweise geringe Hub des Piezoaktors im Sinne einer hydraulischen Übersetzung verstärkt werden. Ein entsprechender Ventilkörper des Steuerventils kann daher beim Öffnen einen ausreichenden Strömungsquerschnitt freigeben, ohne große Abmessungen aufzuweisen. Durch die Verwendung des ohnehin vorhandenen Leckagekraftstoffs für die hydraulische Kopplung kann auf eine zusätzliche Fluidversorgung verzichtet werden. Diese Kraftstoff-Einspritzvorrichtung baut daher dennoch kompakt und vergleichsweise preiswert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ventilelement einen in Öffnungsrichtung auf das andere Ventilelement wirkenden Mitnehmer aufweist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das später öffnende Ventilelement genau dann öffnet, wenn das zuerst öffnende Ventilelement einen bestimmten Hub gemacht hat. Bei bestimmten Last-/Drehzahlsituationen der Brennkraftmaschine führt dies zu einem Einspritzverlauf, bei dem besonders geringe Emissionen auftreten. Je nach Druck im Steuerraum kann es aber auch sein, dass die Kraft, die der Mitnehmer auf das später öffnende Ventilelement ausübt, nicht ausreicht, um dieses zu öffnen. In diesem Fall wirkt der Mitnehmer als Anschlag, der den Hub des zuerst öffnenden Ventilelements begrenzt. Dies gestattet die Einspritzung äußerst kleiner Kraftstoffmengen.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Mitnehmer so ausgebildet ist, dass er erst kurz vor Erreichen des Maximalhubs des einen Ventilelements an das andere Ventilelement anstößt. Hierdurch wird sichergestellt, dass einerseits nur ein Ventilelement geöffnet sein kann, solange dieses seinen Maximalhub nicht erreicht, und dass andererseits das zweite Ventilelement sicher öffnet, indem das erste Ventilelement bis zum Maximalhub gebracht wird.
Besonders bevorzugt ist dabei jene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, bei welcher die in Öffnungsrichtung des anderen Ventilelements wirkende Beaufschlagungseinrichtung und die hydraulische Steuerfläche des anderen Ventilelements so abgestimmt sind, dass dieses Ventilelement erst öffnet, wenn zusätzlich vom Mitnehmer des einen Ventilelements eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft ausgeübt wird. Damit das zweite
Ventilelement öffnet, ist daher nicht nur eine Absenkung des Drucks im Steuerraum erforderlich, sondern zusätzlich die Mitnahme durch das zuerst öffnende Ventilelement. Dies ermöglicht eine Auslegung der Steuerflächen und der Beaufschlagungseinrichtungen so, dass die Öffnungsdrücke der Ventilelemente sich sehr deutlich unterscheiden, was die Zuverlässigkeit im Betrieb der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung erhöht. Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine teilweise geschnittene Darstellung von Bereichen eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit zwei koaxialen Ventilelementen;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 1 bei geschlossenen Ventilelementen;
Figur 3 eine schematische Darstellung ähnlich Figur 2 während eines Öffnungsvorgangs zum Öffnen beider Ventilelemente;
Figur 4 eine schematische Darstellung ähnlich Figur 2 mit geöffneten Ventilelementen;
Figur 5 eine schematische Darstellung ähnlich Figur 2 mit nur einem geöffneten Ventilelement;
Figur 6 ein Diagramm, in dem ein Druckverlauf in einem Steuerraum der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Figur 2 während des in den Figuren 3 und 4 gezeigten Öffnungs- und Schließvorgangs aufgetragen ist;
Figur 7 ein Diagramm ähnlich Figur 6 für den in Figur 5 gezeigten Fall; Figur 8 ein Diagramm, in dem der Verlauf der Schaltstellungen der Ventilelemente für den in Figur β gezeigten Druckverlauf aufgetragen ist;
Figur 9 ein Diagramm ähnlich Figur 8 für den in Figur 7 aufgetragenen Druckverlauf;
Figur 10 eine schematische Darstellung ähnlich Figur 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;
Figur 11 ein Diagramm, in dem die Stellung eines Steuerventils und eines äußeren Ventilelements über der Zeit bei einer ersten Ansteuervariante aufgetragen ist;
Figur 12 ein Diagramm, in dem die Stellung eines Steuerventils und eines äußeren Ventilelements über der Zeit bei einer zweiten Ansteuervariante aufgetragen ist;
Figur 13 einen teilweise schematischen Teilschnitt durch einen Bereich eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung;
Figur 14 ein Teilbereich einer abgewandelten Ausführungsform der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 13; und
Figur 15 ein Teilbereich einer nochmals abgewandelten Ausführungsform der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 13.
