WO2004018866A1 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2004018866A1
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valve
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Peter Boehland
Tobias Reiser
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention is based on one
  • Fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is known from DE 198 35 494 AI. This
  • the fuel injection device For each cylinder of the internal combustion engine, the fuel injection device has a high-pressure fuel pump and a fuel injection valve connected to the latter.
  • the high-pressure fuel pump has a pump piston which is driven by the internal combustion engine in a stroke movement and which delimits a pump work space which is connected to a pressure space of the fuel injection valve.
  • the fuel injection valve has an injection valve member, through which at least one injection opening is controlled and which, when acted upon by the pressure prevailing in the pressure chamber, can be moved against a closing force in an opening direction to release the at least one injection opening.
  • a connection of the pump work space to a relief region is controlled at least indirectly by an electrically operated control valve to control the fuel injection.
  • the injection valve member moves in the opening direction and releases the at least one injection opening.
  • the injection cross section that is controlled by the injection valve member is always the same size. This does not enable everyone Operating conditions of the internal combustion engine optimal fuel injection.
  • the fuel injection device according to the invention with the features according to claim 1 has the advantage that additional injection cross section can be released or closed by the second injection valve member with the at least one second injection opening, so that the injection cross section to the
  • Fuel injection cycle in which the second injection valve member also opens, an undesirable increase in the amount of fuel injected can be avoided or at least limited.
  • FIG. 2 in an enlarged representation one in FIG. 1 with II 3 shows a section of the fuel injection device according to a modified embodiment
  • FIG. 4 shows the stroke of injection valve members of the fuel injection device over time during an injection cycle.
  • the internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injection device is designed as a so-called pump-nozzle system or as a pump-line-nozzle system and has a high-pressure fuel pump 10 and a fuel injection valve 12 connected to each cylinder of the internal combustion engine. When designed as a pump-line-nozzle system, the high-pressure fuel pump 10 is removed from the
  • Fuel injection valve 12 arranged and connected to it via a line.
  • the fuel injection device is designed as a pump-nozzle system, the high-pressure fuel pump 10 and the
  • Fuel injection valve 12 are connected directly to one another and form a structural unit.
  • the high-pressure fuel pump 10 has a pump piston 18 which is tightly guided in a cylinder bore 16 in a pump body 14 and which is supported by a cam 20
  • Camshaft of the internal combustion engine is driven against the force of a return spring 19 in one stroke.
  • the pump piston 18 delimits a pump working chamber 22 in the cylinder 16, in which fuel is compressed under high pressure during the delivery stroke of the pump piston 18.
  • the pump working space 22 is during the suction stroke of the pump piston 18 fuel is supplied from a fuel reservoir 24 of the motor vehicle by a feed pump 23.
  • the fuel injection valve 12 has a valve body 26, which can be constructed in several parts, in which a first injection valve member 28 is guided in a bore 30 so as to be longitudinally displaceable.
  • the valve body 26 has at least one first, preferably a plurality of first injection openings 32 at its end region facing the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine, which are arranged distributed over the circumference of the valve body 26.
  • the first injection valve member 28 has, for example, an approximately conical sealing surface 34 on its end region facing the combustion chamber, which cooperates with a valve seat 36 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the first 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 first injection valve member 28 by radial expansion of the bore 30.
  • the first injection valve member 28 has the level of
  • a first prestressed closing spring 44 engages, by means of which the first injection valve member 28 is pressed toward the valve seat 36.
  • the first closing spring 44 is arranged in a first spring chamber 46 of the valve body 26, which adjoins the bore 30.
  • Fuel injection valve 12 is hollow and in a second injection valve member 128 is slidably guided in a bore formed coaxially in the injection valve member 28.
  • the second injection valve member 128 controls at least one, preferably a plurality of second injection openings 132 in the valve body 26.
  • the second injection openings 132 are offset in the direction of the longitudinal axis of the injection valve members 28, 128 to the at least one first injection opening 32 towards the combustion chamber.
  • the second injection valve member 128 has, for example, an approximately conical sealing surface 134 on its end region facing the combustion chamber, which cooperates with a valve seat 136 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the second injection openings 132 lead away.
  • the second injection valve member 128 has, for example, an approximately conical sealing surface 134 on its end region facing the combustion chamber, which cooperates with a valve seat 136 formed in the valve body 26 in its end region facing the combustion chamber, from or after which the second injection openings 132 lead away.
  • Injection valve member 128 can be formed in two parts and have a part which has the sealing surface 134 and faces the combustion chamber and a second part which adjoins the first part away from the combustion chamber. Near the end of the second injection valve member 128 on the combustion chamber side, a pressure surface 142 is formed thereon, on which the pressure prevailing in the pressure chamber 40 acts when the first injection valve member 28 is open.
  • a second spring chamber 146 is formed in the valve body 26, in which a second closing spring 144 acting on the second injection valve member 128 in the closing direction is arranged.
