DE102016207747A1

DE102016207747A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102016207747A1
Application number: DE102016207747.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-11-09

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsennadel (5), die längsverschiebbar in einem Druckraum (9) gelagert ist und mit einem Düsenkörpersitz (8) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (10) zusammenwirkt. Die Düsennadel (5) begrenzt mit einer Stirnseite einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum (16), durch dessen Druck eine Schließkraft auf die Düsennadel (5) ausübbar ist, wobei der Steuerraum (16) über eine Zulaufdrossel (35) zumindest mittelbar mit dem Druckraum (9) und über eine Ablaufdrossel (36) zumindest mittelbar mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist. Weiter ist ein Steuerventil (4) vorhanden, das einen längsverschiebbaren Steuerkolben (20) aufweist, der mit einem ersten Steuerventilsitz (40) und einem zweiten Steuerventilsitz (41) zusammenwirkt, wobei der Steuerkolben (20) bei Anlage am ersten Steuerventilsitz (40) die Ablaufdrossel (36) verschließt und die Zulaufdrossel (35) öffnet, bei Anlage am zweiten Steuerventilsitz (41) die Ablaufdrossel (36) und die Zulaufdrossel (35) verschließt und in einer Position zwischen dem ersten Steuerventilsitz (40) und dem zweiten Steuerventilsitz (41) die Ablaufdrossel (36) und die Zulaufdrossel (35) öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, wie es vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet.
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil aus, wie es zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird und wie es z.B. aus der Offenlegungsschrift DE 196 24 001 A1 bekannt ist. Ein solches Kraftstoffeinspritzventil weist eine Düsennadel auf, die längsbeweglich in einen Düsenkörper aufgenommen ist und die durch ihre Längsbewegung eine oder auch mehrere Einspritzöffnungen öffnet und schließt. Die Bewegung der Düsennadel wird dabei über einen Druck in einem Steuerraum gesteuert, welcher über eine Zulaufdrossel mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist und der über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruckraum verbindbar ist. Die Verbindung des Steuerraums zum Niederdruckraum erfolgt über ein Steuerventil, das ein Steuerventilelement umfasst, welches zwischen zwei Schaltstellungen hin und her bewegt werden kann. In einer ersten Schaltstellung wird die erste Ablaufdrossel verschlossen, ebenso in der zweiten Schaltstellung. In einer Zwischenschaltstellung, d.h. wenn sich das Steuerventilelement zwischen der ersten und zweiten Schaltstellung befindet, wird die Ablaufdrossel mit einem Niederdruckraum verbunden. Wird nun das Steuerventilelement zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung bewegt, so wird der Steuerraum kurzzeitig mit dem Niederdruckraum verbunden, so dass es im Steuerraum zu einem kurzen Druckabfall kommt, da etwas Kraftstoff in den Niederdruckraum abfließt. Sobald das Steuerventilelement am zweiten Steuerventilsitz anliegt, wird der Abfluss wieder gestoppt. Dieser kurzzeitige Abbau von Kraftstoffdruck im Steuerraum führt zu einer ebenso kurzzeitigen Bewegung der Düsennadel vom Düsennadelsitz weg, so dass die Einspritzöffnungen nur für eine kurze Zeit geöffnet werden, um beispielsweise eine Voreinspritzung durchzuführen. Über die Zulaufdrossel wird der Kraftstoffdruck jedoch rasch wieder aufgebaut, so dass die Düsennadel nach dieser kurzen Einspritzung rasch wieder schließt. Es ist mit diesen Kraftstoffeinspritzventil jedoch nicht möglich, eine Einspritzung mit einem Teilhub der Düsennadel gezielt anzusteuern, um beispielsweise eine geringere Menge gedrosselt in den Brennraum einzubringen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass eine Einspritzung des Kraftstoffs mit einem Teilhub der Düsennadel über eine beliebige Zeitdauer möglich ist, so dass sowohl der Hub der Düsennadel als auch die Dauer der Einspritzung beliebig wählbar sind. Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil eine Düsennadel auf, die längsverschiebbar in einem Druckraum gelagert ist und mit einem Düsenkörpersitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt. Dabei begrenzt die Düsennadel mit einer Stirnseite einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum, durch dessen Druck eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübbar ist, wobei der Steuerraum über eine Zulaufdrossel mit dem Druckraum und über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruckraum zumindest mittelbar verbindbar ist. Weiter ist ein Steuerventil vorhanden, das einen längsverschiebbaren Steuerkolben aufweist, der mit einem ersten Steuerventilsitz und einem zweiten Steuerventilsitz zusammenwirkt, wobei der Steuerkolben bei Anlage am ersten Steuerventilsitz die Ablaufdrossel verschließt und die Zulaufdrossel öffnet, bei Anlage am zweiten Steuerventilsitz die Ablaufdrossel und die Zulaufdrossel verschließt und in einer Position zwischen dem ersten Steuerventilsitz und dem zweiten Steuerventilsitz die Ablaufdrossel und die Zulaufdrossel öffnet.
