EP2740927B1

EP2740927B1 - Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP2740927B1
Application number: EP13188371.2A
Authority: EP
Inventors: Henning Kreschel; Christian Grimminger; Holger Rapp; Marco Beier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: EP2740927A1; DE102012222633A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume von selbstzündenden, schnelllaufenden Brennkraftmaschinen verwendet wird.

Stand der Technik

Zum Betrieb einer schnelllaufenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine ist es notwendig, den Kraftstoff direkt in die Brennräume der entsprechenden Brennkraftmaschine einzubringen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, Kraftstoff unter hohem Druck mittels eines Kraftstoffeinspritzventils direkt in den Brennraum einzuspritzen und dabei fein zu zerstäuben. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 003 202 A1 bekannt. Dazu wird der Kraftstoff mittels einer Kraftstoffhochdruckpumpe verdichtet und einem Kraftstoffhochdruckspeicher zugeführt, der Abzweigleitungen zu jedem Einspritzventil aufweist. Jedes der Kraftstoffeinspritzventile wird also mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt und spritzt diesen Kraftstoff zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Menge direkt in den zugeordneten Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzventile arbeiten mittels einer längsbeweglichen Ventilnadel, die mit einem Ventilsitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Die Düsennadel wird hydraulisch bewegt, da bei Kraftstoffdrücken von bis zu 2500 bar die notwendigen Kräfte für eine Bewegung direkt mittels Magneten oder eines sonstigen Aktors in aller Regel zu hoch sind. Die Düsennadel begrenzt dazu mit ihrer dem Ventilsitz abgewandten Stirnseite einen Steuerraum, über dessen hydraulischen Druck eine Schließkraft auf die Düsennadel ausgeübt wird, die die Düsennadel gegen den Düsensitz presst. Mittels eines Steuerventils kann der Druck in dem Steuerraum abgesenkt werden, so dass die Düsennadel, angetrieben durch den Kraftstoffdruck, der die Düsennadel umgibt, vom Düsensitz weg bewegt wird und so die Einspritzöffnungen freigibt. Wird der Druck im Steuerraum wieder erhöht, drückt dies die Düsennadel zurück in ihre Schließstellung.
Die einzelnen Einspritzungen erfolgen mit hoher Präzision, um eine optimale und weiche Verbrennung zu erreichen. Jede Einspritzung ist dazu in der Regel in mehrere Teileinspritzungen unterteilt, zum Beispiel in eine Piloteinspritzung, eine Haupt- und eine Nacheinspritzung, die nur wenige Grad Kurbelwinkel von einander beabstandet sind. Im geschlossenen Zustand der Düsennadel bewirkt der Druck im Druckraum des Injektors im Zusammenwirken zwischen dem Steuerraumdurchmesser und dem Düsensitzdurchmesser der Düsennadel eine hydraulische Öffnungskraft auf die Düsennadel. Gleichzeitig bewirkt der Druck im Steuerraum eine hydraulische Schließkraft auf die Stirnseite der Düsennadel. Im Ruhezustand, also bei geschlossenem Steuerventil, herrscht im Steuerraum derselbe Druck, der auch die Düsennadel im Druckraum beaufschlagt. Die Kreisfläche, auf die dieser in Schließrichtung wirkt, ist aber größer als die Ringfläche, auf die er in Öffnungsrichtung wirkt. Daraus ergibt sich eine resultierende hydraulische Schließkraft, die als Produkt aus der vom Düsensitzdurchmesser umschlossenen Fläche und dem Kraftstoffdruck berechnet werden kann. Zudem wirkt die Vorspannkraft einer Schließfeder in Schließrichtung auf die Düsennadel. Diese Düsenfederkraft ist aber im Vergleich zu den hydraulischen Kräften gering und wird deshalb in den folgenden Ausführungen vernachlässigt.
