EP1952011A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung

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EP1952011A1
EP1952011A1 EP06807052A EP06807052A EP1952011A1 EP 1952011 A1 EP1952011 A1 EP 1952011A1 EP 06807052 A EP06807052 A EP 06807052A EP 06807052 A EP06807052 A EP 06807052A EP 1952011 A1 EP1952011 A1 EP 1952011A1
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EP
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pressure
fuel injection
injection device
acting
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the control chamber 48 is now connected via the outlet throttle 56 to the low pressure port 60. Since the inlet throttle 50 throttles more strongly than the outlet throttle 56, the pressure in the control chamber 48 and consequently also the action acting on the control surface 46 and acting in the closing direction decreases Force. As soon as it falls below the hydraulic force acting on the conical annular surface 20 and acting in the opening direction (less the force of the spring 44), the valve element 18 with the sealing edge 24 lifts away from the valve seat surface 26. Fuel now flows from the high-pressure chamber 28 to the fuel outlet channels 16.
  • Cross-sectional area of the pressure surfaces 20 and 22 are equal, is connected with the following: In the region of the sealing edge 24, the flow between the two annular surfaces 20 and 22 on the one hand and the opposite valve seat surface 26 on the other hand throttled very easily. This is at least at a portion of the conical end surface 22 to a pressure which is smaller than the pressure in the high-pressure chamber 28. This also depends on the outflow of the fuel through the fuel outlet channel 16.
  • a force progression can additionally or intensively also be brought about by the formation of a valve slide section (not shown in FIG. 1), which cooperates with a corresponding housing-side section.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) umfasst ein Gehäuse (12), in dem ein Ventilelement (18) angeordnet ist. Dieses weist eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Druckfläche (20, 22) auf, die einen Hochdruckraum (28) begrenzt, der mit einem Hochdruckanschluss (54) verbunden ist. Ferner ist an dem Ventilelement (18) eine in Schließrichtung wirkende hydraulische Steuerfläche (46) vorhanden, die einen Steuerraum (48) begrenzt, in dem im Betrieb ein variabler Steuerdruck herrscht. Es wird vorgeschlagen, dass das Ventilelement (18) in einer geöffneten Stellung oder einem geöffneten Stellungsbereich mit einem Gehäusebereich (26) drosselnd derart zusammenarbeitet, dass mindestens an einem Teil der Druckfläche (20, 22) ein Druck anliegt, der kleiner als der Druck im Hochdruckraum (28) ist.

Description

06.03.2006 kna/jmr-neg
Robert Bosch GmbH, 70442 Stuttgart
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit KraftStoff-Direkteinspritzung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff- Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 100 24 702 Al und DE 100 24 703 Al zeigen jeweils eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, mit der der
Kraftstoff direkt in einen ihr zugeordneten Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Hierzu ist in einem Gehäuse ein Ventilelement angeordnet, welches im Bereich einer Kraftstoff-Austrittsoffnung eine insgesamt in Offnungsrichtung des Ventilelements wirkende Druckflache aufweist. Am entgegengesetzten Ende des Ventilelements ist eine in Schließrichtung wirkende Steuerflache vorhanden, welche einen Steuerraum begrenzt.
Bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzvorrichtung liegt an einem Bereich der in Offnungsrichtung wirkenden Druckflache und an der in Schließrichtung wirkenden Steuerflache ein hoher Kraftstoffdruck an, wie er beispielsweise von einer Kraftstoff-Sammelleitung ("Rail") bereitgestellt wird. Der in Schließrichtung wirkende Kraftuberschuss wird erreicht, indem die in Offnungsrichtung wirkende Druckflache zumindest bei geschlossenem Ventilelement kleiner ist als die in Schließrichtung wirkende Steuerflache.
Zum Offnen des Ventilelements wird der an der Steuerflache anliegende Druck abgesenkt, bis die in Offnungsrichtung wirkende hydraulische Kraftresultierende an der Druckflache die in Schließrichtung wirkenden Kräfte übersteigt. Hierdurch wird ein Offnen des Ventilelements bewirkt.