  • the second spring chamber 146 is from the first spring chamber 46 through a wall
  • the first closing spring 44 is supported on the wall 48, possibly via an intermediate disk.
  • the second injection valve member 128 passes through a bore in the partition 48 and protrudes into the second spring chamber 146.
  • the second closing spring 144 is between the bottom of the second spring chamber 146 and a spring plate 148 of the second injection valve member 128.
  • the two spring spaces 46, 146 are each connected to a relief area, so that there is a low pressure in them.
  • a bore 50 with a smaller diameter than the spring chamber 146 connects to the second spring chamber 146, facing away from the combustion chamber.
  • a control piston 52 is tightly guided in the bore 50, which is supported on the one hand on the second injection valve member 128, for example via the spring plate 148, and which on the other hand delimits a control pressure chamber 54 in the bore 50.
  • connection 56 leads from the pump work space 22 through the pump body 14 and the valve body 26 into the pressure space 40 of the fuel injection valve 12.
  • the pump work space 22 also has a connection 58 to one
  • the connection 58 of the pump work chamber 22 to the relief area is controlled by an electrically operated control valve 60.
  • the control valve 60 can be designed as a 2/2-way valve and can have an electromagnetic or piezoelectric actuator.
  • the control valve 60 is controlled by an electronic control device 62 as a function of operating parameters of the internal combustion engine in order to control the time and the duration of the fuel injection and thus also the amount of fuel injected.
  • the control valve 60 is opened, so that fuel is supplied to the pump working chamber 22 by the feed pump 23.
  • the control valve 60 is closed by the control device 62 at a specific point in time, so that high pressure can build up in the pump work chamber 22 in accordance with the stroke of the pump piston 18.
  • the control pressure chamber 54 has a connection 70 to a pressure region 71, which in turn is connected to the pressure chamber 40.
  • the connection 70 is controlled by a valve 72 and, starting from the bore 50 in which the control pressure chamber 54 is formed, extends approximately radially outwards.
  • the pressure region 71 is designed as a longitudinal bore 71 which runs approximately parallel to the injection valve members 28, 128 through the valve body 26 to the pressure chamber 40.
  • a throttle point 74 is preferably arranged in the longitudinal bore 71.
  • the longitudinal bore 71 thus forms the
  • the valve 72 has a valve member 76 which is arranged in a valve chamber 75 which is connected to the control pressure chamber 54 and which, for example, can be designed as a ball as shown in FIG.
  • the valve seat 78 is formed at the transition from the valve chamber 75 to the longitudinal bore 71 in the valve body 26 which forms part of the connection 70 and which has a smaller diameter than the valve chamber 75.
  • the valve seat 75 is, for example, at least approximately conical.
  • a valve piston 80 is connected to the valve member 76 and is tightly guided in a bore 81 adjoining the valve chamber 75 on its side facing away from the valve seat 78.
  • the bore 81 has a connection to the pump working chamber 22 which is not throttled.
  • the valve member 76 is thus acted upon in the opening direction, which is directed away from the valve seat 78, by the pressure prevailing in the longitudinal bore 71, and in the closing direction thereof, which is directed toward the valve seat 78, via the valve piston 80 from that prevailing in the pump working chamber 22 Print.
  • valve piston 80 Cross-sectional area of valve piston 80 are preferred at least approximately the same size. It can additionally be provided that the valve member 76 is acted upon by a spring 77 in the closing direction towards the valve seat 78.
  • the control pressure chamber 54 and the valve chamber 75 can have a connection 82 to the second spring chamber 146, via which they are then connected to a relief region. At least one throttle point 83 is arranged in the connection 82.
  • Pump work chamber 22 is separated from the feed pump 23 and builds up in this high pressure in accordance with the stroke of the pump piston 18.
  • the fuel injection valve 12 opens by the the first injection valve member 28 lifts with its sealing surface 34 from the valve seat 36 and the at least one first injection opening 32 opens.
  • the pump work chamber 22 there is a faster increase in pressure than in the longitudinal bore 71, where the pressure increase is delayed by the throttle point 74.
  • the valve 72 is closed because a greater force in the closing direction is generated on the valve member 76 thereof by the valve piston 80 acted upon by the pressure in the pump working chamber 22 than by the force generated in the opening direction via the longitudinal bore 71 with the throttle point 74 on the valve member 76. Due to the throttle point 74 and the running time of the pressure waves from the pump work chamber 22 to the valve member 76, the pressure build-up takes place in the longitudinal bore
  • control pressure chamber 54 is through the valve
  • Injection valve member 128 in the opening direction 29 and releases the at least one second injection opening 132. If the second injection valve member 128 is lifted with its sealing surface 134 from the second valve seat 136, the entire end face of the injection valve member 128 and thus a surface that is substantially larger than the pressure surface 142 is acted upon by the pressure prevailing in the pressure chamber 40.
  • the injection cross sections formed by the first injection openings 32 and the second injection openings 132 are at least approximately the same size, so that when only the first injection valve member 28 is opened, half of the total
  • Injection cross section is released.