Wird das Steuerventil geöffnet, so sinkt der Steuerraumdruck ab und strebt jenem Druckniveau entgegen, bei dem der abfließende Volumenstrom aus der Ablaufdrossel gleich dem zufließenden Volumenstrom über die Zulaufdrossel wäre. Bevor dieser Druck erreicht wird, unterschreitet aber die zum Steuerraumdruck proportionale hydraulische Schließkraft die hydraulische Öffnungskraft, und die Düsennadel beginnt zu öffnen. Durch die Öffnungsbewegung der Düsennadel verkleinert sich das Steuerraumvolumen und zwar um so schneller, je schneller sich die Düsennadel nach oben bewegt. In Folge dieses Pumpeffekts steigt der Gleichgewichtsdruck im Steuerraum mit zunehmender Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel an, so dass die Düsennadel nicht ungehemmt beschleunigt, sondern nur so lange, bis sich in Folge ihrer Öffnungsgeschwindigkeit im Steuerraum jener Druck einstellt, bei dem sich die Düsennadel jeweils im Kräftegleichgewicht befindet.
In Folge der mit steigendem Düsennadelhub abnehmenden Sitzdrosselung am Düsennadelsitz steigt der Druck unterhalb der Düsensitzes mit zunehmendem Düsennadelhub an. Dies bedeutet, dass auch die hydraulische Öffnungskraft mit steigendem Düsennadelhub zunimmt. Um die Düsennadel im Kräftegleichgewicht zu halten, werden also auch der Steuerraumdruck und die Öffnungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Düsennadelhub ansteigen. Bei vernachlässigbarer Sitzdrosselung, also großem Düsennadelhub, wirkt der die Düsennadel umgebende Druck praktisch vollständig auf die vom Steuerraumdurchmesser umgebene Kreisfläche und erzeugt so die maximal mögliche hydraulische Öffnungskraft. Folglich wird zur Erreichung des Kräftegleichgewichts der Steuerraumdruck denselben Wert annehmen, wie der die Düsennadel umgebende Kraftstoff. In diesem Zustand ist also der Differenzdruck an der Zulaufdrossel und folglich der Volumenstrom durch die Zulaufdrossel gleich null. Die in diesem Zustand durch die Ablaufdrossel aus dem Steuerraum abströmende Menge wird dann komplett durch die Öffnungsbewegung der Düsennadel kompensiert. Schließt nun das Schaltventil, so wird das Abströmen durch die Ablaufdrossel unterbunden. Die Öffnungsbewegung der Düsennadel führt zu einem kurzzeitigen Druckanstieg im Steuerraum, der die Düsennadel abbremst und für eine Richtungsumkehr sorgt. Da beim Schließen der Düsennadel das Steuerraumvolumen zunimmt, muss diese Volumenzunahme durch den Zustrom durch die Zulaufdrossel kompensiert werden. Ansonsten nimmt der Steuerraumdruck unter das Kräftegleichgewicht ab und die Schließbewegung der Düsennadel wird wieder abgestoppt. Da aber im Kräftegleichgewicht zunächst nahezu kein Differenzdruck an der Zulaufdrossel anliegt, ist der Zustrom durch die Zulaufdrossel und damit die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel sehr gering. Dieser geringe Differenzdruck an der Zulaufdrossel wird nur durch die nahezu vernachlässigbare Düsenfederkraft und einen geringen Druckverlust des Kraftstoffs beim Durchströmen des Injektors bewirkt. Erst wenn der Hub der Düsennadel so gering geworden ist, dass der Sitzspalt des Düsennadelsitzes wieder zu drosseln beginnt und folglich die hydraulische Öffnungskraft und der Steuerraumdruck wieder sinken, steigt die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel wieder nennenswert und die sie wird quasi vollends auf ihren Dichtsitz gesaugt. Das über einen großen Hubbereich und damit Zeitraum extrem langsame Schließen der Düsennadel hätte eine extreme Ungenauigkeit der eingespritzten Menge und ein nicht akzeptables Zumessverhalten des Injektors zur Folge.
