WO2004003376A1 - Druckübersetzer kraftstoffinjektor mit schnellem druckabbau bei einspritzende - Google Patents

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WO2004003376A1
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valve
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space
relief valve
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PCT/DE2003/001098
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Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive

Definitions

  • Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used to supply the combustion chambers of self-igniting internal combustion engines with fuel.
  • accumulator injection systems are also used as fuel injection systems.
  • Accumulator injection systems common rail injection systems
  • EP 0 562 046 B1 discloses an actuating and valve arrangement with damping for an electronically controlled injection unit.
  • the actuation and valve arrangement for a hydraulic unit has an electrically excitable electromagnet with a fixed stator and a movable armature.
  • the anchor has a first and a second surface.
  • the first and second surfaces of the armature define first and second cavities, the first surface of the armature facing the stator.
  • a valve is provided which is connected to the armature.
  • the valve is capable of delivering hydraulic actuating fluid to the injector from a sump.
  • a damping fluid can be collected or discharged from one of the cavities of the electromagnet arrangement there.
  • DE 101 23 910.6 relates to a fuel injection device. This is used on an internal combustion engine. The combustion chambers of the internal combustion engine are each supplied with fuel via fuel injectors. The fuel injectors are charged via a high pressure source; Furthermore, the fuel injection device according to DE 101 23 910.6 comprises a pressure intensifier which contains a movable pressure intensifier piston which separates a space which can be connected to the high pressure source from a high pressure space connected to the fuel injector. The fuel pressure in the high-pressure chamber can be varied by filling a rear chamber of the pressure booster with fuel or by emptying this rear chamber of fuel.
  • the fuel injector comprises a movable closing piston for opening or closing the injection openings facing the combustion chamber, which projects into a closing pressure chamber so that it can be pressurized with fuel. This achieves a force acting on the closing piston in the closing direction.
  • the closing pressure space and a further space are formed by a common work space, with all partial areas of the work space being permanently connected to one another for the exchange of fuel.
  • the actuation losses in the high-pressure fuel system can be kept small in comparison to actuation via a work space that is temporarily connected to the high-pressure fuel source.
  • the high-pressure chamber is only relieved to the pressure level of the high-pressure storage chamber and not to the leakage pressure level. On the one hand, this improves the hydraulic efficiency of the fuel injector, on the other hand, pressure can be built up more quickly up to the system pressure level, so that the time intervals between the injection phases can be shortened.
  • a variable hydraulic closing force that acts on the nozzle needle of the fuel injector can be achieved.
  • a variable nozzle opening pressure is achieved, which increases with the pressure prevailing in the high-pressure storage space, so that a high injection pressure is achieved even with small quantities and needle closing can be improved.
  • the pressure prevailing in the high-pressure storage space is applied directly to the back of the nozzle needle.
  • the pressure intensifier is controlled according to this solution via the rear area, which then functions as a pressure booster control room.
  • a filling valve can advantageously be used to accelerate the resetting and to reduce the loss quantity via the filling throttle.
  • a rapid pressure drop is therefore imperative to meet future exhaust gas limit values.
  • a slow reduction in pressure towards the end of an injection phase has the disadvantage that the average injection pressure level is considerably reduced.
  • the solution proposed according to the invention avoids both the use of a control valve designed as a 3/2-way valve and the disadvantages associated with the use of a 2/2-way valve with filling throttle or filling valve, i. H. a slow pressure drop towards the end of the injection.
  • the filling throttle and the filling valve are replaced by a pressure relief valve, by means of which, however, a very rapid pressure reduction can be achieved at the end of an injection process.
  • the rapid pressure reduction (rapid spill) at the end of the injection phase in turn significantly improves the emission values of the exhaust gas of self-igniting internal combustion engines.
  • the pressure relief valve is integrated in the control line to relieve the pressure booster's control room.
  • the valve body of the pressure relief valve can be designed both as a cylindrical body and also comprise an area that can be designed with a reduced diameter, for example as a constriction point.
  • the end faces of the valve body of the pressure relief valve can both be the same hydraulically effective surfaces and have different diameters.
  • Two opposing hydraulic spaces can be formed on the pressure relief valve, which pass through a through hole in the valve body of the pressure relief valve communicate with each other.
  • the flow cross section of the through hole within the valve body of the pressure relief valve is selected such that a pressure difference builds up between the hydraulic spaces of the pressure relief valve, so that the pressure relief valve can be kept closed.
  • a metering valve designed as a 2/2-way valve By using a metering valve designed as a 2/2-way valve, the use of a 3/2-way valve which is expensive to manufacture and therefore expensive to manufacture can be avoided.
  • the use of a pressure relief valve in the control line of the pressure booster enables a rapid drop in pressure at the end of the injection, as a result of which an injection valve member, for example in the form of a nozzle needle, can be quickly closed.
  • FIG. 1 shows a pressure-translated fuel injector with a filling valve connected in parallel and a filling throttle with slow pressure reduction behavior
  • FIG. 2 shows a pressure-translated fuel injector according to the invention with 2/2
  • FIG. 3 shows the pressure-translated fuel injector according to FIG. 2 in activated
  • FIG. 4 the pressure-translated fuel injector according to FIG. 2 with a relief valve with a sealing seat
  • FIG. 5 shows the pressure-translated fuel injector as shown in FIG. 2 with a relief valve with a cylindrical valve body.
  • FIG. 1 shows a pressure-translated fuel injector with a filling valve and filling throttle connected in parallel, which has a slow pressure reduction behavior.
  • the fuel injection device shown in FIG. 1 comprises a fuel injector 1 and a high-pressure storage space 2 (common rail).
  • the fuel injector 1 contains an injector body 3, a nozzle body 4, a pressure intensifier 5 being accommodated in the injector body 3 and a metering valve 6, which in the arrangement shown in FIG. 1 is designed as a 2/2-way valve.
  • High-pressure fuel is injected into a combustion chamber 7 of a self-igniting internal combustion engine by means of the fuel injector 1.
  • a low-pressure return 8 extends into a fuel tank, not shown, for. B. the fuel tank of a motor vehicle.
  • High-pressure fuel flows from the high-pressure storage space 2 (common rail) via a feed line 9 into a working space 10 of the pressure booster 5.
  • the pressure booster 5 further comprises a control chamber 11, which is separated from the working chamber 10 of the pressure booster 5 by a piston 12.
  • the piston 12 of the pressure booster 5 can be designed in one piece or in multiple pieces.
  • the piston 12 of the pressure intensifier comprises a first partial piston 13 and a second partial piston 14.
  • the first partial piston 13 is designed in a first diameter, while the second partial piston 14, on the other hand, is arranged on the first with the interposition of a return spring stop surface 18 Partial piston 13 abuts, is formed in a reduced diameter.
  • a return spring 17 is accommodated, which is supported on the one hand on an abutment 16, which is formed by the bottom of the control chamber 11 in the injector body 3, and on the other hand bears against the return spring stop 18 already mentioned.
  • the lower end face of the second partial piston 14 of the piston 12 acts on a compression chamber 15 of the pressure booster 5, which in turn conducts fuel under high pressure into a nozzle chamber 22 within the nozzle body 4 of the fuel injector 1 via a fuel inlet 21.
  • a throttle point 19 can be accommodated, which serves to dampen pressure pulsations in the supply line 9 which occur when the fuel injector 1 is closed or opened, and their undamped reaction to the interior of the high-pressure storage space 2 would result in impermissibly high pressure peaks there.
  • a throttle branch 36 runs from the feed line 9, which opens into the working space 10 of the pressure booster 5 at a mouth 38, to the working space 11 of the pressure booster 5, in which a filling throttle 35 is accommodated.
  • a filling valve 37 is connected, which is shown in FIG.
  • a fuel injection device is designed as a ball valve with an opening spring.
  • the filling valve 37 is parallel to the throttle point 35 in the throttle branch 36 and opens into the same line as the throttle branch 36, which in turn opens into the working space 11 of the pressure booster 5.
  • the control chamber 11 of the pressure booster 5 is connected to the metering valve 6 via a control line 20.
  • a connecting line 25 branches off from the control room 11, which in turn flows into a nozzle control room 24.
  • a closing spring element 28 accommodated in the nozzle control chamber 24 acts on an upper end face 27 of an injection valve member 26 which, for. B. can be designed as a nozzle needle.
  • a stop 29 is accommodated within the nozzle control chamber 24 and is surrounded by the closing spring element 28 designed as a spiral spring.
  • a filling line 23 branches off from the nozzle control chamber 24 and contains a check valve 34. The compression space 15 of the pressure booster 5 is filled with fuel via the filling line 23.
  • the nozzle body 4 of the fuel injector 1 receives a nozzle chamber 22 which is supplied with fuel under high pressure from the compression chamber 15 via the fuel inlet 21 already mentioned.
  • the injection valve member 26 includes a pressure shoulder 30, which moves the injection valve member 26 against the action of the closing spring 28 in the opening direction when a high pressure is present within the nozzle chamber 22.
  • An annular gap 32 extends from the nozzle chamber 22 within the nozzle body 4 in the direction of the tip 31 of the injection valve member 26. The fuel flows through the annular gap 32 to the injection openings 33. Via the injection openings 33, the fuel is opened, ie. H.
  • injector valve member 26 which is moved from its seat on the combustion chamber side, is injected into combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine.
