WO2003078828A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2003078828A1
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Peter Grabandt
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus

Definitions

  • the invention is based on one
  • Such a fuel injection device is known from EP 0 987 431 A2.
  • This fuel injection device has a high-pressure fuel pump and a fuel injection valve connected to it for each cylinder of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump has a pump piston which is driven by the internal combustion engine in a stroke movement and delimits a pump working space.
  • the fuel injection valve has a pressure chamber connected to the pump work chamber and an injection valve member, through which at least one injection opening is controlled and which can be moved in the opening direction to release the at least one injection opening by the pressure prevailing in the pressure chamber against a closing force.
  • a first electrically operated control valve is provided, by means of which a connection of the pump work space to a relief space is controlled.
  • a second electrically actuated control valve is also provided, by means of which a connection of a control pressure chamber to a relief chamber is controlled.
  • the control pressure chamber is connected to the pump work chamber via a throttling point.
  • the control pressure chamber is delimited by a control piston which is supported on the injection valve member and which is in a closing direction by the pressure prevailing in the control pressure chamber of the injection valve member and.
  • the first control valve is closed and the second control valve is opened, so that no high pressure can build up in the control pressure chamber and the fuel injection valve can open.
  • the fuel injection device according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that when opened for Kra tscherin injection second control valve and thus open fuel injector with the bypass connection only a small
  • Fuel injection device is increased. At the beginning or end of the fuel injection, a quick opening or closing of the
  • Fuel injection valve achieved which is due to a controlled by the main connection with large
  • FIG. 2 shows a detail designated by II in FIG. 1 in an enlarged representation with the valve closed
  • Fuel injector Figure 3 shows the detail II with the fuel injector open and Figure 4 the
  • the internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injection device is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and has for each cylinder of the internal combustion engine a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected to it, which form a common structural unit.
  • the fuel injection device is preferably designed as a so-called pump-nozzle unit and has for each cylinder of the internal combustion engine a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected to it, which form a common structural unit.
  • Fuel injection device can also be designed as a so-called pump-line-nozzle system, in which the high-pressure fuel pump and the fuel injection valve of each cylinder are arranged separately from one another and above a line are connected.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 with a cylinder bore 16, in which a pump piston 18 is tightly guided, which is driven at least indirectly by a cam 20 of a camshaft of the internal combustion engine against the force of a return spring 19 in a lifting movement.
  • the pump piston 18 delimits a pump working chamber 22 in the cylinder bore 16, in which fuel is compressed under high pressure during the delivery stroke of the pump piston 18.
  • the pump working chamber 22 is supplied with fuel from a fuel tank 24 of the motor vehicle.
  • the fuel injection valve 12 has a valve body 26 which is connected to the pump body 14 and which can be constructed in several parts and in which an injection valve member 28 is guided so as to be longitudinally displaceable in a bore 30.
  • the valve body 26 has at least one, preferably a plurality of injection openings 32 on its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine.
  • the injection valve member 28 has at its end region facing the combustion chamber an, for example, approximately conical sealing surface 34 which interacts with a valve seat 36 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the injection openings 32 lead away.
  • valve body 26 there is an annular space 38 between the injection valve member 28 and the bore 30 towards the valve seat 36, which in its end region facing away from the valve seat 36 merges into a pressure space 40 surrounding the injection valve member 28 by radial expansion of the bore 30.
  • the injection valve member 28 has a pressure shoulder 42 at the level of the pressure chamber 40 by reducing the cross section.
  • a prestressed closing spring 44 engages, through which the injection valve member 28 is pressed towards the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of the valve body 26, which adjoins the bore 30.
  • a control piston 50 is tightly connected, which is connected to the injection valve member 28.
  • a control pressure chamber 52 is delimited in the bore 48 by the control piston 50 as a movable wall.
  • the control piston 50 is supported on the injection valve member 28 via a piston rod 51 which is smaller in diameter than this and can be connected to the injection valve member 28.
  • the control piston 50 can be formed in one piece with the injection valve member 28, but is preferably connected to the injection valve member 28 as a separate part for reasons of assembly.