Um dem abzuhelfen ist beispielsweise aus der DE 10 2009 055 036 A1 bekannt, im Druckraum eine Schließdrossel vorzusehen, die dafür sorgt, dass bei geöffnetem Einspritzventil der Druck an der Sitzfläche der Düsennadel gegenüber dem oberhalb der Schließdrossel anliegenden Druck etwas gemindert ist, was entsprechend die hydraulische Öffnungskraft auf die Düsennadel senkt. Dies führt zu einem geringeren Steuerraumdruck während des Schließvorgangs der Düsennadel und damit einer deutlich höheren Druckdifferenz an der Zulaufdrossel, was wiederum zu einer deutlich höheren und damit ausreichenden Schließgeschwindigkeit der Düsennadel führt. Die Schließdrossel bewirkt jedoch auch, dass an den Einspritzöffnungen nicht der volle Einspritzdruck, wie er von der Hochdruckpumpe erzeugt wird, zur Verfügung steht, was sich nachteilig auf die Gemischbildung im Brennraum auswirken kann und gegebenenfalls eine Erhöhung des Drucks am Injektorzulauf erforderlich macht.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist den Vorteil auf, dass bei der Einspritzung von Kraftstoff mittels des Kraftstoffeinspritzventils an den Einspritzöffnungen der volle Einspritzdruck ansteht, wobei die Düsennadel trotzdem schnell schließt. Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil ein Gehäuse auf, in dem ein Druckraum ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, die einen Kraftstofffluss zu wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Dabei wird durch den hydraulischen Druck in einem Steuerraum eine hydraulische Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes auf die Düsennadel ausgeübt. Das ventilsitzabgewandte Ende der Düsennadel ist in einer längsbeweglichen Schalthülse aufgenommen, wobei die Schalthülse mit einem Dichtsitz im Druckraum zusammenwirkt, so dass beim Abheben der Schalthülse von diesem Dichtsitz zwischen der Schalthülse und dem Dichtsitz ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff innerhalb des Druckraums ungedrosselt in Richtung der Einspritzöffnungen fließen kann.
Der Kraftstoff kann also bei geöffneter Schalthülse ungedrosselt durch den geöffneten Dichtsitz in Richtung der Einspritzöffnungen fließen, während dem Kraftstofffluss bei geschlossener Schalthülse dieser ungedrosselte Weg verschlossen bleibt.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Schalthülse in Richtung auf den Dichtsitz mit einer Federkraft beaufschlagt. Dadurch befindet sie sich zu Beginn der Einspritzung stets in einer definierten Stellung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung begrenzen die Schalthülse und das ventilsitzabgewandte Ende der Düsennadel den Steuerraum, so dass durch den Druck im Steuerraum eine Kraft auf die Schalthülse in Richtung auf den Absatz ausgeübt wird. Dadurch wird eine einfache Steuerung der Schalthülse ermöglicht, da bei Beginn der Einspritzung der Steuerraum entlastet wird und sich damit die Kraft auf die Schalthülse erniedrigt, die daraufhin in Längsrichtung bewegt wird, um den Durchflussquerschnitt zwischen der Schalthülse und dem zugehörigen Dichtsitz im Druckraum freizugeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalthülse ihrerseits in einem Ventilstück radial außen geführt. Dies ermöglicht die Beweglichkeit der Schalthülse in Längsrichtung und stellt gleichzeitig die genaue Position innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils sowie die Dichtheit des Steuerraums sicher.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teile des Druckraums stromaufwärts und stromabwärts des Absatzes durch eine Schließdrossel verbunden. Diese stellt stets, also auch bei geschlossenem Dichtsitz der Schalthülse, eine Verbindung zwischen diesen beiden Teilen des Druckraums, die sich stromaufwärts bzw. stromabwärts dieses Dichtsitzes befinden, sicher und führt zu einem Druckausgleich innerhalb des Druckraums, wenn sich die Düsennadel in ihrer Schließposition befindet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schließdrossel in der Schalthülse ausgebildet ist, da so die Fertigung besonders leicht und kostengünstig ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Düsennadel eine Durchmesser-Erweiterung auf, die einen Führungsabschnitt bildet und mit der die Düsennadel in der Schalthülse zusätzlich geführt ist, wobei durch den Führungsabschnitt in der Schalthülse ein Ringraum in axialer Richtung begrenzt wird. Durch diesen Ringraum wird bei geschlossener Schalthülse und gleichzeitig geöffneter Düse eine zusätzliche Schließkraft auf die Düsennadel ausgeübt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar.