  • the variant of a fuel injection device shown in FIG. 1 uses a 2/2-way valve as metering valve 6, which is provided with a valve 37 connected in parallel with the filling throttle 35 in order to accelerate the resetting and to reduce the outflowing loss quantity.
  • the arrangement shown in FIG. 1 has the disadvantage, however, that a slow pressure drop occurs towards the end of the injection process, down to the pressure level present in the high-pressure storage space 2 (common rail). This leads to unsatisfactory emission results; furthermore, the achievable average injection pressure is reduced by a pressure reduction which is only slow.
  • FIG. 2 shows an inventive, pressure-translated fuel injector with 2/2-way metering valve and a relief valve in the control line for controlling the pressure in the control chamber of the pressure booster.
  • a pressure-translated fuel injector 1 is shown, the metering valve 6 of which can be designed as a 2/2-way valve, in the control line 20 of which to the control chamber 11 of the pressure booster 5 an additional one, the filling throttle and the filling valve - Til 37 replacing pressure relief valve 40 is integrated.
  • the device for injecting fuel is in its idle state.
  • the metering valve 6 designed as a 2/2-way valve is placed in its closed position.
  • the metering valve 6 can be designed as a directly operated valve or as a servo valve. Furthermore, the metering valve 6 can be controlled both by a magnetic actuator and by a piezo actuator.
  • the hydraulic circuit diagram shown in FIG. 2 shows that the device for injecting fuel comprises a high-pressure storage space 2 (common rail) which is supplied with fuel via a high-pressure pump, not shown in FIG. 2, which compresses the fuel to a high pressure level , In the high-pressure storage space 2, which is under system pressure, this is stored, so that the fuel system pressure, i. H. the pressure prevailing in the interior of the high-pressure storage space 2 can be supplied to all fuel injectors 1 which are present in a number corresponding to the number of cylinders in a self-igniting internal combustion engine.
  • a high-pressure storage space 2 common rail
  • the fuel injector 1 comprises the already mentioned metering valve 6 designed as a 2/2-way valve, a relief valve 40 accommodated in the control line 20 between the control chamber 11 of the pressure booster 5 and the metering valve 6, the pressure booster 5 and an injection valve member.
  • the pressure intensifier 5 is designed as an axially displaceable piston unit, comprising a piston 12.
  • the piston 12 of the pressure booster 5 can comprise a first partial piston 13 and a second partial piston 14.
  • the first sub-piston 13 can be designed with a larger diameter
  • the second sub-piston 14 is designed with a diameter that is smaller than that and acts on the lower end face of a compression chamber 15 of the pressure booster.
  • a supply line 9 extends from the high-pressure storage space 2 to the working space 10 of the pressure booster 5, a throttle point 19 being able to be formed in the supply line 9 in order to dampen pressure pulsations or pressure wave reflections forming in the supply line 9 and their reaction to the interior of the high-pressure storage space 2.
  • the metering valve 6 which is preferably designed as a 2/2-way valve, is not activated and there is no injection.
  • the pressure relief valve 40 received in the control line 20, 49 of the control chamber 11 of the pressure booster 5, is in its open initial state. In the switching state of the device for injecting fuel shown in FIG.
  • the pressure level present in the interior of the high-pressure storage space 2 is in the working space 10 of the pressure booster 5, starting from the latter via an overflow line 47 in a second space 42 of the pressure relief valve 40, via one in a valve body 43 of the pressure relief valve 40 formed overflow channel 44 in a first space 41 of the pressure relief valve 40.
  • the pressure level prevailing in the high-pressure storage space 2 is also via the control line 20 in the control space 11 of the pressure booster 5, from there via the connecting line 25 in a nozzle control space 24 in the injector body 4 and via a filling line 23 (filling path) pressure present in the compression space 15 of the pressure booster 5 in the interior of the high-pressure storage space 2.
  • a hydraulic closing force is exerted on an end face 27 of the injection valve member 26, which is additionally supported by the closing force of a closing spring 28 likewise received in the nozzle control chamber 24.
  • the pressure level prevailing in the high-pressure storage chamber 2 can be constantly present in the nozzle chamber 22 without the injection valve member 26 opening unintentionally and opening the injection openings 33 to the combustion chamber 7.
  • the pressure relief valve 40 integrated in the control line 20, 49 between metering valve 6 and control chamber 11 comprises an essentially cylindrical valve body 43.
  • the cylindrical valve body 43 is penetrated by a through hole 44.
  • the through bore 44 connects the first space 41 to the second space 42 of the pressure relief valve 40.
  • its valve member 45 is released by a slide region 46 which has been moved into the second space 42.
  • the essentially cylindrical valve body 46 can include a constriction point 50.
  • a valve spring 48 is received, which acts on an upper end face of the valve body 43.
  • FIG. 3 shows the pressure-translating fuel injector according to FIG. 2 in the activated state, ie. H. with activated 2/2-way valve.
  • the fuel is metered by controlling the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve. This can be controlled either via a piezo actuator or via a magnetic actuator; In addition, the metering valve 6 can also be designed as a servo valve or as a directly controlled valve.
  • the first space 41 of the pressure relief valve 40 is connected to the return 8 on the low-pressure side.
  • the valve body 43 of the pressure relief valve 40 closes with its slide section 46 the valve cross section 45 by retracting against the action of the valve spring 48 in the direction of the first space 41.
  • the overflow line 47 is thus between the working space 10 of the pressure booster 5 and the second space 42 of the pressure relief valve 40 locked.
  • control chamber 11 of the pressure booster 5 is separated from the system pressure supply, ie from the high-pressure storage chamber 2 (common rail).
  • the pressure relief of the control chamber 11 now takes place via the control line 20 into the second chamber 42 of the pressure relief valve 40 and via the through hole 44 formed in the valve body 43 into the return on the low pressure side 8.
  • the pressure intensifier 5 is activated by decreasing the pressure level in the control chamber 11 of the pressure intensifier 5.
  • the piston 12, which is formed here in two parts now enters the compression space 15 of the pressure booster 5 due to the higher pressure level prevailing in the working space 10.
  • the pressure Due to the flow connection between the compression space 15 and the nozzle space 22 in the nozzle body 4 via the fuel inlet 21, the pressure also increases in the nozzle space 22, which surrounds the injection valve member 26. This results in a pressure force acting in the opening direction of the injection valve member 26 on the pressure shoulder 30 of the injection valve member 26.
  • the pressure in the nozzle control chamber 24 decreases, as a result of which the pressure force acting in the closing direction on the end face 26 of the injection valve member 26 is reduced.
  • the injection valve member 26, which is designed, for example, as a nozzle needle, opens in the nozzle chamber 22 due to the hydraulic force applied to the pressure shoulder 30.
  • the opening is accordingly pressure-controlled, so that fuel from the nozzle chamber 22 via the annular gap 32 surrounding the injection valve member 26 in the direction of the tip 31 of the Injection valve member 26 flows and from there via the injection openings 33 into the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine.
  • the flow cross-section within the flow channel 44, which passes through the valve body 43 of the pressure relief valve 40, is designed such that a sufficient pressure difference between the first space 41 and the second space 42 of the pressure relief valve 40 is established, the valve body 43 of the pressure relief valve 40 in the closed position, d. H. the sliding area 46 of which overlaps with the valve cross section 45, so that the overflow line 47 remains closed in the pressure chamber 10 of the pressure booster.
  • the control chamber 11 of the pressure booster 5 is separated from the return 8 on the low pressure side and again with the one in the high pressure storage chamber 2 by triggering the metering valve 6 designed as a 2/2-way valve (Common Rail) prevailing high pressure level connected. This is done by closing the metering valve 6 designed as a 2/2-way valve.
  • the connection to the low-pressure return 8 is interrupted, as a result of which the fuel flow through the flow channel 44 in the valve body 43 of the pressure relief valve 40 comes to a standstill. This means that no pressure difference effective in the closing direction can develop between the first space 41 and the second space 42 of the pressure relief valve 40.
  • valve spring 48 Due to the valve spring 48 arranged in the first space 41, the valve body 43 with its second end face 43 and the adjoining slide section 46 on the valve body 43 is pressed into the second space 42 of the pressure relief valve 40.
  • the slide section 46 thus extends from the valve cross section 45, so that the pressure level present in the working space 10 of the pressure booster 5 and corresponding to the pressure in the high-pressure storage space 2 via the overflow line 47, the second space 42, the control line 20 is again at the control space 11 of the pressure booster 5 , As a result of the pressure equalization, the piston 12 of the pressure booster 5 moves into the working space 10, the retraction movement of which is supported by the return spring element 17 arranged in the control space 11.
  • the pressure level within the compression space 15 of the pressure booster 5 is rapidly lowered to the pressure level prevailing in the high-pressure storage space 2.
  • the injection valve member 26 for example configured as a nozzle needle, is hydraulically balanced, ie the pressure level in the nozzle chamber 22 and in the nozzle control chamber 24 is identical.
  • the closing force which is exerted by the closing spring element 28 on the end face 27 of the injection valve member 26, predominates and causes the injection valve member 26 to close, ie to move it into its seat on the combustion chamber side.
  • the injection openings 33 become in the area of the tip 31 of the injection valve member 26 closed and the injection ended.
  • the pressure booster piston 12 is returned to its starting position by the return spring 17 acting on it.
  • the compression space 15 is refilled via the filling line 23 with a check valve 34 integrated in it from the nozzle control space 24 /.
  • the compression space 15 could also be filled from the hydraulic spaces 11 or 10.
