DE19706469A1 - Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führen­ den und durch einen Steuerkolben mit integriertem Ventil ab­ sperrbaren Zuführleitung, mit einer in einem Federraum sich ab­ stützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, ferner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum so wie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zu­ führleitung aufhebbar ist, welche über eine gedrosselte Lei­ tungsverbindung ebenfalls mit der Entlastungsleitung in Verbin­ dung steht.

Aus der DE 196 12 738 A1 ist ein derartiges Speichereinspritz­ system mit magnetventilgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen bekannt. Der Steuerkolben mit integriertem Ventil ist in zwei Gehäuseteilen geführt und steht über den Federraum mit der Rückseite der Düsennadel in Verbindung. Das Ventil ist durch eine vom Steuerkolben in einen Zwischenraum abragende ringför­ mige Kegelsitzfläche mit einem angepaßten kegelförmigen Ventil­ sitz am Gehäuseteil gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen am Kraft­ stoffeinspritzventil der gattungsgemäßen Art vorzusehen, durch die zum einen ein Einfluß auf den Einspritzverlauf genommen und zum anderen eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Ein­ spritzsystemes erreicht werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe sind die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

In den Unteransprüchen sind noch förderliche Weiterbildungen der Erfindung beansprucht.

Durch die räumliche Trennung von Steuerkolben und Düsennadel wird eine ständige Leckage unterhalb des Steuerkolbens, nämlich eine ständige Leckagemöglichkeit vom Hochdruckeinlaß zum Feder­ raum, vermieden, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrades des Speichereinspritzsystemes verbessern läßt.

Durch die Anordnung eines Drosselzapfens am freien Ende des Steuerkolbens läßt sich ein gewünschter Einspritzverlauf zu Be­ ginn der Einspritzung darstellen mit dem Resultat eines sanfte­ ren Verbrennungsdruckanstiegs im Motor, der gleichzeitig zur Verringerung der NO_x-Emissionen führt.

Die Unterbringung des Steuerkolbens in einem einzigen Gehäuse­ teil hat den Vorteil, daß die Gefahr eines Steuerkolbenklemmers erheblich herabgesetzt wird.

Bei der Ausführung gemäß Anspruch 6 ist der Steuerkolben zwei­ teilig ausgebildet, der zwei durchmessermäßig unterschiedlich große Kolbenabschnitte zur Bildung eines ringförmigen Raumes aufweist. Der zweigeteilte Steuerkolben ergibt eine bessere Konzentrizität und somit hochdruckseitig eine zuverlässigere Abdichtung.

Für den bedarfsgerechten Einspritzverlauf kann der zu Beginn der Einspritzung wirksame Zulaufquerschnitt durch die erfin­ dungsgemäßen Formgebungen des Drosselzapfens erreicht werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol­ genden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil mit ei­ nem zweiteiligen Steuerkolben,

Fig. 2 den unteren Teil des Steuerkolbens mit Drosselzapfen in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 den Drosselzapfen in anderer Ausgestaltung in vergrö­ ßerter Darstellung und

Fig. 4 einen einteilig ausgebildeten Steuerkolben mit federbe­ lastetem Zuganker.

Ein magnetventilgesteuertes direkteinspritzendes Kraftstoffein­ spritzventil 1 für nach dem Common Rail-Prinzip arbeitende Speichereinspritzsysteme von mehrzylindrigen Brennkraftmaschi­ nen besteht aus einer federbelasteten Düsennadel 2 sowie einem räumlich von dieser getrennten Steuerkolben 3 mit integriertem Ventil 4.

Der Steuerkolben 3 ist gemäß Fig. 1 zweiteilig ausgebildet und in einem einzigen Gehäuseteil 5 des Ventilgehäuses 6 längsver­ schiebbar geführt. Der obenliegende Kolbenteil 7 ist durchmes­ sermäßig größer als der untenliegende Kolbenteil 8, der an sei­ nem ventilseitigen Kolbenende einen aus einer Zulaufbohrung 9 austauchbaren Drosselzapfen 10 aufweist. Der untenliegende Kol­ benteil 8 hat zwei Kolbenabschnitte 11, 12, von denen der im Durchmesser kleiner ausgebildete und den Drosselzapfen 10 ent­ haltende Kolbenabschnitt 12 eine dem kegelförmigen Ventilsitz 13 angepaßte kegelförmige Sitzfläche 14 aufweist. Der kleinere Kolbenabschnitt 12 begrenzt einen zwischen dem Ventilsitz 13 und dem durch den kleinen und großen Kolbenabschnitt 11, 12 ge­ bildeten Übergang 15 liegenden Ringraum 16, von dem eine zu der Düsennadel 2 reichende Zuführleitung 17 wegführt.

