WO2003027481A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2003027481A1
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pressure
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control chamber
fuel
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PCT/DE2002/002576
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Marcus Parche
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
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    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M57/023—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is known from DE 42 11 651 AI.
  • This fuel injection device has a fuel injection valve with a
  • Injection valve member through which at least one injection opening is controlled.
  • the injection valve member is acted upon by the pressure prevailing in a pressure chamber of the fuel injection valve and can be moved by it against the force of a closing spring in an opening direction to release the at least one injection opening.
  • the pressure chamber is supplied with fuel under high pressure from a pressure source for fuel injection.
  • the opening pressure of the fuel injection valve that is the pressure in the pressure chamber at which the pressure force acting on the injection valve member is greater than the force of the closing spring acting on the injection valve member and the injection valve member moves in the opening direction to release the at least one injection opening, is only dependent on the
  • the opening pressure of the fuel injection valve should be variable.
  • the fuel injection device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the variable pressure in the control chamber
  • Opening pressure of the fuel injection valve can be varied so that an adaptation to different operating states of the internal combustion engine and / or to a predetermined course of the fuel injection is made possible.
  • the embodiment according to claim 2 enables fuel injection during a pre-injection with low pressure, whereby a small amount of fuel is achieved with low combustion noise, and a fuel injection during a main injection with high pressure, whereby a good atomization of the fuel is achieved.
  • the design in accordance with claim 7 controls the pressure in the control chamber and thus the opening pressure of the fuel injection valve in a simple manner.
  • the pump work chamber can advantageously serve as the pressure source for the control chamber, so that no additional effort is required for this.
  • Training according to claim 11 allows relief of the control room.
  • the embodiment according to claim 12 enables a simple change in the pressure in the control chamber, in that the pressure is relieved when the pressure valve is closed, or when the pressure valve is open, the pressure supplied by the pressure source prevails therein.
  • Fuel injection device for an internal combustion engine in a simplified representation according to a first
  • Figure 2 shows a detail of the fuel injection device in a region designated by II in Figure 1
  • Figure 3 shows the course of the pressure in a fuel injection valve
  • FIGS. 1, 2 and 4 to 8 show a fuel injection device for an internal combustion engine, for example of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is a self-igniting internal combustion engine and has one or more cylinders.
  • the fuel injection device is designed as a pump-nozzle unit and has the for each cylinder
  • a high pressure fuel pump 10 and a Fuel injection valve 12 which form a common structural unit.
  • the high-pressure fuel pump 10 and the fuel injection valve 12 are arranged separately from one another and are connected to one another via a line.
  • a common high-pressure fuel pump is provided for all cylinders of the internal combustion engine and a fuel injection valve 12 for each cylinder.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pump body 14, in which a pump piston 18 is sealingly displaceably guided in a cylinder bore 16 and delimits a pump working space 20 in the cylinder bore 16.
  • the pump piston 18 is driven by a cam 22 of a camshaft of the internal combustion engine against the force of a return spring 24 in a lifting movement.
  • the fuel injection valve 12 has a valve body 30 which can be formed in several parts and which is connected to the pump body 14.
  • a bore 32 is formed in the valve body 30, in which an injection valve member 34 is guided so as to be longitudinally displaceable.
  • the valve body 30 has at least one, preferably a plurality of injection openings 36 at its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the injection valve member 34 has, for example, an approximately conical sealing surface 38 on its end region facing the combustion chamber, which cooperates with a valve seat 40 formed in the valve body 30 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the injection openings 36 lead away.
  • valve body 30 there is an annular space 42 between the injection valve member 34 and the bore 32 towards the valve seat 40, which in its end region facing away from the valve seat 40 by radial expansion of the bore 32 into a pressure space 44 surrounding the injection valve member 34 transforms.
  • the injection valve member 34 has a pressure shoulder 46 at the level of the pressure chamber 44 by reducing the cross section.
  • a prestressed closing spring 48 acts at least indirectly, through which the
  • Injection valve member 34 is pressed toward valve seat 40.
  • the closing spring 48 is arranged in a spring chamber 50 of the valve body 30, which adjoins the bore 32.
  • a channel 52 is formed in the pump body 14 and in the valve body 30, through which the pressure chamber 44 is connected to the pump working chamber 20.
  • the pump work space 20 has a connection to a low pressure region, for example at least indirectly to a fuel reservoir 21, which is controlled by an electrically controlled valve 54.
  • the valve 54 can be designed as a solenoid valve or have a piezoelectric actuator and is controlled by an electronic control device 56.
  • the valve 54 is opened, so that fuel can reach the pump working chamber 20 from the fuel reservoir 21.