  • a channel 60 leads from the pump work chamber 22 through the pump body 14 and the valve body 26 to the pressure chamber 40 of the fuel injection valve 12.
  • a channel 62 leads from the pump work chamber 22 or from the channel 60 to the control pressure chamber 52 , which forms a connection to a relief chamber, which can serve at least indirectly as the fuel reservoir 24 or another area in which a low pressure prevails.
  • a connection 66 leads from the pump work chamber 22 or from the channel 60 to a relief chamber 24, which is controlled by a first electrically operated control valve 68.
  • the control valve 68 can, as shown in FIG. 1, be designed as a 2/2 way valve.
  • connection 64 of the control pressure chamber 52 to the relief chamber 24 is controlled by a second electrically operated control valve 70, which can be designed as a 2/2-way valve.
  • a throttle point 63 is provided in the connection 62 of the control pressure chamber 52 with the Pump work chamber 22, a throttle point 63 is provided.
  • the control valves 68, 70 can have an electromagnetic actuator or a piezo actuator and are controlled by an electronic control device 72.
  • a housing part in the form of an intermediate disk 54 is arranged, which forms a boundary of the control pressure chamber 52 on its side facing away from the injection valve member 28.
  • the surface 53 of the intermediate disk 54 delimiting the control pressure space 52 is arranged transversely, preferably at least approximately perpendicular to the longitudinal axis 49 of the control piston 50.
  • the channel 62 from the channel 60 to the control pressure chamber 52 is formed in the intermediate disk 54 and the throttle point 63 is designed as a throttle bore in the channel 62 in the intermediate disk 54. As shown in FIG.
  • the throttle bore 63 opens into an edge region of the control pressure chamber 52 offset from the longitudinal axis 49 of the control piston 50.
  • a bore 55 is arranged in the intermediate disk 54, which is a drain from the control pressure chamber 52 Forms part of the connection 64 of the control pressure chamber 52 to the relief chamber 24.
  • the control piston 50 has an annular sealing surface 57 on its end face facing the intermediate disc 54, which forms a narrow ring web and is raised in relation to the end face of the control piston 50.
  • the annular sealing surface 57 is arranged on a smaller diameter than the outer diameter of the control piston 50.
  • the control piston 50 can be designed in such a way that its diameter decreases towards the end face with the sealing surface 57.
  • a recess 58 can be formed within the sealing surface 57 in the end face of the control piston 50 can be formed by a blind bore.
  • the sealing surface 57 is arranged at least approximately coaxially to the bore 55 in the intermediate disk 54 and is arranged on a larger diameter than the diameter of the bore 55.
  • the throttle bore 63 in the intermediate disk 54 opens into the control pressure chamber 52 outside the sealing surface 57 of the control piston 50.
  • the bore 55 in the intermediate disk 54 forms a discharge from the control pressure chamber 52 to the second control valve 70 and via this to the sealing surface 57 of the control piston 50 Relief chamber 24.
  • the bore 55 is arranged at least approximately coaxially with the control piston 50.
  • a bypass connection 80 leading from the control pressure chamber 52 is formed, which opens into the connection 64 to the relief chamber 24.
  • the opening of the bypass connection 80 into the control pressure chamber 52 is, as shown in FIG. 4, viewed in the direction of the longitudinal axis 49 of the control piston 50 outside the sealing surface 57 of the control piston 50.
  • a throttle point 82 is arranged in the bypass connection 80 and is designed as a throttle bore. The flow cross section of the bypass connection 80 with the throttle point 82 is substantially smaller than the flow cross section of the bore 55.
  • the injection valve member 28 When the fuel injection valve 12 is closed, the injection valve member 28 is in a closed position, in which it rests with its sealing surface 34 on the valve seat 36 and closes the injection openings 32. Accordingly, the control piston 50 is then in a stroke position, in which it is arranged with its sealing surface 57 at a distance from the surface 53 of the intermediate disk 54 which forms the boundary of the control pressure space 52, as shown in FIG. 2. Between the sealing surface 57 of the control piston 50 and the surface 53 of the washer 54, a large flow cross-section 84 is released for the connection 64 of the control pressure chamber 52 to the second control valve 70. The inflow of fuel into the control pressure chamber 52 from the channel 60 via the channel 62 and the Throttle bore 63 is limited by the throttle bore 63.