Die mit einem nicht näher dargestellten Hochdruckspeicher (Common Rail) in Verbindung stehende Zulaufbohrung 9 ist über eine Verbindungsleitung 18 und eine Drossel 20 mit einem Steu­ erraum 21 auf der Rückseite des Steuerkolbens 3 verbunden. Die­ ser Steuerkolben 3 steht unter Systemdruck, solange ein Magnet­ ventil 22 eine mit einer Entlastungsleitung 23 verbindbare Ab­ laufdrossel 24 geschlossen hält, die in den Steuerraum 21 mün­ det.

Der zweiteilig ausgebildete Steuerkolben 3 drückt mit seinem obenliegenden Kolbenteil 7 den unteren und durchmessermäßig kleineren Kolbenteil 8 auf seinen Ventilsitz 13 und unterbricht die Hochdruckverbindung von der Zulaufbohrung 9 über die Zu­ führleitung 17 zur Düsennadel 2.

Der Ringraum 16 zwischen den beiden Kolbenabschnitten 11 und 12 ist durch eine im unteren Kolbenteil 8 verlaufende und eine Drossel 25 aufweisende Bohrungsanordnung 26 druckentlastet, die über eine Leitung 27 mit der Entlastungsleitung 23 in Verbin­ dung steht.

In Fig. 2 ist ein Drosselzapfen 10 gezeigt, der zylindrische Ge­ stalt in einem zylindrischen Bohrungsabschnitt 28 der Zulauf­ bohrung 9 hat. Drosselzapfen 10 und Bohrungsabschnitt 28 bilden einen durchlaßbestimmenden Ringraum 29.

In Fig. 3 ist eine andere Ausgestaltung eines Drosselzapfens 10' gezeigt, der sich in dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 28 der Zulaufbohrung zum Zapfenende hin zunehmend verjüngt.

Sobald das Magnetventil 22 bestromt wird, erfolgt eine Druckab­ senkung über dem Steuerkolben 3 und infolge der Druckkräfte am Ventilsitz 13 ein Öffnen des Ventiles, wodurch eine Verbindung von dem Hochdruckspeicher zur Düsennadel 2 hergestellt wird. Die Düsennadel 2 hebt sich entgegen der Federkraft von ihrem Ventilsitz 30 ab.

Der mit h gekennzeichnete Ventilhub des Steuerkolbens 3 ist größer als der Nadelhub der Düsennadel 2 gewählt. Durch diesen langen Ventilhub h ist es möglich, während der Öffnungsphase einen progressiv ansteigenden Durchlaßquerschnitt darzustellen. Der anfänglich durchlaßbestimmende Öffnungsquerschnitt wird je nach Bedarf am Beispiel nach Fig. 2 oder 3 erzielt. Durch den gewünschten Querschnittsverlauf wird zunächst der Düsenraum 31 langsam befüllt und auch die Einspritzrate steigt zu Beginn der Einspritzung langsam an. Sobald der Drosselzapfen 10 aus dem Bohrungsabschnitt der Zulaufbohrung 9 austaucht, wird der ge­ samte Bohrungsquerschnitt freigegeben.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein bedarfsgerechter wirkungsvoller Einspritzverlauf zu realisieren, der zu einem sanften Verbrennungsdruckanstieg im Motor und zugleich zu ver­ ringerten NO_x-Emissionen führt.

In Fig. 4 ist ein einteiliger Steuerkolben 3' mit einem in einen Druckfederraum 32 hineinragenden stabförmigen Zuganker 33 ge­ zeigt, der sich an den Drosselzapfen 10' anschließt. Der Steu­ erkolben 3' wird über den Zuganker 33 durch eine in dem Druck­ federraum 32 geführte Druckfeder 34 auf seinen Ventilsitz 4 ge­ zogen. Der Druckfederraum 32 steht ständig mit der Zulaufboh­ rung 9 in Verbindung und dient gleichzeitig als zusätzlicher Druckspeicher. Der untere Teil des einteiligen Steuerkolbens 3' ist gleichermaßen wie der untere Kolbenteil 8 des zweiteilig ausgebildeten Steuerkolbens 3 ausgebildet. Der Drosselzapfen kann somit wie in Fig. 2 oder 3 zylindrische oder konusförmige Gestalt aufweisen.

