WO2005068826A1 - Einspritzdüse und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

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WO2005068826A1
WO2005068826A1 PCT/EP2004/052965 EP2004052965W WO2005068826A1 WO 2005068826 A1 WO2005068826 A1 WO 2005068826A1 EP 2004052965 W EP2004052965 W EP 2004052965W WO 2005068826 A1 WO2005068826 A1 WO 2005068826A1
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PCT/EP2004/052965
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Kilian Bucher
Oezguer Tuerker
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/02Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the present invention relates to an injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, with the features of the preamble of claim 1.
  • the present invention also relates to an associated operational procedure.
  • Such an injection nozzle is known for example from DE 10058 153 AI and comprises a first nozzle needle designed as a hollow needle and one coaxial with the first
  • Nozzle needle arranged second nozzle needle.
  • the first nozzle needle is used to control the injection of fuel through at least one first spray hole, while the second nozzle needle is used to control the injection of fuel through at least one second spray hole.
  • a control piston is provided to actuate the second nozzle needle and cooperates axially with the second nozzle needle or with a second needle assembly containing the second nozzle needle.
  • This control piston is arranged on a control surface facing away from the spray holes in a control chamber and can be acted upon there by the control pressure prevailing therein. In a closed position of the second nozzle needle, the control piston is supported axially on the second nozzle needle or on the second needle assembly.
  • the first nozzle needle can be controlled directly with the injection pressure. This means that the first nozzle needle opens as soon as a sufficiently high injection pressure is present at a corresponding pressure level of the first nozzle needle. If a fuel injection is to be carried out only through the at least one first spray hole, the control chamber is subjected to a correspondingly high control pressure, so that the second nozzle needle remains closed. If fuel injection is also to be carried out through the at least one second spray hole, the pressure in the control chamber is reduced by means of a suitable device until the injection pressure acting on a corresponding pressure stage on the second nozzle needle is reached Opening the second nozzle needle causes.
  • the second nozzle needle is therefore not controlled by the injection pressure alone, but also by the control pressure which can be predetermined in the control chamber independently of the injection pressure, which is also referred to as servo control.
  • the effort to implement such a servo control of the second nozzle needle in addition to the direct control of the first nozzle needle is relatively large.
  • the injection nozzle according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that both the first nozzle needle and the second
  • Nozzle needles can be controlled with the same control device via the high-pressure fuel that is provided by the fuel supply device and acts on the nozzle needles in the opening direction.
  • this is achieved in that the pressure in the control chamber is coupled with a closing pressure which acts on a valve body of a metering valve controlling the fuel supply line in its firing direction.
  • the valve body has a closing pressure surface which is arranged in a closing pressure chamber and which is connected to a pressure sink via a closing pressure branch in which a control valve is arranged.
  • a closing pressure branch in which a control valve is arranged.
  • Closing pressure thus also reduces the control pressure, as a result of which the closing forces acting on the second nozzle needle are reduced.
  • this has the consequence that the second nozzle needle can also open immediately after the opening of the first nozzle needle, since only relatively low crushing forces have to be overcome. The second nozzle needle can thus respond very quickly, which is shorter
  • the control valve is activated to close the closing pressure sequence. Accordingly, an increased closing pressure can build up again in the closing pressure chamber.
  • the closing pressure chamber is suitably coupled to the fuel supply device.
  • the control pressure at the second nozzle needle also increases with the closing pressure, so that relatively large closing forces are introduced into the second nozzle needle.
  • the pressure build-up in the closing pressure chamber and thus the pressure build-up in the control room occur before the metering valve closes. In this way, there is already a relatively high control pressure when the metering valve is closed, so that the inner needle is already at a comparatively high pressure in the fuel supplied via the fuel supply line.
  • the inner needle reacts very quickly when the metering valve is closed, which is advantageous for ending the injection process. Furthermore, the increased control pressure reduces the risk of the inner needle bouncing when entering the second sealing seat. Since the closing of the second nozzle needle is not only caused by the falling fuel pressure, but also by the increased control pressure, this results in an active needle closing.
