DE19832287A1 - Nadelgesteuerte Kraftstoffinjektoreinheit - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft eine Kraftstoffinjektoreinheit für einen mehrzylindrigen Mo­ tor mit Kompressionszündung, die zur zyklischen Erzeugung von Einspritzdruckpe­ rioden imstande ist, um eine optimale Einspritzdruck- und Zeitsteuerung zu ermögli­ chen und insbesondere eine solche Kraftstoffinjektoreinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein Motorkraftstoffsystem ist die Komponente eines Verbrennungsmotors, die häufig die größte Auswirkung auf Leistung und Kosten hat. Daher wurde Kraftstoffsyste­ men für Verbrennungsmotoren ein wesentlicher Teil der gesamten Ingenieursarbeit gewidmet, die bisher für die Entwicklung des Verbrennungsmotors aufgewendet wurde. Aus diesem Grund hat ein heutiger Motorkonstrukteur eine außergewöhnli­ che Palette von Wahl- und Tauschmöglichkeiten unter bekannten Kraftstoffsystem­ konzepten und -merkmalen. Die Konstruktionsarbeit beinhaltet für gewöhnlich ex­ trem komplexe und subtile Kompromisse zwischen Faktoren wie Kosten, Größe, Zu­ verlässigkeit, Leistung, einfache Herstellung und Möglichkeit eines nachträglichen Einbaus in bestehende Motorkonstruktionen.

Die Herausforderung an gegenwärtige Konstrukteure ist durch die Notwendigkeit, staatlich verfügten Emissionsverringerungsstandards bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Verbesserung des Kraftstoffwirkungsgrades zu entsprechen, deutlich größer geworden. Angesichts des ausgereiften Zustandes von Kraftstoffsystemkonstruktio­ nen ist es besonders schwierig, bei weiteren Innovationen in der Kraftstoffsystem­ technik sowohl eine verbesserte Motorleistung als auch eine Emissionsverringerung zu erzielen. Im Handel wettbewerbsfähige Kraftstoffeinspritzsysteme der Zukunft müssen höchstwahrscheinlich nicht nur neue Konstruktionsmerkmale aufweisen um verschiedene Zielsetzungen wie eine verbesserte Motorleistung und eine Emissions­ verringerung zu erfüllen, sondern die geeigneten Merkmale in der effektivsten Weise kombinieren, um ein System zu bilden, das am effizientesten, effektivsten und am zu­ verlässigsten die größte Anzahl an Zielen erreicht.

Einige der wichtigsten Merkmale zum Erreichen der Zielsetzungen wie einer verbes­ serten Motorleistung und Emissionsverringerung sind die Möglichkeit eines hohen Einspritzdrucks, eine verbesserten hydraulische und mechanische Leistungsfähigkeit, ein rasches Ansprechen des Drucks und eine effektive und zuverlässige Gestaltungs­ möglichkeit der Einspritzrate. Zu weiteren wichtigen Merkmalen zählen die Schall­ dämpfung des Antriebsgetriebes und die Flexibilität beim Zusammenbau, so daß ein Einbau bei verschiedenen Motorkonstruktionen möglich ist.

US Patent Nr. 5,463,996 offenbart einen Versuch, zumindest einige dieser Zielset­ zungen in einem Kraftstoffeinspritzsystem zu erreichen, das zur zyklischen Erzeu­ gung eines Hochdruckkraftstoffs in vorbestimmten Perioden arbeitet, in welchen ein Einspritzvorgang auftreten kann. Dieser ist durch ein entsprechendes servogesteuer­ tes Nadelventil gesteuert, das jedem einer Mehrzahl von Kraftstoffinjektoren zuge­ ordnet ist, die an eine gemeinsame Sammelleitung angeschlossen sind. Jeder Injektor enthält eine Verstärkeranordnung und ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das sich zur Verringerung des Drucks in einem druckgesteuerten Volumen öffnet, das über dem Nadelventilelement angeordnet ist, und sich zum Beenden der Einspritzung schließt. Ebenso offenbart ist ein Rezirkulations- oder Wiedergewinnungsmittel für hydraulische Energie zur Rückführung der Energie, die in dem unter Druck stehen­ den Steuerfluid gespeichert ist, zu der Pumpquelle. Die zyklische Druckerzeugung er­ folgt jedoch bei jedem Injektor durch Hochdruckkraftstoff in einer gemeinsamen Sammelleitung, der auf einen Injektorplungerkolben wirkt, während die Sammellei­ tung bei einem hohen Druckwert bleibt. Daher benötigt jeder Injektor in diesem Sy­ stem ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil stromaufwärts der Verstärkeran­ ordnung zur Auslösung der Einwärtsbewegung der Verstärkeranordnung und zwei Einspritzsteuerventile zur Auslösung der Druckerzeugung bzw. zur Dosierungs- und Zeitsteuerung eines Einspritzvorganges. Dadurch werden Kosten und Komplexität des Systems erhöht. Dieser Injektor verwendet auch eine relativ große Elektromag­ netsteuerung mit Doppelfunktion zur Betätigung der beiden Einspritzsteuerventile wodurch ein großer Durchmesser vorliegt. Ferner wird das Einspritzsteuerventil zur Steuerung der Nadelbewegung zweimal in jeder Einspritzperiode hin- und herbe­ wegt, um einen einzigen Einspritzvorgang zu bewirken, wodurch Kosten und Kom­ plexität des Systems letztendlich auch erhöht werden. Ebenso ist dieses Einspritz­ steuerventil ein Dreiwegventil, das eine komplexere Konstruktion des Ventilelements und der zugehörigen Strömungsdurchlässe voraussetzt als andere verfügbare Ventil­ konstruktionen. Zusätzlich erfordert das Wiedergewinnungsmittel für hydraulische Energie ein zusätzliches Steuerventil, einen Hydromotor und zugehörige Kraftstoff­ durchlässe, was zu einem teuren System führt.

Das SAE Technical Paper 961285 schlägt ein Kraftstoffsystem zur zyklischen Erzeu­ gung von Hochdruckkraftstoffperioden zur Einspritzung vor, während eine gleich­ mäßige Druckbeaufschlagung und Drucksenkung möglich ist, um Torsionsschwin­ gungen und mechanische Geräusche des Antriebszuges zu verringern.

Ähnliche Kraftstoffeinspritzsysteme sind in den GB-A-2 289 313, und 2 291 936 offenbart. Diese Kraftstoffsysteme umfassen einen nockenbetätigten Plungerkolben, der jedem Injektor zugeordnet ist, um ein Kraftstoffspeichervolumen zur Abgabe an einen Nadelhohlraum unter Druck zu setzen, wobei die Einspritzung von einem elek­ tromagnetisch betätigten Nadelsteuerventil gesteuert wird. In dieser Arbeit wird be­ hauptet, daß dieses Konzept an "eine mechanisch betätigte, elektronische Injek­ toreinheit, eine hydraulische elektronische Injektoreinheit, eine elektronische Pum­ peneinheit und Pumpen/Leitung/Düsensysteme" angepaßt werden kann. Jede dieser Verweisstellen offenbart jedoch nur eine Anwendung bei einer mechanisch betätig­ ten Injektoreinheit, bestehend aus Injektoreinheiten, die jeweils einen durch eine Kraftstoffeinspritznocke betätigten Plungerkolben aufweisen. Diese Systeme sind je­ doch aufgrund der Kosten- und Zusammenbaufaktoren für viele Motoranwendun­ gen nicht geeignet.

Ausgangspunkt für die Lehre der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffinjek­ toreinheit zum Aufnehmen von Niederdruckkraftstoff aus einer Kraftstoffversorgung und zum Einspritzen des Kraftstoffes bei hohem Druck in einen Brennraum eines Mo­ tors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 (GB-A-2 289 313). Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffinjektoreinheit für ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen die im Stande ist, effizient für eine optimale Steuerung der Kraftstoffeinspritzung während der Einspritzperioden zu sorgen, extrem hohe Drücke bereitzustellen und unempfindlich gegenüber Schwankungen des Antriebsmomentes ist.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist bei einer Kraftstoffinjektoreinheit mit den Merk­ malen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektoreinheit sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung schafft eine einfache, kostengünstige Kraftstoffinjektoreinheit, die ein hydraulisch gesteuertes Nadelventil, ein Stellglied zur Steuerung des Hydraulik­ stroms, so daß die Einspritzung gesteuert wird, und ein Pumpensteuerventil zur Aus­ lösung eines Druckerzeugungsvorganges enthält, wobei das Einspritzstellventil und das Pumpensteuerventil optimal angeordnet und gesteuert sind, um die Injektorkon­ struktion zu vereinfachen und gleichzeitig für eine optimale und effektive Steuerung der Einspritzung zu sorgen.

Der erfindungsgemäße nadelgesteuerte Kraftstoffinjektor minimiert die Kraftstoff­ menge, die während jedes Einspritzvorgangs zu einem Niederdruckauslauf strömt.

Das Kraftstoffeinspritzsystem kann einen Entlüftungskreis enthalten, der eine einfa­ che, effektive Entfernung von Luft/Gas aus den Einspritzkraftstoffdurchlässen er­ möglicht, einschließlich des Kraftstofförderkreises und des Düsenhohlraums der Injek­ toren.

Die vorliegende Erfindung betrifft demnach eine Kraftstoffinjektoreinheit zur Auf­ nahme von Niederdruckkraftstoff von einer Kraftstoffversorgung und zum Einsprit­ zen des Kraftstoffs bei hohem Druck in einen Brennraum eines Motors. Sie umfaßt einen Injektorkörper, der einen Injektorhohlraum, einen Kraftstofförderkreis und eine Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist, enthält, einen Plungerkolben, der zur Hin- und Herbewegung in dem Injektorhohlraum montiert ist, und eine Hochdruckkammer, die zwischen dem Plungerkolben und der Einspritzöff­ nung ausgebildet ist.

