WO2005014998A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung, insbesondere für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung, insbesondere für eine brennkraftmaschine mit kraftstoff-direkteinspritzung Download PDF

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Hans-Christoph Magel
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    • F02M63/0045—Three-way valves

Definitions

  • the object of the present invention is to develop a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that it is as compact as possible and has good efficiency.
  • At least one partial element preferably on both partial elements, in the region of the joint there are radially outwardly extending guide sections, the radially outer end faces of which rest on the wall of the housing recess in sliding play.
  • Such individual guide sections enable fluid transport in a radially outside of the outer
  • FIG. 4 shows a diagram in which a stroke of two valve elements of the fuel injection device from FIG. 2 is plotted in a first operating state
  • the outer valve element 32 is stroke-controlled. This means that the upper end face of the guide section 36 of the upper partial element 32a of the outer valve element 32 in FIG. 2 is designed as a hydraulic control surface 72, which together with the wall of the housing recess 30 forms a hydraulic control chamber 74 limited.
  • the control chamber 74 is connected to the high-pressure duct 62 via an inlet throttle 76.
  • an outlet throttle 78 leads from the control chamber 74 to a valve chamber 80 of a 2/2-way switching valve 82.
  • Its switching element 84 is coupled to a piezo actuator 88 via a hydraulic coupling chamber 86. In a first switching position of the switching valve 82, the valve chamber 80 is connected to the high-pressure duct 62 via a branch duct 90. In a second switching position, this connection is interrupted and the valve chamber 80 is instead connected to the low pressure connection 24.
  • Exit channels 56 releases (see. Lift curve 92 in Figure 4).
  • the pressure chamber 67 is now also connected to the high-pressure connection 20, so that a fluid pressure (approximately at the level of the pressure Pl) is also present on the pressure surface 66 of the inner valve element 34, which generates a hydraulic force acting there in the opening direction; however, the force acting in the closing direction by the compression spring 54 predominates, so that the inner valve element 34 remains closed (curve 94 in FIG. 4).
  • the switching valve 82 is brought back into its starting position.
  • the switching valve 82 is returned to its starting position, in which the valve chamber 80 is connected to the high-pressure connection 20. Now the pressure in the control chamber 74 rises again, so that the outer valve element 32 closes. This will
  • Pressure chamber 67 of the inner valve element 34 is separated from the annular space 60, so that the force applied to the pressure surface 66 drops and the inner valve element 34 can be pressed back into its closed position by the compression spring 54.
  • the fluid channels 55 and 59 ensure that the cavity 52 is relieved of pressure and the opening movement of the inner valve element 34 is not impaired by leakage fuel which passes between the two guide sections 44 and 46 and between the sealing edge 40 and the end face 42.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) umfasst ein Gehäuse (28) und eine Gehäuseausnehmung (30). In dieser sind zwei zueinander koaxial angeordnete Ventilelemente (32, 34) eingesetzt, denen jeweils mindestens ein Kraftstoff-Austrittskanal (56, 58) zugeordnet ist. Ferner ist ein Hochdruckanschluss (20) vorhanden. Es wird vorgeschlagen, dass das äussere Ventilelement (32) hubgesteuert und das innere Ventilelement (34) insoweit druckgesteuert ist, als es von einer Spanneinrichtung (54) in Schliessrichtung beaufschlagt wird und eine Druckfläche (66) aufweist, deren Kraftresultierende in Öffnungsrichtung weist und einen Druckraum (67) begrenzt, wobei der Druckraum (67) in einer Stellung des äusseren Ventilelements (32) mit einem Steuerdruckanschluss (20) und in einer anderen Stellung des äusseren Ventilelements (32) von dem Steuerdruckanschluss (20) getrennt ist.

Description

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung, mit einem Gehäuse und einer Gehäuseausnehmung, mit zwei in der Gehäuseausnehmung zueinander koaxial angeordneten Ventilelementen, denen jeweils mindestens ein Kraftstoff- Austrittskanal zugeordnet ist, und mit einem Hochdruckanschluss .
Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 100 58 153 AI bekannt. Die dort gezeigte Einspritzdüse verfügt über zwei separat steuerbare Ventilelemente, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das äußere Ventilelement ist druckgesteuert. Dies bedeutet, dass es von einer Druckfeder in Schließrichtung beaufschlagt wird und eine Druckfläche aufweist, deren Kraftresultierende in Öffnungsrichtung zeigt. Ein Druckraum, der von der Druckfläche begrenzt wird, ist mit einem Steuerdruckanschluss verbunden, an dem ein variabler Hydraulikdruck bereitgestellt werden kann. Der Steuerdruck ist gleichzeitig auch der Einspitzdruck.
Das innere Ventilelement ist hubgesteuert. Dies bedeutet, dass es von einer Druckfeder in Schließstellung beaufschlagt wird, und dass es eine Steuerfläche aufweist, deren Kraftresultierende in Schließrichtung wirkt und einen Steuerraum begrenzt. Dieser kann über ein Schaltventil wahlweise mit einem Hochdruckanschluss oder mit einem Niederdruckanschluss verbunden werden. Sinkt der Druck im Steuerraum, öffnet das innere Ventilelement.
Der Grund für derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen mit zwei Ventilelementen liegt darin, dass die Kraftstoff- Austrittskanäle, durch die der Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, möglichst klein sein sollten, bei gleichzeitig möglichst hohem Einspritzdruck. Hierdurch kann eine gute Zerstäubung des eingespritzten KraftstoffStrahles erreicht werden. Soll jedoch eine große Kraftstoffmenge eingespritzt werden, können bei der bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung durch das zusätzliche Ventilelement zusätzliche Kraftstoff- Austrittskanäle freigegeben werden.
Ferner ist aus der DE 101 22 256 AI ein Common-Rail-
Injektor bekannt, der über ein einziges hubgesteuertes Ventilelement verfügt. Derartige Common-Rail-Injektoren sind bereits in großem Umfange in Einsatz.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie möglichst kompakt baut und einen guten Wirkungsgrad hat.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das äußere Ventilelement hubgesteuert und das innere Ventilelement insoweit druckgesteuert ist, als es von einer Spanneinrichtung in Schließrichtung beaufschlagt wird und eine Druckfläche aufweist, deren Kraftresultierende in Öffnungsrichtung weist und einen Druckraum begrenzt, wobei der Druckraum in einer Stellung des äußeren Ventilelements von dem Steuerdruckanschluss getrennt ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzvorrichtung hat den Vorteil, dass dann, wenn nur vergleichsweise geringe Kraftstoffmengen eingespritzt werden sollen, die Einspritzung auf der Basis eines hubgesteuerten Ventilelements erfolgt. Hierdurch kann auch bei einem sehr geringen Einspritzdruck der Kraftstoff sicher und mit der gewünschten Einspritzdauer und dem gewünschten Einspritzverlauf in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden. Dies sorgt insbesondere im Niedrig- und Teillastbetrieb für ein gutes Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine. Gleichzeitig baut die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung einfach, da die Verbindung des dem inneren Ventilelement zugeordneten Druckraums mit dem Steueranschluss durch die Stellung des äußeren Ventilelements gesteuert und damit eine einfache Drucksteuerung des inneren Ventilelements ermöglicht wird. Zusätzliche Ventileinrichtungen zum Öffnen und Schließen. des inneren Ventilelements sind nicht erforderlich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Steuerdruckanschluss und der Hochdruckanschluss identisch sind, dass die Druckfläche am brennraumseitigen Ende des inneren Ventilelements angeordnet ist, und dass die Spanneinrichtung und die Größe der Druckfläche so aufeinander abgestimmt sind, dass das innere Ventilelement nur öffnet, wenn ein bestimmter Druck am Hochdruckanschluss anliegt .