  • Such an active needle closing can also be implemented for the first nozzle needle in an advantageous development of the injection nozzle according to the invention, in that the first nozzle needle or a first needle assembly comprising the first nozzle needle is equipped with an additional control surface, which is likewise arranged in the control chamber and when pressurized in the closing direction of the first nozzle needle acts.
  • the control pressure rising when the metering valve closes also supports the closing process of the first nozzle needle, so that the first nozzle needle also
  • Completing the injection process responds faster.
  • the control pressure in the first nozzle needle also reduces the risk of bouncing when the first nozzle needle moves into the first sealing seat.
  • the injection nozzle according to the invention can be operated such that fuel injection takes place exclusively through the at least one first spray hole.
  • the control valve is actuated in such a way that it alternately opens and blocks the firing pressure outlet, in such a way that the metering valve for opening the fuel supply line is actuated and kept open by actuating the control valve.
  • the alternating opening and blocking of the welding pressure sequence takes place in such a way that the pressure in the control chamber is kept above a predetermined or adjustable auxiliary closing pressure, this auxiliary closing pressure being selected such that the second nozzle needle remains closed up to a high fuel pressure which is in the via the opened fuel supply line supplied fuel prevails.
  • This mode of operation is based on the knowledge that the valve body lifted from the metering valve seat cannot follow the pressure changes in the closing pressure chamber caused by the clocked opening and closing of the control valve quickly enough due to its inertia, so that the metering valve, once opened, can be followed by the clocked opening and Shooting the control valve remains open.
  • this causes alternate opening and Blocking of the welding pressure sequence means that on average there is an increased control pressure, which can be set to a desired value, namely the aforementioned auxiliary closing pressure, by appropriate control of the control valve.
  • This auxiliary closing pressure is selected such that the second nozzle needle does not open when the first nozzle needle is open and when the high fuel pressure is fully built up.
  • the control valve only has to be held in its open position.
  • the control pressure which is also filed down by the falling closing pressure, reduces the effective closing forces on the second nozzle needle, as a result of which the latter then opens when the first nozzle needle is open.
  • the opening time for the second nozzle needle can be varied in connection with the operating method according to the invention with comparatively simple measures. It can also be determined by the clocked actuation of the control valve whether the second nozzle needle opens at all.
  • Injection parameters can thus be varied in a particularly varied manner using the injection nozzle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified, basic longitudinal section through an injection nozzle according to the invention
  • FIG. 2 shows a view as in FIG. 1, but in another embodiment.
  • an injection nozzle 1 comprises a nozzle body 2, in which a first nozzle needle 3 and a second nozzle needle 4 are mounted.
  • the first nozzle needle 3 is mounted in a stroke-adjustable manner in a first needle guide 5, which in the
  • Nozzle body 2 is formed.
  • the second nozzle needle 4 is mounted in a second needle guide 6, which is formed in the first nozzle needle 3.
  • the first nozzle needle 3 is designed as a hollow needle, and the second nozzle needle 4 is arranged coaxially in the first nozzle needle 3.
  • the nozzle body 2 has at least one first spray hole 7 and at least one second spray hole 8. Usually, a plurality of first spray holes 7 and / or a plurality of second spray holes 8 are provided, which can then each be arranged in a star shape in one plane. Fuel is supplied to the spray holes 7, 8 via a fuel supply line 9. This fuel supply line 9 is at one end to one
  • Fuel supply device 10 is connected and ends at the other end in a nozzle space 11. This nozzle space 11 merges into an annular space 12 which leads to the spray holes 7, 8.
  • a first sealing seat 13, which is associated with the first nozzle needle 3, is arranged upstream of the at least one first spray hole 7. Accordingly, the injection of fuel through the at least one first spray hole 7 can be controlled with the first nozzle needle 3.
