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Technisches
Gebiet
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Das Common-Rail-Einspritzsystem dient
der Einspritzung von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungskraftmotoren.
Bei diesem Speichereinspritzsystem sind Druckerzeugung und Einspritzung voneinander
zeitlich und örtlich
entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt den Einspritzdruck in
einem zentralen Kraftstoff-Hochdruckspeicher. Der Einspritzbeginn
und die Einspritzmenge werden durch Ansteuerzeitpunkt und -dauer
von beispielsweise elektrisch betätigten Injektoren bestimmt,
die über
Kraftstoffleitungen mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher verbunden
sind. Vorteilhaft ist bei dem Common-Rail-Einspritzsystem, dass der Einspritzdruck
an Last und Drehzahl angepasst wird. Die Kraftstoff-Einspritzung
wird mit einem möglichst
grossem Einspritzdruck vorgenommen. Ein hoher Einspritzdruck hat
z. B. die Vorteile reduzierter Schadstoffemissionen, eines reduzierten
Kraftstoffverbrauchs und hoher spezifischer Leistungen. Die maximalen
Einspritzdrücke
bei Common-Rail-Systemen sind durch die Hochdruckfestigkeit von
Druckspeichern (rails) und Hochdruckpumpen auf ca. 1800 bar begrenzt.
Zur weiteren Steigerung des Einspritzdruckes kann ein Druckverstärker im
Injektor zum Einsatz kommen. Der Druckverstärker setzt durch eine hydraulische Übersetzung
einen primären,
von dem Druckspeicher zur Verfügung
gestellten Druck um in den erwünschten
hohen Einspritzdruck.
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Stand der
Technik
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Aus
DE 4311627 A1 ist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
für Brennkraftmaschinen
bekannt, bei der die Einspritzventile zur Erhöhung des Einspritzdruckes auf
bis zu 2000 bar einen Druckverstärker
aufweisen. In Folge der Hubbewegung eines Verstärkerkolbens vergrößert sich
der Kraftstoffdruck in einem Einspritzdruckraum auf ein Vielfaches
des angelegten Hochdruckes. Nach der Einspritzung von Kraftstoff
aus dem Einspritzdruckraum in einen Brennraum sinkt der Druck im
Einspritzdruckraum aufgrund der Rückstellung des Verstärkerkolbens. Dadurch öffnet ein
Rückschlagventil,
so dass Kraftstoff mit dem angelegten Hochdruck in den Einspritzdruckraum
einströmen
kann (Wiederbefüllung).
Die Integration eines solchen Rückschlagventils
in eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung bedeutet jedoch einen erheblichen
fertigungstechnischen Aufwand. Die Unterbringung des Rückschlagventils
im vorhandenen Bauraum ist schwierig zu realisieren.
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Darstellung
der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht es,
mit einem reduzierten fertigungstechnischen Aufwand eine Wiederbefüllung des
Druckverstärkers
sicherzustellen. In vorteilhafter Weise ist die Unterbringung eines
Rückschlagventils
zu diesem Zweck bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
nicht mehr notwendig.
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Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht
durch eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer
durch eine Kraftstoff-Hochdruckquelle mit Kraftstoff versorgbaren Kraftstoff-Einspritzdüse, die
einen beweglichen Düsenkolben
zum Öffnen
und Verschließen
von Einspritzöffnungen,
einen Einspritzdüsen-Hochdruckraum
und einen Einspritzdüsen-Steuerraum
aufweist, wobei zwischen die Kraftstoff-Einspritzdüse und die
Kraftstoff-Hochdruckquelle eine Druckübersetzungs-Einrichtung geschaltet
ist, die einen beweglichen Druckübersetzer-Kolben,
einen Druckübersetzer-Arbeitsraum
und einen Druckübersetzer-Hochdruckraum
aufweist, wobei eine bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse zum Befüllen des
Druckübersetzer-Hochdruckraums
offene Füllverbindung
bei geöffneter
Kraftstoff-Einspritzdüse verschlossen
ist.
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Das Verschließen der beim Befüllen offenen Füllverbindung
ist dabei an das Bewegen des Düsenkolbens
in Öffnungsrichtung
zum Freigeben der Einspritzöffnungen
gekoppelt.
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In einer bevorzugten Ausfführungsform
der vorliegenden Erfindung ist dabei die Füllverbindung bei offener Kraftstoff-Einspritzdüse durch
den Düsenkolben
verschlossen.