  • the injection valve member 28 When the fuel injection valve 12 is open, the injection valve member 28 is in an open position, in which it is arranged with its sealing surface 34 at a distance from the valve seat 36 and opens the injection openings 32.
  • the control piston 50 is then in a stroke position, in which it rests with its sealing surface 57 on the surface 53 of the intermediate disk 54, as shown in FIG. 3.
  • the surface 53 of the intermediate disk 54 thus forms a valve seat in the form of a flat seat, with which the sealing surface 57 of the control piston 50 interacts.
  • the edge of the sealing surface 57 is essentially only in contact with the surface 53 of the intermediate disk 54, as a result of which line contact with high surface pressure and thus reliable sealing is achieved.
  • the main connection 84 from the control chamber 52 to the bore 55 in the intermediate disk 54 is controlled as a connection between the control pressure chamber 52 and the second control valve 70 and the relief chamber 24.
  • This main connection 84 is opened when the fuel injection valve 12 is closed and closed when the fuel injection valve 12 is open.
  • the control piston 50 rests with its sealing surface 57 on the surface 53 of the intermediate plate 54 and closes the main connection 84, only the bypass connection 80 in the intermediate plate 54 is still open, the flow cross section of which is determined by the throttle bore 82 and which is significantly smaller than that Flow cross-section of the main connection 84 when it is open.
  • the cross section of the throttle bore 63 of the connection 62 in the intermediate disk 54 and the throttle bore 82 in the bypass connection 80 in the intermediate disk 54 are matched to one another in a suitable manner for optimal functioning of the fuel injection device.
  • Fuel injector explained. During the suction stroke of the pump piston 18, this fuel is supplied from the fuel reservoir 24. During the delivery stroke of the pump piston 18, the fuel injection begins with a pre-injection, the first control valve 68 being closed by the control device 72, so that the pump working chamber 22 is separated from the relief chamber 24. The control device 72 also opens the second control valve 70 so that the control pressure chamber 52 is connected to the relief chamber 24. In this case, no high pressure can build up in the control pressure chamber 52, since this is relieved towards the relief chamber 24. If the pressure in the pump work chamber 22 and thus in the pressure chamber 40 of the fuel injector 12 is so great that the pressure on the pressure shoulder 42 on it
  • Injection valve member 28 is greater than the sum of the force of the closing spring 44 and the pressure force acting on the control piston 50 by the residual pressure acting in the control pressure chamber 52, the injection valve member 28 moves in the opening direction 29 and gives the at least one injection opening 32 free.
  • the control piston 50 assumes its stroke position shown in FIG. 3, so that only the bypass connection 80 is released via the throttle bore 82 with a small flow cross section. Only a small portion of the fuel delivered by the pump piston 18 can flow out into the relief chamber 24 via the throttle bore 63 and the bypass connection 80 with the throttle bore 82 and the opened second control valve 70. It can also be provided that the fuel injection valve 12 for pre-injection only with a partial stroke of the
  • Injection valve member 28 opens so that the control piston 50 with its sealing surface 57 does not come into contact with the intermediate disk 54 and does not completely close the main connection 84, but the flow cross section of the main connection is reduced.
  • the second control valve 70 is closed by the control device, so that the control pressure chamber 52 is separated from the relief chamber 24.
  • the first control valve 68 remains in its closed position. High pressure builds up in the control pressure chamber 52 as in the pump work chamber 22, so that a large pressure force acts in the closing direction on the control piston 50 and the injection valve member 28 is moved into its closed position.
  • the second control valve 70 is opened by the control device 72 for a subsequent main injection.
  • the fuel injection valve 12 then opens due to the reduced pressure force on the control piston 50 and the injection valve member 28 moves over its maximum opening stroke into its opening position.
  • the large flow cross-section is first released through the main connection 84 through the control piston 50 until the Injection valve member 28 is opened with its maximum opening stroke and the control piston 50 with its sealing surface 57 bears against the surface 53 of the intermediate disk 54 and the main connection 84 closes and only the bypass connection 80 is released via the throttle bore 82.