  • a second sealing seat 14 is arranged, which is assigned to the second nozzle needle 4. Accordingly, the injection of fuel through the at least one second spray hole 8 can be controlled with the second nozzle needle - when the first nozzle needle 3 is open.
  • the fuel holes 7, 8 can be used to inject the fuel into an injection chamber 15, which can be, for example, a combustion chamber or a mixture formation chamber of a cylinder of an internal combustion engine, to which the injection nozzle 1 is assigned.
  • the first nozzle needle 3 has a first pressure stage 16 at an end facing the spray holes 7, 8.
  • the first nozzle needle 3 here has a further first pressure stage 16 'in the nozzle chamber 11.
  • the first pressure stages 16, 16 ' are formed in that a first cross-sectional seat area 17 in the first sealing seat 13 is smaller than a first cross-sectional guide surface 18 in the first needle guide 5.
  • the first nozzle needle 3 here forms part of a first needle assembly 20 which, in addition to the first nozzle needle 3, comprises at least one further component.
  • the first needle assembly 20 has a coupling sleeve 21 which is axially supported on the one hand on the first nozzle needle 3 and on the other hand on which a first closing spring 22 is axially supported.
  • the individual components of the first needle assembly 20, in this case the first nozzle needle 3 and the coupling sleeve 21, can in principle be separate components which are loosely attached to one another and can transmit compressive forces between them.
  • At least two of the components of the first needle assembly 20 can also be designed in one piece, that is to say integrally.
  • the components of the first needle assembly 20 form a jointly adjustable unit.
  • the first closing spring 22 is arranged in a first spring chamber 23 and is supported on the one hand on the nozzle body 2 and on the other hand on the first needle assembly 20.
  • the first closing spring 22 is designed as a compression spring and thus introduces forces acting in a closing direction 24 into the first needle assembly 20.
  • a second pressure stage 25 is formed on the second nozzle needle 4 in the area of the spray holes 7, 8 and faces the spray holes 7, 8 and thus introduces effective forces into the second nozzle needle 4 when pressure is applied in the opening direction 19.
  • the second pressure stage 25 is realized in that a second guide cross-sectional area 26 in the second needle guide 6 is larger than a second one
  • the second nozzle needle 4 is here part of a second needle assembly 28 which, in addition to the second nozzle needle 4, has at least one coupling rod 29 and a spring piston 30 and a control piston 31.
  • the coupling rod 29 is axially supported on the one hand the first nozzle needle 4 and on the other hand axially on the spring piston 30.
  • the spring piston 30 is supported axially on the one hand on the coupling rod 29 and on the other hand on the control piston 31.
  • a second closing spring 32 is supported on the spring piston 30, which is arranged in a second spring chamber 33 and is also supported on the nozzle body 2.
  • the individual components of the second needle assembly 28 can loosely hold one another and transmit axial compressive forces to one another during operation.
  • the individual components that is to say at least the first nozzle needle 4, the coupling rod 29, the spring piston 30 and the control piston 31, can each be designed as separate components which are supported axially on one another without being fastened to one another in the process. It is also possible for at least two components of the second needle assembly 28 to be fastened to one another. Furthermore, at least two components of the needle assembly 28 can form an integral one-piece component. In any case, the components of the second needle assembly 28 form a jointly stroke-adjustable unit.
  • the second closing spring 32 is also designed as a compression spring, so that it introduces forces acting in the closing direction 24 into the second needle assembly 28.
  • a control surface 34 is also formed on the second needle assembly 28.
  • this control surface 34 is formed on the control piston 31, specifically on a side facing away from the spray holes 7, 8.
  • the control surface 34 is arranged in a control chamber 35 or delimits this control chamber 35 in the axial direction.
  • the control piston 31 separates the control chamber 35 from the second spring chamber 33. Pressurizing the control surface
  • a metering valve 36 is arranged in the fuel supply line 9 downstream of the fuel supply device 10, with the aid of which the fuel supply line 9 can be blocked and opened.