Auch die Anschlüsse zur Steuerung der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung können beibehalten werden, da kein zusätzlicher Steuerdruckanschluss erforderlich ist. Stattdessen wird die Änderung des an der Druckfläche des inneren Ventilelements anliegenden Steuerdrucks einfach durch das Öffnen und Schließen des äußeren Ventilelements bewirkt. Dabei öffnet das innere Ventilelement jedoch nur, wenn am Hochdruckanschluss ein bestimmter minimaler Druck anliegt. Die entsprechende Kraftstoff-Einspritzvorrichtung baut daher zusätzlich vergleichsweise kompakt.
Vorgeschlagen wird auch, dass die Vorspanneinrichtung in einem Hohlraum im äußeren Ventilelement untergebracht ist, sie sich also direkt am äußeren Ventilelement abstützt. Dies hat mehrere Vorteile: Zum Einen muss der hydraulische Steuerraum, der dem äußeren Ventilelement zugeordnet ist, vom inneren Ventilelement nicht durchquert werden.
Entsprechende Abdichtungsprobleme sind daher bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung unbekannt. Dies führt auch dazu, dass ein Steuerventil, mit dem der Druck im hydraulischen Steuerraum beeinflusst wird, sehr nahe an diesem Steuerraum angeordnet werden kann, was die Reaktionszeiten verkürzt und es somit gestattet, den Kraftstoff mit besonders hoher Präzision einzuspritzen.
Zum Anderen ist es sogar möglich, bei bestehenden Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen (beispielsweise einer solchen, wie sie in der DE 101 22 256 AI gezeigt ist) , die nur über ein hubgesteuertes Ventilelement verfügen, dieses durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes äußeres Ventilelement mit einem in dieses integrierten inneren Ventilelement zu ersetzen, und einen neuen Düsenkörper mit einer zusätzlichen Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen vorzusehen, um eine erfindungsgemäße Kraftstoff- Einspritzvorrichtung zu schaffen. Wesentliche Teile bisheriger Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen können somit weiter verwendet werden, was die Herstellkosten erheblich senkt und es ermöglicht, die erfindungsgemäße Vorrichtung in bestehenden Brennkraftmaschinen nachrüsten zu können.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine Fluidverbindung umfasst, welche den Hohlraum mit einem Niederdruckanschluss verbindet. Ein solcher Niederdruckanschluss ist bei allen hubgesteuerten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen ohnehin vorhanden. Durch die Verbindung des Hohlraums mit dem Niederdruckanschluss wird diese druckentlastet, was die freie Bewegung des inneren Ventilelements erleichtert.
Die Fluidverbindung kann einen ersten Fluidkanal umfassen, der von dem Hohlraum zu einer Führungsfläche des äußeren Ventilelements führt, mit der das äußere Ventilelement in der Gehäuseausnehmung fluiddicht geführt ist, und im Gehäuse kann in Höhe der Mündung des ersten Fluidkanals eine Mündung eines zweiten Fluidkanals angeordnet sein, der zum Niederdruckanschluss führt. Im Bereich der Führungsfläche des äußeren Ventilelements, die ohnehin erforderlich ist, liegt eine gute Abdichtung zwischen dem äußeren Ventilelement und der Gehäuseausnehmung vor. In diesem Bereich kann der Fluidkanal, durch den der Hohlraum mit dem Niederdruckanschluss verbunden wird, daher ohne zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen mit der im Gehäuse vorhandenen Weiterführung verbunden werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das äußere Ventilelement mindestens zwei axiale Teilelemente umfasst, welche im Bereich des Hohlraums aneinander stoßen. Auf diese Weise wird die Integration des inneren Ventilelements und der Spanneinrichtung in das äußere Ventilelement vereinfacht, was die Fertigungskosten senkt. Darüber hinaus erhält man hierdurch eine größere Gestaltungsfreiheit für die Außenform des äußeren Ventilelements.
Dabei ist es vorteilhaft, dass mindestens eines der Teilelemente im Bereich des Stoßes in der Gehäuseausnehmung geführt ist. Durch die Führung im Bereich des Stoßes werden Querkräfte zuverlässig aufgenommen. In diesem Fall kann auf eine starre Befestigung des einen Teilelements am anderen Teilelement gegebenenfalls verzichtet werden, ohne dass die Abdichtung des Hohlraums im Stoßbereich verschlechtert wird.