  • the valve 54 is closed by the control device 56 at a point in time at which fuel injection is to begin. The length of time that valve 54 remains closed determines the amount of fuel that is injected.
  • the injection valve member 34 delimits a control chamber 58 with its end face 35 facing away from the combustion chamber in the bore 32 towards the spring chamber 50. It can also be provided that the control chamber 58 is delimited by a separate piston which is supported on the injection valve member 34.
  • a partition 60 is provided between the control chamber 58 and the spring chamber 50, in which a bore 61 is formed, through which a bolt 62 passes has a smaller diameter than the injection valve member 34.
  • the bolt 62 rests on the one hand on the end face 35 of the injection valve member 34 and on the other hand in the spring chamber 50 against a spring plate 49 which in turn rests on the closing spring 48.
  • the bolt 62 passes through the bore 61 with little radial play, so that the control chamber 58 is separated from the spring chamber 50.
  • a variable pressure is set in the control chamber 58, several exemplary embodiments of this being explained below.
  • a channel 64 is formed in the valve body 30 and / or in the pump body 14, which opens into the control chamber 58.
  • the control chamber 58 is connected via the channel 64 to an external pressure source 66, which can be, for example, a pressure accumulator or a pressure generator in the form of a pump.
  • the connection of the control chamber 58 to the pressure source 66 is controlled by an actuator 67, which is, for example, an electrically controlled one
  • valve that can be designed as a solenoid valve and that is controlled by the control device 56.
  • the valve 67 is designed as a 2/2-way valve, through which the control chamber 58 is connected to the pressure source 66 in a first switching position and through which the control chamber 58 is separated from the pressure source 66 in a second switching position.
  • At least one throttle point 68 can be provided in the connection between the control chamber 58 and the pressure source 66. If the control chamber 58 is connected to the pressure source 66, there is an increased pressure in the latter, which acts on the end face 35 of the injection valve member 34 and an additional force, which supports the force of the closing spring 48, on the injection valve member 34 in its closing direction towards the valve seat 40 generated. If the control chamber 58 is connected to the pressure source 66, there is an increased pressure in the latter, which acts on the end face 35 of the injection valve member 34 and an additional force, which supports the force of the closing spring 48, on the injection valve member 34 in its closing direction towards the valve seat 40 generated. If the
  • Control room 58 is separated from the pressure source 66, so builds the increased pressure in the control chamber 58 decreases via the play existing between the pin 62 and the bore 61 in the spring chamber 50, which is connected to a low-pressure region.
  • the control chamber 58 can also be connected to the spring chamber 50 via a throttle bore in the partition 60 and via this to the low-pressure region.
  • the throttle point 68 in the connection between the control chamber 58 and the pressure source 66 can also be designed as a throttle bore in the valve body 30.
  • FIG. 3 shows the course of the pressure p generated by the pump piston 18 due to its stroke movement during the delivery stroke in the pump work chamber 20 and in the pressure chamber 44, the pressure ps set in the control chamber 58 and the stroke movement h of the injection valve member 34 of the fuel injection valve 12 over time during an injection cycle.
  • the control device 56 closes the valve 54 and the valve 67 is also closed. There is therefore a low pressure in the control chamber 58 and on the
  • Injection valve member 34 essentially acts only the force of the closing spring 48.
  • the pressure prevailing in the pressure chamber 44 via the pressure shoulder 46 on the injection valve member 34 generates a force in its opening direction away from the valve seat 40 which is greater than the force of the closing spring 48, it opens the fuel injection valve 12.
  • the injection valve member 34 lifts with its sealing surface 38 from the valve seat 40 and opens the injection openings 36 through which fuel is injected.
  • the fuel injection takes place at a relatively low pressure and in a small amount than one
  • the pressure in the pressure chamber 44 at which the fuel injection valve 12 opens is referred to as the opening pressure.
  • the valve 67 by the opening pressure is referred to as the opening pressure.
  • Control device 56 opened so that the control chamber 58 with is connected to the pressure source 66 and an increased pressure is set in it in accordance with the pressure supplied by the pressure source 66. The on that
  • Injection valve member 34 acting closing force is increased so that the fuel injection valve 12 closes again by the injection valve member 34 with its sealing surface 38 on the valve seat 40 to the plant.
  • the pressure in the pressure chamber 44 subsequently rises in accordance with the profile of the cam 22 driving the pump piston 18, so that an increasing pressure on the injection valve member 34
  • Compressive force acts in the opening direction. If the opening force generated by the pressure on the injection valve member 34 in the pressure chamber 44 exceeds the closing force as the sum of the force of the closing spring 48 and the pressure force generated by the pressure in the control chamber 58, the fuel injection valve 12 opens again. The main injection then takes place at a higher pressure than the pilot injection and for a longer period of time. The opening pressure p2 of the fuel injection valve 12 during the main injection is therefore higher than the opening pressure pl during the pre-injection.