  • metering valve 36 contains a valve body 37 which cooperates with a metering valve seat 38 in order to To open or block fuel supply line 9.
  • a valve housing 39 in which the valve body 37 is mounted, comprises an inflow space 40, to which the part of the fuel supply line 9 leading to the fuel supply device 10 is connected. This part is then located upstream of the metering valve seat 38. Downstream of the metering valve seat 38 is the part of the fuel supply line 9 leading to the spray holes 7, 8, which is connected to an outflow space 41 formed in the valve housing 39.
  • the inflow space 40 and the outflow space 41 form a part of the fuel supply line 9 running in the vent housing 39.
  • the valve body 37 has a closing pressure surface 42 which is arranged in a shot pressure space 43.
  • the pressure area 42 acts in a direction 44 of valve body 37 symbolized by a plug, that is, valve body 37 is driven into metering valve seat 38.
  • the pressure pressure chamber 43 can be connected to a pressure sink 46 via a closing pressure outlet 45. It is in
  • a pressure control valve 47 is arranged with the help of which the pressure pressure outlet 45 can be opened and blocked.
  • the pressure sink 46 is built, for example, through a relatively unpressurized fuel reservoir, which is expediently built through a fuel tank of the internal combustion engine or the motor vehicle.
  • closing pressure chamber 43 is connected directly or indirectly to the fuel supply device 10.
  • the shot pressure chamber 43 is connected to the fuel supply line 9 via a closing pressure inlet 48. More specifically, this pressure pressure inlet 48 is connected to the inflow chamber 40 of the metering valve 36, that is to the in
  • a special feature here is the feature according to which the closing pressure inlet 48 is laid through the valve body 37.
  • control chamber 35 is now connected directly or indirectly to the shot pressure chamber 43 via a control line 49.
  • control line 49 is connected to an annular space 50 which is formed in the control valve 47 and to which the part of the shot pressure outlet 45 leading to the closing pressure space 43 is also connected.
  • the control line 49 communicates via the annular space 50 with the pressure discharge 45 and thus indirectly with the closing pressure space 43. It is important thereby that the communicating connection between control line 49 and welding pressure outlet 45 is not controlled by the control valve 47. In this respect, the connection of the control line 49 to the closing pressure outlet 45 takes place, as it were, between the control valve 47 and the shot pressure space 43.
  • the control valve 47 has an actuator 51, which can expediently be designed as an electromagnetic actuator. For particularly short actuating times, it can advantageously also be designed as a piezo actuator.
  • the valve body 37 of the metering valve 36 is opposite to it
  • the outflow chamber 41 communicates with the opening pressure chamber 53 through the further valve seat (outer side 57 and inner side 58) and with the low pressure region 56 via the return line 55.
  • the part of the fuel supply line 9 leading to the spray holes 7, 8 can be relaxed.
  • Valve seat blocked by the interaction of the outer side 57 with the inner side 58, so that in the valve housing 39 the inflow space 40 communicates essentially only with the outflow space 41 via the inflow valve seat 38.
  • the fuel supply device 10 here comprises a high-pressure fuel line 59, which is supplied with hooves of a high-pressure fuel pump 60 with fuel under high pressure. It is usual for a plurality of injection nozzles 1, which are assigned to different cylinders of the internal combustion engine, to be connected to the fuel supply device 10 or to its high-pressure fuel line 59, so that the high-pressure fuel line 59 is jointly ready for a plurality of injection nozzles 1 of the fuel under high pressure, the so-called “common rail system”.
  • the control line 49 can be throttled.
  • a control throttle 61 is flattened or arranged in the control line 49 for this purpose. Vibrations in the control line 49 can be damped by this throttling.
  • the closing pressure outlet 45 upstream of the control valve 47 can also be throttled.
  • a corresponding outlet throttle 62 can be laid out or arranged in the welding pressure outlet 45.