In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass an mindestens einem Teilelement, vorzugsweise an beiden Teilelementen, im Bereich des Stoßes sich radial nach außen erstreckende Führungsabschnitte vorhanden sind, deren radial äußere Stirnflächen an der Wand der Gehäuseausnehmung im Gleitspiel anliegen. Derartige einzelnen Führungsabschnitte ermöglichen einen Fluidtransport in einem radial außerhalb des äußeren
Ventilelements vorhandenen Ringraum durch die Zwischenräume zwischen den Führungsabschnitten hindurch.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an einem Teilelement eine Dichtkante vorhanden ist, welche am anderen Teilelement anliegt. Hierdurch wird die Abdichtung des Hohlraums gegenüber der Außenumgebung nochmals verbessert. Dies ist besonders dann wichtig, wenn außerhalb des äußeren Ventilelements ein Ringraum vorhanden ist, in dem ein hoher Fluiddruck herrscht .
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine Dichthülse umfasst, welche mit einer radial innen liegenden Umfangsflache fluiddicht an einem Teilelement und mit einer axialen Dichtkante an einer Stirnfläche des anderen Teilelements anliegt. Hierdurch können die einzelnen Teilelemente des äußeren Ventilelements einfach hergestellt werden, da die Dichtfunktion von der Dichthülse übernommen wird.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Dichthülse von einer Spanneinrichtung gegen die Stirnfläche des anderen Teilelements gedrückt wird, und dass die Spanneinrichtung in Schließrichtung des äußeren Ventilelements wirkt. Eine derartige Spanneinrichtung sorgt daher auch dann, wenn im Steuerraum des äußeren Ventilelements kein hoher Fluiddruck herrscht, für ein sicheres Schließen des äußeren Ventilelements. Als zusätzliche Funktion sorgt die Spanneinrichtung noch für eine gute Abdichtung zwischen den beiden Teilelementen, da sie die erforderlichen Anpresskraft der Dichthülse an der Stirnfläche des anderen Teilelements bereitstellt.
Zeichnungen
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines KraftstoffSystems mit einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung; Figur 2 einen Teilschnitt durch einen Bereich eines ersten Ausführungsbeispiels der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 1;
Figur 3 ein Diagramm, in dem ein Druck an einem Hochdruckanschluss der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 2 über der Zeit bei zwei unterschiedlichen Betriebszuständen aufgetragen ist;
Figur 4 ein Diagramm, in dem ein Hub von zwei Ventilelementen der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 2 in einem ersten Betriebszustand aufgetragen ist;
Figur 5 eine Darstellung ähnlich Figur 4 in einem zweiten Betriebszustand;
Figur 6 einen Teilschnitt durch einen Bereich eines zweiten Ausführungsbeispiels der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung von Figur 1; und
Figur 7 einen Teilschnitt ähnlich Figur 6 durch ein drittes Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein KraftstoffSystem trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Fördereinrichtung 14 den Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Sammelleitung ("rail") 16 fördert. Die Fördereinrichtung kann eine oder mehrere Kraftstoffpumpen umfassen. In der Kraftstoff-Sammelleitung 16 ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert. An die Kraftstoff-Sammelleitung 16 sind mehrere Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen angeschlossen, von denen in Figur 1 nur eine mit dem Bezugszeichen 18 gezeigt ist. Der Anschluss der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 an die Kraftstoff-Sammelleitung 16 erfolgt über einen Hochdruckanschluss 20. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 spritzt den Kraftstoff direkt in einen ihr unmittelbar zugeordneten Brennraum 22 ein. Von einem Niederdruckanschluss 24 führt eine Niederdruckleitung 26 zum Kraftstoffbehälter 12 zurück.
Ein Bereich der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 ist stärker im Detail in Figur 2 gezeigt: Danach besitzt die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 ein mehrteiliges Gehäuse 28, in dem eine Gehäuseausnehmung 30 vorhanden ist. In dieser sind zwei zueinander koaxiale Ventilelemente angeordnet, nämlich ein äußeres Ventilelement 32 und ein inneres Ventilelement 34.