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Dadurch, dass z.B. der Düsenkolben
die Füllverbindung
bei geöffneter
Kraftstoff-Einspritzdüse während der
Kraftstoff-Einspritzung verschließt und bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse nach der
Kraftstoff-Einspritzung wieder freigibt, wird zum Befüllen des
Druckübersetzer-Hochdruckraumes beim
Rückstellen
des Druckübersetzer-Kolbens
kein Rückschlagventil
benötigt.
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Vorzugsweise bewirkt bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz-Einrichtung
eine Druckänderung
in einem in der Druckübersetzungs-Einrichtung
enthaltenen Druckübersetzer-Steuerraum und/oder
in dem Druckübersetzer-Arbeitsraum
eine Druckänderung
im Druckübersetzer-Hochdruckraum.
Der Druckübersetzer-Kolben
verdichtet während
der Kraftstoff-Einspritzung durch seinen Hub den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum auf
einen Einspritzhochdruck, der höher
als der Kraftstoff-Hochdruck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle ist. Bei
offener Kraftstoff-Einspritzdüse
wird Kraftstoff unter Einspritzhochdruck durch die Einspritzöffnungen in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Öffnen und Verschließen der
Einspritzöffnungen über ein
Steuerventil steuerbar. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine
3/2-Ventil. Das Steuerventil kann z. B. bei einem druckgesteuerten
Kraftstoffinjektor das Öffnen
und Verschließen
der Einspritzöffnungen
durch das Ansteuern der Druckübersetzungs-Einrichtung
bewirken.
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Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen
Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
im Ruhezustand bzw. beim Rückstellen,
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2 einen
Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
bei der Einspritzung,
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3 eine
erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
in koaxialer Bauform und
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4 eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung im
Ruhezustand bzw. beim Befüllen.
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Ausführungsvarianten
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1 zeigt
einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, die
sich im Ruhezustand befindet bzw. beim Zurückstellen.
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Das System umfasst eine Kraftstoff-Hochdruckquelle 1,
beispielsweise einen Druckspeicher (Common-Rail), der durch eine
Hochdruckpumpe auf bis zu 1600 bar verdichteten Kraftstoff speichert.
Von der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 wird der Kraftstoff über eine
Hochdruckleitung 27 zu den Injektoren geleitet, die jeweils
ein Steuerventil 14, eine Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und
eine Kraftstoff-Einspritzdüse 2 enthalten.
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Das Steuerventil 14 ist
in dieser bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein 3/2-Ventil. In 1 befindet sich das Steuerventil 14 in
einer ersten Schaltstellung 15, bei der die Hochdruckleitung 27 zu
einem Druckübersetzer-Steuerraum 12 der
Druckübersetzungs-Einrichtung 7 hin geöffnet ist
und eine zu einem nicht näher
dargestellten Niederdrucksystem führende Niederdruckleitung 17 geschlossen
ist. In der zweiten Schaltstellung 16 (nicht in 1 dargestellt) verschließt das Steuerventil 14 die
Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und
stellt eine Verbindung zwischen dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und
der Niederdruckleitung 17 her. Das Steuerventil 14 kann
z. B. Piezo- oder ein Magnetventil sein. Durch die Verwendung eines schnell
schaltenden Piezoventils als Steuerventil können auch bei hohem Düsenöffnungsdruck
kleine Einspritzmengen in definierter Weise und mit kleinen Mengentoleranzen
in den Brennraum 25 der Brennkraftmaschine eingespritzt
werden. Ferner ergeben sich aufgrund des schnellen Schaltvorgangs
geringe Leckageverluste. Ferner kann das Steuerventil 14 als direkt
gesteuertes Ventil oder als Servoventil ausgeführt sein.
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Die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthält einen
Druckübersetzer-Kolben 8,
der mittels einer Rückstellfeder 13 federnd
gelagert ist. Der Druckübersetzer-Kolben 8 trennt
einen Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 von
einem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11,
der über
die Hochdruckleitung 27 an die Kraftstoff-Hochdruckquelle
angeschlossen ist. Die zur Lagerung des Druckübersetzer-Kolbens 8 verwendete
Rückstellfeder 13 ist
in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 angeordnet.
