DE10149004C1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzvorrichtung für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (4), die jeweils einen Düsenraum (13), einen Steuerraum (17), ein die Einspritzöffnungen (12) des Düsenraums (13) steuerndes Ventilglied (8), welches über eine im Düsenraum (13) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (14) und über eine im Steuerraum (17) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (16) gegen die Wirkung einer Schließfeder (10) betätigbar ist, einen in Kompressionsrichtung verschiebbaren Kolben (2), welcher stirnseitig einen mit der Einspritzleitung (3) verbundenen ersten Kompressionsraum (18) zur Erzeugung des Einspritzdruckes begrenzt, ein erstes Ventil (25) zum Steuern des Druckaufbaus im ersten Kompressionsraum (18) und ein zweites Ventil (26) zum Steuern des Druckaufbaus im Steuerraum (17) aufweisen, begrenzt erfindungsgemäß der Kolben (2) mit einer Ringschulter (19) einen mit dem Steuerraum (17) verbundenen zweiten Kompressionsraum (20).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvor
richtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser
Art (Fig. 1 der DE 199 39 419 A1) wird der Einspritzdruck
auch als Steuerdruck für den Steuerraum genutzt. Für eine
Vor- und Nacheinspritzung ist ein lokaler Druckspeicher
erforderlich.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat
demgegenüber den Vorteil, daß mittels des gestuften Kol
bens der Hochdruck für die Einspritzung und der Steuer
druck für den Steuerraum getrennt voneinander erzeugt wer
den. Dadurch sind exakt steuerbare Vor- und/oder Nachein
spritzungen möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen
stands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung
und den Ansprüchen entnehmbar.
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraft
stoffeinspritzvorrichtung sind in der Zeichnung darge
stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die wesentlichen Komponenten einer ersten erfin
dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
einem gestuften Pumpkolben und einem auf das Ventilglied
wirkenden Schließkolben; und
Fig. 2 die wesentlichen Komponenten einer zweiten erfin
dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
einem gestuften Pumpkolben und einem auf das Ven
tilglied wirkenden Ausweichkolben.
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
Brennkraftmaschinen umfaßt eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE)
1, bei welcher der Kraftstoff mittels eines Pumpkolbens 2
auf einen höheren Einspritzdruck verdichtet und über eine
Einspritzleitung 3 zu einem in den Brennraum der zu ver
sorgenden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventil (In
jektor) 4 abgeführt wird. Pro Zylinder der Brennkraftma
schine ist jeweils eine Pumpe-Düse-Einheit 1 in einen Zy
linderkopf eingebaut. Der Pumpkolben 2 wird von einer Noc
ke 5 der Motornockenwelle gegen die Wirkung einer Rück
stellfeder 6 angetrieben.
In einer axialen Führungsbohrung 7 des Einspritzventils 4
ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 8 mit ei
ner konischen Ventildichtfläche 9 verschiebbar gelagert,
welche durch eine Schließfeder 10 gegen eine konische Ven
tilsitzfläche 11 des Ventilgehäuses gedrückt wird und die
dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 12 verschließt. Die
Einspritzleitung 3 mündet im Einspritzventil 4 in einen
ringförmigen Düsenraum 13, von dem ein zwischen Führungs
bohrung 7 und Ventilglied 8 verlaufender Ringspalt bis zur
Ventilsitzfläche 11 führt. Das Ventilglied 8 hat im Bereich
des Düsenraumes 13 eine als Druckschulter ausgebil
dete erste Steuerfläche 14, an welcher der über die Ein
spritzleitung 3 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn
(d. h. nach innen) am Ventilglied 8 angreift. An der der
Ventildichtfläche 9 abgewandten Stirnseite des Ventil
glieds 8 greift ein Schließkolben 15 an, dessen der Ven
tildichtfläche 9 abgewandte Stirnseite eine zweite Steuer
fläche 16 bildet. Die zweite Steuerfläche 16 begrenzt ei
nen Steuerraum 17 und wirkt in Ventilschließrichtung.
Der Pumpkolben 2 begrenzt mit seiner der Nocke 5 abgewand
ten Stirnseite einen mit der Einspritzleitung 3 verbunde
nen ersten Kompressionsraum 18 und mit einer Ringschulter
19 einen zweiten Kompressionsraum 20, der über eine Dros
sel 21 mit dem Steuerraum 17 verbunden ist. Die beiden
Kompressionsräume 18, 20 sind jeweils über ein Rückschlag
ventil 22, 23 mit einer Zufuhrleitung 24 des Kraftstoffs
verbunden. Der erste Kompressionsraum 18, von dem die Ein
spritzleitung 3 abgeht, ist über ein erstes Ventil 25 und
der Steuerraum 17 über ein zweites Ventil 26 mit einer
Entlastungsleitung (Lecköl) 27 verbindbar. Die beiden Ven
tile 25, 26 sind als 2/2-Wege-Ventile mit piezoelektri
schen Stellantrieben 28, 29 ausgebildet. Im ersten Kom
pressionsraum 18 wird der Hochdruck für die Einspritzung
und im zweiten Kompressionsraum 20 der Hochdruck für die
Steuerfunktion des Steuerraums 17 erzeugt. Die zweite
Steuerfläche 16 ist größer als die erste Steuerfläche 14,
so daß bei geschlossenen Ventilen 25, 26 und bei gleichem
Hochdruck im Düsenraum 13 und im Steuerraum 17 das Ventil
glied 8 die Einspritzöffnungen 12 verschließt.