  • the nozzle control chamber 24 is in turn filled with fuel via the control chamber 11 of the pressure booster 5 via the connecting line 25.
  • the fuel flows into the control chamber 11 of the pressure booster 5 via the working chamber 10 of the pressure booster 5 via the overflow line 47, the second chamber 42 of the pressure relief valve 40 and the control line 20.
  • refilling ie the volume compensation in the combustion chamber 7
  • the quantity of fuel injected via the injection openings 33 on the seat of the injection valve member 26 on the combustion chamber side is flushed out and the fuel volume injected into the combustion chamber 7 of the self-igniting internal combustion engine is replaced.
  • the metering valve denoted by reference numeral 6 is preferably designed as a 2/2-way valve and can be manufactured in a particularly simple manner in terms of production engineering within the required tolerances.
  • the metering valve 6, which is preferably designed as a 2/2-way valve, can be designed both as a directly actuated valve or as a servo valve.
  • the 2/2-way metering valve 6 can be controlled by a magnetic actuator as well as a piezo actuator.
  • a valve can also be used which allows cross-sectional control of the flow cross-section from control line 49 to return 8.
  • the pressure relief valve 40 can advantageously be designed such that there is no hydraulic pressure surface compared to the pressure present in the overflow line 47.
  • the valve can be moved by a small spring force and a small pressure difference between the space 42 and the space 41 and only a small throttling of the control quantity in the bore 44 is necessary.
  • throttling can also be arranged in the overflow line 47.
  • the nozzle control chamber 24 can be connected to the injector inlet via the connecting line 25, for example via the working space of the pressure translator, instead of the control chamber 11 of the pressure booster 5.
  • the piston 12 can be embodied within the pressure intensifier both as a one-part and as a two-part configured component, and contain a first part-piston 13 and a second part-piston 14, which can be formed in one or more parts.
  • FIG. 4 shows the pressure-translated fuel injector as shown in FIG. 2 with a relief valve with a sealing seat.
  • valve body 43 of the pressure relief valve shown in FIG. 4 comprises a mushroom-shaped shoulder. Instead of a slide section 45 on the lower end face 52 of the valve body 43 with the flow channel 44 (compare illustration according to FIG. 3), a mushroom-shaped extension is formed on the lower end of the valve body 43 according to the illustration in FIG. 4, which forms a sealing seat 51 with the valve cross section 45.
  • An end face 53.1 in the lower region of the valve body 43 has a larger diameter. formed as the end 52 of the valve body 43 opposite the first space 41 of the pressure relief valve 40.
  • the through bore 44 passing through the valve body 43 allows a pressure difference between the first space 41 and the second space 42 of the pressure relief valve 40 according to the embodiment in FIG - Renz reach, which holds the valve body 43 in flow through the flow channel 44 in its closed position after the metering valve 6 designed as a 2/2-way valve has been activated, ie opened.
  • the other components of the fuel injector 1 shown in FIG. 4 essentially correspond to the components already described in FIGS. 2 and 3 and are not further explained in connection with FIG. 4 in order to avoid repetitions.
  • FIG. 5 shows the pressure-translated fuel injector as shown in FIG. 2 with a pressure relief valve, the valve body of which is essentially cylindrical.
  • the fuel injector 1 comprises the fuel injector 1, which contains a metering valve 6 designed as a 2/2-way valve, the pressure intensifier 5, accommodated in the injector body 3, and the injection valve 26 accommodated in the nozzle body 4.
  • the fuel injector 1 becomes Via a high-pressure storage space 2 (common rail) with fuel under high pressure supplied with fuel via the feed line 9.
  • the feed line 9 can contain a throttle point 19, which serves to dampen pressure pulsations or pressure wave reflections into the interior of the high-pressure storage space 2, in order to protect the latter from excessive peak pressure loads.
  • the feed line 9 from the high-pressure storage chamber 2 (common rail) opens at an outlet 38 into the working chamber 10 of the pressure booster 5.
  • the working chamber 10 and the control chamber 11 of the pressure booster 5 are separated from one another by a piston 12, which has a first partial piston 13 and a second one Partial piston 14 may include.
  • the piston 12 of the pressure booster 5 can be designed in one or more parts and is acted upon by a spring element 17 arranged in the control chamber 11.
  • the spring element 17 is supported on the one hand on the abutment 16 formed by the bottom of the control chamber 11 and on the other hand on a stop surface 18 in the upper region of the second partial piston 14.
  • the second partial piston 14 of the piston 12 acts on the compression space 15 of the pressure booster 5 with its lower end face.
  • the fuel inlet 21 extends from the compression space 15 to the nozzle space 22, which surrounds the injection valve member 26 in the region of a pressure shoulder 30 formed thereon.
  • a connecting line 25 extends from the control chamber 11 of the pressure intensifier 5 and opens into the nozzle control chamber 24 of the nozzle body 4.
  • a filling line 23 (filling path) with a check valve 34 integrated therein runs from the nozzle control chamber 24 to the compression chamber 15 of the pressure booster 5, via which the compression chamber 15 is filled with fuel from the nozzle control chamber 24.
  • a stroke stop 29 is formed within the nozzle control chamber 24, which forms the maximum stroke of the injection valve member 26, for example in the form of a nozzle needle, and against which the upper end face 27 strikes.
  • a closing spring 28 is received in the nozzle control chamber 24 and acts on the end face 27 of the injection valve member 26.
  • the annular gap 32 which surrounds a tapered region of the injection valve member 26, extends from the nozzle chamber 22 within the nozzle body 4 to the tip 31 of the injection valve member 26.
  • the control line 20 runs from the control chamber 11 of the pressure booster 5 to the pressure relief valve 40 also contained in this embodiment variant of the solution proposed according to the invention.
  • the pressure relief valve 40 comprises one as shown in FIG essentially cylindrical valve body 54.
  • the cylindrical valve body 54 is penetrated by a flow channel 44 which extends between the first space 41 and the second space 42 of the pressure relief valve 40.
  • the cylinder-shaped valve body 54 enters the first space 41 with its first face 52, while the second face 53 of the cylinder-shaped valve body 54 is assigned to the second space 42 of the pressure relief valve 40.
  • FIGS. 1 the embodiment variants which are shown in FIGS.
  • the overflow line 47 opens into the first space 41 of the pressure relief valve 40 between the working space 10 of the pressure booster 5 and the pressure relief valve 40 according to the embodiment variant according to FIG. 5
  • the sealing seat 51 which connects or separates the control chamber 11 of the pressure intensifier 5 to the working space 10 of the pressure intensifier, is located on the side of the pressure relief valve 40 facing the metering valve 6.
  • the mode of operation of the pressure relief valve shown in FIG. 5 40 essentially corresponds to the functioning of the device for injecting fuel according to FIG. 2.
  • the pressure relief valve 40 closes.
  • the pressure relief valve 40 opens, is brought about by the valve spring 48 arranged in the first chamber 41 and connects the control chamber 11 of the pressure intensifier 5 via the control line 20, the second space 42, the flow channel 44 with the first space 41 of the pressure relief valve and from there via the overflow line 47 opening into the working space 10 of the pressure intensifier.
  • the second partial piston 14 moves very quickly out of the compression chamber 15, the extension being supported by the return spring 17 arranged in the control chamber 11.
  • the pressure in the control chamber 22 within the nozzle body 4 drops very rapidly.
  • the opening force acting on the pressure shoulder 30 of the injection valve member 26 decreases very greatly, so that the injection valve member 26 is pressed into its seat on the combustion chamber side via the closing spring 28 arranged in the nozzle control chamber 24, which acts on the end face 27 of the injection valve member 26, and the injection openings 33 are closed in the combustion chamber 7.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (7) einer Verbrennungskraftmaschine. Die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst einen Hochdruckspeicherraum (2) (Common-Rail), einen Druckübersetzer (5) und ein Zumessventil (6). Der Druckübersetzer (5) enthält einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11), die voneinander durch einen axial bewegbaren Kolben (12; 13, 14) getrennt sind. Eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) hat eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) zur Folge. Der Kompressionsraam (15) beaufschlagt über einen Kraftstoffzulauf (21) einen ein Einspritzventilglied (26) umgebenden Düsenraum (22) im Düsenkörper (4). In einer Steuerleitung (20, 49) zwischen dem Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) und einem als 2/2-Wege-Ventil ausgebildeten Zumessventil (6) ist ein Druckentlastungsventil (40) angeordnet, welches einen Ventilkörper (43, 54) umfasst, der zumindest einen hydraulischen Raum (41, 42) des Druckentlastungsventiles (40) beaufschlagt und mit dem im Hochdruckspeicherraum (2) anstehenden Druck verbindbar ist.

Description

Druckübersetzter Kraftstoffϊnjektor mit schnellem Druckabbau bei Einspritzende
Technisches Gebiet
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme zum Einsatz. Speichereinspritz- Systeme (Common Rail-Einspritztsysteme) ermöglichen es in vorteilhafterweise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrermungskraftmaschine jeweils anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.
Stand der Technik
Aus Festigkeitsgründen ist das erreichbare Druckniveau bei heute eingesetzten Speichereinspritzsystemen zurzeit auf etwa 1600 bar begrenzt. Zur weiteren Drucksteigerung an Speichereinspritzsystemen kommen an Commen-Rail-Systemen Druckverstärker zum Ein- satz.
