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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für
eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist durch die
DE 198
44 891 A bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung
weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein Kraftstoffeinspritzventil
für einen
Zylinder der Brennkraftmaschine auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe
weist einen durch die Brennkraftmaschine angetriebenen, einen Pumpenarbeitsraum begrenzenden
Pumpenkolben auf, wobei durch ein elektrisch gesteuertes Ventil
eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsbereich gesteuert
wird. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Einspritzventilglied
auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird und das
durch den in einem eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum aufweisenden
Druckraum herrschenden Druck gegen die Kraft einer in einem Federraum
angeordneten Schließfeder
in einer Öffnungsrichtung
bewegbar ist. Die Schließfeder
stützt
sich einerseits zumindest mittelbar am Einspritzventilglied und
andererseits zumindest mittelbar an einem Speicherkolben ab. Der Speicherkolben
begrenzt auf seiner der Schließfeder abgewandten
Seite einen Speicherraum, der eine Verbindung mit dem Pumpenarbeitsraum
aufweist und ist gegen die Kraft der Schließfeder in den Federraum bewegbar.
Der Federraum weist über
eine Drosselstelle eine Verbindung mit einem Niederdruckbereich
auf, wobei der Niederdruckbereich mit einem Kraftstoffzulauf verbunden
ist. Der Speicherkolben ermöglicht
eine Voreinspritzung von Kraftstoff, indem dieser bei ansteigendem
Druck im Pumpenarbeitsraum durch den im Speicherraum herrschenden Druck
in den Federraum bewegt wird. Bei steigendem Druck im Pumpenarbeitsraum
und damit im Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils öffnet dessen
Einspritzventilglied zunächst
für die
Voreinspritzung. Bei der Bewegung des Speicherkolbens in den Federraum
wird die Vorspannung der Schließfeder und
der im Federraum herrschende Druck erhöht, so daß das Einspritzventilglied
wieder schließt.
Bei weiterem Druckanstieg im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum öffnet das
Einspritzventilglied gegen die erhöhte Vorspannung der Schließfeder und
es erfolgt eine Haupteinspritzung von Kraftstoff. Die Kraftstoffmenge,
die bei der Voreinspritzung eingespritzt wird, ist in einem Kennfeld
abhängig
von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, insbesondere der Drehzahl,
vorgegeben. Es wurde festgestellt, daß die Kraftstoffeinspritzmenge
bei der Voreinspritzung dabei wesentlich von Druckschwankungen im
Federraum beeinflußt
wird, die wiederum durch Druckschwankungen im Niederdruckbereich
verursacht werden. Diese Druckschwankungen werden durch Schwankungen
im Zulaufdruck und durch den Schließvorgang des Steuerventils
ausgelöst,
wenn der Pumpenarbeitsraum vom Entlastungsbereich getrennt wird.
Da die Verbindung des Federraums mit dem Niederdruckbereich sehr
kurz ist und direkt in den Niederdruckbereich mündet, werden die Druckschwankungen
im Niederdruckbereich nahezu unvermindert in den Federraum übertragen.
Durch die Druckschwankungen im Federraum wird es erschwert bei der
Voreinspritzung die im Kennfeld vorgegebene Kraftstoffeinspritzmenge
zu erreichen.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass Druckschwankungen im Federraum durch die Verbindung
des Federraums mit dem Niederdruckbereich mit großer Länge verringert
sind und damit die Kraftstoffeinspritzmenge bei der Voreinspritzung
genauer eingehalten werden kann.
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In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
angegeben. Die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 2 bis
4 ermöglicht
eine große
Länge des
Kanals der Verbindung des Federraums mit dem Niederdruckbereich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine in einem ersten Längsschnitt, 3 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in einem zweiten Längsschnitt
und 3 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in einem Querschnitt entlang Linie III-III in 1.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In den 1 bis 3 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine
weist einen oder mehrere Zylinder auf, wobei für jeden Zylinder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und einem Kraftstoffeinspritzventil 12 vorgesehen
ist. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und das Kraftstoffeinspritzventil 12 sind
zu einer sogenannten Pumpe-Düse-Einheit
zusammengefaßt.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 auf,
in dem in einem Zylinder 16 ein Pumpenkolben 18 dicht
geführt
ist, der durch einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine
entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in
einer Hubbewegung angetrieben wird. Der Pumpenkolben 18 begrenzt
im Zylinder 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in
dem beim Förderhub
des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet
wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird beim Saughub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff aus
einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 zugeführt, beispielsweise
mittels einer Förderpumpe 21.