Durch die Ausbildung des Steuerventils ist es möglich, den Steuerraum etwas zu entlasten und anschließend hydraulisch zu verschließen. Dadurch ändert sich das Volumen des Steuerraums nicht mehr und die Düsennadel bleibt in der entsprechenden Position, die sie aufgrund des Absenkens des Drucks im Steuerraum einnimmt, so dass ein Teilhub der Düsennadel gezielt eingestellt werden kann. Alternativ kann auch der Steuerventilsitz durch den Steuerventilkolben aufgesteuert werden, so dass die Düsennadel ihren Vollhub ausführt und der Kraftstoff mit dem vollen zur Verfügung stehenden Einspritzdruck in den Brennraum eingespritzt werden kann.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mündet die Zulaufdrossel in einen Ausgleichsraum, der mit dem Druckraum verbunden ist, wobei im Ausgleichsraum ein Schiebersitz ausgebildet ist, mit dem der Steuerkolben zum Verschließen der Verbindung des Ausgleichsraum mit dem Druckraum zusammenwirkt. Durch die Ausbildung des Ausgleichsraums und das Verschließen des Ausgleichsraums mit dem Steuerkolben, indem dieser den Schiebersitz durchfährt, lässt sich die Zulaufdrossel, über die der Steuerraum mit Kraftstoff befüllt werden kann, ab einem bestimmten Hub des Steuerkolbens verschließen, so dass kein weiterer Kraftstoff über die Zulaufdrossel in den Steuerraum einfließen kann. So kann verhindert werden, dass im Steuerraum rasch wieder der hohe Kraftstoffdruck wie zu Beginn der Einspritzung aufgebaut wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Elektromagnet vorhanden, der mit einem mit dem Steuerkolben verbundenen Magnetanker zusammenwirkt und dadurch den Steuerkolben vom ersten Steuerventilsitz wegzieht. Durch den Elektromagnet lässt sich in einfacher und verlässlicher Weise ein Aktor realisieren, der den Steuerkolben bewegen kann. Der Elektromagnet weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass über den Strom, der die Magnetspule durchfließt, die Kraft des Elektromagneten in einem weiten Bereich eingestellt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Magnetanker und der Steuerkolben einstückig ausgebildet, so dass eine feste Verbindung zwischen dem Magnetanker und der Steuerkolben vorhanden ist, ohne dass beide Teile beispielsweise durch eine Schweißverbindung verbunden werden müssen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steuerkolben durch eine Schließfeder mit einer Schließkraft in Richtung des ersten Steuerventilsitzes beaufschlagt. Darüber hinaus sind in vorteilhafter Weise eine erste Schaltfeder und eine zweite Schaltfeder vorgesehen, die in Richtung des zweiten Steuerventilsitzes eine Öffnungskraft auf den Steuerkolben ausüben. Über das Zusammenspiel dieser Federn lässt sich die Gesamtkraft auf den Steuerkolben bestimmen und damit die resultierende Kraft, die der Elektromagnet aufbringen muss, um den Steuerventilkolben zu bewegen.