Beschreibung der Ausführungsbeispie-le In Figur 1 trägt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Gehäuse 12, welches wiederum unter anderem aus einem Düsenkörper 14 besteht. In diesem sind zwei zueinander koaxiale
Ventilelemente 16 und 18 angeordnet. Beide Ventilelemente 16 und 18 weisen an ihrem in Figur 1 unteren Ende jeweils eine konische Druckfläche 20 beziehungsweise 22 auf, die bei geschlossenem Ventilelement 16 beziehungsweise 18 an einer entsprechenden gehäuseseitigen Dichtkante 24 beziehungsweise 26 anliegt. Von einem zwischen den beiden Dichtkanten 24 und 26 vorhandenen Ringraum (ohne Bezugszeichen) führen mehrere über den Umfang des Düsenkörpers 14 verteilt angeordnete Kraftstoff- Austrittskanäle 28 nach außen. Ferner führen von einem im Düsenkörper 14 an dessen unterem Ende vorhandenen Sackloch (ohne Bezugszeichen) ebenfalls über den Umfang des Düsenkörpers 14 verteilt angeordnete Kraftstoff- Austrittskanäle 30 nach außen.
Das in Figur 1 obere Ende des inneren Ventilelements 16 ist als Druckstange mit einer kreisförmigen Steuerfläche 32 ausgebildet. Wenn beide Ventilelemente 16 beziehungsweise 18 an den entsprechenden Dichtkanten 24 und 26 anliegen, liegt in etwa auf gleicher Höhe wie die Steuerfläche 32 des inneren Ventilelements 16 eine entsprechende ringförmige Steuerfläche 34 einer Druckstange des äußeren Ventilelements 18. Ein Teil der ringförmigen Steuerfläche 34 ist konisch und wird nach radial innen von einem Dichtbereich 36 begrenzt, dessen Funktion weiter unten genauer erläutert wird. Die Steuerflächen 32 und 34 begrenzen einen gemeinsamen hydraulischen Steuerraum 38, der ferner vom Düsenkörper 14 und einem Gegenstück 40 umschlossen wird. Eine Ventilfeder 41 beaufschlagt das äußere Ventilelement 18 in Schließrichtung. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 weist ferner einen in Figur 1 nur symbolisch dargestellten Hochdruckanschluss 42 auf, der im Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 üblicherweise an eine Kraftstoff-Sammelleitung (nicht dargestellt) eines Co mon-Rail-Einspritzsystems angeschlossen ist. Vom Hochdruckanschluss 42 führt ein insgesamt in Längsrichtung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 verlaufender Kanal 44 bis zu einem ringförmigen Druckraum 46 am unteren Ende der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10, der bei geschlossenem äußeren Ventilelement 18 von dem radial auswärts von der Dichtkante 26 liegenden Bereich der Druckfläche 22 des äußeren Ventilelements 18 begrenzt wird.
In einem in Figur 1 oberhalb des Gegenstücks 40 angeordneten Gehäusestück 48 ist in die zum Gegenstück 40 weisende Stirnfläche eine Ringnut 50 eingebracht, die über einen Stichkanal 52 mit dem Kanal 44 verbunden ist. Im Gegenstück 40 ist ein Hochdruckkanal 54 ausgebildet, welcher die Ringnut 50 mit dem Steuerraum 38 verbindet. Der Hochdruckkanal 54 umfasst eine Zulaufdrossel 56.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 weist ferner einen in Figur 1 ebenfalls nur schematisch dargestellten
Niederdruckanschluss 58 auf. Dieser ist im Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 üblicherweise mit einer Rücklaufleitung (nicht dargestellt) verbunden, die zu einem Kraftstoffbehälter zurückführt. Am Niederdruckanschluss 58 herrscht daher im Betrieb der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 in etwa Umgebungsdruck, wohingegen am Hochdruckanschluss 42 ein sehr hoher Druck von bis zu 2000 bar anliegt. Der Niederdruckanschluss 58 führt zu einer Schaltkammer 60, auf die weiter unten im Detail eingegangen werden wird. Von der Schaltkammer 60 führt im Gegenstück 40 ein Steuerkanal 62 zum Steuerraum 38. Im Steuerkanal 62 ist eine Abströmdrossel 64 vorhanden. Von der Schaltkammer 60 führt ferner über eine Drosselstelle 66 ein Bypasskanal 68 zur Ringnut 50, die mit dem Hochdruckanschluss 42 in Verbindung steht. Der Bypasskanal 68 ist durch zwei in einem Winkel zueinander stehende Bohrungsabschnitte 68a und 68b realisiert.