Der Pumpenarbeitsraum 22 weist eine Verbindung mit einem Entlastungsbereich
auf, als der beispielsweise ein Rücklauf zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 dienen kann,
und die von einem elektrisch betätigten
Steuerventil 23 gesteuert wird. Das Steuerventil 23 ist
mit einer elektronischen Steuereinrichtung 25 verbunden.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist
einen Ventilkörper 26 auf,
der mehrteilig ausgebildet sein kann, und der mit dem Pumpenkörper 14,
beispielsweise unter Zwischenlage wenigstens eines Zwischenkörpers 27,
verbunden ist. Zwischen dem Zwischenkörper 27 und dem Pumpenkörper 14 kann noch
eine Scheibe 15 angeordnet sein. Im Ventilkörper 26 ist
in einer Bohrung 30 ein Einspritzventilglied 28 längsverschiebbar
geführt.
Die Bohrung 30 verläuft
zumindest annähernd
parallel zum Zylinder 16 des Pumpenkörpers 14, kann jedoch
auch geneigt zu diesem verlaufen. 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, beispielsweise
ebenfalls etwa kegelförmigen
Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die
Einspritzöffnungen 32 abführen.
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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 zum Ventilsitz 36 weisende
Druckschulter 42 auf. Am dem Brennraum abgewandten Ende
des Einspritzventilglieds 28 greift eine vorgespannte Schließfeder 44 an,
durch die das Einspritzventilglied 28 zum Ventilsitz 36 hin
gedrückt
wird. Die Schließfeder 44 ist
in einem durch eine Bohrung 47 gebildeten Federraum 46 eines
Federhaltekörpers 45 angeordnet,
der einen Teil des Ventilkörpers 26 bildet
und der sich an die Bohrung 30 anschließt. Zwischen dem Ventilkörper 26 und
dem Federhaltekörper 45 können ein
oder mehrere Scheiben 43 angeordnet sein. Der Druckraum 40 weist
wie in 2 dargestellt
eine durch den Ventilkörper 26,
die Scheiben 43, den Federhaltekörper 45, den Zwischenkörper 27,
die Scheibe 15 und den Pumpenkörper 14 verlaufende Verbindung 48 mit
dem Pumpenarbeitsraum 22 auf.
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Die Schließfeder 44 stützt sich
einerseits zumindest mittelbar, beispielsweise über einen Federteller, am Einspritzventilglied 28 und
andererseits zumindest mittelbar, beispielsweise ebenfalls über einen
Federteller, an einem Speicherkolben 50 ab. Der Speicherkolben 50 ist
in einer sich koaxial an den Federraum 46 anschließenden Bohrung 51 im
Zwischenkörper 27 dicht
geführt
und begrenzt mit seiner der Schließfeder 44 abgewandten
Stirnseite in der Bohrung 51 einen Speicherraum 52.
Der Speicherraum 52 weist eine durch den Zwischenkörper 27,
die Scheibe 15 und den Pumpenkörper 14 verlaufende Verbindung 54 mit
dem Pumpenarbeitsraum 22 auf.
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Der Ventilkörper 26 und der Pumpenkörper 14 sind
mittels einer Spannmutter 60 unter Zwischenlage des Federhaltekörpers 45,
des Zwischenkörpers 27 sowie
der Scheibe 15 miteinander verbunden und verspannt. Die
Spannmutter 60 übergreift
den Ventilkörper 26 und
ist auf ein am Pumpenkörper 14 ausgebildetes
Außengewinde
aufgeschraubt. Zwischen der Spannmutter 60 und dem Ventilkörper 26 ist
auf Höhe
des Druckraums 40 und der Bohrung 30, in der das
Einspritzventilglied 28 dicht geführt ist, ein Ringraum 62 gebildet.
Die Spannmutter 60 weist im Bereich des Ringraums 62 in
ihrem Umfang eine Vielzahl von Öffnungen 64 mit
jeweils geringem Querschnitt auf, die Filteröffnungen bilden. Die Spannmutter 60 ist
im Bereich des Ringraums 62 auf ihrer Aussenseite von einem
weitere Ringraum 66 umgeben, der zwischen der Spannmutter 60 und
einer Bohrung 68 in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
gebildet ist, in die die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingesetzt
ist. In den Ringraum 66 mündet ein Kraftstoffzulauf von
der Förderpumpe 21 her.