Der Plungerkolben ist in die Hochdruckkammer bewegbar, um den Druck des Kraft­ stoffs in der Kammer zu erhöhen. Der Injektor enthält auch eine Verschlußdüsenan­ ordnung mit einem Ventilelement, das zwischen einer offenen und einer geschlosse­ nen Position bewegbar ist, und eine Nadelventilsteuervorrichtung zur Bewegung des Nadelventilelements zwischen seinen Positionen.

Die Nadelventilsteuervorrichtung kann ein Steuervolumen enthalten, das an einem Ende des Nadelventilelements angeordnet ist, einen Steuervolumenbeschickungs­ kreis zum Zuleiten von Kraftstoff von dem Kraftstofförderkreis, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraftstoff aus dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf und ein Einspritzsteuerventil, das entlang dem Auslaufkreis zum Steuern des Kraft­ stoffstroms durch den Auslaufkreis angeordnet ist, so daß die Bewegung des Nadel­ ventilelements hervorgerufen wird.

Das Einspritzsteuerventil ist ein elektromagnetisch betätigtes Zweiwegventil, das in eine geschlossene Position, in welcher der Kraftstoffstrom von dem Steuervolumen blockiert ist, und in eine offene Position bewegbar ist, in welcher der Kraftstoffstrom von dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervolumen und von dem Steu­ ervolumen zu dem Niederdruckauslauf möglich ist.

Der Steuervolumenbeschickungskreis kann ein erstes Ende enthalten, das direkt in den Nadelhohlraum mündet, der in dem Injektorkörper zur Aufnahme des Nadelventi­ lelements ausgebildet ist.

Das elektromagnetisch betätigte Einspritzsteuerventil kann eine Spulenanordnung enthalten, die entlang dem Injektorkörper zwischen der Hochdruckkammer und dem Steuervolumen angeordnet ist.

Der Injektor kann ferner ein elektromagnetisch betätigtes Drucksteuerventil zum Steuern des Kraftstoffstroms zwischen der Hochdruckkammer und der Kraftstoffver­ sorgung enthalten. Das Drucksteuerventil enthält ebenso eine Spulenanordnung, die in dem Injektorkörper mit Abstand zu der Elektromagnet/Spulen-Anordnung zur Ein­ spritzsteuerung montiert ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbei­ spiele darstellenden Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines nadelgesteuerten Kraftstoffsystems mit gemein­ samer Sammelleitung,

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines geschlossenen Düseninjektors und eine Teil­ querschnittsansicht der Hochdruckpumpe, die in dem nadelgesteuerten Kraftstoffsy­ stem mit gemeinsamer Sammelleitung von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines ge­ schlossenen Düseninjektors, der in dem Kraftstoffsystem von Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 4 ist eine Graphik, die den variablen Hub und den Druck, der zyklisch von der Hochdruckpumpe des vorliegenden Systems erzeugt werden kann, gegenüber dem Kurbelwinkel zeigt,

Fig. 5 ist eine Graphik, welche die zyklisch erzeugten Pumpvorgänge zeigt, die durch die Hochdruckpumpe, die jeder gemeinsamen Sammelleitung/jedem Satz von Injekto­ ren zugeordnet ist, erzeugt werden,

Fig. 6 ist eine Graphik, die das Antriebsmoment, das durch die zyklischen Drucker­ zeugungs/Pumpvorgänge erzeugt wird, gegenüber dem Kurbelwinkel zeigt, unter der Annahme, daß keine Einspritzung und kein Energieverlust erfolgt,

Fig. 7 ist eine Graphik, die einen Vergleich des Antriebsmoments zeigt, das durch eine Injektoreinheit nach dem Stand der Technik, ein Kraftstoffsystem nach dem Stand der Technik mit einer gemeinsamen Sammelleitung mit einem Druckentlastungsventil und das nadelgesteuerte Kraftstoffsystem mit gemeinsamer Sammelleitung der vorliegen­ den Erfindung erzeugt wird,

Fig. 8 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Injektors von Fig. 2 und 3, die das Doppelöffnungsverschlußmerkmal der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 9 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Injektors, der in der vorlie­ genden Erfindung verwendet wird, mit einem zweiten Ausführungsbeispiel des Dop­ pelöffnungsverschlußmerkmals der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 ist eine Graphik, die verschiedene Kraftstoffdrücke und -mengen während ei­ nes Einspritzvorganges eines herkömmlichen nadelgesteuerten Injektors ohne Ver­ schluß der Einlaß- und Auslaßöffnung die dem Steuervolumen zugeordnet sind, zeigt,

Fig. 11 ist eine Graphik, die verschiedene Kraftstoffdrücke und -mengen während ei­ nes Einspritzvorganges zeigt, der durch einen Injektor nach dem Stand der Technik erzeugt wird, der nur die Auslaßöffnung des Nadelsteuervolumens schließt,

Fig. 12 ist eine Graphik, die verschiedene Kraftstoffdrücke und -mengen während ei­ nes Einspritzvorganges zeigt, der durch den Injektor der vorliegenden Erfindung er­ zeugt wird, mit der Strömungsbegrenzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, um im wesentlichen sowohl die Einlaß- als auch Auslaßöffnung des Steuervolumens zu schließen,

Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht einer Injektoreinheit eines alternativen Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die in einer Befestigungsbohrung eines Zylinderkopfes angeordnet ist, und

Fig. 14 ist eine Teilquerschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der Injektoreinheit der vorliegenden Erfindung.

In der gesamten Anmeldung entsprechen die Bezeichnungen "nach innen", "inner­ ste", "nach außen" und "äußerste" den Richtungen zu bzw. weg von dem Punkt, an dem Kraftstoff von einem Injektor tatsächlich in den Brennraum eines Motors einge­ spritzt wird. Die Begriffe "oberer" und "unterer" bezeichnen die Teile der Injektoran­ ordnung, die jeweils am weitesten entfernt vom Motorzylinder bzw. am nächsten zu diesem liegen, wenn der Injektor betriebsbereit an dem Motor montiert ist.

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein nadelgesteuertes Kraftstoffsystem 10 mit gemein­ samer Sammelleitung dargestellt, das bei einem Sechszylindermotor (nicht dargestellt) angewendet wird, wobei jedem Zylinder ein Injektor zugeordnet ist.

Im allgemeinen enthält das Kraftstoffsystem 10 eine Niederdruckkraftstoffversorgung 12 für die Zuleitung von Niederdruckkraftstoff sowohl zu einer ersten Hochdruck­ pumpe 14 als auch zu einer zweiten Hochdruckpumpe 16. Die erste Hochdruck­ pumpe 14 gibt zyklisch Hochdruckkraftstoff über eine erste gemeinsame Sammellei­ tung 20 an einen entsprechend ersten Satz von Injektoren 18 ab. Die zweite Hoch­ druckpumpe 16 gibt ebenso zyklisch Hochdruckkraftstoff über eine zweite gemein­ same Sammelleitung 24 an einen entsprechend zweiten Satz von Kraftstoffinjektoren 22 ab. Jeder Satz von Kraftstoffinjektoren 18, 22 enthält einen Kraftstoffinjektor 26, der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen entsprechenden Motorzylinder betätig­ bar ist, um einen Einspritzvorgang während eines Pumpvorganges zu definieren, der durch die zugeordnete Hochdruckpumpe erzeugt wird. Wie in der Folge ausführli­ cher erklärt wird, verwendet dieses System das Prinzip der zyklischen Druckerzeu­ gung, um den Kraftstoffdruck in der ersten und zweiten gemeinsamen Sammelleitung 20, 24 zyklisch und allmählich zu erhöhen und zu senken, was in vorteilhafter Weise zu einem größeren Bereich verfügbarer Einspritzdrücke für jeden Einspritzvorgang führt, während Antriebsmomentschwankungen minimiert werden. Ferner maximiert das vorliegende System die Effizienz durch Wiedergewinnung der Druckenergie im Hochdruckkraftstoff, die in der gemeinsamen Sammelleitung und den Kraftstoffinjek­ toren während jedes Pumpvorganges durch die Hochdruckpumpen 14, 16 vorhanden ist, während sowohl das eingeschlossene Volumen als auch parasitäre Verluste auf­ grund eines Kraftstoffabflusses minimiert werden. Somit besitzt das vorliegende System viele der flexiblen Möglichkeiten eines herkömmlichen Systems mit gemeinsamer Sammelleitung, während gleichzeitig die Wahl eines größeren Bereichs von Kraft­ stoffdrücken für jeden Einspritzvorgang möglich ist.

