WO2004111428A1 - Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff mit hubstabilisiertem einspritzventilglied - Google Patents

Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff mit hubstabilisiertem einspritzventilglied Download PDF

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WO2004111428A1
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nozzle needle
pressure
needle part
injection
spring
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PCT/DE2004/000739
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Inventor
Michael Kurz
Achim Brenk
Martin Kropp
Reinhard Tampe
Heike Bastian
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
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    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/50—Arrangements of springs for valves used in fuel injectors or fuel injection pumps
    • F02M2200/505—Adjusting spring tension by sliding spring seats

Definitions

  • Stroke- or pressure-controlled injection systems are used today as fuel injection systems for internal combustion engines. These injection systems place increasingly higher demands on soot and NO x emissions on the one hand and a high specific output (kW / 1) on the other.
  • DE 102 29 417.8 has the object of a pressure-controlled injection system with pressure intensifier and coaxial vario nozzle.
  • the fuel injector is supplied with fuel via a high-pressure fuel source.
  • a pressure booster is arranged between an injection valve and the high-pressure fuel source.
  • the pressure booster has a booster piston which separates a pressure chamber which can be connected to the high-pressure fuel source from a high-pressure chamber which acts on a nozzle chamber of the fuel injector.
  • the injection valve of the fuel injector comprises a nozzle needle with which injection openings facing the combustion chamber can be opened or closed.
  • the nozzle needle comprises a first nozzle needle part and a further, second nozzle needle part, which is actuated in a pressure-dependent manner, releasing or closing different injection cross sections on an injection nozzle.
  • DE 100 38 054 A1 relates to a cam-operated injection device for an internal combustion engine with a first nozzle needle and a second nozzle needle. Different injection cross-sections for part-load operation and full-load operation can be realized using the nozzle needle.
  • the injection nozzle designed as a double needle comprises a first nozzle needle interacting with first injection openings and one with a second one Injection openings interacting second nozzle needle. At least one of the two nozzle needles is assigned a control piston that borders a pressure chamber.
  • a pressure line opens into the pressure chamber, the pressure in the pressure chamber being controllable via a valve.
  • a relief line extends from the pressure chamber, in which the valve is arranged.
  • a closing spring acts on the nozzle needle of the two nozzle needles actuated in the closing direction by means of the control piston.
  • the two nozzle needles are arranged concentrically to one another, the first nozzle needle being arranged displaceably within the second nozzle needle designed as a hollow needle.
  • variable nozzles are used in pump-nozzle systems.
  • stroke-controlled high-pressure accumulator injection systems common rail
  • the critical operating range within which a multi-part injection valve member of a fuel injector cannot be operated stably and reproducibly according to the above can be shifted in its position with regard to the applicable pressures as required, so that stable operation of the invention proposed fuel injector can be achieved within the entire map.
  • the opening pressure at which an inner nozzle needle part of a multi-part injection valve member opens is shifted.
  • the displacement of the opening pressure can be achieved in a particularly simple manner by applying a low pressure level to a spring chamber of a spring element acting on the inner nozzle needle part, for example the pre-delivery pressure of a fuel delivery unit, and therefore on the one hand using less energy and on the other hand utilizing existing conditions is possible.
  • the opening pressure of the inner nozzle needle part can be increased.
  • the range of unstable operation of the fuel injector can thus be shifted to higher pressure levels, so that stable operation is established.
  • the pressure acting on the spring space which is assigned to the inner nozzle needle part can be reduced again, as a result of which the opening pressure required to open the inner nozzle needle part can be reduced , This measure allows the critical operating area move to the point that it is now lowered below the actual pressure level in the nozzle chamber, which surrounds the multi-part injection valve member.
  • Both nozzle needle parts of the multi-part injection valve member are pressed separately into the respective seats via spring elements.
  • the opening pressures at which the nozzle needle parts of the multi-part injection valve member open can thus be set independently of one another.
  • the nozzle space surrounding the multi-part injection valve member is depressurized when the metering valve actuating the fuel injector is de-energized.
  • the wave dynamics that occur during the injection process can be used to generate a pressure increase. Since when the opening pressure is reached, at which the inner nozzle needle of the multi-part injection valve member opens, there is a greater flow through the then released injection cross-sections, the injection duration can be shortened compared to only an open number of injection openings, so that the one occurring due to the wave dynamics Excess pressure can also be used for large injection quantities.
  • either a pressure pin control piston
  • the pressure level prevailing in the low pressure area of the fuel injector can be connected directly to the spring chamber acting on the inner nozzle needle part.
  • a pressure surface formed at the end of the inner nozzle needle part can thus be used to increase the opening pressure of the inner nozzle needle part.
  • the inner nozzle needle part is only opened when the pressure in the nozzle chamber surrounding the multi-part injection valve member has built up completely. This advantageously prevents an undefined fluctuation in the injection quantities due to pressure vibrations occurring in the nozzle chamber, triggered by a “fluttering” of the inner nozzle needle part.
  • a fuel portion which is otherwise controlled into the leakage is directed to the rear of the inner nozzle needle part.
  • This brief increase in opening pressure of the inner nozzle needle part serves to stabilize the opening behavior of the inner nozzle needle part pressure is released on the back of the inner nozzle needle part, can be set via a throttle.
  • the discharge amount can advantageously be conducted via the spring chamber assigned to the inner nozzle needle part.
  • the pressure area of the inner nozzle needle part is dimensioned much smaller than the hydraulically effective area of the outer nozzle needle part of the multi-part injection valve member.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a fuel injection system
  • FIG. 2 shows a first embodiment variant of a stroke-stabilized injection valve element designed as a coaxial needle
  • Figure 3 shows a second embodiment of a stroke-stabilized, designed as a coaxial injection valve member
  • FIG. 4 shows a further variant of a stroke-stabilized injection valve element designed as a coaxial nozzle.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a fuel injection system for an internal combustion engine.
  • the fuel injection system shown in FIG. 1 comprises a fuel delivery unit 1 and a pre-delivery unit 1.1, with which fuel pre-compressed is supplied to the fuel delivery unit 1.
  • the fuel is delivered from a fuel tank 2, which is filled with fuel 3 and in which fuel flowing out on the low-pressure side is collected.
  • the fuel delivery unit 1 acts on a storage space 4 (Common Rail) with fuel under very high pressure, whereby the pressure level can be variably regulated.
  • Common Rail Common Rail
  • High-pressure lines extend from the storage space 4 to a first injector 5, a second injector 6, a third injector 7 and a fourth injector 8.