Der Druckübersetzer-Kolben 8 lässt sich
in zwei Bereiche einteilen, einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzer-Kolbenteilbereich 18 und
einen zweiten (durchmesserkleineren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19.
Die beiden Druckübersetzerkolben-Teilbereiche 18, 19 sind
getrennte Bauteile, können
aber auch fest miteinander verbunden oder als ein einziges Bauteil
ausgeführt
sein. Das Gehäuse 28 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 weist
eine stufenförmige
Verjüngung
auf. Durch den ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 des
in dem Gehäuse 28 verschiebbar
angeordneten Druckübersetzer-Kolbens 8 wird
der Innenraum der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 in
zwei Bereiche aufgeteilt, die bis auf Leckageverluste flüssigkeitsdicht
voneinander getrennt sind. Der eine Bereich ist der mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 über die
Hochdruckleitung 27 verbundene Druckübersetzer-Arbeitsraum 11,
der zweite
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Bereich weist die oben erwähnte, stufenförmige Verjungung
auf, in die der zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 verschiebbar
hineinragt. Dadurch wird der verjüngte Bereich flüssigkeitsdicht vom
Rest des zweiten Bereichs abgegrenzt, so dass ein Druckübersetzer-Steuerraum 12 und
ein Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 ausgebildet
werden. Der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 ist über die
Hochdruckleitung 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden.
Der Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist über das
Steuerventil 14 entweder mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (erste
Schaltstellung 15) oder mit der Niederdruckleitung 17 (zweite
Schaltstellung 16) verbindbar. Der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 ist über eine
Einspritzhochdruckleitung 29 mit einem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 verbunden
und mit einem in der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 enthaltenen Einspritzdüsen-Steuerraum 20 über eine
Füllverbindung 10 verbindbar.
In dieser bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Füllverbindung 10 zwischen
dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 angeordnet.
Die Füllverbindung 10 enthält dabei
vorzugsweise eine Drossel 23.
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Die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 umfasst
einen Düsenkolben 3 und
ragt mit ihren Einspritzöffnungen 6 in
den Brennraum 25 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
hinein. Der Düsenkolben 3 ist
in zwei Bereiche einteilbar, den oberen (durchmessergrösseren)
Düsenkolben-Teilbereich 4 und
die (durchmesserkleinere) Düsennadel 5,
wobei der obere Düsenkolben-Teilbereich 4 über eine
Druckschulter 30 in die Düsennadel 5 übergeht.
Im Bereich der Druckschulter 30 ist der Düsenkolben 3 von
dem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 umgeben.
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Im Ruhezustand (1) ist das Steuerventil 14 nicht
angesteuert (erste Schaltstellung 15) und es findet keine
Einspritzung statt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 bei
geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse 2 über das
Steuerventil 14 (in einer ersten Schaltstellung 15)
den Druckübersetzer-Steuerraum 12,
den Einspritzdüsenraum 20 und
die Füllverbindung 10 mit
der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Es liegt dann
der Hochdruck der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 an
folgenden Stellen an:
- – in der Hochdruckleitung 27,
- – im
dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11,
- – über die
Hochdruck-Verbindungsleitung 31 an dem Steuerventil 14,
- – über die
erste Verbindungsleitung 32 im Druckübersetzer-Steuerraum 12,
- – über die
zweite Verbindungsleitung 33 im Einspritzdüsen-Steuerraum 20,
- – über die
Füllverbindung 10 im
Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
- – über die
Einspritzhochdruckleitung 29 im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21.
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Somit sind im Ruhezustand alle Druckräume (11, 12, 9)
der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 mit Hochdruck
beaufschlagt und der Druckübersetzer-Kolben 8 ist
druckausgeglichen. Die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 ist
deaktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt. Über die
Rückstellfeder 13 wird
der Druckübersetzer-Kolben 8 in
seiner Ausgangslage gehalten. Der Hochdruck im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bringt
eine hydraulische Schließkraft
auf den Düsenkolben 3 auf,
die die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 zusammen
mit der Schließkraft der
Schließfeder 24 geschlossen
hält. Diese
beiden Kräfte
sind zusammen größer als
die in Öffnungsrichtung
auf den Düsenkolben 3 im
Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 wirkende
hydraulische Kraft, so dass die Einspritzöffnungen 6 trotz des
ständig
im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 1 anstehenden Hochdruckes
durch die Düsennadel 50 verschlossen bleiben.
Es findet folglich keine Einspritzung statt.