  • the valve 54 is opened so that the pressure chamber 44 is relieved.
  • the valve 67 is also opened, so that the control chamber 58 is also relieved. In a subsequent injection cycle, there is again a low pressure in the control chamber 58, so that the low opening pressure pl is present at the fuel injection valve for the pre-injection.
  • the fuel injection device is shown in simplified form according to a second exemplary embodiment, in which the design of the actuator 67 is modified compared to the first exemplary embodiment.
  • the actuator 67 is designed as a 3/2-way valve, which has three connections and two switching positions and is controlled by the control device 56 becomes.
  • the control chamber 58 In a first switching position of the valve 67, the control chamber 58 is connected to the pressure source 66 and separated from a low pressure region 69, and in a second switching position the control chamber 58 is separated from the pressure source 66 and connected to the low pressure region 69.
  • Relief of the control chamber 58 is thus also controlled by the valve 67.
  • At least one throttle point 70 can be provided in the connection between the control chamber 58 and the low pressure region 69.
  • the Kraf material injection device is shown simplified according to a third embodiment.
  • the pump piston 18 serves as an actuator by which the connection of the control chamber 58 to the pressure source 66 is controlled.
  • a channel 71 leading to the pressure source 66 opens into the cylinder bore 16 and the channel 64 leading to the control chamber 58 at an axial distance therefrom.
  • the pump piston 18 has a recess 72 with a reduced cross-section that extends in the axial direction over a predetermined width.
  • the pump piston 18 is located with its full cross section in the region of the mouth of the channel 71, so that the latter is closed and the control chamber 58 is separated from the pressure source 66.
  • the pump piston 18 moves further into the cylinder bore 16 during its delivery stroke, its recess 72 overlaps the mouth of the channel 71, so that the channel 64 and thus the control chamber 58 are connected to the pressure source 66 via the recess 72 , At the beginning of the delivery stroke of the pump piston 18 there is therefore a low pressure in the control chamber 58, so that the low opening pressure for the pre-injection is reached, and with a further delivery stroke of the pump piston 18, the pressure in the control chamber 58 is increased, so that the higher opening pressure for the main injection is reached.
  • the fuel injection device is shown in simplified form in accordance with a fourth exemplary embodiment, in which, in contrast to the exemplary embodiments explained above, no external pressure source is provided, but rather the pump working space 20 as
  • the control chamber 58 has a connection to the pump work chamber 20, which is controlled by an actuator 67.
  • the actuator is designed as a 2/2-way valve 67 through which the control chamber 58 is connected to the pump work chamber 20 in a first switching position and is separated from the pump working chamber 20 in a second switching position.
  • the actuator 67 can also be designed as a 3/2-way valve, by means of which the control chamber 58 is connected to the pump work chamber 20 in a first switching position and separated from a low-pressure region 69, and the control chamber 58 is separated from the pump working chamber in a second switching position 20 is separated and connected to the low pressure region 69.
  • the fuel injection device is shown in simplified form according to a fifth exemplary embodiment, in which the pump work chamber 20 in turn serves as a pressure source for the control chamber 58.
  • the connection of the control chamber 58 to the pump work chamber 20 is controlled by the pump piston 18 as an actuator.
  • a channel 64 leads from the circumference of the cylinder bore 16 to the control chamber 58.
  • the pump piston 18 has a recess 72 with a reduced cross-section that extends in the axial direction over a predetermined width.
  • the cylinder bore 16 has in its inner end region on at least part of its circumference a radial extension 74, for example in the form of a groove.
  • the fuel injection device is shown in simplified form according to a sixth exemplary embodiment, in which the pump work chamber 20 in turn serves as a pressure source for the control chamber 58.
  • the control chamber 58 has a connection to the pump work chamber 20, in which a pressure valve 78 opening towards the control chamber 58 is arranged as an actuator. If the pressure in the pump work chamber 20 is lower than the opening pressure of the pressure valve 78, then this is closed and the
  • the control chamber 58 is then relieved to a low pressure area. If the pressure in the pump work chamber 20 exceeds the opening pressure of the pressure valve 78, this opens and the control chamber 58 is connected to the pump work chamber 20.
  • the opening pressure of the pressure valve 78 is set such that it is closed with a small delivery stroke and thus low pressure in the pump work chamber 20, so that there is a low pressure in the control chamber 58 and a low opening pressure of the
  • Fuel injection valve 12 for the pre-injection is reached. With increasing delivery stroke and thus increasing pressure in the pump work chamber 20, the pressure valve 78 opens, so that the control chamber 58 is connected to the pump work chamber 20 and a higher opening pressure of the
  • Fuel injection valve 12 for the main injection is reached.

Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein Kraftstoffeinspritzventil (12) mit einem Einspritzventilglied (34) auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (36) gesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied (34) von dem in einem Druckraum (44) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck beaufschlagt ist und durch diesen gegen die Kraft einer Schliessfeder (48) in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (36) bewegbar ist, wobei dem Druckraum (44) zu einer Kraftstoffeinspritzung von einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Das Einspritzventilglied (34) ist zumindest mittelbar von dem in einem Steuerraum (58) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck in Schliessrichtung beaufschlagt. Der Druck im Steuerraum (58) ist veränderbar, wobei der Steuerraum (58) eine Verbindung mit einer Druckquelle (66) aufweist, die durch ein elektrisches Ventil (67) gesteuert wird. Es können damit unterschiedliche Öffnungsdrücke des Kraftstoffeinspritzventils (12) für eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung von Kraftstoff erreicht werden.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtuncr für eine Brennkraf maschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des /Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 42 11 651 AI bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem
Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird. Das Einspritzventilglied ist von dem in einem Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils herrschenden Druck beaufschlagt und durch diesen gegen die Kraft einer Schließfeder in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar. Dem Druckraum wird zur Kraftstoffeinspritzung von einer Druckguelle Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt. Der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils, das ist der Druck im Druckraum, bei dem die auf das Einspritzventilglied wirkende Druckkraft größer ist als die auf das Einspritzventilglied wirkende Kraft der Schließfeder und sich das Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegt, ist dabei nur abhängig von der
Vorspannung der Schließfeder und somit fest vorgegeben. Um die Kraftstoffeinspritzung optimal an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine anzupassen sowie den Verlauf der Kraftstoffeinspritzung zur Erzielung geringstmöglicher Abgas- und Geräuschemissionen anzupassen sollte der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils jedoch variabel sein.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den veränderbaren Druck im Steuerraum der
Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils variiert werden kann, so daß eine Anpassung an verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine und/oder an einen vorgegebenen Verlauf der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine Kraftstoffeinspritzung während einer Voreinspritzung mit geringem Druck, wodurch eine geringe Kraftstoffmenge bei geringem Verbrennungsgeräusch erreicht wird, und eine Kraftstoffeinspritzung während einer Haupteinspritzung mit hohem Druck, wodurch eine gute Zerstäubung des Kraftstoffs erreicht wird. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 7 wird auf einfache Weise der Druck im Steuerraum und damit der Öffnungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils gesteuert. Als Druckquelle für den Steuerraum kann wie im Anspruch 9 angegeben vorteilhaft der Pumpenarbeitsraum dienen, so daß hierzu kein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Die
Ausbildung gemäß Anspruch 11 ermöglicht eine Entlastung des Steuerraums . Die Ausbildung gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine einfache Veränderung des Drucks im Steuerraum, indem dieser bei geschlossenem Druckventil entlastet ist oder bei geöffnetem Druckventil der durch die Druckquelle gelieferte Druck in diesem herrscht. Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel, Figur 2 einen Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem in Figur 1 mit II bezeichneten Bereich, Figur 3 den Verlauf des Drucks in einem Kraftstoffeinspritzventil der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung sowie einer Bewegung von dessen Einspritzventilglied, Figur 4 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel, Figur 5 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel, Figur 6 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Figur 7 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel und Figur 8 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Figuren 1, 2 und 4 bis 8 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als Pumpe-Düse- Einheit ausgebildet und weist für jeden Zylinder der
Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, die eine gemeinsame Baueinheit bilden. Es kann abweichend hiervon auch vorgesehen sein, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und das Kraftstoffeinspritzventil 12 getrennt voneinander angeordnet sind und über eine Leitung miteinander verbunden sind. Außerdem kann auch vorgesehen sein, daß für alle Zylinder der Brennkraftmaschine eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckpumpe und für jeden Zylinder ein Kraftstoffeinspritzventil 12 vorgesehen ist.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 16 ein Pumpenkolben 18 dichtend verschiebbar geführt ist, der in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 20 begrenzt. Der Pumpenkolben 18 wird durch einen Nocken 22 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine gegen die Kraft einer Rückstell eder 24 in einer Hubbewegung angetrieben.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 30 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und der mit dem Pumpenkörper 14 verbunden ist. Im Ventilkörper 30 ist eine Bohrung 32 ausgebildet, in der ein Einspritzventilglied 34 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 30 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 36 auf. Das Einspritzventilglied 34 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 38 auf, die mit einem im Ventilkörper 30 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 40 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 36 abführen. Im Ventilkörper 30 ist zwischen dem Einspritzventilglied 34 und der Bohrung 32 zum Ventilsitz 40 hin ein Ringraum 42 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 40 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 32 in einen das Einspritzventilglied 34 umgebenden Druckraum 44 übergeht. Das Einspritzventilglied 34 weist auf Höhe des Druckraums 44 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 46 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 34 greift zumindest mittelbar eine vorgespannte Schließfeder 48 an, durch die das
Einspritzventilglied 34 zum Ventilsitz 40 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 48 ist in einem Federraum 50 des Ventilkörpers 30 angeordnet, der sich an die Bohrung 32 anschließt. Im Pumpenkörper 14 und im Ventilkörper 30 ist ein Kanal 52 ausgebildet, durch den der Druckraum 44 mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden ist.