In der Schaltkammer 60 ist ein zylindrisches Schaltelement 70 eines 3/3-Schaltventils 72 angeordnet. Das Schaltelement 70 wird von einer Ventilfeder 74 gegen einen ersten Ventilsitz 76 gedrückt, der in der Schaltkammer 60 zum Niederdruckanschluss 58 hin ausgebildet ist. Das Schaltelement 70 ist an eine Betätigungsstange 78 gekoppelt, welche von einem Piezoaktor 80 betätigt werden kann. Auf diese Weise kann das Schaltelement 70 gegen die Kraft der Ventilfeder 74 gegen einen zweiten Ventilsitz 82 gedrückt werden, der in der Schaltkammer 60 zum Bypasskanal 68 hin ausgebildet ist.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 arbeitet folgendermaßen:
In den Figuren 1 und 2 ist ein Betriebszustand der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 dargestellt, in dem das 3/3-Schaltventil 72 sich in einer ersten Schaltstellung 84 befindet, in der das Schaltelement 70 am ersten Ventilsitz 76 anliegt und vom zweiten Ventilsitz 82 abgehoben ist. In diesem Fall wird der am Hochdruckanschluss 42 anliegende Kraftstoff-Hochdruck einerseits über den Hochdruckkanal 54 und andererseits aber auch über die Ringnut 50, den Bypasskanal 68, die Schaltkammer 60, und den Steuerkanal 62 in den Steuerraum 38 übertragen. Im Steuerraum 38 herrscht daher der auch am Hochdruckanschluss 42 anliegende hohe Kraftstoffdruck. Entsprechend wirken an den Steuerflächen 32 und 34 in Schließrichtung der Ventilelemente 16 und 18 wirkende hydraulische Kräfte. Zusätzlich wird das äußere Ventilelement 18 noch von der Ventilfeder 41 in Schließrichtung beaufschlagt. Die Steuerflächen 32 und 34 sind dabei so bemessen, dass das innere Ventilelement 16 gegen den Brennraumdruck und das äußere Ventilelement 18 gegen den Brennraumdruck und den an der Druckfläche 22 angreifenden hohen Kraftstoffdruck sicher in der geschlossenen Position gehalten wird.
Nun wird die Vorgehensweise beschrieben, mit der ein Öffnen beider Ventilelemente 16 und 18 bewirkt wird (vgl. Figuren 3 und 4 sowie 6 und 8) :
Hierzu wird das 3/3-Schaltventil 72 in eine zweite Schaltstellung 86 gebracht, in der es am zweiten Ventilsitz 82 anliegt. Hierdurch wird die Verbindung von der
Schaltkammer 60 zum Hochdruckanschluss 42 hin unterbrochen, und stattdessen werden die Schaltkammer 60 und hierdurch auch der Steuerkanal 62 mit dem Niederdruckanschluss 58 verbunden. Daher kann nun Kraftstoff aus dem Steuerraum 38 über die Abströmdrossel 64 zum Niederdruckanschluss 58 hin abströmen.
Aufgrund des Vorhandenseins der Zulaufdrossel 56 ergibt sich hierdurch ein Druckabfall im Steuerraum 38. Dieser ist in Figur 6 durch das Bezugszeichen 88 gekennzeichnet. Sobald der Öffnungsdruck des äußeren Ventilelements 18 unterschritten wird - dieser liegt bei der vorliegenden Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 höher als der Öffnungsdruck des inneren Ventilelements 16 - hebt das äußere Ventilelement 18 aufgrund der an der Druckfläche 22 angreifenden hydraulischen Kraft gegen die Kraft der Ventilfeder 41 von der Dichtkante 26 ab (Bezugszeichen 89 in Figur 8), so dass der Kraftstoff vom Druckraum 46 über die Kraftstoff-Austrittskanäle 28 austreten kann.
Wenn das Ventilelement 18 mit dem Dichtbereich 36 am Gegenstück 40 in Anlage kommt (Bezugszeichen 90 in Figur 6) , wird der innerhalb der Dichtkante 36 liegende Bereich des Steuerraums 38 vom Zustrom neuen Kraftstoffs über den Hochdruckkanal 54 getrennt, bzw. dieser Zustrom wird zumindest gedrosselt. Der Druck in diesem radial innen liegenden Bereich des Steuerraums 38, der über den Steuerkanal 62 weiterhin mit dem Niederdruckanschluss 58 verbunden ist, sinkt daher weiter, bis auch das innere Ventilelement 16 mit seiner Druckfläche 20 von der
Dichtkante 24 abhebt (Bezugszeichen 92 in Figur 6 bzw. 93 in Figur 8). Nun kann Kraftstoff auch aus den Kraftstoff- Austrittskanälen 30 austreten. Dies ist in Figur 4 dargestellt.
