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EP1310667A2 - Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP1310667A2
EP1310667A2 EP02022360A EP02022360A EP1310667A2 EP 1310667 A2 EP1310667 A2 EP 1310667A2 EP 02022360 A EP02022360 A EP 02022360A EP 02022360 A EP02022360 A EP 02022360A EP 1310667 A2 EP1310667 A2 EP 1310667A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
injection
fuel
chamber
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP02022360A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1310667B1 (de
EP1310667A3 (de
Inventor
Peter Boehland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1310667A2 publication Critical patent/EP1310667A2/de
Publication of EP1310667A3 publication Critical patent/EP1310667A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1310667B1 publication Critical patent/EP1310667B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/023—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically

Definitions

  • the invention is based on one Fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • This Fuel injector has one High-pressure fuel pump and a connected to it Fuel injector for each cylinder of the Internal combustion engine on.
  • the high-pressure fuel pump has one by the internal combustion engine in one stroke driven pump piston on which a pump work space limited.
  • the fuel injector has one with the Pump work room connected pressure room and a Injection valve member through which at least one Injection opening is controlled by the in Pressure prevailing pressure against a closing force in Opening direction to release the at least one Injection opening is movable. It's a first electric actuated control valve provided by one Connection of the pump work room with a relief room is controlled.
  • the injection valve member is by the im Control pressure chamber prevailing pressure at least indirectly a closing direction and the control pressure chamber is connected to the pump work room.
  • To a Fuel injection becomes the first control valve closed and the second control valve opened so that no high pressure can build up in the control pressure chamber and that Can open fuel injector.
  • open second control valve flows out of the pump work space fuel from the control pressure chamber, so that for the Injection available amount of fuel amount of fuel delivered by the pump piston is reduced and also that for injection Available pressure is reduced. It follows that the efficiency of the fuel injector is not is optimal.
  • the fuel injection device with the Features according to claim 1 has the advantage that the second control valve for fuel injection at with maximum stroke open injector member closed can be so that no fuel quantity and Fuel pressure loss occurs during injection and thus the efficiency of the fuel injector is improved.
  • Training according to claim 2 allows in a simple manner that on the Sealing surface of the injection valve member, if only with a partial stroke is open due to the low Flow cross-section and the resulting Throttling effect only a lower force in the opening direction acts as if opened with maximum stroke Injector valve member if the throttle effect because of larger flow cross-section lower and thus the pressure and the force acting in the opening direction is greater.
  • the Training according to claim 3 enables the control of a Pre-injection by the second control valve.
  • the Training according to claim 4 enables the control of a Main injection through the second control valve.
  • the Training according to claim 5 allows control of Pressure course during a main injection through the second control valve.
  • FIG. 1 shows a Fuel injection device for an internal combustion engine in a schematic representation
  • Figure 2 one with II designated section of the fuel injector in an enlarged view
  • Figure 3 is a course of a Pressure at an injection port Fuel injector the Fuel injector.
  • FIG. 1 and 2 is one Fuel injection device for an internal combustion engine shown a motor vehicle.
  • the internal combustion engine is preferably a self-igniting internal combustion engine.
  • the Fuel injector is preferably as so-called pump-nozzle unit designed and has for each cylinder of the internal combustion engine one High-pressure fuel pump 10 and a connected thereto Fuel injector 12 on which is a common Form unit.
  • the Fuel injection device also as a so-called pump-line-nozzle system be trained in which the High pressure fuel pump and the fuel injection valve each cylinder arranged separately and over a line are connected.
  • the High-pressure fuel pump 10 has a pump body 14 a cylinder bore 16 in which a pump piston 18 is tightly led, at least indirectly by one Cam 20 counter to a camshaft of the internal combustion engine the force of a return spring 19 in one stroke is driven.
  • the pump piston 18 is limited in the Cylinder bore 16 a pump working space 22, in which Delivery stroke of the pump piston 18 fuel under high pressure is compressed.
  • the pump work space 22 becomes fuel from a fuel tank 24 of the motor vehicle fed.
  • the fuel injection valve 12 has one with the Pump body 14 connected valve body 26, the can be formed in several parts, and in the one Injection valve member 28 in a bore 30 is guided longitudinally.