  • the closing pressure inlet 48 can also be throttled, for which purpose a corresponding inlet throttle 63 can be arranged or formed in the welding pressure inlet 48. In the present case, it can be achieved via the inlet throttle 43 that the
  • the supply of the pressure pressure chamber 43 with fuel when the control valve 47 is open does not result or only leads to an insignificant pressure drop in the high-pressure fuel line 59.
  • the dynamic pressure in the blow pressure chamber 43 can be adjusted with the control valve 47 open so that the force acting on the blow pressure surface 42 in the closing direction 57 is smaller than that on one
  • Pressure stage 66 force acting in the opening direction 54 The valve body 37 thus moves in the opening direction 54.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1, among other things, in that the second needle assembly 28 essentially consists only of the second nozzle needle 4 and the control piston 31, which is designed as a rod.
  • the control piston 31 is supported axially on the one hand on the second nozzle needle 4, while on the other hand the second compression spring 32 is supported axially on the control piston 31.
  • the second spring chamber 33 coincides with the control chamber 35 here.
  • the metering valve 36 there are further differences in the construction of the metering valve 36. For example, this does not have an inflow space 40 or there the inflow space 40 is formed, so to speak, by the end section of the part of the fuel pipe 9 leading from the metering valve 36 to the fuel supply device 10. Furthermore, the Metering valve seat 38 is built here by a flat seat; an embodiment with a line seat as in the variant according to FIG. 1 is also possible.
  • the metering valve 36 and the control valve 47 are quasi united in one component, which is the line routing, in particular for the control line
  • closing pressure inlet 48 is not passed through the valve body 37 but through the housing 39 and is connected to the fuel supply line 9.
  • an additional control surface 64 which is also facing away from the spray holes 7, 8 and is arranged in the control chamber 35, can be formed on the first needle assembly 20.
  • this additional control surface 64 thus acts in the direction of shooting 24 of the first nozzle needle 3.
  • the first needle assembly 20 is equipped with a control sleeve 65, which is axially supported at one end on the coupling sleeve 21 and projects into the control chamber 35 at the other ends and there carries the additional control surface 64.
  • the control sleeve 65 is arranged coaxially with the control piston 28, so that the control piston 28 is guided in a stroke-controllable manner inside the control sleeve 65.
  • the injection nozzle 1 according to the invention can be operated according to the invention as follows:
  • High-pressure fuel pump 60 ensures that there is a desired high pressure of fuel in the high-pressure fuel line 59, with which the injection process is essentially carried out.
  • the control valve 47 is activated to open the shot pressure sequence.
  • the shot pressure space 43 communicates with the pressure sink 46, so that the pressure drops in the shot pressure space 43.
  • the control line 49 is also connected to the pressure sink 46 by opening the control valve 47, so that the pressure in the control chamber 35 also fades off.
  • a resulting force acting in its opening direction 54 arises on the valve body 37, as a result of which the valve body 37 lifts off the metering valve seat 38.
  • the fuel supply line 9 opened so that the high fuel pressure can build up downstream of the metering valve seat 38 in the fuel supply line 9 in the nozzle chamber 11 and thus in the annular chamber 12 and ultimately at the first pressure stages 16, 16 'of the first nozzle needle 3.
  • Fuel feed line 9 remains open. Accordingly, the high fuel pressure can build up essentially completely downstream of the metering valve seat 38 in the fuel supply line 9. At the same time, the alternate opening and firing of the control valve 47 has the effect that, on the other hand, an average pressure occurs in the control chamber 35, which is between the high fuel pressure of the high pressure fuel line 59 and the comparatively low pressure of the pressure sink 46.
  • at least one predetermined or also adjustable closing lever pressure is set in the control chamber 35 in this way. This closing stroke pressure can be determined by appropriate design, e.g. the second closing spring 32, the control surface 34, the control throttle 61, the discharge throttle 62, the inlet throttle 63, the clock frequency of the control valve 47 and the
  • High-pressure fuel can be specifically selected so that the second nozzle needle 4 remains closed even if after opening the first nozzle needle 3, the high-pressure fuel is at the second pressure stage 25.