Bei beiden bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
"schwimmt" das Ventilelement im hohen Kraftstoffdruck. Bei dem in der DE 199 24 703 Al gezeigten Ventilelement sind darüber hinaus die in Offnungsrichtung wirkende Druckflache und die in Schließrichtung wirkende Steuerflache, auf eine Ebene orthogonal zur Langsachse des Ventilelements, gleich groß. Um dennoch ein sicheres Schließen des Ventilelements gewahrleisten zu können, werden Maßnahmen vorgeschlagen, mit denen der Druck im Steuerraum nach einer Absenkung wieder besonders rasch angehoben werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie sehr schnell schließt.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruches gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteranspruchen angegeben.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemaß wird das Schließen des Ventilelements dadurch unterstutzt, dass bei geöffnetem Ventilelement der an der in Offnungsrichtung wirkenden Druckflache (oder zumindest an einem Teil hiervon) anliegende Druck abgesenkt wird. Dies ist beispielsweise durch eine entsprechende Drosselung zwischen dem Ventilelement und einem gehauseseitigen Ventilsitzbereich und/oder durch einen zusatzlichen Ventilschieberabschnitt möglich.
Mittels einer entsprechenden Ausformung einerseits des gehauseseitigen Ventilsitzbereichs und andererseits eines entsprechenden Dichtbereichs am Ventilelement kann die
Drosselung so eingestellt werden, dass mindestens bei etwas geöffnetem Ventilelement die in Offnungsrichtung wirkende Kraft kleiner ist als bei geschlossenem Ventilelement. Hierdurch wird der Schließvorgang unterstutzt und beschleunigt. Das Ventilelement wird zum Schließen quasi an den Ventilsitz "angesaugt".
Die Erfindung ermöglicht es in besonderer Weise, die in Offnungsrichtung wirkende Druckflache und die in Schließrichtung wirkende Steuerflache, jeweils auf eine Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilelements projiziert, wenigstens in etwa gleich groß auszugestalten. Dies gestattet eine preiswerte Fertigung des Ventilelements .
Vorgeschlagen wird auch, in allen zwischen Steuerraum und Druckraum liegenden Räumen, die das Ventilelement umgeben, im Betrieb wenigstens zeitweise und wenigstens in etwa der am Hochdruckanschluss herrschende hohe Kraftstoffdruck herrscht. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Ausnehmung, in der das Ventilelement insgesamt aufgenommen ist, mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist. Ein Niederdruckbereich ist demzufolge nicht mehr vorhanden ("druckausgeglichenes" Ventil) . Somit kann keine Leckage zwischen dem Hoch- und einem solchen Niederdruckbereich auftreten, so dass auch die entsprechende Abdichtung und eine hierfür erforderliche Leckageleitung entfallen können.
Dies gestattet einen einfacheren Aufbau der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung mit insgesamt weniger Teilen, was zum einen die Montage erleichtert und zum anderen eine kleinere Bauweise ermöglicht. Darüber hinaus arbeitet die erfindungsgemaße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad, da die bei früheren Vorrichtungen vorhandene Leckage zwischen Ventilelement und Gehäuse nicht mehr vorhanden ist. Eine Rucklaufleitung kann in der Folge kleiner ausgelegt werden.
Dadurch, dass eine Abdichtung zwischen der in
Offnungsrichtung wirkenden Druckflache und der in Schließrichtung wirkenden Steuerflache nicht mehr im bisherigen Sinne erforderlich ist, kann das Ventilelement insgesamt in einem mit dem Hochdruckanschluss verbundenen Hochdruckraum angeordnet sein. Um eine Druckabsenkung im Steuerraum dennoch erreichen zu können, kann dann einfach eine Dichthulse vorgesehen sein. Diese kann radial frei, also ohne Fuhrung, sein, so dass Fertigungstoleranzen einfach ausgeglichen werden können. Die Ansteuerung des Steuerraums kann dann durch einen beispielsweise in der Hülse vorhandenen Steuerkanal erfolgen.
