EP1898081A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

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EP1898081A1
EP1898081A1 EP07014373A EP07014373A EP1898081A1 EP 1898081 A1 EP1898081 A1 EP 1898081A1 EP 07014373 A EP07014373 A EP 07014373A EP 07014373 A EP07014373 A EP 07014373A EP 1898081 A1 EP1898081 A1 EP 1898081A1
Authority
EP
European Patent Office
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pressure
chamber
injector
valve
piston
Prior art date
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Granted
Application number
EP07014373A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1898081B1 (de
Inventor
Rene Böhm
Udo Kreissig
Peter Voigt
Danny Weigel
Christian Klüting
Christoph Kohnen
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP1898081A1 publication Critical patent/EP1898081A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1898081B1 publication Critical patent/EP1898081B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with an accumulator chamber (common rail) and an injector, in which an axially displaceable injection piston separates a control chamber from a pressure chamber, according to the preamble of patent claim 1.
  • the fuel pressure leads to the opening of the nozzle needle.
  • the opening pressure is determined by a Düsennadetfeder, which acts on the nozzle needle in the closing direction with force.
  • the opening pressure can be freely selected by the selection of the spring, but is set so.
  • An opening pressure must be suitable for all operating ranges of the internal combustion engine.
  • the invention has for its object to provide a fuel injection device og. To improve the type of function and operational safety.
  • a pressure in the control chamber of the injector in a force in the closing direction of the injection piston converting surface of the injection piston in the control chamber of the injector smaller than an effective, a pressure in the pressure chamber of the injector a force in the opening direction of the injection piston converting surface of the injection piston is.
  • a passive opening of the injector is possible in that the injection piston has a Balancierkolben, which projects into the control chamber of the injector, wherein the Balancierkolben a diameter d B , the injection piston at a pressure chamber side facing a diameter d E and arranged on the injection piston and through the pressure chamber in a valve seat cross-nozzle needle has a diameter d S , wherein Balancierkolben, injection piston and nozzle needle are formed such that the following condition is met, d B ⁇ d e 2 - d S 2 ,
  • a secure locking of the injection piston in the closed position is achieved in that the control chamber of the injector is permanently connected to the pressure accumulator space.
  • the pressure chamber is connected via a valve to the pressure accumulator chamber, wherein the valve connects the pressure chamber optionally with the accumulator chamber or separates from it.
  • valve being a 2/2-way valve.
  • the valve is a 3/2-way valve which connects the pressure chamber optionally with the pressure storage chamber or a leakage line.
  • a pressure booster in which an axially displaceable pressure booster piston separates an booster chamber, a spring chamber and a high-pressure chamber, is provided, the high-pressure chamber being connected to the connecting line between the pressure chamber of the injector and the pressure reservoir and the booster chamber being connected via a valve connected to the accumulator chamber.
  • the valve is for example a 3/2-way valve.
  • An additional adjustment of the closing pressure by means of resulting pressure modulations and / or by means of the pressure booster results from the fact that the control chamber of the injector is connected via a first check valve to the pressure accumulator space, wherein the first check valve closes in the direction of the accumulator chamber, and that the control chamber of the injector is connected via a second check valve to the high-pressure chamber of the pressure booster, wherein the second check valve closes in the direction of the high-pressure chamber.
  • the dargesteilte in Fig. 1, preferred embodiment of a fuel injection system according to the invention for an internal combustion engine comprises an injector 10, in which an axially displaceable injection piston 12 a control chamber 14 separates from a pressure chamber 16.
  • the injection piston 12 has a Balancierkolben 18, which projects into the control chamber 14, and a nozzle needle 20, which rises from a pressure chamber 16 of the injection piston 12 side, the pressure chamber 16 passes through and in the closed state of the injector 10 to a seat 22 is present.
  • the control chamber 14 is connected to a pressure accumulator space 24 (common rail).
  • the pressure chamber 16 is connected via a 2/2-way valve 26 to the accumulator chamber 24, wherein the 2/2-way valve 26 selectively connects the pressure chamber 16 with the accumulator chamber 24 or separates from this.