  • the first injection openings 32 form a larger or smaller injection cross section than the second injection openings 132.
  • the second injection openings 132 form an injection cross section which is approximately twice as large as the first Injection openings 32.
  • the first injection valve member 28 always opens before the second injection valve member 128, since only when the first injection valve member 28 is open can the pressure prevailing in the pressure chamber 40 act on the pressure surface 142 of the second injection valve member 128.
  • the second injection valve member 128 remains in its closed position and it only opens the first injection valve element 28. If the pressure in the pressure chamber 40 exceeds the opening pressure of the second injection valve element 128, the second injection valve element 128 opens after the first injection valve element 28 with a time delay.
  • FIG. 4 shows the course of the opening stroke h for the first injection valve member 28 with a solid line and for the second injection valve member 128 with a dashed line during an injection cycle over time t.
  • the pressure in the pressure chamber 40 is still relatively low, so that only the first injection valve member 28 opens and only part of the entire injection cross section is released at the fuel injection valve 12.
  • a small quantity of fuel is then pre-injected only through the first injection openings 32.
  • the control valve 60 is then opened by the control device 62, so that the pressure in the pump work chamber 22 and in the pressure chamber 40 drops, so that the first injection valve member 28 closes again and the pre-injection is ended.
  • the control valve 60 is closed again by the control device 62, so that high pressure builds up in the pump work chamber 22 and in the pressure chamber 40.
  • the opening pressure of the first injection valve member 28 is exceeded, it opens and opens the first injection openings 32. If the pressure in the pressure chamber 40 also exceeds the opening pressure of the second injection valve member 128, this also opens and opens the second injection openings 132.
  • the fuel injection cycle is ended by the control valve 60 being opened by the control device 62.
  • the pressure in the pump working chamber 22 and in the pressure chamber 40 drops, so that the first injection valve member 28 closes due to the force of the first closing spring 44.
  • the control valve 60 is opened, a rapid pressure drop occurs in the pump work chamber 22, while the pressure drop in the longitudinal bore 71 is delayed because of the throttle point 74 and the transit time of the pressure waves from the pump work chamber 22 to the valve member 76.
  • a greater force in the opening direction is thus generated on the valve member 76 of the valve 72 by the still relatively high pressure prevailing in the longitudinal bore 71 than the force generated in the closing direction by the already relatively low pressure prevailing in the pump work chamber 22, so that the valve 72 opens.
  • the control pressure chamber 54 is connected to the longitudinal bore 71 via the connection 70 when the valve 72 is open, so that there is an increased pressure in the control pressure chamber 54. Due to the increased pressure in the control pressure chamber 54, a force supporting the force of the second closing spring 144 is generated in the closing direction on the second injection valve member 128 via the control piston 52, so that the second injection valve member 128 closes quickly.
  • the longitudinal bore 71 with the throttle point 71, the open valve 72 and the connection 82 with the throttle point 83 the pressure in the pressure chamber 40 is quickly reduced.
  • Injection valve member 128 is not exceeded, so that only the first injection valve member 28 opens and the second injection valve member 128 remains closed. With increasing speed, the pump piston 18 increases
  • FIG. 3 shows the fuel injection device according to a modified embodiment, in which, in contrast to the embodiment shown in FIG. 1 and explained above, valve 170 controls a connection 170 of the control pressure chamber 54 with a pressure region 171 which communicates with the pump working chamber 22 instead of the pressure chamber 40 is connected.
  • the pressure area 171 is designed as a bore in which the throttle point 174 is arranged in order to achieve a pressure build-up and pressure reduction in the bore 171 which is delayed in relation to the pump work chamber 22.
  • the valve 172 can be designed in the same way as in the embodiment according to FIG. 1 and can have a valve member in the form of a ball and a valve piston. Alternatively, the valve 172 can also have a piston-shaped valve member 176, which is tightly guided in the bore 181.
  • the valve member 176 projects into a valve chamber 175 and has, for example, a conical sealing surface 177, with which it interacts with the valve seat 178 to control the connection 170.
  • the valve member 176 can also have, for example, a spherically curved sealing surface 177.
  • To valve room 175 follows the bore 171, in which the throttle point 174 is arranged and which opens into the pump work chamber 22.
  • the valve member 176 is acted upon in the opening direction by the pressure prevailing in the bore 171 on its surface surrounded by the valve seat 178 and in the closing direction by the pressure prevailing in the pump working chamber 22 on its surface arranged in the bore 181.
  • the control valve 60 closes, the pressure build-up in the bore 171 is delayed compared to the pump working chamber 22, so that the valve 172 is closed.
  • valve 172 When the control valve 172 is opened, there is a delayed pressure drop in the bore 171 with respect to the pump work chamber 22, so that the valve 172 is opened in the process.
  • the function of the fuel injector is the same as described above.
  • the design of the valve 172 with the piston-shaped valve member 176 can also be used in the design of the fuel injection device according to FIG. 1.