EP 0 562 046 Bl offenbart eine Betätigungs- und Ventilanordnung mit Bedämpfung für eine elektronisch gesteuerte Einspritzeinheit. Die Betätigungs- und Ventilanordnung für eine hydraulische Einheit weist einen elektrisch erregbaren Elektromagneten mit einem festen Stator und einem bewegbaren Anker auf. Der Anker weist eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Die erste und die zweite Oberfläche des Ankers definieren einen ersten und einen zweiten Hohlraum, wobei die erste Oberfläche des Ankers dem Stator zuweist. Es ist ein Ventil vorgesehen, welches mit dem Anker verbunden ist. Das Ventil ist in der Lage, aus einem Sumpf ein hydraulisches Betätigungsfluid an die Einspritzvorrichtung zu leiten. Ein Dämpfungsfluid kann in Bezug auf einen der Hohlräume der Elektromagnetanordnung dort gesammelt werden bzw. von dort abgelassen werden. Mittels eines in eine Zentralbohrung hineinragenden Bereiches eines Ventils kann die Strömungsverbindung des Dämp-. fungsfluides proportional zu dessen Viskosität selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden. DE 101 23 910.6 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren jeweils mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt; ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß DE 101 23 910.6 einen Druckübersetzer, der einen beweglichen Druckübersetzerkolben enthält, welcher einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum lässt sich durch Befüllen eines Rückraumes des Druckübersetzers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren dieses Rückraumes von Kraftstoff variieren.
Der Kraftstoffinjektor umfasst einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Verschließen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöff ungen. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so dass dieser mit Kraftstoff druckbeaufschlagbar ist. Da- durch wird eine dem Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzielt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.
Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des Druckübersetzers über den Rückraum erreicht werden, dass die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum kleingehalten werden können. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes entlastet und nicht bis auf Leckdruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad des Kraftstoffinjektors, andererseits kann ein schnellerer Druckaufbau bis auf das Systemdruckniveau erfolgen, so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände verkürzt werden können.
Mit dieser Lösung ist eine variable hydraulische Schließkraft, die auf die Düsennadel des Kraftstoffiηjektors wirkt, erreichbar. Dadurch wird ein variabler Düsenöff ungsdruck erreicht, der sich mit dem im Hochdruckspeicherraum herrschenden Druck erhöht, so dass auch bei kleinen Mengen ein hoher Einspritzdruck erreicht wird und das Nadelschließen verbessert werden kann. Um diese hydraulische Schließkraft mit geringem konstruktivem Aufwand zu verwirklichen, wird der im Hochdruckspeicherraum herrschende Druck direkt auf der Rückseite der Düsennadel aufgebracht. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird der Druckübersetzer gemäß dieser Lösung über den Rückraum gesteuert, der dann als Druckverstärker-Steuerraum fungiert. Dadurch wird nur der kleinere Rückraum und nicht der große Arbeitsraum des Druckverstärkers entlastet; zusätzlich wird der Hochdruckbereich nur bis auf den im Hochdruckspeicherraum herrschenden Druck und nicht bis auf Lecka- gedruckniveau entlastet, wodurch sich der hydraulische Wirkungsgrad einer solchen Anordnung erheblich verbessern lässt. Dies führt zu einem Einspritzsystem für selbstzündende Verbrennungs aftmaschinen mit hohem erreichbarem Einspritzdruck und gleichzeitig erhöhtem Wirkungsgrad. Zur Steuerung ist jedoch ein 3/2- Wege- Ventil notwendig, um einen schnellen Druckabbau am Einspritzende zu gewährleisten. Ein 3/2-Wege- Ventil ist jedoch fertigungstechnisch sehr aufwendig herzustellen und kostenintensiv. Die geforderten Toleranzen sind in der Serienfertigung derzeit nicht beherrschbar.
Prinzipiell ist es möglich, einen druckübersetzenden Kraftstoffinjektor gemäß der aus DE 101 23 910.6 bekannte Lösung mit einem 2/2-Wege- Ventil in Verbindung mit einer Fülldrossel zu steuern. Zum Beschleunigen des Rückstellens und zum Verkleinern der Verlustmenge über die Fülldrossel kann dabei in vorteilhafiterweise ein Füllventil eingesetzt werden. Bei Einsatz eines Füllventiles ergibt sich jedoch am Einspritzende ein langsamer Druckabfall bis auf das im Hochdruckspeicherraum herrschende Druckniveau, welcher zu schlechten Emissionsergebnissen führt. Ein schneller Druckabfall (rapid spill) ist daher zur Erfüllung künftiger Abgasgrenzwerte zwingend erforderlich. Ferner ist mit einem nur langsam erfolgenden Druckabbau gegen Ende einer Einspritzphase der Nachteil verbunden, dass sich das mittlere Einspritzdruckniveau erheblich verringert.
Darstellung der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung vermeidet sowohl den Einsatz eines als 3/2- Wege- Ventil ausgebildeten Steuerventiles als auch die Nachteile, die mit dem Einsatz eines 2/2- Wege-Ventils mit Fülldrossel bzw. Füllventil verbunden sind, d. h. einen nur langsam vonstatten gehenden Druckabfall gegen Ende der Einspritzung. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung werden die Fülldrossel und das Füllventil durch ein Druckentlastungsventil ersetzt, über das jedoch ein sehr schneller Druckabbau am Ende eines Einspritzvorganges erreicht werden kann. Der schnelle Druckabbau (rapid spill) am Ende der Einspritzphase wiederum verbessert in erheblichem Maße die Emissionswerte des Abgases selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen.
Das Druckentlastungsventil wird in die Steuerleitung zur Entlastung des Steuerraumes des Druckübersetzers integriert. Der Ventilkörper des Druckentlasungsventils kann sowohl als zylindrischer Körper ausgebildet werden als auch einen Bereich umfassen, der in verrin- gertem Durchmesser beispielsweise als Einschnürstelle, ausgebildet werden kann. Die Stirnseiten des Ventilkörpers des'Druckentlastungsventils können sowohl gleiche hydraulisch wirksame Flächen sein als auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Am Druckentlastungsventil können zwei einander gegenüberliegende hydraulische Räume ausgebildet sein, die durch eine Durchgangsbohrung im Ventilkörper des Druckentlastungsventiles miteinander in Verbindung stehen. Der Strömungsquerschnitt der Durchgangsbohrung innerhalb des Ventilkörpers des Druckentlastungsventiles ist so gewählt, dass sich zwischen den hydraulischen Räumen des Druckentlastungsventiles eine Druckdifferenz aufbaut, so dass das Druckentlastungsventil geschlossen gehalten werden kann.
Durch Einsatz eines als 2/2- Wege- Ventil ausgebildeten Zumessventiles kann der Einsatz eines hinsichtlich der geforderten Toleranz nur aufwendig herzustellenden und daher teuren 3/2-Wege-Ventiles vermieden werden. Der Einsatz eines Druckentlasungsventiles in der Steuerleitung des Druckübersetzers ermöglicht einen schnellen Druckabfall am Ende der Einspritzung, wodurch sich ein schnelles Schließen eines beispielsweise als Düsennadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes erreichen lässt.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 ein druckübersetzter Kraftstoffinjektor mit parallel geschaltetem Füll- ventil und Fülldrossel mit langsamem Druckabbauverhalten,
Figur 2 einen erfindungsgemäßen, druckübersetzten Kraftstoffinjektor mit 2/2-
Wege-Zumessventil und Entlastungsventil in der Steuerleitung des Steuerraumes des Druckübersetzers,
Figur 3 den druckübersetzten Kraftstoffinjektor gemäß Figur 2 in aktiviertem
Zustand,
Figur 4 den druckübersetzten Kraftstoffinjektor gemäß Figur 2 mit einem Entla- stungsventil mit Dichtsitz,
Figur 5 den druckübersetzten Kraftstoffinjektor gemäß der Darstellung in Figur 2 mit Entlastungsventil mit zylindrisch ausgebildetem Ventilkörper.
Aus:führungsvarianten
Figur 1 ist ein druckübersetzter Kraftstoffinjektor mit parallel geschaltetem Füll ventil und Fülldrossel zu entnehmen, welcher ein langsames Druckabbauverhalten aufweist. Die in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen Kraftstoffinjektor 1, und einen Hochdruckspeicherraum 2 (Common Rail). Der Kraftstoffinjektor 1 enthält einen Injektorkörper 3, einen Düsenkörper 4, wobei im Injektorkörper 3 ein Drucküberset- zer 5 aufgenommen ist sowie ein Zumessventil 6, welches in der in Figur 1 dargestellten Anordnung als 2/2- Wege- Ventil ausgebildet ist. Mittels des Kraftstoffinjektors 1 wird unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einen Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
Vom Zumessventil 6 aus erstreckt sich ein niederdruckseitiger Rücklauf 8 in einen nicht dargestellten Kraftstoffbehälter z. B. den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges.
