Einspritzdüse und zugehöriges Betriebsverfahren
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftaaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein zugehöriges Betriebsverfehren.
Eine derartige Einspritzdüse ist beispielsweise aus der DE 10058 153 AI bekannt und umfasst eine als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel sowie eine koaxial zur ersten
Düsennadel angeordnete zweite Düsennadel. Mit der ersten Düsennadel ist eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein erstes Spritzloch steuerbar, während mit der zweiten Düsennadel die Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein zweites Spritzloch steuerbar ist. Zur Betätigung der zweiten Düsennadel ist ein Steuerkolben vorgesehen und wirkt mit der zweiten Düsennadel oder mit einem die zweite Düsennadel enthaltenden zweiten Nadelverband axial zusammen. Dieser Steuerkolben ist an einer von den Spritzlöchern abgewandten Steuerfläche in einem Steuerraum angeordnet und dort mit dem darin herrschenden Steuerdruck beaufschlagbar. In einer Schließstellung der zweiten Düsennadel stützt sich der Steuerkolben axial an der zweiten Düsennadel oder am zweiten Nadelverband ab.
Die erste Düsennadel ist bei der bekannten Einspritzdüse direkt mit dem Einspritzdruck steuerbar. Das heißt, die erste Düsennadel öffnet, sobald an einer entsprechenden Druckstufe der ersten Düsennadel ein hinreichend großer Einspritzdruck anliegt. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung nur durch das wenigstens eine erste Spritzloch durchgeführt werden soll, wird der Steuerraum mit einem entsprechend hohen Steuerdruck beaufschlagt, so dass die zweite Düsennadel verschlossen bleibt. Soll eine Kraftstoffeinspritzung zusätzlich durch das wenigstens eine zweite Spritzloch durchgeführt werden, wird im Steuerraum über eine geeignete Einrichtung der Druck abgesenkt, bis der an einer entsprechenden Druckstufe an der zweiten Düsennadel angreifende Einspritzdruck ein
Öffhen der zweiten Düsennadel bewirkt. Die zweite Düsennadel ist somit nicht durch den Einspritzdruck alleine, sondern zusätzlich durch den im Steuerraum unabhängig vom Einspritzdruck vorgebbaren Steuerdruck gesteuert, was auch als Servosteuerung bezeichnet wird. Der Aufwand zur Realisierung einer derartigen Servosteuerung der zweiten Düsennadel zusätzlich zur Direktsteuerung der ersten Düsennadel ist relativ groß.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sowohl die erste Düsennadel als auch die zweite
Düsennadel mit derselben Steuereinrichtung über den Kraftstoffhochdruck steuerbar sind, der von der Kraftstofϊversorgungseinrichtung bereitgestellt wird und an den Dusennadeln in Öffnungsrichtung angreift. Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass der Druck im Steuerraum mit einem Schließdruck gekoppelt wird, der an einem Ventilkörper eines die Kraftstoffeiführungsleitung steuernden Zumessventils in dessen SchUeßrichtung wirkt. Am
Ventilkörper ist hierzu eine Schließdruckfläche ausgebildet, die in einem Schließdruckraum angeordnet ist, der über einen Schließdruckäblauf, in dem ein Steuerventil angeordnet ist, an eine Drucksenke angeschlossen ist. Durch eine Betätigung des Steuerventils kann somit der Schließdruck im Druckraum gesenkt werden, wodurch der Ventilkörper die Kraftstoffzuführungsleitung öffnet. Durch die erfindungsgemäße Kopplung mit dem
Schließdruck sinkt somit auch der Steuerdruck, wodurch die an der zweiten Düsennadel angreifenden Schließkräfte reduziert werden. Bei entsprechender Auslegung hat dies zur Folge, dass die zweite Düsennadel unmittelbar nach dem Öffnen der ersten Düsennadel ebenfalls öffnen kann, da nur relativ niedrige Scrdießkräfte überwunden werden müssen. Die zweite Düsennadel kann somit sehr schnell ansprechen, was die Erzielung kurzer
Einspritzzeiten bei großen Einspritzmengen, zum Beispiel für einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine, vorteilhaft ist. Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil zum Schließen des Schließdruckablaufs angesteuert. Entsprechend kann sich im Schließdruckraum wieder ein erhöhter Schließdruck aufbauen. Beispielsweise ist hierzu der Schließdruckraum auf geeignete Weise mit der Kraftstoffversorgungseinrichtung gekoppelt. Mit dem Schließdruck nimmt auch der Steuerdruck an der zweiten Düsennadel zu, so dass relativ große Schließkräfte in die zweite Düsennadel eingeleitet werden. Der Druckaufbau im Schließdruckraum und somit der Druckaufbau im Steuerraum erfolgen zeitlich vor dem Schließen des Zumessventils. Auf diese Weise herrscht beim Schließen des Zumessventils bereits ein relativ hoher Steuerdruck, so dass die Innennadel schon bei
einem vergleichsweise hohen Druck im über die ]fraftsto:ffzuführungsleitung zugeführten Kraftstoff schließen kann. Dementsprechend reagiert die Innennadel beim Schließen des Zumessventils sehr schnell, was für die Beendigung des Einspritzvorgangs von Vorteil ist. Des Weiteren reduziert der erhöhte Steuerdruck die Gefahr eines Prellens der Innennadel beim Einfahren in den zweiten Dichtsitz. Da das Schließen der zweiten Düsennadel nicht nur durch den abfallenden Kraftstoffdruck, sondern zusätzlich durch den erhöhten Steuerdruck bewirkt wird, ergibt sich hier ein aktives Nadelschließen.