  • the illustration of the fourth injector 8 according to FIG. 1 shows that the fourth injector 8 has an injector body 9 , in which a multi-part injection valve member 11 is received.
  • the fourth injector 8 is actuated via a control valve 12.
  • the multi-part injection valve member 11 comprises a spring chamber 13, in which a stop 14 designed as a bolt is arranged.
  • the multi-part injection valve member 11 has a first nozzle needle part 15 and a second, further nozzle needle part 16.
  • the stroke movement of the outer first nozzle needle part 15 is limited by an annular stop received in the spring chamber 13, while the stroke movement of the second nozzle needle part 16 arranged inside is limited by the bolt-shaped stop 14 arranged in the spring chamber 13.
  • First injection openings 17 in the wall of a combustion chamber 10 are closed or opened by the outer first nozzle needle part 15.
  • the second nozzle needle part 16 arranged on the inside is assigned second injection openings 18, which are closed or released in accordance with the stroke movement of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside.
  • a nozzle space 19 is formed, which surrounds the multi-part injection valve member 11 in the region of a pressure stage.
  • both the first nozzle needle part 15 and the second nozzle needle part 16 are each pressed into their seat formed on the combustion chamber side by the spring elements 21, 22 acting on the respective end faces of the nozzle needle parts 15, 16. Due to the closed position of the first nozzle needle part 15 and the second nozzle needle part 16, fuel flowing in from the nozzle chamber 19 via an annular gap 20, the injection openings 17, 18 is above the closed seats of the two nozzle needle parts 15, 16 of the multi-part injection valve member 11.
  • the nozzle chamber 19 in the injector body 9 of the fourth fuel injector 8 is pressurized via a nozzle chamber inlet 23 with the control valve 12 (metering valve) open with the fuel prevailing in the storage chamber.
  • the control valve 12 also has a connection to a low-pressure outlet 24 for the control of fuel.
  • the Spring chamber 13 in injector body 9 of fourth injector 8 is also connected to outlet 24 on the low-pressure side.
  • FIG. 2 shows a first variant of a stroke-stabilized, multi-part injection valve element designed as a coaxial vario nozzle.
  • the nozzle chamber 19 is pressurized via a nozzle chamber inlet 23 which extends between the control valve 12 and the nozzle chamber 19.
  • the storage space 4 (common rail) is connected to the control valve 12.
  • the multi-part injection valve member 11 is accommodated, which has the outer nozzle needle part 15 and the second, inner nozzle needle part 16 arranged coaxially therewith. Injection openings 17 and 18 are assigned to each of the two nozzle needle parts 15 and 16, respectively.
  • the first nozzle needle part 15 is placed in its seat 25 on the combustion chamber side, while the second nozzle needle part 16 arranged on the inside is pressed into its seat 26 on the combustion chamber side, closing the second injection openings 18.
  • the two nozzle needle parts 15, 16 of the multi-part injection valve member 11 are acted upon by spring elements 21, 22, which are accommodated in spring chambers 40 and 41 arranged separately from one another.
  • 16 acting spring element 22 is arranged within a second spring chamber 41.
  • a control piston 42 is formed in the second spring chamber 41, which has an end face 43 which can be acted upon on the low pressure side.
  • Leakage oil volumes from the first spring chamber 40 are controlled via a return 44; the guide leakage between the externally arranged first nozzle needle part 15 and the internally arranged second nozzle needle part 16, which is movable relative to this, takes place via openings 48 which are connected to a second return 45 on the low-pressure side.
  • the first nozzle needle part 15 and the second nozzle needle part 16 of the multi-part injection valve member 11 are placed in their combustion chamber-side seats 25 and 26 by the spring elements 21, 22 acting on them.
  • the injection cross sections 17 or 18 are closed.
  • the two nozzle needle parts 15, 16 are each pressed into their nozzle needle seats 25, 26 via the spring elements 21, 22 arranged in the control rooms 40, 41 which are separated from one another.
  • the two opening pressures of the nozzle needle parts 15, 16 can thus be set independently of one another.
  • the nozzle chamber 19 is depressurized in the de-energized state of the control valve 12. Due to the wave dynamics during the injection process, an increasing pressure can be used. When the opening pressure of the internally arranged second nozzle needle part 16 is reached, there is a greater flow through the then released first and second injection openings 17, 18. As a result, the spraying time can be shortened. In comparison to a pressure-controlled fuel injector with a conventionally designed one-piece nozzle, the pressure increase can be used for larger injection quantities as part of a main injection.
  • the opening pressure of the internally arranged second nozzle needle part 16 can be increased.
  • the operating range in which unstable operation can occur is shifted towards higher pressure levels. If a switch is made to an injector operation with both nozzle needle parts 15, 16 of the multi-part injection valve member 11, the pressure in the second spring chamber 41, which acts on the end face 27 of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside, is reduced again, so that the opening pressure, which is on the inside arranged second nozzle needle part 16 is exposed, is lowered.
  • either a control piston 42 can be used, the low-pressure side end face 43 of which is directly exposed to the low pressure.
  • the control piston 42 can be moved downward. This movement increases the spring preload and thus the spring force of the spring element 22.
  • the second spring chamber increases 41 delimiting the second end face 43 *, the pressure in the spring chamber 41 so that the opening pressure to which the inner nozzle needle part 16 is exposed also increases.
  • the pressure generated on the low-pressure side by the pre-conveying unit 1.1 is transmitted to the second spring chamber 41, so that the end face 27 of the second nozzle needle part 16 which is located on the inside and which delimits the second spring chamber 41 serves directly as a pressure surface for increasing the opening pressure.
  • the pressure prevailing on the low pressure side lies in the area of the pre-delivery pressure, which can be applied by the pre-delivery unit 1.1 and is usually between 3 and 10 bar.
  • the end face 27 of the internally arranged second nozzle needle part 16 advantageously serves on the one hand as a hydraulically effective area for the pressure level prevailing on the low pressure side; on the other hand, the front surface 27 facing the second spring chamber 41 of the second nozzle needle part 16 arranged inside serves as a support surface for the spring element 22 arranged in the second spring chamber 41 and acting on the second nozzle needle part 16 in the closed position.
  • FIG. 3 shows a further, second variant of a stroke-stabilized, multi-part injection valve element designed as a coaxial needle.
  • the second spring chamber 41 in which the second spring element 22 is accommodated, is directly exposed to the pressure level prevailing on the low pressure side.
  • the low-pressure side of the fuel injection system contains a pre-delivery unit 1.1 shown in FIG. 1, the low-pressure area can advantageously be acted upon by the pressure level of the pre-delivery unit 1.1, so that the pressure level acting on the end face 27 in the second spring chamber 41 differs from the atmospheric pressure, i.e. higher than this.