Wie in Fig. 1 dargestellt, können die erste und zweite Hochdruckpumpe 14, 16 in ei­ nem gemeinsamen Pumpengehäuse 28 montiert und einander gegenüber an jeder Seite einer Nocke 30 angeordnet sein. Die Nocke 30 kann von der exzentrischen Art mit einer Gleitlagerbuchse 32 sein. Es sollte festgehalten werden, daß die Hochdruck­ pumpen reihenweise oder nebeneinander angeordnet sein können, wobei jede durch eine entsprechende Nocke betätigt wird. Jede Hochdruckpumpe weist im wesentli­ chen dieselbe Konstruktion auf, und daher werden die Bauteile der Pumpen nur mit Bezugnahme auf die erste Hochdruckpumpe 14 beschrieben. Die zweite Hochdruck­ pumpe 16 unterscheidet sich von der ersten Hochdruckpumpe 14 nur darin, daß sie der zweiten gemeinsamen Sammelleitung 24 zugeordnet ist, die strömungstechnisch von der ersten gemeinsamen Sammelleitung 20 getrennt ist. Wie in Fig. 1 und 2 dar­ gestellt, enthält die erste Hochdruckpumpe 14 einen Pumpenplungerkolben 34, der in einer Plungerkolbenbohrung 36 angeordnet ist, die in einem Plungerkolbenzylinder 38 ausgebildet ist, der an der Oberseite des Gehäuses 28 montiert ist. Eine Schrauben­ feder 40 spannt den Plungerkolben 34 in Auflage mit einer Gleitlagerbuchse 32. Während die Nocke 30 dreht, versetzt die Nocke den Pumpenplungerkolben 34 in eine Hin- und Herbewegung, die 180∞ zu der Hin- und Herbewegung des Pumpenp­ lungerkolbens, welcher der zweiten Hochdruckpumpe 16 zugeordnet ist, phasenver­ schoben ist. Um das innere Ende des Plungerkolbens 34 kann eine Nase für den gleit­ fähigen Eingriff mit den Innenwänden des Gehäuses 28 vorgesehen sein, um die Sei­ tenlast an dem Plungerkolben 34 zu minimieren. Die erste Hochdruckpumpe 14 ent­ hält auch eine Pumpenkammer 42, die zwischen dem inneren Ende der Plungerkol­ benbohrung 36 und dem Pumpenplungerkolben 34 ausgebildet ist, zur Aufnahme von Niederdruckkraftstoff von der Kraftstoffversorgung 12. Die Hochdruckpumpe 14 umfaßt ferner ein Pumpensteuerventil 44, das an der Oberseite des Pumpenzylin­ ders 38 montiert ist und ein Pumpensteuerventilelement 46 enthält, das in die Pum­ penkammer 42 reicht. Ein Niederdruckkraftstoff-Versorgungskreis 48, der in dem Pumpenzylinder 38 und Pumpensteuerventil 44 ausgebildet ist, gibt Niederdruck­ kraftstoff an die Pumpenkammer 42 über eine Ventilöffnung 50 ab. Das Pumpensteu­ erventil 44 kann ein elektromagnetisch betätigtes Zweiwegventil sein, wobei die Er­ regung des Elektromagneten das Steuerventilelement 46 in eine geschlossene Posi­ tion bewegt in welcher Strom aus der Pumpenkammer 42 durch die Ventilöffnung 50 blockiert ist, und die Abschaltung eine Bewegung des Steuerventilelements 46 in eine offene Position ermöglicht, wodurch ein Strom zwischen der Pumpenkammer 42 und dem Niederdruckkraftstoff-Versorgungskreis 48 herbeigeführt wird. Das Stell­ glied für das Pumpensteuerventil 44 kann als Alternative vom piezoelektrischen oder magnetostriktiven Typ sein. Ein Auslaufdurchlaß 52, der in dem Zylinder 38 ausge­ bildet ist, verbindet die Pumpenkammer 42 strömungstechnisch mit der ersten ge­ meinsamen Sammelleitung 20.

Wie gezeigt in Fig. 2 enthält jeder Kraftstoffinjektor 26 einen Injektorkörper 54, der aus einer Druckverstärkungsanordnung oder -baueinheit 56, einem Stellmodul 58 und einem Düsenmodul oder einer Düsenanordnung 60 besteht. Das Verstärkungs­ modul 56 umfaßt ein äußeres Gehäuse 62 mit einem Zulaufdurchlaß 64, der an einem Ende an die erste gemeinsame Sammelleitung 20 angeschlossen ist und an einem ge­ genüberliegenden Ende an einen Plungerkolbenhohlraum 66, der in dem Gehäuse 62 ausgebildet ist. Das Kraftstoffverstärkungsmodul 56 enthält auch ein inneres Ge­ häuse 68, das an das äußere Gehäuse 62 zur Bildung eines größeren Hohlraums 70 geschraubt ist. Das innere Gehäuse 68 enthält eine Plungerkolbenbohrung 72, die zur Verbindung mit einer Hochdruckkammer 74 nach innen durch das Gehäuse 68 ver­ läuft. Das Verstärkungsmodul 56 enthält ferner eine Verstärkungsplungerkolbenan­ ordnung 76, die einen Stellplungerkolben 78 umfaßt, der zur Hin- und Herbewegung in einem Plungerkolbenhohlraum 66 angeordnet ist, sowie einen Hochdruckplunger­ kolben 80, der zur Hin- und Herbewegung in einer Plungerkolbenbohrung 72 ange­ ordnet ist und nach außen in den größeren Hohlraum 70 reicht, und ein Verbindungs­ glied 81, das in dichtem aufliegenden Verhältnis zwischen dem inneren Ende des Stellplungerkolbens 78 und dem äußeren Ende des Hochdruckplungerkolbens 80 angeordnet ist. Eine Schraubenfeder 82 spannt den Hochdruckplungerkolben 80 nach außen in Auflage mit dem Verbindungsglied 81.

Die aufliegende Verbindung zwischen dem Verbindungslied 81 und dem Hochdruck­ plungerkolben 80 kann gekrümmt oder kugelförmig sein, um eine gut ausgerichtete Passung der Enden des Verbindungsgliedes 81 und des Plungerkolbens 80 zu ge­ währleisten, unabhängig von Unterschieden in der Ausrichtungstoleranz zwischen dem Plungerkolbenhohlraum 66 und der Plungerkolbenbohrung 72. Ein Ende der Schraubenfeder 82 liegt gegen das äußere Ende des inneren Gehäuses 68, während das gegenüberliegende Ende auf einer Federsitzvorrichtung 84 liegt, die mit dem äu­ ßeren Ende des Hochdruckplungerkolbens 80 durch einen Sprengring 86 verbunden ist. Eine Betätigungskammer 88 ist im Modul 56 zwischen dem Stellplungerkolben 78 und dem inneren Ende des Plungerkolbenhohlraums 66 ausgebildet. Jeder Injek­ tor 26 umfaßt einen Kraftstofförderkreis 90 zur Beförderung von Kraftstoff von der ersten gemeinsamen Sammelleitung 20 zu dem Düsenmodul 60. Der Kraftstofförder­ kreis 90 enthält einen Zulaufdurchlaß 64 und einen Abgabedurchlaß 92, der sich axial durch den Stellplungerkolben 78 und den Hochdruckplungerkolben 80 zur Verbindung der Betätigungskammer 88 mit der Hochdruckkammer 74 erstreckt. Der Kraftstofförderkreis 90 enthält auch einen Durchlaß 94, der von der Druckkammer 74 durch das innere Gehäuse 68 zur Abgabe von Hochdruckkraftstoff von dem Stellmodul 58 an das Düsenmodul 60 verläuft. Ein federbelastetes Absperrventil 95, das in dem Hochdruckplungerkolben 80 entlang dem Abgabedurchlaß 92 befestigt ist, dient zum Blockieren des Kraftstoffstroms von der Hochdruckkammer 74 in den Abgabedurchlaß 92, während es den Kraftstoffstrom durch den Abgabedurchlaß 92 in die Hochdruckkammer 74 ermöglicht sobald der Kraftstoff in der Betätigungs­ kammer 88 einen vorgegebenen Minimaldruck erreicht hat, welcher der Spannkraft der Feder entspricht, die in dem Absperrventil verwendet wird.

Das Einspritzstellmodul 58 enthält ein Abstandsstück 96 und ein Einspritzsteuer­ ventil 98 zur Erzeugung eines Einspritzvorganges. Das Düsenmodul 60 umfaßt ein inneres Düsengehäuse 100 mit Einspritzöffnungen 102 und ein einstückiges äußeres Düsengehäuse 104, das zwischen dem inneren Düsengehäuse 100 und dem Ab­ standsstück 96 angeordnet ist. Der Injektorkörper 54 enthält ferner einen Injektorhal­ ter 106, in dem das Abstandsstück 96, äußere Düsengehäuse 104 und das innere Dü­ sengehäuse 100 in einem zusammenpressenden, aufliegenden Verhältnis gehalten werden. Das äußere Ende des Halters 106 weist ein Innengewinde für den Eingriff mit dem Außengewinde an dem inneren Ende des inneren Gehäuses 68 auf, so daß das Kraftstoffverstärkungsmodul 56 mit dem Stellmodul 58 und dem Düsenmodul 60 durch einfache relative Drehung des Halters 106 in bezug auf das innere Gehäuse 68 verbunden werden kann. Das einstückige äußere Düsengehäuse 104 und innere Dü­ sengehäuse 100 enthalten gegenüberliegende Hohlräume, die einen Nadelhohlraum 108 zur Aufnahme einer geschlossenen Düsenventilanordnung 110 mit einem Nadel­ ventilelement 112 und einer Spannfeder 114 bilden. Der Kraftstofförderkreis 90 um­ faßt ferner einen Durchlaß 116, der an einem Ende mit dem Durchlaß 94 in Verbin­ dung steht und durch das Abstandsstück 96 verläuft. Der Förderkreis 90 enthält auch einen Durchlaß 118, der an einem Ende an den Durchlaß 116 anschließt und durch das äußere Gehäuse 104 verläuft und mit dem Nadelhohlraum 108 in Verbin­ dung steht. Es sollte festgehalten werden, daß diese Kombination von Injektorbautei­ len zur Minimierung der Anzahl von Hochdruckverbindungen ausgelegt ist, die Hochdruckkraftstoff ausgesetzt sind, wodurch die Kosten des Injektors und die Menge an Kraftstoffsickerverlust verringert wird. Eine erste Hochdruckverbindung 120 ist zwischen dem inneren Düsengehäuse 100 und dem einstückigen äußeren Dü­ sengehäuse 104 ausgebildet. Eine zweite Hochdruckverbindung 122 ist zwischen dem äußeren Düsengehäuse 104 und seiner Auflage mit dem Stellmodul 58 ausgebil­ det. Ebenso ist eine dritte Hochdruckverbindung 124 zwischen dem Stellmodul 58 und dem inneren Gehäuse 68 ausgebildet. Somit begrenzt diese Konstruktion die An­ zahl von Hochdruckverbindungen auf nur drei, wodurch ein einfacher, kostengün­ stiger Injektor erhalten wird, der den Kraftstoffsickerverlust minimiert und somit mit größerer Wahrscheinlichkeit eine effiziente Abgabe von Hochdruckkraftstoff wäh­ rend jedes Einspritzvorganges garantiert.

