DE10337848A1

DE10337848A1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10337848A1
Application number: DE2003137848
Authority: DE
Inventors: Francois Rossignol; Pierre-Marie Rochas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-17

Abstract

Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Ventilkörper (12) auf, in dem wenigstens ein Einspritzventilglied (28) verschiebbar geführt ist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32) gesteuert wird, wobei das wenigstens eine Einspritzventilglied (28) von dem in einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck beaufschlagt gegen die Kraft einer Schließfeder (44) in einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, wobei ein kraftstoffgefüllter Raum (46) vorgesehen ist, der wenigstens eine Verbindung (52, 54) mit einem Niederdruckbereich aufweist und der von einem Kolben (50) begrenzt ist, wobei der Kolben (50) von dem im Raum (46) herrschenden Druck beaufschlagt ist und eine Kraft in Schließrichtung auf das wenigstens eine Einspritzventilglied (28) erzeugt. Durch den Kolben (50) wird eine Verbindung (54) des Raums (46) mit einem Niederdruckbereich derart gesteuert, dass zu Beginn eines Öffnungshubs des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28) diese Verbindung (54) durch den Kolben (50) zumindest annähernd geschlossen ist und bei zunehmendem Öffnungshub des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28) diese Verbindung (54) durch den Kolben (50) freigegeben wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solches Kraftstoffeinspritzventil ist durch die DE 39 00 763 A1 bekannt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil ist mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe verbunden und bildet mit dieser eine Baueinheit, wobei für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird. Das Einspritzventilglied ist von dem in einem mit dem Pumpenarbeitsraum der Kraftstoffhochdruckpumpe verbundenen Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils beaufschlagt gegen die Kraft einer Schließfeder in einer Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar. Die Schließfeder ist in einem Federraum angeordnet und stützt sich über einen Kolben am Einspritzventilglied ab. Der Federraum ist über eine Drosselstelle mit einem Niederdruckbereich verbunden. Der Kolben erzeugt durch den im Federraum herrschenden Druck eine Kraft in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied. Durch den im Federraum herrschenden Druck wird dabei die Öffnungshubbewegung des Einspritzventilglieds gedämpft und die Schließbewegung des Einspritzventilglieds unterstützt.

Nachteilig bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist, dass die Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds über dessen gesamten Öffnungshub gedämpft wird und sich dadurch Betriebszustände ergeben können, in denen das Einspritzventilglied weder ganz geschlossen noch ganz geöffnet ist, sondern eine Zwischenstellung einnimmt. Es wird jedoch angestrebt, dass zwar die Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds gedämpft erfolgt, das Einspritzventilglied dann aber seinen vollen Öffnungshub ausführt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Dämpfung der Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds nur zu Beginn von dessen Öffnungshub erfolgt, so dass dieses mit geringer Geschwindigkeit öffnet, jedoch beim weiteren Öffnungshub keine oder nur noch eine geringere Dämpfung erfolgt und das Einspritzventilglied den vollen Öffnnungshub ausführt.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ist auf einfache Weise die Steuerung der Verbindung zum Niederdruckbereich durch den Kolben ermöglicht. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ist ebenfalls auf einfache Weise die Steuerung der Verbindung zum Niederdruckbereich durch den Kolben ermöglicht. Die Ausbildung gemäß Anspruch 11 ermöglicht ein schnelles Schließen des Einspritzventilglieds. Die Weiterbildung gemäß Anspruch 12 ermöglicht einen variablen Einspritzquerschnitt am Kraftstoffeinspritzventil und eine Dämpfung der Öffnungsbewegung sowie eine Unterstützung der Schließbewegung des zweiten Einspritzventilglieds.

Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung in einem Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils in vergrößerter Darstellung, 4 einen in 2 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Kraftstoffeinspritzventils in vergrößerter Darstellung, 5 den Ausschnitt IV gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 6 den Ausschnitt IV gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel und 7 einen Hubverlauf von Einspritzventilgliedern über der Zeit.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 bis 6 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann beispielsweise als sogenanntes Pumpe-Düse-System oder als Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet sein und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf. Bei einer Ausbildung als Pumpe-Leitung-Düse-System ist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 entfernt vom Kraftstoffeinspritzventil 12 angeordnet und mit diesem über eine Leitung verbunden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung als Pumpe-Düse-System ausgebildet, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und das Kraftstoffeinspritzventil 12 direkt miteinander verbunden sind und eine Baueinheit bilden. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen in einer Zylinderbohrung 16 in einem Pumpenkörper 14 dicht geführten Pumpenkolben 18 auf, der durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22. Durch den Pumpenkolben 18 wird bei dessen durch den Nocken 20 bewirkter Hubbewegung zyklisch bei dessen in die Zylinderbohrung 16 gerichtetem Förderhub im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck erzeugt. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 wird in den Pumpenarbeitsraum 22 durch eine Förderpumpe 21 Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs gefördert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, in dem ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 26 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf, die über den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt angeordnet sind. Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten etwa kegelförmigen Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des Einspritzventilglieds 28 greift eine vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die Schließfeder 44 ist in einem durch eine Bohrung 46 gebildeten Federraum des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 48 in den Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil 23, das durch eine elektronische Steuereinrichtung 49 angesteuert wird, wird eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit einem Entlastungsbereich gesteuert, als der beispielsweise ein Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Bereich dienen kann, in dem gegenüber dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 ein etwas erhöhter Druck herrscht und der beispielsweise die Druckseite der Förderpumpe 21 sein kann. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so dass in den Pumpenarbeitsraum 22 durch die Förderpumpe 21 Kraftstoff gefördert wird. Solange beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 keine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll ist durch das Steuerventil 23 die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 mit dem Entlastungsbereich geöffnet, so dass sich im Pumpenarbeitsraum 22 kein Hochdruck aufbauen kann. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung erfolgen soll, so wird das Steuerventil 23 zu einem bestimmten Zeitpunkt des Förderhubs des Pumpenkolbens 18 geschlossen, so dass der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbauen kann. Das Steuerventil 23 kann als Magnetventil oder als Piezoventil ausgebildet sein.
Das Einspritzventilglied 28 ragt mit seinem Ende in den Federraum 46 hinein und die Schließfeder 44 stützt sich über ein Stützelement in Form eines Kolbens 50 am Einspritzventilglied 28 ab. Der Kolben 50 kann als separates Teil oder einstückig mit dem Einspritzventilglied 28 ausgebildet sein. Die Bohrung 46 weist zu der Bohrung 30 hin einen ersten Abschnitt 46a auf und der Bohrung 30 abgewandt einen zweiten Abschnitt 46b auf mit einem gegenüber dem ersten Abschnitt 46a größeren Querschnitt. Im zweiten Bohrungsabschnitt 46b ist die Schließfeder 44 angeordnet. Der gegenüber dem ersten Bohrungsabschnitt 46a größere Querschnitt des zweiten Bohrungsabschnitts 46b kann beispielsweise durch einen größeren Durchmesser des Bohrungsabschnitts 46b gebildet sein. Alternativ kann der größere Querschnitt des zweiten Bohrungsabschnitts 46b auch durch eine oder mehrere über den Umfang verteilte Ausnehmungen oder Nuten 46c in dessen Umfang gebildet sein, die mit dem ersten Bohrungsabschnitt 46a verbunden sind. Der zweite Bohrungsabschnitt 46b ist über eine Drosselstelle 52 mit einem Niederdruckbereich verbunden, der vorzugsweise die Druckseite der Förderpumpe 21 ist. Der auf der der Schließfeder 44 abgewandten Seite durch den Kolben 50 im ersten Bohrungsabschnitt 46a begrenzte Raum weist ebenfalls eine Verbindung 54 mit einem Niederdruckbereich auf, der vorzugsweise ein zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 führender Rücklauf ist.
Der Kolben 50 weist zur Schließfeder 44 hin einen ersten Bereich 50a auf und an diesen von der Schließfeder 44 weg einen zweiten Bereich 50b auf, mit gegenüber dem ersten Bereich 50a kleinerem Querschnitt. Der kleinere Querschnitt des zweiten Kolbenbereichs 50b gegenüber dem ersten Kolbenbereich 50a kann durch einen kleineren Durchmesser des Kolbenbereichs 50b gebildet sein. Vorzugsweise ist jedoch der kleinere Querschnitt des zweiten Kolbenbereichs 50b durch eine oder mehrere über den Umfang verteilte Abflachungen 51 gebildet, wobei der zweite Kolbenbereich 50b außerhalb der Abflachungen 51 denselben Durchmesser aufweist wie der erste Kolbenbereich 50a. Der Kolben 50 ist von dem im zweiten Bohrungsabschnitt 46b herrschenden Druck beaufschlagt und erzeugt eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft.
Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so dass Kraftstoff durch die Förderpumpe 21 aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in den Pumpenarbeitsraum 22 gefördert wird. Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird im Pumpenarbeitsraum einspritzsynchron zyklisch Hochdruck erzeugt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird der Beginn der Kraftstoffeinspritzung dadurch festgelegt, dass das Steuerventil 23 schließt, so dass der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, dass die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte Druckkraft größer ist als die Kraft der Schließfeder 44 und die durch den auf den Kolben 50 wirkenden Druck erzeugte Kraft, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abhebt und die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 freigibt. Wenn sich das Einspritzventilglied 28 in seiner Schließstellung befindet, in der es mit seiner Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 anliegt, so ist der Kolben 50 mit seinem ersten Bereich 50a im ersten Abschnitt 46a der Bohrung 46 eingetaucht und in diesem dicht geführt. Der zweite Bohrungsabschnitt 46b ist somit durch den Kolben 50 von der Verbindung 54 getrennt und nur über die Drosselstelle 52 mit dem Zulauf von der Förderpumpe 21 her verbunden. Bei der Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 taucht der Kolben 50 weiter in den zweiten Bohrungsabschnitt 46b ein und aus diesem muss Kraftstoff über die Drosselstelle 52 verdrängt werden, wodurch die Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 gedämpft wird. Nach einem bestimmten Öffnungshub des Einspritzventilglieds 28 taucht der Kolben 50 mit seinem ersten Bereich 50a aus dem ersten Bohrungsabschnitt 46a aus, so dass nur noch der im Querschnitt kleinere zweite Kolbenbereich 50b im ersten Bohrungsabschnitt 46a angeordnet ist und zwischen diesem und dem Kolben 50 ein Durchflussquerschnitt vom zweiten Bohrungsabschnitt 46b zur Verbindung 54 freigegeben wird. Bei der weiteren Öffnungsbewegung des Einspritzventilglieds 28 und des Kolbens 50 kann somit Kraftstoff aus dem zweiten Bohrungsabschnitt 46b über die Drosselstelle 52 und zusätzlich über die Verbindung 54 verdrängt werden, so dass die Öffnungsbewegung nur noch geringer oder nicht mehr gedämpft wird. Zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung wird das Steuerventil 23 geöffnet, so dass die Verbindung des Pumpenarbeitsraums 22 zum Entlastungsbereich geöffnet ist.
Bei einem in den 2 bis 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist das Kraftstoffeinspritzventil 12 ein erstes Einspritzventilglied 28 auf, das in der Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Wie in 3 dargestellt weist der Ventilkörper 26 an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine erste, vorzugsweise mehrere erste Einspritzöffnungen 32 auf, die über den Umfang des Ventilkörpers 26 verteilt angeordnet sind. Das erste Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die ersten Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das erste Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das erste Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung eine Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende des ersten Einspritzventilglieds 28 greift eine erste vorgespannte Schließfeder 44 an, durch die das erste Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin gedrückt wird. Die erste Schließfeder 44 ist in einem ersten, durch eine Bohrung 46 gebildeten Federraum des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
Das erste Einspritzventilglied 28 des Kraftstoffeinspritzventils 12 ist hohl ausgebildet und in diesem ist in einer koaxial im Einspritzventilglied 28 ausgebildeten Bohrung ein zweites Einspritzventilglied 128 verschiebbar geführt. Durch das zweite Einspritzventilglied 128 wird wenigstens eine zweite Einspritzöffnung 132 im Ventilkörper 26 gesteuert. Die wenigstens eine zweite Einspritzöffnung 132 ist in Richtung der Längsachse der Einspritzventilglieder 28, 128 zu der wenigstens einen ersten Einspritzöffnung 32 zum Brennraum hin versetzt angeordnet. Das zweite Einspritzventilglied 128 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 134 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 136 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die zweiten Einspritzöffnungen 132 abführen. Das zweite Einspritzventilglied 128 kann zweiteilig ausgebildet sein und einen die Dichtfläche 134 aufweisenden, dem Brennraum zugewandten Teil und einen vom Brennraum weg an den ersten Teil anschließenden zweiten Teil aufweisen. Nahe dem brennraumseitigen Ende des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist an diesem eine ausserhalb des Ventilsitzes 136 liegende Druckfläche 142 gebildet, auf die bei geöffnetem erstem Einspritzventilglied 28 der im Druckraum 40 herrschende Druck wirkt.