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2 zeigt
einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung bei
der Einspritzung.
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Der Aufbau der in 2 gezeigten Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
entspricht demjenigen in 1.
Die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 25 wird
eingeleitet durch die Aktivierung des 3/2-Wege-Steuerventils 14.
Es wird von der ersten Schaltstellung 15 (Verbindung Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die
erste Verbindungsleitung 32, Hochdruck-Verbindungsleitung 31 und Hochdruckleitung 27 mit
der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1) in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet.
In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer-Steuerraum 12 mit
der Niederdruckleitung 17 verbunden. Es erfolgt somit eine
Druckentlastung des Druckübersetzer-Steuerraums 12,
wodurch die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 aktiviert
wird. Gleichzeitig wird auch der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 druckentlastet.
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Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (auch
während
der Einspritzung) über
eine Hochdruckleitung 27 mit dem in der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthaltenen Druckübersetzer-Arbeitsraum
verbunden. Im Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 wirkt
auf die grosse Kolbenfläche 35 des
ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereichs 18 der
Hochdruck aus der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 in Verdichtungsrichtung 36.
Entgegen der Verdichtungsrichtung 36 wirkt lediglich der
Niederdruck im Druckübersetzer-Steuerraum 12,
die Kraft der Rückstellfeder 13 und
der Hochdruck im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9,
der jedoch nur auf die kleine Kolbenfläche 37 wirkt. Die
Kraft in Verdichtungsrichtung 36 überwiegt. Der Druckübersetzer-Kolben 8 bewegt
sich daher in Verdichtungsrichtung 36 im Gehäuse 28 der
Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und
verdichtet den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
erhöht
damit auch den Druck im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21. Durch den
Druckunterschied zwischen dem Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 und dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bewegt
sich der Düsenkolben 3 in Öffnungsrichtung
entgegen der Schließkraft
der Schließfeder 24 und
gibt die Einspritzöffnungen 6 frei.
In den Brennraum 25 wird nun Kraftstoff 34 unter einem
gegenüber
dem Druck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 durch die
Druckübersetzungs-Einrichtung 7 erhöhten Druck
eingespritzt.
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Im geöffneten Zustand der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 ist
die Füllverbindung 10 zwischen
dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und
dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 durch
den Düsenkolben 3 verschlossen.
Dabei wirkt ein Ende des Düsenkolbens 3 mit
dem Dichtsitz 26 zusammen. Während der Einspritzung kann
folglich keine Verlustmenge aus dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die
in der Füllverbindung 10 enthaltene
Drossel 23 entweichen.
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Solange der Druckübersetzer-Steuerraum 12 druckentlastet
ist, bleibt die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 aktiviert
und der Druckübersetzer-Kolben 8 verdichtet
den Kraftstoff in dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9.
Der verdichtete Kraftstoff wird zur Düsennadel 5 weitergeleitet
und in den Brennraum 25 eingespritzt.
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Zum Beenden der Einspritzung wird
das Steuerventil wieder in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet
(1), so dass der Druckübersetzer-Steuerraum 9 und
der Einspritzdüsenraum 20 von
der Niederdruckleitung 17 getrennt und mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden
werden kann. In den Druckübersetzer-Steuerraum 9 baut sich
dadurch wieder der Hochdruck auf. Im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 fällt der
Druck auf den durch die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugten Hochdruck
ab. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist
nun hydraulisch ausgeglichen.
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Im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und
im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 baut
sich ebenfalls der Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck auf, so
dass auch der Düsenkolben 3 der
Kraftstoff-Einspritzdüse 2 hydraulisch
ausgeglichen ist. Der Düsenkolben 3 wird
dann durch die Kraft der Schließfeder 24 in
Schließrichtung
bewegt, bis die Einspritzöffnungen 6 durch
die Düsennadel 5 verschlossen
werden. Die Einspritzung ist beendet und die Füllverbindung 10 wird
durch die Bewegung des Düsenkolbens 3 in
Schließrichtung
wieder freigegeben.
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Nach dem Druckausgleich des Systems
wird der Druckübersetzer-Kolben 8 durch
die Kraft der Rückstellfeder 13 in
Rückstellrichtung 38 bewegt,
bis er in seine Ausgangslage zu rückgestellt
ist. Dabei wird der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die in
der Füllverbindung 10 enthaltene
Drossel 23 aus dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 wieder
gefüllt. Die
Befüllung
erfolgt automatisch, ohne dass ein zusätzliches Rückschlagventil notwendig wäre.