Das äußere Ventilelement 32 ist zweiteilig ausgeführt. Ein in Figur 2 oberes Teilelement 32a weist einen Führungsabschnitt 36 auf, mit dem es im fluiddichten Gleitsitz in der Gehäuseausnehmung 30 geführt ist. An das in Figur 2 untere Ende des Führungsabschnitts 36 ist ein umlaufender Kragen 38 angeformt, an dem eine sich zum unteren Teilelement 32b erstreckende umlaufende Dichtkante 40 ausgebildet ist. Diese liegt an einer Stirnfläche 42 eines unteren Teilelements 32b, die zum oberen Teilelement 32a hinweist, an.
Die Stirnfläche 42 ist ringscheibenförmig, denn das untere Teilelement 32b ist ähnlich einer langgestreckte Hülse mit einer sacklochartigen Ausnehmung 43 ausgebildet. In einem Führungsabschnitt 44 des unteren Teilelements 32b ist ein entsprechender Führungsabschnitt 46 des inneren Ventilelements 34 im Gleitsitz fluiddicht geführt. Das innere Ventilelement 34 ist somit vollständig in das äußere Ventilelement 32 integriert. Der Führungsabschnitt 44 hat einen kleineren Durchmesser als der Rest des Teilelements 32b. Das in Figur 2 obere Ende des Führungsabschnitts 46 des inneren Ventilelements 34 erstreckt sich in den Bereich des unteren Teilelements 32b mit größerem Durchmesser hinein und endet in einem umlaufenden Kragen 48. An diesen ist in Figur 2 nach oben hin ein zylindrischer Fortsatz 50 angeformt .
Es versteht sich, dass bei geschlossenen Ventilelementen 32 und 34 zwischen den in Figur 2 oberen Ende des zylindrischen Fortsatzes 50 des inneren Ventilelements 34 und dem in Figur 2 unteren Ende des Führungsabschnitts 36 des äußeren Ventilelements 32 ein Spalt vorhanden ist, der eine Relativbewegung des inneren Ventilelements gegenüber dem äußeren Ventilelements 32 ermöglicht.
In einem zwischen dem zylindrischen Fortsatz 50 und der Ausnehmung 43 im unteren Teilelement 32b gebildeten ringförmigen Hohlraum 52 ist zwischen dem Kragen 48 und einer in Figur 2 unteren Stirnfläche (ohne Bezugszeichen) des oberen Teilelements 32a eine Druckfeder 54 verspannt. Durch diese wird das innere Ventilelement 34 in Schließrichtung beaufschlagt. Ein Fluidkanal 55 mit einem axialen und einem radialen Teilabschnitt führt im oberen Teilelement 32a des äußeren Ventilelements 32 vom Hohlraum 52 zu einer in der äußeren Mantelfläche des
Führungsabschnitts 36 ausgebildeten umlaufenden Ringnut 57. Dieser gegenüber liegt die Mündung eines im Gehäuse 28 ausgebildeten Fluidkanals 59, der zum Niederdruckanschluss 24 führt. Dem äußeren Ventilelement 32 ist am in Figur 2 unteren Ende des Gehäuses 28 eine umlaufende Reihe von Kraftstoff- Austrittskanälen 56 zugeordnet. Analog hierzu ist auch dem inneren Ventilelement 34 eine eigene umlaufende Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 58 zugeordnet. Diese sind bei geöffneten Ventilelementen 32 und 34 über einen zwischen dem äußeren Ventilelement 32 und der Gehäuseausnehmung 30 gebildeten Ringraum 60 und einen Hochdruckkanal 62 mit dem Hochdruckanschluss 20 verbunden. Geschlossen sind die Ventilelemente 32 und 34 dann, wenn sie mit einer unmittelbar stromaufwärts von der jeweiligen Reihe von Kraftstoff-Austrittskanälen 56 bzw. 58 vorhanden Dichtkante (ohne Bezugszeichen) an der Wand der Gehäuseausnehmung 30 anliegen.