  • the valve body 26 instructs its the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine facing end region at least one, preferably several Injection openings 32 on.
  • the injection valve member 28 has at its end area facing the combustion chamber for example, approximately conical sealing surface 34, which with one in the valve body 26 in its facing the combustion chamber End region trained valve seat 36 cooperates from after or after which the injection openings 32 discharge.
  • valve body 26 in the Valve body 26 is between the injection valve member 28 and an annular space 38 toward the bore 30 toward the valve seat 36 available, the one facing away from the valve seat 36 End area through a radial expansion of the bore 30 in a pressure chamber 40 surrounding the injection valve member 28 transforms.
  • the injection valve member 28 has the level of Pressure chamber 40 by reducing a cross section Pressure shoulder 42 on.
  • Injector member 28 engages a biased one Closing spring 44 through which the injection valve member 28 is pressed towards the valve seat 36.
  • the closing spring 44 is arranged in a spring chamber 46 of the valve body 26, the connects to the bore 30.
  • the bore 48 forms a control pressure chamber 52 through the control piston 50 is limited as a movable wall.
  • the control piston 50 has a cross-sectional area that is smaller than that Cross-sectional area of the injection valve member 28 in its in the bore 30 guided area.
  • the control piston 50 is over a smaller diameter than this Piston rod 51 connected to the injection valve member 28.
  • the control piston 50 can be made in one piece with the Injection valve member 28 is formed, however, for reasons assembly preferably as a separate part with the Injection valve member 28 connected.
  • the control valve 68 can be as shown in Figure 1 be designed as a 2/2-way valve.
  • connection 64 of the Control pressure chamber 52 with the relief chamber 24 is through controlled a second electrically operated control valve 70, that can be designed as a 2/2-way valve.
  • a second electrically operated control valve 70 In the Connection 62 of the control pressure chamber 52 with the Pump working space 22 can be provided with a throttle point 63 be and in the connection of the control pressure chamber 52 with the Relief chamber 24 can be provided with a throttle point 71 his.
  • the control valves 68, 70 can one have an electromagnetic actuator or a piezo actuator and are controlled by an electronic control device 72 driven.
  • control pressure prevailing in the control pressure chamber 52 acted cross-sectional area of the control piston 50 dimensioned such that when the second is closed Control valve 70 when the control pressure chamber 52 from Relief chamber 24 is separated and the delivery stroke of Pump piston 18 in the pump work chamber 22 and thus also in the Control pressure chamber 52 high pressure builds up in addition to that Force of the closing spring 44 in the closing direction on the Injection valve member 28 results in force that is greater is the force acting on the injector member 28 in the opening direction 29 when the injection valve member 28 as explained above only with a partial stroke with his Sealing surface 34 is lifted off the valve seat 36. In this In this case, the fuel injection valve 12 is closed.
  • the cross-sectional area of the Control piston 50 is preferably smaller than that Cross-sectional area of the injector member 28 that the Sum of the area of its pressure shoulder 42 and the area is from the front.
  • the Injection valve member 28 opens only with a partial stroke, so that only a relatively low pressure on its end face acts in the opening direction 29.
  • To end the Pre-injection is the second by the control device Control valve 70 closed, so that the control pressure chamber 52nd is separated from the relief chamber 24.
  • the first control valve 68 remains in its closed position. in the Control pressure chamber 52 builds high pressure as in Pump working space 22, so that on the control piston 50th a large pressure force acts in the closing direction.
  • the partial stroke of the injection valve member 28 to this only a small force acts in the opening direction 29, the is less than the sum of the force of the closing spring 44 and the pressure force on the control piston 50 closes this Fuel injection valve 12.
  • the pre-injection corresponds an injection phase designated I in FIG. 3.
  • the one in Figure 3 corresponds to the injection phase designated II, that is second control valve 70 by the control device 72 open.
  • the fuel injection valve 12 then opens due to the reduced pressure force on the control piston 50 and the injector member 28 moves over its maximum opening stroke. If the injector member 28 with is opened its maximum opening stroke, so can by the Control device 72 closed the second control valve 70 are so that the control pressure chamber 52 from the relief chamber 24th is separated.