Zeichnung

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt

Figur 1: einen Längsschnitt in schematischer Darstellung eines bekannten Kraftstoffeinspritzventils,
Figur 2: einen Längsschnitt ebenfalls in schematischer Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
Figur 3: eine vergrößerte Darstellung der Figur 2 im Bereich der Schalthülse und
Figur 4: in der gleichen Darstellung wie Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Haltekörper 2 und einen Düsenkörper 3 umfasst, die mittels einer Spannmutter 4 gegeneinander verspannt sind. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Druckraum 5 ausgebildet, der aus einem Hochdruckspeicher 15 über eine Hochdruckleitung 16 und eine im Haltekörper 2 ausgebildete Hochdruckbohrung 17 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Innerhalb des Druckraums 5 ist eine Düsennadel 7 längsverschiebbar angeordnet, die mit ihrem brennraumseitigen Ende mit einem Düsensitz 8 zusammenwirkt und dadurch den Kraftstofffluss aus dem Druckraum 5 zu einer oder zu mehreren Einspritzöffnungen 10 steuert, die im Düsenkörper 3 ausgebildet sind. Die Düsennadel 7 ist dabei von einer Schließfeder 12 im Bereich des Düsenkörpers 3 umgeben, die sich mit einem Ende am Haltekörper 2 abstützt und mit dem anderen Ende an einem Ringabsatz 13, der an der Düsennadel 7 ausgebildet ist. Durch ihre Vorspannung drückt die Schließfeder 12 die Düsennadel 7 gegen den Düsensitz 8 und bringt die Düsennadel 7 damit in eine definierte Ausgangsstellung, auch wenn der Kraftstoffdruck im Druckraum 5 wegfällt.
Das düsensitzabgewandte Ende der Düsennadel 7 ist in einem Ventilstück 20 geführt, das den Druckraum 5 ventilsitzabgewandt begrenzt und das einen Hülsenabschnitt 22 aufweist, der das Ende der Düsennadel 7 aufnimmt. Das brennraumabgewandte Ende der Düsennadel 7 und das Ventilstück 20 begrenzen einen Steuerraum 25, der über eine in der Drosselplatte 20 ausgebildete Ablaufdrossel 28 mit einem Steuerventil 30 verbunden ist. Das Steuerventil 30 verbindet die Ablaufdrossel 28 mit einem Niederdruckraum innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist und der letztlich über eine Niederdruckleitung 49 mit einem Tank 50 verbunden ist, in den der aus dem Steuerraum 25 abgesteuerte Kraftstoff geleitet wird. Zur Versorgung des Steuerraums 25 mit Kraftstoff ist im Ventilstück 20 eine Zulaufdrossel 27 ausgebildet, die den Steuerraum 25 mit dem Druckraum 5 verbindet.
Innerhalb des Düsenkörpers 3 ist zwischen der Düsennadel 7 und der Wand des Druckraums 5 eine Schließdrossel 14 ausgebildet, so dass es bei geöffneter Düsennadel an dieser Stelle zu einem leichten Druckabfall kommt. Es herrscht also vor der Schließdrossel 14 ein etwas höherer Druck als stromabwärts, so dass die in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte auf die brennraumseitige Stirnseite der Düsennadel 7 verringert sind.
Zur Einspritzung von Kraftstoff wird das Steuerventil 30 betätigt und der Steuerraum 25 über die Ablaufdrossel 28 mit dem Niederdruckraum verbunden, worauf Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 abfließt. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 25 ab und damit vermindert sich die hydraulische Kraft auf die ventilsitzabgewandte Stirnseite der Düsennadel 7. Unterschreitet diese in Schließrichtung wirkende Kraft die hydraulische Kraft, die durch den Kraftstoffdruck im Druckraum 5 erzeugt wird und die in Öffnungsrichtung auf die Düsennadel 7 wirkt, so beginnt die Düsennadel 7 zu öffnen, so dass die Einspritzöffnungen 10 freigegeben werden und Kraftstoff aus dem Druckraum 5 zu den Einspritzöffnungen 10 strömt und durch diese austritt. Aufgrund der Schließdrossel 14 ist der Druck, der an den Einspritzöffnungen 10 anliegt, etwas niedriger als der Druck, der im Hochdruckspeicher 15 zur Verfügung steht.