  • the opening pressure of the injector 10 is determined by the pressure around the control chamber 14 and the area of the balancing piston 18.
  • the opening pressure is a linear function of the fuel pressure and the surface of the Balancierkolbens 18.
  • the tuning problem of the nozzle opening pressure can be solved: At low load, a low pressure in the control chamber 14 is set to a low opening pressure for a small mechanical noise when closing the nozzle needle 20 to achieve. At high load, a high pressure in the control chamber 14 is adjusted to prevent back-blowing from a combustion chamber in a cylinder of the internal combustion engine as a result of high combustion pressures and to ensure rapid closing of the nozzle needle 20 in the seat 22.
  • the balancing piston 18 has a diameter d B 46.
  • the injection piston 12 has a diameter d E 48 at a side facing the pressure chamber 16.
  • the nozzle needle 20 has a diameter d S 50.
  • These respective diameters of Balancierkolben 18, injection piston 12 and nozzle needle 20 are formed such that the following condition is met: d B ⁇ d e 2 - d S 2 , This allows a passive opening of the injector 10. With an effective area here is meant a resulting surface, the pressure in the pressure chamber 16 and control chamber 14 in a on the Injection piston 12 acting, resulting force converts. To open the nozzle needle thus the pressure chamber 16 is acted upon by the pressure from the pressure storage chamber 24.
  • Fig. 2 shows a preferred interconnection of the fuel injection device wherein functionally identical parts are provided with the same reference numerals as in Fig. 1, so that reference is made to the explanation of the above description of FIG.
  • a pressure amplifier 28 is additionally provided, in which an axially displaceable pressure booster piston 30 an amplifier chamber 32, a spring chamber 34 and a high-pressure chamber 36 separates from each other.
  • the high-pressure chamber 36 is connected to the connecting line 38 between the pressure chamber 14 of the injector 10 and the accumulator chamber 24 upstream of the 2/2-way valve 26 and the booster chamber 32 is connected via a first 3/2-way valve 40 to the accumulator chamber 24.
  • the first 3/2-way valve 40 selectively connects the booster chamber 32 to the pressure storage space 24 to activate the pressure booster 28 or to a leak line 42 to deactivate the pressure booster 28.
  • the closing of the injector 10 can be actively supported even stronger by a pressure increase at the closing time of the 2/2-way valve 26, since the closing force on Balancierkolben 18 is proportional to the applied system pressure.
  • a corresponding connection (not shown) to provide the increased pressure from the high-pressure chamber 36 of the pressure booster 28 to the control chamber 14 of the injector 10 supplies.
  • the short line 38 between the 2/2-way valve 26 and the pressure chamber 16 of the injector 10 can be constructed with appropriate dimensioning (length shorter than 60 mm) no pressure wave, which would cause a second, unwanted opening of the injector 10.
  • Fig. 3 shows an alternative preferred. Connection of the fuel injection device, wherein functionally identical parts are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, so that reference is made to the explanation of the above description of FIGS. 1 and 2.
  • a second 3/2-way valve 44 is provided for controlling the pressure chamber 16, which connects the pressure chamber 16 selectively with the pressure storage chamber 24 or the leakage line 42. In non-activated state of the pressure chamber 16 is connected to the non-pressurized leakage line 42. If the injector 10 is actuated, a connection between the pressure accumulator chamber 24 and the pressure chamber 16 is established by the second 3/2-way valve 44.
  • the amount of fuel which has been diverted from the pressure chamber 16 is conveyed into a buffer store 54, which is arranged in the leakage line 42.
  • This buffer 54 is controlled by means of a pressure regulating valve 52.
  • the required amount of fuel from the pre-stored buffer 54 in the high-pressure chamber 36 and the spring chamber 34 is promoted. This avoids a leakage path during the injection and achieves a very good hydraulic efficiency in the pressure boosting. Steep Ab Kunststoffflanken can be achieved with the avoidance of unwanted post-injection.