Aus Figur 6 erkennt man, dass der Druck im Steuerraum 38 insgesamt auf ungefähr ein Drittel seines ursprünglichen Wertes absinkt. Dieser Wert wird durch eine entsprechende Dimensionierung der Zulaufdrossel 56 und der Abströmdrossel 64 eingestellt. Dabei bleibt das äußere Ventilelement 18 weiterhin sicher in der geöffneten Stellung, da der Dichtbereich bzw. die Dichtkante 36 vom radial inneren Rand der Steuerfläche 34 etwas beabstandet ist, so dass an dem radial innerhalb von der Dichtkante 36 liegenden Bereich der Steuerfläche 34 weiterhin ein sehr niedriger
Steuerdruck anliegt. Darüber hinaus kann die Dichtkante 36 so ausgestaltet werden, dass die Abdichtung zwischen dem radial äußeren und dem radial inneren Bereich des Steuerraums 38 nicht absolut ist, also weiterhin Kraftstoff aus dem radial äußeren Bereich des Steuerraums 38 abströmen kann und dort für eine entsprechende Druckabsenkung sorgt.
Die Einspritzung wird beendet, indem das Schaltelement 70 wieder in Anlage an den ersten Ventilsitz 76 gebracht wird (Schaltstellung 84) . Hierdurch wird die Schaltkammer 60 vom Niederdruckanschluss 58 getrennt und über den Bypasskanal 68 wieder mit dem Hochdruckanschluss 42 verbunden. Der Steuerraum 38 ist über den Steuerkanal 62 und den Hochdruckkanal 54 wieder mit dem Hochdruckanschluss 42 verbunden, was zu einem sehr schnellen Druckanstieg (Bezugszeichen 94) im Steuerraum 38 führt. Beide Ventilelemente 16 und 18 schließen in der Folge beinahe gleichzeitig (Bezugszeichen 96 und 98 in Figur 8) .
Wenn nur das äußere Ventilelement 18 öffnen soll, wird folgendermaßen vorgegangen (Figur 5):
Das 3/3-Schaltventil 72 wird in eine dritte Schaltstellung 100 gebracht, in der sich sein Schaltelement 70 in einer
Zwischenposition zwischen dem ersten Ventilsitz 76 und dem zweiten Ventilsitz 82 befindet. Es liegt also an keinem der beiden Ventilsitze 76 und 82 an. In diesem Schaltzustand 100 des 3/3-Schaltventils ist die Schaltkammer 60 einerseits mit dem Niederdruckanschluss 58 und andererseits über den Bypasskanal 68 auch mit dem Hochdruckanschluss 42 verbunden. In der Schaltkammer 60 stellt sich daher ein Druck ein, der unterhalb des hohen Kraftstoffdrucks am Hochdruckanschluss 42, jedoch oberhalb jenes Druckes liegt, der bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Schaltstellung des 3/3-Schaltventils 72 in der Schaltkammer 60 herrscht.
Durch die Verbindung der Schaltkammer 60 mit dem Steuerraum 38 über den Steuerkanal 62 sinkt auch im Steuerraum 38 der Druck (Bezugszeichen 88 in Figur 7), jedoch ebenfalls nicht so stark, wie bei der in den Figuren 3 und 4 bzw. 6 und 8 gezeigten zweiten Schaltstellung 86 des 3/3-Schaltventils . Der entsprechende Bereich der Druckkurve trägt in Figur 7 das Bezugszeichen 102. Man erkennt, dass der Druck ungefähr auf die Hälfte des Ausgangsdrucks absinkt. Die
Druckabsenkung im Steuerraum 38 ist jedoch so ausreichend stark, dass das äußere Ventilelement 18 aufgrund der an der Druckfläche 22 angreifenden hydraulischen Kraft von der Dichtkante 26 abhebt (Bezugszeichen 89 in Figur 9) , so dass der Kraftstoff vom Druckraum 46 zu den Kraftstoff- Austrittskanälen 28 strömen und aus diesen austreten kann. Auch hier bewegt sich das Ventilelement 18 so weit, bis es mit der Dichtkante 36 am Gegenstück 40 in Anlage kommt (Bezugszeichen 90 in Figur 7), was eine nochmalige Druckabsenkung im Steuerraum 38 bewirkt, welche jedoch nicht so stark ist, dass das innere Ventilelement 16 öffnet.