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Zur Stabilisierung der Schaltsequenzen
können
noch zusätzliche
Maßnahmen
zur Dämpfung von
Schwingungen zwischen der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 und
dem Injektor getroffen werden. Dies kann z. B. durch eine optimierte
Auslegung einer Drossel 22 in der Hochdruckleitung 27 erfolgen. Alternativ
dazu kann an einer beliebigen Stelle der Zuleitung (27, 31, 32)
ein (nicht dargestelltes) Drosselrückschlagventil eingesetzt werden.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
in koaxialer Bauform.
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Dabei die sind die Druckübersetzungs-Einrichtung
und die Kraftstoff-Einspritzdüse
koaxial zueinander in einem gemeinsamen Injektorgehäuse 39 angeordnet.
In dem Injektorgehäuse 39 sind
zwei relativ zueinander bewegliche Teile federnd gelagert: Ein Druckübersetzer-Kolben 8 und
ein Düsenkolben 3.
Der Druckübersetzer-Kolben 8 weist
einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 und
einen zweiten (durchmesserkleineren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 auf.
Das Injektorgehäuse 39 weist
ebenfalls eine stufenförmige
Verjüngung 41 auf.
Der (durchmessergrößere) erste
Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 wird
axial und weitgehend flüssigkeitsdicht
vom durchmessergrößeren Teil
des Injektorgehäuses 39 geführt. Der
(durchmesserkleinere) zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 befindet
sich teilweise in dem durchmessergrößeren Teil des Injektorgehäuses 39 und
taucht teilweise in den durchmesserkleineren Teil des Injektorgehäuses ein,
wo er axial verschiebbar und weitgehend flüssigkeitsdicht geführt wird. Der
durchmessergrößere erste
Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 teil
in dem Innenraum des Injektorgehäuses 39 den
Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 und
den Druckübersetzer-Steuerraum 12 ab.
In dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist
die dem durchmesserkleineren zweiten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 umgebende
Rückstellfeder 13 angeordnet.
Die Rückstellfeder 13 stützt sich
einerseits im Bereich der stufenförmigen Verjüngung 41 des Injektorgehäuses 39 und
andererseits an dem durchmessergrößeren ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 ab.
Im Ruhezustand drückt
sie den Druckübersetzer-Kolben 8 gegen
ein in dem Injektorgehäuse 39 angeordnetes
Begrenzungselement 42 in seine Ruheposition. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist als
Hohlkolben ausgebildet: Er enthält
eine zentrale durchgängige
Bohrung 43. Der Düsenkolben 3 wird in
einem Führungsbereich 44 in
dieser Bohrung 43 weitgehend flüssigkeitsdicht geführt.
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Am Injektorgehäuse 39 ist im Bereich
des Druckübersetzer-Arbeitsraumes 11 ein
in Form eines Zylinders in die Bohrung 43 ragendes Druckstück 45 befestigt.
Auf der dem Düsenkolben 3 zugewandten Seite
weist das Druckstück 45 eine
Verjüngung
auf, auf die eine Schließfeder 24 aufgezogen
ist. Die Schließfeder 24 stützt sich
einerseits gegen das Druckstück 45 ab
und drückt
andererseits gegen das in die Bohrung 42 hineinragende
Ende des Düsenkolbens 3.
Zwischen dem Düsenkolben 3 und
dem Druckstück 45 ist
genügend
Freiraum, um ein Abheben der Düsennadel 5 von
den Einspritzöffnungen 6 entgegengesetzt
zu der Kraft der Schließfeder 24 während eines
Einspritzvorganges zu erlauben.
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Die Schließfeder 24 ist in der
Bohrung 43 von dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 umgeben.
Bei der in 3 dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist somit der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 in
dem als Hohlkolben ausgebildete Druckübersetzer-Kolben 8 angeordnet. Der
Druckübersetzer-Kolben 3 enthält mindestens eine Öffnung 46, über die
der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 ständig mit
dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 verbunden
ist, so dass in den beiden Räumen 12, 20 stets
der Druck ausgeglichen wird.