Während des Förderhubs des Pumpkolbens 2 werden die beiden
Kompressionsräume 18, 20 über die Zufuhrleitung 24 mit
Kraftstoff befüllt. Durch den Kompressionshub des Pumpkol
bens 2 wird, wenn beide Ventile 25, 26 geschlossen sind,
der in den Kompressionsräumen 18, 20 befindliche Kraft
stoff auf einen höheren Druck verdichtet, wobei die Rück
schlagventile 22, 23 den Rückfluß von komprimiertem Kraft
stoff zurück in die Zufuhrleitung 24 verhindern.
Der Beginn des Einspritzvorgangs wird während des Kompres
sionshubs des Pumpkolbens 2 und bei druckentlastetem Steu
erraum 17 (d. h. bei geöffnetem zweiten Ventil 26) durch
Schließen des ersten Ventils 25 eingeleitet. Im ersten
Kompressionsraum 18 und damit auch im Düsenraum 13 baut
sich der höhere Einspritzdruck auf. Sobald der im Düsen
raum 13 herrschende Kraftstoffdruck ausreicht, das Ventil
glied 8 druckgesteuert gegen die Wirkung der Schließfeder
10 zu öffnen, wird der Kraftstoff in den Brennraum einge
spritzt. Wird nun auch das zweite Ventil 26 geschlossen,
baut sich im zweiten Kompressionsraum 20 und damit auch im
Steuerraum 17 ein höherer Kraftstoffdruck auf. Der Steuer
raum 17 ist nicht mehr druckentlastet, so daß das Ventil
glied 8 die Einspritzöffnungen 12 verschließt. Durch Öff
nen des zweiten Ventils 26 wird der Steuerraum 17 wieder
druckentlastet, und das Ventilglied 8 öffnet hubgesteuert,
so daß eine Nacheinspritzung mit dem im Düsenraum 13 herr
schenden Kraftstoffdruck durchgeführt wird. Wenn der im
Düsenraum 13 herrschende Kraftstoffdruck nicht mehr aus
reicht, das Ventilglied 8 aufzusteuern, schließt die
Schließfeder 10 das Ventilglied 8, und der Einspritzvor
gang ist beendet.
Die in Fig. 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung ver
wendet statt eines Schließkolbens einen Ausweichkolben
115, dessen der Ventildichtfläche 9 abgewandte Stirnseite
die zweite Steuerfläche 116 bildet und den Steuerraum 117
begrenzt. An dem der zweiten Steuerfläche 116 abgewandten
Ende des Ausweichkolbens 115 und an einem Kopf 128 des
Ventilglieds 108 ist die Schließfeder 110 abgestützt. Der
Ausweichkolben 115 und der Kopf 128 sind in einer gemein
samen axialen Führungsbohrung 129 des Einspritzventils 4
verschiebbar gelagert.
Bei geöffnetem zweiten Ventil 26 ist der Steuerraum 117
über die Entlastungsleitung 27 druckentlastet und der Aus
weichkolben 115 in seine in Ventilöffnungsrichtung äußer
ste Stellung verschoben, so daß der im Düsenraum 13 herr
schende Kraftstoffdruck ausreicht, das Ventilglied 108 ge
gen die Schließfeder 110 aufzusteuern. Bei geschlossenem
zweiten Ventil 26 wird durch den im Steuerraum 117 herr
schenden Kraftstoffdruck der Ausweichkolben 115 in Ventil
schließrichtung verschoben und dadurch die Schließfeder
110 so weit zusammengedrückt, daß der im Düsenraum 13
herrschende Kraftstoffdruck nicht mehr ausreicht, das Ven
tilglied 108 aufzusteuern.
Claims (5)
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschi
nen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung
(3) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen
(4; 104), die jeweils einen Düsenraum (13), einen
Steuerraum (17; 117), ein die Einspritzöffnungen
(12) des Düsenraums (13) steuerndes Ventilglied (8;
108), welches über eine im Düsenraum (13) befindli
che, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steu
erfläche (14) und über eine im Steuerraum (17; 117)
befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zwei
te Steuerfläche (16; 116) gegen die Wirkung einer
Schließfeder (10; 110) betätigbar ist, einen in Kom
pressionsrichtung verschiebbaren Kolben (2), welcher
stirnseitig einen mit der Einspritzleitung (3) ver
bundenen ersten Kompressionsraum (18) zur Erzeugung
des Einspritzdruckes begrenzt, ein erstes Ventil
(25) zum Steuern des Druckaufbaus im ersten Kompres
sionsraum (18) und ein zweites Ventil (26) zum Steu
ern des Druckaufbaus im Steuerraum (17; 117) aufwei
sen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (2) mit einer Ringschulter (19) einen
mit dem Steuerraum (17; 117) verbundenen zweiten
Kompressionsraum (20) begrenzt.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerfläche
(16) durch das stirnseitige Ende eines Schließkolbens
(15) gebildet ist, der anderenends am Ventil
glied (8) anliegt.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite Steuerfläche
(116) durch das stirnseitige Ende eines Ausweichkol
bens (115) gebildet ist, an dem anderenends die
Schließfeder (110) des Ventilglieds (108) abgestützt
ist.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Kompressionsräume (18, 20) jeweils über
ein Rückschlagventil (22, 23) mit einer Zufuhrlei
tung (24) des Kraftstoffs verbunden sind.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den
Kolben (2) gegen die Wirkung einer Rückstellfeder
(6) antreibende Nocke (5).
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