Der Pumpenarbeitsraum 20 weist eine Verbindung mit einem Niederdruckbereich, beispielsweise zumindest mittelbar mit einem Kraftstoffvorratsbehälter 21 auf, die durch ein elektrisch gesteuertes Ventil 54 gesteuert wird. Das Ventil 54 kann als Magnetventil ausgebildet sein oder einen piezoelektrischen Aktor aufweisen und wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 56 angesteuert. Bei einem Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Ventil 54 geöffnet, so daß Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 21 in den Pumpenarbeitsraum 20 gelangen kann. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird das Ventil 54 durch die Steuereinrichtung 56 geschlossen zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Kraftstoffeinspritzung beginnen soll. Die Zeitdauer, für die das Ventil 54 geschlossen bleibt, bestimmt die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird.
Das Einspritzventilglied 34 begrenzt mit seiner dem Brennraum abgewandten Stirnfläche 35 in der Bohrung 32 zum Federraum 50 hin einen Steuerraum 58. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Steuerraum 58 von einem separaten Kolben begrenzt wird, der sich am Einspritzventilglied 34 abstützt. Zwischen dem Steuerraum 58 und dem Federraum 50 ist eine Trennwand 60 vorgesehen, in der eine Bohrung 61 ausgebildet ist, durch die ein Bolzen 62 hindurchtritt, der einen geringeren Durchmesser als das Einspritzventilglied 34 aufweist. Der Bolzen 62 liegt einerseits an der Stirnfläche 35 des Einspritzventilglieds 34 und andererseits im Federraum 50 an einem Federteller 49 an, der wiederum an der Schließfeder 48 anliegt. Der Bolzen 62 tritt mit geringem radialem Spiel durch die Bohrung 61 hindurch, so daß der Steuerraum 58 vom Federraum 50 getrennt ist. Im Steuerraum 58 wird ein veränderlicher Druck eingestellt, wobei nachfolgend mehrere Ausführungsbeispiele hierzu erläutert werden.
Bei einem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist im Ventilkörper 30 und/oder im Pumpenkörper 14 ein Kanal 64 ausgebildet, der in den Steuerraum 58 mündet. Über den Kanal 64 ist der Steuerraum 58 mit einer externen Druckquelle 66 verbunden, die beispielsweise ein Druckspeicher oder ein Druckerzeuger in Form einer Pumpe sein kann. Die Verbindung des Steuerraums 58 mit der Druckquelle 66 wird durch ein Stellglied 67 gesteuert, das beispielsweise ein elektrisch gesteuertes
Ventil ist, das als Magnetventil ausgebildet sein kann und das von der Steuereinrichtung 56 angesteuert wird. Beim dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Ventil 67 als 2/2-Wegeventil ausgebildet, durch das in einer ersten Schaltstellung der Steuerraum 58 mit der Druckquelle 66 verbunden ist und durch das in einer zweiten Schaltstellung der Steuerraum 58 von der Druckquelle 66 getrennt ist. In der Verbindung des Steuerraums 58 mit der Druckquelle 66 kann wenigstens eine Drosselstelle 68 vorgesehen sein. Wenn der Steuerraum 58 mit der Druckquelle 66 verbunden ist, so herrscht in diesem ein erhöhter Druck, der auf die Stirnfläche 35 des Einspritzventilglieds 34 wirkt und eine zusätzliche, die Kraft der Schließfeder 48 unterstützende Kraft auf das Einspritzventilglied 34 in dessen Schließrichtung zum Ventilsitz 40 hin erzeugt. Wenn der
Steuerraum 58 von der Druckquelle 66 getrennt ist, so baut sich der erhöhte Druck im Steuerraum 58 über das zwischen dem Bolzen 62 und der Bohrung 61 vorhandene Spiel in den Federraum 50 ab, der mit einem Niederdruckbereich verbunden ist. Alternativ kann der Steuerraum 58 auch wie in Figur 2 dargestellt über eine Drosselbohrung in der Trennwand 60 mit dem Federraum 50 und über diesen mit dem Niederdruckbereich verbunden sein. Die Drosselstelle 68 in der Verbindung des Steuerraums 58 mit der Druckquelle 66 kann ebenfalls als Drosselbohrung im Ventilkörper 30 ausgebildet sein.