Vom Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) strömt unter hohem Druck stehender Kraftstoff über eine Zuleitung 9 in einen Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 ein. Der Druckübersetzer 5 umfasst ferner einen Steuerraum 11, der über einen Kolben 12 vom Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 getrennt ist. Der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgebildet sein. In der Ausfuhrungsvariante gemäß Figur 1 umfasst der Kolben 12 des Druckübersetzers einen ersten Teilkolben 13 sowie einen zweiten Teilkolben 14. Der erste Teilkolben 13 ist in einem ersten Durchmesser aus- gebildet, während demgegenüber der zweite Teilkolben 14, der unter Zwischenschaltung einer Rückstellfederanschlagfläche 18 am ersten Teilkolben 13 anliegt, in einem verringerten Durchmesser ausgebildet ist. Innerhalb des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 ist eine Rückstellfeder 17 aufgenommen, die sich einerseits an einem Widerlager 16, welches durch den Boden des Steuerraumes 11 im Injektorkörper 3 gebildet ist, abstützt und andererseits an dem bereits erwähnten Rückstellfederanschlag 18 anliegt. Die untere Stirnfläche des zweiten Teilkolbens 14 des Kolbens 12 beaufschlagt einen Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5, der seinerseits über einen Kraftstoffzulauf 21 unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in einen Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1 leitet.
In der sich vom Hochdruckspeicherraum 2 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 erstreckenden Zuleitung 9 kann eine Drosselstelle 19 aufgenommen sein, welche dazu dient, sich beim Schließen bzw. Öffnen des Kraftstoffinjektors 1 einstellende Druckpulsationen in der Zuleitung 9 zu dämpfen, deren ungedämpftes Rückwirken in das Innere des Hochdruckspeicherraumes 2 dort unzulässig hohe Druckspitzen zur Folge hätte. Von der Zuleitung 9, welche an einer Mündungsstelle 38 in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 mündet, verläuft ein Drosselabzweig 36 zum Arbeitsraum 11 des Druckübersetzers 5, in welchem eine Fülldrossel 35 aufgenommen ist. Parallel zum Drosselabzweig 35 mit integrierter Fülldrossel 35 ist ein Füll ventil 37 geschaltet, welches in der in Figur 1 darge- stellten Ausführungsvariante einer ]^aftstoffeinspritzeinrichtung als Kugelventil mit öffnender Feder ausgebildet ist. Das Füllventil 37 liegt parallel zur Drosselstelle 35 in Drosselabzweig 36 und mündet in dieselbe Leitung wie der Drosselabzweig 36, welche ihrerseits in den Arbeitsraum 11 des Druckübersetzers 5 mündet.
Der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 steht über eine Steuerleitung 20 mit dem Zumessventil 6 in Verbindung. Vom Steuerraum 11 zweigt darüber hinaus eine Verbindungsleitung 25 ab, die ihrerseits in einen Düsensteuerraum 24 mundet. Ein im Düsensteu- erraum 24 aufgenommenes Schließfederelement 28 beaufschlagt eine obere Stirnseite 27 eines Einspritzventilgliedes 26, welches z. B. als Düsennadel ausgebildet sein kann. Innerhalb des Düsensteuerraumes 24 ist ein Anschlag 29 aufgenommen, welcher von dem als Spiralfeder ausgebildeten Schließfederelement 28 umringt ist. Vom Düsensteuerraum 24 zweigt eine Befullleitung 23 ab, in welcher ein Rückschlagventil 34 aufgenommen ist. Über die Befullleitung 23 wird der Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 mit Kraftstoff befüllt.
Der Düsenkörper 4 des Kraftstoffinjektors 1 gemäß der Anordnung in Figur 1 nimmt einen Düsenraum 22 auf, der über den bereits erwähnten Kraftstoffzulauf 21 vom Kompressionsraum 15 aus mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Das Einspritzven- tilglied 26 umfasst eine Druckschulter 30, welche bei Anstehen eines hohen Druckes innerhalb des Düsenraumes 22 das Einspritzventilglied 26 entgegen der Wirkung der Schließfeder 28 in Öffnungsrichtung bewegt. Vom Düsenraum 22 erstreckt sich innerhalb des Düsenkörpers 4 ein Ringspalt 32 in Richtung auf die Spitze 31 des Einspritzventilgliedes 26. Über den Ringspalt 32 strömt der Kraftstoff auf Einspritzöffhungen 33 zu. Über die Einspritzöffhungen 33 wird der Kraftstoff bei geöffnetem, d. h. aus seinem brennraumsei- tigen Sitz bewegten Einspritzventilglied 26 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Die in Figur 1 dargestellte Variante einer Kraftstoff- einspritzeinrichtung setzt als Zumessventil 6 ein 2/2- Wege- Ventil ein, welches zur Beschleunigung des Rückstellens und zum Verkleinern der abströmenden Verlustmenge mit einem der Fülldrossel 35 parallel geschalteten Ventil 37 versehen ist. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass sich gegen Ende des Einspritzvorgangs ein langsamer Druckabfall bis auf das im Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) vorliegende Druckniveau einstellt. Dies führt zu unbefriedigenden Emissionsergebnissen, ferner wird durch einen nur langsam sich einstellenden Druckabbau der erreichbare mittlere Ein- spritzdruck verringert.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten, druckübersetzten Kraftstoffinjektor mit 2/2- Wege-Zumessventil und einem Entlastungsventil in der Steuerleitung zur Steuerung des Drucks im Steuerraum des Druckübersetzers. Bei der in Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausfuhrungsvariante einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist ein druckübersetzter Kraftstoffinjektor 1 dargestellt, dessen Zumessventil 6 als 2/2- Wege-Ventil ausgestaltet sein kann, in dessen Steuerleitung 20 zum Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 ein zusätzliches, die Fülldrossel und das Befüllven- til 37 ersetzendes Druckentlastungsventil 40 integriert ist. Mit dieser Konfiguration kann ein schneller Druckabbau (rapid spill) am Ende eines Einspritzvorganges erreicht werden.
Im in Figur 2 dargestellten Zustand befindet sich die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in ihrem Ruhezustand. Das als 2/2- Wege-Ventil ausgebildete Zumessventil 6 ist in seine Schließstellung gestellt. Das Zumessventil 6 kann als direkt betätigtes Ventil oder als Servo ventil ausgeführt sein. Ferner lässt sich das Zumessventil 6 sowohl durch einen Magnetaktor wie auch durch einen Piezoaktor ansteuern.
Aus dem in Figur 2 dargestellten Hydraulikschaltplan geht hervor, dass die Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff einen Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) umfasst, der über eine in Figur 2 nicht dargestellte Hochdruckpumpe, welche den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau verdichtet, mit Kraftstoff beaufschlagt ist. Im Hochdruckspeicherraum 2, der unter Systemdruck steht wird dieser gespeichert, so dass der Kraftstoffsystemdruck, d. h. der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 herrschende Druck allen Kraftstof- finjektoren 1, die in einer der Zylinderzahl einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine entsprechenden Anzahl vorhanden sind, zugeleitet werden kann. Der Kraftstoffinjektor 1 umfasst das bereits erwähnte als 2/2- Wege- Ventil ausgebildete Zumessventil 6, ein Entlastungsventil 40, aufgenommen in der Steuerleitung 20 zwischen Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 und dem Zumessventil 6, den Druckübersetzer 5 und ein Einspritzventilglied. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante ist der Druckübersetzer 5 als eine axial verschiebbare Kobeneinheit, einen Kolben 12 umfassend ausgebildet. Durch den Kolben 12, der einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein kann, werden ein Arbeitsraum 10 sowie ein druck-entlastbarer bzw. druckbeaufschlagbarer Steuerraum 11 vonein- ander getrennt. Der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 kann einen ersten Teilkolben 13 und einen zweiten Teilkolben 14 umfassen. Der erste Teilkolben 13 kann in einem größeren Durchmesser ausgebildet sein, während der zweite Teilkolben 14 in einem demgegenüber verringerten Durchmesser ausgebildet ist und mit seiner unteren Stirnseite einen Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers beaufschlagt.
Vom Hochdruckspeicherraum 2 erstreckt sich eine Zuleitung 9 zum Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5, wobei in der Zuleitung 9 eine Drosselstelle 19 ausgebildet sein kann, um sich in der Zuleitung 9 ausbildende Druckpulsationen bzw. Druckwellenreflexionen und deren Rückwirkung in das Innere des Hochdruckspeicherraumes 2 zu dämpfen. Im in Figur 2 dargestellten Ruhezustand der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff ist das Zumessventil 6, welches bevorzugt als 2/2-Wege- Ventil ausgestaltet ist, nicht angesteuert und es findet keine Einspritzung statt. Das Druckentlastungsventil 40, aufgenommen in der Steuerleitung 20, 49 des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 befindet sich in seinem geöffneten Ausgangszustand. Im in Figur 2 dargestellten Schaltzustand der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff steht das im Innenraum des Hochdruckspeicherraumes 2 anstehende Druckniveau im Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5, von diesem ausgehend über eine Überströmleitung 47 in einem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventils 40, über eine in einem Ventilkörper 43 des Druckentlastungsventils 40 ausgebildeten Überströmkanal 44 in einem ersten Raum 41 des Druckentlastungsventiles 40 an. Vom zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 steht das im Hochdruckspeicherraum 2 herrschende Druckniveau darüber hinaus über die Steuerleitung 20 im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5, von diesem über die Verbindungsleitung 25 in einem Düsensteuerraum 24 im Injektorkörper 4 und über eine Befullleitung 23 (Füllpfad) steht der im Inneren des Hochdruckspeicherraumes 2 anstehende Druck im Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 an.