An die den ersten Federraum bildende Bohrung 46 vom Brennraum weg anschließend ist wie in 2 und 4 dargestellt im Ventilkörper 26 eine einen zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ausgebildet, in dem eine zweite, auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende Schließfeder 144 angeordnet ist. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist im Durchmesser etwas kleiner ausgebildet als die den ersten Federraum bildende Bohrung 46. Das erste Einspritzventilglied 28 ragt mit seinem Ende in den ersten Federraum hinein und stützt sich in diesem an der ersten Schließfeder 44 ab. Die erste Schließfeder 44 stützt sich mit ihrem dem ersten Einspritzventilglied 28 abgewandten Ende an einer zwischen der den ersten Federraum bildenden Bohrung 46 und der den zweiten Federraum bildenden Bohrung 146 angeordneten Zwischenscheibe 47 ab. Das zweite Einspritzventilglied 128 ragt mit einer Druckstange 64, die einstückig mit dem Einspritzventilglied 128 oder als separates Teil ausgebildet sein kann, aus dem ersten Einspritzventilglied 28 heraus und verläuft durch den ersten Federraum 46 und durch eine in der Trennwand 47 ausgebildete Bohrung 45 mit kleinerem Durchmesser hindurch bis in den zweiten Federraum 146. Die den zweiten Federraum bildende Bohrung 146 ist im Durchmesser gegenüber der Bohrung 45 größer ausgebildet. Im zweiten Federraum ist die auf das zweite Einspritzventilglied 128 wirkende zweite Schließfeder 144 angeordnet. Die zweite Schließfeder 144 stützt sich einerseits am Boden des zweiten Federraums und andererseits über einen Kolben 150 an der Druckstange 64 des zweiten Einspritzventilglieds 128 ab.
Die Ausbildung der den zweiten Federraum bildenden Bohrung 146 und des Kolbens 150 ist gleich wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1. Die Bohrung 146 weist dabei den ersten Bohrungsabschnitt 146a und den zweiten, im Querschnitt vergrößerten Bohrungsabschnitt 146b auf. Im zweiten Bohrungsabschnitt 146b ist die Schließfeder 144 angeordnet und dieser weist über eine Drosselstelle 152 eine Verbindung mit der Druckseite der Förderpumpe 21 auf. Der Kolben 150 weist den ersten Kolbenbereich 150a und den zweiten, im Querschnitt verkleinerten Kolbenbereich 150b auf. Der vom Kolben 150 im ersten Bohrungsabschnitt 146a der Schließfeder 144 abgewandt begrenzte Raum weist die Verbindung 154 zum Rücklauf auf.
Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 geöffnet, so daß Kraftstoff durch die Förderpumpe 21 aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 in den Pumpenarbeitsraum 22 gefördert wird. Durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird im Pumpenarbeitsraum einspritzsynchron zyklisch Hochdruck erzeugt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 wird der Beginn der Kraftstoffeinspritzung dadurch festgelegt, daß das Steuerventil 23 schließt, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum getrennt ist und sich im Pumpenarbeitsraum 22 Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so hoch ist, dass die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das erste Einspritzventilglied 28 erzeugte Druckkraft größer ist als die Kraft der ersten Schließfeder 44, so öffnet das Kraftstoffeinspritzventil 12 indem das erste Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abhebt und die wenigstens eine erste Einspritzöffnung 32 freigibt. Die in Schließrichtung durch die zweite Schließfeder 144 und den im zweiten Federraum 146 herrschenden über den Kolben 150 auf das zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Schließkraft ist größer als die durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Druckfläche 142 auf das zweite Einspritzventilglied 128 ausgeübte Kraft in Öffnungsrichtung 29, so dass das zweite Einspritzventilglied 128 in seiner geschlossenen Stellung verbleibt. In der geschlossenen Stellung des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist der Kolben 150 mit seinem ersten Kolbenbereich 150a in den ersten Bohrungsabschnitt 146a eingetaucht und somit der zweite Bohrungsabschnitt 146b nur über die Drosselstelle 152 mit dem Zulauf von der Förderpumpe 21 her verbunden. Am Kraftstoffeinspritzventil 12 wird somit mit den ersten Einspritzöffnungen 32 nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts geöffnet, so daß entsprechend nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dies ist vorzugsweise bei einer Voreinspritzung von Kraftstoff der Fall. In 7 ist der Verlauf des Hubs h der beiden Einspritzventilglieder 28,128 über der Zeit t während eines Einspritzzyklus dargestellt. Der Hub des ersten Einspritzventilglieds 28 ist mit durchgezogenen Linien dargestellt und der Hub des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist mit gestrichelter Linie dargestellt. Die Voreinspritzung ist mit A bezeichnet und es ist ersichtlich, dass hierbei nur das erste Einspritzventilglied 28 öffnet und infolge dessen nur eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Voreinspritzung wird beendet, indem das Steuerventil 23 geöffnet wird, so dass der Druck im Druckraum 40 sinkt.
Zu einer Haupteinspritzung wird das Steuerventil 23 wieder geschlossen, so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 entsprechend dem Profil des Nockens 20 wieder ansteigt. Bei Erreichen des Öffnungsdrucks öffnet das erste Einspritzventilglied 28 und gibt die ersten Einspritzöffnungen 32 frei. Wenn das erste Einspritzventilglied 28 geöffnet ist, so wirkt der im Druckraum 40 herrschende Druck auf die Druckfläche 142 des zweiten Einspritzventilglieds 128 und wenn die durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Fläche 142 in Öffnungsrichtung 29 auf das zweite Einspritzventilglied 128 erzeugte Kraft größer ist als die auf dieses in Schließrichtung wirkende Kraft, so öffnet auch das zweite Einspritzventilglied 128 und gibt die zweiten Einspritzöffnungen 132 frei. Die Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 wird zu Beginn stark gedämpft, da der Kolben 150 mit seinem ersten Kolbenbereich 150a im ersten Bohrungsabschnitt 146a angeordnet ist und der vom Kolben 150 aus dem zweiten Bohrungsabschnitt 146b verdrängter Kraftstoff nur über die Drosselstelle 152 abströmen kann. Durch die Dämpfung der Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 wird erreicht, dass der zusätzliche Einspritzquerschnitt am Kraftstoffeinspritzventil 12 nur allmählich frei gegeben wird und somit die eingespritzte Kraftstoffmenge allmählich und nicht sprungartig zunimmt. Bei zunehmendem Öffnungshub des zweiten Einspritzventilglieds 128 taucht der Kolben 150 mit seinem ersten Kolbenbereich 150a aus dem ersten Bohrungsabschnitt 146a aus, so dass durch diesen die Verbindung 154 freigegeben wird, so dass die weitere Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 nicht mehr oder nur gering gedämpft wird. Bei geöffnetem zweitem Einspritzventilglied 128 ist dann der gesamte Einspritzquerschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 12 freigegeben. Die Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 und damit die Freigabe der zweiten Einspritzöffnungen 132 erfolgt verzögert nach der Öffnungshubbewegung des ersten Einspritzventilglieds 28 und der Freigabe der ersten Einspritzöffnungen 32 wie dies in 7 bei der mit B bezeichneten Haupteinspritzung dargestellt ist.
Es kann vorgesehen sein, daß die durch die ersten Einspritzöffnungen 32 und die zweiten Einspritzöffnungen 132 gebildeten Einspritzquerschnitte zumindest annähernd gleich groß sind, so daß bei der Öffnung nur des ersten Einspritzventilglieds 28 der halbe gesamte Einspritzquerschnitt freigegeben wird. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die ersten Einspritzöffnungen 32 einen kleineren oder größeren Einspritzquerschnitt bilden als die zweiten Einspritzöffnungen 132. Der von der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 erzeugte Druck nimmt mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine zu. Es kann vorgesehen sein, dass bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine nur das erste Einspritzventilglied 28 öffnet, so dass eine geringe Kraftstoffmenge eingespritzt wird, und erst bei höherer Drehzahl zusätzlich auch das zweite Einspritzventilglied 128 öffnet, so dass eine größere Kraftstoffmenge eingespritzt wird.