Um mit der erfindungsgemaßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung auch Kleinstmengen im Bereich von 1 mm3 einspritzen zu können, wird eine "Stauchung" des Ventilelements durch eine entsprechende Langen- beziehungsweise Materialauswahl des Ventilelements eingestellt. Alle vorangegangenen Maßnahmen ermöglichen einen Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung auch bei sehr hohen Drucken von bis zu 1800 bar. Vorteilhaft ist ferner, wenn das Ventilelement mehrteilig ist und mindestens zwei Teile des Ventilelements über einen hydraulischen Koppler miteinander gekoppelt sind. Hierdurch wird die Freiheit bei der Auslegung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung erheblich erhöht. Auch die Herstellung der Vorrichtung wird vereinfacht.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die beiden Teile des Ventilelements im hydraulischen Koppler dann, wenn das Ventilelement am Ventilsitz anliegt, voneinander beabstandet sind. Hierdurch wird eine direkte mechanische Kopplung der beiden Teile und somit ein mögliches Prellen verhindert .
Dabei kann der hydraulische Koppler eine Zwischenscheibe umfassen, die einen ersten Koppelraum von einem zweiten Koppelraum geometrisch trennt. Dies vereinfacht die Herstellung.
Möglich ist, dass der hydraulische Koppler einen die beiden Koppelraume hydraulisch miteinander verbindenden Verbindungskanal umfasst. Dies gestattet die Optimierung des Kopplers, beispielsweise durch Ausgestaltung des Verbindungskanals als Stromungsdrossel.
Mindestens eines der Teile des Ventilelements kann als elastische Druckstange derart ausgebildet sein, dass eine Offnungsbewegung des den Steuerraum begrenzenden Teils des Ventilelements sich zeitverzogert auf den mit dem
Ventilsitz zusammenarbeitenden Teil des Ventilelements übertragt. Auf diese Weise können trotz des Einsatzes eine preiswerten Magnetventils zur Steuerung des Drucks im Steuerraum auch sehr kurze Öffnungszeiten und damit die Fähigkeit, auch Kleinstmengen einspritzen zu können, realisiert werden.
Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung naher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen teilweisen Schnitt durch einen Bereich einer ersten Ausfuhrungsform einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung;
Figur 2 ein Diagramm, in dem ein Verlauf einer in Offnungsrichtung wirkenden Kraft über dem Hub eines Ventilelements der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 1 aufgetragen ist;
Figur 3 einen teilweisen Schnitt durch einen Bereich einer zweiten Ausfuhrungsform einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung; und
Figur 4 eine Darstellung ahnlich zu Figur 1 einer dritten Ausfuhrungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung .
Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung tragt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst ein Gehäuse 12, welches wiederum einen Dusenkorper 12a, einen Injektorkörper 12b, und eine Düsenspannmutter 12c umfasst. In dem Gehäuse 12 ist in seiner Längsrichtung eine gestufte Ausnehmung 14 vorhanden, von deren in Figur 1 unterem Ende Kraftstoff-Austrittskanäle 16 ausgehen, die die Wand des Düsenkörpers 12a durchsetzen.
In der Ausnehmung 14 ist ein nadelartiges Ventilelement 18 angeordnet. Dieses weist einen insgesamt im Wesentlichen konstanten Durchmesser D auf. An seinem in Figur 1 unteren Ende weist das Ventilelement 18 eine konische Spitze auf, die durch eine erste konische Ringfläche 20 und eine zweite konische Endfläche 22 gebildet wird. Die Ringfläche 20 und die Endfläche 22 haben eine unterschiedliche Konizität, so dass zwischen ihnen eine Dichtkante 24 gebildet ist. Diese liegt bei geschlossenem Ventilelement 18 an einer gegenüberliegenden ebenfalls konischen Ventilsitzfläche 26 im in Figur 1 unteren Endbereich der Ausnehmung 14 im Düsenkörper 12a an. Auf diese Weise kann das Ventilelement 18 die Kraftstoff-Austrittskanäle 16 von einem stromaufwärts von der Dichtkante 24 zwischen dem Ventilelement 18 und dem Gehäuse 12 vorhandenen ringförmigen Hochdruckraum 28 trennen.