Ein derartiges aktives Nadelschließen kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einspritzdüse auch für die erste Düsennadel realisiert werden, indem die erste Düserrnadel bzw. ein die erste Düsennadel umfassender erster Nadelverband mit einer Zusatzsteuerfläche ausgestattet wird, die ebenfalls im Steuerraum angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in der Schließrichtung der ersten Düsennadel wirkt. Durch diese Bauweise unterstützt der beim Schließen des Zumessventils ansteigende Steuerdruck auch den Schließvorgang der ersten Düsennadel, so dass auch die erste Düsennadel zum
Beendigen des Einspritzvorgangs schneller anspricht. Auch reduziert der Steuerdruck bei der ersten Düsennadel die Gefahr eines Prellens, wenn die erste Düsennadel in den ersten Dichtsitz einfährt.
Erfindungsgetiiäß kann die Einspritzdüse nach der Erfindung so betrieben werden, dass eine Kraftstofifeinspritzung ausschließlich durch das wenigstens eine erste Spritzloch erfolgt. Zu diesem Zweck wird das Steuerventil so angesteuert, dass es den Schüeßdruckablauf abwechselnd öffnet und sperrt, und zwar derart, dass durch die Betätigung des Steuerventils einerseits das Zumessventil zum Öffnen der Kraftstoffzuführungsleitung angesteuert und offengehalten wird. Andererseits erfolgt das alternierende Öffnen und Sperren des SchHeßdruckablaufs so, dass der Druck im Steuerraum über einem vorbestimmten oder einstellbaren Schließhilfsdruck gehalten wird, wobei dieser Schließhilfsdruck so gewählt ist, dass die zweite Düsennadel bis zu einem Kraftstoffhochdruck geschlossen bleibt, der in dem über die geöffnete Krafetoffzuführungsleitung zugeführten Kraftstoff herrscht. Diese Betriebsweise beruht auf der Erkenntnis, dass der vom Zumessventilsitz abgehobene Ventilkörper den Druckänderungen im Schließdruckraum, die durch das getaktete Öffnen und Schließen des Steuerventils hervorgerufen werden, aufgrund seiner Trägheit nicht schnell genug folgen kann, so dass das einmal geöffnete Zumessventil durch das getaktete Öffnen und Schheßen des Steuerventils offen bleibt. Für den Steuerraum bewirkt das wechselweise Öffnen und
Sperren des Schheßdruckablaufs, dass sich im Mittel ein erhöhter Steuerdruck einsteht, der durch eine entsprechende Ansteuerung des Steuerventils gezielt auf einen gewünschten Wert, nämlich den zuvor genannten Schließhilfsdruck einstellen lässt. Dieser Schließhilfsdruck ist dabei so gewählt, dass die zweite Düsennadel bei geöffneter erster Düsennadel und bei vollständig aufgebautem Kraftstoffhochdruck nicht öffnet.
Wenn nun die zweite Düsennadel zeitlich verzögert doch noch geöffnet werden soll oder wenn beide Düsennadeln möglichst zeitnah oder gleichzeitig geöffnet werden sollen, muss das Steuerventil nur in seiner Offenstellung gehalten werden. Der durch den abfallenden Schließdruck ebenfalls abfeilende Steuerdruck reduziert die wirksamen Schließkräfte an der zweiten Düsennadel, wodurch diese bei offener erster Düsennadel dann öffnet. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einspritzdüse kann in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen die Öffnungszeit für die zweite Düsennadel variiert werden. Ebenso lässt sich durch die getaktete Betätigung des Steuerventils bestimmen, ob die zweite Düsennadel überhaupt öffnet.
Des Weiteren ist es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einspritzdüse grundsätzlich möglich, durch eine entsprechend getaktete Betätigung des Steuerventils für den Ofmungsbeginn der zweiten Düsennadel einen gewünschten Öffhungsdruck einzustehen und zu variieren. Die
Einspritzparameter können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einspritzdüse somit besonders vielfältig variiert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Zeichnungen dargesteht und werden im Folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der Erfindung, Fig.2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Entsprechend Fig. 1 umfasst eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, in dem eine erste Düsennadel 3 sowie eine zweite Düsennadel 4 gelagert sind. Dabei ist die erste Düsennadel 3 in einer ersten Nadelführung 5 hubverstellbar gelagert, die im
Düsenkörper 2 ausgebildet ist. Im Unterschied dazu ist die zweite Düsennadel 4 in einer zweiten Nadelführung 6 gelagert, die in der ersten Düsennadel 3 ausgebildet ist. Die erste Düsennadel 3 ist zu diesem Zweck als Hohlnadel ausgestaltet, und die zweite Düsennadel 4 ist koaxial in der ersten Düsennadel 3 angeordnet.