Mit Bezugnahme auf Fig. 3 ist nun ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kraft­ stoffinjektors 126 dargestellt, das in Verbindung mit dem nadelgesteuerten Kraftstoff­ system mit gemeinsamer Sammelleitung der vorliegenden Erfindung anstelle des Aus­ führungsbeispiels von Fig. 2 verwendet werden kann. Der Kraftstoffinjektor 126 enthält dasselbe Einspritzstellmodul 58 und Düsenmodul 60, die zuvor in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 beschrieben wurden. Der Kraftstoffinjektor 126 enthält jedoch kein Kraftstoffverstärkungsmodul 56, sondern enthält statt dessen nur einen äußeren Zylinder 128 mit einem Zulaufdurchlaß 130 und einem Verbin­ dungsdurchlaß 132 zur Abgabe von Kraftstoff aus der gemeinsamen Sammelleitung an den Durchlaß 116, der in dem Abstandsstück 96 ausgebildet ist. Somit ist der Injek­ tor 126 insbesondere bei jenen Anwendungen vorteilhaft, bei welchen sehr hohe, verstärkte Kraftstoffdrücke nicht notwendig sind oder bei welchen ein sehr hoher Kraftstoffdruck in den gemeinsamen Sammelleitungen durch die entsprechenden Hochdruckpumpen erzeugt wird.

Beide Injektorausführungsbeispiele von Fig. 2 und 3 enthalten ferner eine Nadel­ ventilsteuervorrichtung 134 zur Bewegung des Nadelventilelements 112 zwischen seiner offenen und geschlossenen Position. Wie in Fig. 2, 3 und 8 dargestellt, enthält die Nadelventilsteuervorrichtung 134 ein Steuervolumen oder einen Steuerhohlraum 136, der in dem äußeren Düsengehäuse 104 neben dem äußeren Ende des Nadelventi­ lelements 112 ausgebildet ist, und einen Steuervolumenbeschickungskreis 138 zur Leitung von Kraftstoff aus dem Nadelhohlraum 108 in das Steuervolumen 136. Die Nadelventilsteuervorrichtung 134 enthält auch einen Auslaufkreis 140, der teilweise im äußeren Düsengehäuse 104 ausgebildet ist, um Kraftstoff von dem Steuervolumen 136 abzuleiten, und ein Einspritzsteuerventil 98, das entlang dem Auslaufkreis 140 angeordnet ist, um den Kraftstoffstrom durch den Auslaufkreis 140 zu steuern, so daß die Bewegung des Nadelventilelements 112 zwischen seiner offenen und geschlosse­ nen Position herbeigeführt wird. Eine Strömungsbegrenzungsvorrichtung, die allge­ mein mit 142 bezeichnet ist, ist zur Begrenzung des Kraftstoffstroms in das und aus dem Steuervolumen 136 vorgesehen, wenn sich das Nadelventilelement 112 in seiner offenen Position befindet, wie in der Folge ausführlicher mit Bezugnahme auf die Fig. 8-12 beschrieben wird.

Der Injektor 26 von Fig. 2 und der Injektor 126 von Fig. 3 enthalten jeweils auch einen elektrischen Ventilsteckverbinder 144, der an dem inneren Gehäuse 68 bzw. an dem äußeren Zylinder 128 befestigt ist. Der elektrische Ventilsteckverbinder 144 lie­ fert elektrische Energie an das Einspritzsteuerventil 98. Der elektrische Ventilsteck­ verbinder 144 wird für den Anschluß des Einspritzsteuerventils 98 an eine elektrische Quelle verwendet, wobei kein weiterer Verbindungsschritt erforderlich ist. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist, ist der elektrische Ventilsteckverbinder 144 mit dem Injektor verbunden und so angeordnet, daß er gleichzeitig mit der Bewegung des Injektors 26, 126 in seine entsprechende Befestigungsbohrung, die in dem Zylin­ derkopf eines Motors ausgebildet ist, an einen Anschlußkabelsatz angeschlossen wird. Der Injektor 26 kann eine Vorrichtung 146 zum Erfassen der Plungerkolbenpo­ sition umfassen, die in dem größeren Hohlraum 70 des äußeren Gehäuses 62 neben dem Hochdruckplungerkolben 80 angeordnet ist. Die Vorrichtung 146 zum Erfassen der Plungerkolbenposition kann ein linearer Regel/Differentialtransformator sein, der die Verschiebung des Hochdruckplungerkolbens 80 bestimmt, so daß ein Signal er­ zeugt wird, das zur Bestimmung des Zeitpunkts des Beginns der Einspritzung, der gesamten eingespritzten Menge und der Einspritzrate verwendet werden kann, wo­ durch eine wichtige diagnostische Information erhalten wird. In diesem Beispiel stellt der elektrische Ventilsteckverbinder 144 auch den notwendigen elektrischen An­ schluß an die Erfassungsvorrichtung 146 bereit.

Im allgemeinen bewegt sich während des Betriebs der Plungerkolben 34 der ersten Hochdruckpumpe 14 durch einen Vorwärts- und Rückwärtshub hin und her, wie durch die Nocke 30 bestimmt wird, während sich die zweite Hochdruckpumpe 16 auch 180∞ phasenverschoben mit der ersten Hochdruckpumpe 14 hin- und herbe­ wegt. Der Hub des Plungerkolbens 34 ist durch die obere Kurve in Fig. 4 dargestellt Während des Rückwärtshubs des Plungerkolbens 34 strömt Niederdruckkraftstoff im Niederdruckkraftstoff-Versorgungskreis 48 durch die Ventilöffnung 50 in die Pum­ penkammer 42, während das Pumpensteuerventilelement 46 sich in einer offenen Po­ sition befindet. Wenn das Pumpensteuerventil 46 die offene Position einnimmt, wird die erste gemeinsame Sammelleitung 20 mit dem Niederdruckkraftstoff-Versorgungs­ kreis 48 verbunden. An einem Punkt während des Vorwärtshubs des Pumpenplun­ gerkolbens 34 wird das Pumpensteuerventil 44 erregt, wodurch das Pumpensteuer­ ventilelement 46 in eine geschlossene Position bewegt wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Pumpenplungerkolben 34 setzt den Vorwärtshub fort, wobei unter Druck stehender Kraftstoff in die gemeinsame Sammelleitung 20 und den Injektor 26 abge­ geben wird. An einem Punkt während des Vorwärtshubs wird das Pumpensteuer­ ventil 44 abgeschaltet, während der Druck des Kraftstoffs in der Kammer 42 das Ventilelement 46 in einer geschlossenen Position hält. Während des Rückwärtshubs, wenn der Druck in der Kammer 42 eine vorgegebenen Minimalpegel erreicht, wird das Ventilelement 46 in eine offene Position bewegt, so daß Kraftstoff in die Kammer 42 strömen kann. Daher arbeiten die erste Hochdruckpumpe 14 und die zweite Hochdruckpumpe 16, um abwechselnd und zyklisch hohe Drücke in der jeweiligen gemeinsamen Sammelleitung während jedes entsprechenden Pumpvorganges zu er­ zeugen, indem der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Sammelleitung allmählich er­ höht und anschließend der Druck in der gemeinsamen Sammelleitung langsam ge­ senkt wird.

Die Dauer des Pumpvorganges und der Druck, der in der entsprechenden gemeinsa­ men Sammelleitung erzeugt wird, werden durch die Zeitpunkteinstellung des Ver­ schlusses des Pumpensteuerventils 44 während des Vorwärtshubs des Pumpenplun­ gerkolbens 34 bestimmt. Wie in Fig. 4 dargestellt, kann ein sehr hoher Druckpegel durch Verschließen des Pumpensteuerventils 44 nahe beim Beginn des Vorwärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34 erreicht werden, d. h. 80 Kurbelwinkelgrad nach TDC (dem oberen Totpunkt). Dadurch entweicht sehr wenig Kraftstoff, der in der Pum­ penkammer 42 vorhanden ist, durch die Ventilöffnung 50. Somit wird eine große Kraftstoffmenge in der ersten gemeinsame Sammelleitung 20 komprimiert, was zu ex­ trem hohen Drücken fährt. Natürlich kann durch ein späteres Verschließen des Pum­ pensteuerventils 44 etwas Kraftstoff in der Pumpenkammer 42 von dem Pumpenp­ lungerkolben 34 durch die Ventilöffnung 50 in den Niederdruckkraftstoff-Versor­ gungskreis 48 gepumpt werden.

Wie in Fig. 4 dargestellt, kann das Pumpensteuerventil 44 zu verschiedenen Zeit­ punkten während des Vorwärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34 geschlossen werden, um eine Reihe gewünschter Druckpegel zu erhalten, abhängig vielleicht von den Betriebsbedingungen des Motors.

Wie in Fig. 5 dargestellt, kann das Pumpensteuerventil 44 jeder Hochdruckpumpe 14, 16 betätigt werden, um eine gewünschte Druckkurve für die gemeinsame Sammellei­ tung für jeden Einspritzvorgang in Verbindung mit einem entsprechenden Injektor 26 während jedes Zyklus des Motorbetriebs zu erzeugen. Wie in Fig. 5 dargestellt, kann somit das Pumpensteuerventil 44 früh im Vorwärtshub des Pumpenplungerkolbens 34 für Zylinder #1 geschlossen werden, um extrem hohe Drücke in der gemeinsamen Sammelleitung für die Einspritzung in Zylinder #1 zu erzeugen, gefolgt von einem späteren Verschluß während des folgenden Vorwärtshubs des nächsten Zyklus des Pumpenplungerkolbens 34 zur Erzeugung eines deutlich geringeren Drucks in der gemeinsamen Sammelleitung 20. Somit bietet das vorliegende System eine optimale Steuerung der Einspritzdruckwerte während jedes Einspritzvorganges.