Der Hochdruckraum 28 erstreckt sich über die gesamte Länge der Ausnehmung 14 bzw. des Ventilelements 18. Letzteres wird im Gehäuse 12 vor allem über einen eine nur geringe axiale Länge aufweisenden Führungsabschnitt 30 geführt, welcher mit einem komplementären Führungsabschnitt 32 am in Figur 1 oberen Ende des Düsenkörpers 12a zusammenarbeitet. Der Hochdruckraum 28 wird durch die beiden
Führungsabschnitte 30 und 32 jedoch nicht unterbrochen: Im Bereich des Führungsabschnitts 30 weist das Ventilelement 18 nämlich vier über seinen Umfang verteilt angeordnete Abflachungen 34 auf, durch die entsprechende den Führungsabschnitt 30 beziehungsweise 32 durchquerende Stromungskanale gebildet werden, welche ebenfalls Teil des Hochdruckraums 28 sind. Die Abflachungen 34 sind dabei so dimensioniert, dass eine Drosselung der Strömung, die durch die gebildeten Stromungskanale hindurch strömt, im Wesentlichen Null ist.
Die Ausnehmung 14 wird in Figur 1 nach oben hin durch ein Ventilstuck 36 verschlossen. Dieses ragt mit einem Hulsenabschnitt 38 ein Stuck weit in die Ausnehmung 14 hinein, so dass in dem Hulsenabschnitt 38 ein von den
Kraftstoff-Austrittskanalen 60 entgegengesetzter Endbereich 40 des Ventilelements 18 axial verschieblich, jedoch weitgehend fluiddicht aufgenommen ist. Das Ventilstuck 36 ist auf nicht naher dargestellte Art und Weise am Injektorkorper 12b befestigt. Zwischen dem Hulsenabschnitt 38 und einem von diesem etwas beabstandeten Ringbund 42 am Ventilelement 18 ist eine Feder 44 verspannt, durch die das Ventilelement 18 ganz leicht in Schließrichtung beaufschlagt wird.
Am in Figur 1 oberen Ende des Ventilelements 18 ist eine Steuerflache 46 vorhanden. Sie stellt einen Teil einer Begrenzung eines Steuerraums 48 dar, der zwischen dem Hulsenabschnitt 38 und dem Ventilelement 18 gebildet wird. Über eine Zulaufdrossel 50 ist der Steuerraum 48 mit dem Hochdruckraum 28 verbunden, der wiederum über einen Kanal 52 im Injektorkorper 12b mit einem Hochdruckanschluss 54 verbunden ist. Dieser wiederum ist im Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 mit einer Kraftstoff- Sammelleitung ("Rail") verbunden, die in Figur 1 jedoch nicht dargestellt ist. In einer solchen Kraftstoff- Sammelleitung kann Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert werden. An die Kraftstoff-Sammelleitung können mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen angeschlossen sein. Eine Ablaufdrossel 56 verbindet den Steuerraum 48 ferner mit einem Schaltventil 58. Dieses verbindet den Steuerraum 48 in geöffnetem Zustand mit einem Niederdruckanschluss 60. Hierzu verfugt das Schaltventil 58 im vorliegenden
Ausfuhrungsbeispiel über eine Ventilkugel 62, die wiederum von einem Ventilstoßel 64 beaufschlagt wird, der wiederum entweder hydraulisch oder direkt über einen entsprechenden Aktor 66 betätigt wird.