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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) mit einem Pumpenarbeitsraum (22) und ein mit diesem verbundenes Kraftstoffeinspritzventil (12) auf. Durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil (60) wird eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsbereich (24) gesteuert. Das Kraftstoffeinspritzventil (12) weist ein erstes Einspritzventilglied (28) auf, durch das wenigstens eine erste Einspritzöffnung (32) gesteuert wird und innerhalb dem ein zweites Einspritzventilglied (128) verschiebbar geführt ist, durch das wenigstens eine zweite Einspritzöffnung (132) gesteuert wird. Das zweite Einspritzventilglied (128) ist zumindest mittelbar von dem in einem kraftstoffgefüllten Steuerdruckraum (54) herrschenden Druck in Schließrichtung beaufschlagt. Der Steuerdruckraum (54) weist eine durch ein Ventil (72; 172) gesteuerte Verbindung (70; 170) mit einem Druckbereich (71; 171) auf, in dem gegenüber dem Pumpenarbeitsraum (22) beim Schließen bzw. Öffnen des Steuerventils (60) ein verzögerter Druckaufbau bzw. Druckabbau erfolgt. Das Ventil (72; 172) weist ein in Öffnungsrichtung von dem im Druckbereich (71; 171) herrschenden Druck und in Schließrichtung von dem im Pumpenarbeitsraum (22) herrschenden Druck beaufschlagtes Ventilglied (76, 80; 176) auf.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE 198 35 494 AI bekannt. Diese
Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt, der mit einem Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das von dem im Druckraum herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar ist. Durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil wird zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zumindest mittelbar eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsbereich gesteuert. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum und damit im Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils den Öffnungsdruck erreicht, so bewegt sich das Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung frei. Der Einspritzquerschnitt , der durch das Einspritzventilglied dabei gesteuert wird ist immer gleich groß. Dies ermöglicht nicht unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine optimale Kraftstoffeinspritzung .
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das zweite Einspritzventilglied mit der wenigstens einen zweiten Einspritzöffnung zusätzlicher Einspritzquerschnitt freigegeben oder verschlossen werden kann, so daß der Einspritzquerschnitt an die
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine optimal angepasst werden kann. Durch das Ventil wird ein sicheres und schnelles Schließen des zweiten Einspritzventilglieds erreicht, so daß beim Übergang von einem
Kraftstoffeinspritzzyklus , bei dem nur das erste Einspritzventilglied öffnet, zu einem
Kraftstoffeinspritzzyklus , bei dem zusätzlich auch das zweite Einspritzventilglied öffnet, eine unerwünschte Erhöhung der eingespritzten Kraftstoffmenge vermieden oder zumindest begrenzt werden kann.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 2 oder 3 wird der Druckbereich auf einfache Weise ohne zusätzlichen Aufwand mit Druck versorgt.
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 schematischer Darstellung in einem Längsschnitt, Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, Figur 3 einen in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer modifizierten Ausführung und Figur 4 Hubverläufe von Einspritzventilgliedern der Kraftstoffeinspritzeinrichtung über der Zeit während einem Einspritzzyklus.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 bis 3 ist eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist als sogenanntes Pu pe- Düse-System oder als Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf. Bei einer Ausbildung als Pumpe-Leitung-Düse-System ist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 entfernt vom
Kraftstoffeinspritzventil 12 angeordnet und mit diesem über eine Leitung verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als Pumpe-Düse-System ausgebildet, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und das
Kraftstoffeinspritzventil 12 direkt miteinander verbunden sind und eine Baueinheit bilden. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen in einer Zylinderbohrung 16 in einem Pumpenkörper 14 dicht geführten Pumpenkolben 18 auf, der durch einen Nocken 20 einer
Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt im Zylinder 16 einen Pumpenarbeitsraum 22 , in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird beim Saughub des Pumpenkolbens 18 durch eine Förderpumpe 23 Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt einen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, in dem ein erstes Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Wie in Figur 2 dargestellt weist der Ventilkörper 26 an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine erste, vorzugsweise mehrere erste Einspritzöffnungen 32 auf, die über den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt angeordnet sind. Das erste 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 ersten 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 erste Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das erste Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des
Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des ersten Einspritzventilglieds 28 greift eine erste vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das erste Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die erste Schließfeder 44 ist in einem ersten Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
Das erste Einspritzventilglied 28 des
Kraftstoffeinspritzventils 12 ist hohl ausgebildet und in diesem ist in einer koaxial im Einspritzventilglied 28 ausgebildeten Bohrung ein zweites Einspritzventilglied 128 verschiebbar geführt. Durch das zweite Einspritzventilglied 128 wird wenigstens eine, vorzugsweise mehrere zweite Einspritzöffnungen 132 im Ventilkörper 26 gesteuert. Die zweiten Einspritzöffnungen 132 sind in Richtung der Längsachse der Einspritzventilglieder 28,128 zu der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung 32 zum Brennraum hin versetzt angeordnet. Das zweite Emspritzventilglied 128 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 134 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 136 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die zweiten Einspritzöffnungen 132 abführen. Das zweite
Einspritzventilglied 128 kann zweiteilig ausgebildet sein und einen die Dichtfläche 134 aufweisenden, dem Brennraum zugewandten Teil und einen vom Brennraum weg an den ersten Teil anschließenden zweiten Teil aufweisen. Nahe dem brennraumseitigen Ende des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist an diesem eine Druckfläche 142 gebildet, auf die bei geöffnetem erstem Einspritzventilglied 28 der im Druckraum 40 herrschende Druck wirkt.