Um eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft bereitstellen zu können, ist unmittelbar stromaufwärts von der Dichtkante am äußeren Ventilelement 32 eine Druckfläche 64a und etwa auf halber Höhe eine weitere Druckfläche 64b vorhanden. Analog hierzu weist das innere Ventilelement 34 an seinem unteren Ende eine Druckfläche 66 auf, welche einen Druckraum 67 begrenzt. Hierauf wird weiter unten noch stärker im Detail eingegangen. Eine in Schließrichtung wirkende Kraft wird auf das äußere Ventilelement 32 durch eine Druckfeder 68 ausgeübt, die sich einerseits am Gehäuse 28 und andererseits über ein Ringelement 70 am Kragen 38 des oberen Teilelements 32a des äußeren Ventilelements 32 abstützt.
Das äußere Ventilelement 32 ist hubgesteuert. Dies bedeutet, dass die in Figur 2 obere Stirnfläche des Führungsabschnitts 36 des oberen Teilelements 32a des äußeren Ventilelements 32 als hydraulische Steuerfläche 72 ausgebildet ist, die zusammen mit der Wand der Gehäuseausnehmung 30 einen hydraulischen Steuerraum 74 begrenzt. Der Steuerraum 74 ist zum Einen über eine Zulaufdrossel 76 mit dem Hochdruckkanal 62 verbunden. Zum Anderen führt eine Ablaufdrossel 78 vom Steuerraum 74 zu einer Ventilkammer 80 eines 2/2-Schaltventils 82. Dessen Schaltelement 84 ist über einen hydraulischen Koppelraum 86 mit einem Piezoaktor 88 gekoppelt. In einer ersten Schaltstellung des Schaltventils 82 ist die Ventilkammer 80 über einen Stichkanal 90 mit dem Hochdruckkanal 62 verbunden. In einer zweiten Schaltstellung ist diese Verbindung unterbrochen und die Ventilkammer 80 stattdessen mit dem Niederdruckanschluss 24 verbunden.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 18 arbeitet folgendermaßen :
Zunächst wird angenommen, dass am Hochdruckanschluss 20 der Kraftstoff ein erstes Druckniveau Pl (vergleiche Figur 3) aufweist. Dieses wird auf hier nicht näher dargestellte Art und Weise je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in der Kraftstoff-Sammelleitung 16 eingestellt. In der
Ausgangslage befindet sich das Schaltventil 82 in der ersten Schaltstellung, in der die Schaltkammer 80 mit dem Hochdruckanschluss 20 verbunden und vom Niederdruckanschluss 24 getrennt ist. Einerseits über die Zulaufdrossel 26 und andererseits auch über die
Ablaufdrossel 78 ist daher der Steuerraum 74 ausschließlich mit dem Hochdruckanschluss 20 verbunden. Im Steuerraum 74 herrscht somit ein vergleichsweise hoher Druck.
Gleichzeitig herrscht auch im Ringraum 60 der am
Hochdruckanschluss 20 anliegende hohe Kraftstoffdruck, und an den Druckflächen 64a und 64b wirken entsprechende hydraulische Kräfte in Öffnungsrichtung des äußeren Ventilelements 32. Die an der Steuerfläche 72 in Schließrichtung wirkende hydraulische Kraft überwiegt jedoch aufgrund der Flächenverhältnisse gegenüber den in Öffnungsrichtung wirkenden Kräften, so dass das äußere Ventilelement 32 mit seiner Dichtkante an der Wand der Gehäuseausnehmung 30 anliegt. Somit kann kein Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittskanälen 56 und 58 austreten. Der Druckraum 67 ist dabei durch das äußere Ventilelement 32 vom Hochdruckanschluss 20 getrennt. In ihm herrscht daher in etwa der im Brennraum 22 herrschende Druck.