Die in Figur 1 gezeigte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 wird folgendermaßen betrieben: In einem Ausgangszustand ist das Schaltventil 58 geschlossen. Der am Hochdruckanschluss 54 anliegende hohe Kraftstoffdruck (bis zu 1800 bar) herrscht im Hochdruckraum 28 und wird durch die
Zulaufdrossel 50 auch in den Steuerraum 48 übertragen. Der hohe Druck liegt auch an der konischen Ringflache 20 am in Figur 1 unteren Ende des Ventilelements 18 an. Die in Offnungsrichtung wirkende hydraulische konische Ringflache 20 ist jedoch insgesamt kleiner als die in Schließrichtung wirkende Steuerflache 46. Aus diesem Grund wirkt insgesamt auf das Ventilelement 18 eine in Schließrichtung wirkende Kraftresultierende, welche dafür sorgt, dass die Dichtkante 24 des Ventilelements 18 gegen die gegenüberliegende Ventilsitzflache 26 gedruckt wird. Somit ist die Verbindung des Hochdruckraums 28 zu den Kraftstoff-Austrittskanalen 16 unterbrochen .
Damit Kraftstoff von der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 abgegeben werden kann, wird das Schaltventil 58 geöffnet.
Der Steuerraum 48 ist nun über die Ablaufdrossel 56 mit dem Niederdruckanschluss 60 verbunden. Da die Zulaufdrossel 50 starker drosselt als die Ablaufdrossel 56, sinkt der Druck im Steuerraum 48 und in der Folge auch die an der Steuerflache 46 angreifende und in Schließrichtung wirkende Kraft. Sobald diese unter die an der konischen Ringflache 20 angreifende und in Offnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft (abzuglich der Kraft der Feder 44) absinkt, hebt das Ventilelement 18 mit der Dichtkante 24 von der Ventilsitzflache 26 ab. Kraftstoff strömt nun vom Hochdruckraum 28 zu den Kraftstoff-Austrittskanalen 16.
Nun wirkt zusatzlich auch an der konischen Endflache 22 ein hydraulischer Druck, der an dieser konischen Endflache 22 eine zusatzliche in Offnungsrichtung wirkende Kraft erzeugt (zum Verlauf der Kraft im Verhältnis zum Hub wird weiter unten im Zusammenhang mit Figur 2 noch ausfuhrlich Stellung genommen) . Hierdurch wird das Offnen des Ventilelements 18 beschleunigt. Die konische Ringflache 20 und die konische Endflache 22 bilden also insgesamt eine in Offnungsrichtung wirkende Druckflache, deren hydraulisch wirksame Querschnittsflache gleich der hydraulisch wirksamen Querschnittsflache der Steuerflache 46 ist.
Um die Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 zu beenden, wird das Schaltventil 58 geschlossen. Die Verbindung des Steuerraums 48 zum Niederdruckanschluss 60 ist daher unterbrochen. Kraftstoff kann nun durch die Zulaufdrossel 50 wieder in den Steuerraum 48 nachstromen, so dass sich dort der am
Hochdruckanschluss 54 und im Hochdruckraum 28 herrschende Druck einstellt. Dass das Ventilelement 18 nun eine Schließbewegung ausfuhrt, obwohl die in Schließrichtung wirkende hydraulische Querschnittsflache der Steuerflache 46 und die in Offnungsrichtung wirkende hydraulische
Querschnittsflache der Druckflachen 20 und 22 gleich groß sind, hangt mit Folgendem zusammen: Im Bereich der Dichtkante 24 wird die Strömung zwischen den beiden Ringflachen 20 und 22 einerseits und der gegenüberliegenden Ventilsitzflache 26 andererseits ganz leicht gedrosselt. Damit liegt zumindest an einem Bereich der konischen Endflache 22 ein Druck an, der kleiner ist als der Druck im Hochdruckraum 28. Dies hangt auch mit dem Abströmen des Kraftstoffs durch die Kraftstoff-Austrittskanale 16 zusammen.