  • Fig. 4 shows a further alternative preferred interconnection of the fuel injection device, wherein functionally identical parts are given the same reference numerals as in Figures 1 to 3, so that reference is made to the explanation of the above description of Figs. 1 to 3.
  • This embodiment corresponds to the embodiment of FIG. 3, wherein the control chamber 14 of the injector 10 is not, as in the embodiment of FIG. 3 is directly and permanently connected to the pressure storage chamber 24, but via a line 56 to an input of the 3/2 Directional valve 44.
  • the connection to the accumulator chamber 24 is carried out via a first check valve 58, wherein the first check valve 58 closes in the direction of the accumulator chamber 24.
  • control chamber 14 of the injector 10 is thereby connected via a second check valve 60 to the high-pressure chamber 36 of the pressure booster 28, wherein the second check valve 60 closes in the direction of the high-pressure chamber 36.
  • the control chamber 14 acts on the control chamber 14 not only the pressure in the pressure storage chamber 24 but also an optionally increased pressure of the pressure booster 28 in the high pressure chamber 36, if it is activated.
  • This makes it possible, for example, to use a resulting pressure modulation to set a closing pressure independent of the steady-state pressure in the pressure storage space 24. If the pressure booster 28 is active, this results in an increased closing pressure.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Druckspeicherraum (24) (common rail) und einem Injektor (10), in dem ein axial verschiebbarer Einspritzkolben (12) einen Steuerraum (14) von einem Druckraum (16) trennt. Hierbei ist eine wirksame, einen Druck im Steuerraum (14) des Injektors (10) in eine Kraft in Schließrichtung des Einspritzkolbens (12) umsetzende Fläche des Einspritzkolbens (12) im Steuerraum (14) des Injektors (10) kleiner, als eine wirksame, einen Druck im Druckraum (16) des Injektors (10) in eine Kraft in Öffnungsrichtung des Einspritzkolbens (12) umsetzende Fläche des Einspritzkolbens (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Druckspeicherraum (Common Rail) und einem Injektor, in dem ein axial verschiebbarer Einspritzkolben einen Steuerraum von einem Druckraum trennt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bei herkömmlichen, passiven Einspritzdüsen für Kraftstoff für Brennkraftmaschinen, wie sie beispielsweise bei Verteilereinspritzpumpen verwendet werden und aus der DE 103 42 568 A1 bekannt sind, führt der Kraftstoffdruck zum Öffnen der Düsennadel. Hierbei ist der Öffnungsdruck durch eine Düsennadetfeder bestimmt, welche die Düsennadel in Schließrichtung mit Kraft beaufschlagt. Der Öffnungsdruck kann durch die Auswahl der Feder frei gewählt werden, ist jedoch damit festgelegt. Ein Öffnungsdruck muss für alle Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine geeignet sein. Hierbei begegnen sich jedoch gegenläufige Bedingungen, denn für eine weiche Verbrennung bei niedriger Last ist ein geringer Öffnungsdruck wünschenswert, wohingegen bei hoher Last ein hoher Öffnungsdruck notwendig ist, um ein sicheres Schließen der Düsennadel am Ende eines Einspritzvorganges auch gegen hohe Drücke in einem Verbrennungsraum zu gewährleisten. Die Auslegung der Düsennadelfeder und damit des Öffnungsdruckes ist daher notwendigerweise ein Kompromiss zwischen den beiden Extrembedingungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der o.g. Art hinsichtlich der Funktion und Betriebssicherheit zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu ist es bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine wirksame, einen Druck im Steuerraum des Injektors in eine Kraft in Schließrichtung des Einspritzkolbens umsetzende Fläche des Einspritzkolbens im Steuerraum des Injektors kleiner, als eine wirksame, einen Druck im Druckraum des Injektors in eine Kraft in Öffnungsrichtung des Einspritzkolbens umsetzende Fläche des Einspritzkolbens ist.