In 5 ist das Kraftstoffeinspritzventil 12 ausschnittsweise gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau mit den beiden Einspritzventilgliedern 28, 128 gleich ist wie bei der zweiten Ausführungsform, jedoch die Ausbildung des Kolbens 250 modifiziert ist. Der Kolben 250 weist dabei nur einen Kolbenbereich mit konstantem Durchmesser auf, wobei im Kolben 250 eine Entlastungsbohrung 251 eingebracht ist. Die Entlastungsbohrung 251 kann beispielsweise zumindest annähernd senkrecht zur Längsachse des Kolbens 250 verlaufen und als eine Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Am Umfang des ersten Bohrungsabschnitts 246a mündet wenigstens eine Verbindung 254 zu einem Niederdruckbereich, der der Zulauf von der Förderpumpe 21 her oder ein Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 hin sein kann. Die Entlastungsbohrung 251 des Kolbens 250 ist ständig mit der Verbindung 254 verbunden. In der Schließstellung des zweiten Einspritzventilglieds 128 ist die Entlastungsbohrung 251 des Kolbens 250 vollständig im ersten Bohrungsabschnitt 246a eingetaucht. Der zweite Bohrungsabschnitt 246b ist dabei von der Entlastungsbohrung 251 und der Verbindung 254 getrennt, so dass aus diesem Kraftstoff nur über die Drosselstelle 252 abströmen kann und die Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 stark gedämpft wird. Bei zunehmendem Öffnungshub des zweiten Einspritzventilglieds 128 taucht die Entlastungsbohrung 251 des Kolbens 250 aus dem ersten Bohrungsabschnitt 246a aus und gibt damit eine Verbindung des zweiten Bohrungsabschnitts 246b mit der Verbindung 254 frei. Aus dem zweiten Bohrungsabschnitt 246b kann dann Kraftstoff über die Drosselstelle 252 und die Verbindung 254 verdrängt werden, so dass die Öffnungsbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 nicht mehr oder nur noch gering gedämpft wird.
Der Kolben 250 kann im Bereich der Mündung der Entlastungsbohrung 251 an seinem Außenmantel eine umlaufende Ringnut 253 aufweisen, über die die Entlastungsbohrung 251 mit der Verbindung 254 verbunden ist, unabhängig in welcher Drehlage sich der Kolben 250 und damit dessen Entlastungsbohrung 251 in Bezug zur Verbindung 254 befindet.
In 6 ist das Kraftstoffeinspritzventil 12 ausschnittsweise gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche Aufbau mit den beiden Einspritzventilgliedern 28,128 sowie dem Kolben 350 gleich ist wie beim dritten Ausführungsbeispiel, jedoch die Ausbildung der Drosselstelle 352 modifiziert ist. Die zweite Schließfeder 144 stützt sich dabei über eine Scheibe 356 am dem Kolben 350 abgewandten Ende des zweiten Federraums 146 ab, wobei die Scheibe 356 im Federraum 146 verschiebbar ist. In einem sich an den zweiten Federraum 146 anschließenden Ventilkörperteil 27a sind Kanäle 357 ausgebildet, die mit einem Zulauf 352 von der Förderpumpe 21 her verbunden sind, wobei ein Abschnitt der Kanäle 357 in den zweiten Federraum 146 der Scheibe 356 gegenüberliegend mündet und ein anderer Abschnitt der Kanäle 357 etwa radial verläuft. Zwischen dem Umfang der Scheibe 356 und dem zweiten Federraum 146 sowie zwischen der Scheibe 356 und den Kanälen 357 ist jeweils ein Abstand vorhanden, so dass aus dem zweiten Federraum 146 beim Öffnungshub des zweiten Einspritzventilglieds 128 Kraftstoff in den Zulauf 352 verdrängt werden kann. Diese Abstände können dabei so bemessen sein, dass diese eine oder mehrere Drosselstellen bilden. Alternativ können auch die Kanäle 357 eine Drosselstelle aufweisen. Bei zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung geöffnetem Steuerventil 23 ergibt sich durch den aus dem Pumpenarbeitsraum 22 abgesteuerten Kraftstoff ein Druckanstieg im Zulauf 352, durch den die Scheibe 356 in den zweiten Federraum 146 hinein verschoben wird. Hierdurch wird die Vorspannung der zweiten Schließfeder 144 erhöht und die Schließbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 unterstützt. Außerdem wird dabei der