An den ersten Federraum 46 vom Brennraum weg anschließend ist wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt im Ventilkörper 26 ein zweiter Federraum 146 ausgebildet, in dem eine auf das zweite Einspritzventilglied 128 in Schließrichtung wirkende zweite Schließfeder 144 angeordnet ist. Der zweite Federraum 146 ist vom ersten Federraum 46 durch eine Wandung
48 getrennt, die in den Ventilkörper 26 eingespresst ist. An der Wandung 48 stützt sich, gegebenenfalls über eine Zwischenscheibe, die erste Schließfeder 44 ab. Das zweite Einspritzventilglied 128 tritt durch eine Bohrung in der Trennwand 48 hindurch und ragt in den zweiten Federraum 146 hinein. Die zweite Schließfeder 144 ist zwischen dem Grund des zweiten Federraums 146 und einem Federteller 148 des zweiten Einspritzventilglieds 128 eingespannt. Die beiden Federräume 46,146 sind jeweils mit einem Entlastungsbereich verbunden, so daß in diesen ein geringer Druck herrscht. An den zweiten Federraum 146 schließt sich dem Brennraum abgewandt eine Bohrung 50 mit gegenüber dem Federraum 146 kleinerem Durchmesser an. In der Bohrung 50 ist ein Steuerkolben 52 dicht geführt, der sich einerseits am zweiten Einspritzventilglied 128 abstützt, beispielsweise über den Federteller 148, und der andererseits in der Bohrung 50 einen Steuerdruckraum 54 begrenzt.
Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 eine Verbindung 56 in den Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Der Pumpenarbeitsraum 22 weist außerdem eine Verbindung 58 zu einem
Entlastungsbereich auf, als der die Förderpumpe 23 oder der Kraftstoffvorratsbehälter 24 dienen kann. Die Verbindung 58 des Pumpenarbeitsraums 22 mit dem Entlastungsbereich wird durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil 60 gesteuert.
Das Steuerventil 60 kann als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein und einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor aufweisen. Das Steuerventil 60 wird durch eine elektronische Steuereinrichtung 62 abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine angesteuert, um den Zeitpunkt und die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung und damit auch die eingespritzte Kraftstoffmenge zu steuern. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 60 geöffnet, so daß dem Pumpenarbeitsraum 22 Kraftstoff durch die Förderpumpe 23 zugeführt wird. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird zu einem bestimmten Zeitpunkt das Steuerventil 60 durch die Steuereinrichtung 62 geschlossen, so daß sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbauen kann entsprechend dem Hub des Pumpenkolbens 18. Der Steuerdruckraum 54 weist eine Verbindung 70 mit einem Druckbereich 71 auf, der wiederum mit dem Druckraum 40 verbunden ist. Die Verbindung 70 wird durch ein Ventil 72 gesteuert und verläuft ausgehend von der Bohrung 50, in der der Steuerdruckraum 54 gebildet ist, etwa radial nach außen. Der Druckbereich 71 ist als Längsbohrung 71 ausgebildet, die etwa parallel zu den Einspritzventilgliedern 28,128 durch den Ventilkörper 26 bis zum Druckraum 40 verläuft. In der Längsbohrung 71 ist vorzugsweise eine Drosselstelle 74 angeordnet. Die Längsbohrung 71 bildet somit den
Druckbereich, der vom Druckraum 40 mit Druck versorgt wird und von diesem durch die Drosselstelle 74 abgekoppelt ist. Das Ventil 72 weist ein in einem mit dem Steuerdruckraum 54 verbundenen Ventilraum 75 angeordnetes Ventilglied 76 auf, das beispielsweise wie in Figur 1 dargestellt als Kugel ausgebildet sein kann, und das zur Steuerung der Verbindung 70 mit einem im Ventilkörper 26 ausgebildeten Ventilsitz 78 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 78 ist am Übergang vom Ventilraum 75 zu der einen Teil der Verbindung 70 bildenden Längsbohrung 71 im Ventilkörper 26 gebildet, die einen kleineren Durchmesser aufweist als der Ventilraum 75. Der Ventilsitz 75 ist beispielsweise zumindest annähernd kegelförmig ausgebildet. Mit dem Ventilglied 76 ist ein Ventilkolben 80 verbunden, der in einer sich an den Ventilraum 75 an dessen dem Ventilsitz 78 abgewandter Seite anschließenden Bohrung 81 dicht geführt ist. Die Bohrung 81 weist eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum 22 auf, die ungedrosselt ist. Das Ventilglied 76 ist somit in dessen Öffnungsrichtung, das ist vom Ventilsitz 78 weg gerichtet, von dem in der Längsbohrung 71 herrschenden Druck beaufschlagt, und in dessen Schließrichtung, das ist zum Ventilsitz 78 hin gerichtet, über den Ventilkolben 80 von dem im Pumpenarbeitsraum 22 herrschenden Druck. Die vom Ventilsitz 78 umschlossene Querschnittsfläche des Ventilglieds 76 und die in der Bohrung 81 angeordnete
Querschnittsfläche des Ventilkolbens 80 sind vorzugsweise zumindest annähernd gleich groß. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, daß das Ventilglied 76 durch eine Feder 77 in Schließrichtung zum Ventilsitz 78 hin beaufschlagt ist. Der Steuerdruckraum 54 und der Ventilraum 75 können eine Verbindung 82 zum zweiten Federraum 146 aufweisen, über den diese dann mit einem Entlastungsbereich verbunden sind. In der Verbindung 82 ist wenigstens eine Drosselstelle 83 angeordnet .