  • Dies hat den Vorteil, dass an jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entsprechende Öffnungs- und Schließdrücke eingestellt werden können, um eine gute Gemischbildung und niedrige HC-Emissionen darstellen zu können. Weiterhin verringert dies eine Russbildung durch ein sehr rasches Schließen des Einspritzkolbens. Auch wird ein sicheres Verriegeln einer Düsennadel des Einspritzkolbens in seinen Sitz erzielt, wodurch ein unbeabsichtigtes Nacheinspritzen wirksam verhindert ist.
  • Ein passives Öffnen des Injektors ist dadurch möglich, dass der Einspritzkolben einen Balancierkolben aufweist, welcher in den Steuerraum des Injektors hinein ragt, wobei der Balancierkolben einen Durchmesser dB, der Einspritzkolben an einer dem Druckraum zugewandten Seite einen Durchmesser dE und eine am Einspritzkolben angeordnete und durch den Druckraum in einen Ventilsitz greifende Düsennadel einen Durchmesser dS aufweist, wobei Balancierkolben, Einspritzkolben und Düsennadel derart ausgebildet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist, d B < d E 2 - d S 2 .
    Figure imgb0001
  • Eine sichere Verriegelung des Einspritzkolben in der geschlossenen Stellung erzielt man dadurch, dass der Steuerraum des Injektors permanent mit dem Druckspeicherraum verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druckraum über ein Ventil mit dem Druckspeicherraum verbunden, wobei das Ventil den Druckraum wahlweise mit dem Druckspeicherraum verbindet oder von diesem trennt.
  • Besonders kleine Verluststeuermengen erzielt man dadurch, dass das Ventil ein 2/2-Wegeventil ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das Ventil ein 3/2-Wegeventil, welches den Druckraum wahlweise mit dem Druckspeicherraum oder einer Leckageleitung verbindet.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung ist zusätzlich ein Druckverstärker, in dem ein axial verschiebbarer Druckverstärkerkolben einen Verstärkerraum, einen Federraum und einen Hochdruckraum voneinander trennt, vorgesehen, wobei der Hochdruckraum mit der Verbindungsleitung zwischen dem Druckraum des Injektors und dem Druckspeicherraum verbunden und der Verstärkerraum über ein Ventil mit dem Druckspeicherraum verbunden ist. Das Ventil ist beispielsweise ein 3/2-Wegeventil.
  • Eine zusätzliche Einstellmöglichkeit des Schließdruckes mittels sich ergebender Druckmodulationen und/oder mittels des Druckverstärkers ergibt sich dadurch, dass der Steuerraum des Injektors über ein erstes Rückschlagventil mit dem Druckspeicherraum verbunden ist, wobei das erste Rückschlagventil in Richtung des Druckspeicherraumes schließt, und dass der Steuerraum des Injektors über ein zweites Rückschlagventil mit dem Hochdruckraum des Druckverstärkers verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil in Richtung des Hochdruckraumes schließt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
    • Fig. 1
    ein schematisches Fünktionsschaltbild einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
    Fig. 2
    eine bevorzugte Ausführungsform einer Verschaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Druckverstärker,
    Fig. 3
    eine alternative Ausführungsform einer Verschaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Druckverstärker und
    Fig. 4
    eine weitere alternative Ausführungsform einer Verschaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Druckverstärker
  • Die in Fig. 1 dargesteilte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Injektor 10, in dem ein axial verschiebbarer Einspritzkolben 12 einen Steuerraum 14 von einem Druckraum 16 trennt. Der Einspritzkolben 12 weist einen Balancierkolben 18, der in den Steuerraum 14 ragt, und eine Düsennadel 20 auf, die sich von einer dem Druckraum 16 des Einspritzkolbens 12 zugewandten, Seite erhebt, den Druckraum 16 durchgreift und in geschlossenem Zustand des Injektors 10 an einem Sitz 22 anliegt. Der Steuerraum 14 ist mit einem Druckspeicherraum 24 (Common Rail) verbunden. Der Druckraum 16 ist über ein 2/2-Wegeventil 26 mit dem Druckspeicherraum 24 verbunden, wobei das 2/2-Wegeventil 26 wahlweise den Druckraum 16 mit dem Druckspeicherraum 24 verbindet oder von diesem Trennt.