Die Anordnung der Druckfeder 34 hat die Aufgabe, den Steuerkol­ ben 3' auf seinen Ventilsitz 4 zu ziehen, denn beim Schließen des Magnetventiles 22 baut sich auf der Rückseite des Steuer­ kolbens 3' ein Systemdruck auf, der den Steuerkolben hydrau­ lisch druckausgeglichen macht.

Bei dieser Ausführung enthält der Steuerkolben 3' keine Boh­ rungsanordnung, die die Zuführleitung 17 ständig über eine Lei­ tung 27 mit der Entlastungsleitung 23 verbindet. Die Zuführlei­ tung 27 ist direkt mit der zur Entlastungsleitung 23 führenden Leitung 27 über eine Drossel 25' verbunden.

Claims (8)

1. Speichereinspritzsystem für eine mehrzylindrige Brennkraft­ maschine mit magnetventilgesteuerten direkteinspritzenden Kraftstoffeinspritzventilen, mit einer in jedem Ventilgehäuse zu einer federbelasteten Düsennadel führenden und durch einen Steuerkolben mit integriertem Ventil absperrbaren Zuführlei­ tung, mit einer in einem Federraum sich abstützenden und die Düsennadel auf ihren Nadelsitz drückenden Düsennadelfeder, fer­ ner mit einem auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneten Steuerraum sowie einem mit diesem zusammenwirkenden Magnetventil, durch das der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Ab­ sperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung aufhebbar ist, welche über eine gedrosselte Leitungsverbindung ebenfalls mit der Entlastungsleitung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem einzigen Gehäuseteil (5) geführte, die Zuführ­ leitung (17) aufsteuerbare Steuerkolben (3; 3') und die federbe­ lastete Düsennadel (2) räumlich voneinander getrennt sind und daß der Steuerkolben (3; 3') an seinem ventilseitigen Kolbenende einen aus einer Zulaufbohrung (9) bei von seinem kegelförmigen Ventilsitz (4) abhebenden Steuerkolben austauchenden Drossel­ zapfen (10; 10') aufweist.

2. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Steuerkolben (3; 3') aus einem in dem Gehäuseteil (5) geführten ersten Kolbenabschnitt (12) sowie einem zweiten durchmessermäßig kleineren und einen Ringraum (16) bildenden Kolbenabschnitt (11) mit einer kegelförmigen Sitzfläche (14) zusammensetzt, an den sich der Drosselzapfen (10) anschließt, und daß von dem zwischen Ventilsitz (4) und erstem Kolbenab­ schnitt (11) liegenden Ringraum (16) die Zuführleitung (17) wegführt.

3. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3') einteilig ausgebildet ist und von ei­ nem Zuganker (33) und einer Druckfeder (34) auf seinen Ventil­ sitz (4) gezogen wird.

4. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an den Drosselzapfen (10') anschließende und im Durchmesser wesentlich kleinere Zuganker (33) in einen Druckfe­ derraum (32) hineinragt, in dem sich die Druckfeder (34) einer­ seits an dem Gehäuseteil (5) und andererseits an einem am unte­ ren Ende des Zugankers (33) festsitzenden Druckfederteller (35) abstützt.

5. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zugleich als zusätzlicher Druckspeicher wirkende Druck­ federraum (32) mit der Zulaufbohrung (9) ständig in Verbindung steht.

6. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (3) zweiteilig ausgebildet ist, dessen obenliegender Kolbenteil (7) den Steuerraum (21) begrenzt und auf dem durchmessermäßig kleineren Kolbenteil (8) aufliegt, wo­ bei beide Kolbenteile (7, 8) einen ringförmigen Raum bilden, der einerseits mit der Zuführleitung (17) und andererseits mit der Entlastungsleitung (23) verbunden ist.

7. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselzapfen (10; 10') und und ein mit diesem zusammen­ wirkender Bohrungsabschnitt (28) der Zulaufbohrung (9) zylin­ drisch ausgebildet sind.

8. Speichereinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrungsabschnitt (28) der Zulaufbohrung (9) zylin­ drisch und der Drosselzapfen (10') zu seinem freien Zapfenende hin sich zunehmend verjüngend ausgebildet ist