Nachfolgend wird die Funktion der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 60 geöffnet, so daß durch die Förderpumpe 23 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in den Pumpenarbeitsraum 22 gefördert wird. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird das Steuerventil 60 zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Steuereinrichtung 62 geschlossen, so daß der
Pumpenarbeitsraum 22 von der Förderpumpe 23 getrennt ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut entsprechend dem Hub des Pumpenkolbens 18.
Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, daß die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das erste Einspritzventilglied 28 erzeugte Druckkraft größer ist als die Kraft der ersten Schließfeder 44, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das erste Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abhebt und die wenigstens eine erste Einspritzöffnung 32 freigibt. Im Pumpenarbeitsraum 22 erfolgt dabei ein schnellerer Druckanstieg als in der Längsbohrung 71, wo der Druckanstieg durch die Drosselstelle 74 verzögert wird. Das Ventil 72 wird dadurch geschlossen, da auf dessen Ventilglied 76 durch den vom Druck im Pumpenarbeitsraum 22 beaufschlagten Ventilkolben 80 eine größere Kraft in Schließrichtung erzeugt wird als die durch den über die Längsbohrung 71 mit der Drosselstelle 74 auf das Ventilglied 76 wirkenden Druck in Öffnungsrichtung erzeugte Kraft. Bedingt durch die Drosselstelle 74 und die Laufzeit der Druckwellen vom Pumpenarbeitsraum 22 zum Ventilglied 76 erfolgt der Druckaufbau in der Längsbohrung
71 gegenüber dem Druckaufbau im Pumpenarbeitsraum 22 verzögert. Der Steuerdruckraum 54 ist dabei durch das Ventil
72 vom Druckraum 40 getrennt, so daß im Steuerdruckraum 54 wegen dessen Verbindung 82 mit dem Federraum 146 und über diesen mit dem Entlastungsbereich nur ein geringer Druck herrscht. Die auf das zweite Einspritzventilglied 128 in Schließrichtung wirkende Kraft wird somit im wesentlichen durch die zweite Schließfeder 144 bestimmt. Wenn der Druck im Druckraum 40 über die Druckfläche 142 am zweiten Einspritzventilglied 128 eine Kraft in Öffnungsrichtung 29 erzeugt, die größer ist als die Kraft der zweiten Schließfeder 144, so bewegt sich das zweite
Einspritzventilglied 128 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine zweite Einspritzöffnung 132 frei. Wenn das zweite Einspritzventilglied 128 mit seiner Dichtfläche 134 vom zweiten Ventilsitz 136 abgehoben ist, so ist die gesamte Stirnfläche des Einspritzventilglieds 128 und somit eine gegenüber der Druckfläche 142 wesentlich größere Fläche von dem im Druckraum 40 herrschenden Druck beaufschlagt.
Es kann vorgesehen sein, daß die durch die ersten Einspritzöffnungen 32 und die zweiten Einspritzöffnungen 132 gebildeten Einspritzquerschnitte zumindest annähernd gleich groß sind, so daß bei der Öffnung nur des ersten Einspritzventilglieds 28 der halbe gesamte
Einspritzquerschnitt freigegeben wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die ersten Einspritzöffnungen 32 einen größeren oder kleineren Einspritzquerschnitt bilden als die zweiten Einspritzöffnungen 132. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die zweiten Einspritzöffnungen 132 einen etwa doppelt so großen Einspritzquerschnitt bilden wie die ersten Einspritzöffnungen 32. Das erste Emspritzventilglied 28 öffnet immer vor dem zweiten Einspritzventilglied 128, da erst bei geöffnetem erstem Einspritzventilglied 28 der im Druckraum 40 herrschende Druck auf die Druckfläche 142 des zweiten Einspritzventilglieds 128 wirken kann. Wenn der Druck im Druckraum 40 den Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds 128 nicht überschreitet, das ist der Druck, der über die Druckfläche 142 eine größere Kraft in Öffnungsrichtung 29 erzeugt als die Kraft der zweiten Schließfeder 144, so bleibt das zweite Einspritzventilglied 128 in seiner Schließstellung und es öffnet nur das erste Einspritzventilglied 28. Wenn der Druck im Druckraum 40 den Öfnungsdruck des zwiten Einspritzventilglieds 128 überschreitet, so öffnet das zweite Einspritzventilglied 128 zeitlich verzögert nach dem ersten Einspritzventilglied 28.