Wie gezeigt in Fig. 1 wird der Druck in den gemeinsamen Sammelleitungen 20, 24 durch entsprechende Drucksensoren 147, 149 erfaßt, die an die entsprechenden Sammelleitungen angeschlossen sind. Die Sensoren 147, 149 erzeugen Drucksignale, die zu dem Motorsteuermodul (ECM - nicht dargestellt) zur Verwendung in der Steuerung und Überwachung des Motors gesendet werden. Zum Beispiel können die Sensoren zur Berechnung der Erregungsdauer für das Einspritzsteuerventil 98 verwendet werden. Als Alternative kann ein einziger Differentialdrucksensor 151 verwendet werden. Der Drucksensor 151 ist an einen Druckerfassungsdurchlaß 153 angeschlossen, der sich zwischen der gemeinsamen Sammelleitung 20 und der ge­ meinsamen Sammelleitung 24 erstreckt. Wie in Fig. 5 dargestellt, treten die Pumpvor­ gänge der Hochdruckpumpen 14 und 16 meistens zu verschiedenen Zeitpunkten auf, so daß nur eine gemeinsame Sammelleitung unter Druck steht, während die andere Sammelleitung bei konstantem Versorgungsdruck ist. Daher kann der Drucksensor 151 für den effektiven Nachweis des Sammelleitungsdrucks durch Erfassen des Diffe­ rentialdrucks in den Sammelleitungen verwendet werden. In Perioden, in welchen ein Pumpvorgang gleichzeitig in beiden gemeinsamen Sammelleitungen 20, 24 auftritt, wird das Signal von dem Drucksensor 151 einfach nicht verwendet, bis einer der Pumpvorgänge endet und der Druck der gemeinsamen Sammelleitung entlastet ist. Die Teildruckabtastwerte, die von dem Differentialdrucksensor 151 erzeugt werden, werden in einem Steueralgorithmus auf Modellbasis zur Verifizierung des Fakts im Vergleich zum Befehl und zur Durchführung von Korrekturen in der Druckkarte, falls erforderlich, verwendet, wodurch eine dynamische Druckkarte erhalten wird.

Wie in Fig. 4 und 6 dargestellt, überspannt der Hub jedes Pumpenplungerkolbens 34 etwa 120 Kurbelwinkelgrad. Dadurch erzeugt das vorliegende System einen Kraft­ stoffdruck in den entsprechenden gemeinsamen Sammelleitungen 20, 24 langsam und allmählich, wodurch Antriebsmomentschwankungen im Antriebssystem, das den Pumpenplungerkolben 34 betreibt, minimiert werden.

Wie in Fig. 7 dargestellt, erzeugt eine Injektoreinheit mit einer nockenbetätigten Plungerkolbenanordnung hohe Antriebsmomentschwankungen, die zu einem ver­ stärkten Abrieb und Geräusch beim Antriebssystem führen. Im Vergleich dazu benö­ tigt das vorliegende System ein deutlich geringeres Antriebsmoment zum Erreichen der notwendigen Einspritzdrücke. Obwohl die Antriebsmomentanforderungen für ein herkömmliches Drucksystem einer gemeinsamen Sammelleitung, in welchem der Druck in der gemeinsamen Sammelleitung relativ konstant gehalten wird, etwas gerin­ ger sein können als die Antriebsmomentschwankungen des vorliegenden Systems, leiden gemeinsame Sammelleitungssystem an Unzulänglichkeiten in der Drucksteue­ rung. Zum Beispiel ist bei dem herkömmlichen gemeinsamen Sammelleitungssystem eine große Änderung von Einspritzdrücken von einem Einspritzvorgang zum näch­ sten nicht in effizienter und effektiver Weise möglich. Zur Erhöhung des Drucks in der gemeinsamen Sammelleitung benötigt das herkömmliche gemeinsame Sammellei­ tungssystem eine beachtliche Zeitspanne, die sich für gewöhnlich über einige oder mehrere Einspritzvorgänge erstreckt, bevor die Hochdruckpumpe, welche die ge­ meinsame Sammelleitung versorgt den Druck auf den erforderlichen Wert anheben kann. Zusätzlich beruhen herkömmliche gemeinsame Sammelleitungssysteme für ge­ wöhnlich auf den Einspritzvorgängen zur Entfernung des unter Druck stehenden Kraftstoffs, um den Druck in der gemeinsamen Sammelleitung gegebenenfalls zu sen­ ken, wodurch auf eine rasches Ansprechen des Drucks verzichtet wird. Andere her­ kömmliche gemeinsame Sammelleitungssysteme erreichen eine rasche Drucksenkung durch Ableiten von Kraftstoff aus der gemeinsamen Sammelleitung, was zu Unzu­ länglichkeiten führt.

Das vorliegende System erzeugt andererseits eine nach Wunsch spezifische abge­ stimmte Kraftstoffdruckkurve für jeden Pumpvorgang und somit für jeden Einspritz­ vorgang. Das vorliegende System besitzt auch die Flexibilitäten herkömmlicher ge­ meinsamer Sammelleitungssysteme, da es den Druckerzeugungsvorgang von dem Einspritzvorgang zur Begrenzung von Antriebsmomentschwankungen trennt, eine Drucksteuerung unabhängig von der Motordrehzahl ermöglicht, einen größeren Be­ reich zur Einstellung des Einspritzzeitpunktes schafft, in dem eine Einspritzung auf­ treten kann, und eine extrem rasche Einspritzansprechzeit bietet, indem für eine gleichzeitige Dosierung und Einspritzung gesorgt wird.

Ein weiteres Merkmal des vorliegenden Kraftstoffsystems ist der Einbau eines Druck­ energie-Wiedergewinnungsmittels 150, welches das Zurückziehen des entsprechen­ den Pumpenplungerkolbens 34 während jedes Rückwärtshubs unterstützt. Das Druckenergie-Wiedergewinnungsmittel 150 verwendet den Druck des Kraftstoffs in der entsprechenden gemeinsamen Sammelleitung, der das Ergebnis der in dem Kraft­ stoff aufgrund der elastischen Komprimierbarkeit des Kraftstoffs gespeicherten En­ ergie ist, zum Antreiben des Pumpenplungerkolbens 34 während seines Rückwärts­ hubs, wodurch die Druckenergie in dem Kraftstoff wiedergewonnen und ein effizien­ teres System erhalten wird. Das Druckenergie-Wiedergewinnungsmittel 150 umfaßt im allgemeinen die Aufrechterhaltung der Fluidverbindung zwischen der ersten und zweiten gemeinsamen Sammelleitung 20, 24 und der entsprechenden Pumpenkammer 42 während des Rückwärtshubs des Pumpenplungerkolbens 34. Das Druckenergie- Wiedergewinnungsmittel 150 ist optimiert, da es auch die Fluidverbindung zwischen dem Kraftstofförderkreis 90 und einer entsprechenden gemeinsamen Sammelleitung 20, 24 aufrechterhält.

Das Druckenergie-Wiedergewinnungsmittel 150 umfaßt die Verwendung der Verstär­ kungsplungerkolbenanordnung 76 und des Absperrventils, so daß der Druck des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 74 genutzt werden kann, um ebenso die Rück­ wärtsbewegung des entsprechenden Pumpenplungerkolbens 34 zu unterstützen. Wenn während eines bestimmten Pumpvorganges der Druck in der gemeinsamen Sammelleitung 20, 24 zunimmt, beginnen sich die Stellplungerkolben 78 und der Hochdruckplungerkolben 80 nach innen zu der Hochdruckkammer 74 zu bewegen wenn der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Sammelleitung 20 einen derartigen Wert erreicht, daß die Kraftstoffdruckkräfte, die auf die Stellplungerkolben 78 und das Absperrventil 95 wirken, groß genug sind, um die Spannkraft der Feder 82 zu überwinden. Das Absperrventil 95 wird durch eine Feder mit ausreichender Spann­ kraft vorgespannt, die imstande ist, einen Versorgungskraftstoffstrom in die Hoch­ druckkammer 74 zu ermöglichen. Während der Druck in der gemeinsamen Sammellei­ tung 20 weiterhin zunimmt, bewegen sich die Stellplungerkolben 78 und der Hoch­ druckplungerkolben 80 weiter nach innen, was zu einem starken Druckanstieg des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 74 führt. Wie in der Folge ausführlicher be­ schrieben wird, wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Pumpvorgan­ ges das Einspritzsteuerventil 98 in eine offene Position erregt, um die Bewegung des Nadelventilelements 112 aus der geschlossenen Position in eine offene Position her­ beizuführen. Hochdruckkraftstoff im Nadelhohlraum 108 strömt durch die Einspritz­ öffnungen 102 in einen Motorzylinder (nicht dargestellt) nach außen, während sich der Hochdruckplungerkolben 80 weiterhin abwärts bewegt und den Kraftstoff in der Hochdruckkammer 74 und dem Nadelhohlraum 108 mit Druck beaufschlagt. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode wird das Einspritzsteuerventil 98 abgeschaltet und in eine geschlossene Position bewegt, wodurch das Nadelventilelement 112 in eine geschlossene Position bewegt wird, in welcher der Strom durch die Einspritzöffnun­ gen 102 blockiert und somit der Einspritzvorgang beendet ist. Für gewöhnlich erfolgt ein Einspritzvorgang während des Vorwärtshubs des Plungerkolbens 34 der Hoch­ druckpumpe 14, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Folglich beendet nach jedem Einspritz­ vorgang der Pumpenplungerkolben 34 seinen Vorwärtshub und beginnt dann mit dem Rückwärtshub. Während der Plungerkolben 34 mit seinem Rückwärtshub be­ ginnt, dehnt sich der Hochdruckkraftstoff in der ersten gemeinsamen Sammelleitung 20, der Betätigungskammer 88 und dem Kraftstofförderkreis 90 stromaufwärts des Absperrventils 95 zurück in die Pumpenkammer 42 aus. Der sich ausdehnende Kraft­ stoff übt Druckkräfte auf den oberen Teil des Pumpenplungerkolbens 34 aus, wo­ durch die Bewegung des Plungerkolbens 34 während seines Rückwärtshubs unter­ stützt wird. Diese Kräfte werden wiederum in die Nockenvorrichtung 30 und das stromaufwärts liegende Antriebssystem übertragen, wodurch zuvor erzeugte Drucke­ nergie zurückgeführt oder zurückgewonnen wird, um eine effizientere Pumpanord­ nung zu schaffen. Zusätzlich erzeugt der Hochdruckkraftstoff in dem Nadelhohlraum 108, dem Kraftstofförderkreis 90 stromabwärts des Absperrventils 95 und der Hoch­ druckkammer 74 Druckkräfte auf den Hochdruckplungerkolben 80, so daß der Plun­ gerkolben 80 und der Stellplungerkolben 78 nach außen gedrängt werden, wodurch wiederum Kraftstoff in der Betätigungskammer 88 und in der ersten gemeinsamen Sammelleitung 20 in die Pumpenkammer 42 gepreßt wird. Dadurch wird die Druck­ energie in dem Kraftstoff stromabwärts des Absperrventils 95 zur Unterstützung der Rückwärtsbewegung des Pumpenplungerkolbens 34 verwendet. Somit wird die Druckenergie, die in dem unter Druck stehenden Kraftstoff in dem System von der Pumpenkammer 42 durch die entsprechende gemeinsame Sammelleitung 20, 24 und dem Kraftstofförderkreis über den gesamten Weg zum Nadelhohlraum 108 gespei­ chert ist, während jedes Pumpvorganges wiedergewonnen. Ferner werden während jedes Pumpvorganges alle Injektoren, die der entsprechenden Hochdruckpumpe zu­ geordnet sind, mit Druck beaufschlagt und jede Verstärkungsplungerkolbenanord­ nung 76 in der zuvor beschriebenen Weise hin- und herbewegt. Somit wird während jedes Pumpvorganges die gesamte Reihe von Injektoren, die einer bestimmten ge­ meinsamen Sammelleitung und Hochdruckpumpe zugeordnet ist, zur Wiedergewin­ nung der Druckenergie im Kraftstoff verwendet, indem der unter Druck stehende Kraftstoff effektiv durch den Injektor, die gemeinsame Sammelleitung und die Hoch­ druckpumpe ausgedehnt wird, um die Rückwärtsbewegung des Pumpenplungerkol­ bens 34 zu unterstützen. Schließlich werden die wiedergewonnenen Druckkräfte, die auf den Pumpenplungerkolben 34 und die Nocke 30 wirken, zur Unterstützung der Drehung der Nocke 30 und somit zur Unterstützung der Bewegung des anderen Hochdruckpumpenplungerkolbens 34 durch seinen Vorwärtshub verwendet und/oder zum Betreiben aller anderen Vorrichtungen, die durch die Nockenvorrich­ tung 30 angetrieben werden.