Trotz eines insgesamt im Hochdruckraum 28 und im Steuerraum 48 gleichen Drucks und trotz gleicher in Schließrichtung und in Offnungsrichtung wirkender hydraulisch wirksamer Querschnittsflachen ist also die in der Summe an der konischen Ringflache 20 und der konischen Endflache 22 in Offnungsrichtung wirkende Kraft kleiner als die an der Steuerflache 46 in Schließrichtung wirkende Kraft. Die am Ventilelement 18 insgesamt angreifende Kraftresultierende wirkt also in Schließrichtung, was zu einer Schließbewegung des Ventilelements 18 fuhrt.
Die Geometrie der konischen Ringflache 20 und der konischen Endflache 22, insbesondere die Konizitat dieser beiden Flachen 20 und 22, relativ zur Ventilsitzflache 26 ist so gewählt, dass über einen Hub H ein Verlauf der in Offnungsrichtung wirkenden Kraft F erzielt wird, wie er in Figur 2 dargestellt ist. Aus dieser erkennt man, dass die in Offnungsrichtung wirkende Kraft beim Hub H = O (also bei mit der Dichtkante 24 an der Ventilsitzflache 26 anliegendem Ventilelement 18) einen Wert F0 hat. Bei etwas geöffnetem Ventilelement 18, also ungefähr bei einem Hub Hi, ist auf Grund von Drosseleffekten die in Offnungsrichtung wirkende Kraft Fi kleiner als die bei geschlossenem Ventilelement 18 in Offnungsrichtung wirkende Kraft F0. Erst bei einem nochmals vergrößerten Hub H wirkt in Offnungsrichtung eine Kraft F2, die deutlich großer ist als die Kraft F0. Dies bedeutet im Umkehrschluss wahrend des gerade beschriebenen Schließvorgangs, dass das Ventilelement 18 gegen Ende des Schließvorgangs quasi "angesaugt" wird und entsprechend schnell schließt. Ein Kraftverlauf, wie er in Figur 2 dargestellt ist, kann zusatzlich oder verstärkt auch durch die Ausbildung eines Ventilschieberabschnitts (in Figur 1 nicht gezeigt) herbeigeführt werden, der mit einem entsprechenden gehauseseitigen Abschnitt zusammenarbeitet .
Es versteht sich, dass für ein sicheres Offnen der Druck im Steuerraum 48 so weit abgesenkt werden muss, dass die an der Steuerflache 46 in Schließrichtung wirkende Kraft zuzuglich der Kraft der Feder 44 kleiner ist als die Kraft F1.
Man erkennt aus Figur 1, dass das Ventilelement 18 insgesamt einstuckig ist. Durch eine entsprechende Material- und Geometriewahl wird zwischen der Dichtkante 24 einerseits und dem Steuerraum 48 eine bestimmte
Federelastizitat eingestellt, die bei geschlossenem Ventilelement 18 eine gewisse Stauchung verursacht, welche dazu genutzt werden kann, auch kleinste Kraftstoffmengen im Bereich von 1 mm3 gezielt und präzise einzuspritzen.
Eine alternative Ausfuhrungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung ist in Figur 3 gezeigt. Dabei tragen hier und nachfolgend solche Elemente und Bereiche, die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurden, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert. Bei der in Figur 3 gezeigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 10 ist der Hulsenabschnitt 38 als vom Ventilstuck 36 separates Teil ausgebildet. Er ist auf den Endbereich 40 des Ventilelements 18 aufgeschoben und wird von der Feder 44 gegen das Ventilstuck 36 beaufschlagt. In radialer Richtung ist der Hülsenabschnitt 38 nicht gehalten. Die Führung des Ventilelements 18 erfolgt somit ausschließlich durch den Führungsabschnitt 30 am Ventilelement 18 und den Führungsabschnitt 32 am
Düsenkörper 12a. Hierdurch wird eine leichtgängige Bewegung des Ventilelements 18 trotz gewisser Fertigungstoleranzen gewährleistet. Auch die Abdichtung des Steuerraums 48 wird hierdurch verbessert.