  • Der Öffnungsdruck des Injektors 10 ist durch den Druck um Steuerraum 14 und die Fläche des Balancierkolbens 18 bestimmt. Hierbei ist der Öffnungsdruck eine lineare Funktion des Kraftstoffdrucks und des Fläche des Balancierkolbens 18. Hiermit kann das Abstimmungsproblem des Düsenöffnungsdruckes gelöst werden: Bei geringer Last wird ein geringer Druck im Steuerraum 14 eingestellt, um einen geringen Öffnungsdruck für eine geringe mechanische Geräuschentwicklung beim Schließen der Düsennadel 20 zu erzielen. Bei hoher Last wird ein hoher Druck im Steuerraum 14 eingestellt, um ein Rückblasen aus einem Brennraum in einem Zylinder der Brennkraftmaschine in Folge hoher Verbrennungsdrücke zu verhindern und ein schnelles Schließen der Düsennadel 20 im Sitz 22 zu gewährleisten. Zum Ende einer Einspritzung führt das Schließen des 2/2-Wegeventil 26 dazu; dass der mit großer Geschwindigkeit durch die Leitung strömende Kraftstoff eine Druckwelle hervorruft. Diese Druckwelle vergrößert die auf den Einspritzkolben 12 wirkende Schließkraft mit dem Ergebnis einer höheren Schließgeschwindigkeit, einem schärferen Einspritzende und geringeren Russ- und HC-Emissionen.
  • Der Balancierkolben 18 weist einen Durchmesser dB 46 auf. Der Einspritzkolben 12 weist an einer dem Druckraum 16 zugewandten Seite einen Durchmesser dE 48 auf. Die Düsennadel 20 weist einen Durchmesser dS 50 auf. Diese jeweiligen Durchmesser von Balancierkolben 18, Einspritzkolben 12 und Düsennadel 20 sind derart ausgebildet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: d B < d E 2 - d S 2 .
    Figure imgb0002
     Hierdurch ist die wirksame Ringfläche im Druckraum 16 größer als die wirksame Fläche des Balancierkolbens 18. Dies ermöglicht ein passives Öffnen des Injektors 10. Mit wirksamer Fläche ist hierbei eine resultierende Fläche gemeint, die einen Druck im Druckraum 16 bzw. Steuerraum 14 in eine auf den Einspritzkolben 12 wirkende, resultierende Kraft umsetzt. Zum Öffnen der Düsennadel wird somit der Druckraum 16 mit dem Druck aus dem Druckspeicherraum 24 beaufschlagt. Zwar herrscht nominal im Druckraum 16 und im Steuerraum 14 derselbe Druck, jedoch ergibt sich durch die größere wirksame Fläche im Druckraum 16 eine resultierende Kraft in Öffnungsrichtung, die den Injektor 10 öffnet. Zum Schließen des Injektors 10 wird der Druckraum 16 entlastet.
  • Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Verschaltung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich ein Druckverstärker 28 vorgesehen, in dem ein axial verschiebbarer Druckverstärkerkolben 30 einen Verstärkerraum 32, einen Federraum 34 und einen Hochdruckraum 36 voneinander trennt. Der Hochdruckraum 36 ist mit der Verbindungsleitung 38 zwischen dem Druckraum 14 des Injektors 10 und dem Druckspeicherraum 24 stromauf des 2/2-Wegeventil 26 verbunden und der Verstärkerraum 32 ist über ein erstes 3/2-Wegeventil 40 mit dem Druckspeicherraum 24 verbunden. Das erste 3/2-Wegeventil 40 verbindet den Verstärkerraum 32 wahlweise mit dem Druckspeicherraum 24, um den Druckverstärker 28 zu aktivieren, oder mit einer Leckageleitung 42, um den Druckverstärker 28 zu deaktivieren.