Die vorliegende Erfindung integriert auch die Funktion der gemeinsamen Sammellei­ tung, Druckenergie zu speichern, in jeden der Injektoren 26. Die Betätigungskammer 88 und der Kraftstofförderkreis 90 jedes Injektors 26 eines Satzes von Injektoren 18, 22 empfängt Hochdruckkraftstoff während jedes Pumpvorganges, während nur ein Injektor der Gruppe einen Einspritzvorgang erfährt. Während des Einspritzvorganges beginnt sich die Verstärkungsplungerkolbenanordnung 76 des Injektors, der den Einspritzvorgang ausführt, rascher nach innen zu bewegen, wenn Kraftstoff aus den Injektordüsen 102 und somit aus der Hochdruckkammer 74 ausströmt. Während des Einspritzvorganges dehnt sich der Kraftstoff in der Betätigungskammer 88 und dem Kraftstofförderkreis 90 der übrigen Injektoren aus und wird von den entsprechenden Verstärkungsanordnungen 76 zurück in die gemeinsame Sammelleitung und Betäti­ gungskammer 88 des einspritzenden Injektors geschoben. Diese Konstruktion er­ möglicht in vorteilhafter Weise eine Minimierung des Volumens der gemeinsamen Sammelleitung.

Fig. 6 zeigt das Antriebsmoment bei der Nockenvorrichtung 30, das sich aus dem kumulativen Effekt der ersten Hochdruckpumpe 14 und der zweiten Hochdruck­ pumpe 16 ergibt. Das negative Antriebsmoment stellt das Moment dar, das sich aus der Wiedergewinnung gespeicherter Kraftstoffdruckenergie ergibt, die auf die Noc­ kenvorrichtung 30 wirkt. Obwohl Fig. 6 ein ideales Bild zeigt, unter der Annahme, daß es keine Energieverluste gibt, ist eine realistischere Antriebsmomentkurve in Fig. 7 dargestellt, worin das negative Antriebsmoment, d. h. die wiedergewonnene Ener­ gie, geringer als das von der Nocke 30 erzeugte Antriebsmoment ist. Eine Antriebs­ momentkurve für ein einziges Pumpelement hätte eine ähnliche Form wie jene, die in Fig. 7 dargestellt ist, nur daß die Sinuskurve mit der halben Frequenz aufträte. Somit gewinnt das vorliegende System eine wesentliche Menge der ungenutzten Druck­ energie im Kraftstoff während jedes Pumpvorganges zurück, um die Rückwärtsbe­ wegung des Pumpenplungerkolbens 34 zu unterstützen. Wie in Fig. 7 dargestellt, er­ fordert das gegenwärtige nadelgesteuerte System mit gemeinsamer Sammelleitung im Vergleich zu einer Injektoreinheit deutlich weniger Antriebsmoment und gewinnt im Gegensatz zu einer herkömmlichen Injektoreinheit eine wesentliche Menge der un­ genutzten Energie zurück.

Wie in Fig. 4 dargestellt, wurde das Antriebssystem mit der Nocke 30 so konstruiert, daß der Pumpenplungerkolben 34 in bezug auf die Hin- und Herbewegung des Mo­ torkolbens so hin- und herbewegt wird, daß der obere Totpunkt des Pumpenplunger­ kolbens 40 ∞ Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt des Motorkolbens erreicht wird. Da ein Einspritzvorgang für gewöhnlich um den oberen Totpunkt des Motor­ kolbens oder kurz danach erfolgt, findet der Einspritzvorgang während des Pumpvorganges statt, während der Druck in der gemeinsamen Sammelleitung steigt wie in Fig. 5 dargestellt ist. Daher kann das Antriebssystem während des anfänglich­ en Einbaus abgestimmt werden, um die Hin- und Herbewegung des Pumpenplunger­ kolbens 34 zu einem gewünschten Zeitpunkt in bezug auf den oberen Totpunkt des Motorkolbens einzustellen, so daß eine spezifische Einspritzratengestaltung erreicht wird. Zum Beispiel könnte die erste Hochdruckpumpe 14 so eingestellt werden, daß der obere Totpunkt des Pumpenplungerkolbens 34 etwa gleichzeitig mit oder viel­ leicht vor dem oberen Totpunkt des Kolbens erreicht wird. Für jede unterschiedliche Phaseneinstellung tritt eine andere Kraftstoffeinspritzdruckratenänderung auf, was zu einer einzigartigen Einspritzströmungsrate führt.

Mit Bezugnahme auf Fig. 2, 8 und 9 ist ein weiteres wichtiges Merkmal des vorlie­ genden Kraftstoffsystems die verbesserte Strömungsbegrenzungsvorrichtung 142, die zur Minimierung des Stroms von Hochdruckkraftstoff zum Auslauf während eines Einspritzvorgangs dient, während eine optimale Steuerung des Nadelventilelements 112 möglich ist. Die Strömungsbegrenzungsvorrichtung 142 enthält eine Steuervolumen­ einlaßöffnung 152, die im Ende des Nadelventilelements 112 zur Fluidverbin­ dung des Steuervolumenbeschickungskreises 138 mit dem Steuervolumen 136 aus­ gebildet ist. Der Steuervolumenbeschickungskreis 138 umfaßt einen axialen Durchlaß 154, der von der Steuervolumeneinlaßöffnung 152 axial durch das Nadelventilele­ ment 112 geht, und eine Öffnung 158, die quer zu dem axialen Durchlaß 154 zur Ver­ bindung mit dem Nadelhohlraum 108 verläuft. Die Strömungsbegrenzungsvorrich­ tung 142 enthält auch eine Steuervolumenauslaßöffnung 160, die in dem äußeren Dü­ sengehäuse 104 ausgebildet ist und mit dem Steuervolumen 136 und dem Auslauf­ kreis 140 in Verbindung steht. Der Auslaufkreis 140 enthält einen Auslaufdurchlaß, der von der Steuervolumenauslaßöffnung 160 ausgeht und an einem gegenüberlie­ genden Ende unmittelbar neben dem Einspritzsteuerventil 98 mündet. Wie in Fig. 2 dargestellt, enthält das Einspritzsteuerventil 98 ein Steuerventilelement 164. Vor­ zugsweise ist das Einspritzsteuerventil 98 vom elektromagnetisch betätigten Zwei­ wegtyp mit einer Spulenanordnung 166, die zum Bewegen des Ventilelements 164 zwischen einer geschlossenen Position, in welcher der Strom durch den Auslauf­ durchlaß 162 blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher der Strom durch den Auslaufdurchlaß 162 möglich ist, imstande ist. Das Stellglied für das Einspritzsteuer­ ventil 98 kann als Alternative jedoch vom piezoelektrischen oder magnetostriktiven Typ sein. Der Kraftstoffstrom vom Auslaufdurchlaß 162 wird zu einem Auslaufauslaß 168 zur Abgabe an einen Niederdruckauslauf geleitet. Die Strömungsbegrenzungs­ vorrichtung 142 enthält ferner ein Strömungsbegrenzungsventil, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements 112 ausgebildet ist, um den Strom sowohl durch die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 als auch durch die Steuervolumenauslaßöffnung 160 deutlich zu begrenzen.