In Figur 4 ist der Verlauf des Öffnungshubs h für das erste Einspritzventilglied 28 mit durchgezogener Linie und für das zweite Einspritzventilglied 128 mit gestrichelter Linie während eines Einspritzzyklus über der Zeit t dargestellt. Zu Beginn eines Einspritzzyklus ist der Druck im Druckraum 40 noch relativ gering, so daß nur das erste Einspritzventilglied 28 öffnet und am Kraftstoffeinspritzventil 12 nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts freigegeben wird. Es erfolgt dann eine Voreinspritzung einer geringen Kraftstoffmenge nur durch die ersten Einspritzöffnungen 32. Anschließend wird das Steuerventil 60 durch die Steuereinrichtung 62 geöffnet, so daß der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 sinkt, so daß das erste Einspritzventilglied 28 wieder schließt und die Voreinspritzung beendet wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Förderhubs des Pumpenkolbens 18 wird das Steuerventil 60 durch die Steuereinrichtung 62 wieder geschlossen, so daß sich im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 Hochdruck aufbaut. Wenn der Öffnungsdruck des ersten Einspritzventilglieds 28 überschritten wird, so öffnet dieses und gibt die ersten Einspritzöffnungen 32 frei. Wenn der Druck im Druckraum 40 auch den Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds 128 überschreitet, so öffnet auch dieses und gibt die zweiten Einspritzöffnungen 132 frei. Es erfolgt dabei eine
Haupteinspritzung einer relativ großen Kraftstoffmenge durch die ersten und zweiten Einspritzöffnungen 32,132.
Der Kraftstoffeinspritzzyklus wird beendet, indem das Steuerventil 60 durch die Steuereinrichtung 62 geöffnet wird. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 fällt dabei ab, so daß das erste Einspritzventilglied 28 durch die Kraft der ersten Schließfeder 44 schließt. Beim Öffnen des Steuerventils 60 stellt sich im Pumpenarbeitsraum 22 ein schneller Druckabfall ein, während der Druckabfall in der Längsbohrung 71 wegen der Drosselstelle 74 und der Laufzeit der Druckwellen vom Pumpenarbeitsraum 22 zum Ventilglied 76 verzögert ist. Auf das Ventilglied 76 des Ventils 72 wird somit durch den in der Längsbohrung 71 herrschenden noch relativ hohen Druck eine größere Kraft in Öffnungsrichtung erzeugt als die durch den im Pumpenarbeitsraum 22 herrschenden schon relativ geringen Druck in Schließrichtung erzeugte Kraft, so daß das Ventil 72 öffnet. Der Steuerdruckraum 54 ist bei geöffnetem Ventil 72 über die Verbindung 70 mit der Längsbohrung 71 verbunden, so daß im Steuerdruckraum 54 ein erhöhter Druck herrscht. Durch den erhöhten Druck im Steuerdruckraum 54 wird über den Steuerkolben 52 eine die Kraft der zweiten Schließfeder 144 unterstützende Kraft in Schließrichtung auf das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugt, so daß das zweite Einspritzventilglied 128 schnell schließt. Durch die Längsbohrung 71 mit der Drosselstelle 71, das geöffnete Ventil 72 sowie die Verbindung 82 mit der Drosselstelle 83 wird der Druck im Druckraum 40 schnell abgebaut. Es kann auch vorgesehen sein, daß bei bestimmten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere bei geringer Drehzahl, wenn nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird, über den gesamten Förderhub des Pumpenkolbens 18 während der Vor- und Haupteinspritzung im Druckraum 40 der Öffnungsdruck des zweiten
Einspritzventilglieds 128 nicht überschritten wird, so daß nur das erste Einspritzventilglied 28 öffnet und das zweite Emspritzventilglied 128 geschlossen bleibt. Mit zunehmender Drehzahl steigt der durch den Pumpenkolben 18 im
Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 erzeugte Druck an, so daß bei hoher Drehzahl der Öffnungsdruck des zweiten Einspritzventilglieds 128 überschritten wird und dieses zusätzlich zum ersten Einspritzventilglied 28 öffnet.