In Figur 3 ist der Verlauf des vom Pumpenkolben 18 durch dessen Hubbewegung beim Förderhub im Pumpenarbeitsraum 20 sowie im Druckraum 44 erzeugten Drucks p, des im Steuerraum 58 eingestellten Drucks ps und der Hubbewegung h des Einspritzventilglieds 34 des Kraftstoffeinspritzventils 12 über der Zeit während einem Einspritzzyklus . Wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnen soll, so wird durch die Steuereinrichtung 56 das Ventil 54 geschlossen und das Ventil 67 wird ebenfalls geschlossen. Im Steuerraum 58 herrscht somit ein geringer Druck und auf das
Einspritzventilglied 34 wirkt im wesentlichen nur die Kraft der Schließfeder 48. Wenn der im Druckraum 44 herrschende Druck über die Druckschulter 46 auf das Einspritzventilglied 34 eine Kraft in dessen Öffnungsrichtung vom Ventilsitz 40 weg erzeugt, die größer ist als die Kraft der Schließfeder 48, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12. Das Einspritzventilglied 34 hebt dabei mit seiner Dichtfläche 38 vom Ventilsitz 40 und gibt die Einspritzöffnungen 36 frei, durch die Kraftstoff eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei bei relativ geringem Druck und in geringer Menge als eine
Kraftstoffvoreinspritzung. Der Druck im Druckraum 44, bei dem das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet wird als Öffnungsdruck bezeichnet. Zur Beendigung der Kraftstoffvoreinspritzung wird das Ventil 67 durch die
Steuereinrichtung 56 geöffnet, so daß der Steuerraum 58 mit der Druckquelle 66 verbunden ist und sich in diesem ein erhöhter Druck entsprechend dem durch die Druckquelle 66 gelieferten Druck einstellt. Die auf das
Einspritzventilglied 34 wirkende Schließkraft wird dadurch erhöht, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 wieder schließt, indem das Einspritzventilglied 34 mit seiner Dichtfläche 38 am Ventilsitz 40 zur Anlage kommt. Nachfolgend steigt der Druck im Druckraum 44 entsprechend dem Profil des den Pumpenkolben 18 antreibenden Nockens 22 an, so daß auf das Einspritzventilglied 34 eine steigende
Druckkraft in Öffnungsrichtung wirkt. Wenn die durch den im Druckraum 44 herrschenden Druck auf das Einspritzventilglied 34 erzeugte Öffnungskraft die Schließkraft als Summe der Kraft der Schließfeder 48 und der durch den Druck im Steuerraum 58 erzeugten Druckkraft übersteigt, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12 wieder. Die dann erfolgende Haupteinspritzung erfolgt bei einem höheren Druck als die Voreinspritzung und für eine längere Zeitdauer. Der Öffnungsdruck p2 des Kraftstoffeinspritzventils 12 bei der Haupteinspritzung ist somit höher als der Öffnungsdruck pl bei der Voreinspritzung. Bei Beendigung der Haupteinspritzung wird das Ventil 54 geöffnet, so daß der Druckraum 44 entlastet ist. Außerdem wird auch das Ventil 67 geöffnet, so daß der Steuerraum 58 ebenfalls entlastet wird. Bei einem nachfolgenden Einspritzzyklus herrscht dann im Steuerraum 58 wieder ein geringer Druck, so daß für die Voreinspritzung der geringe Öffnungsdruck pl am Kraftstoffeinspritzventil vorhanden ist.
In Figur 4 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung vereinfacht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel die Ausbildung des Stellglieds 67 modifiziert ist. Das Stellglied 67 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet, das drei Anschlüsse und zwei Schaltstellungen aufweist und durch die Steuereinrichtung 56 angesteuert wird. In einer ersten Schaltstellung des Ventils 67 ist durch dieses der Steuerraum 58 mit der Druckquelle 66 verbunden und von einem Niederdruckbereich 69 getrennt und in einer zweiten Schaltstellung ist der Steuerraum 58 von der Druckquelle 66 getrennt und mit dem Niederdruckbereich 69 verbunden. Eine Entlastung des Steuerraums 58 wird somit ebenfalls durch das Ventil 67 gesteuert. In der Verbindung des Steuerraums 58 mit dem Niederdruckbereich 69 kann wenigstens eine Drosselstelle 70 vorgesehen sein.