  • This enables the fuel injection valve 12 to be opened quickly.
  • the fuel injection valve 12 is fully open, only a small amount of fuel can flow out to the relief chamber 24 via the throttle bore 63 and the throttle bore 82, so that only a small part of the fuel delivered by the pump piston 18 is not available for the injection.
  • the second control valve 70 is brought into its closed switching position by the control device 72, so that the control pressure chamber 52 is separated from the relief chamber 24 and builds up in this high pressure and the fuel injection valve 12 is closed via the force acting on the control piston 50.
  • the main connection 84 with a large flow cross section is released by the control piston 50, so that the pressure in the control pressure chamber 52 rises quickly and a high pressure force acts on the control piston 50, so that the fuel injection valve 12 closes quickly.
  • the second control valve 70 is opened again by the control device 72, so that the fuel injection valve 12 opens as a result of the reduced pressure in the control pressure chamber 52.
  • the second control valve 70 is closed and / or the first control valve 68 is opened.

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil (12) auf. Ein Pumpenkolben (18) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) begrenzt einen Pumpenarbeitsraum (22), der mit einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist, das ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das Einspritzöffnungen (32) gesteuert werden und das durch den im Druckraum (40) herrschenden Druck gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung (29) bewegbar ist. Durch ein Steuerventil (70) wird eine Verbindung (64) eines mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen, durch einen Steuerkolben (50) begrenzten Steuerdruckraums (52) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert. Der Steuerkolben (50) gibt bei in seiner Schließstellung angeordnetem Einspritzventilglied (28) eine Hauptverbindung (84) mit großem Durchflussquerschnitt frei und bei in seiner Öffnungsstellung angeordnetem Einspritzventilglied (28) schließt dieser die Hauptverbindung (84) und gibt nur eine Bypassverbindung (80) mit geringem Durchflussquerschnitt frei, wobei die Bypassverbindung (80) in einem den Steuerdruckraum (52) begrenzenden Gehäuseteil (54) ausgebildet ist.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtuncr für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer
Kraf stoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine' nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP 0 987 431 A2 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum und ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das durch den im Druckraum herrschenden Druck gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar ist. Es ist ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Es ist außerdem ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung eines Steuerdruckraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Der Steuerdruckraum ist über eine Drosselstelle mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden. Der Steuerdruckraum ist durch einen Steuerkolben begrenzt, der sich am Einspritzventilglied abstützt und der durch den im Steuerdruckraum herrschenden Druck in einer Schließrichtung des Einspritzventilglieds beaufschlagt und. Zu einer Kraftstoffeinspritzung wird das erste Steuerventil geschlossen und das zweite Steuerventil geöffnet, so daß sich im Steuerdruckraum kein Hochdruck aufbauen kann und das Kraftstoffeinspritzventil öffnen kann. Bei geöffnetem zweitem Steuerventil fließt jedoch aus dem Pumpenarbeitsraum über den Steuerdruckraum Kraftstoff ab, so daß die für die Einspritzung zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge der durch den Pumpenkolben geförderten Kraftstoffmenge verringert wird und außerdem der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck verringert wird. Hieraus folgt, daß der Wirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nicht optimal ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil , daß bei zur Kra tstoffeinspritzung geöffnetem zweitem Steuerventil und somit geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil mit der Bypassverbindung nur ein geringer
Durchflußquerschnitt vom Steuerdruckraum zum Entlastungsraum freigegeben wird und somit nur eine geringe Kraftstoffmenge abströmt, wodurch der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck und der Wirkungsgrad der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erhöht ist. Zum Beginn bzw. zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird außerdem ein schnelles Öffnen bzw. Schließen des
Kraftstoffeinspritzventils erreicht, was durch einen infolge der gesteuerten Hauptverbindung mit großem
Durchflußquerschnitt auftretenden schnellen Druckabbau bzw. Druckaufbau im Steuerdruckraum beim Öffnen bzw. Schließen des zweiten Steuerventils ermöglicht wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht auf einfache Weise die Steuerung der Hauptverbindung durch den Steuerkolben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine einfache Bildung des Ventilsitzes .