Im Ruhezustand der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff sind demnach sämtliche Druckräume des Druckübersetzers 5, dessen Arbeitsraum 10, dessen Steuerraum 11 und der Kompressionsraum 15 mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveau beaufschlagt. Dadurch ist der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 druckausgeglichen. Der Druckübersetzer 5 ist im Ruhezustand der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Figur 2 deaktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt. In diesem Zustand ist der Kolben 12 des Druckübersetzers 5, der einen ersten Teilkolben 13 sowie einen zweiten Teilkolben 14 umfassen kann, über ein im Steuerraum 11 angeordnetes Rückstellfederelement 17 in seine Ausgangslage gestellt. Die Befüllung des Kompressionsraumes 15 erfolgt über die Befullleitung 23, welche sich vom Düsensteuerraum 24, ein Rückschlagventil 34 enthaltend zum Kompressionsraum 15 erstreckt.
Durch das im Düsensteuerraum 24 anstehende, dem Druckniveau innerhalb des Hochdruckspeicherraumes 2 entsprechende Druckniveau wird eine hydraulische Schließkraft auf eine Stirnseite 27 des Einspritzventilgliedes 26 ausgeübt, die zusätzlich durch die Schließkraft einer ebenfalls im Düsensteuerraum 24 aufgenommenen Schließfeder 28 unterstützt wird. Gemäß dieser Anordnung ist ein ständiges Anstehen des im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveaus im Düsenraum 22 möglich, ohne dass sich das Einspritzventilglied 26 ungewollt öffnet und die Einspritzöffhungen 33 zum Brennraum 7 freigibt.
In der in Figur 2 dargestellten Stellung des Kolbens 12 des Druckübersetzers 5, d. h. in dessen deaktiviertem Zustand ist der Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 nicht durch den zweiten Teilkolben 14 des Kolbens 12 beaufschlagt, so dass der Kraftstoffzulauf 21 zum Düsenraum 22 innerhalb des Injektorkörpers 4 des Düsenkörpers 4 des Kraftstoffinjektors 1 lediglich mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 herrschenden Druckniveau beaufschlagt ist. Dieses reicht jedoch nicht aus, um das Einspritzventilglied 26 durch Er- zeugung einer hydraulischen Kraft an der Druckschulter 30 aus seinem brennraumseitigen Sitz zu öffnen und ein Einspritzen von Kraftstoff über die Einspritzöffnungen 33 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine auszulösen.
Das in der Steuerleitung 20, 49 zwischen Zumessventil 6 und Steuerraum 11 integrierte Druckentlastungsventil 40 umfasst einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Ventilkörper 43. Der zylindrisch ausgebildete Ventilkörper 43 ist von einer Durchgangsbohrung 44 durchsetzt. Die Durchgangsbohrung 44 verbindet den ersten Raum 41 mit dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventils 40. In der in Figur 2 dargestellten Lage des Ventilkörpers 43 des Druckentlastungsventiles 40 ist dessen Ventilglied 45 durch einen Schieberbereich 46, welcher in den zweiten Raum 42 eingefahren ist, freigegeben. Der im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Ventilkörper 46 kann eine Einschnürstelle 50 umfassen. Im ersten Raum 41 des Druckentlastungsventils 40 ist eine Ventilfeder 48 aufgenommen, welche eine obere Stirnseite des Ventilkörpers 43 beaufschlagt. Durch den geöffneten Schiebersitz 46 des Ventilkörpers 43 des Druckentlastungsventiles 40, steht der Ar- beitsraum 10, der zweite Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 über die Steuerleitung 20 mit dem Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 in Verbindung; es herrscht in diesen Räumen dasselbe Druckniveau.
Figur 3 zeigt den Druckübersetzenden Kraftstoffinjektor gemäß Figur 2 in aktiviertem Zu- stand, d. h. bei angesteuertem 2/2-Wege- Ventil.
Die Zumessung des Kraftstoffes erfolgt durch eine Ansteuerung des bevorzugt als 2/2- Wege- Ventil ausgebildeten Zumessventils 6. Dieses kann entweder über einen Piezoaktor oder über einen Magnetaktor angesteuert werden; daneben kann das Zumessventil 6 auch als Servoventil oder als direkt angesteuertes Ventil ausgebildet sein. Durch Ansteuerung des Zumessventils 6 wird der erste Raum 41 des Druckentlastungsventiles 40 mit dem nie- derdruckseitigen Rücklauf 8 verbunden. Der Ventilkörper 43 des Druckentlastungsventiles 40 verschließt mit seinem Schieberabschnitt 46 den Ventilquerschnitt 45 durch Einfahren gegen die Wirkung der Ventilfeder 48 in Richtung auf den ersten Raum 41. Damit wird die Überströmleitung 47 zwischen dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 und dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 verschlossen. Dadurch erfolgt eine Trennung des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 von der Systemdruckversorgung, d. h. vom Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail). Die Druckentlastung des Steuerraumes 11 erfolgt nun über die Steuerleitung 20 in den zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventils 40 und über die im Ventilkörper 43 ausgebildete Durchgangsbohrung 44 in den niederdruckseitigen Rücklauf 8. Durch Abnahme des Druckniveaus im Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 wird der Druckübersetzer 5 akti- viert, da der hier zweiteilig ausgebildete Kolben 12 nunmehr aufgrund des im Arbeitsraum 10 herrschenden höheren Druckniveaus in den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5 einfahrt. Aufgrund der Strömungsverbindung zwischen dem Kompressionsraum 15 und dem Düsenraum 22 im Düsenkörper 4 über den Kraftstoffzulauf 21 steigt der Druck auch im Düsenraum 22, der das Einspritzventilglied 26 umgibt, an. Damit stellt sich eine in Öff- nungsrichtung des Einspritzventilgliedes 26 wirkende Druckkraft an der Druckschulter 30 des Einspritzventilgliedes 26 ein. Gleichzeitig verringert sich bei Aktivierung des Zumess- ventiles 6 der Druck im Düsensteuerraum 24, wodurch sich die in Schließrichtung wirkende Druckkraft auf der Stirnseite 26 des Einspritzventilgliedes 26 verringert. Das beispielsweise als Düsennadel ausgebildete Einspritzventilglied 26 öffnet durch die an der Druck- schulter 30 anstehende hydraulische Kraft im Düsemaum 22. Die Öffnung erfolgt demnach druckgesteuert, so dass Kraftstoff vom Düsemaum 22 über den das Einspritzventilglied 26 umgebenden Ringspalt 32 in Richtung auf die Spitze 31 des Einspritzventilgliedes 26 strömt und von dort über die Einspritzöffnungen 33 in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine gelangt.
Solange der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 druckentlastet bleibt, d. h. solange der Druckübersetzer 5 aktiviert ist, herrscht in dessen Kompressionsraum 15 ein sehr hoher Druck. Der hochverdichtete Kraftstoff strömt vom Kompressionsraum 15 über den Kraft- stoffzulauf 21 zum Düsenraum 22 und von dort über den erwähnten Ringspalt 32 in Rich- tung auf die Einspritzöffnungen 33. Der durch Einfahren des Kolbens 12, in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante durch Einfahren des zweiten Teilkolbens 14 in den Steuerraum 11 aus diesem verdrängte Kraftstoff strömt über das Druckentlastungsventil 40, d. h. dessen Durchgangsbohrung 44, in den niederdruckseitigen Rücklauf 8. Der Strömungsquerschnitt innerhalb des Strömungskanales 44, welcher den Ventilkörper 43 des Druckentlastungsventiles 40 durchsetzt, ist derart ausgelegt, dass sich eine ausreichende Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum 41 und dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 einstellt, die den Ventilkörper 43 des Druckentlastungsventiles 40 in Schließstellung, d. h. dessen Schiebebereich 46 in Überdeckung mit dem Ventilquerschnitt 45 hält, so dass die Überströmleitung 47 in den Druckraum 10 des Druckübersetzers abge- schlössen bleibt.
Zum Beenden der Einspritzung wird durch erneute Ansteuerung des als 2/2- Wege- Ventil ausgebildeten Zumessventiles 6 der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 vom niederdruckseitigen Rücklauf 8 getrennt und wieder mit dem im Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) herrschenden Hochdruckniveau verbunden. Dies erfolgt durch ein Schließen des als 2/2- Wege-Ventil ausgebildeten Zumessventiles 6. Die Verbindung zum niederdruckseitigen Rücklauf 8 wird unterbrochen, wodurch der Kraftstoffstrom durch den Strömungskanal 44 im Ventilkörper 43 des Druckentlastungsventiles 40 zum Erliegen kommt. Damit vermag sich keine in Schließrichtung wirksame Druckdifferenz zwischen dem ersten Raum 41 und dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 auszubilden. Durch die im ersten Raum 41 angeordnete Ventilfeder 48 wird der Ventilkörper 43 mit seiner zweiten Stirnseite 43 und sich daran anschließendem Schieberabschnitt 46 am Ventilkörper 43 in den zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 gedrückt. Damit fahrt der Schieberabschnitt 46 aus dem Ventilquerschnitt 45 aus, so dass das im Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 anstehende, dem Druck im Hochdruckspeicherraum 2 entsprechende Druckniveau über die Überströmleitung 47, den zweiten Raum 42, die Steuerleitung 20 wieder am Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 ansteht. Bedingt durch den erfolgten Druckausgleich fährt der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 in den Arbeitsraum 10 ein, wobei dessen Einfahrbewegung durch das im Steuerraum 11 angeordnete Rückstellfederelement 17 unterstützt wird. Durch diese Einfahrbewegung wird das Druckniveau innerhalb des Kompressionsraumes 15 des Druckübersetzers 5 auf das im Hochdruckspeicherraum 2 herrschende Druckniveau rasch abgesenkt. Da im Düsensteuerraum 24 nunmehr wieder das im Hochdruckspeicherraum 2 anstehende Druckniveau über die Verbin- dungsleitung 25 ansteht, ist das beispielsweise als Düsennadel konfigurierte Einspritzventilglied 26 hydraulisch ausgeglichen, d. h. das Druckniveau im Düsenraum 22 und im Düsensteuerraum 24 ist identisch. Die Schließkraft, welche durch das Schließfederelement 28 auf die Stirnseite 27 des Einspritzventilgliedes 26 ausgeübt wird, überwiegt und bewirkt ein Schließen des Einspritzventilgliedes 26, d. h. dessen Einfahren in seinen brennraumsei- tigen Sitz. Dadurch werden die Einspritzöffnungen 33 im Bereich der Spitze 31 des Einspritzventilgliedes 26 verschlossen und die Einspritzung beendet.