  • the embodiment variant shown in FIG. 3 of a multi-part injection valve member 11 with separate spring spaces 41, 42 is identical to the embodiment variant shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a further embodiment variant of a stroke-stabilized, multi-part injection valve member designed as a coaxial nozzle.
  • the embodiment variant according to FIG. 4 shows a storage space 4 (common rail) which acts on the nozzle space 19 via the nozzle space inlet 23 with the interposition of a control valve 12.
  • the nozzle chamber 19 encloses the multi-part design injection valve member 11 at a pressure stage 46.
  • Both the first spring chamber 40 and the multi-part injection valve member 11 are connected to returns 44 and 45 on the low-pressure side, via which leakage can be discharged.
  • openings 48 are formed both on the first nozzle needle part 15 and on the second nozzle needle part 16, through which openings the guide leakage can flow out into the second return 45 on the low-pressure side.
  • the second spring chamber 41 is connected to the control valve 12 via an overflow line 49.
  • a further return 47 on the low-pressure side branches off from the overflow line 49 and contains a throttle point 50.
  • this portion can be directed onto the rear side, that is to say the end face 27, of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside and can thus be used for briefly increasing the opening pressure of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside.
  • the brief increase in opening pressure on the second, internally arranged nozzle needle part 16 serves to stabilize the opening behavior of the second nozzle needle part 16.
  • the activation period of the control valve 12 is dimensioned so short that fuel injection does not take place due to an opening of the outer needle part 15. Accordingly, fuel reaches the spring chamber 41 via the overflow line 49 and there leads to an increase in the pressure level. This leads to an increase in the opening pressure of the inner needle part 16.
  • the design of the throttle point 50 determines the time within which the pressure within the spring roughness mes 41 is reduced again to leakage pressure level. Variable control of the opening time of the inner needle part 16 can thus be achieved.
  • the discharge amount can be guided towards the end of the injection via the second spring chamber 41, which acts on the end face 27 of the second, inner nozzle needle part 16. Since the second spring element 22 generates a lower pretension than the spring element 21 which acts on the first nozzle needle part 15, the closing of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside can be accelerated towards the end of the injection.
  • the time can be determined during which the opening pressure increase at the second nozzle needle part 16 is effective.
  • opening of the internally arranged second nozzle needle part 16 during certain pressure oscillation amplitudes occurring in the nozzle chamber 19 is precluded. This prevents a quantity jump, which is caused by the pressure vibrations associated with fuel under high pressure when the nozzle chamber 19 is pressurized.
  • Further possibilities of influencing the stroke stabilization of the internally arranged second nozzle needle part 16 of the multi-part injection valve member 11 are given by the dimensioning of the hydraulically effective end face 27 delimiting the second spring chamber 41 on the second, internally arranged nozzle needle part 16.
  • the design of the second spring element 22, which is accommodated in the second spring chamber 41, allows the opening pressure of the second nozzle needle part 16 to be set in a targeted manner.
  • the guide leakage between the nozzle needle parts 15, 16 of the multi-part injection valve member 11 is controlled via the openings 48, which in turn are connected to a second outlet 45 in the low-pressure region stand.
  • the solution proposed according to the invention can prevent, in the case of a multi-part injection valve member 11, comprising an outer, first nozzle needle part 15 and a second, internally arranged nozzle needle part 16 enclosed by the latter, which opens the second nozzle needle part 16 arranged on the inside as soon as the pressure in the nozzle chamber 19 the opening pressure level of the internally arranged nozzle needle part 16 is reached. Fluctuations in the opening pressure of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside, depending on the accuracy of the setting of the opening pressure of the second nozzle needle part 16 arranged on the inside, are now excluded. This also applies to component tolerances and their change over the operating time of the injector-dependent fluctuations in the opening pressure at the internally arranged second nozzle needle part 16.
  • the solution proposed according to the invention according to the embodiment variants shown in FIGS Storage space 4 inflowing, high-pressure fuel adjusting pressure amplitudes unintentionally opens the second nozzle needle part 16 arranged inside.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (10) einer Verbrennungskraftmaschine. Ein mehrteilig ausgebildetes Einspritz­ventilglied (11) umfasst einen ersten Düsennadelteil (15) und einen zweiten Düsennadelteil (16). Der erste Düsennadelteil (15) ist ersten Einspritzöffnungen (17), der zweite Düsenna­delteil (16) ist zweiten Einspritzöffnungen (18) zugeordnet, die durch den jeweiligen Dü­sennadelteil (15, 16) geöffnet oder verschlossen werden. Die Düsennadelteile (15, 16) sind unabhängig voneinander über Federelemente (21, 22) beaufschlagt. Die Federelemente (21, 22) sind in voneinander getrennten Federräumen (40, 41) untergebracht. Eine hydraulisch wirksame Fläche (27, 43), welche dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnet ist, ist mit einem dessen Öffnungsdruck steigernden Druckniveau beaufschlagbar. Durch eine Verän­derung der Federvorspannung eines Federelementes (22) kann der Öffnungsdruck, dem das zweite Düsennadelteil (16) ausgesetzt ist, variiert werden.

Description

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit hubstabilisiertem Einspritzventilglied
Technisches Gebiet
Als Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungskraftmaschinen kommen heute hub- oder druckgesteuerte Einspritzsysteme zum Einsatz. An diese Einspritzsysteme werden zunehmend höhere Anforderungen hinsichtlich der Russ- und NOx-Emissionen einerseits und einer hohen spezifischen Leistung (kW/1) andererseits gestellt.
Stand der Technik
DE 102 29 417.8 hat ein druckgesteuertes Einspritzsystem mit Druckübersetzer und Koaxial- Variodüse zum Gegenstand. Über eine Kraftstoffhochdruckquelle wird der Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt. Zwischen einem Einspritzventil und der Kraftstoffhoch- druckquelle ist ein Druckverstärker angeordnet. Der Druckverstärker weist einen Übersetzerkolben auf, welcher einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Druckraum von einem, einen Düsenraum des Kraftstoffinjektors beaufschlagenden Hochdruckraum trennt. Das Einspritzventil des Kraftstoffinjektors umfasst eine Düsennadel, mit welchem dem Brennraum zuweisende Einspritzöffnungen freigebbar oder verschließbar sind. Die Düsennadel umfasst ein erstes Düsennadelteil und einen weiteren, zweiten Düsennadelteil, die druckabhängig angesteuert, verschiedene Einspritzquerschnitte an einer Einspritzdüse freigeben beziehungsweise verschließen.