  • the time when the second Control valve 70 closed by the control device 72 is, is preferably dependent on the operating parameters of the Internal combustion engine varies, in particular depending on the Rotational speed. It can be provided that at lower Speed the second control valve 70 through the Controller 72 closed early becomes and with increasing speed the second control valve 70 by the control device 72 at a later time is closed. As a result, at high speeds maximum fuel injection pressure limited become.
  • the first one Control valve 68 through the control device 72 in its brought open switch position so that the Pump work chamber 22 connected to the relief chamber 24 and on the injection valve member 28 in the opening direction 29 only a small pressure force acts and that Fuel injection valve 12 due to the force of Closing spring 44 closes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil (12) auf. Ein Pumpenkolben (18) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) begrenzt einen Pumpenarbeitsraum (22), der mit einem Druckraum (40) des Kraftstoffeinspritzventils (12) verbunden ist, das ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das Einspritzöffnungen (32) gesteuert werden und das durch den im Druckraum (40) herrschenden Druck gegen eine Schließkraft in einer Öffnungsrichtung (29) bewegbar ist. Durch ein erstes Steuerventil (68) wird eine Verbindung (66) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert und durch ein zweites Steuerventil (70) wird eine Verbindung (64) eines mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen Steuerdruckraums (52) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert. Ein auf das Einspritzventilglied (28) wirkender Steuerkolben (50) weist eine vom im Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck beaufschlagte Fläche auf, die derart bestimmt ist, daß bei geschlossenem zweitem Steuerventil (70) die auf den Steuerkolben (50) wirkende Kraft bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil (12) mit einem Teilhub des Einspritzventilglieds (28) ausreicht, um dieses zu schließen und bei maximalem Hub des Einspritzventilglieds (28) nicht ausreicht, um dieses zu schließen. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die EP 0 987 431 A2 bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum und ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das durch den im Druckraum herrschenden Druck gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung bewegbar ist. Es ist ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Es ist außerdem ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das eine Verbindung eines Steuerdruckraums mit einem Entlastungsraum gesteuert wird. Das Einspritzventilglied ist durch den im Steuerdruckraum herrschenden Druck zumindest mittelbar in einer Schließrichtung beaufschlagt und der Steuerdruckraum ist mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden. Zu einer Kraftstoffeinspritzung wird das erste Steuerventil geschlossen und das zweite Steuerventil geöffnet, so daß sich im Steuerdruckraum kein Hochdruck aufbauen kann und das Kraftstoffeinspritzventil öffnen kann. Bei geöffnetem zweitem Steuerventil fließt jedoch aus dem Pumpenarbeitsraum über den Steuerdruckraum Kraftstoff ab, so daß die für die Einspritzung zur Verfügung stehende Kraftstoffmenge der durch den Pumpenkolben geförderten Kraftstoffmenge verringert wird und außerdem der für die Einspritzung zur Verfügung stehende Druck verringert wird. Hieraus folgt, daß der Wirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzeinrichtung nicht optimal ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das zweite Steuerventil zur Kraftstoffeinspritzung bei mit maximalen Hub geöffnetem Einspritzventilglied geschlossen werden kann, so daß kein Kraftstoffmengen- und Kraftstoffdruckverlust während der Einspritzung auftritt und damit der Wirkungsgrad der Kraftstoffeinspritzeinrichtung verbessert ist.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise, daß auf die Dichtfläche des Einspritzventilglieds, wenn dieses nur mit einem Teilhub geöffnet ist, infolge des geringen Durchflußquerschnitts und der dadurch hervorgerufenen Drosselwirkung nur eine geringere Kraft in Öffnungsrichtung wirkt als bei mit maximalem Hub geöffnetem Einspritzventilglied, wenn die Drosselwirkung wegen der größeren Durchflußquerschnitts geringer und damit der Druck und die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft größer ist. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht die Steuerung einer Voreinspritzung durch das zweite Steuerventil. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht die Steuerung einer Haupteinspritzung durch das zweite Steuerventil. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht die Steuerung des Druckverlaufs während einer Haupteinspritzung durch das zweite Steuerventil.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung, Figur 2 einen mit II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in vergrößerter Darstellung und Figur 3 einen Verlauf eines Druckes an Einspritzöffnungen eines Kraftstoffeinspritzventils der Kraftstoffeinspritzeinrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 und 2 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist vorzugsweise als sogenannte Pumpe-Düse-Einheit ausgebildet und weist für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser verbundenes Kraftstoffeinspritzventil 12 auf, die eine gemeinsame Baueinheit bilden. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auch als sogenanntes Pumpe-Leitung-Düse-System ausgebildet sein, bei dem die Kraftstoffhochdruckpumpe und das Kraftstoffeinspritzventil jedes Zylinders getrennt voneinander angeordnet und über eine Leitung miteinander verbunden sind. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein Pumpenkolben 18 dicht geführt ist, der zumindest mittelbar 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, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs zugeführt.
Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen mit dem Pumpenkörper 14 verbundenen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und 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. 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 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 Federraum 46 des Ventilkörpers 26 angeordnet, der sich an die Bohrung 30 anschließt.
An den Federraum 46 schließt sich an dessen der Bohrung 30 abgewandtem Ende im Ventilkörper 26 eine weitere Bohrung 48 an, in der ein Steuerkolben 50 dicht geführt ist, der mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden ist. Die Bohrung 48 bildet einen Steuerdruckraum 52, der durch den Steuerkolben 50 als bewegliche Wand begrenzt wird. Der Steuerkolben 50 weist eine Querschnittsfläche auf, die kleiner ist als die Querschnittsfläche des Einspritzventilglieds 28 in dessen in der Bohrung 30 geführtem Bereich. Der Steuerkolben 50 ist über eine gegenüber diesem im Durchmesser kleinere Kolbenstange 51 mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden. Der Steuerkolben 50 kann einstückig mit dem Einspritzventilglied 28 ausgebildet,ist jedoch aus Gründen der Montage vorzugsweise als separates Teil mit dem Einspritzventilglied 28 verbunden.
Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 60 zum Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt ein Kanal 62 zum Steuerdruckraum 52. In den Steuerdruckraum 52 mündet außerdem ein Kanal 64, der eine Verbindung zu einem Entlastungsraum bildet, als der zumindest mittelbar der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder ein anderer Bereich dienen kann, in dem ein geringer Druck herrscht. Vom Pumpenarbeitsraum 22 oder vom Kanal 60 führt eine Verbindung 66 zu einem Entlastungsraum 24 ab, die durch ein erstes elektrisch betätigtes Steuerventil 68 gesteuert wird. Das Steuerventil 68 kann wie in Figur 1 dargestellt als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein. Die Verbindung 64 des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 wird durch ein zweites elektrisch betätigtes Steuerventil 70 gesteuert, das als 2/2-Wegeventil ausgebildet sein kann. In der Verbindung 62 des Steuerdruckraums 52 mit dem Pumpenarbeitsraum 22 kann eine Drosselstelle 63 vorgesehen sein und in der Verbindung des Steuerdruckraums 52 mit dem Entlastungsraum 24 kann eine Drosselstelle 71 vorgesehen sein. Die Steuerventile 68,70 können einen elektromagnetischen Aktor oder einen Piezoaktor aufweisen und werden durch eine elektronische Steuereinrichtung 72 angesteuert.
Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen ist, so liegt das Einspritzventilglied 28 mit seiner ringförmigen Dichtfläche 34 am Ventilsitz 36 an. In diesem Fall ist nur die Fläche der Druckschulter 42 des Einspritzventilglieds 28 von dem im Druckraum 40 herrschenden Druck in Öffnungsrichtung 29 beaufschlagt und weitere Kräfte in Öffnungsrichtung 29 wirken auf das Einspritzventilglied 28 nicht. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet, so hebt dessen Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 ab, so daß wie in Figur 2 dargestellt zwischen der Dichtfläche 34 und dem Ventilsitz 36 ein ringförmiger Durchflußquerschnitt 37 freigegeben wird. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist, so wirkt auf die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28, das ist die ringförmige Dichtfläche 34 und die von dieser umschlossene Restfläche des Einspritzventilglieds 28, ebenfalls ein Druck, der eine Kraft in Öffnungsrichtung 29 auf das Einspritzventilglied 28 bewirkt. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seiner Dichtfläche 34 nur in geringem Abstand vom Ventilsitz 36 angeordnet ist und somit nur in einem Teilhub geöffnet ist, so wird nur ein geringer Durchflußquerschnitt 37 freigegeben, durch den der hindurchfließende Kraftstoff gedrosselt wird, wodurch ein Druckabfall bewirkt wird. Die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 wird dann nur mit dem durch die Drosselung gegenüber dem im Druckraum 40 herrschenden Druck verringerten Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Wenn das Einspritzventilglied 28 seinen maximalen Öffnungshub ausführt, so ist dessen Dichtfläche 34 mit größerem Abstand vom Ventilsitz 36 angeordnet, so daß ein entsprechend größerer Durchflußquerschnitt 37 freigegeben wird. Im größeren Durchflußquerschnitt tritt eine geringere Drosselwirkung auf, so daß die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 entsprechend mit einem höheren Druck in Öffnungsrichtung 29 beaufschlagt wird. Bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil 12 wirkt somit auf dessen Einspritzventilglied 28 zusätzlich zu der durch den im Druckraum 40 herrschenden Druck über die Druckschulter 42 ausgeübten Kraft auch die durch den auf die Stirnfläche des Einspritzventilglieds 28 wirkenden Druck ausgeübte Kraft in Öffnungsrichtung 29.
Die vom im Steuerdruckraum 52 herrschenden Druck beaufschlagte Querschnittsfläche des Steuerkolbens 50 ist derart bemessen, daß sich bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70, wenn der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist und sich beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 im Pumpenarbeitsraum 22 und damit auch im Steuerdruckraum 52 Hochdruck aufbaut, zusätzlich zu der Kraft der Schließfeder 44 eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft ergibt, die größer ist als die auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft in Öffnungsrichtung 29 ist, wenn das Einspritzventilglied 28 wie vorstehend erläutert nur mit einem Teilhub mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist. In diesem Fall wird das Kraftstoffeinspritzventil 12 geschlossen. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seinem maximalen Hub mit seiner Dichtfläche 34 vom Ventilsitz 36 abgehoben ist, so ergibt sich auf das Einspritzventilglied 28 eine Kraft in Öffnungsrichtung 29, die größer ist als die durch die Schließfeder 44 und die durch den auf die Querschnittsfläche des Steuerkolbens 50 wirkenden Druck im Steuerdruckraum 52 auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft in Schließrichtung, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 auch bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70 nicht geschlossen werden kann, sofern das erste Steuerventil 68 geschlossen und der Pumpenarbeitsraum 22 somit vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Die Querschnittsfläche des Steuerkolbens 50 ist vorzugsweise kleiner als die Querschnittsfläche des Einspritzventilglieds 28, die die Summe der Fläche von dessen Druckschulter 42 und der Fläche von dessen Stirnseite ist.
Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. In Figur 4 ist der Verlauf des Druckes p an den Einspritzöffnungen 32 des Kraftstoffeinspritzventils 12 über der Zeit t während einem Einspritzzyklus dargestellt. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 wird diesem Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 zugeführt. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 beginnt die Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung, wobei das erste Steuerventil 68 durch die Steuereinrichtung 72 geschlossen wird, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Durch die Steuereinrichtung 72 wird außerdem das zweite Steuerventil 70 geöffnet, so daß der Steuerdruckraum 52 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist. In diesem Fall kann sich im Steuerdruckraum 52 kein Hochdruck aufbauen, da dieser zum Entlastungsraum 24 hin entlastet ist. Aus dem Pumpenarbeitsraum 22 kann jedoch eine geringe Kraftstoffmenge über die Drosselstellen 63 und 71 zum Entlastungsraum 24 abströmen, so daß sich im Pumpenarbeitsraum 22 nicht der volle Hochdruck aufbauen kann, wie er sich bei geschlossenem zweitem Steuerventil 70 aufbauen würde. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und damit im Druckraum 40 des Kraftstoffeinspritzventils 12 so groß ist, daß die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 ausgeübte Druckkraft größer ist als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der auf den Steuerkolben 50 durch den im Steuerdruckraum 52 wirkenden Restdruck wirkenden Druckkraft, so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei. Das Einspritzventilglied 28 öffnet dabei nur mit einem Teilhub, so daß auf dessen Stirnfläche nur ein relativ geringer Druck in Öffnungsrichtung 29 wirkt. Zur Beendigung der Voreinspritzung wird durch die Steuereinrichtung das zweite Steuerventil 70 geschlossen, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Das erste Steuerventil 68 bleibt in seiner geschlossenen Stellung. Im Steuerdruckraum 52 baut sich dabei Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, so daß auf den Steuerkolben 50 eine große Druckkraft in Schließrichtung wirkt. Da infolge des Teilhubs des Einspritzventilglieds 28 auf dieses nur eine geringe Kraft in Öffnungsrichtung 29 wirkt, die geringer ist als die Summe der Kraft der Schließfeder 44 und der Druckkraft auf den Steuerkolben 50 schließt das Kraftstoffeinspritzventil 12. Die Voreinspritzung entspricht einer in Figur 3 mit I bezeichneten Einspritzphase.