Der Düsenkörper 2 besitzt wenigstens ein erstes Spritzloch 7 sowie wenigstens ein zweites Spritzloch 8. Üblicherweise sind mehrere erste Spritzlöcher 7 und/oder mehrere zweite Spritzlöcher 8 vorgesehen, die dann jeweils in einer Ebene sternförmig angeordnet sein können. Den Spritzlöchern 7, 8 wird über eine Kraftstoffzuführungsleitung 9 Kraftstoff zugeführt. Diese Kraftstoffzuführungsleitung 9 ist einenends an eine
Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 angeschlossen und mündet anderenends in einen Düsenraum 11. Dieser Düsenraum 11 geht in einen Ringraum 12 über, der zu den Spritzlöchern 7, 8 führt. Stromauf des wenigstens einen ersten Spritzlochs 7 ist ein erster Dichtsitz 13 angeordnet, der der ersten Düsennadel 3 zugeordnet ist. Dementsprechend kann mit der ersten Düsennadel 3 die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 gesteuert werden. Zwischen dem wenigstens einen ersten Spritzloch 7 und dem wenigstens einen zweiten Spritzloch 8 ist ein zweiter Dichtsitz 14 angeordnet, der der zweiten Düsennadel 4 zugeordnet ist. Dementsprechend kann mit der zweiten Düsennadel - bei geöffneter erster Düsennadel 3 - die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 8 gesteuert werden. Durch die Spritzlöcher 7, 8 kann der Kraftstoff in einen Einspritzraum 15 eingedüst werden, der beispielsweise ein Brennraum oder ein Gemischbildungsraum eines Zylinders einer Brennkraftmaschine sein kann, dem die Einspritzdüse 1 zugeordnet ist.
Die erste Düsennadel 3 besitzt an einem den Spritzlöchern 7, 8 zugewandten Ende eine erste Druckstufe 16. Außerdem besitzt die erste Düsennadel 3 hier im Düsenraum 11 eine weitere erste Druckstufe 16'. Die ersten Druckstufen 16, 16' werden dadurch ausgebildet, dass eine erste Sitzquerschnittsfläche 17 im ersten Dichtsitz 13 kleiner ist als eine erste Führungsquerschnittsfläche 18 in der ersten Nadelführung 5. Die ersten Druckstufen 16,
16' sind den Spritzlöchern 7, 8 zugewandt und erzeugen an der ersten Düsennadel 3 bei einer Druckbeaufschlagung eine in einer Öffnungsrichtung 19 wirksame Kraft.
Die erste Düsennadel 3 bildet hier einen Bestandteil eines ersten Nadelverbands 20, der neben der ersten Düsennadel 3 zumindest eine weitere Komponente umfasst. Im vorhegenden Fall besitzt der erste Nadelverband 20 eine Kopplungshülse 21, die einerseits an der ersten Düsennadel 3 axial abgestützt ist und an der sich andererseits eine erste Schließfeder 22 axial abstützt. Die einzelnen Komponenten des ersten Nadelverbands 20, also hier die erste Düsennadel 3 und die Kopplungshülse 21, können grundsätzlich separate Bauteile sein, die lose aneinander hegen und zwischen sich Druckkräfte übertragen können.
Ebenso ist es möglich, zumindest zwei der Komponenten des ersten Nadelverbands 20 aneinander zu befestigen. Des weiten können auch wenigstens zwei Komponenten des ersten Nadelverbands 20 einstückig, also integral ausgestaltet sein. Jedenfalls bilden die Komponenten des ersten Nadelverbands 20 eine gemeinsam verstellbare Einheit.
Die erste Schließfeder 22 ist in einem ersten Federraum 23 angeordnet und stützt sich einerseits am Düsenkörper 2 und andererseits am ersten Nadelverband 20 ab. Die erste Schließfeder 22 ist als Druckfeder ausgestaltet und leitet somit in einer Schließrichtung 24 wirksame Kräfte in den ersten Nadelverband 20 ein.
An der zweiten Düsennadel 4 ist im Bereich des Spritzlöcher 7, 8 eine zweite Druckstufe 25 ausgebildet, die den Spritzlöchern 7, 8 zugewandt ist und somit bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffhungsrichtung 19 wirksame Kräfte in die zweite Düsennadel 4 einleitet. Die zweite Druckstufe 25 wird dadurch realisiert, dass eine zweite Führungsquerschnittsfläche 26 in der zweiten Nadelführung 6 größer ist als eine zweite
Sitzquerschnittsfläche 27 im zweiten Dichtsitz 14.
Die zweite Düsennadel 4 ist hier Bestandteil eines zweiten Nadelverbands 28, der neben der zweiten Düsennadel 4 zumindest eine Kopplungsstange 29 sowie einen Federkolben 30 und einen Steuerkolben 31 aufweist. Die Kopplungsstange 29 stützt sich einerseits axial an
der ersten Düsennadel 4 und andererseits axial am Federkolben 30 ab. Der Federkolben 30 stützt sich einerseits axial an der Kopplungsstange 29 und andererseits am Steuerkolben 31 ab. Außerdem stützt sich am Federkolben 30 eine zweite Schließfeder 32 ab, die in einem zweiten Federraum 33 angeordnet ist und sich außerdem am Düsenkörper 2 abstützt.