  • Bei diesem mit einem Druckverstärker 28 ausgerüsteten System kann das Schließen des Injektors 10 aktiv durch eine Druckanhebung zum Schließzeitpunkt des 2/2-Wegeventil 26 noch stärker unterstützt werden, da die Schließkraft am Balancierkolben 18 proportional zum anlegenden Systemdruck ist. Hierfür ist eine entsprechend Verbindung (nicht dargestellt) vorzusehen die den verstärkten Druck aus dem Hochdruckraum 36 des Druckverstärkers 28 dem Steuerraum 14 des Injektors 10 zuführt. In der kurzen Leitung 38 zwischen 2/2-Wegeventil 26 und dem Druckraum 16 des Injektors 10 kann sich bei entsprechender Dimensionierung (Länge kürzer als 60 mm) keine Druckwelle aufbauen, die ein zweites, unerwünschtes Öffnen des Injektors 10 hervorrufen würde.
  • Fig. 3 zeigt eine alternative bevorzugte. Verschaltung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2 versehen sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen wird. In dieser Ausführungsform ist statt des 2/2-Wegeventil ein zweites 3/2-Wegeventil 44 zum Ansteuern des Druckraumes 16 vorgesehen, welches den Druckraum 16 wahlweise mit dem Druckspeicherraum 24 oder der Leckageleitung 42 verbindet. In nicht angesteuertem Zustand ist der Druckraum 16 mit der drucklosen Leckageleitung 42 verbunden. Wird der Injektor 10 angesteuert, so wird von dem zweiten 3/2-Wegeventil 44 eine Verbindung zwischen dem Druckspeicherraum 24 und dem Druckraum 16 hergestellt. Bei dieser Anordnung ist das Schließen der Düsennadel 20 am Ende eines Einspritzvorganges noch weiter beschleunigt, da auf der Unterseite, d.h. der dem Druckraum 16 zugewandten Seite, des Einspritzkolbens 12 nur noch Lecköldruck (im Wesentlichen drucklos) anliegt. Ein Nachspritzen ist hier auch bei großem Abstand zwischen dem Druckraum 16 und dem zweiten 3/2-Wegeventil 44 nicht möglich. Um eine rasche Reaktion des Einspritzverlaufes auf die Bewegung des zweiten 3/2-Wegeventil 44 zu erreichen und einen guten Wirkungsgrad sicherzustellen (Kompressionsverluste) ist ebenfalls eine kurze Leitung vorteilhaft.
  • Beim Entlasten des Druckraumes 16 wird bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 3 die aus dem Druckraum 16 abgesteuerte Kraftstoffmenge in einen Zwischenspeicher 54 gefördert, der in der Leckageleitung 42 angeordnet ist. Dieser Zwischenspeicher 54 wird mittels eines Druckregelventils 52 gesteuert. Beim Nachladen des Druckverstärkers 28 wird die erforderliche Kraftstoffmenge aus dem vorgehaltenen Zwischenspeicher 54 in den Hochdruckraum 36 und den Federraum 34 gefördert. Dies vermeidet einen Leckagepfad während der Einspritzung und erzielt einen sehr guten hydraulischen Wirkungsgrad bei der Druckverstärkung. Es können steile Absteuerflanken mit der Vermeidung einer unerwünschten Nacheinspritzung erzielt werden.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere alternative bevorzugte Verschaltung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig, 1 bis 3 versehen sind, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 3 verwiesen wird. Diese Ausführungsform entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 3, wobei der Steuerraum 14 des Injektors 10 nicht, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 direkt und permanent mit dem Druckspeicherraum 24 verbunden ist, sondern über eine Leitung 56 mit einem Eingang des 3/2-Wegeventils 44. Die Verbindung mit dem Druckspeicherraum 24 ist über ein erstes Rückschlagventil 58 ausgeführt, wobei das erste Rückschlagventil 58 in Richtung des Druckspeicherraumes 24 schließt. Zusätzlich ist hierdurch des Steuerraum 14 des Injektors 10 über ein zweites Rückschlagventil 60 mit dem Hochdruckraum 36 des Druckverstärkers 28 verbunden, wobei das zweite Rückschlagventil 60 in Richtung des Hochdruckraumes 36 schließt. Hierdurch wirkt auf den Steuerraum 14 nicht nur der Druck im Druckspeicherraum 24 sondern auch ein ggf. erhöhter Druck des Druckverstärkers 28 im Hochdruckraum 36, sofern dieser aktiviert ist. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise eine sich ergebende Druckmodulation zu nutzen, um einen Schließdruck unabhängig von dem stationären Druck im Druckspeicherraum 24 einzustellen. Ist der Druckverstärker 28 aktiv ergibt sich ein erhöhter Schließdruck. Weiterhin ist es auch möglich, am Ende eines Einspritzvorganges den Druckverstärker 28 nur zu dem Zwecke der Erhöhung des Schließdruckes zu aktivieren.