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Schließkraft der Schließfeder größer ist als die Summe der Öffnungskräfte der ersten Schaltfeder und der zweiten Schaltfeder zusammen. Damit verharrt der Steuerkolben in Anlage am ersten Steuerventilsitz, solange keine Kraft über den Elektromagneten auf den Steuerkolben ausgeübt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung liegt die erste Schaltfeder an einem Anschlagelement an, das nach Durchfahren eines Teilhubs des Steuerkolbens an einem Absatz zur Anlage kommt. Damit wirkt nach Durchfahren dieses Teilhubs nur noch eine der beiden Schaltfedern auf den Steuerkolben, so dass die resultierende Kraft auf den Steuerkolben geändert wird, was es erlaubt, dass der Steuerkolben gezielt eine Zwischenposition zwischen dem ersten und zweiten Steuerventilsitz ansteuert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Steuerkolben einen Führungszapfen auf, der in einer Führungshülse aufgenommen ist, wobei der Innenraum der Führungshülse mit dem Niederdruckraum verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich der Steuerkolben kraftausgeglichen lagern, das heißt, dass keine hydraulischen Kräfte resultieren, die in Längsrichtung auf den Steuerkolben wirken. Dadurch lässt sich der Steuerkolben mit einer relativ geringen Kraft in Längsrichtung bewegen, und der Elektromagnet kann entsprechend kleiner ausgebildet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Führungshülse und dem Steuerkolben eine Schaltfeder angeordnet, die den Steuerkolben vom ersten Steuerventilsitz weg mit einer Öffnungskraft beaufschlagt. Durch die Konstruktion lässt sich gleichzeitig die Position der Führungshülse über die Schaltfeder sichern, so dass das Innere der Führungshülse bis auf die Verbindung zum Niederdruckraum stets abgeschlossen bleibt.
Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Es zeigt in schematischer Darstellung die
1 ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,
2 und 3 verschiedene Schaltstellungen des in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzventils,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils, ebenso wie
5, 6a zeigt den Verlauf des Spulenstroms des Elektromagneten und der eingespritzten Kraftstoffmenge als Funktion der Zeit und
6b einen zweiten möglichen Verlauf von Einspritzmenge und Spulenstrom bei einem anderen Betriebsmodus.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil schematisch im Längsschnitt dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbarer Druckraum 9 ausgebildet ist. Im Druckraum 9 ist eine Düsennadel 5 längsverschiebbar angeordnet, die kolbenförmig ausgebildet ist und die mit einem Ende mit einem Düsennadelsitz 8 zusammenwirkt, der in einem Düsenkörper 7 ausgebildet ist, der einen Teil des Gehäuses 2 bildet. Bei Anlage der Düsennadel 5 auf dem Düsennadelsitz 8 werden eine oder mehrere Einspritzöffnungen 10 verschlossen, die im Düsenkörper 7 ausgebildet sind, während dann, wenn die Düsennadel 5 vom Düsennadelsitz 8 abgehoben hat, die Einspritzöffnungen 10 mit dem Druckraum 9 verbunden werden, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 9 über die Einspritzöffnungen 10 austritt. Die Düsennadel 5 ist von einer Düsenfeder 12 umgeben, die unter Druckvorspannung zwischen der Düsennadel 5 und einem Ventilstück 15 angeordnet ist, das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist, so dass durch die dem Düsennadelsitz 8 abgewandte Stirnseite der Düsennadel 5 und das Ventilstück 15 ein Steuerraum 16 begrenzt wird.