Während des Betriebs wird vor einem Einspritzvorgang das Einspritzsteuerventil 98 abgeschaltet und das Ventilelement 164 in der geschlossenen Position angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Kraftstoffdruckwert, der in der Hochdruckkammer 74 vorgefunden wird, herrscht auch im Nadelhohlraum 108, Steuervolumenladekreis 138 und Steuervolumen 136. Dadurch halten die Kraftstoffdruckkräfte, die nach innen auf das Nadelventilelement 112 wirken, gemeinsam mit der Spannkraft der Feder 114 das Nadelsteuerventilelement 112 in seiner geschlossenen Position, wodurch der Strom durch die Einspritzöffnungen 102 blockiert ist, wie in Fig. 8 dargestellt ist. Zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während eines bestimmten Pumpvorganges durch eine entsprechende Hochdruckpumpe 14, 16 wird das Einspritzsteuerventil 98 erregt, um das Ventilelement 164 in eine offene Position zu bewegen, wodurch Kraftstoff aus dem Steuervolumen 136 durch den Auslaufdurchlaß 162 zu dem Niederdruckauslauf strömt. Gleichzeitig fließt Hochdruckkraftstoff vom Nadelhohlraum 108 durch die Öffnung 158 und den axialen Durchlaß 154 des Beschickungskreises 138 und über die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 in das Steuervolumen 136. Die Öffnung 158 ist jedoch mit einer kleineren Querschnittsströmungsfläche konstruiert als der Auslauf­ kreis 140, und somit wird eine größere Kraftstoffmenge aus dem Steuervolumen 136 abgeleitet als über den Steuervolumenbeschickungskreis 138 nachgefüllt wird. Da­ durch nimmt der Druck im Steuervolumen 136 sofort ab. Kraftstoffdruckkräfte, die aufgrund des Hochdruckkraftstoffs im Nadelhohlraum 108 auf das Nadelventilele­ ment 112 wirken, beginnen das Nadelventilelement 112 nach außen gegen die Spannkraft der Feder 114 zu bewegen. Wenn sich das äußere Ende des Nadelventil­ elements 112 einer Ventilfläche 172 nähert, die das Steuervolumen 166 bildet, beginnt das Strömungsbegrenzungsventil 170 gleichzeitig sowohl die Steuervolumenauslaß­ öffnung 160 als auch die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 zu blockieren, wodurch der Strom in das und aus dem Steuervolumen 136 begrenzt wird.

Mit Bezugnahme auf Fig. 10, 11 und 12 ist ersichtlich, daß die Strömungsbegren­ zungsvorrichtung 142 in vorteilhafter Weise die Kraftstoffmenge während eines Ein­ spritzvorganges minimiert. Fig. 10 stellt einen nadelgesteuerten Injektor dar, der ein Steuervolumen ohne Vorrichtung zur Strömungsbegrenzung durch die Einlaß- und Auslaßöffnung enthält, während Fig. 11 einen ähnlichen Einspritzvorgang in einem nadelgesteuerten Injektor zeigt der nur den Strom durch die Auslaßöffnung des Steuervolumens, die zum Auslauf führt, verringern kann. Wie aus einem Vergleich von Fig. 10 und 11 hervorgeht, verringert ein Injektor mit der Möglichkeit, zumindest teilweise die Steuervolumenauslaßöffnung zu blockieren, den Auslaufstrom und die Auslaufmenge von Kraftstoff während eines Einspritzvorganges im Vergleich zu ei­ nem Injektor ohne Möglichkeit eines Verschlusses der Nadelsteuervolumenöffnung. Zusätzlich ist der Injektor von Fig. 11 mit dem einfachen Öffnungsverschluß imstande, den Steuerdruck, d. h. den Kraftstoffdruck im Steuervolumen 136, zu erhöhen, so daß ein rascherer Verschluß des Steuerventilelements möglich ist. Die Strömungsbegrenz­ ungsvorrichtung 142 der vorliegenden Erfindung senkt jedoch den Kraftstoffaus­ laufstrom und die Menge während des Einspritzvorganges noch deutlicher, während ein rascherer Nadelventilverschluß im Vergleich zu einem Injektor ohne Verschluß der Steuervolumenöffnung beibehalten wird. Zusätzlich ist ersichtlich, daß der Injektor von Fig. 11 zwar den Steuerdruck im Steuervolumen 136 relativ hoch hält, so daß ein rascher Ventilverschluß möglich ist, der Steuerdruck aber schwankt, so daß Impulse während des Einspritzvorganges entstehen. Diese Hochpegel-Impulse können zu in­ stabilen Druckgleichgewichtszuständen führen, die dazu neigen, das Nadelsteuer­ ventilelement 112 in seine geschlossene Position zu bewegen, wodurch in nachteili­ ger Weise die Menge des eingespritzten Kraftstoffs beeinflußt oder unterbrochen wird.

Wie in Fig. 12 dargestellt, dämpft oder minimiert die Strömungsbegrenzungsvorrich­ tung 142 der vorliegenden Erfindung die Druckpulsationen im Steuervolumen 136, indem der Strom durch die Steuervolumeneinlaßöffnung 152 im wesentlichen bloc­ kiert wird, so daß gewährleistet ist, daß der Steuerdruck deutlich unter dem entge­ gengesetzten Sackdruck gehalten wird, der auf das gegenüberliegende Ende des Na­ delventilelements wirkt. Somit stabilisiert die vorliegende Strömungsbegrenzungs­ vorrichtung 142 in vorteilhafter Weise den Steuerdruck im Steuervolumen 136 wäh­ rend eines Einspritzvorganges so daß garantiert ist, daß das Nadelventilelement 112 während des Einspritzvorganges zuverlässig in einer optimalen offenen Position ge­ halten wird.

Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Strömungsbegrenzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wobei ein Steuervolumen 176 zwischen einem Düsen­ gehäuse 178 und einem Betätigungsgehäuse oder einem Abstandsstück 180 ausge­ bildet ist. Ein Steuervolumenladedurchlaß 182 ist in der unteren Fläche des Abstands­ stücks 180 ausgebildet, die dem Düsengehäuse 178 gegenüberliegt, so daß dieser an einem Ende mit dem Steuervolumen 176 und an einem gegenüberliegenden Ende mit einem Kraftstoffabgabedurchlaß 184 in Verbindung steht. Daher wird, anstatt den Beschickungskreis in dem Nadelventilelement 186 auszubilden, Kraftstoff in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vom Kraftstoffabgabedurchlaß 184 und nicht vom Nadelhohlraum 108 zum Steuervolumen 176 über den Beschickungsdurchlaß 182 geleitet, der im Abstandsstück 180 ausgebildet ist. Als Alternative kann der Steuervo­ lumenladekreis 182 in der äußeren Fläche des Düsengehäuses 178 ausgebildet sein, die dem Abstandsstück 180 gegenüberliegt. Die Strömungsbegrenzungsvorrichtung 188 dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich jener des vorangehenden Ausführungs­ beispiels, da sie eine Steuervolumeneinlaßöffnung 190, eine Steuervolumenauslaßöff­ nung 192 und ein Strömungsbegrenzungsventil 194 beinhaltet, das an dem Ende des Nadelventilelements 186 ausgebildet ist. Wenn sich das Nadelventilelement 186 in eine offene Position für den Beginn der Einspritzung bewegt, blockiert das Strö­ mungsbegrenzungsventil 194 im wesentlichen den Strom durch die Steuervolumen­ auslaßöffnung 192 und die Steuervolumeneinlaßöffnung 190, was zu den Vorteilen führt, die zuvor mit Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 8 besprochen wurden.

In beiden Ausführungsbeispielen von Fig. 8 und 9 wird während des Betriebs am Ende eines Einspritzvorganges, das Einspritzsteuerventil 98 abgeschaltet und das Ventilelement 164 in eine geschlossene Position bewegt, in welcher der Strom durch den Auslaufkreis 140 blockiert ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Dadurch steigt der Kraft­ stoffdruck im Steuervolumen 136, 176 sofort, da Hochdruckkraftstoff in das Steuer­ volumen 176 über den Steuervolumenbeschickungskreis 138, 182 strömt. Folglich wirkt der Hochdruckkraftstoff, der im Steuervolumen 136 und im Nadelhohlraum 1078 vorhanden ist, auf das Nadelventilelement 112, um Kraftstoffdruckkräfte zu er­ zeugen, die in Kombination mit der Spannkraft der Feder 114 die Kraftstoffdruck­ kräfte auf dem Nadelventilelement 112 überwinden, die in die entgegengesetzte Rich­ tung wirken, wodurch das Nadelventilelement 112 geschlossen und die Einspritzung beendet wird.

Fig. 13 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel, das eine Injektoreinheit 260 mit demselben Einspritzstellmodul 58, Düsenmodul 60 und Halter 106 des ersten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels umfaßt. Die Injektoreinheit 260 enthält jedoch einen Injektorplungerkolben 262, der von einer Nocke (nicht dargestellt) über eine herkömmliche Stoßstange 264, eine Kipphebelanordnung 266 und eine Verbindungs­ anordnung 268 angetrieben wird. Der Injektorplungerkolben 262 ist in einer Plun­ gerkolbenbohrung 270 angeordnet, die in einem Injektorzylinder 272 ausgebildet ist, der in Auflage mit dem Einspritzstellmodul 58 befestigt ist. Eine Hochdruckkammer 274, die in dem inneren Ende der Bohrung 270 ausgebildet ist, wird über einen Ver­ sorgungsdurchlaß 276, der im Zylinder 272 ausgebildet ist, mit Niederdruckversor­ gungskraftstoff versorgt. Ein elektromagnetisch betätigtes Drucksteuerventil 278 mit einer Elektromagnet/Spulen-Anordnung 280 ist zur Steuerung des Versorgungskraft­ stoffstroms durch den Abgabedurchlaß 276 angeordnet, so daß ein Hochdruck­ pumpvorgang definiert wird. Bei Verwendung in einem Sechszylindermotor veranlaßt die Nocke (nicht dargestellt) eine Hin- und Herbewegung des Injektorplungerkol­ bens 262 durch einen Druckbeaufschlagungshub von etwa 120 Kurbelwinkelgrad ähnlich dem Hub des Pumpenplungerkolbens 34 des in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels. Ebenso arbeitet des Einspritzsteuerventil 98 während jedes Pumpvorganges zur Erzeugung eines Einspritzvorganges, wie zuvor hierin bespro­ chen wurde. Dieses Ausführungsbeispiel einer Injektoreinheit ist besonders vorteil­ haft, da eine vereinfachte, nadelgesteuerte Injektoreinheit mit kompakter Konstruk­ tion bereitgestellt wird, die imstande ist, effektiv druckbeaufschlagte Pumpvorgänge unabhängig von der Erzeugung der Einspritzvorgänge zu schaffen. Durch Verwen­ dung der Spulenanordnung 280 für das Drucksteuerventil 278, die von der Stell­ gliedspulenanordnung des Einspritzsteuerventils 98 getrennt ist, ermöglicht die Injek­ toreinheit 260 den Betrieb des Einspritzsteuerventils 98 zu jedem Zeitpunkt während des Pumpvorganges, der durch das Drucksteuerventil 78 erzeugt wird, ohne die Erre­ gung der Spulenanordnung 280 zu berücksichtigen. Dieses Merkmal stellt eine Ver­ besserung gegenüber den nadelgesteuerten Injektoreinheiten nach dem Stand der Technik dar, bei welchen dieselbe Stellglied- oder Spulenanordnung zum Betreiben sowohl des Drucksteuerventils als auch des Einspritzsteuerventils verwendet wird.