Nach dem Druckausgleich innerhalb des Einspritzsystems gemäß der in Figur 3 wiedergegebenen Konfiguration wird der Druckübersetzerkolben 12 durch die diesen beaufschla- gende Rückstellfeder 17 in seine Ausgangslage zurückgestellt. Es erfolgt eine Wiederbe- füllung des Kompressionsraumes 15 über die Befullleitung 23 mit in diese integriertem Rückschlagventil 34 vom Düsensteuerraum 24/ aus. Der Kompressionsraum 15 könnte auch von den hydraulischen Räumen 11 oder 10 aus befüllt werden.
Der Düsensteuerraum 24 wiederum wird über den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 via Verbindungsleitung 25 mit Kraftstoff befüllt. In den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 wiederum strömt der Kraftstoff über den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 via Überströmleitung 47 den zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 und die Steuerleitung 20. Durch das Nachfüllen, d. h. den Volumenausgleich der in dem Brennraum 7 über die Einspritzöffhungen 33 am brennraumseitigen Sitz des Einspritzventilgliedes 26 eingespritzte Kraftstoffmenge, werden die aufgezählten Komponenten durchspült und das in den Brennraum 7 der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzte Kraftstoffvolumen ersetzt.
Das mit Bezugszeichen 6 bezeichnete Zumessventil wird bevorzugt als 2/2- Wege- Ventil ausgebildet und kann fertigungstechnisch besonders einfach in den geforderten Toleranzen hergestellt werden. Das als 2/2- Wege-Ventil bevorzugt ausgestaltete Zumessventil 6 kann sowohl als direkt betätigtes Ventil oder als Servo- Ventil ausgeführt werden. Die Ansteue- rung des 2/2-Wege-Zumessventiles 6 kann sowohl durch einen Magnetaktor als auch Pie- zoaktor erfolgen. Es kann jedoch auch ein Ventil eingesetzt werden, welches eine Querschnittssteuerung des Strömungsquerschnittes von Steuerleitung 49 zum Rücklauf 8 erlaubt. Das Druckentlastungsventil 40 kann in vorteilhafterweise so ausgelegt sein, dass gegenüber dem in der Überströmleitung 47 anstehenden Druck keine hydraulische Druck- fläche vorhanden ist. Somit kann das Ventil durch eine kleine Federkraft und eine geringe Druckdifferenz zwischen dem Raum 42 und dem Raum 41 bewegt werden und es ist nur eine geringe Drosselung der Absteuermenge in der Bohrung 44 notwendig. Zum Optimieren des Schaltverhaltens kann auch eine Drosselung in der Überströmleitung 47 angeordnet werden.
In Abwandlung des in Figur 3 dargestellten Aufbaus der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 7 einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine kann der Düsensteuerraum 24 anstelle des Steuerraumes 11 des Druckübersetzers 5 über die Verbindungsleitung 25 mit dem Injektorzulauf beispielsweise über den Arbeitsraum des Druck- Übersetzers verbunden sein. Wie bereits erwähnt, lässt sich der Kolben 12 innerhalb des Druckübersetzers sowohl als einteiliges als auch als zweiteilig konfiguriertes Bauelement ausbilden, einen ersten Teilkolben 13 sowie einen zweiten Teilkolben 14 enthalten, die sowohl ein- als auch mehrteilig ausgebildet werden können.
Figur 4 zeigt den druckübersetzten Kraftstoffinjektor gemäß der Darstellung in Figur 2 mit einem Entlastungsventil mit Dichtsitz.
Im Unterschied zur Darstellung des Druckentlastungsventiles 40 gemäß der Figuren 2 und 3 umfasst der Ventilkörper 43 des in Figur 4 dargestellten Druckentlastungsventiles einen pilzförmigen Absatz. Anstelle eines Schieberabschnittes 45 an der unteren Stirnseite 52 des Ventilkörpers 43 mit Strömungskanal 44 (vergleiche Darstellung gemäß Figur 3) ist am unteren Ende des Ventilkörpers 43 gemäß der Darstellung in Figur 4 ein pilzförmiger Ansatz angeformt, der einen Dichtsitz 51 mit dem Ventilquerschnitt 45 bildet. Eine Stirnfläche 53.1 im unteren Bereich des Ventilkörpers 43 ist in einem größeren Durchmesser aus- gebildet, als die dem ersten Raum 41 des Druckentlastungsventiles 40 gegenüberliegende Stirnseite 52 des Ventilkörpers 43. Durch die den Ventilkörper 43 durchsetzende Durchgangsbohrung 44 lässt sich zwischen dem ersten Raum 41 und dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 gemäß der Ausfu irungsvariante in Figur 4 eine Druckdiffe- renz erreichen, welche den Ventilkörper 43 bei Durchströmung des Strömungskanales 44 in seiner Schließstellung hält, nachdem das als 2/2-Wege- Ventil ausgebildete Zumessventil 6 aktiviert, d. h. geöffnet wurde. Die übrigen in Figur 4 dargestellten Komponenten des Kraftstoffinjektors 1 entsprechen im Wesentlichen den in Figur 2 bzw. 3 bereits beschriebenen Komponenten und werden um Wiederholungen zu vermeiden, im Zusammenhang mit Figur 4 nicht weiter erläutert.
Figur 5 zeigt den druckübersetzten Kraftstoffinjektor gemäß der Darstellung in Figur 2 mit einem Druckentlastungsventil, dessen Ventilkörper im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
Die in Figur 5 dargestellte Eimichtung zum Einspritzen von Kraftstoff umfasst den Kraftstoffinjektor 1 welcher ein als 2/2- Wege-Ventil ausgebildetes Zumessventil 6 enthält, den Druckübersetzer 5, aufgenommen im Injektorkörper 3 sowie das Einspritzventil 26 aufgenommen im Düsenkörper 4. Der Kraftstoffinjektor 1 wird über einen Hochdruckspeicher- räum 2 (Common-Rail) mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über die Zuleitung 9 mit Kraftstoff versorgt. Die Zuleitung 9 kann eine Drosselstelle 19 enthalten, die der Dämpfung von Druckpulsationen bzw. Druckwellenreflexionen in das Innere des Hoch- druckspreicherraumes 2 dient, um diesen vor zu hohen Spitzendruckbelastungen zu schützen. Die Zuleitung 9 vom Hochdruckspeicherraum 2 (Common-Rail) mündet an einer Mündungsstelle 38 in den Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5. Der Arbeitsraum 10 und der Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 sind durch einen Kolben 12 voneinander getrennt, der einen ersten Teilkolben 13 und einen zweiten Teilkolben 14 umfassen kann. Der Kolben 12 des Druckübersetzers 5 kann sowohl ein- als auch mehrteilig ausgebildet sein und wird von einem in dem Steuerraum 11 angeordneten Federelement 17 beauf- schlagt. Das Federelement 17 stützt sich einerseits am durch den Boden des Steuerraumes 11 gebildeten Widerlagers 16 und andererseits an einer Anschlagfläche 18 in oberen Bereich des zweiten Teilkolbens 14 ab. Der zweite Teilkolben 14 des Kolbens 12 beaufschlagt mit seiner unteren Stirnfläche den Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5. Vom Kompressionsraum 15 erstreckt sich der Kraftstoffzulauf 21 zum Düsenraum 22, der das Einspritzventilglied 26 im Bereich einer an diesem ausgebildeten Druckschulter 30 umgibt. Vom Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 streckt sich eine Verbindungsleitung 25, die in den Düsensteuerraum 24 des Düsenkörpers 4 mündet. Vom Düsensteuerraum 24 verläuft eine Befullleitung 23 (Füllpfad) mit darin integriertem Rückschlagventil 34 zum Kompressionsraum 15 des Druckübersetzers 5, über welche der Kompressionsraum 15 vom Düsensteuerraum 24 aus mit Kraftstoff befüllt wird. Innerhalb des Düsensteuerraumes 24 ist ein Hubanschlag 29 ausgebildet, der den Maximalhub des Einspritzventilgliedes 26, beispielsweise ausgebildet als Düsennadel, bildet und an dem dessen obere Stirnfläche 27 anschlägt. Ferner ist im Düsensteuerraum 24 eine Schließfeder 28 aufgenommen, die die Stirnseite 27 des Einspritzventilgliedes 26 beaufschlagt. Vom Düsenraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4 erstreckt sich der Ringspalt 32, einen verjüngten Bereich des Einspritzventilgliedes 26 umgebend, bis zur Spitze 31 des Einspritzventilgliedes 26. Bei in seinen brennraumseitigen Sitz gestellten Einspritzventilglied 26 sind die Einspritzöffnungen 33, über welche der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Brennraum 7 der selbstzün- denden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, verschlossen.