Um das Öffnen des äußeren Ventilelements 18 zu beschleunigen, kann das 3/3-Schaltventil 72 auch zunächst in die zweite Schaltstellung 86 gebracht werden, in welcher das Schaltelement 70 am zweiten Ventilsitz 82 anliegt. Noch bevor das äußere Ventilelement 18 mit dem Dichtbereich 36 am Gegenstück 40 in Anlage kommt, wird dann das 3/3- Schaltventil 72 in die dritte Schaltstellung 100 gebracht, wodurch verhindert wird, dass der Druck im Steuerraum 38 zu stark abfällt.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Einstellung des "Zwischendrucks", welcher in der Schaltkammer 60 herrscht, wenn sich das Schaltelement 70 in der Zwischenposition 100 zwischen erstem Ventilsitz 76 und zweitem Ventilsitz 82 befindet, auch durch den Spalt zwischen dem Schaltelement 70 und dem ersten Ventilsitz 76 eingestellt wird. Dieser Spalt stellt eine Strömungsdrossel von der Schaltkammer 60 zum Niederdruckanschluss 58 hin dar.
Eine abgewandelte Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist in Figur 10 dargestellt. Dabei tragen hier und in den nachfolgenden Figuren solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu in den vorhergehenden Figuren gezeigten Elementen und Bereichen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Die in Figur 10 gezeigte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung nur durch die Ausgestaltung des Schaltventils 72: Dieses ist nicht als 3/3-Schaltventil, sondern als 3/2-Schaltventil ausgebildet. Als solches kann es in einer ersten Schaltstellung 84 den Hochdruckanschluss 42 über die Ringnut 50 und den Bypasskanal 68 sowie den Steuerkanal 62 direkt mit dem Steuerraum 38 verbinden. In dieser Schaltstellung herrscht im Steuerraum 38 also der maximale Druck, der dem am Hochdruckanschluss 42 herrschenden Druck entspricht. In der zweiten Schaltstellung 86 wird der Steuerraum 38 dagegen über die Abströmdrossel 64 und den Steuerkanal 62 mit dem Niederdruckanschluss 58 verbunden. In dieser Schaltstellung herrscht im Steuerraum 38 daher ein vergleichsweise niedriger Druck, der sich aus der Auslegung der Abströmdrossel 64 und der Zuströmdrossel 56 ergibt.
Wie bereits im Zusammenhang mit dem in den Figuren 1 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgeführt wurde, sind bei hohem Druck im Steuerraum 38 beide Ventilelemente 16 und 18 geschlossen. Bei niedrigem Druck sind beide Ventilelemente 16 und 18 geöffnet. Soll nur das äußere Ventilelement 18 geöffnet sein, muss im Steuerraum 38 ein mittleres Druckniveau eingestellt werden. Bei der in Figur 10 gezeigten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 wird ein solches mittleres Druckniveau durch ein aufeinanderfolgendes und fortgesetztes Öffnen und Schließen des Schaltventils 72 bewirkt.
Wie auch aus den Figuren 11 und 12 hervorgeht, bedeutet dies, dass zunächst das Schaltventil 72 in die geöffnete Schaltstellung 86 gebracht wird (Kurve 96 in Figur 11), so dass der Druck im Steuerraum 38 absinkt, was zunächst zum Öffnen der äußeren Nadel 18 führt (Kurve 98 in Figur 11) . Kurz bevor oder gerade wenn das äußere Ventilelement 18 seine geöffnete Endstellung erreicht, in der es am Gegenstück 40 in Anlage kommt (gestrichelte horizontale Linie in Figur 11), wird das Schaltventil 72 wieder in die geschlossene Schaltstellung 84 gebracht. Hierdurch steigt der Druck im Steuerraum 38 wieder und das äußere Ventilelement 18 beginnt mit einer Schließbewegung. Bevor jedoch das äußere Ventilelement 18 so weit geschlossen ist, dass die Strömung zwischen der Dichtkante 26 und der
Druckfläche 22 (vgl. Figur 1) gedrosselt wird, wird das Schaltventil 72 wieder in die geöffnete Schaltstellung 86 gebracht. Auf diese Weise stellt sich im Steuerraum 38 ein mittleres Druckniveau ein, bei dem das äußere Ventilelement 18 geöffnet, das innere Ventilelement 16 jedoch noch geschlossen ist.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird anstelle des in Figur 10 gezeigten 3/2-Schaltventils 72 ein 2/2- Schaltventil eingesetzt. Bei der entsprechenden Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist dann kein Bypasskanal vorhanden, so dass in der geschlossenen Schaltstellung des 2/2- Schaltventils der Steuerkanal 62 einfach gesperrt ist. Wie aus Figur 12 hervorgeht, ist es ferner möglich, dass das Schaltventil 72 mit einer sehr schnellen Schaltfrequenz geöffnet und geschlossen wird (Kurve 96 in Figur 12) , beispielsweise bei einer gepulsten oder getakteten Ansteuerung. Dem kann die Strömung nicht so schnell folgen, so dass sich im Steuerraum kein stark schwankender Steuerdruck, sondern ein relativ konstanter mittlerer Druck einstellt. Entsprechend nimmt das äußere Ventilelement eine relativ konstante mittlere Position (Kurve 98) knapp vor dem Anschlag (horizontale gestrichelte Linie) ein.