Für eine nachfolgende Haupteinspritzung, die einer in Figur 3 mit II bezeichneten Einspritzphase entspricht, wird das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 geöffnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 öffnet dann infolge der reduzierten Druckkraft auf den Steuerkolben 50 und das Einspritzventilglied 28 bewegt sich über seinen maximalen Öffnungshub. Wenn das Einspritzventilglied 28 mit seinem maximalen Öffnungshub geöffnet ist, so kann durch die Steuereinrichtung 72 das zweite Steuerventil 70 geschlossen werden, so daß der Steuerdruckraum 52 vom Entlastungsraum 24 getrennt ist. Dann baut sich zwar im Steuerdruckraum 52 Hochdruck wie im Pumpenarbeitsraum 22 auf, jedoch ist die Summe der Druckkraft auf den Steuerkolben 50 und der Kraft der Schließfeder 44 erzeugte Kraft in Schließrichtung geringer als die durch den auf die Druckschulter 42 und die Stirnfläche des mit maximalen Hub geöffneten Einspritzventilglieds erzeugte Kraft in Öffnungsrichtung 29, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 geöffnet bleibt. Solange das zweite Steuerventil 70 noch geöffnet ist, erfolgt die Kraftstoffeinspritzung mit einem reduzierten Druck, da eine geringe Kraftstoffmenge aus dem Pumpenarbeitsraum 22 über das geöffnete Steuerventil 70 zum Entlastungsraum 24 abströmt. Wenn das zweite Steuerventil 70 geschlossen wird, so kann aus dem Pumpenarbeitsraum 22 kein Kraftstoff mehr abströmen, so daß die Kraftstoffeinspritzung mit einem höheren Druck erfolgt, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Der Zeitpunkt, zu dem das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 geschlossen wird, wird vorzugsweise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variiert, insbesondere abhängig von der Drehzahl. Es kann dabei vorgesehen sein, daß bei niedriger Drehzahl das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 zu einem frühen Zeitpunkt geschlossen wird und mit zunehmender Drehzahl das zweite Steuerventil 70 durch die Steuereinrichtung 72 zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen wird. Hierdurch kann bei hohen Drehzahlen der maximale Druck bei der Kraftstoffeinspritzung begrenzt werden.
Zur Beendigung der Haupteinspritzung wird das erste Steuerventil 68 durch die Steuereinrichtung 72 in seine geöffnete Schaltstellung gebracht, so daß der Pumpenarbeitsraum 22 mit dem Entlastungsraum 24 verbunden ist und auf das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 nur noch eine geringe Druckkraft wirkt und das Kraftstoffeinspritzventil 12 bedingt durch die Kraft der Schließfeder 44 schließt.