Der durch die Förderpumpe 21 zugeführte Kraftstoff
gelangt durch die Filteröffnungen 64 in
den Ringraum 62 und aus diesem über Kanäle 70 in den Scheiben 43,
im Federhaltekörper 45,
im Zwischenkörper 27,
in der Scheibe 50 sowie im Pumpenkörper 14 in einen Ventilraum 72 des
Steuerventils 23. Durch ein Steuerventilglied 74 ist
der Ventilraum 72 wahlweise je nach Schaltstellung mit
dem Pumpenarbeitsraum 22 verbindbar und vom Pumpenarbeitsraum 22 trennbar. Der
Ventilraum 72 weist ausserdem eine Verbindung mit einem
Rücklauf
zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 auf.
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Der Ringraum 62 bildet einen
Niederdruckbereich, mit dem der Federraum 46 verbunden
ist. Im Federhaltekörper 45 ist
wie in 1 dargestellt
ein Kanal 76, beispielsweise in Form einer Bohrung, ausgebildet,
der sich entlang dem Federraum 46 erstreckt. Der Kanal 76 setzt
sich durch die Scheiben 43 fort und mündet in den Ringraum 62.
Der Kanal 76 endet andererseits am Zwischenkörper 27.
Der Federraum 46 ist mit dem Kanal 76 über eine
Drosselstelle 78 verbunden, die nahe dem dem Speicherkolben 50 zugewandten
Ende des Federraums 46 angeordnet ist. Der Kanal 76 erstreckt
sich somit vom dem Speicherkolben 50 zugewandten Endbereich
des Federraums 46 bis zum Ringraum 62 und weist
eine große
Länge auf.
Der Niederdruckbereich 62 ist in Richtung der Längsachse 13 des
Kraftstoffeinspritzventils 12 mit Abstand vom Federraum 46 angeordnet.
Der Federraum 46 ist somit über den langen Kanal 76 mit
dem den Niederdruckbereich bildenden Ringraum 62 verbunden,
wobei der Kanal 76 einen Dämpfungsraum bildet, in dem
Druckschwankungen im Ringraum 62 abgeschwächt werden,
so dass diese nur zu geringen Druckschwankungen im Federraum 46 führen.
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Nachfolgend wird die Funktion der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Der Pumpenarbeitsraum 22 wird
während
des Saughubs des Pumpenkolbens 18 bei geöffnetem
Steuerventil 23 mit Kraftstoff gefüllt. Dabei gelangt der durch
die Förderpumpe 21 geförderte Kraftstoff
in den Ringraum 66, tritt durch die Filteröffnungen 64 hindurch
in den Ringraum 62 und gelngt aus diesem über die
Kanäle 70 in
den Ventilraum 72 und aus diesem in den Pumpenarbeitsraum 22.
Beim Förderhub
des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 23 zunächst geöffnet, so dass
sich im Pumpenarbeitsraum 22 kein Hochdruck aufbauen kann.
Wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnen soll, so wird das Steuerventil 23 durch
die Steuereinrichtung 25 geschlossen, so dass der Pumpenarbeitsraum 22 vom
Ventilraum 72 und damit vom Kraftstoffzulauf und vom Rücklauf zum
Kraftstoffvorratsbehälter 24 getrennt
ist und sich in diesem Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und
im Druckraum 40 so hoch ist, dass die über die Druckschulter 42 auf
das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft in Öffnungsrichtung 29 größer ist als
die Kraft der Schließfeder 44,
so bewegt sich das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 und gibt
die wenigstens eine Einspritzöffnung 32 frei, durch
die Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders eingespritzt wird.
Der Speicherkolben 50 befindet sich hierbei in einer Ausgangsstellung,
in der dieser am nächsten
zur Scheibe 15 angeordnet ist. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 steigt
nachfolgend entsprechend dem Profil des Nockens 20 weiter
an.