DE 100 38 054 Al bezieht sich auf eine nockenbetätigte Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Düsennadel und einer zweiten Düsennadel. Mittels der Düsennadel sind unterschiedliche Einspritzquerschnitte für den Teillastbetrieb und den Volllastbetrieb realisierbar. Die als Doppelnadel ausgebildete Einspritzdüse umfasst eine mit ersten Einspritzöffnungen zusammenwirkende erste Düsennadel und eine mit zweiten Einspritzöffnungen zusammenwirkende zweite Düsennadel. Zumindest einer der beiden Düsennadeln ist ein an einen Druckraum grenzender Steuerkolben zugeordnet. In den Druckraum mündet eine Druckleitung ein, wobei der Druck im Druckraum über ein Ventil steuerbar ist. Vom Druckraum aus erstreckt sich eine Entlastungsleitung, in welcher das Ventil angeordnet ist. Auf die mittels des Steuerkolbens in Schließrichtung betätigte Düsennadel der beiden Düsennadeln wirkt eine Schließfeder ein. Die beiden Düsennadeln sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die erste Düsennadel innerhalb der als Hohlnadel ausgebildeten zweiten Düsennadel verschiebbar angeordnet ist.
Darstellung der Erfindung
Es hat sich erwiesen, dass heutige hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren für Hochdruckspei- chereinspritzsysteme den Nachteil aufweisen, dass aufgrund eines rechteckförmigen Ein- Spritzverlaufes, im Vergleich zu druckgesteuerten Systemen ohne Voreinspritzung, ein höheres Geräusch entsteht. Um dies zu umgehen, werden eine oder mehrere Voreinspritzungen realisiert. Die Voreinspritzungen gehen jedoch mit einer erhöhten Russemission einher. Eine Möglichkeit, um bei den Kraftstoffeinspritzsystemen dieses Problem abzuschwächen und bessere Russ7NOx-Emissionen zu erreichen, bieten druckgesteuerte Ein- spritzsysteme, die einen rampenförmigen Einspritzverlauf aufweisen. Mit diesen Systemen können aufgrund des rampenförmigen Einspritzverlaufes bei gleichbleibendem Geräusch die Emissionen verringert werden. Bei druckgesteuerten Hochdruckspeichereinspritzsyste- men kann eine Drucküberhöhung am Ende des Einspritzvorganges realisiert werden. Die mit diesem Kraftstoffeinspritzsystem realisierbare Drucküberhöhung ist jedoch nicht für beliebig hohe Einspritzmengen nutzbar, so dass eine effiziente Einspritzung zum Erreichen hoher spezifischer Leistungen nicht mit der Forderung nach kleinen Einspritzöffnungen, die hinsichtlich der Emissionsentwicklung und der Geräuschreduzierung erforderlich sind, vereinbar ist.
Abhilfe kann durch den Einsatz einer Variodüse geschaffen werden, mit deren Hilfe bei Teillast der Verbrennungskraftmaschine kleine Einspritzöffnungen und im Volllastbereich der Verbrennungskraftmaschine größere Einspritzquerschnitte freigegeben werden. Vario- düsen werden bei Pumpe-Düse-Systemen eingesetzt. Bei hubgesteuerten Hochdruckspei- chereinspritzsystemen (Common Rail) hat sich jedoch herausgestellt, dass der Einsatz einer Variodüse aufgrund des permanent druckbeaufschlagten Einspritzventilgliedes zu einer permanenten Leckage in Richtung auf den Brennraum über eine Führung eines inneren Nadelteiles auftritt, was einerseits sehr hohe HC-Emissionen und andererseits eine schleichende Schmierölverdünnung zur Folge hat. Bei Variodüsen, die in Verbindung mit druckgesteuerten Common-Rail-Einspritzsystemen werden, kann es aufgrund von Wellendynamik in einem das Einspritzventilglied umgebenden Düsenraum zu Druckschwingungen kommen, welche zu einem unbeabsichtigten Öff- nen des inneren Nadelteils der Variodüse führen können, Ih Grenzbereichen kann dies dazu führen, dass das innere Düsennadelteil nicht bereits durch die erste Druckwelle öffnet, sondern erst aufgrund der sich einstellenden zweiten oder dritten Druckwelle ein Öffnen des inneren Nadelteils ausgelöst wird. Dies führt im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu starken Drehmomentschwankungen, die nicht akzeptabel sind. Dies führt weiterhin dazu, dass dieser Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise ein korrespondierender Bereich zwischen zwei Drackniveaus innerhalb des Hochdruckspeicherraumes (Common Rail), möglichst gemieden werden muss. Der kritische Betriebsbereich ist im Wesentlichen abhängig vom Öffnungsdruck des inneren Düsennadelteiles der Variodüse.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann der kritische Betriebsbereich, innerhalb dessen ein mehrteiliges Einspritzventilglied eines Kraftstoffinjektors gemäß dem oben Gesagten nicht stabil und reproduzierbar betrieben werden kann, je nach Bedarf in seiner Lage hinsichtlich der applizierbaren Drücke verschoben werden, so dass sich ein stabiler Betrieb des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors innerhalb des gesamten Kennfeldes erreichen lässt. Dazu wird der Öffnungsdruck, bei welchem ein innerer Düsennadelteil eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes öffnet, verschoben. Die Verschiebung des Öffnungsdruckes lässt sich in besonders einfacher Weise dadurch erreichen, dass ein Federraum eines den inneren Düsennadelteil beaufschlagenden Federelementes mit einem geringen Druckniveau, so zum Beispiel dem Vorförderdruck eines Kraftstoffförderaggregates, beaufschlagt wird und daher einerseits ein geringer Energieaufwand und andererseits eine Ausnutzung bereits vorhandener Gegebenheiten möglich ist.
Wird im Federraum, welcher ein das innere Düsennadelteil beaufschlagendes Federelement aufnimmt, ein Druck angelegt, so kann der Öffnungsdruck des inneren Düsennadelteiles erhöht werden. Damit lässt sich der Bereich eines instabilen Betriebes des Kraftstoffinjektors zu höheren Druckniveaus hin verschieben, so dass sich ein stabiler Betrieb einstellt. Soll hingegen auf einen Betrieb mit beiden Düsennadelteilen des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes umgeschaltet werden, kann der auf den Federraum, der dem inneren Düsennadelteil zugeordnet ist, einwirkende Druck wieder zurückgenommen werden, wodurch der Öffnungsdruck, der zum Öffnen des inneren Düsennadelteiles erforderlich ist, abgesenkt werden kann. Durch diese Maßnahme lässt sich der kritische Betriebsbereich dahingehend verschieben, dass dieser nun unterhalb des tatsächlichen Druckniveaus im Düsenraum, der das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied umgibt, abgesenkt wird.