Es versteht sich, dass unter dem Begriff der hydraulisch wirksamen Querschnittsfläche einerseits der Druckfläche 20, 22 und andererseits der Steuerfläche 46 die Fläche der konischen Ringfläche 20, der konischen Endfläche 22, und der Steuerfläche 46 gemeint ist, die auf eine senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilelements 18 liegende Ebene projiziert ist. Da der Durchmesser des Ventilelements 18 konstant ist (Wert D) , sind diese hydraulisch wirksamen Querschnittsflächen identisch.
Eine nochmals geänderte dritte Ausführungsform zeigt Figur 4. In dieser ist das Ventilelement 18 zweigeteilt, mit einer Düsennadel 68 und einem Steuerkolben 70. Der Steuerkolben 34 ist vergleichsweise lang und so dimensioniert, dass er, wie weiter unten noch genauer erläutert ist, eine deutliche Elastizität besitzt. Düsennadel 68 und Steuerkolben 70 sind über einen hydraulischen Koppler 72 miteinander gekoppelt, der zwei hydraulische Koppelräume 74a und 74b umfasst. Die beiden Koppelräume 74a und 74b sind durch eine gehäuseseitige
Zwischenscheibe 76 geometrisch voneinander getrennt, über einen Verbindungskanal 78 aber hydraulisch miteinander verbunden . Der obere Koppelraum 74a wird radial von einer Hülse 80a, der untere von einer Hülse 80b begrenzt. Die Hülsen werden jeweils in einer Feder 81a und 81b, die sich gehäuseseitig (Feder 81a) bzw. an der Düsennadel 68 (Feder 81b) abstützt, gegen die Zwischenscheibe 76 gedrückt. Der Steuerkolben 70 begrenzt mit einer Endfläche 82 axial den oberen Koppelraum 74a, die Düsennadel mit einer Endfläche 84 den unteren Koppelraum 74b.
Wird der Druck im Steuerraum 60 durch eine Ansteuerung des Aktors 66 (hier ein Magnetaktor) gesenkt, bewegt sich der Steuerkolben 70 in Figur 4 nach oben. Hierdurch sinkt der Druck im oberen Koppelraum 74a, was sich über den Verbindungskanal 78 in den unteren Koppelraum 74b überträgt und auch dort zu einer Druckabsenkung führt. In der Folge wird die Düsennadel 68 quasi aufgezogen.
Aus Figur 4 erkennt man, dass der Steuerkolben 70 und die Düsennadel 68 im Hochdruck der oberhalb und unterhalb der Zwischenscheibe 76 liegenden Hochdruckräume 28a und 28b "schwimmen". Hierzu sind in der Zwischenscheibe 76 entsprechende Durchlässe (ohne Bezugszeichen) vorhanden. Hierdurch wird die Abdichtungsproblematik reduziert.
Durch die Elastizität und Länge L vor allem des
Steuerkolbens 34 wird es ermöglicht, dass mit der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 auch sehr kleine Kraftstoffmengen eingespritzt werden können. Dies dadurch, dass der Steuerkolben zunächst, wenn die Düsennadel 68 am gehäuseseitigen Ventilsitz anliegt, durch den hohen Druck im Steuerraum 48 elastisch zusammengedrückt wird. Bei einer Druckabsenkung im Steuerraum 48 muss sich der Steuerkolben 70 erst längen, um die oben genannte Druckabsenkung in den Koppelräumen 74a und 74b herbeizuführen. Bei der Ausfuhrungsform nach Figur 4 können durch eine entsprechende Auswahl der Verhaltnisse des Durchmesser Dl der Endflache 84 der Dusennadel 68 zum Durchmesser D2 der Endflache 82 des Steuerkolbens 70 (Übersetzung) und des Durchmessers D2 zum Durchmesser D3 der Steuerflache 46 (Druckstufe) die Kraftverhaltnisse auf einfache Weise und doch präzise eingestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse (12), mit einem in dem Gehäuse (12) angeordneten Ventilelement (18) mit einer in
Offnungsrichtung wirkenden hydraulischen Druckflache (20, 22), die einen Hochdruckraum (28) begrenzt, der mit einem Hochdruckanschluss (54) verbunden ist, und mit einer in Schließrichtung wirkenden hydraulischen Steuerflache (46), die einen Steuerraum (48) begrenzt, in dem im Betrieb ein variabler Steuerdruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (18) in einer geöffneten Stellung (Hi) oder einem geöffneten Stellungsbereich mit einem Gehausebereich (26) drosselnd derart zusammenarbeitet, dass mindestens an einem Teil der Druckflache (20, 22) ein Druck anliegt, der kleiner als der Druck im Hochdruckraum (28) ist .