Zur Beendigung der Einspritzung wird die Betätigung des Steuerventils 30 beendet und es kehrt in seine Schließstellung zurück. Damit wird das Abströmen von Kraftstoff über die Ablaufdrossel 28 aus dem Steuerraum 25 unterbunden und es findet nur noch ein Zuströmen von Kraftstoff über die Zulaufdrossel 27 in den Steuerraum 25 statt. Dieser Zustrom verdrängt die Düsennadel 7 wieder nach unten in Richtung des Düsensitzes 8. Der Druck im Steuerraum 25 stellt sich dabei so ein, dass sich die Düsennadel 7 im Kräftegleichgewicht befindet. Der sich dabei einstellende Differenzdruck an der Zulaufdrossel 27 bestimmt den Volumenstrom, der dem Steuerraum 25 zufließt und damit die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 7. Dabei ist zu beachten, dass die dem Düsensitz 8 zugewandte Stirnseite der Düsennadel 7 bedingt durch die Schließdrossel 14 einem geringeren als dem am Eingang der Zulaufdrossel 27 herrschenden Druck ausgesetzt ist. Deshalb bewirkt die Schließdrossel 14 eine nennenswerte Absenkung des Steuerraumdrucks gegenüber dem Zulaufdruck des Injektors und folglich einen nennenswerten Differenzdruck an der Zulaufdrossel 27. Erst dieser Differenzdruck, für den im Wesentlichen die Schließdrossel 14 verantwortlich ist, führt zu einer ausreichenden Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 7.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf eine Beschreibung der bereits in Figur 1 beschriebenen Bauteile wird dabei verzichtet. Zur besseren Übersicht zeigt die Figur 3 eine vergrößerte Darstellung der Figur 2 im brennraumabgewandten Bereich.
Die Düsennadel 7 ist mit ihrem ventilsitzabgewandten Ende in einer Schalthülse 23 aufgenommen, die ihrerseits im Hülsenabschnitt 22 des Ventilstücks 20 geführt ist. Die Schalthülse 23 ist hierbei von einer Feder 24 umgeben, die die Schalthülse 23 gegen einen Dichtsitz 34 drückt, der innerhalb des Druckraums 5 ausgebildet ist. An der Schalthülse ist eine Dichtkante 33 ausgebildet, mit der diese am Dichtsitz 34 aufliegt und so den Druckraum 5 in zwei Abschnitte unterteilt, die bei Anlage der Schalthülse 23 auf dem Dichtsitz 34 nur durch eine Schließdrossel 32 verbunden sind, die in der Schalthülse 23 ausgebildet ist. Die Schalthülse 23 begrenzt zusammen mit der Stirnseite der Düsennadel 7 und dem Ventilstück 20 den Steuerraum 25, der über die Zulaufdrossel 27 mit dem Druckraum 5 verbunden ist. Die im Stand der Technik beschriebene und in Fig. 1 dargestellte Schließdrossel 14, die dort zwischen der Düsennadel 7 und der Innenwand des Druckraums 5 ausgebildet ist, entfällt zu Gunsten der in der Schalthülse 23 ausgebildeten Schließdrossel 32. Dies wird konstruktiv einfach durch eine Vergrößerung des Durchströmquerschnitts im Bereich der ursprünglichen Schließdrossel 14 realisiert.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt:

Zu Beginn der Einspritzung befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil in dem in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Zustand. Im Steuerraum 25 herrscht der gleiche Kraftstoffdruck wie in Druckraum 5, da beide Räume über die Zulaufdrossel 27 hydraulisch verbunden sind. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird das Steuerventil 30 geöffnet und der Kraftstoff fließt aus dem Steuerraum 25 über die Ablaufdrossel 28 in den Niederdruckraum. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 25 ab.