Das Ventilstück 15 liegt an einem Ventilgehäuse 3 an, in dem ein Steuerventil 4 ausgebildet ist. Das Steuerventil 4 umfasst einen längsbeweglichen Steuerkolben 20, der mehrteilig ausgebildet ist und unter anderem einen Schieberbolzen 22 umfasst, der über ein Verbindungsstück 21 mit dem Steuerkolben 20 verbunden ist. Der Steuerkolben 20 wirkt mit einem ersten Steuerventilsitz 40 zusammen, der im Ventilgehäuse ausgebildet ist, so dass bei Anlage des Steuerkolbens 20 auf dem ersten Steuerventilsitz 40 eine Ablaufdrossel 36 verschlossen wird, die im Ventilgehäuse 3 ausgebildet ist und die eine Verbindung zwischen dem Steuerraum 16 und dem Steuerventilsitz 40 herstellt. Der Steuerkolben 20 wirkt darüber hinaus mit einem zweiten Steuerventilsitz 41 zusammen, der an einer Anschlaghülse 45 ausgebildet ist, die den Steuerkolben 20 in einem Niederdruckraum 17 umgibt. Dabei ist die Anschlaghülse 45 in einem hülsenartigen Fortsatz 45 des Ventilkörpers 3 geführt und wird über eine Überwurfmutter 46 in dieser Position fixiert. Um einen Durchfluss von Kraftstoff aus einem dem ersten Steuerventilsitz 40 nachgeordneten Ventilsitzraum 42 in den Niederdruckraum 17 zu ermöglichen, sind am Steuerkolben 20 eine oder mehrere Anschliffe 43 ausgebildet. Liegt der Steuerkolben 20 am ersten Steuerventilsitz 40 an, so wird die Ablaufdrossel 36 gegenüber dem Niederdruckraum 17 verschlossen. Bewegt sich der Steuerkolben 20 weiter in Anlage an den zweiten Steuerventilsitz 41 an der Anschlaghülse 45, so wird die Verbindung zum Niederdruckraum 17 unterbrochen. Das heißt, es ist jetzt zwar der Ventilsitzraum 42 mit der Ablaufdrossel 36 verbunden, von dort aus kann jedoch über die Anschliffe 43 kein Kraftstoff mehr in den Niederdruckraum 17 abfließen.
Im Ventilgehäuse 3 ist ein Federraum 23 ausgebildet, der zum Ventilstück 15 offen ist und in dem eine erste Schaltfeder 25 und eine zweite Schaltfeder 26 aufgenommen sind. Die erste Schaltfeder 25 stützt sich mit einem Ende am Ventilstück 15 ab und mit dem anderen Ende an einem Anschlagelement 28, das ringscheibenförmig ausgebildet ist und das seinerseits am Ventilkolben 20 bzw. am Schieberbolzen 22 anliegt. Dabei ist das Anschlagelement 28 in Ausgangsstellung, d.h. wenn der Steuerkolben 20 in Anlage am ersten Steuerventilsitz 40 ist, von einem Absatz 29 im Federraum 23 beabstandet, wobei der Abstand kleiner ist als die Strecke, die der Ventilkolben 20 vom ersten Steuerventilsitz 40 zum zweiten Steuerventilsitz 41 durchfährt. Die zweite Schaltfeder 26 ist innerhalb der ersten Schaltfeder 25 angeordnet und ebenfalls unter Druckvorspannung zwischen dem Steuerkolben 22 und dem Ventilstück 15 angeordnet. Sowohl durch die erste Schaltfeder 25 als auch durch die zweite Schaltfeder 26 ergibt sich so eine Öffnungskraft auf den Steuerkolben 20, der diesen weg vom ersten Steuerventilsitz 40 in Richtung des zweiten Steuerventilsitzes 41 beaufschlagt. Sowohl der Federraum 23 als auch der Ausgleichsraum 30 sind über eine Verbindungsbohrung 32 bzw. eine weitere Verbindungsbohrung 33 mit dem Druckraum 9 verbunden, wobei die Verbindung im Fall der weiteren Verbindungsbohrung 33, die in den Ausgleichsraum 30 mündet, durch den Schieberbolzen 22 unterbrochen werden kann. Fährt der Schieberbolzen 22 zusammen mit dem Steuerkolben 20 in seine obere Stellung, durchfährt er einen Schiebersitz 31 und verschließt dadurch die Zulaufdrossel 35, die ansonsten mit der weiteren Zulaufbohrung 33 über die Ausgleichsbohrung 30 verbunden ist.