Über Federelemente werden beide Düsennadelteile des mehrteilig ausgebildeten Einspritz- ventilgliedes getrennt in die jeweiligen Sitze gedrückt. Damit lassen sich die Öffnungsdrücke, bei welchen die Düsennadelteile des mehrteiligen Einspritzventilgliedes öffnen, unabhängig voneinander einstellen. Der das mehrteilige Einspritzventilglied umgebende Düsenraum ist im stromlosen Zustand des den Kraftstoffinjektor betätigenden Zumessventils drucklos. Die beim Einspritzvorgang auftretende Wellendynamik lässt sich zur Erzeugung einer Drucküberhöhung ausnutzen. Da sich beim Erreichen des Öffnungsdruckes, bei dem die innere Düsennadel des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes öffnet, ein größerer Durchfluss durch die dann freigegebenen Einspritzquerschnitte einstellt, lässt sich die Einspritzdauer im Vergleich zu nur einer geöffneten Anzahl von Einspritzöffnungen verkürzen, so dass die aufgrund der Wellendynamik auftretende Drucküberhöhung auch für große Einspritzmengen ausgenutzt werden kann.
Für die Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Düsennadelteils des mehrteiligen Einspritzventilgliedes kann entweder ein Druckbolzen (Steuerkolben) eingesetzt werden oder alternativ das im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors herrschende Druckniveau di- rekt an den das innere Düsennadelteil beaufschlagenden Federraum angeschlossen werden. Eine am Ende des inneren Düsennadelteiles ausgebildete Druckfläche kann somit für eine Öffnungsdruckerhöhung des inneren Düsennadelteiles genutzt werden.
In einer weiteren Ausführungs Variante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens, den Hub eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu stabilisieren und demzufolge reproduzierbar zu gestalten, ist dadurch gegeben, dass das innere Düsennadelteil zu Beginn des Einspritzvorganges blockiert wird. Erst bei vollständigem Druckaufbau im das mehrteilige Einspritzventilglied umgebenden Düsenraum erfolgt ein Öffnen des inneren Düsennadelteils. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise ein aufgrund von im Düsenraum auftreten- den Druckschwingungen Undefiniertes Schwanken der Einspritzmengen, ausgelöst durch ein „Flattern" des inneren Düsennadelteiles, verhindern. Gemäß dieser Ausfuhrungsvariante des der Erfindung zugrundeliegenden Gedankens kann zu Beginn der Öffnungsbewegung des den Kraftstoffinjektor betätigenden Zumessventils ein ansonsten in die Leckage abgesteuerter Kraftstoffanteil auf die Rückseite des inneren Düsennadelteiles geleitet wer- den. Dadurch wird eine kurzzeitige Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Düsennadelteils erreicht. Diese kurzzeitige Öffnungsdruckerhöhung des inneren Düsennadelteils dient zur Stabilisierung des Öffnungsverhaltens des inneren Düsennadelteils. Die Zeitspanne, innerhalb der auf der Rückseite des inneren Düsennadelteils ein Druckabbau erfolgt, kann über eine Drosselstelle eingestellt werden. Gegen Ende des Einspritzvorganges kann die Absteuermenge in vorteilhafter Weise über den dem inneren Düsennadelteil zugeordneten Federraum geführt werden. Da das das innere Düsennadelteil beaufschlagende Federelement eine geringere Vorspannung als das Federelement, welches die Außennadel beauf- schlagt, aufweist, kann das Schließen des inneren Düsennadelteils gegen Ende des Einspritzvorganges erheblich beschleunigt werden. Die Druckfläche des inneren Düsennadelteils ist wesentlich kleiner bemessen als die hydraulisch wirksame Fläche des äußeren Düsennadelteils des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems,
Figur 2 eine erste Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialnadel ausge- bildeten Einspritzventilgliedes,
Figur 3 eine zweite Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialnadel ausgebildeten Einspritzventilgliedes und
Figur 4 eine weitere Ausführangsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialdüse ausgebildeten Einspritzventilgliedes .
Ausführungsvarianten
Figur 1 ist der schematische Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen.
Das in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein Kraftstoffförderaggregat 1 sowie ein Vorförderaggregat 1.1, mit welchem dem Kraftstoffförderaggregat 1 vorverdichteter Kraftstoff zugeführt wird. Der Kraftstoff wird aus einem Kraftstofftank 2 gefördert, der mit Kraftstoff 3 befüllt ist, und in welchen niederdruckseitig abströmender Kraftstoff aufgefangen wird. Das Kraftstoffförderaggregat 1 beaufschlagt einen Speicherraum 4 (Common Rail) mit unter sehr hohem Druck stehenden Kraftstoff, wobei das Druckniveau variabel geregelt werden kann.
Vom Speicherraum 4 aus erstrecken sich Hochdruckleitungen zu einem ersten Injektor 5, einem zweiten Injektor 6, einem dritten Injektor 7 sowie einem vierten Injektor 8. Aus der Darstellung des vierten Injektors 8 gemäß Figur 1 geht hervor, dass der vierte Injektor 8 einen Injektorkörper 9 aufweist, in welchem ein mehrteilig ausgebildeten Einspritz ventil- glied 11 aufgenommen ist. Die Betätigung des vierten Injektors 8 erfolgt über ein Steuerventil 12.
Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 umfasst einen Federraum 13, in welchem ein als Bolzen ausgebildeter Anschlag 14 angeordnet ist. Das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 weist einen ersten Düsennadelteil 15 sowie einen zweiten, weiteren Düsennadelteil 16 auf. Die Hubbewegung des außenliegenden ersten Düsennadelteils 15 ist durch einen im Federraum 13 aufgenommenen ringförmigen Anschlag begrenzt, während die Hubbewegung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 durch den im Federraum 13 angeordneten bolzenförmig ausgebildeten Anschlag 14 begrenzt ist.
Durch das außenliegende erste Düsennadelteil 15 werden erste Einspritzöffnungen 17 in der Wandung eines Brennraumes 10 verschlossen beziehungsweise freigegeben. Dem innenliegend angeordneten, zweiten Düsennadelteil 16 sind zweite Einspritzöffnungen 18 zugeordnet, die entsprechend der Hubbewegung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 verschlossen beziehungsweise freigegeben werden.