Durch den absinkenden Druck im Steuerraum 25 vermindert sich nun die in Richtung des Ventilsitzes 8 wirkende hydraulische Kraft sowohl auf die Schalthülse 23 als auch auf die Düsennadel 7. Der Kraftstoffdruck im Druckraum 5 drückt daraufhin zunächst die Schalthülse 23 vom Dichtsitz 34 und dann die Düsennadel 7 vom Düsensitz 8 weg, so dass einerseits zwischen der Schalthülse 23 und dem Dichtsitz 34 und andererseits zwischen der Düsennadel 7 und dem Düsensitz 8 ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert wird. Der Kraftstoff kann jetzt ungehindert und ungedrosselt durch den Druckraum 5 in Richtung der Einspritzöffnungen 10 fließen und wird durch die Einspritzöffnungen 10 ausgespritzt. Die Schalthülse 23 bewegt sich dabei bis in Anlage an einen Anschlag 36, der innerhalb des Ventilstücks 20 als Absatz ausgebildet ist, während die Düsennadel 7 in der Regel ihre Hubbegrenzung während ihrer Öffnungsphase nicht erreicht, was als ballistischer Betrieb bezeichnet wird.
Zur Beendigung der Einspritzung wird das Steuerventil 30 wieder geschlossen, so dass der Kraftstoff nicht mehr weiter aus dem Steuerraum 25 abfließt. Da sich die Düsennadel 7 noch in ihrer Aufwärtsbewegung befindet, also ballistisch betrieben wird, erhöht sich daraufhin der Druck im Steuerraum 25, was die Öffnungsbewegung der Düsennadel 7 bremst. Desgleichen wird auf die Stirnseite der Schalthülse 23 wieder eine erhöhte hydraulische Kraft ausgeübt, die die Schalthülse 23 in Richtung des Dichtsitzes 34 drückt, bis diese mit ihrer Dichtkante 33 am Dichtsitz 34 anliegt und den Kraftstofffluss innerhalb des Druckraums 5 an dieser Stelle unterbricht. Der weitere Kraftstofffluss kann jetzt nur noch durch die Schließdrossel 32 erfolgen, was zu einem leichten Druckrückgang in jenem Teil des Druckraums 5 führt, der sich stromabwärts der Schließdrossel 32 befindet. Dadurch verringert sich die hydraulische Kraft, die in Öffnungsrichtung auf die Düsennadel 7 wirkt und die Düsennadel 7 beschleunigt nach unten. Da mit zunehmender Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 7 der Druck im Steuerraum 25 wegen der Drosselung des in den Steuerraum 25 nachfließenden Kraftstoffs an der Zulaufdrossel 27 sinkt, endet der Beschleunigungsvorgang, wenn jene Geschwindigkeit erreicht ist, bei der sich die Düsennadel 7 im Kräftegleichgewicht befindet. Dieser Steuerraumdruck, bei dem sich die Düsennadel im Kräftegleichgewicht befindet, ist in Folge des abgesenkten Drucks im stromabwärts der Schließdrossel 32 befindlichen Teil des Druckraums 5 deutlich geringer als der Druck vor der Zulaufdrossel 27. Folglich besteht im Kräftegleichgewicht ein nennenswerter Differenzdruck an der Zulaufdrossel 27und damit ein nennenswerter Volumenstrom in den Steuerraum 25 hinein, woraus sich wiederum eine ausreichende Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 7 ergibt.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, wobei sich dieses Ausführungsbeispiel von dem in Figur 3 gezeigten in der Ausgestaltung der Schalthülse 23 und der Düsennadel 7 unterscheidet. Die Düsennadel 7 weist innerhalb der Schalthülse 23 eine Durchmesser-Erweiterung auf, die einen Führungsabschnitt 40 bildet, mit der die Düsennadel 7 zusätzlich innerhalb der Schalthülse 23 geführt ist. Durch den Führungsabschnitt 40 und die Schalthülse 23 wird so ein Ringraum 38 begrenzt, der durch eine Bohrung 39 in der Schalthülse 23 mit dem Druckraum 5 verbunden ist. Darüber hinaus ist die Dichtkante 33 an der Schalthülse 23 radial soweit nach außen verlagert, dass deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Führungsabschnitts 