  • the first nozzle needle 3 opens as soon as the rising pressure reaches or exceeds a predetermined first opening pressure.
  • Fuel is thus injected exclusively through the at least one first spray hole 7.
  • the injection process can be ended by closing and keeping the control valve 47 closed.
  • the pressure building up in the pressure chamber 43 drives the Valve body 37 in the metering valve seat 38, whereby the connection of the fuel supply line 9 to the high-pressure fuel line 59 is blocked and at the same time the part of the fuel supply line 9 leading to the spray holes 7 is relaxed in the low-pressure region 56.
  • the opening direction breaks at the first pressure stages 16, 16 ' 19 effective pressure together, whereby the forces acting in the closing direction 24 predominate on the first needle assembly 20.
  • the control pressure that builds up rapidly in the control chamber 35 also causes additional force to be introduced into the additional control surface 64, as a result of which the closing process of the first nozzle needle 3 is accelerated
  • the fuel injection is carried out exclusively by the at least one first spray hole 7 during an injection process in a first phase and to inject the fuel through all spray holes 7, 8 in a second phase. This can be achieved particularly easily with hooves of the injection nozzle 1 according to the invention.
  • the fuel injection is carried out exclusively by the at least one
  • Spray hole 7 is reached again in that the control valve 47 is actuated in the manner described above alternately to open and block the pressure discharge 45. In this way, the valve body 37 is kept open, so that the fuel can be injected under high fuel pressure through the at least one first spray hole 7 , At the same time in the control room 35, the shooting auxiliary pressure is admitted, which is the second
  • the closing lever pressure can be deliberately entered in the arm chamber 35 in order to fire the second nozzle needle 4 independently of the first nozzle needle 3.
  • the injection process is terminated again by firing the control valve 47, which on the one hand causes the pressure at the control surfaces 16, 16 ′ and possibly 25 to collapse, while on the other hand the pressure in the control chamber 35 rises.
  • the pressure in the control chamber 35 supports the closing forces in the second needle assembly 28 (FIG. 1) or in both needle assemblies 20, 28 (FIG. 2).
  • the construction of the injection valve 1 according to the invention opens up further additional possibilities for varying the injection process. For example, it may be desirable first to inject only through the at least one first spray hole 7 and only from a certain pressure in the fuel through the at least one second spray hole 8. This means that a second opening pressure is predetermined or set to open the second nozzle needle 4 , which attaches to the second pressure stage 25 when the first nozzle needle 3 is open and then causes the second nozzle needle 4 to open. By selectively clocking the control valve 47, the pressure in the control chamber 35 can be maintained at a desired value, whereby this
  • Control pressure can be specifically selected so that the forces acting in the direction of the second needle assembly 28, i.e. the closing forces of the second closing spring 32 and the control pressure acting on the control surface 34, are overcome with the second opening pressure present at the second pressure stage 25. This means that, with hooves of a coordinated clock frequency of the control valve 47, in principle every second one eliminates
  • Opening pressure for the second nozzle needle 4 is adjustable.
  • pressure control can also be implemented for the second nozzle needle 4. This may be from Vorteü for certain injection characteristics.
  • the control valve 47 in the injection nozzle 1 according to the invention only has to be activated to open it.
  • the metering valve 36 opens so that the high fuel pressure can build up at the first pressure stages 16, 16 '.
  • the pressure in the control room drops
  • the first nozzle needle 3 can thus open at a comparatively low first opening pressure.
  • a fuel pressure is also applied to the second pressure stage 25 which is very fast, almost immediately the low second one Opening pressure reached, so that the second nozzle needle 4 can also open with the first nozzle needle 3 virtually without delay.
  • a very short response time for opening both nozzle needles 3, 4 can be achieved, which supports the realization of short injection times.