Dabei können auch hier die einzelnen Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 lose aneinander Hegen und im Betrieb axiale Druckkräfte untereinander übertragen. Auch hier können die einzelnen Komponenten, also zumindest die erste Düsennadel 4, die Kopplungsstange 29, der Federkolben 30 und der Steuerkolben 31, jeweils als separate Bauteile ausgebildet sein, die sich axial aneinander abstützen, ohne dabei aneinander befestigt zu sein. Ebenso ist es möglich, dass wenigstens zwei Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 aneinander befestigt sind. Des Weiteren können zumindest zwei Komponenten des Nadelverbands 28 ein integrales einstückiges Bauteil bilden. Jedenfalls bilden die Komponenten des zweiten Nadelverbands 28 eine gemeinsam hubverstellbare Einheit.
Die zweite Schließfeder 32 ist ebenfalls als Druckfeder ausgebildet, so dass sie in der Schließrichtung 24 wirksame Kräfte in den zweiten Nadelverband 28 einleitet.
Erfindungsgemäß ist am zweiten Nadelverband 28 außerdem eine Steuerfläche 34 ausgebildet. Im vorhegenden Fall ist diese Steuerfläche 34 am Steuerkolben 31 ausgebildet, und zwar an einer von den Spritzlöchern 7, 8 abgewandten Seite. Die Steuerfläche 34 ist in einem Steuerraum 35 angeordnet, bzw. begrenzt sie diesen Steuerraum 35 in axialer Richtung. Gleichzeitig trennt der Steuerkolben 31 dabei den Steuerraum 35 vom zweiten Federraum 33 ab. Eine Druckbeaufschlagung der Steuerfläche
34 im Steuerraum 35 führt somit am Steuerkolben 31 zu einer in Schheßrichtung 24 wirksamen Kraft, die die Schließkraft der zweiten Schließfeder 32 unterstützt. Insgesamt kann somit durch den Druck im Steuerraum 35 die in Schheßrichtung 24 wirksame Kraft der zweiten Schließfeder 32 vergrößert werden. Somit kann an der Steuerfläche 34 eine in Schheßrichtung 24 wirksame Kraft in den zweiten Nadelverband 28 eingeleitet werden.
In der Kraftstoffzuführungsleitung 9 ist stromab der Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 ein Zumessventil 36 angeordnet, mit dessen Hilfe die Kraftstoffzufürirungsleitung 9 gesperrt und geöffnet werden kann. Zu diesem Zweck enthält Zumessventil 36 einen Ventilkörper 37, der mit einem Zumessventilsitz 38 zusammenwirkt, um die
Kraftstoffzuführungsleitung 9 zu öffnen bzw. zu sperren. Ein Ventilgehäuse 39, in dem der Ventilkörper 37 gelagert ist, umfasst einen Zuströmraum 40, an den der zur KraftstoffVersorgungseinrichtung 10 führenden Teil der Kraftstoffzuführungsleitung 9 angeschlossen ist. Dieser Teil befindet sich dann stromauf des Zumessventilsitzes 38. Stromab des Zumessventilsitzes 38 befindet sich der zu den Spritzlöchern 7, 8 führende Teil der Kraftstoffzuführungsleitung 9, der an einen im Ventügehäuse 39 ausgebildeten Abströmraum 41 angeschlossen ist. Der Zuströmraum 40 und der Abströmraum 41 bilden dabei quasi einen im Ventügehäuse 39 verlaufenden Teü der Kraftstoffzuführungsleitung 9.
Der Ventükörper 37 besitzt eine Schließdruckfläche 42, die in einem Schheßdruckraum 43 angeordnet ist. Bei einer Druckbeaufschlagung wirkt die Schheßdruckfläche 42 in einer durch einen Pfeü symbolisierten Schheßrichtung 44 des Ventilkörpers 37, das heißt, der Ventilkörper 37 wird in den Zumessventilsitz 38 angetrieben. Der Schheßdruckraum 43 ist über einen Schließdruckablauf 45 mit einer Drucksenke 46 verbindbar. Dabei ist im
Schheßdruckablauf 45 ein Steuerventil 47 angeordnet, mit dessen Hilfe der Schheßdruckablauf 45 geöffnet und gesperrt werden kann. Die Drucksenke 46 ist beispielsweise durch ein relativ druckloses Kraftstoffreservoir gebüdet, das zweckmäßig durch einen Kraftstofftank der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs gebüdet ist.
Des Weiteren ist der Schließdruckraum 43 direkt oder indirekt an die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 angeschlossen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Schheßdruckraum 43 über einen Schließdruckzulauf 48 an die Kraftstoffzuführungsleitung 9 angeschlossen. Genauer gesagt ist dieser Schheßdruckzulauf 48 an den Zuströmraum 40 des Zumessventüs 36 angeschlossen, also an den im
Zumessventil 36 verlaufenden Teü der Kraftstoffzuführungsleitung 9. Eine Besonderheit bildet hier das Merkmal, wonach der Schließdruckzulauf 48 durch den Ventükörper 37 hindurch verlegt ist.