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Alternativ dazu könnte der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 statt
mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 z.B.
mit dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 verbunden
sein. Dann wird der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 nicht
gemeinsam mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 entlastet,
sondern bleibt ständig
auf dem Druckniveau des Arbeitsraumes 11. Dies wäre ebenfalls
möglich,
da im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 durch
die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 ein
höherer
Druck aufgebaut wird und die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 somit öffnet. Zur
Verbindung des Einspritzdüsen-Steuerraumes 20 mit
dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 könnte z.B.
das Druckstück 45 im
Durchmesser verkleinert werden, sodass es nicht mehr hochdruckdicht
in dem Druckübersetzer-Kolben 8 geführt würde, sondern entlang
des Druckstückes 45 eine
Verbindung zwischen den beiden Räumen 20, 11 bestehen
würde.
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In der Anordnung gemäß 3 fallen der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
der Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 gemäß 1 und 2 zusammen und werden von dem Hochdruckraum 47 gebildet.
Die eine Drossel 23 enthaltende Füllverbindung 10 zwischen
dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und
dem Hochdruckraum 47 verläuft bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in dem Düsenkolben 3.
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Die Zumessung des Kraftstoffs in
den Brennraum 25 erfolgt wiederum durch Aktivierung des 3/2-Wege-Steuerventils 14.
Dadurch wird der Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die
Verbindungsleitung 32 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden
und somit druckentlastet.
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Dies aktiviert die Druckübersetzungs-Einrichtung
und der Kraftstoff wird im Hochdruckraum 47 durch den Druckübersetzer-Kolben 3 verdichtet.
Der verdichtete Kraftstoff wird entlang der Düsennadel 5 weitergeleitet.
Der Düsenkolben 3 gibt
schließlich
in Folge der steigenden öffnenden
Druckkraft im Hochdruckraum 47 die Einspritzöffnungen 6 frei
und der Kraftstoff wird in den Brennraum 25 eingespritzt.
Bei geöffneter
Kraftstoff-Einspritzdüse liegt
der Düsenkolben 3 mit
dem Dichtsitz 26 an dem Druckstück 45 an und verschließt so die
Füllverbindung 10 flüssigkeitsdicht.
So kann kein komprimierter Kraftstoff von dem Hochdruckraum 47 in
den Einspritzdüsen-Steuerraum 20 zurückfließen.
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Zum Beenden der Einspritzung wird
durch das Steuerventil 14 der Druckübersetzer-Steuerraum 12 wieder mit der
Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Dadurch baut sich
in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und über die Öffnung 46 in
dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 der
von der Kraftstoff-Hochdruckquelle erzeugte Kraftstoff-Hochdruck auf.
Der Druck im Hochdruckraum 47 fällt auf den Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck
ab, woraufhin der Druckübersetzer-Kolben 8 hydraulisch
ausgeglichen ist, ebenso wie der Düsenkolben 3. Durch die
Kraft der Federn 13, 24 werden beide Kolben 3, 8 in
ihrer Ruheposition bewegt. Die Düsennadel
verschließt
die Einspritzöffnungen 6 und
der Düsenkolben 3 hebt
den Dichtsitz 26 von dem Druckstück 45 ab. Somit wird
die Füllverbindung 10 geöffnet, so dass
der Hochdruckraum 47 über
die Füllverbindung 10 und
weitere Räume 20, 12 und
Verbindungen 46, 32, 31, 27 mit
der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden ist. So wird
der Hochdruckraum 47 beim Rückstellen des Druckübersetzer-Kolbens 8 über die Füllverbindung 10 befällt.
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Durch das Zusammenlegen von Druckübersetzer-Hochdruckraum
und Einspritzdüsen-Hochdruckraum, den
als Hohlkolben ausgeführten
Druckübersetzer-Kolben
und die in dem Düsenkolben
enthaltene Füllverbindung
lässt sich
bei dieser bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine besonders
kompakte Konstruktion der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung erreichen.
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4 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung
im Ruhezustand bzw. beim Befüllen.
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Im Ruhezustand (keine Einspritzung)
befindet sich das Steuerventil 14 in einer ersten Schaltstellung 15,
in der es den Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit
der Niederdruckleitung 17 verbindet. Der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 sowie
der im Ruhezustand damit über
die Füllverbindung 10 verbundene Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und
der Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 sind über eine
zweite Niederdruckleitung 48 mit einem nicht weiter dargestellten
Niederdruckbereich verbunden, ebenso wie der Druckübersetzer- Steuerraum 12 über eine
dritte Niederdruckleitung 49. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind also bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse 2 der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die
Füllverbindung 10 und über den
Einspritzdüsen-Steuerraum 20,
der Druckübersetzer-Steuerraum 12 und
der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit
mindestens einer Niederdruckleitung 17, 48, 49 verbunden.