Claims (5)

  1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) und einem mit dieser verbundenen Kraftstoffeinspritzventil (12) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe (10) einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben (18) aufweist, der einen Pumpenarbeitsraum (22) begrenzt und dem Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter (24) zugeführt wird, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (12) einen mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbundenen Druckraum (40) und ein Einspritzventilglied (28) aufweist, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung (32) gesteuert wird, das auf einer an diesem ausgebildeten Druckfläche (42) von dem im Druckraum (40) herrschenden Druck in einer Öffnungsrichtung (29) beaufschlagt ist und das gegen eine Schließkraft in Öffnungsrichtung (29) zur Freigabe der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) bewegbar ist, mit einem ersten Steuerventil (68), durch das eine Verbindung (66) des Pumpenarbeitsraums (22) mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird und mit einem zweiten Steuerventil (70), durch das eine Verbindung (64) eines Steuerdruckraums (52) des Kraftstoffeinspritzventils mit einem Entlastungsraum (24) gesteuert wird, wobei das Einspritzventilglied (28) zumindest mittelbar von dem im Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck in einer Schließrichtung beaufschlagt ist und der Steuerdruckraum (52) mit dem Pumpenarbeitsraum (22) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerdruckraum (52) ein auf das Einspritzventilglied (28) wirkender Steuerkolben (50) angeordnet ist, der eine vom im Steuerdruckraum (52) herrschenden Druck beaufschlagte Fläche aufweist, die derart bestimmt ist, daß bei geschlossenem zweitem Steuerventil (70), wenn der Steuerdruckraum (52) vom Entlastungsraum (24) getrennt ist, die auf den Steuerkolben (50) wirkende Kraft bei nur mit einem Teilhub des Einspritzventilglieds (28) geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil (12) ausreicht, um das Kraftstoffeinspritzventil (12) zu schließen und bei mit maximalem Hub des Einspritzventilglieds (28) geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil (12) nicht ausreicht, um das Kraftstoffeinspritzventil (12) zu schließen.
  2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventilglied (28) eine Dichtfläche (34) aufweist, mit der es zur Steuerung der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) mit einem Ventilsitz (36) zusammenwirkt, wobei bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil (12) zwischen der Dichtfläche (34) und dem Ventilsitz (36) ein Durchflußquerschnitt (37) vom Druckraum (40) zu der wenigstens einen Einspritzöffnung (32) gebildet ist, daß bei geöffnetem Kraftstoffeinspritzventil (12) eine Stirnfläche des Einspritzventilglieds (28) zusätzlich zu der Druckfläche (42) in Öffnungsrichtung (29) druckbeauschlagt ist und daß im Durchflußquerschnitt (37) abhängig vom Hub des Einspritzventilglieds (28) eine Drosselung des hindurchströmenden Kraftstoffs erfolgt.
  3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Voreinspritzung von Kraftstoff durch die Steuereinrichtung (72) das erste Steuerventil (68) geschlossen und das zweite Steuerventil (70) geöffnet wird, so daß der Pumpenarbeitsraum (22) vom Entlastungsraum (24) getrennt und der Steuerdruckraum (52) mit dem Entlastungsraum (24) verbunden ist, daß das Kraftstoffeinspritzventil (12) bei der Voreinspritzung nur mit einem Teilhub des Einspritzventilglieds (28) öffnet, und daß die Voreinspritzung beendet wird, indem das zweite Steuerventil (70) durch die Steuereinrichtung (72) geschlossen wird, so daß der Steuerdruckraum (52) vom Entlatsungsraum (24) getrennt ist, wobei das erste Steuerventil (68) geschlossen bleibt.
  4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine der Voreinspritzung folgende Haupteinspritzung von Kraftstoff das zweite Steuerventil (70) durch die Steuereinrichtung (72) geöffnet wird, so daß der Steuerdruckraum (52) mit dem Entlastungsraum (24) verbunden ist, und daß nach Beginn der Haupteinspritzung, wenn das Kraftstoffeinspritzventil (12) mit maximalem Hub des Einspritzventilglieds (28) geöffnet ist, das zweite Steuerventil (70) durch die Steuereinrichtung (72) geschlossen wird, so daß der Steuerdruckraum (52) vom Entlastungsraum (24) getrennt ist.
  5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt, zu dem das zweite Steuerventil (70) durch die Steuereinrichtung (72) nach Beginn der Haupteinspritzung geschlossen wird, abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere abhängig von deren Drehzahl, variabel gesteuert wird.
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