Erfindungsgemäß ist nun der Steuerraum 35 über eine Steuerleitung 49 direkt oder indirekt an den Schheßdruckraum 43 angeschlossen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die Steuerleitung 49 an einen im Steuerventil 47 ausgebüdeten Ringraum 50 angeschlossen, an den auch der zum Schließdruckraum 43 führende Teil des Schheßdruckablaufs 45 angeschlossen ist. Insoweit kommuniziert die Steuerleitung 49 über den Ringraum 50 mit dem Schheßdruckablauf 45 und somit indirekt mit dem Schließdruckraum 43. Wichtig ist
dabei, dass die kommunizierende Verbindung zwischen Steuerleitung 49 und Schheßdruckablauf 45 nicht vom Steuerventil 47 gesteuert wird. Insoweit erfolgt die Anbindung der Steuerleitung 49 an den Schließdruckablauf 45 quasi zwischen dem Steuerventil 47 und dem Schheßdruckraum 43.
Das Steuerventil 47 besitzt einen Aktuator 51, der zweckmäßig als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet sein kann. Für besonders kurze Stellzeiten kann er vorteilhaft auch als Piezoaktuator ausgestaltet sein.
Der Ventükörper 37 des Zumessventils 36 weist entgegengesetzt zu seiner
Schheßdruckfläche 42 eine Öffnungsdruckfläche 52 auf, die in einem Öfmungsdruckraum 53 angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in einer durch einen Pfeü symbolisierten Öffnungsrichtung 54 des Ventilkörpers 37 wirkt. Das heißt, der Druck im Öfmungsdruckraum 53 versucht, den Ventükörper 37 aus dem Zumessventüsitz 38 auszuheben. Der Öffnungsdruckraum 53 kommuniziert über eine Rücklaufleitung 55 mit einem nicht näher gezeigten Niederdruckbereich 56. In dem der Örmungsdruckfläche 52 zugeordneten Bereich des Ventilkörpers 37 ist ein weiterer Ventilsitz dadurch ausgebüdet, dass der Ventükörper 37 mit seiner Außenseite 57 mit einer nach innen vorspringenden Innenseite 58 des Ventügehäuses 39 zusammenwirkt.
Beim gezeigten geschlossenen Zustand des Ventilkörpers 37 kommuniziert der Abströmraum 41 durch den weiteren Ventilsitz (Außenseite 57 und Innenseite 58) mit dem Öffhungsdruckraum 53 und über die Rücklaufleitung 55 mit dem Niederdruckbereich 56. Insofern kann der zu den Spritzlöchern 7, 8 führende Teü der Kraftstoffzuführungsleitung 9 entspannt werden. Bei geöffnetem Zumessventil 36 ist der Weg durch den weiteren
Ventilsitz durch das Zusammenwirken der Außenseite 57 mit der Innenseite 58 gesperrt, so dass im Ventilgehäuse 39 der Zuströmraum 40 über den Zuströmventilsitz 38 im wesentlichen nur mit dem Abströmraum 41 kommuniziert.
Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 umfasst hier eine Kraftstoffhochdruckleitung 59, die mit Hufe einer Kraftstoffhochdruckpumpe 60 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Dabei ist es übhch, dass an die Kraftstoff versorgungseinrichtung 10 bzw. an deren Kraftstoffhochdruckleitung 59 mehrere Einspritzdüsen 1, die unterschiedlichen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, angeschlossen sind,
so dass die Kraftstoffhochdruckleitung 59 gemeinsam für mehrere Einspritzdüsen 1 den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff bereitsteht, sogenanntes „Common-Rail-System".
Die Steuerleitung 49 kann gedrosselt sein. Beispielsweise ist in der Steuerleitung 49 zu diesem Zweck eine Steuerdrossel 61 ausgebüdet bzw. angeordnet. Durch diese Drosselung können Schwingungen in der Steuerleitung 49 gedämpft werden.
Des Weiteren kann auch der Schließdruckablauf 45 stromauf des Steuerventils 47 gedrosselt sein. Zu diesem Zweck kann im Schheßdruckablauf 45 eine entsprechende Ablaufdrossel 62 ausgebüdet bzw. angeordnet sein. Mit Hufe dieser Drosselung kann eine bestimmte Schaltcharakteristik für das Zumessventil 36 erzielt werden.
In entsprechender Weise kann auch der Schließdruckzulauf 48 gedrosselt sein, wozu im Schheßdruckzulauf 48 eine entsprechende Zulaufdrossel 63 angeordnet bzw. ausgebildet sein kann. Über die Zulaufdrossel 43 kann im vorliegenden Fall erreicht werden, dass die
Versorgung des Schheßdruckraums 43 mit Kraftstoff bei geöffnetem Steuerventil 47 nicht oder nur zu einem unwesentlichen Druckabfall in der Kraftstoffhochdruckleitung 59 führt. Über das Verhältnis von Ablaufdrossel 62 zu Zulaufdrossel 63 kann der Staudruck im Schheßdruckraum 43 bei geöffnetem Steuerventil 47 so abgestimmt werden, dass die auf die Schheßdruckfläche 42 in Schließrichtung 57 wirkende Kraft kleiner ist, als die auf eine
Druckstufe 66 in Öffhungsrichtung 54 wirkende Kraft. Damit bewegt sich der Ventükörper 37 in Öffhungsrichtung 54.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 unter anderem dadurch, dass der zweite Nadelverband 28 im wesentlichen nur aus der zweiten Düsennadel 4 und dem als Stange ausgebüdeten Steuerkolben 31 besteht. Dabei stützt sich der Steuerkolben 31 hier einerseits axial an der zweiten Düsennadel 4 ab, während sich andererseits am Steuerkolben 31 axial die zweite Schheßfeder 32 abstützt. Des Weiteren fällt der zweite Federraum 33 hier mit dem Steuerraum 35 zusammen.