  • the fuel can then be injected under high pressure through all the spray holes 7, 8.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Düsennadel (3) zum Steuern erster Spritzlöcher (7) und einer zweiten Düsennadel (4) zum Steuern zweiter Spritzlöcher (8). Eine Kraftstoffzuführungsleitung (9) ist mit einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) verbunden und führt zu den Spritzlöchern (7, 8). Ein zweiter Nadelverband (28) weist eine Steuerfläche (34) auf, die bei einer Druckbeaufschlagung in Schliessrichtung (24) der zweiten Düsennadel (4) wirkt. Um die Ansteuerung der Düsennadeln (3, 4) zu vereinfachen, ist in der Kraftstoffzufihrungsleitung (9) ein Zumessventil (36) mit einem Ventilkörper (37) angeordnet. Eine Schliessdruckfläche (42) des Ventilkörpers (37) wirkt bei einer Druckbeaufschlagung in der Schließrichtung (44) des Ventilkörpers (37). Der Schliessdruckraum (43) ist an eine Drucksenke (46) angeschlossen, und zwar über einen Schliessdruckablauf (45), der mit einem Steuerventil (47) steuerbar ist. Der Steuerraum (35) ist über eine Steuerleitung zwischen dem Schliessdruckraum (43) und dem Steuerventil (47) an den Schliessdruckablauf (45) angeschlossen.

Description

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

Claims

Ansprüche
1. Einspritzdüse für eine Brenrd raftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, - mit einer als Hohlnadel ausgebüdeten ersten Düsennadel (3), mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein erstes Spritzloch (7) steuerbar ist, - mit einer koaxial zur ersten Düsennadel (3) angeordneten zweiten Düsennadel (4), mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein zweites Spritzloch (8) steuerbar ist, - mit einer Kraftstoffzuführungsleitung (9), die einenends an eine Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) angeschlossen ist und anderenends zu den Spritzlöchern (7, 8) führt, - wobei die zweite Düsennadel (4) oder ein die zweite Düsennadel (4) umfassender zweiter Nadelverband (28) eine Steuerfläche (34) aufweist, die in einem Steuerraum (35) angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in Schheßrichtung (24) der zweiten Düsennadel (4) wirkt, dadurch gekennzeichnet, - dass in der Kraftstoffzuführungsleitung (9) ein Zumessventil (36) angeordnet ist, das einen Ventükörper (37) aufweist, der zum Öffnen und Sperren der Kraftstoffzuführungsleitung (9) mit einem Zumessventilsitz (38) zusammenwirkt, - dass der Ventükörper (37) eine Schheßdruckfläche (42) aufweist, die in einem Schließdruckraum (43) angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in der Schheßrichtung (44) des Ventilkörpers (37) wirkt, - dass der Schheßdruckraum (43) über einen Schheßdruckablauf (45) an eine Drucksenke (46) angeschlossen ist, - dass in dem Schließdruckablauf (45) ein Steuerventil (47) zum Öffnen und Sperren des Schheßdruckablaufs (45) angeordnet ist, - dass der Steuerraum (35) direkt oder indirekt über eine Steuerleitung (49) an den Schließdruckraum (43) oder zwischen dem ScbJießdruckraum (43) und dem Steuerventil (47) an den Schheßdruckablauf (45) angeschlossen ist.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schheßdruckablauf (45) zwischen dem Anschluss der Steuerleitung (49) an den Schheßdruckablauf (45) und dem Schheßdruckraum (43) eine Ablaufdrossel (62) ausgebildet oder angeordnet ist.
3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerleitung (49) eine Steuerdrossel (61) ausgebüdet oder angeordnet ist.
4. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schheßdruckraum (43) über einen Schheßdruckzulauf (48) an die Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) oder zwischen der Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) und dem Zumessventil (36) an die Kraflstoffzuführungsleitung (9) angeschlossen ist.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schließdruckzulauf (48) zumindest teüweise im Zumessventil (36) oder in dessen Ventükörper (37) erstreckt.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schheßdruckzulauf (48) eine Zulaufdrossel (63) ausgebildet oder angeordnet ist.