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Längsschnitt in vereinfachter Darstellung, Figur 2 einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung bei geschlossenem
Kraftstoffeinspritzventil, Figur 3 den Ausschnitt II bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil und Figur 4 die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Querschnitt entlang
Linie IV-IV in Figur 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 bis 4 ist eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist vorzugsweise als sogenannte Pumpe-Düse-Einheit ausgebildet und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, die eine gemeinsame Baueinheit bilden. Alternativ kann die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch als sogenanntes Pumpe- Leitung-Düse-System ausgebildet sein, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe und das Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders getrennt voneinander angeordnet und über eine Leitung miteinander verbunden sind. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein Pumpenkolben 18 dicht geführt ist, der zumindest mittelbar durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt .
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen mit dem Pumpenkörper 14 verbundenen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und in dem ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 26 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraf maschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf. Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 28 greift eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
An den Federraum 46 schließt sich an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Ventilkörper 26 eine weitere Bohrung 48 an, in der ein Steuerkolben 50 dicht geführt ist, der mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden ist. In der Bohrung 48 wird durch den Steuerkolben 50 als bewegliche Wand ein Steuerdruckraum 52 begrenzt. Der Steuerkolben 50 stützt sich über eine gegenüber diesem im Durchmesser kleinere Kolbenstange 51 am Einspritzventilglied 28 ab und kann mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden sein. Der Steuerkolben 50 kann einstückig mit dem Einspritzventilglied 28 ausgebildet, ist jedoch aus Gründen der Montage vorzugsweise als separates Teil mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden .
Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt gemäß Figur 1 durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 60 zum Druckraum 40 des Kraftsto feinspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt ein Kanal 62 zum Steuerdruckraum 52. In den Steuerdruckraum 52 mündet außerdem ein Kanal 64, der eine Verbindung zu einem Entlastungsraum bildet, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Bereich dienen kann, in dem ein geringer Druck herrscht. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt eine Verbindung 66 zu einem Entlastungsraum 24 ab, die durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 68 gesteuert wird. Das Steuerventil 68 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2- Wegeventil ausgebildet sein. Die Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 wird durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 70 gesteuert, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. In der Verbindung 62 des Steuerdruckraums 52 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 ist eine Drosselstelle 63 vorgesehen. Die Steuerventile 68,70 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen Piezoaktor aufweisen und werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 72 angesteuert.
Zwischen dem Pumpenkörper 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und dem Ventilkörper 26 des Kraftstoffeinspritzventils 12 ist ein Gehäuseteil in Form einer Zwischenscheibe 54 angeordnet, die eine Begrenzung des Steuerdruckraums 52 auf dessen dem Einspritzventilglied 28 abgewandter Seite bildet. Die den Steuerdruckraum 52 begrenzende Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 ist quer, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse 49 des Steuerkolbens 50 angeordnet. In der Zwischenscheibe 54 ist der Kanal 62 vom Kanal 60 zum Steuerdruckraum 52 ausgebildet und die Drosselstelle 63 ist als eine Drosselbohrung im Kanal 62 in der Zwischenscheibe 54 ausgebildet. Die Drosselbohrung 63 mündet wie in Figur 4 dargestellt in Richtung der Längsachse 49 des Steuerkolbens 50 gesehen in einen Randbereich des Steuerdruckraums 52 versetzt zur Längsachse 49 des Steuerkolbens 50. In der Zwischenscheibe 54 ist eine Bohrung 55 angeordnet, die einen Ablauf aus dem Steuerdruckraum 52 als Teil der Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 zum Entlastungsraum 24 bildet.