Weitere Unterschiede finden sich beim Aufbau des Zumessventüs 36. Beispielsweise kommt dieses ohne Zuströmraum 40 aus bzw. ist dort der Zuströmraum 40 quasi durch den Endabschnitt des vom Zumessventil 36 zur Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 führenden Teüs der Kraftstoffz Ohrungsleitung 9 gebildet. Des Weiteren ist der
Zumessventilsitz 38 hier durch einen Flächensitz gebüdet; ebenso ist eine Ausführungsform mit einem Liniensitz wie bei der Variante gemäß Fig. 1 möghch.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 sind das Zumessventil 36 und das Steuerventil 47 quasi in einem Bauteil vereint, was die Leitungsführung, insbesondere für die Steuerleitung
49 und hier auch für den Schließdruckzulauf 48 vereinfacht. Letzterer ist hier nicht durch den Ventükörper 37, sondern durch das Gehäuse 39 hmdurchgeführt und an die Kraftstoffzuführungsleitung 9 angeschlossen.
Gemäß Fig.2 kann am ersten Nadelverband 20 eine Zusatzsteuerfläche 64 ausgebüdet sein, die ebenfalls von den Spritzlöchern 7, 8 abgewandt ist und im Steuerraum 35 angeordnet ist. Bei einer Druckbeaufschlagung wirkt diese Zusatzsteuerfläche 64 somit in der Schheßrichtung 24 der ersten Düsennadel 3. Der erste Nadelverband 20 ist zu diesem Zweck hier mit einer Steuerhülse 65 ausgestattet, die sich einenends axial an der Kopplungshülse 21 abstützt und die anderenends in den Steuerraum 35 hineinragt und dort die Zusatzsteuerfläche 64 trägt. Im vorliegenden Fall ist die Steuerhülse 65 koaxial zum Steuerkolben 28 angeordnet, so dass der Steuerkolben 28 im Inneren der Steuerhülse 65 hubversteUbar geführt ist.
Die Einspritzdüse 1 nach der Erfindung kann erfindungsgemäß wie folgt betrieben werden:
Für den Fall, dass die mit der Einspritzdüse 1 ausgestattete Brennlαraftmaschine, die übhcherweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, unter Teülast betrieben wird, benötigt diese in der Regel vergleichsweise wenig Kraftstoff, so dass eine Einspritzung ausschließlich durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 ausreicht. Die
Kraftstoffhochdruckpumpe 60 sorgt dafür, dass in der Kraftstoffhochdruckleitung 59 ein gewünschter Kraftstoffhochdruck herrscht, mit dem der Einspritzvorgang im wesentlichen durchgeführt werden soü. Zu Beginn des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 47 zum Offnen des Schheßdruckablaufs angesteuert. In der Folge kommuniziert der Schheßdruckraum 43 mit der Drucksenke 46, so dass im Schheßdruckraum 43 der Druck abfällt. Gleichzeitig ist durch das Öffnen des Steuerventils 47 auch die Steuerleitung 49 mit der Drucksenke 46 verbunden, so dass auch im Steuerraum 35 der Druck abfäüt. Durch den abfallenden Druck im Schließdruckraum 43 steht sich am Ventükörper 37 eine in dessen Öffhungsrichtung 54 wirksame resultierende Kraft ein, wodurch der Ventükörper 37 vom Zumessventilsitz 38 abhebt. Hierdurch wird die Kraftstoffzuführungsleitung 9
geöffhet, so dass sich stromab des Zumessventilsitzes 38 in der Kraftstoffzuführungsleitung 9 somit im Düsenraum 11 und somit im Ringraum 12 und letztlich an den ersten Druckstufen 16, 16' der ersten Düsennadel 3 der Kraftstoffhochdruck aufbauen kann.