Eine weitere mögliche Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist in Figur 13 dargestellt. Bei dieser ist ebenfalls ein 3/3-Schaltventil 72 vorhanden, jedoch fehlt ein Bypasskanal. Stattdessen führen von der
Schaltkammer 60 zwei parallele Steuerkanäle 62a und 62b zum Steuerraum 38. Der eine Steuerkanal 62a mündet in die Schaltkammer 60 am zweiten Ventilsitz 82. Bei geöffnetem Schaltventil 72 ist dieser Steuerkanal 62a also verschlossen. Der zweite Steuerkanal 62b mündet seitlich neben dem Schaltelement 70 in die Schaltkammer 60. Beide Steuerkanäle 62a und 62b umfassen Abströmdrosseln 64a und 64b, deren Drosselwirkung unterschiedlich ist.
Bei der in Figur 13 gezeigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist das Schaltelement 70 ferner nicht direkt mit dem Piezoaktor 80 gekoppelt, sondern mittels eines hydraulischen Übersetzers 104. Dieser umfasst eine Übersetzerkammer 106, in die auf der einen Seite ein zylindrisches Übersetzerelement 108 ragt, welches über die Betätigungsstange 78 mit dem Schaltelement 70 verbunden ist. Ein mit dem Piezoaktor 80 gekoppelter Übersetzungskörper 110 ragt ebenfalls in die Übersetzerkammer 106. Der Durchmesser des Übersetzungskörpers 110 ist größer als jener des Übersetzerelements 109.
Die Übersetzerkammer 106 ist mit Kraftstoff gefüllt. Hierzu ist die Übersetzerkammer 106 über eine Stichleitung 112, in der ein Rückschlagventil 114 angeordnet ist, an eine Leckageleitung 116 angeschlossen. Diese führt zum Niederdruckanschluss 58. Eine entsprechende Stichleitung 118 führt auch zum Schaltventil 72 sowie zu einem Ringraum 120, in dem die Druckfeder 41 angeordnet ist, und in den, über einen Leckagekanal 122, Leckagefluid gelangen kann, welches vom Steuerraum 38 durch den Spalt zwischen den oberen Bereichen der beiden Ventilelemente 16 und 18 hindurchtritt. Auf diese Weise wird die Übersetzerkammer 106 mit dem vom Steuerventil 72 und vom Ringraum 120 abströmenden Leckagefluid gespeist.
Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser des Übersetzerelements 108 und des Übersetzungskörpers 110 führt eine Längenänderung des Piezoaktors 80 zu einem Hub des Schaltelements 70, der größer ist als die Längenänderung des Piezoaktors 80. Liegt das Schaltelement 70 am ersten Ventilsitz 76 an, sind die beiden Steuerkanäle 62a und 62b vom Niederdruckanschluss 58 getrennt. Im Steuerraum 38 herrscht daher ein hoher Druck, und die beiden Ventilelemente 16 und 18 sind geschlossen.