ün Injektorkörper 9 des vierten Kraftstoffinjektors 8 ist ein Düsenraum 19 ausgebildet, welcher das mehrteilig ausgebildete Einspritzventilglied 11 im Bereich einer Druckstufe umgibt. Durch die die jeweiligen Stirnseiten der Düsennadelteile 15, 16 beaufschlagenden Federelemente 21, 22 sind gemäß der Darstellung in Figur 1 sowohl das erste Düsennadelteil 15 wie auch das zweite Düsennadelteil 16 jeweils in ihren brennraumseitig ausgebilde- ten Sitz gedrückt. Vom Düsenraum 19 über einen Ringspalt 20, den Einspritzöffnungen 17, 18 zuströmender Kraftstoff steht aufgrund der Schließstellung des ersten Düsennadelteiles 15 beziehungsweise des zweiten Düsennadelteiles 16 oberhalb der geschlossenen Sitze der beiden Düsennadelteile 15, 16 des mehrteiligen Einspritzventilgliedes 11 an.
Der Düsenraum 19 im Injektorkörper 9 des vierten Kraftstoffinjektors 8 wird über einen Düsenraumzulauf 23 bei geöffnetem Steuerventil 12 (Zumessventil) mit dem im Speicherraum herrschenden Kraftstoff druck beaufschlagt. Das Steuerventil 12 weist ferner zur Absteuerung von Kraftstoff eine Verbindung zu einem niederdruckseitigen Ablauf 24 auf. Der Federraum 13 im Injektorkörper 9 des vierten Injektors 8 ist ebenfalls mit dem nieder- druckseitigen Ablauf 24 verbunden.
Figur 2 ist eine erste Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxial- Vario-Düse ausgebildeten, mehrteiligen Einspritzventilgliedes zu entnehmen.
Wie aus der Darstellung gemäß Figur 2 hervorgeht, erfolgt eine Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 über einen Düsenraumzulauf 23, der sich zwischen dem Steuerventil 12 und dem Düsenraum 19 erstreckt. Der Speicherraum 4 (Common Rail) ist mit dem Steuer- ventil 12 verbunden.
Im Injektorkörper 9 des Kraftstoffinjektors ist das mehrteilige Einspritzventilglied 11 aufgenommen, welches den äußeren Düsennadelteil 15 sowie den koaxial zu diesem angeordneten zweiten, inneren Düsennadelteil 16 aufweist. Jedem der beiden Düsennadelteile 15 beziehungsweise 16 sind Einspritzöffnungen 17 beziehungsweise 18 zugeordnet. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist das erste Düsennadelteil 15 in seinen brennraumseitigen Sitz 25 gestellt, während das innenliegend angeordnete, zweite Düsennadelteil 16 in seinen brennraumseitigen Sitz 26, die zweiten Einspritzöffnungen 18 verschließend, gedrückt wird.
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 2 werden die beiden Düsennadelteile 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 über Federelemente 21, 22 beaufschlagt, die in getrennt voneinander angeordneten Federräumen 40 beziehungsweise 41 aufgenommen sind.
Das eine erste federraumseitig ausgebildete Stirnfläche des ersten, äußeren Düsennadelteils
15 beaufschlagende Federelement 21 ist in dem ersten Federraum 40 aufgenommen, während das zweite, eine Stirnseite 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils
16 beaufschlagende Federelement 22 innerhalb eines zweiten Federraumes 41 angeordnet ist. Darüber hinaus ist im zweiten Federraum 41 ein Steuerkolben 42 ausgebildet, der eine niederdruckseitig beaufschlagbare Stirnfläche 43 aufweist. Eine Absteuerung von Lecköl- volumen aus dem ersten Federraum 40 erfolgt über einen Rücklauf 44; die Führungsleckage zwischen dem außenliegend angeordneten ersten Düsennadelteil 15 sowie dem innenliegend angeordneten, relativ zu diesem bewegbaren zweiten Düsennadelteil 16 erfolgt über Öffnungen 48, die mit einem zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 45 in Verbindung stehen. In der Darstellung gemäß Figur 2 sind das erste Düsennadelteil 15 sowie das zweite Dü- sennadelteil 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 durch die diese beaufschlagenden Federelemente 21, 22 jeweils in ihre brennraumseitigen Sitze 25 beziehungsweise 26 gestellt. Aufgrund dessen sind die Einspritzquerschnitte 17 beziehungswei- se 18 geschlossen. Über die in den voneinander getrennten Steuerräumen 40, 41 angeordneten Federelemente 21, 22 werden die beiden Düsennadelteile 15, 16 jeweils in ihre Dü- sennadelsitze 25, 26 gedrückt. Damit lassen sich die beiden Öffnungsdrücke der Düsennadelteile 15, 16 unabhängig voneinander einstellen. Der Düsenraum 19 ist im unbestromten Zustand des Steuerventils 12 drucklos. Aufgrund der Wellendynamik beim Einspritzvor- gang lässt sich eine sich einstellende Drucküberhöhung nutzen. Bei Erreichen des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 stellt sich ein größerer Durchfluss durch die dann freigegebenen ersten und zweiten Einspritzöffnungen 17, 18 ein. Demzufolge kann die Spritzdauer verkürzt werden. Im Vergleich zu einem druckgesteuerten Kraftstoffinjektor mit einer konventionell ausgebildeten einteiligen Düse kann die Drucküberhöhung für größere Einspritzmengen im Rahmen einer Haupteinspritzung ausgenutzt werden.
Wird im zweiten Federraum 41, der dem innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16 zugeordnet ist, ein Druck angelegt, so kann der Öffnungsdruck des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 erhöht werden. Der Betriebsbereich, in welchem sich ein instabiler Betrieb einstellen kann, wird zu höheren Druckniveaus hin verschoben. Wird auf einen Injektorbetrieb mit beiden Düsennadelteilen 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 umgeschaltet, wird der Druck im zweiten Federraum 41, der die Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 beauf- schlagt, wieder zurückgenommen, so dass der Öffnungsdruck, dem das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 ausgesetzt ist, abgesenkt wird.
Für die Erhöhung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 kann entweder ein Steuerkolben 42 eingesetzt werden, dessen niederdrucksei- tige Stirnfläche 43 dem Niederdruck unmittelbar ausgesetzt ist.
Wird über einen Leckagerücklauf 47 auf die niederdruckseitig beaufschlagbare erste Stirnfläche 43 des Steuerkolbens 42 über das Vorförderaggregat 1.1 eine Druckerhöhung ausgeübt, so kann der Steuerkolben 42 nach unten bewegt werden. Über diese Bewegung wird die Federvorspannung und damit die Federkraft des Federelementes 22 erhöht. Gleichzeitig steigt aufgrund der unterschiedlichen hydraulisch wirksamen Flächen, nämlich der Stirnfläche 43 des Steuerkolbens 42 und der dieser gegenüberliegenden, den zweiten Federraum 41 begrenzenden zweiten Stirnfläche 43* der Druck im Federraum 41 an, so dass der Öffnungsdruck, dem der innere Düsennadelteil 16 ausgesetzt ist, ebenfalls zunimmt.