Im Niederdruckraum 17 ist ein Ankerbolzen 48 angeordnet, der fest mit dem Steuerkolben 20 verbunden ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Magnetanker 48 einstückig mit dem Steuerkolben 20 ausgebildet ist. Zur Erzeugung einer magnetischen Öffnungskraft auf den Steuerkolben 20 ist ein Elektromagnet 50 im Niederdruckraum 17 vorgesehen, der mit dem Magnetanker 48 zusammenwirkt und bei Betätigung bzw. Bestromung des Elektromagneten 50 den Magnetanker 48 von der Düsennadel 5 wegzieht und damit den Steuerkolben 20 in Anlage an den zweiten Steuerventilsitz 41. Der Steuerkolben 20 durchsetzt dabei den Elektromagneten 50 und endet in einer Federplatte 52, an der sich eine Schließfeder 53 unter Druckvorspannung abstützt und dadurch eine Schließkraft auf den Steuerkolben 20 in Richtung auf den ersten Steuerventilsitz 40 ausübt. Die Druckvorspannungen durch die Schließfeder 53, die erste Schaltfeder 25 und die zweite Schaltfeder 26 sind dabei so gewählt, dass die Kraft der Schließfeder 53 in jedem Fall größer ist als die Kräfte der ersten Schaltfeder 25 und der zweiten Schaltfeder 26 zusammen genommen.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: zu Beginn eines Einspritzvorganges ist der Druckraum 9 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt. Über die Verbindungsbohrung 32 und die weitere Verbindungsbohrung 33 sind auch der Federraum 23 und der Ausgleichsraum 30 mit Kraftstoff unter hohem Druck geflutet und damit auch der Steuerraum 16, so dass eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 5 ausgeübt wird, die diese in Anlage an den Düsennadelsitz 8 drückt. Auf den Steuerkolben 20 wirken folgende Kräfte: zum einen die Schließkraft durch die Schließfeder 53, die auf das der Düsennadel 5 abgewandte Ende des Steuerkolbens 20 wirkt, zum anderen die Kräfte der ersten Schaltfeder 25 und der zweiten Schaltfeder 26 und die hydraulische Kraft im Federraum 23, soweit sie nicht durch den hydraulischen Druck im Ausgleichsraum 30 kompensiert wird. Die Federkräfte sind dabei so bemessen, dass die Schließfeder 53 neben der Kraft der beiden Schaltfedern 25, 26 auch die hydraulische Kraft im Federraum 23 überdrückt, so dass der Steuerkolben 20 in Anlage am ersten Steuerventilsitz 40 bleibt. Damit ist die Ablaufdrossel 36 verschlossen und der Kraftstoffdruck im Steuerraum 16 verbleibt auf dem gleichen Niveau wie im Druckraum 9.