Somit ist sowohl der Druckübersetzer-Kolben 8 als
auch der Düsenkolben 3 im
Ruhezustand hydraulisch ausgeglichen und beide Kolben 8, 3 werden
durch die zugeordnete Feder 13, 24 in ihrer Ruheposition
gehalten. Die Einspritzöffnungen 6 sind
zum Brennraum 25 hin durch die Düsennadel 5 verschlossen.
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Zur Einspritzung wird das Steuerventil 14 von
der ersten Schaltstellung 15 in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet.
In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 mit
der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. In dem Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 baut
sich der von der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugte
Druck auf. Der Druckübersetzer-Kolben 8 bewegt
sich dadurch in Verdichtungsrichtung und verdichtet den Kraftstoff im
Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 auf übersetzten
Druck. Dieser wird in den Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 weitergeleitet.
Der Düsenkolben 3 bewegt
sich durch die so erzeugte Druckkraft in Öffnungsrichtung und gibt die
Einspritzöffnungen 6 frei. Gleichzeitig
wird die Füllverbindung 10 vom
Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 zum
Einspritzdüsen-Steuerraum 20 durch
den Düsenkolben 3 verschlossen.
So entsteht keine Verlustmenge während der
Einspritzung.
-
Zum Beenden des Einspritzvorganges
wird das Steuerventil 14 in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet.
Der Druckübersetzer-Arbeitsraum 11 ist
dann wieder mit der Niederdruckleitung 17 verbunden. Im
Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 stellt
sich ebenfalls der Niederdruck ein und folglich auch im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21.
Daher schließt die
Düsennadel 5 und
der Düsenkolben 3 gibt
die Füllverbindung 10 frei.
Der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 wird
beim Rückstellen 38 des
Druckübersetzer-Kolben 8 über die
Füllverbindung 10 aus dem
Niederdrucksystem befüllt.
Die Füllverbindung 10 kann
bei Bedarf eine Drossel 23 enthalten.
-
- 1
- Kraftstoff-Hochdruckquelle
- 2
- Kraftstoff-Einspritzdüse
- 3
- Düsenkolben
- 4
- oberer
Düsenkolben-Teilbereich
- 5
- Düsennadel
- 6
- Einspritzöffnungen
- 7
- Druckübersetzungs-Einrichtung
- 8
- Druckübersetzer-Kolben
- 9
- Druckübersetzer-Hochdruckraum
- 10
- Füllverbindung
- 11
- Druckübersetzer-Arbeitsraum
- 12
- Druckübersetzer-Steuerraum
- 13
- Rückstellfeder
- 14
- Steuerventil
- 15
- erste
Schaltstellung
- 16
- zweite
Schaltstellung
- 17
- Niederdruckleitung
- 18
- erster
Druckübersetzerkolben-Teilbereich
- 19
- zweiter
Druckübersetzerkolben-Teilbereich
- 20
- Einspritzdüsen-Steuerraum
- 21
- Einspritzdüsen-Hochdruckraum
- 22
- erste
Drossel
- 23
- zweite
Drossel
- 24
- Schließfeder
- 25
- Brennraum
- 26
- Dichtsitz
- 27
- Hochdruckleitung
- 28
- Gehäuse der
Druckübersetzungs-Einrichtung
- 29
- Einspritzhochdruckleitung
- 30
- Druckschulter
- 31
- Hochdruck-Verbindungsleitung
- 32
- erste
Verbindungsleitung
- 33
- zweite
Verbindungsleitung
- 34
- eingespritzter
Kraftstoff
- 35
- große Kolbenfläche
- 36
- Verdichtungsrichtung
- 37
- kleine
Kolbenfläche
- 38
- Rückstellrichtung
- 39
- Injektorgehäuse
- 41
- stufenförmige Verjüngung
- 42
- Begrenzungselement
- 43
- Bohrung
- 44
- Führungsbereich
- 45
- Druckstück
- 46
- Öffnung
- 47
- Hochdruckraum
- 48
- zweite
Niederdruckleitung
- 49
- dritte
Niederdruckleitung