Vom Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 verläuft die Steuerleitung 20 zum auch in dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung enthaltenen Druckentlastungsventil 40. Im Unterschied zu den in Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Druckentla- stungsventil 40 umfasst das Druckentlastungsventil 40 gemäß der Darstellung in Figur 5 einen im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Ventilkörper 54. Der zylinderförmig ausgebildete Ventilkörper 54 wird von einem Strömungskanals 44 durchsetzt, der sich zwischen dem ersten Raum 41 und dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 erstreckt. Der zylindrisch ausgebildete Ventilkörper 54 fahrt in den ersten Raum 41 mit seiner ersten Stirnseite 52 ein, während die zweite Stirnseite 53 des zylinderförmig ausgebildeten Ventilkörpers 54 dem zweiten Raum 42 des Druckentlastungsventiles 40 zugeordnet ist. Im Unterschied zu den Ausfuhrungsvarianten, die in Figuren 2, 3 und 4 dargestellt sind, mündet die Überströmleitung 47 zwischen dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers 5 und dem Druckentlastungsventiles 40 gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 5 in den ersten Raum 41 des Druckentlastungsventiles 40. Bei der in Figur 5 dargestellten Ausfuhrungsvariante des Druckentlastungsventiles 40 befindet sich der Dichtsitz 51, der den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 mit dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers verbindet bzw. trennt, auf der dem Zumessventil 6 zugewandten Seite des Druckentlastungsventiles 40. Die Funktionsweise des in Figur 5 dargestellten Druckentlastungsventils 40 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise der Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Figur 2.
Wird das Zumessventil 6, bevorzugt als 2/2- Wege- Ventil ausgebildet, geöffnet, schließt das Druckentlastungsventil 40. Durch die sich zwischen dem zweiten Raum 42 und dem ersten Raum 41 des Druckentlastungsventiles 40 beim Durchströmen des Strömungskana- les 44 einstellende Druckdifferenz wird der zylindrisch ausgebildete Ventilkörper 54 beim Durchströmen des Strömungskanales 44 in seiner Schließstellung gehalten. Nach dem Schließen des Zumessventiles 6 öffnet das Druckentlastungsventil 40 hingegen, bewirkt durch die im ersten Raum 41 angeordnete Ventilfeder 48 und verbindet den Steuerraum 11 des Druckübersetzers 5 über die Steuerleitung 20, den zweiten Raum 42, den Strömungskanal 44 mit dem ersten Raum 41 des Druckentlastungsventiles und von dort über die in diesen mündende Überströmleitung 47 mit dem Arbeitsraum 10 des Druckübersetzers. Dadurch bedingt, fährt der zweite Teilkolben 14 sehr schnell aus dem Kompressionsraum 15 aus, wobei das Ausfahren durch die im Steuerraum 11 angeordnete Rückstellfeder 17 unterstützt wird. Dadurch fallt der Druck im Steuerraum 22 innerhalb des Düsenkörpers 4 sehr rasch ab. Demzufolge nimmt die auf die Druckschulter 30 des Einspritzventilgliedes 26 wirkende Öffnungskraft sehr stark ab, so dass das Einspritzventilglied 26 über die im Düsensteuerraum 24 angeordnete Schließfeder 28, welche die Stirnseite 27 des Einspritz- ventilgliedes 26 beaufschlagt, in seinen brennraumseitigen Sitz gedrückt wird und die Einspritzöffnungen 33 in den Brennraum 7 verschlossen werden.
Bezugszeichenliste
Kraftstoffinj ektor
Hochdruckspeicherraum (Common-Rail)
Iηjektorkörper
Düsenkörper
Druckübersetzer
Zumessventil (2/2- Wege- Ventil)
Brennraum niederdruckseitiger Rücklauf
Zuleitung
Arbeitsraum
Steuerraum (Druckübersetzer)
Kolben erster Teilkolben zweiter Teilkolben
Kompressionsraum
Widerlager
Rückstellfeder
Rückstellfederanschlag
Drosselstelle Zuleitung
Steuerleitung Steuerraum
Kraftstoffzulauf Düsenraum
Düsenraum
Befullleitung (Füllpfad)
Düsensteuerraum
Verbindungsleitung Düsensteuerraum-Steuerraum
Einspritzventilglied
Stirnseite
Schließfeder
Anschlag
Druckschulter
Spitze
Ringspalt
Einspritzöffnungen
Rückschlagventil
Fülldrossel
Drosselabzweig
Füllventil 38 Mündungsstelle Arbeitsraum
39 Mündungsstelle Steuerraum
40 Entlastungsventil
41 erster Raum
42 zweiter Raum
43 Ventilkörper
44 Strömungskanal
45 Ventilquerschnitt
46 Schieberabschnitt
47 Überströmleitung
48 Ventilfeder
49 Leitung
50 Einschnürung Ventilkörper
51 Dichtsitz
52 erste Stirnseite
53 zweite Stirnseite
53.1 untere Stirnseite Ventilglied
54 zylindrischer Ventilkörper

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum (7) einer Verbren- nungskrafl iaschine mit einer Hochdruckquelle (2), einem Druckübersetzer (5) und einem Zumessventil (6), wobei der Druckübersetzer (5) einen Arbeitsraum (10) und einen Steuerraum (11) umfasst, die voneinander durch einen bewegbaren Kolben (12; 13, 14) getrennt sind und eine Druckänderung im Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) eine Druckänderung in einem Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) zur Folge hat, welcher über einen Zulauf (21) einen ein Einspritzventilglied (26) umgebenden Düsenraum (22) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer
Steuerleitung (20, 49) zwischen dem Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) und einem Zumessventil (6) ein Druckentlastungsventil (40) mit einem Ventilkörper (43, 54) angeordnet ist, der zumindest einen hydraulischen Raum (41, 42) des Druckentlastungsventiles (40) beaufschlagt, welcher mit dem im Hochdruckspeicherraum (2) anstehenden Druck verbindbar ist.
2. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckentlastungsventil (40) und dem Druckübersetzer (5) eine Überströmleitung (47) angeordnet ist.
3. Eimichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (47) in den Arbeitsraum (10) des Druckübersetzers (5) mündet.
4. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) des Druckentlastungsventiles (40) einen Strömungskanal (44) aufweist, welcher sich im Wesentlichen parallel zur Richtung der Steuerleitung (20, 49) erstreckt.
5. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) einen den Ventilquerschnitt (45) des Druckentlastungsventiles (40) eingeben- den/verschließenden Schieberabschnitt (46) aufweist.
6. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) zwischen seinen Stirnseiten (52, 53) einen Bereich (50) mit verringertem Durchmesser aufweist.
7. Eimichtung gemäß der Ansprüche 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (47) zwischen dem Druckübersetzer (5) und dem Druckentlastungsventil (40) an diesem am Ventilkörper (43) innerhalb des Bereiches (50) mit verringertem Durchmesser mündet.
8. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (43) des Druckentlastungsventiles (40) über eine Ventilfeder (48) in Öffhungsrichtung beaufschlagt ist.
9. Eimichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquer- schnitt des Strömungskanales (44) im Ventilkörper (43, 54) derart bemessen ist, dass sich zwischen einem ersten Raum (41) und einem zweiten Raum (42) des Druckentlastungsventiles (40) eine Druckdifferenz aus Δp einstellt, die den Ventilkörper (43, 54) in Schließstellung hält.
10. Eimichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (47) zwischen dem Druckübersetzer (5) und dem Druckentlastungsventil (40) an diesem innerhalb eines ersten Raumes (41) mündet, der auf der dem Zumessventil (6) zuweisenden Seite des Druckentlastungsventiles (40) angeordnet ist.
11. Eimichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (54) als Zylinder ausgebildet ist, der von einem Strömungskanal 44 durchzogen ist.
12. Eimichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite (52) des Ventilkörpers (54) einen Dichtsitz (51) in einem der Räume (41, 42) des Druckentlastungsventiles 40 freigibt/verschließt.
13. Eimichtung gemäß der Ansprüche 1, 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Öff- nung des Zumessventiles (6) zum niederdruckseitigen Rücklauf (8) der Ventilkörper
(43, 54) des Druckentlastungsventiles (40) schließt und die sich über den Strömungskanal (44) einstellende Druckdifferenz Δp zwischen dem ersten Raum (41) und dem zweiten Raum (42) den Ventilkörper (43, 54) in Schließstellung hält.
14. Eimichtung gemäß der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schließen des Zumessventiles (6) der Ventilkörper (43, 54) des Druckentlastungsventiles (40) federbeaufschlagt öffnet und der Steuerraum (11) des Druckübersetzers (5) über die Steuerleitung (20), das Druckentlastungsventil (40), die Überströmleitung (47) mit dem im Hochdruckspreicherraum (2) anstehendem Druckniveau zum Herbeiführen eines schnellen Druckabbaus im Düsenraum (22) des Düsenkörpers (4) verbunden wird.
15. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) über einen BefüUpfad (23) vom Düsensteuerraum (24) im Düsenkörper (4) aus mit Kraftstoff befüllbar ist.
16. Einrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im BefüUpfad (23) zum Kompressionsraum (15) des Druckübersetzers (5) ein Rückschlagventil (34) aufgenommen ist.
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