7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düsennadel (3) oder ein die erste Düsennadel (3) umfassender erster Nadelverband (20) eine Zusatzsteuerfläche (64) aufweist, die im Steuerraum (35) angeordnet ist und bei einer Druckbeaufschlagung in der Schheßrichtung (24) der ersten Düsennadel (3) wirkt.
8. Einspritzdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerfläche (34) an einem Steuerkolben (31) des zweiten Nadelverbands (28) ausgebildet ist, der koaxial zu einer Steuerhülse (65) des ersten Nadelverbands (20) angeordnet ist, an dem die Zusatzsteuerfläche (64) ausgebildet ist.
9. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (47) einen elektromagnetischen Aktuator oder einen Piezoaktuator aufweist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen nur der ersten Düsennadel (3) das Steuerventil (47) zum abwechselnden Öffnen und Sperren des Schließdruckablaufs (45) angesteuert wird, derart, dass einerseits das Zumessventil (36) zum Öffnen der Kraftstoffzuführungsleitung (9) angesteuert und offengehalten wird und andererseits der Druck im Steuerraum (35) über einem vorbestimmten oder einstellbaren Schheßhüfiidruck gehalten wird, der so gewählt ist, dass die zweite Düsennadel (4) bis zu einem in Öffhungsrichtung (19) daran angreifenden Kraftstoffhochdruck geschlossen bleibt, der in dem über die geöffnete Kraftstofϊzuführungsleitung (9) zugeführten Kraftstoff herrscht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen beider Düsennadeln (3, 4) das Steuerventil (47) zum Öffnen des Schheßdruckablaufs (45) angesteuert und offengehalten wird
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen der zweiten Düsennadel (4) bei einem vorbestimmten oder einstellbaren daran in Öffhungsrichtung (19) angreifenden zweiten Öffhungsdruck im über die Kraftstoffzuführungsleitung (9) zugeführten Kraftstoff, der größer ist als ein zum Öffnen der ersten Düsennadel (3) erforderlicher daran in Öffhungsrichtung (19) angreifender erster Öffhungsdruck und der kleiner ist als der Kraftstofflnochdruck, das Steuerventil (47) zum abwechselnden Öffnen und Sperren des Schheßdruckablaufs (45) angesteuert wird, derart, dass einerseits das Ziunessventü (36) zum Öffnen der Kraftstoffizufülirungsleitung (9) angesteuert und offengehalten wird und andererseits im Steuerraum (35) ein Druck eingesteht wird, der so gewählt ist, dass die zweite Düsennadel (4) geschlossen bleibt bis der im zugeführten Kraftstoff herrschende Druck den zweiten Öffhungsdruck erreicht oder übersteigt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017004540A1 (de) * 2017-05-11 2018-11-15 L'orange Gmbh Ventilanordnung und Kraftstoffinjektor mit einer solchen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4115477A1 (de) * 1990-05-17 1991-11-21 Avl Verbrennungskraft Messtech Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine
DE10058153A1 (de) 2000-11-22 2002-06-06 Bosch Gmbh Robert Einspritzdüse mit separat steuerbaren Düsennadeln
WO2003091568A1 (de) * 2002-04-24 2003-11-06 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen
WO2004033891A1 (de) * 2002-10-09 2004-04-22 Robert Bosch Gmbh Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4115477A1 (de) * 1990-05-17 1991-11-21 Avl Verbrennungskraft Messtech Einspritzduese fuer eine brennkraftmaschine
DE10058153A1 (de) 2000-11-22 2002-06-06 Bosch Gmbh Robert Einspritzdüse mit separat steuerbaren Düsennadeln
WO2003091568A1 (de) * 2002-04-24 2003-11-06 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffeinspritzeinrichtung für brennkraftmaschinen
WO2004033891A1 (de) * 2002-10-09 2004-04-22 Robert Bosch Gmbh Kraftstoff-einspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine

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