Alternativ kann - vgl. Darstellung gemäß Figur 3 - der niederdruckseitig durch das Vor- förderaggregat 1.1 erzeugte Druck auf den zweiten Federraum 41 übertragen werden, so dass unmittelbar die den zweiten Federraum 41 begrenzende Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 als Druckfläche für die Öffnungsdracker- höhung dient. Der niederdruckseitig herrschende Druck liegt im Bereich des Vorförderdru- ckes, der durch das Vorförderaggregat 1.1 aufgebracht werden kann und üblicherweise zwischen 3 und 10 bar beträgt.
In vorteilhafter Weise dient die Stirnfläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 einerseits als hydraulisch wirksame Fläche für das niederdruckseitig herrschende Druckniveau; andererseits dient die dem zweiten Federraum 41 zuweisende Stira- fläche 27 des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 als Auflagefläche für das im zweiten Federraum 41 angeordnete, den zweiten Düsennadelteil 16 in Schließstellung beaufschlagende Federelement 22.
Figur 3 ist eine weitere, zweite Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialna- del ausgebildeten, mehrteiligen Einspritzventiigliedes zu entnehmen.
Im Unterschied zur oben beschriebenen Ausführungsvariante gemäß Figur 2 wird der zweite Federraum 41, in welchem das zweite Federelement 22 aufgenommen ist, unmittelbar dem niederdruckseitig herrschenden Druckniveau ausgesetzt. Enthält die Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ein in Figur 1 dargestelltes Vorförderaggregat 1.1, so kann der Niederdruckbereich in vorteilhafter Weise durch das Druckniveau des Vorförderaggre- gates 1.1 beaufschlagt werden, so dass das im zweiten Federraum 41 die Stirnseite 27 beaufschlagende Druckniveau verschieden vom Atmosphärendruck, d.h. höher als dieser, liegt. Im Übrigen ist die in Figur 3 dargestellte Ausführungsvariante eines mehrteilig aus- gebildeten Einspritzventiigliedes 11 mit getrennten Federräumen 41, 42 identisch zur in Figur 2 dargestellten Ausführungsvariante.
Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine weitere Ausführungsvariante eines hubstabilisierten, als Koaxialdüse ausgebildeten mehrteiligen Einspritzventiigliedes zu entnehmen.
Die Ausführungsvariante gemäß Figur 4 zeigt einen Speicherraum 4 (Common Rail), der unter Zwischenschaltung eines Steuerventils 12 über den Düsenraumzulauf 23 den Düsenraum 19 beaufschlagt. Der Düsenraum 19 umschließt das mehrteilig ausgebildete Ein- spritzventilglied 11 an einer Druckstufe 46. Sowohl der erste Federraum 40 als auch das mehrteilige Einspritzventilglied 11 stehen mit niederdruckseitigen Rückläufen 44 beziehungsweise 45 in Verbindung, über welche Leckage abgeführt werden kann. Dazu sind sowohl am ersten Düsennadelteil 15 wie auch am zweiten Düsennadelteil 16 Öffnungen 48 ausgebildet, über welche die Führungsleckage in den zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 45 abzuströmen vermag.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante gemäß Figur 4 steht der zweite Federraum 41 über eine Überströmleitung 49 mit dem Steuerventil 12 in Verbindung. Von der Über- Strömleitung 49 zweigt ein weiterer niederdruckseitiger Rücklauf 47 ab, in welchem eine Drosselstelle 50 aufgenommen ist.
Bei der Ansteuerung des das Steuerventil 12 betätigenden Aktors wird dieses geöffnet. Dabei sind zu Beginn der Öffnungsbewegung entsprechend einem bestimmten Hubbereich des Steuerventils 12 beide Durchflussquerschnitte dieses Ventils gleichzeitig geöffnet. Dies bedeutet, dass ein geringer Anteil an Kraftstoff bereits zu Beginn der Öffnungsphase des Steuerventils 12 direkt in die Leckage über die Überströmleitung in den niederdruckseitigen Rücklauf 47 abgesteuert wird. Dieser Anteil kann erfindungsgemäß auf die Rückseite, d.h. die Stirnfläche 27, des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 gelenkt werden und somit zur kurzzeitigen Erhöhung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 genutzt werden. Die kurzzeitige Öffnungsdruckerhöhung am zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 dient zur Stabilisierung des Öffnungsverhaltens des zweiten Düsennadelteils 16. Dies bedeutet, dass die im Düsenraum 19 bei dessen Druckbeaufschlagung sich einstellenden Druckschwingungen noch nicht zu einem vorzeitigen Öffnen des zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteils 16 führen. Erst wenn nach einer bestimmten, von der Dimensionierung der Drosselstelle 50 abhängigen Zeit der Druck auf die Stirnfläche 25 des zweiten Düsennadelteils 16 abgebaut ist, erfolgt ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16. Ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 kann somit unabhängig von Druckschwingungen im Düsenraum 19 für alle Kraftstoffinjektoren (vgl. Figur 1, Positionen 5, 6, 7, 8) gleichförmig gestaltet werden. Dies erlaubt einen Ausgleich von Bauteiltoleranzen beziehungsweise einen Ausgleich von Hub-Hubstreuungen. Das Steuerventil 12 kann kurz vor der Einspritzung angesteuert werden. Die Ansteuerdauer des Steuerventils 12 ist so kurz bemessen, dass noch keine Kraftstoffeinspritzung aufgrund einer Öffnung des äußeren Nadelteils 15 erfolgt. Demnach gelangt Kraftstoff über die Überströmleitung 49 in den Federraum 41 und führt dort zu einer Erhöhung des Druckniveaus. Dies führt zu einer Erhöhung des Öffnungsdruckes des inneren Nadelteils 16. Durch die Auslegung der Drosselstelle 50 wird die Zeit bestimmt, innerhalb der der Druck innerhalb des Federrau- mes 41 wieder auf Leckagedruckniveau abgebaut wird. Damit lässt sich eine variable Steuerung des Öffnungszeitpunktes des inneren Nadelteils 16 erreichen.