Wie in Figur 2 dargestellt weist der Steuerkolben 50 an seiner der Zwischenscheibe 54 zugewandten Stirnseite eine ringförmige Dichtfläche 57 auf, die einen schmalen Ringsteg bildet und gegenüber der Stirnfläche des Steuerkolbens 50 erhaben ausgebildet ist. Die ringförmige Dichtfläche 57 ist auf einem kleineren Durchmesser angeordnet als dem Außendurchmesser des Steuerkolbens 50. Der Steuerkolben 50 kann derart ausgebildet sein, daß sich dessen Durchmesser zur Stirnseite mit der Dichtfläche 57 hin verringert. Innerhalb der Dichtfläche 57 kann in der Stirnseite des Steuerkolbens 50 eine Vertiefung 58 ausgebildet sein, die durch eine Sackbohrung gebildet sein kann. Die Dichtfläche 57 ist zumindest annähernd koaxial zu der Bohrung 55 in der Zwischenscheibe 54 angeordnet und ist auf einem größeren Durchmesser angeordnet als der Durchmesser der Bohrung 55 ist. Die Drosselbohrung 63 in der Zwischenscheibe 54 mündet in den Steuerdruckraum 52 außerhalb der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50. Die Bohrung 55 in der Zwischenscheibe 54 bildet einen innerhalb der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50 abführenden Ablauf aus dem Steuerdruckraum 52 zum zweiten Steuerventil 70 und über dieses zum Entlastungsraum 24. Die Bohrung 55 ist zumindest annähernd koaxial zum Steuerkolben 50 angeordnet.
In der Zwischenscheibe 54 ist neben der Bohrung 55, beispielsweise der Verbindung 62 mit der Drosselstelle 63 etwa diametral gegenüberliegend, eine vom Steuerdruckraum 52 abführende Bypassverbindung 80 ausgebildet, die in die Verbindung 64 zum Entlastungsraum 24 mündet. Die Mündung der Bypassverbindung 80 in den Steuerdruckraum 52 liegt wie in Figur 4 dargestellt in Richtung der Längsachse 49 des Steuerkolbens 50 betrachtet außerhalb der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50. In der Bypassverbindung 80 ist eine Drosselstelle 82 angeordnet, die als eine Drosselbohrung ausgebildet ist. Der Durchflußquerschnitt der Bypassverbindung 80 mit der Drosselstelle 82 ist wesentlich geringer als der Durchflußquerschnitt der Bohrung 55.
Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen ist, so befindet sich das Einspritzventilglied 28 in einer Schließstellung, in der dieses mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 anliegt und die Einspritzöffnungen 32 verschließt. Entsprechend befindet sich der Steuerkolben 50 dann in einer Hubstellung, in der dieser mit seiner Dichtfläche 57 mit Abstand zu der die Begrenzung des Steuerdruckraums 52 bildenden Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 angeordnet ist, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Zwischen der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50 und der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 wird dabei ein großer Durchflußquerschnitt 84 freigegeben für die Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 zum zweiten Steuerventil 70. Der Zulauf von Kraftstoff in den Steuerdruckraum 52 vom Kanal 60 über den Kanal 62 und die Drosselbohrung 63 wird durch die Drosselbohrung 63 begrenzt. Der Ablauf von Kraftstoff aus dem Steuerdruckraum 52 zum zweiten Steuerventil 70 erfolgt jedoch über den zwischen der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50 und der Zwischenscheibe 54 mit der Hauptverbindung 84 freigegebenen großen Durchflußquerschnitt ungedrosselt, wobei die Bypassverbindung 80 unwirksam ist.
Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geöffnet ist, so befindet sich das Einspritzventilglied 28 in einer Öffnungsstellung, in der dieses mit seiner Dichtfläche 34 mit Abstand vom Ventilsitz 36 angeordnet ist und gibt die Einspritzöffnungen 32 freigibt. Entsprechend befindet sich der Steuerkolben 50 dann in einer Hubstellung, in der dieser mit seiner Dichtfläche 57 an der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 anliegt, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 bildet somit einen Ventilsitz in Form eines Flachsitzes, mit dem die Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50 zusammenwirkt. Infolge der schmalen stegförmigen Ausbildung der Dichtfläche 57 liegt diese im wesentlichen nur mit ihrem Rand an der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 an, wodurch eine Linienberührung mit hoher Flächenpressung und damit ein sicheres Abdichten erreicht wird. Zwischen der Dichtfläche 57 des Steuerkolbens 50 und der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 als Ventilsitz wird dabei die Hauptverbindung 84 vom Steuerraum 52 zur Bohrung 55 in der Zwischenscheibe 54 als Verbindung des Steuerdruckraums 52 mit dem zweiten Steuerventil 70 und dem Entlastungsraum 24 gesteuert. Diese Hauptverbindung 84 ist bei geschlossenem Kraftstoffeinspritzventil 12 geöffnet und bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen. Wenn der Steuerkolben 50 mit seiner Dichtfläche 57 an der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 anliegt und die Hauptverbindung 84 verschließt, so ist nur noch die Bypassverbindung 80 in der Zwischenscheibe 54 geöffnet, deren Durchflußquerschnitt durch die Drosselbohrung 82 bestimmt ist, der wesentlich kleiner ist als der Durchflußquerschnitt der Hauptverbindung 84, wenn diese geöffnet ist.