In Figur 5 ist die Kraf stoffeinspritzeinrichtung vereinfacht gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei dient der Pumpenkolben 18 als Stellglied, durch den die Verbindung des Steuerraums 58 mit der Druckquelle 66 gesteuert wird. In die Zylinderbohrung 16 mündet ein zur Druckquelle 66 führender Kanal 71 und in axialem Abstand von diesem der zum Steuerraum 58 führende Kanal 64. Der Pumpenkolben 18 weist einen sich in axialer Richtung über eine vorgegebene Breite erstreckenden Einstich 72 mit verringertem Querschnitt auf. Zu Beginn des in die Zylinderbohrung 16 hinein gerichteten Förderhubs des Pumpenkolbens 18 befindet sich dieser mit seinem vollen Querschnitt im Bereich der Mündung des Kanals 71, so daß dieser verschlossen ist und der Steuerraum 58 von der Druckquelle 66 getrennt ist. Wenn sich der Pumpenkolben 18 bei seinem Förderhub weiter in die Zylinderbohrung 16 hinein bewegt, so gelangt dessen Einstich 72 in Überdeckung mit der Mündung des Kanals 71, so daß der Kanal 64 und damit der Steuerraum 58 über den Einstich 72 mit der Druckquelle 66 verbunden ist. Zu Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens 18 herrscht somit im Steuerraum 58 ein geringer Druck, so daß der niedrige Öffnungsdruck für die Voreinspritzung erreicht ist, und bei weiterem Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird der Druck im Steuerraum 58 erhöht, so daß der höhere Öffnungsdruck für die Haupteinspritzung erreicht ist. In Figur 6 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung vereinfacht gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem abweichend zu den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen keine externe Druckquelle vorgesehen ist, sondern der Pumpenarbeitsraum 20 als
Druckquelle verwendet wird, um den Druck im Steuerraum 58 zu erhöhen. Der Steuerraum 58 weist dabei eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum 20 auf, die durch ein Stellglied 67 gesteuert wird. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Stellglied als 2/2-Wegeventil 67 ausgebildet, durch das der Steuerraum 58 in einer ersten Schaltstellung mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung vom Pumpenarbeitsraum 20 getrennt ist. Alternativ kann das Stellglied 67 auch wie beim zweiten Ausführungsbeispiel als 3/2-Wegeventil ausgebildet sein, durch das in einer ersten Schaltstellung der Steuerraum 58 mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden und von einem Niederdruckbereich 69 getrennt ist und in einer zweiten Schaltstellung der Steuerraum 58 vom Pumpenarbeitsraum 20 getrennt und mit dem Niederdruckbereich 69 verbunden ist.
In Figur 7 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung vereinfacht gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem wiederum der Pumpenarbeitsraum 20 als Druckquelle für den Steuerraum 58 dient. Die Verbindung des Steuerraums 58 mit dem Pumpenarbeitsraum 20 wird durch den Pumpenkolben 18 als Stellglied gesteuert. Vom Umfang der Zylinderbohrung 16 führt ein Kanal 64 zum Steuerraum 58. Der Pumpenkolben 18 weist einen sich in axialer Richtung über eine vorgegebene Breite erstreckenden Einstich 72 mit verringertem Querschnitt auf. Die Zylinderbohrung 16 weist in ihrem inneren Endbereich an wenigstens einem Teil ihres Umfangs eine radiale Erweiterung 74 beispielsweise in Form einer Nut auf. Zu Beginn des in die Zylinderbohrung 16 hinein gerichteten Förderhubs des Pumpenkolbens 18 befindet sich dieser mit seinem vollen Querschnitt im Bereich zwischen der Mündung des Kanals 64 und der Erweiterung 74 der Zylinderbohrung 16, so daß der Kanal 64 und damit der Steuerraum 58 vom Pumpenarbeitsraum 20 getrennt ist. Wenn sich der Pumpenkolben 18 bei seinem Förderhub weiter in die Zylinderbohrung 16 hinein bewegt, so gelangt dessen Einstich 72 in Überdeckung mit der Erweiterung 74 der Zylinderbohrung 16, so daß der Kanal 64 und damit der Steuerraum 58 über den Einstich 72 mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden ist. Zu Beginn des Förderhubs des Pumpenkolbens 18 herrscht somit im Steuerraum 58 ein geringer Druck, so daß der niedrige Öffnungsdruck für die Voreinspritzung erreicht ist, und bei weiterem Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird der Druck im Steuerraum 58 erhöht, so daß der höhere Öffnungsdruck für die Haupteinspritzung erreicht ist.