Während des Druckaufbaus an den ersten Druckstufen 16, 16' wird das Steuerventil 47 wieder geschlossen, wodurch sich über den Schheßdruckzulauf 48 im Schließdruckraum 43 und somit auch über die Steuerleitung 49 im Steuerraum 35 ein Druckanstieg einstellt. Der ansteigende Druck im Schließdruckraum 43 führt nun zu einer Verzögerung der Öffhungsbewegung des Ventilkorpers 37 und versucht diesen wieder in dessen
Schheßrichtung 44 anzutreiben. Bevor jedoch der Schließkörper 37 in seinen Zumessventüsitz 38 einfahren kann, wird das Steuerventil 47 rechtzeitig wieder geöffnet, um den Druck im Schheßdruckraum 43 wieder abzubauen. Dieses Öffnen und Schheßen des Steuerventils 47 wird für den Einspritzvorgang gezielt so getaktet, dass der Ventükörper 37 permanent im geöffneten Zustand verbleibt, so dass auch die
Kraftstoffeiführungsleitung 9 offen bleibt. Dementsprechend kann sich stromab des Zumessventüsitzes 38 in der Kjaftstoffzuführungsleitung 9 der Kraftstoffhochdruck im wesentlichen vollständig aufbauen. Gleichzeitig bewirkt das wechselweise Öffnen und Schheßen des Steuerventils 47, dass sich andererseits im Steuerraum 35 ein mittlerer Druck einsteUt, der zwischen dem Kraftstoffhochdruck der Kraftstoffhochdruckleitung 59 und dem vergleichsweise niedrigen Druck der Drucksenke 46 hegt. Jedenfalls wird auf diese Weise im Steuerraum 35 zumindest ein vorbestimmter oder auch einstellbarer Schließhüfsdruck eingesteUt. Dieser Schließhüfsdruck kann durch entsprechende Auslegung, z.B. der zweiten Schließfeder 32, der Steuerfläche 34, der Steuerdrossel 61, der Ablaufdrossel 62, der Zulaufdrossel 63, der Taktfrequenz des Steuerventils 47 und des
Kraftstoffhochdrucks, gezielt so gewählt werden, dass die zweite Düsennadel 4 auch dann geschlossen bleibt, wenn nach dem Öffnen der ersten Düsennadel 3 an der zweiten Druckstufe 25 der Kraftstoffhochdruck anhegt. Dies hat zur Folge, dass bei ansteigendem Druck an den ersten Druckstufen 16, 16' die erste Düsennadel 3 öffnet, sobald der ansteigende Druck einen vorbestimmten ersten Öffhungsdruck erreicht bzw. übersteigt.
Somit findet eine Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 statt.
Der Einspritzvorgang kann durch Schließen und geschlossen halten des Steuerventüs 47 beendet werden. Der sich im Schheßdruckraum 43 aufbauende Druck treibt den
Ventilkörper 37 in den Zumessventilsitz 38, wodurch die Verbindung der Kraftstoffzuführungsleitung 9 zur Kraftstoffhochdruckleitung 59 gesperrt ist und gleichzeitig der zu den Spritzlöchern 7 führende Teil der Kraftstoffzuführungsleitung 9 in den Niederdruckbereich 56 entspannt wird In der Folge bricht an den ersten Druckstufen 16, 16' der Öffnungsrichtung 19 wirksame Druck zusammen, wodurch am ersten Nadelverband 20 die in Schließrichtung 24 wirkenden Kräfte überwiegen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 bewirkt der sich im Steuerraum 35 rasch aufbauende Steuerdruck außerdem eine zusätzliche Krafteinleitung in die Zusatzsteuerfläche 64, wodurch der Schließvorgang der ersten Düsennadel 3 beschleunigt wird
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, während eines Einspritzvorgangs in einer ersten Phase Kraftstoff nur durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 einzudüsen und in einer zweiten Phase den Kraftstoff durch sämtliche Spritzlöcher 7, 8 einzuspritzen. Dies kann mit Hufe der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 besonders leicht realisiert werden. Zunächst wird die Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das wenigstens eine
Spritzloch 7 wieder dadurch erreicht, dass das Steuerventil 47 in der zuvor beschriebenen Weise abwechselnd zum Öffnen und Sperren des Schheßdruckablaufs 45 angesteuert wird Auf diese Weise wird der Ventükörper 37 offengehalten, so dass der Kraftstoff unter Kraftstoffhochdruck durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 eingedüst werden kann. Gleichzeitig wird im Steuerraum 35 der Schheßhitfsdruck eingesteht, der die zweite
Düsennadel 4 geschlossen hält. Sobald der gewünschte Zeitpunkt für die Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche Spritzlöcher 7, 8 gekommen ist, wird das Steuerventil 47 offengehalten. In der Folge fällt der Steuerdruck 35 ab, das heißt der an der Steuerfläche 34 wirksame Schheßhüfsdruck nimmt ab. Dementsprechend überwiegen dann die an der zweiten Druckstufe 25 wirksamen Öffnungskräfte und die zweite Düsennadel 4 kann öffnen.
Später kann durch erneutes abwechselndes Öffnen und Schheßen des Steuerventüs 47 wieder gezielt im Sleuerraum 35 der Schließhüfsdruck eingesteht werden, um die zweite Düsennadel 4 unabhängig von der ersten Düsennadel 3 zu schheßen. Hierdurch ist es möglich, während eines Einspritzvorgangs durch das wenigstens eine erste Spritzloch 7 eine oder mehrere definierte Einspritzmengen durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 8 hinzuzufügen.
Die Beendigung des Einspritzvorgangs erfolgt wieder durch Schheßen des Steuerventüs 47, wodurch zum einen der Druck an den Steuerflächen 16, 16' und gegebenenfalls 25 zusammenbricht, während zum anderen der Druck im Steuerraum 35 ansteigt. Dabei unterstützt der Druck im Steuerraum 35 die Schließkräfte im zweiten Nadelverband 28 (Fig. 1) bzw. in beiden Nadelverbänden 20, 28 (Fig.2).