Um Kraftstoff in den Brennraum 22 einzuspritzen, wird das
Schaltventil 82 in seine zweite Schaltposition gebracht, in der die Ventilkammer 80 nicht mit dem Hochdruckanschluss 20, sondern mit dem Niederdruckanschluss 24 verbunden ist. Jetzt kann Kraftstoff aus dem Steuerraum 74 abströmen, so dass der Druck im Steuerraum 74 sinkt. Bei dem äußeren
Ventilelement 32 bekommen nun die an den Druckflächen 64a und 64b in Öffnungsrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte das Übergewicht, so dass das äußere Ventilelement 32 mit seiner Dichtkante von der Wand der Gehäuseausnehmung 30 abhebt und den Weg vom Ringraum 60 zu den Kraftstoff-
Austrittskanälen 56 freigibt (vgl. Hubkurve 92 in Figur 4). Zwar ist nun auch der Druckraum 67 mit dem Hochdruckanschluss 20 verbunden, so dass auch an der Druckfläche 66 des inneren Ventilelements 34 ein Fluiddruck (ungefähr auf dem Niveau des Drucks Pl) anliegt, der dort eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft erzeugt; die durch die Druckfeder 54 in Schließrichtung wirkende Kraft überwiegt jedoch, so dass das innere Ventilelement 34 geschlossen bleibt (Kurve 94 in Figur 4). Um die Einspritzung zu beenden, wird das Schaltventil 82 wieder in seine Ausgangsstellung gebracht.
Wenn auch durch die dem inneren Ventilelement 34 zugeordneten Kraftstoff-Austrittskanäle 58 Kraftstoff in den Brennraum 22 eingespritzt werden soll, wird der Druck am Hochdruckanschluss 20 beispielsweise auf das Druckniveau P2 (vergleiche Figur 3) angehoben. Nun herrscht im Druckraum 67 bei geöffnetem äußerem Ventilelement 32 ein entsprechend höherer Druck und an der Druckfläche 66 des inneren Ventilelements 34 liegt eine entsprechend höhere in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft an, die gegenüber der von der Druckfeder 54 ausgeübten in Schließrichtung wirkenden Kraft überwiegt. Daher hebt nun die Dichtkante des inneren Ventilelements 34 von der Wand der Gehäuseausnehmung 30 ab und gibt die Verbindung vom Ringraum 60 zu den Kraftstoff-Austrittskanälen 58 frei (vergleiche Figur 5) . Kraftstoff wird nun durch beide Reihen von Kraftstoff-Austrittskanälen 56 und 58 in den Brennraum 22 eingespritzt.
Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Schaltventil 82 wieder in seine Ausgangsstellung gebracht, in der die Ventilkammer 80 mit dem Hochdruckanschluss 20 verbunden ist. Nun steigt der Druck im Steuerraum 74 wieder, so dass das äußere Ventilelement 32 schließt. Hierdurch wird der
Druckraum 67 des inneren Ventilelements 34 vom Ringraum 60 getrennt, so dass die an der Druckfläche 66 anliegende Kraft abfällt und das innere Ventilelement 34 von der Druckfeder 54 wieder in seine geschlossene Position gedrückt werden kann. Durch die Fluidkanäle 55 und 59 wird sichergestellt, dass der Hohlraum 52 druckentlastet ist und die Öffnungsbewegung des inneren Ventilelements 34 durch Leckagekraftstoff, welcher zwischen den beiden Führungsabschnitten 44 und 46 und zwischen der Dichtkante 40 und der Stirnfläche 42 hindurchtritt, nicht beeinträchtigt wird.
Eine alternative Ausführungsform einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung 18 ist in Figur 6 gezeigt. Dabei tragen hier sowie in der nachfolgenden Figur solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu vorhergehenden Ausführungsbeispielen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert.
Die Unterschiede betreffen die Stoßstelle zwischen dem oberen Teilelement 32a und dem unteren Teileelement 32b des äußeren Ventilelements 32: Dort sind jeweils sich nach radial außen erstreckende Führungsabschnitte 96 bzw. 98 angeformt, die mit ihrer radial äußeren Endfläche (ohne Bezugszeichen) an der Wand der Gehäuseausnehmung 30 im Gleitspiel anliegen. Die Führungsabschnitte 96 und 98 sind dabei über den Umfang verteilt angeordnet, und zwischen den einzelnen Führungsabschnitten 96 und 98 sind Freiräume vorhanden, so dass der Kraftstoff weiterhin über den
Ringraum 60 zu den Kraftstoff-Austrittskanälen gelangen kann. Durch die Führungsabschnitte 96 und 98 werden die Teilelement 32a und 32b des äußeren Ventilelements 32 im Bereich der Stoßstelle in der Gehäuseausnehmung 30 geführt.