Wird das Schaltventil 72 so geöffnet, dass das Schaltelement 70 zwischen dem ersten Ventilsitz 76 und dem zweiten Ventilsitz 82 positioniert ist, kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 38 über beide Steuerkanäle 62a und 62b zum Niederdruckanschluss 58 hin abströmen. Der Druck im Steuerraum 38 sinkt daher stark ab, so dass beide Ventilelemente 16 und 18 öffnen. Wird das Schaltelement 70 dagegen in eine Position gebracht, in welcher es am zweiten Ventilsitz 82 anliegt, ist der Steuerkanal 62a verschlossen. Kraftstoff kann aus dem Steuerraum 38 zum Niederdruckanschluss 58 hin nur über den Steuerkanal 62b abströmen. Die Abströmdrossel 64b und die Zuströmdrossel 56 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich in diesem Fall ein mittleres Druckniveau im Steuerraum 38 einstellt, bei dem zwar das äußere Ventilelement 18 öffnet, das innere Ventilelement 16 jedoch geschlossen bleibt.
Eine nochmals abgewandelte Ausführungsform ist in Figur 14 gezeigt. Die Unterschiede betreffen dabei die Endbereiche der Ventilelemente 16 und 18. Man erkennt, dass am inneren Ventilelement 16 ein Ringbund 124 ausgebildet ist, der in einer Ausnehmung 126 im Endbereich des äußeren Ventilelements 118 positioniert ist. In Ruheposition, wenn beide Ventilelemente 16 und 18 geschlossen sind, sind die axialen Endflächen der Ausnehmung 126 vom Ringbund etwas beabstandet.
Die in Figur 14 gezeigte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung arbeitet ähnlich wie jene von Figur 13. Wird jedoch das äußere Ventilelement 18 geöffnet, kommt die in Figur 14 untere Randfläche der Ausnehmung 126 in Anlage an den
Ringbund 124. Die hierdurch vom äußeren Ventilelement 18 auf das innere Ventilelement 16 zusätzlich ausgeübte und in Öffnungsrichtung wirkende Kraft führt dazu, dass nun auch das innere Ventilelement 16 öffnet. Die in Figur 14 untere Begrenzungsfläche der Ausnehmung 126 im äußeren
Ventilelement 18 wirkt daher wie ein Mitnehmer für das innere Ventilelement 16.
Die axiale Lage des Ringbunds 124 und der Ausnehmung 126 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der untere Rand der Ausnehmung 126 erst kurz vor Erreichen des Maximalhubs des äußeren Ventilelements 18 an dem Ringbund 124 des inneren Ventilelements 16 anstößt. Hierdurch kann eine gestufte Einspritzrate ( "Bootinjection") erreicht werden, die eine Reduktion der Emissionen der Brennkraftmaschine, bei der die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 eingesetzt wird, ermöglicht. Die Steuerfläche 32 des inneren Ventilelements 16 ist ferner so ausgelegt, dass auch dann, wenn beide Steuerkanäle 62a und 62b "aktiviert" sind, wenn also im Steuerraum 38 der minimal mögliche Druck herrscht, das innere Ventilelement 16 erst dann öffnet, wenn die Ausnehmung 126 am Ringbund 124 anstößt.
Eine nochmals abgeänderte Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist in Figur 15 gezeigt: Bei dieser sind die Ventilelemente 16 und 18 einteilig ausgeführt. Der Steuerraum 38 wird radial nicht durch das Gehäuse 12, sondern durch eine Hülse 128 begrenzt, welche an ihrem in Figur 15 oberen Rand eine Dichtkante (ohne Bezugszeichen) aufweist. Diese Dichtkante wird von der Druckfeder 41 gegen die den Steuerflächen 32 und 34 der Ventilelemente 16 und 18 gegenüberliegende Gehäusefläche (ohne Bezugszeichen) gedrückt .

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei Ventilelementen (16, 18), welche jeweils eine in Schließrichtung wirkende hydraulische Steuerfläche (32, 34) aufweisen, denen ein hydraulischer Steuerraum (38) zugeordnet ist, mit einem Steuerventil (72), welches den Druck in dem Steuerraum (38) beeinflusst, und mit Beaufschlagungseinrichtungen (20, 22) , welche in Öffnungsrichtung der Ventilelemente (16, 18) wirken können, wobei die im Steuerraum (38) herrschenden hydraulischen Öffnungsdrücke der Ventilelemente (16, 18) unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuerventil (72) im Steuerraum (38) mindestens drei unterschiedliche Druckniveaus eingestellt werden können, wobei bei einem vergleichsweise hohen Druckniveau alle Ventilelemente (16, 18) geschlossen, bei einem mittleren Druckniveau ein Ventilelement (18) geöffnet, und bei einem vergleichsweise niedrigen Druckniveau alle Ventilelemente (16, 18) geöffnet sind.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (38) über eine Zulaufdrossel (56) mit einem Hochdruckanschluss (42) verbunden ist, und dass das Steuerventil (72) einerseits mit dem Steuerraum (38) und andererseits mit einem Niederdruckanschluss (58) verbunden ist.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) eine Schaltkammer (60) mit einem Schaltelement (70) aufweist, welches in einer ersten Schaltstellung (84) an einem zum Niederdruckanschluss (58) führenden ersten Ventilsitz (76) anliegt, in einer zweiten Schaltstellung (86) an einem zu einem Bypasskanal (68) führenden zweiten Ventilsitz (82) anliegt, wobei der Bypasskanal (68) mit dem
Hochdruckanschluss (42) verbunden ist, und in einer dritten Schaltstellung (100) weder am ersten Ventilsitz (76) noch am zweiten Ventilsitz (82) anliegt.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) in der dritten Schaltstellung (100) zum Niederdruckanschluss (42) hin eine Drosselstelle bildet.