Druck im zweiten Federraum 146 erhöht, wodurch ebenfalls die Schließbewegung des zweiten Einspritzventilglieds 128 unterstützt wird. Im übrigen ist die Ausbildung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gleich wie beim dritten Ausführungsbeispiel, so dass der Kolben 350 die Entlastungsbohrung 351 aufweist, durch die die Verbindung 354 zum Niederdruckbereich gesteuert wird. Der Kolben 350 kann im Bereich der Mündung der Entlastungsbohrung 351 an seinem Außenmantel eine umlaufende Ringnut 353 aufweisen, über die die Entlastungsbohrung 351 mit der Verbindung 354 verbunden ist, unabhängig in welcher Drehlage sich der Kolben 350 und damit dessen Entlastungsbohrung 351 in Bezug zur Verbindung 354 befindet.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine mit einem Ventilkörper (12), in dem wenigstens ein Einspritzventilglied (28; 128) verschiebbar geführt ist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32; 132) gesteuert wird, wobei das wenigstens eine Einspritzventilglied (28; 128) von dem in einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) herrschenden Druck beaufschlagt gegen die Kraft einer Schließfeder (44; 144) in einer Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32; 132) bewegbar ist, wobei ein kraftstoffgefüllter Raum (46; 146) vorgesehen ist, der wenigstens eine Verbindung (52, 54; 152, 154; 252, 254; 352, 354) mit einem Niederdruckbereich aufweist und der von einem Kolben (50; 150; 250; 350) begrenzt ist, wobei der Kolben (50; 150; 250; 350) von dem im Raum (46; 146) herrschenden Druck beaufschlagt ist und eine Kraft in Schließrichtung auf das wenigstens eine Einspritzventilglied (28; 128) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kolben (50; 150; 250; 350) eine Verbindung (54; 154; 254; 354) des Raums (46; 146) mit einem Niederdruckbereich derart gesteuert wird, dass zu Beginn eines Öffnungshubs des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) diese Verbindung (54; 154; 254; 354) durch den Kolben (50; 150; 250; 350) zumindest annähernd geschlossen ist und bei zunehmendem Öffnungshub des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) diese Verbindung (54; 154; 254; 354) durch den Kolben (50; 150; 250; 350) freigegeben wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (46; 146) eine erste, ständig offene, gedrosselte Verbindung (52; 152; 252; 352) mit einem Niederdruckbereich und eine weitere, durch den Kolben (50; 150; 250; 350) gesteuerte Verbindung (54; 154; 254; 354) mit einem Niederdruckbereich aufweist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, gedrosselte Verbindung (52; 152; 252; 352) mit dem Niederdruckbereich einen geringeren Durchflussquerschnitt aufweist als die weitere, durch den Kolben (50; 150; 250; 350) gesteuerte Verbindung (54; 154; 254; 354) mit dem Niederdruckbereich.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (46; 146) in einer Bohrung des Ventilkörpers (27) gebildet ist, dass die Bohrung einen ersten Abschnitt (46a; 146a) und einen zweiten Abschnitt (46b; 146b) mit gegenüber dem ersten Abschnitt (46a; 146a) grösserem Querschnitt aufweist, dass der Kolben (50; 150) einen ersten Bereich (50a; 150a) und einen zweiten Bereich (50b; 150b) mit gegenüber dem ersten Bereich (50a; 150a) kleinerem Querschnitt aufweist, dass der Kolben (50; 150) zu Beginn des Öffnungshubs des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) mit seinem ersten Bereich (50a; 150a) im ersten Abschnitt (46a; 146a) der Bohrung dicht geführt ist und dadurch die Verbindung (54; 154) mit dem Niederdruckbereich zumindest annähernd verschließt und dass der Kolben (50; 150) bei zunehmendem Öffnungshub des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) mit seinem ersten Bereich (50a; 150a) und seinem zweiten Bereich (50b; 150b) in den zweiten Abschnitt (46b; 146b) der Bohrung eintaucht und dadurch zwischen dem ersten Abschnitt (46a; 146a) der Bohrung und dem zweiten Bereich (50b; 150b) des Kolbens (50; 150) ein die Verbindung (54; 154) mit dem Niederdruckbereich bildender Durchflussquerschnitt freigegeben ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in ihrem zweiten Abschnitt (46b; 146b) wenigstens eine Nut (46c) und/oder einen größeren Durchmesser als in ihrem ersten Abschnitt (46a; 146a) aufweist, wodurch der Querschnitt des zweiten Abschnitts (46b; 146b) gegenüber dem Querschnitt des ersten Abschnitts (46a; 146a) vergrößert ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (50; 150) in seinem zweiten Bereich (50b; 150b) wenigstens eine Abflachung (51; 151) aufweist, durch die der Querschnitt des zweiten Bereichs (50b; 150b) gegenüber dem Querschnitt des ersten Bereichs (50a; 150a) verringert ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (146) in einer Bohrung des Ventilkörpers (27) gebildet ist, dass die Bohrung einen ersten Abschnitt (146a) und einen zweiten Abschnitt (146) mit gegenüber dem ersten Abschnitt (146a) größerem Querschnitt aufweist, dass der Kolben (250; 350) wenigstens eine Entlastungsbohrung (251; 351) aufweist, dass der Kolben (250; 350) zu Beginn des Öffnungshubs des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) mit seiner Entlastungsbohrung (251; 351) im ersten Abschnitt (146a) der Bohrung angeordnet ist, so dass die Mündung der Entlastungsbohrung (251; 351) am Kolben (250; 350) durch den ersten Abschnitt (146a) der Bohrung zumindest annähernd verschlossen ist, und dass der Kolben (250; 350) bei zunehmendem Öffnungshub des wenigstens einen Einspritzventilglieds (28; 128) mit seiner Entlastungsbohrung (251; 351) in den zweiten Abschnitt (146b) der Bohrung eintaucht und über die Entlastungsbohrung (251; 351) die Verbindung (254; 354) zum Entlastungsbereich freigegeben ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbohrung (251; 351) im Kolben (250; 350) ständig mit dem Niederdruckbereich verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (250; 350) an der Mündung der Entlastungsbohrung (251; 351) an seinem Außenmantel eine Nut (253; 353) aufweist, über die die Entlastungsbohrung (251; 351) mit dem Niederdruckbereich verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Raum (146) die sich am Kolben (350) abstützende Schließfeder (144) angeordnet ist, die sich dem Kolben (350) abgewandt an einem Stützelement (35b) abstützt, dass das Stützelement (356) im Raum (146) verschiebbar angeordnet ist und auf seiner der Schließfeder (144) abgewandten Seite von dem in einem Niederdruckbereich herrschenden Druck beaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Niederdruckbereich bei der Beendigung eines Kraftstoffeinspritzzyklus unter Hochdruck stehender Kraftstoff abgesteuert wird, so dass durch den Druckanstieg im Niederdruckbereich das Stützelement (356) zur Schließfeder (144) hin verschoben wird und eine erhöhte Kraft in Schließrichtung auf das wenigstens eine Einspritzventilglied (128) erzeugt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein erstes im Ventilkörper (27) verschiebbar geführtes, hohl ausgebildetes Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine erste Einspritzöffnung (32) gesteuert wird und das vom im Druckraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt gegen die Kraft einer ersten Schließfeder (44) in einer Öffnungsrichtung (29) bewegbar ist, dass im ersten Einspritzventilglied (28) ein zweites Einspritzventilglied (128) verschiebbar geführt ist, durch das wenigstens eine zweite Einspritzöffnung (132) gesteuert wird und das vom im Druckraum (40) herrschenden Druck beaufschlagt gegen die Kraft einer zweiten Schließfeder (144) in einer Öffnungsrichtung (29) bewegbar ist, und dass der Kolben (150; 250; 350) dem zweiten Einspritzventilglied (128) zugeordnet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mit einer Hochdruckpumpe (10), durch die Kraftstoff unter Hochdruck in den Druckraum (40) gefördert wird, eine Baueinheit bildet.