Soll die Düsennadel 5 ihren vollen Hub durchfahren, so wird der Elektromagnet 50 mit einem Strom I₁ beaufschlagt, wie dies in 6a dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t₀ wird der Strom eingeschaltet und erreicht kurze Zeit später sein Endniveau I₁. Durch die zusätzliche elektromagnetische Kraft auf den Steuerkolben 20 ergibt sich eine resultierende Kraft in Öffnungsrichtung auf den Steuerkolben 20, da nun die hydraulische Kraft im Federraum 23 die Kraft der ersten und zweiten Schaltfeder 25, 26 und die Kraft des Elektromagneten 50 die Kraft der Schließfeder 53 übersteigt. Dadurch bewegt sich der Steuerkolben 20 vom ersten Steuerventilsitz 40 weg und gibt die Verbindung der Ablaufdrossel 36 über die Anschliffe 43 in den Niederdruckraum 17 frei. Der Steuerkolben 20 verfährt weiter in Öffnungsrichtung, so lange, bis das Anschlagelement 28 am Absatz 29 zur Anlage kommt. Dies mindert die Öffnungskraft auf den Steuerventilkolben 20, da nun die erste Schaltfeder 25 nicht mehr auf den Schaltkolben 25 wirkt. Die Kräfte der Federn und die Kraft des Elektromagneten, der durch den Strom I₁ ausgeübt wird, sind so bemessen, dass nun die Kraft der zweiten Schaltfeder 26 und die elektromagnetische Kraft durch den Elektromagneten 50 zusammen mit der hydraulischen Kraft im Federraum 23 nicht mehr ausreicht, die Schließfeder 53 zu überdrücken. Der Steuerkolben 20 bleibt deshalb in dieser Position stehen, in der sowohl der erste Steuerventilsitz 40 als auch der zweite Steuerventilsitz 41 offen sind, das heißt die Verbindung der Ablaufdrossel 36 und damit des Steuerraums 16 zum Niederdruckraum 17 bleibt geöffnet. Da über die Ablaufdrossel 36 mehr Kraftstoff abfließt als im gleichen Zeitraum über die Zulaufdrossel 35 zufließt, sinkt der Druck im Steuerraum 16 ab und damit vermindert sich die hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel 5. Diese verfährt daraufhin vom Düsennadelsitz 8 weg und gibt die Einspritzöffnungen 10 frei, so dass Kraftstoff unter Einspritzdruck vom Druckraum 9 zu den Einspritzöffnungen 10 und durch diese hindurch fließen kann. Wird der Elektromagnet 50 nicht mehr bestromt, so drückt die Schließfeder 53 den Steuerkolben 20 zurück in Anlage an den ersten Steuerventilsitz 40 und die ursprünglichen Druckverhältnisse stellen sich wieder ein: Die Ablaufdrossel 16 ist verschlossen und entsprechend steigt der Druck im Steuerraum 16 wieder an und drückt die Düsennadel 5 zurück in Anlage an den Düsennadelsitz 8, was die Einspritzöffnungen 10 verschließt. In 2 ist die Öffnungsstellung des Steuerkolbens 20 dargestellt, bei der der Steuerkolben 20 zwischen dem ersten Steuerventilsitz 40 und dem zweiten Steuerventilsitz 41 verharrt.
Soll eine Einspritzung nur mit einem Teilhub der Düsennadel 5 durchgeführt werden, so wird der Elektromagnet 50 zuerst ebenfalls mit dem Strom I₁ angesteuert. Dann jedoch wird der Strom weiter angehoben, was auch die magnetische Kraft auf den Anker 48 weiter erhöht. Damit kann der Elektromagnet 50 den Steuerkolben 20 über die Mittelstellung zwischen dem ersten Steuerventilsitz 40 hinaus in Anlage an den zweiten Steuerventilsitz 41 ziehen, so dass der Steuerkolben 20 den zweiten Steuerventilsitz 41 verschließt. Dieser Zustand ist in 3 dargestellt. Bei der Bewegung des Steuerventilkolbens 20 vom ersten Steuerventilsitz 40 in den zweiten Steuerventilsitz 41 wird also der Steuerraum 16 nur kurzzeitig über die Ablaufdrossel 36 mit dem Niederdruckraum 17 verbunden, so dass nur wenig Kraftstoff über die Ablaufdrossel 36 abfließen kann. Durch den Hub des Schieberbolzens 22 wird jetzt darüber hinaus die Zulaufdrossel 35 verschlossen, die den Ausgleichsraum 40 mit dem Steuerraum 16 verbindet, so dass keine hydraulische Verbindung mehr über die Zulaufdrossel 35 zum Druckraum 9 besteht. Damit ist der Steuerraum 16 sowohl bezüglich der Zulaufdrossel 35 als auch der Ablaufdrossel 36 hydraulisch abgeschlossen. Die Düsennadel 5 bewegt sich in Öffnungsrichtung, bis der Druck im Steuerraum 16 durch die in den Steuerraum 16 eindringende Düsennadel wieder so weit angestiegen ist, dass die Düsennadel 5 zum Halten kommt. Ist der hierbei durchfahrene Teilhub der Düsennadel 5 klein genug, so kann der Kraftstoff zwischen dem brennraumseitigen Ende der Düsennadel 5 und dem Düsennadelsitz 8 nur gedrosselt zu den Einspritzöffnungen 10 fließen, so dass beispielsweise eine Vor- oder Nacheinspritzung mit einem geringeren Druck stattfinden kann. Da der Steuerraum 16 hydraulisch abgeschlossen ist, kann diese Einspritzung mit einem Teilhub beliebig lange aufrecht erhalten werden.