In Figur 8 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung vereinfacht gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem wiederum der Pumpenarbeitsraum 20 als Druckquelle für den Steuerraum 58 dient. Der Steuerraum 58 weist dabei eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum 20 auf, in der als Stellglied ein zum Steuerraum 58 hin öffnendes Druckventil 78 angeordnet ist. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 20 geringer ist als der Öffnungsdruck der Druckventils 78, so ist dieses geschlossen und der
Steuerraum 58 vom Pumpenarbeitsraum 20 getrennt. Der Steuerraum 58 ist dann zu einem Niederdruckbereich entlastet. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 20 den Öffnungsdruck des Druckventils 78 überschreitet, so öffnet dieses und der Steuerraum 58 ist mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden. Der Öffnungsdruck des Druckventils 78 ist derart eingestellt, daß dieses bei geringem Förderhub und damit geringem Druck im Pumpenarbeitsraum 20 geschlossen ist, so daß im Steuerraum 58 ein niedriger Druck herrscht und ein niedriger Öffnungsdruck des
Kraftstoffeinspritzventils 12 für die Voreinspritzung erreicht ist. Bei zunehmendem Förderhub und damit steigendem Druck im Pumpenarbeitsraum 20 öffnet das Druckventil 78, so daß der Steuerraum 58 mit dem Pumpenarbeitsraum 20 verbunden ist und ein höherer Öffnungsdruck des
Kraftstoffeinspritzventils 12 für die Haupteinspritzung erreicht ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzventil (12) , das ein Einspritzventilglied (34) aufweist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (36) gesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied (34) von dem in einem Druckraum (44) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck beaufschlagt ist und durch diesen gegen die Kraft einer Schließfeder (48) in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (36) bewegbar ist, wobei dem Druckraum (44) zu einer Kraftstoffeinspritzung von einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventilglied (34) zumindest mittelbar von dem in einem Steuerraum (58) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt ist und daß der Druck im Steuerraum (58) veränderbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während einem Kraftstoffeinspritzzyklus zu Beginn für eine Voreinspritzung von Kraftstoff im Steuerraum (58) ein geringer Druck eingestellt wird und daß für eine nachfolgende Haupteinspritzung von Kraftstoff im Steuerraum (58) ein erhöhter Druck eingestellt wird.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (58) eine Verbindung mit einer Druckquelle (66;20) aufweist, die durch ein Ventil (67) gesteuert wird.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenzneichnet , daß das Ventil ein elektrisch gesteuertes
Ventil (67) ist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (67) ein 2/2-Wegeventil ist, durch das in einer ersten Schaltstellung der Steuerraum (58) mit der Druckquelle (66; 20) verbunden ist und durch das in einer zweiten Schaltstellung der Steuerraum (58) von der Druckquelle (66; 20) getrennt ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (67) ein 3/2-Wegeventil ist, durch das in einer ersten Schaltstellung der Steuerraum (58) mit der Druckquelle (66,-20) verbunden und von einem Niederdruckbereich (69) getrennt ist und durch das in einer zweiten Schaltstellung der Steuerraum (58) von der
Druckquelle (66,-20) getrennt und mit dem Niederdruckbereich (69) verbunden ist.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (58) eine
Verbindung mit einer Druckquelle (66;20) aufweist, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen Pumpenkolben (18) aufweist, der in einer Hubbewegung angetrieben wird und daß durch den Pumpenkolben (18) abhängig von dessen Förderhub die Verbindung des Steuerraums (58) mit der Druckquelle (66,-20) gesteuert wird.
8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (58) bei geringem Förderhub des Pumpenkolbens (18) von der Druckquelle (66;20) getrennt ist und bei größerem Förderhub des Pumpenkolbens (18) mit der Druckquelle (66; 20) verbunden ist.
9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen Pumpenkolben (18) aufweist, der in einer Hubbewegung angetrieben wird und der einen Pumpenarbeitsraum (20) begrenzt, und daß der Pumpenarbeitsraum (20) als Druckquelle für den Steuerraum (58) dient.
10. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung des Steuerraums (58) mit der Druckquelle (66;20) wenigstens eine Drosselstelle (68) vorgesehen ist.
11. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (58) eine Verbindung mit einem Niederdruckbereich (69) aufweist, in der wenigstens eine Drosselstelle (70) vorgesehen ist.
12. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1,2,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerraum (58) eine Verbindung mit einer Druckquelle (66,-20) aufweist, in der ein zum Steuerraum (58) hin öffnendes Druckventil (78) angeordnet ist, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks die Verbindung des Steuerraums (58) mit der Druckquelle (66; 20) öffnet.
13. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese für jeweils einen Zylinder der Brennkraftmaschine ein Kraftstoffeinspritzventil (12) und eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) aufweist, die eine gemeinsame Baueinheit bilden.
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