Gleichzeitig kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gegen Ende der Ein- spritzung die Absteuermenge über den zweiten Federraum 41, welche die Stirnfläche 27 des zweiten, innenliegenden Düsennadelteils 16 beaufschlagt, geführt werden. Da das zweite Federelement 22 eine geringere Vorspannung erzeugt als das Federelement 21, welches das erste Düsennadelteil 15 beaufschlagt, kann das Schließen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 gegen Einspritzende beschleunigt werden.
Durch die Dimensionierung des Drosselelementes 50 in Leckagerücklauf 47 kann die Zeit bestimmt werden, während der die Öffnungsdruckerhöhung am zweiten Düsennadelteil 16 wirksam ist. Dadurch ist ein Öffnen des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 während bestimmter, im Düsenraum 19 auftretender Druckschwingungsamplituden ausgeschlossen. Damit wird ein Mengenspringen, welches durch die bei Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einhergehenden Druckschwingungen verursacht wird, ausgeschlossen. Weitere Einflussmöglichkeiten hinsichtlich der Hubstabilisierung des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteils 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 sind durch die Dimensionierung der hydraulisch wirksamen, den zweiten Federraum 41 begrenzenden Stirnfläche 27 am zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 gegeben. Schließlich kann durch die Auslegung des zweiten Federelementes 22, welches im zweiten Federraum 41 aufgenommen ist, der Öffnungsdruck des zweiten Düsennadelteils 16 gezielt eingestellt werden. Auch gemäß der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante des der Erfindung zugrunde- liegenden Gedankens erfolgt eine Absteuerung der Führungsleckage zwischen den Düsen- nadelteilen 15, 16 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 11 über die Öffnungen 48, die ihrerseits mit einem zweiten Ablauf 45 in den Niederdruckbereich in Verbindung stehen.
Durch die erfϊndungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann verhindert werden, dass bei einem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied 11, einen äußeren, ersten Düsennadelteil 15 und einen von diesem umschlossenen zweiten, innenliegend angeordneten Düsennadelteil 16 umfassend, das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 öffnet, sobald der Druck im Düsenraum 19 das Öffnungsdruckniveau des innenliegend angeordneten Dü- sennadelteils 16 erreicht. Sich abhängig von der Genauigkeit der Einstellung des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteiles 16 einstellende Schwankungen des Öffnungsdruckes des innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16, sind nunmehr ausgeschlossen. Dies gilt ebenso für von den Bauteiltoleranzen und deren Veränderung über die Betriebszeit des Injektors abhängige Schwankungen des Öffnungsdruckes am innenliegend angeordneten zweiten Düsennadelteil 16. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gemäß der in Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsvarianten vermieden, dass die sich bei Druckbeaufschlagung des Düsenraumes 19 mit dem aus dem Speicherraum 4 zuströmenden, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einstellenden Druckamplituden das innenliegend angeordnete zweite Düsennadelteil 16 unbeabsichtigt öffnet.
12 I
BezuRSzeichenliste
1 Kraftstoffförderaggregat 46 Druckstufe
1.1 Vorförderaggregat 47 Leckageablauf
2 Kraftstofftank 48 Leckageöffnungen
3 Kraftstoff 49 Überströmleitung
4 Speicherraum (Common Rail) 50 Drosselstelle
5 erster Injektor
6 zweiter Injektor
7 dritter Injektor
8 vierter Injektor
9 Injektorkörper
10 Brennraum
11 Einspritzventilglied
12 Steuerventil
13 Federraum
14 Anschlag
15 erstes Düsennadelteil
16 zweites Düsennadelteil
17 erste Öffnungen
18 zweite Öffnungen
19 Düsenraum
20 Ringspalt
21 erstes Federelement
22 zweites Federelement
23 Düsenraumzulauf
24 niederdruckseitiger Rücklauf
25 Sitz des ersten Düsennadelteils 15
26 Sitz des zweiten Düsennadelteils 16
27 Stirnseite zweites Düsennadelteil 16
40 erster Federraum
41 zweiter Federraum
42 Steuerkolben 43 erste Stirnseite Steuerkolben
43* zweite Stirnseite Steuerkolben
44 weiterer niederdruckseitiger Ablauf
45 weiterer niederdruckseitiger Ablauf

Claims

Patentansprüche,
1. Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum (10) einer Verbren- nungskraftmaschine mit einem mehrteiligen Einspritzventilglied (11), welches ein mit ersten Einspritzöffnungen (17) zusammenwirkendes erstes Düsennadelteil (15) und ein mit zweiten Einspritzöffnungen (18) zusammenwirkendes zweites Düsennadelteil (16) aufweist, wobei die Düsennadelteile (15, 16) des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes (11) unabhängig voneinander über Federelemente (21, 22) beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die die Düsennadelteile (15, 16) vorspannenden
Federelemente (21, 22) in voneinander getrennten Federräumen (40, 41) untergebracht sind, wobei eine dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnete hydraulisch wirksame Fläche (27, 43) mit einem das Öffnungsdruckniveau des zweiten Düsennadelteils (16) erhöhenden Druck beaufschlagbar ist.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Düsennadelteil (16) des mehrteiligen Einspritz ventilgliedes (11) eine den zweiten Federraum (41) begrenzende Stirnfläche (27) aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnete zweite Federraum (41) über einen oder mehrere nieder- druckseitige Rückläufe (47) oder über eine sich von einem Steuerventil (12) aus erstreckende Überströmleitung (49) druckbeaufschlagbar ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im zweiten Federraum (41) aufgenommene zweite Federelement (22) an einem Steuerkolben (42) anliegt, dessen Stirnseite (43) niederdruckseitig druckbeaufschlagt ist.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federraum (41) bei Betätigung des Steuerventils (12) über die Überströmleitung (49) mit einem abgesteuerten Kraftstoffvolumen beaufschlagbar ist.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (49) einen ein Druckhalteelement (50) aufweisenden niederdruckseitigen Rücklauf (47) enthält.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteelement als Drosselstelle (50) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federraum (41), welcher dem zweiten Düsennadelteil (16) zugeordnet ist, über ein Vorförderag- gregat (1.1), welches dem Kraftstoffförderaggregat (1) zur Beaufschlagung eines Spei- cherraumes (4) vorgeschaltet ist, mit dem Vorförderdruckniveau beaufschlagt ist.
9. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (42) mit einem dessen Maximalhub begrenzenden Anschlag des zweiten Federraumes (41) zusammenwirkt.
PCT/DE2004/000739 2003-06-12 2004-04-08 Vorrichtung zum einspritzen von kraftstoff mit hubstabilisiertem einspritzventilglied WO2004111428A1 (de)

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DE2003126506 DE10326506A1 (de) 2003-06-12 2003-06-12 Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff mit hubstabilisiertem Einspritzventilglied

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