Der Verlauf des Stroms und der Einspritzrate ist in 6b als Funktion der Zeit nochmals dargestellt: Zum Zeitpunkt t₀ wird der Strom I₁ an die Spule des Elektromagneten 50 angelegt und zum Zeitpunkt t₂ der erhöhte Strom I₂. Damit kommt es zu einer Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t₁ mit einer Rate R₂. auf einem relativ niedrigen Niveau. Wird der Strom des Elektromagneten auf das Niveau des Stroms I₁ zurückgenommen, so stellen sich die oben dargestellten Verhältnisse bei der Teileinspritzung wieder ein und der ausgespritzte Kraftstoffstrom steigt auf das Niveau R₁. Zum Zeitpunkt t₅ wird die Bestromung des Elektromagneten 50 zurückgenommen und somit endet kurze Zeit später zum Zeitpunkt t₆ die Kraftstoffeinspritzung.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Hierbei ist im Federraum 23 nur eine erste Schaltfeder 25 angeordnet, die zwischen einer Führungshülse 27 und dem Schieberbolzen 22 unter Druckvorspannung angeordnet ist. Die Führungshülse 27 umgibt dabei einen Führungszapfen 24, der als Anformung am Schieberbolzen 22 ausgebildet ist und durch den zusammen mit der Führungshülse 27 und dem Ventilstück 15 ein Innenraum 34 begrenzt wird. Der Innenraum 34 ist über eine Ablaufbohrung 38 mit dem Niederdruckraum 17 verbunden, so dass dort ein niedriger Kraftstoffdruck herrscht. Durch diese Anordnung der Führungshülse 27 ist der Steuerkolben 20 in Längsrichtung druckausgeglichen, das heißt in Längsrichtung wirken keine resultierenden hydraulischen Kräfte auf den Steuerkolben 20. Um ein Ansteuern einer Zwischenposition der Düsennadel 5 zu ermöglichen, ist neben der Schließfeder 53 auch eine weitere Schließfeder 54 vorhanden, die auf der dem Steuerkolben 20 abgewandten Seite des Elektromagneten 50 angeordnet ist. Die weitere Schließfeder 54 stützt sich dabei an einer Anschlagscheibe 56 ab, an der die Federplatte 52 erst nach Durchfahren eines Teilhubs zur Anlage kommt. Dadurch ist die Schließkraft, die durch die Schließfeder 53 und die weitere Schließfeder 54 ausgeübt wird, nicht mehr konstant, sondern hängt vom Hub des Steuerkolbens 20 ab. Durchfährt dieser nur einen Teilhub, bis die Federplatte 52 an der Anschlagscheibe 56 anliegt, so erhöht sich die Schließkraft auf den Steuerkolben 20, so dass bei einem niedrigen Strom I₁ am Elektromagneten 50 nunmehr die Schließkraft überwiegt und der Steuerkolben 20 in der Zwischenstellung verbleibt, wie oben bereits beschrieben. Die Funktion ist ansonsten identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils dargestellt. Im Federraum 23 ist hier nur die erste Schaltfeder 25 unter Druckvorspannung angeordnet und die Schließkraft wird wiederum durch eine erste Schließfeder 53 und eine weitere Schließfeder 54 erzeugt. Der Endanschlag des Steuerkolbens 20 ist hier jedoch nicht im Bereich des Niederdruckraums angeordnet, sondern im Bereich der Schließfedern 53, 54. Hebt die Anschlagscheibe 56 ab, indem der Steuerkolben 20 seinen Maximalhub durchfährt, so kommt die Anschlagscheibe 56 schließlich an einem Anschlagring 58 zur Anlage, was den Maximalhub des Steuerkolbens 20 definiert. Das Verschließen des Kraftstoffpfads am zweiten Steuerventilsitz 41' erfolgt hier über einen Schiebersitz. Die Verbindung vom Ventilsitzraum 42 in den Niederdruckraum 17 ist durch wenigstens eine Bypass-Bohrung 37 sichergestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19624001 