Claims (9)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Druckspeicherraum (24) (common rail) und einem Injektor (10), in dem ein axial verschiebbarer Einspritzkolben (12) einen Steuerraum (14) von einem Druckraum (16) trennt, dadurch gekennzeichnet, dass eine wirksame, einen Druck im Steuerraum (14) des Injektors (10) in eine Kraft in Schließrichtung des Einspritzkolbens (12) umsetzende Fläche des Einspritzkolbens (12) im Steuerraum (14) des Injektors (10) kleiner, als eine wirksame, einen Druck im Druckraum (16) des Injektors (10) in eine Kraft in Öffnungsrichtung des Einspritzkolbens (12) umsetzende Fläche des Einspritzkolbens (12) ist.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzkolben (12) einen Balancierkolben (18) aufweist, welcher in den Steuerraum (14) des Injektors (10) hinein ragt, wobei der Balancierkolben (18) einen Durchmesser dB (46), der Einspritzkolben (12) an einer dem Druckraum (16) zugewandten Seite einen Durchmesser dE (48) und eine am Einspritzkolben (12) angeordnete und durch den Druckraum (16) in einen Ventilsitz (22) greifende Düsennadel (20) einen Durchmesser dS (50) aufweist, wobei Balancierkolben (18), Einspritzkolben (12) und Düsennadel (20) derart ausgebildet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist, d B < d E 2 - d S 2 .
    Figure imgb0003
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (14) des Injektors (10) permanent mit dem Druckspeicherraum (24) verbunden ist.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (16) über ein Ventil (26; 44) mit dem Druckspeicherraum (24) verbunden ist, wobei das Ventil (26; 44) den Druckraum wahlweise mit dem Druckspeicherraum verbindet oder von diesem trennt.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein 2/2-Wegeventil (26) ist.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein 3/2-Wegeventil (44) ist, welches den Druckraum (16) wahlweise mit dem Druckspeicherraum (24) oder einer Leckageleitung (42) verbindet.
  7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Druckverstärker (28), in dem ein axial verschiebbarer Druckverstärkerkolben (30) einen Verstärkerraum (32), einen Federraum (34) und einen Hochdruckraum (36) voneinander trennt, vorgesehen ist, wobei der Hochdruckraum (36) mit der Verbindungsleitung (38) zwischen dem Druckraum (16) des Injektors (10) und dem Druckspeicherraum (24) verbunden und der Verstärkerraum (30) über ein Ventil (40) mit dem Druckspeicherraum (24), verbunden ist.
  8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein 3/2-Wegeventil (40) ist.
  9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (14) des Injektors (10) über ein erstes Rückschlagventil (58) mit dem Druckspeicherraum (24) verbunden ist, wobei das erste Rückschlagventil (58) in Richtung des Druckspeicherraumes (24) schließt, und dass der Steuerraum (14) des Injektors (10) über ein zweites Rückschlagventil (60) mit dem Hochdruckraum (36) des Druckverstärkers (28) verbunden ist, wobei das zweite Rückschlagventil (60) in Richtung des Hochdruckraumes (36) schließt.
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