40. Durch diese Maßnahmen ändern sich die hydraulischen Kräfte auf die Düsennadel 7 und die Schalthülse 23: Befindet sich beim Schließen des Einspritzventils die Schalthülse 23 bereits in Anlage am Dichtsitz 34, während die Düsennadel 7 noch in ihrer Öffnungsposition ist, so wirkt durch den Druck im Ringraum 38 eine zusätzliche hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 7, die die Schließbewegung weiter beschleunigt. Da der Durchmesser der Dichtkante 33 größer ist als der Durchmesser des Führungsabschnitts 40, ergibt sich durch die Druckdifferenz zwischen dem Bereich des Druckraums 5 außerhalb der Schalthülse 23 und innerhalb eine zusätzliche Schließkraft auf die Schalthülse 23. Dies verhindert, dass die Schalthülse 23 am Dichtsitz 34 prellt und wieder anhebt, was den Schließvorgang stören könnte.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (1), in dem ein Druckraum (5) ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist, und mit einer Düsennadel (7), die längsverschiebbar im Druckraum (5) angeordnet ist und mit einem Ventilsitz (8) zusammenwirkt und dadurch einen Kraftstofffluss aus dem Druckraum (5) zu wenigstens einer Einspritzöffnung (10) steuert, und mit einem Steuerraum (25), über den eine hydraulische Schließkraft in Richtung des Ventilsitzes (8) auf die Düsennadel (7) ausgeübt wird, wobei das ventilsitzabgewandte Ende der Düsennadel (7) in einer längsbeweglichen Schalthülse (23) aufgenommen ist, wobei die Schalthülse (23) mit einem Dichtsitz (34) im Druckraum (5) zusammenwirkt, so dass beim Abheben der Schalthülse (23) von diesem Dichtsitz (34) zwischen der Schalthülse (23) und dem Dichtsitz (34) ein Durchflussquerschnitt aufgesteuert wird, durch den Kraftstoff innerhalb des Druckraums (5) ungedrosselt in Richtung der Einspritzöffnungen (10) fließen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser, bei dem die Schalthülse (23) auf dem Dichtsitz (34) abdichtet, größer ist als der Außendurchmesser der den Steuerraum (25) begrenzenden Stirnfläche der Schalthülse (23).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (23) durch eine Feder (35) in Richtung des Dichtsitzes (34) mit einer Federkraft beaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schalthülse (23) und das ventilsitzabgewandte Ende der Düsennadel (5) der Steuerraum (25) begrenzt wird, so dass durch den hydraulischen Druck im Steuerraum (25) eine hydraulische Kraft auf die Schalthülse (23) in Richtung des Dichtsitzes (34) ausgeübt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (23) in einem Ventilstück (20) an ihrer Außenseite geführt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalthülse (23) in einem Hülsenabschnitt (22) des Ventilstücks (20) geführt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schließdrossel (32) vorgesehen ist, durch die die Teile des Druckraums (5) vor und nach dem Dichtsitz (34) verbunden sind und durch die Kraftstoff gedrosselt in Richtung der Einspritzöffnungen (10) fließen kann.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließdrossel (32) in der Schalthülse (23) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (7) einen durch eine Durchmesser-Erweiterung gebildeten Führungsabschnitt (40) aufweist, mit der sie ebenfalls in der Schalthülse (23) geführt ist, so dass durch den Führungsabschnitt (40) ein in der Schalthülse (23) ausgebildeter Ringraum (38) in axialer Richtung begrenzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (38) durch eine in der Schalthülse (23) ausgebildete Bohrung (39) mit dem Druckraum (5) hydraulisch verbunden ist.