Die erfindungsgemäße Bauweise des Einspritzventils 1 eröffnet jedoch weitere zusätzliche Möglichkeiten zur Variierung des Einspritzvorgangs. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, zunächst nur über das wenigstens eine erste Spritzloch 7 einzuspritzen und erst ab einem bestimmten Druck im Kraftstoff auch durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 8. Das bedeutet, dass zum Öffnen der zweiten Düsennadel 4 ein zweiter Öffhungsdruck vorbestimmt oder eingestellt wird, der bei geöffneter erster Düsennadel 3 an der zweiten Druckstufe 25 anhegt und dann ein Öffnen der zweiten Düsennadel 4 bewirken soü. Durch gezieltes Takten des Steuerventils 47 lässt sich der Druck im Steuerraum 35 auf einen gewünschten Wert einstehen, wobei dieser
Steuerdruck gezielt so gewählt werden kann, dass die in Schheßrichtung des zweiten Nadelverbands 28 wirksamen Kräfte, also die Schließkräfte der zweiten Schließfeder 32 und der an der Steuerfläche 34 angreifende Steuerdruck, bei an der zweiten Druckstufe 25 anhegendem zweiten Öffhungsdruck überwunden werden. Das bedeutet, dass mit Hufe einer abgestimmten Taktfrequenz des Steuerventüs 47 im Prinzip jeder behebige zweite
Öffhungsdruck für die zweite Düsennadel 4 einstellbar ist. Neben der zuvor beschriebenen Zeitsteuerung kann somit für die zweite Düsennadel 4 auch eine Drucksteuerung realisiert werden. Dies kann für bestimmte Einspritzcharakteristika von Vorteü sein.
Insbesondere für den Fall, dass die Brennkraftmaschine unter VoUlast betrieben wird, ist es wünschenswert, die Kraftstoffeinspritzung so zu betreiben, dass während möglichst kurzer Einspritzzeiten möglichst viel Kraftstoff eingedüst werden kann. Hierzu muss bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 das Steuerventil 47 lediglich zum Öffnen angesteuert werden. In der Folge öffnet das Zumessventil 36, so dass sich der Kraftstoffhochdruck an den ersten Druckstufen 16, 16' aufbauen kann. Gleichzeitig sinkt der Druck im Steuerraum
35, wodurch die zum Öffnen der zweiten Düsennadel 4 (Fig. 1) bzw. der beiden Düsennadeln 3, 4 (Fig.2) erforderlichen ÖflBiungsdrücke ebenfaUs sinken. Die erste Düsennadel 3 kann somit schon bei einem vergleichsweise niedrigen ersten Öffhungsdruck öffnen. Sobald die erste Düsennadel 3 geöffnet ist, hegt auch an der zweiten Druckstufe 25 ein Kraftstoffdruck an, der sehr schneU, quasi unmittelbar den niedrigen zweiten
Öffhungsdruck erreicht, so dass auch die zweite L>üsennadel 4 quasi unverzögert mit der ersten Düsennadel 3 öffnen kann. Hierdurch lässt sich eine sehr kurze Reaktionszeit zum Offnen beider Düsennadeln 3, 4 erzielen, was die Realisierung kurzer Einspritzzeiten unterstützt. Anschließend kann der Kraftstoff unter Hochdruck durch sämtliche Spritzlöcher 7, 8 eingedüst werden.
Bezugszeichenhste
1 Einspritzdüse 2 Düsenkörper 3 erste Düsennadel 4 zweite Düsennadel 5 erste Nadelführung 6 zweite Nadelführung 7 erstes Spritzloch 8 zweites Spritzloch 9 Kraftstoffzuführungsleitung
10 Kraftstoffversorgungseinrichtung
11 Düsenraum
12 Ringraum
13 erster Dichtsitz
14 zweiter Dichtsitz
15 Einspritzraum
16 erste Druckstufe
17 erste Dichtsitzquerschmttsfläche
18 erste Führungsquerschmttsfläche
19 Öffhungsrichtung
20 erster Nadelverband
21 Kopplungshülse
22 erste Schließfeder
23 erster Federraum
24 Schheßrichtung
25 zweite Druckstufe
26 zweite Führungsquerschnittsfläche
27 zweite Dichtsitzquerschmttsfläche 8 zweiter Nadelverband 9 Kopplungsstange 0 Federkolben
31 Steuerkolben
zweite Schließfeder zweiter Federraum
Steuerfläche
Steuerraum
Zumessventil
Ventükörper
Zumessventilsitz
Ventügehäuse
Zuströmraum
Abströmraum
ScMeßdruckfläche
Schheßdruckraum
Schheßrichtung
Schheßdruckablauf
Drucksenke
Steuerventil
Schheßdruckzulauf
Steuerleitung
Ringraum
Aktuator
Öffhungsdruckfläche
Öffnungsdruckraum
Öffhungsrichtung
Rücklaufleitung
Niederdruckbereich
Außenseite von 37
Innenseite von 39
Kraftstoffhochdruckleitung
Kraftstoffhochdruckpumpe
Steuerdrossel
Ablaufdrossel
Zulaufdrossel
Zusatzsleuerfläche
Steuerhülse
Druckstufe