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Wenn die durch den im Pumpenarbeitsraum 22 herrschenden
Druck auf den Speicherkolben 50 ausgeübte Kraft größer wird
als die durch die Schließfeder 44 auf
den Speicherkolben 50 ausgeübte Kraft, so führt der
Speicherkolben 50 eine Ausweichhubbewegung aus und bewegt
sich von der Scheibe 15 weg in den Federraum 46 hinein,
wobei der Speicherraum 52 vergrößert wird. Hierbei wird eine
Druckerhöhung
im Federraum 46 verursacht, da aus diesem wegen der Drosselstelle 78 nur
verzögert Kraftstoff
ausströmen
kann, und ausserdem die Vorspannung der Schließfeder 44 erhöht, die
sich am Speicherkolben 50 abstützt. Der im Federraum 46 herrschende
Druck erzeugt über
den Federteller, über
den sich die Schließfeder 44 am
Einspritzventilglied 28 abstützt, eine in Schließrichtung
auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Kraft. Durch den Druckanstieg
im Federraum 46 und die Erhöhung der Vorspannung der Schließfeder 44 ergibt
sich eine erhöhte
Kraft in Schließrichtung
auf das Einspritzventilglied 28, so dass dieses wieder
in Schließrichtung bewegt
wird, mit seiner Dichtfläche 34 am
Ventilsitz 36 zur Anlage kommt und die Einspritzöffnungen 32 verschließt, so dass
die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 12 ist
dabei nur für
eine kurze Zeitdauer geöffnet
und es wird nur eine geringe Menge Kraftstoff als Voreinspritzung in
den Brennraum eingespritzt. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist
unter anderem von dem im Federraum 46 herrschenden Druck
abhängig,
der wie vorstehend angegeben eine in Schließrichtung auf das Einspritzventilglied 28 wirkende
Kraft erzeugt. Beim Schließen
des Steuerventils 23 zu Beginn der Hochdruckförderung
des Pumpenkolbens 18 kommt es im den Niederdruckbereich
bildenden Ringraum 62 zu einem Druckanstieg, der jedoch
infolge des langen Kanals 76 und der Drosselstelle 78 nicht
oder nur in geringem Masse zu einem Druckanstieg im Federraum 46 führt und
somit die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge
nur wenig beeinflusst. Bei einer direkten Verbindung des Federraums 46 mit
dem Niederdruckbereich 62 wie beim Stand der Technik würde der
Druckanstieg im Niederdruckbereich 62 zu einem starken
Druckanstieg im Federraum 46 führen, was zu einer starken
Verringerung der bei der Voreinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge
führt,
so dass nicht die im Kennfeld vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt
werden kann.
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Der Öffnungshub des Einspritzventilglieds 28 während der
Voreinspritzung kann durch eine Dämpfungseinrichtung hydraulisch
begrenzt sein. Das Einspritzventilglied 28 taucht dabei
mit einem Druckzapfen 80 in einen kraftstoffgefüllten Dämpfungsraum 82,
der von einem durch eine Stirnfläche der
Scheibe 43 gebildeten ortsfesten Absatz 84 begrenzt
ist, der dabei einen Hubanschlag für eine Ringschulter 86 am
Einspritzventilglied 28 bildet. Dabei ist zwischen der
Wand des Dämpfungsraums 82 und
dem Druckzapfen 80 ein Drosselquerschnitt gebildet, der
als Flächenanschliff 88 ausgebildet
ist und über
den der Dämpfungsraum 82 mit
dem Federraum 46 verbunden ist. Der Flächenanschliff 88 am
Druckzapfen 80 weist einen axialen Abstand zur Ringschulter 86 am
Einspritzventilglied 28 auf, in dessen Bereich der Druckzapfen 80 dem
Durchmesser der Bohrung in der Scheibe 43 entspricht, so
dass eine Steuerkante 90 gebildet ist, deren Überfahren über den Absatz 84 das
Zusteuern des hydraulischen Dämpfungsraums 82 steuert.
Bei der Voreinspritzung durchläuft
das Einspritzventilglied 28 nur einen Teilöffnungshub,
der durch das Überfahren
der Steuerkante 90 am Einspritzventilglied 28 über den
Absatz 84 der Scheibe 43 begrenzt wird, in dessen
Folge der Dämpfungsraum 82 zugesteuert
wird, so dass sich die Schließkraft
auf das Einspritzventilglied 28 erhöht.
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Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 steigt nachfolgend
weiter an entsprechend dem Profil des Nockens 20, so daß die auf
das Einspritzventilglied 28 wirkende Druckkraft in Öffnungsrichtung 29 wieder
zunimmt und die infolge der erhöhten
Vorspannung der Schließfeder 44 und
dem erhöhten
Druck im Federraum 46 erhöhte Schließkraft übersteigt, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 12 wieder öffnet. Dabei
wird eine größere Kraftstoffmenge über eine
längere
Zeitdauer eingespritzt als während
der Voreinspritzung. Die Zeitdauer und die während dieser Haupteinspritzung
eingespritzte Kraftstoffmenge werden durch den Zeitpunkt bestimmt,
zu dem das Steuerventil 23 durch die Steuereinrichtung 25 wieder
geöffnet
wird. Nach dem Öffnen
des Steuerventils 23 ist der Pumpenarbeitsraum 22 wieder
mit dem Rücklauf
zum Kraftstoffvorratsbehälter 24 verbunden,
so dass dieser entlastet ist und das Kraftstoffeinspritzventil 12 schließt. Der
Speicherkolben 50 wird durch die Kraft der Schließfeder 44 wieder
in seine Ausgangsstellung zurückbewegt.