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (38) mit dem Hochdruckanschluss (42) verbunden ist, dass das Steuerventil (72) über mindestens zwei Steuerkanäle (62a, 62b) mit dem Steuerraum (38) verbunden ist, und dass das Steuerventil (72) in einer ersten Schaltstellung (76) alle Steuerkanäle (62a, 62b) von einem Niederdruckanschluss (58) trennt, in einer zweiten Schaltstellung (82) einen Steuerkanal (62b) mit dem Niederdruckanschluss (58) verbindet, und in einer dritten Schaltstellung alle Steuerkanäle (62a, 62b) mit dem Niederdruckanschluss (58) verbindet.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (38) mit einem Hochdruckanschluss (42) verbunden ist, dass das Steuerventil (72) den Steuerraum (62) in einer ersten Schaltstellung (86) mit einem Niederdruckanschluss (58) verbindet und in einer zweiten Schaltstellung (100) von diesem trennt, und dass das Steuerventil (72) fortgesetzt von der ersten Schaltstellung (86) in die zweite Schaltstellung (100) und zurück steuerbar ist.
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) so ansteuerbar ist, dass durch den fortgesetzten Wechsel der Druck im Steuerraum (38) um ein mittleres Druckniveau schwankt.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) so schnell ansteuerbar ist, dass sich durch den fortgesetzten Wechsel ein konstantes mittleres Druckniveau einstellt.
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilelemente (16, 18) koaxial sind und eine axiale Begrenzungsfläche des Steuerraums (38) einen Dichtbereich (36) aufweist, welcher in einer geöffneten Endstellung des äußeren Ventilelements (18) den Steuerraum (38) in einen äußeren, mit dem Hochdruckanschluss (42) verbundenen Bereich, und einen inneren, mit dem Steuerventil (62) verbundenen Bereich unterteilt.
10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Steuerventil (72) einen Piezoaktor (80) umfasst.
11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil einen Ventilkörper (70) umfasst, der hydraulisch mit dem Piezoaktor (80) gekoppelt ist, wobei als Hydraulikfluid
Leckagekraftstoff verwendet wird, welcher an einer Führung mindestens eines Ventilelements (16) auftritt.
12. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilelement (18) einen in Öffnungsrichtung auf das andere Ventilelement (16) wirkenden Mitnehmer (126) aufweist.
13. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (126) so ausgebildet ist, dass er erst kurz vor Erreichen des Maximalhubs des einen Ventilelements (18) an das andere Ventilelement (16) anstößt.
14. KraftStoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in Öffnungsrichtung des anderen Ventilelements (16) wirkende Beaufschlagungseinrichtung (20) und die hydraulische Steuerfläche (32) des anderen Ventilelements (16) so abgestimmt sind, dass dieses Ventilelement (16) erst öffnet, wenn zusätzlich vom Mitnehmer (124) des einen Ventilelements (18) eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft ausgeübt wird.
15. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) , dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Öffnen nur eines Ventilelements (18) zunächst der Steuerraum (38) mit einem Niederdruckanschluss (58) und dann gleichzeitig mit dem Niederdruckanschluss (58) und einem Hochdruckanschluss (42) verbunden wird.
16. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Öffnen nur eines Ventilelements (18) zunächst der Steuerraum (38) mit dem Niederdruckanschluss (58) und danach zusätzlich mit dem Hochdruckanschluss (42) verbunden wird.
17. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach Anspruch 6 das Schaltventil (72) geschlossen wird, kurz bevor der Druck im Steuerraum (38) soweit abgesunken ist, dass das innere Ventilelement (16) öffnet, und wieder geöffnet wird, kurz bevor das äußere Ventilelement (18) schließt.
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