Der Querschnitt der Drosselbohrung 63 der Verbindung 62 in der Zwischenscheibe 54 und der Drosselbohrung 82 in der Bypassverbindung 80 in der Zwischenscheibe 54 sind für eine optimale Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt.
Nachfolgend wird die Funktion der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 wird diesem Kraftstoff aus dem Kraftstof vorratsbehälter 24 zugeführt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 beginnt die Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung, wobei das erste Steuerventil 68 durch die Steuereinrichtung 72 geschlossen wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Durch die Steuereinrichtung 72 wird außerdem das zweite Steuerventil 70 geöffnet, so daß der Steuerdruckraum 52 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist. In diesem Fall kann sich im Steuerdruckraum 52 kein Hochdruck aufbauen, da dieser zum Entlastungsraum 24 hin entlastet ist. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so groß ist, daß die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das
Einspritzventilglied 28 ausgeübte Druckkraft größer ist als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der auf den Steuerkolben 50 durch den im Steuerdruckraum 52 wirkenden Restdruck wirkenden Druckkraft, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei. Der Steuerkolben 50 nimmt dabei seine in Figur 3 dargestellte Hubstellung ein, so daß nur die Bypassverbindung 80 über die Drosselbohrung 82 mit geringem Durchflußquerschnitt freigegeben ist. Von dem durch den Pumpenkolben 18 geförderten Kraftstoff kann somit nur eine geringe Teilmenge über die Drosselbohrung 63 sowie die Bypassverbindung 80 mit der Drosselbohrung 82 und das geöffnete zweite Steuerventil 70 in den Entlastungsraum 24 abströmen. Es kann auch vorgesehen sein, daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 zur Voreinspritzung nur mit einem Teilhub des
Einspritzventilglieds 28 öffnet, so daß der Steuerkolben 50 mit seiner Dichtfläche 57 nicht an der Zwischenscheibe 54 zur Anlage kommt und die Hauptverbindung 84 nicht ganz verschließt, wobei jedoch der Durchflußquerschnitt der Hauptverbindung verringert wird.
Zur Beendigung der Voreinspritzung wird durch die Steuereinrichtung das zweite Steuerventil 70 geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Das erste Steuerventil 68 bleibt in seiner geschlossenen Stellung. Im Steuerdruckraum 52 baut sich dabei Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, so daß auf den Steuerkolben 50 eine große Druckkraft in Schließrichtung wirkt und das Einspritzventilglied 28 in seine Schließstellung bewegt wird.
Für eine nachfolgende Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 geöffnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet dann infolge der reduzierten Druckkraft auf den Steuerkolben 50 und das Einspritzventilglied 28 bewegt sich über seinen maximalen Öffnungshub in seine ÖffnungsStellung. Bei der Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 ist zunächst der große Durchflußquerschnitt über die Hauptverbindung 84 durch den Steuerkolben 50 freigegeben, bis das Einspritzventilglied 28 mit seinem maximalen Öffnungshub geöffnet ist und der Steuerkolben 50 mit seiner Dichtfläche 57 an der Fläche 53 der Zwischenscheibe 54 anliegt und die Hauptverbindung 84 schließt und nur noch die Bypassverbindung 80 über die Drosselbohrung 82 freigegeben ist. Hierdurch wird ein schnelles Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils 12 ermöglicht. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 ganz geöffnet ist, so kann über die Drosselbohrung 63 sowie die Drosselbohrung 82 nur noch eine geringe Kraftstoffmenge zum Entlastungsraum 24 abströmen, so daß nur ein geringer Teil des vom Pumpenkolben 18 geförderten Kraftstoffs nicht für die Einspritzung zur Verfügung steht.
Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 in seine geschlossene Schaltstellung gebracht, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut und über die auf den Steuerkolben 50 wirkende Kraft das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen wird. Bei der Schließbewegung des Einspritzventilglieds 28 wird durch den Steuerkolben 50 die Hauptverbindung 84 mit großem Durchflußquerschnitt freigegeben, so daß der Druck im Steuerdruckraum 52 schnell ansteigt und auf den Steuerkolben 50 eine hohe Druckkraft wirkt, so daß das Kraftstoffeinspriztventil 12 schnell schließt. Für eine Nacheinspritzung von Kraftstoff wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 nochmals geöffnet, so daß infolge des verringerten Drucks im Steuerdruckraum 52 das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet. Zur Beendigung der Nacheinspritzung wird das zweite Steuerventil 70 geschlossen und/oder das erste Steuerventil 68 geöffnet.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem mit dieser verbundenen Kraftstoffeinspritzventil (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (18) aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum (22) begrenzt und dem Kraftstoff aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter (24) zugeführt wird, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (12) einen mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen Druckraum (40) und ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32) gesteuert wird, das auf einer an diesem ausgebildeten Druckfläche (42) von dem im Druckraum (40) herrschenden Druck in einer Öffnungsrichtung (29) beaufschlagt ist und das gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten Steuerventil (68) , durch das eine Verbindung (66) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird und mit einem zweiten Steuerventil (70) , durch das eine Verbindung (64) eines Steuerdruckraums (52) des Kraftstoffeinspritzventils mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei der Steuerdruckraum (52) zumindest mittelbar eine Verbindung (62) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) aufweist, in der eine Drosselstelle (63) vorgesehen ist, wobei der Steuerdruckraum (52) durch einen Steuerkolben (50) begrenzt ist, der auf das Einspritzventilglied (28) in einer Schließrichtung wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (50) in einer Hubstellung bei in seiner Schließstellung angeordnetem Einspritzventilglied (28) in der Verbindung (64) des Steuerdruckraums (52) mit dem Entlastungsraum (24) eine Hauptverbindung (84) mit großem Durchflußquerschnitt freigibt, daß der Steuerkolben (50) in einer Hubstellung bei in seiner Öffnungsstellung mit maximalem Hub angeordnetem Einspritzventilglied (28) die Hauptverbindung (84) schließt und nur eine Bypassverbindung (80) mit geringem Durchflußquerschnitt freigegeben ist, und daß die Bypassverbindung (80) in einem den Steuerdruckraum (52) begrenzenden Gehäuseteil (54) ausgebildet ist.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassverbindung (80) im Gehäuseteil (54) als eine Bohrung mit einer Drosselstelle (82) ausgebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (50) an seiner dem Gehäuseteil (54) zugewandten Stirnseite eine Dichtfläche
(57) aufweist, mit der dieser mit einem am Gehäuseteil (54) ausgebildeten Ventilsitz (53) zur Steuerung der Hauptverbindung (84) zusammenwirkt.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz durch eine quer, vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse
(49) des Steuerkolbens (50) angeordnete Fläche (53) des Gehäuseteils (54) gebildet ist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (57) des Steuerkolbens (50) ringförmig ausgebildet ist und daß durch das Gehäuseteil (54) als Teil der Verbindung (64) des Steuerdruckraums (52) mit dem Entlastungsraum (24) ein innerhalb der Dichtfläche (57) angeordneter Ablauf (55) aus dem Steuerdruckraum (52) abführt.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassverbindung (80) außerhalb der Dichtfläche (57) aus dem Steuerdruckraum (52) abführt und vorzugsweise in den Ablauf (55) im Gehäuseteil (54) mündet.
7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und das
Kraftstoffeinspritzventil (12) eine gemeinsame Baueinheit bilden und daß das Gehäuseteil (54) als eine zwischen einem Pumpenkörper (14) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem Ventilkörper (26) des Kraftstoffeinspritzventils (12) angeordnete Zwischenscheibe ausgebildet ist.
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