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (18) insgesamt in einem Hochdruckraum (28) aufgenommen ist.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Ventilelement (18) die hydraulisch wirksame Druckflache (20, 22) und die hydraulisch wirksame Steuerflache (46), jeweils auf eine Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilelements (18) projiziert, wenigstens in etwa gleich groß sind.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zwischen Steuerraum (48) und Hochdruckraum (28) liegenden Räumen (28), die das Ventilelement (18) umgeben, im Betrieb wenigstens zeitweise und wenigstens in etwa der am Hochdruckanschluss (54) herrschende hohe Kraftstoffdruck herrscht.
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (18) einen Ventilschieberabschnitt aufweist, der wenigstens zeitweise, insbesondere beim Schließen, mit einem gehauseseitigen Bereich (12) drosselnd derart zusammenarbeitet, dass der mindestens auf einen Teil der Druckflache (20, 22) wirkende Druck unter den Druck im Hochdruckraum (28) absinkt.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei etwas geöffnetem Ventilelement (18) die in Offnungsrichtung wirkende Kraft (Fi) kleiner ist als die in Offnungsrichtung wirkende Kraft (F0) bei geschlossenem Ventilelement (18).
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Steuerraum (48) von dem Hochdruckraum (28) durch einen Hulsenabschnitt (38) fluidisch getrennt ist, der radial vom Gehäuse (12) nicht gefuhrt ist.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ventilelement (18) einen Fuhrungsabschnitt (30) aufweist, an dem es in dem Gehäuse (12) fluidisch durchlässig geführt ist (32) .
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder das Material des Ventilelements (18) so gewählt sind/ist, dass sich eine bestimmte Federelastizität zwischen der Steuerfläche (46) und dem einem Kraftstoff- Austrittskanal (16) zugewandten Endbereich des Ventilelements (18) einstellt, die eine Einspritzung von Kleinstmengen im Bereich von lmm3 ermöglicht.
10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (18) mehrteilig ist (68, 70) und mindestens zwei Teile (68, 70) des Ventilelements (18) über einen hydraulischen Koppler (72) miteinander gekoppelt sind.
11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (68, 70) des Ventilelements (18) im hydraulischen Koppler (72) dann, wenn das Ventilelement (18) am Ventilsitz (26) anliegt, voneinander beabstandet sind.
12. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (72) eine Zwischenscheibe (76) umfasst, die einen ersten Koppelraum (74a) von einem zweiten Koppelraum (74b) geometrisch trennt.
13. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (72) einen die beiden Koppelräume (74a, 74b) hydraulisch miteinander verbindenden Verbindungskanal (78) umfasst.
14. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Teile (70) des Ventilelements (18) als elastische Druckstange derart ausgebildet ist, dass eine Offnungsbewegung des den Steuerraum (48) begrenzenden Teils (70) des Ventilelements (18) sich zeitverzogert auf den mit dem Ventilsitz (26) zusammenarbeitenden Teil (68) des Ventilelements (18) übertragt.
15. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, bei dem an einer in Offnungsrichtung wirkenden hydraulischen Druckflache (20, 22) eines Ventilelements (18) ein Offnungsdruck und an einer in Schließrichtung wirkenden hydraulischen Steuerflache (46) ein Steuerdruck angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim oder nach dem Offnen und/oder für das Schließen des Ventilelements (18) der an mindestens einem Bereich der Druckflache (20, 22) anliegende Offnungsdruck abgesenkt wird.
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