Fig. 14 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Injektoreinheit der vorliegen­ den Erfindung, welches dasselbe wie das Ausführungsbeispiel von Fig. 13 ist, mit der Ausnahme, daß ein Drucksensor 282 an dem Injektorkörper befestigt ist. Der Druck­ sensor 282 steht mit einem Erfassungsdurchlaß 284 in Verbindung, der von einem Ventilhohlraum 286 ausgeht, der im Zylinder 272 ausgebildet ist und zur Aufnahme eines Ventilelements 288 des Drucksteuerventils 278 dient. Der Drucksensor über­ wacht ständig den Kraftstoffdruck im Ventilhohlraum 286 und somit in der Hoch­ druckkammer 274, wodurch eine exaktere Einspritzsteuerung und -diagnose möglich ist. Für einen kompakten Einbau des Drucksensors 282 ist das Drucksteuerventil 278 winkelig montiert, um Raum für den Ventilhohlraum 286 zu schaffen, ohne weitere Veränderungen der Konstruktion von Fig. 13 zu erfordern.

Das vorliegende System enthält auch einen Entlüftungskreis, der in Fig. 1 und 13 all­ gemein mit 300 bezeichnet ist und den Niederdruckversorgungskreis 48, den Auslaß­ durchlaß 52, die gemeinsamen Sammelleitungen 20, 24, den Kraftstofförderkreis 90, 276, die Hochdruckkammer 74, 274, den Nadelhohlraum 108, den Steuervolumenbe­ schickungskreis 138 und den Auslaufkreis 140 beinhaltet. Die Konstruktion des vor­ liegenden Systems ermöglicht, daß Kraftstoff durch das gesamte Kraftstoffversor­ gungs- und Auslaufdurchlaßsystem, d. h. das Entlüftungssystem 300, zirkuliert wird, um sämtliche Luft in dem System zur Ableitung über den Auslaufkreis 138 zu lenken. Das Entlüftungssystem 300 enthält eine elektrische Pumpe 302, die zum Beispiel vor dem Anlassen des Motors betätigt wird, zum Beispiel durch teilweises Drehen eines Motorzündschalters. Gleichzeitig werden das Pumpensteuerventil 44 jeder Hoch­ druckpumpe oder das Drucksteuerventil 278 des Ausführungsbeispiels von Fig. 13 gemeinsam mit dem Einspritzsteuerventil 98 in die offene Position gebracht. Die elek­ trische Pumpe 302 liefert Kraftstoff durch die Ventile 44, 278 und 98 zu den Kraft­ stoffdurchlässen des Systems bei ausreichendem Kraftstoffdruck, um den Federdruck des Absperrventils 95 zu überwinden. Somit entfernt das Entlüftungssystem 300 ef­ fektiv Luft aus den Kraftstoffdurchlässen des vorliegenden Systems, wodurch die schädlichen Wirkungen von Lufttaschen auf die Zeitpunkteinstellung und Dosierung des Einspritzvorganges minimiert werden und somit eine vorhersagbare und zuverläs­ sige Kraftstoffdosierung und Zeitpunkteinstellung erreicht wird.

Das nadelgesteuerte Kraftstoffsystem der vorliegenden Erfindung ist zwar besonders in einem Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung zweckdienlich, kann aber in jedem Verbrennungsmotor jedes Fahrzeuges oder jeder industriellen Ausrüstung verwendet werden, bei welchem eine exakte, effiziente und zuverlässige Drucker­ zeugung, Einspritzzeitpunkteinstellung und Einspritzdosierung wesentlich sind.

Claims (10)

1. Kraftstoffinjektoreinheit zum Aufnehmen von Niederdruckkraftstoff aus einer Kraftstoffversorgung und zum Einspritzen des Kraftstoffes bei hohem Druck in einen Brennraum eines Motors, umfassend:
einen Injektorkörper mit einem Injektorhohlraum, einem Kraftstofförderkreis und ei­ ner Einspritzöffnung, die in einem Ende des Injektorkörpers ausgebildet ist,
einen Plungerkolben, der hin- und hergehend in dem Injektorhohlraum befestigt ist,
und eine Hochdruckkammer, die zwischen dem Plungerkolben und der Einspritzöff­ nung ausgebildet ist, wobei der Plungerkolben in die Hochdruckkammer bewegbar ist, um den Druck des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer zu erhöhen,
eine geschlossene Düsenanordnung, die in dem Injektorhohlraum befestigt ist und ein Nadelventilelement enthält, das hin- und hergehend zur Bewegung zwischen einer geschlossenen Position, in welcher der Kraftstoffstrom durch die Einspritzöffnung blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher der Kraftstoffstrom durch diese Einspritzöffnung möglich ist, montiert ist,
ein Nadelventilsteuermittel zum Bewegen des Nadelventilelements zwischen der of­ fenen und der geschlossenen Position, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nadelventilsteuermittel ein Steuervolumen umfaßt, das neben einem Ende des Nadelventilelements angeordnet ist, sowie einen Steuervolumenbeschickungskreis zum Zuleiten von Kraftstoff von dem Kraftstofförderkreis, einen Auslaufkreis zum Ableiten von Kraftstoff von dem Steuervolumen zu einem Niederdruckauslauf, und ein Einspritzsteuerventil, das entlang dem Auslaufkreis angeordnet ist, um den Kraft­ stoffstrom durch den Auslaufkreis zu steuern, so daß die Bewegung des Nadelventil­ elements zwischen der offenen und der geschlossenen Position herbeigeführt wird.

2. Injektoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuervolu­ menbeschickungskreis in dem Nadelventilelement integriert ausgebildet ist.

3. Injektoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft­ stofförderkreis einen Nadelhohlraum enthält, der in dem Injektorkörper zur Aufnahme des Nadelventilelements ausgebildet ist, und der Steuervolumenbeschickungskreis ein erstes Ende enthält, das in den Nadelhohlraum mündet.

4. Injektoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsteuerventil in dem Injektorhohlraum zwischen der Hochdruckkammer und dem Nadelventilelement angeordnet ist.

5. Injektoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsteuerventil in eine geschlossene Position, in welcher der Kraftstoffstrom von dem Steuervolumen blockiert ist, und in eine offene Position, in welcher der Kraftstoffstrom von dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervolumen und von dem Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf möglich ist, bewegbar ist.

6. Injektoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsteu­ erventil ein Steuerventilelement enthält, das entlang einer mittleren Achse, die im we­ sentlichen parallel zu der Längsachse liegt, in eine erste Position, in welcher der Kraft­ stoffstrom von dem Steuervolumen blockiert ist, und in eine zweite Position, in wel­ cher der Kraftstoffstrom von dem Steuervolumenbeschickungskreis in das Steuervo­ lumen und von dem Steuervolumen zu dem Niederdruckauslauf möglich ist, beweg­ bar ist, wobei die mittlere Achse mit Abstand zu der Längsachse versetzt ist.

7. Injektoreinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritz­ steuerventil ein Zweiwegeventil ist.

8. Injektoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch betätigtes Drucksteuerventil zum Steuern des Kraftstoffstroms zwischen der Hochdruckkammer und der Kraftstoffversorgung vorgesehen ist.

9. Injektoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsteu­ erventil eine Elektromagnet/Spulen-Anordnung zur Einspritzsteuerung enthält, die entlang dem Injektorkörper zwischen der Hochdruckkammer und dem Steuervolu­ men angeordnet ist, daß das elektromagnetisch betätigte Drucksteuerventil eine Elek­ tromagnet/Spulen-Anordnung zur Drucksteuerung enthält, die in dem Injektorkörper mit Abstand zu der Elektromagnet/Spulen-Anordnung zur Einspritzsteuerung ange­ ordnet ist.

10. Injektoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsbegrenzungsmittel zur Begrenzung des Kraftstoffstroms von dem Steuervolumen zum Auslauf, wenn das Nadelventilelement sich in der offenen Posi­ tion befindet, vorgesehen ist, daß das Strömungsbegrenzungsmittel eine Steuervolu­ meneinlaßöffnung enthält, die den Beschickungskreis und das Steuervolumen stro­ mungstechnisch verbindet, sowie eine Steuervolumenauslaßöffnung, die das Steuer­ volumen und den Auslaufkreis strömungstechnisch verbindet, und ein Strömungsbe­ grenzungsventil, das an dem äußeren Ende des Nadelventilelements ausgebildet ist, um zur Begrenzung des Kraftstoffstroms zu dem Niederdruckauslauf die Steuervolu­ meneinlaßöffnung und die Steuervolumenauslaßöffnung zumindest teilweise zu bloc­ kieren.