A1 [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzventil mit einer Düsennadel (5), die längsverschiebbar in einem Druckraum (9) gelagert ist und mit einem Düsenkörpersitz (8) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (10) zusammenwirkt, wobei die Düsennadel (5) mit einer Stirnseite einen mit Kraftstoff befüllbaren Steuerraum (16) begrenzt, durch dessen Druck eine Schließkraft auf die Düsennadel (5) ausübbar ist, wobei der Steuerraum (16) über eine Zulaufdrossel (35) zumindest mittelbar mit dem Druckraum (9) und über eine Ablaufdrossel (36) zumindest mittelbar mit einem Niederdruckraum (17) verbindbar ist, und mit einem Steuerventil (4), das einen längsverschiebbaren Steuerkolben (20) aufweist, der mit einem ersten Steuerventilsitz (40) und einem zweiten Steuerventilsitz (41) zusammenwirkt, wobei der Steuerkolben (20) bei Anlage am ersten Steuerventilsitz (40) die Ablaufdrossel (36) verschließt und die Zulaufdrossel (35) öffnet, bei Anlage am zweiten Steuerventilsitz (41) die Ablaufdrossel (36) und die Zulaufdrossel (35) verschließt und in einer Position zwischen dem ersten Steuerventilsitz (40) und dem zweiten Steuerventilsitz (41) die Ablaufdrossel (36) und die Zulaufdrossel (35) öffnet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufdrossel (35) in einen Ausgleichsraum (30) mündet, der mit dem Druckraum (9) verbunden ist, wobei im Ausgleichsraum (30) ein Schiebersitz (31) ausgebildet ist, mit dem der Steuerkolben (20) zum Verschließen der Verbindung (33) des Ausgleichsraums (30) mit dem Druckraum (9) zusammenwirkt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnet (50) vorhanden ist, der mit einem mit dem Steuerkolben (20) verbundenen Magnetanker (48) zusammenwirkt und dadurch den Steuerkolben (20) vom ersten Steuerventilsitz (40) wegzieht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (48) mit dem Steuerkolben (20) einstückig ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (20) durch eine Schließfeder (53) mit einer Schließkraft in Richtung des ersten Steuerventilsitzes (40) beaufschlagt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (20) von einer ersten Schaltfeder (25) und einer zweiten Schaltfeder (26) in Richtung des zweiten Steuerventilsitzes (41) mit einer Öffnungskraft beaufschlagt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft der Schließfeder (53) größer ist als die Summe der Öffnungskräfte der ersten Schaltfeder (25) und der zweiten Schaltfeder (26).
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltfeder (25) an einem Anschlagelement (28) anliegt, das nach Durchfahren eines Teilhubs des Steuerkolbens (20) an einem Absatz (29) zur Anlage kommt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltfeder (25) und die zweite Schaltfeder (26) in einem Federraum (23) aufgenommen sind, der von einer Stirnfläche (39) des Steuerkolbens (20) begrenzt wird und der mit dem Druckraum (9) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (20) einen Führungszapfen (24) aufweist, der in einer Führungshülse (27) aufgenommen ist, wobei der Innenraum der Führungshülse (27) mit dem Niederdruckraum (17) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Führungshülse (27) und dem Steuerkolben (20) eine Schaltfeder (25) angeordnet ist, die den Steuerkolben (20) vom ersten Steuerventilsitz (40) weg mit einer Öffnungskraft beaufschlagt.