Die in Figur 7 gezeigte nochmals geänderte Ausführungsform weist eine Dichthülse 100 auf, die mit einer radialen Innenfläche (ohne Bezugszeichen) fluiddicht am oberen Teilelement 32a an liegt und mit einer Dichtkante 40 von der Druckfeder 68 gegen die Stirnfläche 42 des unteren Teilelements 32b gedrückt wird.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18), insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, mit einem Gehäuse (28) und einer Gehäuseausnehmung (30), mit zwei in der Gehäuseausnehmung (30) zueinander koaxial angeordneten Ventilelementen (32, 34), denen jeweils mindestens ein Kraftstoff-Austrittskanal (56, 58) zugeordnet ist, und mit einem Hochdruckanschluss (20) , dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Ventilelement (32) hubgesteuert und das innere Ventilelement (34) insoweit druckgesteuert ist, als es von einer Spanneinrichtung (54) in Schließrichtung beaufschlagt wird und eine Druckfläche (66) aufweist, deren Kraftresultierende in Öffnungsrichtung weist und einen Druckraum (67) begrenzt, wobei der
Druckraum (67) in einer Stellung des äußeren Ventilelements (32) mit einem Steuerdruckanschluss (20) verbunden und in einer anderen Stellung des äußeren Ventilelements (32) von dem Steuerdruckanschluss (20) getrennt ist.
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerdruckanschluss und der Hochdruckanschluss (20) identisch sind, dass die Druckfläche (66) am brennraumseitigen Ende des inneren Ventilelements (34) angeordnet ist, und dass die Spanneinrichtung (54) und die Größe der Druckfläche (66) so aufeinander abgestimmt sind, dass das innere Ventilelement (34) nur öffnet, wenn ein bestimmter Druck am Hochdruckanschluss (20) anliegt.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (54) in einem Hohlraum (52) im äußeren Ventilelement (32) untergebracht ist.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Fluidverbindung (55, 57, 59) umfasst, welche den Hohlraum (52) mit einem Niederdruckanschluss (24) verbindet.
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung einen ersten Fluidkanal (55) umfasst, der vom Hohlraum (52) zu einer Führungsfläche (36) des äußeren Ventilelements (32) führt, mit der das äußere Ventilelement (32) in der Gehäuseausnehmung (30) fluiddicht geführt ist, und dass im Gehäuse (28) in Höhe der Mündung des ersten Fluidkanals (55) eine Mündung eines zweiten Fluidkanals (59) angeordnet ist, der zum Niederdruckanschluss (24) führt.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Ventilelement (32) -mindestens zwei axiale Teilelemente (32a, 32b) umfasst, welche im Bereich des Hohlraums (52) aneinander stoßen.
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Teilelemente (32a, 32b) im Bereich des Stoßes in der Gehäuseausnehmung (30) geführt ist.
8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Teilelement, vorzugsweise an beiden Teilelementen (32a, 32b) , im Bereich des Stoßes sich radial nach außen erstreckende Führungsabschnitte (96, 98) vorhanden sind, deren radial äußere Stirnflächen an der Wand der Gehäuseausnehmung (30) im Gleitspiel anliegen.
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Teilelement (32a) eine Dichtkante (40) vorhanden ist, welche am anderen Teilelement (32b) anliegt.
10. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dichthülse (100) umfasst, welche mit einer radialen Innenfläche fluiddicht am einen Teilelement (32a) und mit einer axialen Dichtkante (40) an einer Stirnfläche (42) des anderen Teilelements (32b) anliegt.
11. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (18) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (100) von einer Spanneinrichtung (68) gegen die Stirnfläche (42) des anderen Teilelements (32b) gedrückt wird, und dass die Spanneinrichtung (68) in Schließrichtung des äußeren Ventilelements (32) wirkt.
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