In Figur 3 ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer modifizierten Ausführung dargestellt, bei der abweichend zu der in Figur 1 dargestellten und vorstehend erläuterten Ausführung durch das Ventil 72 eine Verbindung 170 des Steuerdruckraums 54 mit einem Druckbereich 171 gesteuert, der mit dem Pumpenarbeitsraum 22 anstelle mit dem Druckraum 40 verbunden ist. Der Druckbereich 171 ist als eine Bohrung ausgebildet, in der die Drosselstelle 174 angeordnet ist, um einen gegenüber dem Pumpenarbeitsraum 22 verzögerten Druckaufbau und Druckabbau in der Bohrung 171 zu erreichen. Das Ventil 172 kann gleich wie bei der Ausführung gemäß Figur 1 ausgebildet sein und ein Ventilglied in Form einer Kugel sowie einen Ventilkolben aufweisen. Alternativ kann das Ventil 172 auch ein kolbenförmiges Ventilglied 176 aufweisen, das in der Bohrung 181 dicht geführt ist. Das Ventilglied 176 ragt in einen Ventilraum 175 hinein und weist eine beispielsweise kegelförmige Dichtfläche 177 auf, mit der es mit dem Ventilsitz 178 zur Steuerung der Verbindung 170 zusammenwirkt. Alternativ kann das Ventilglied 176 auch eine beispielsweise kugelförmig gewölbte Dichtfläche 177 aufweisen. An den Ventilraum 175 schließt sich die Bohrung 171 an, in der die Drosselstelle 174 angeordnet ist und die in den Pumpenarbeitsraum 22 mündet. Das Ventilglied 176 ist auf dessen vom Ventilsitz 178 umgebener Fläche in Öffnungsrichtung von dem in der Bohrung 171 herrschenden Druck beaufschlagt und auf dessen in der Bohrung 181 angeordneter Fläche in Schließrichtung von dem im Pumpenarbeitsraum 22 herrschenden Druck. Beim Schließen des Steuerventils 60 ergibt sich in der Bohrung 171 ein gegenüber dem Pumpenarbeitsraum 22 verzögerter Druckaufbau, so daß das Ventil 172 dabei geschlossen wird.
Beim Öffnen des Steuerventils 172 ergibt sich in der Bohrung 171 ein gegenüber dem Pumpenarbeitsraum 22 verzögerter Druckabfall, so daß das Ventil 172 dabei geöffnet wird. Die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist gleich wie vorstehend beschrieben. Die Ausbildung des Ventils 172 mit dem kolbenförmigen Ventilglied 176 kann auch bei der Ausführung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Figur 1 verwendet werden.

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, der mit einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (12) wenigstens ein erstes Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine erste Einspritzöffnung (32) gesteuert wird und das von dem im Druckraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung (29) zur
Freigabe der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, und mit einem elektrisch betätigten Steuerventil (60) , durch das zumindest mittelbar eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsbereich (24) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoffeinspritzventil (12) ein zweites, innerhalb des hohl ausgebildeten ersten Einspritzventilglieds (28) verschiebbar geführtes Einspritzventilglied (128) aufweist, durch das wenigstens eine zweite Einspritzöffnung (132) gesteuert wird und das von dem im Druckraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt gegen eine zweite Schließkraft in einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen zweiten Einspritzöffnung (132) bewegbar ist, daß das zweite Einspritzventilglied (128) zumindest mittelbar von dem in einem kraftstoffgefüllten Steuerdruckraum (54) herrschenden Druck in einer Schließrichtung beaufschlagt ist, daß der Steuerdruckraum (54) eine durch ein Ventil (72; 172) gesteuerte Verbindung (70;170) mit einem Druckbereich (71; 171) aufweist, in dem gegenüber dem Pumpenarbeitsraum (22) beim Schließen bzw. Öffnen des Steuerventils (60) ein verzögerter Druckaufbau bzw. Druckabbau erfolgt und daß das Ventil (72; 172) ein in Öffnungsrichtung von dem im Druckbereich (71; 171) herrschenden Druck und in Schließrichtung von dem im Pumpenarbeitsraum (22) herrschenden Druck beaufschlagtes Ventilglied (76,80;176) aufweist .
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbereich (71) mit dem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist und von diesem vorzugsweise durch eine Drosselstelle (74) entkoppelt ist.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbereich (171) mit dem
Pumpenarbeitsraum (22) verbunden ist und von diesem durch eine Drosselstelle (174) entkoppelt ist.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ventilglied (76) ein Ventilkolben (80) verbunden ist, der in einer Ventilbohrung (81) dicht geführt ist und der von dem im Pumpenarbeitsraum (22) herrschenden Druck in Schließrichtung des Ventilglieds (76) beaufschlagt ist.
5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Einspritzventilglied (128) ein den Steuerdruckraum (54) begrenzender Steuerkolben (52) verbunden ist.
6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruckraum (54) eine Verbindung (82) zumindest mittelbar mit einem Entlastungsbereich aufweist, in der eine Drosselstelle (83) angeordnet ist.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 23 10 February 2001 (2001-02-10) *

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