DE19839581A1 - Treibstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Treib­ stoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere eine Treib­ stoffeinspritzvorrichtung, die bevorzugt Tellerventile mit flachem Sitz verwendet. Unter "Tellerventil" wird allge­ mein ein Ventil verstanden, dessen Ventilkörper eine Translationsbewegung ausführt.

Einspritzmotoren verwenden Treibstoffeinspritzvorrichtun­ gen, von denen jede eine abgemessene Menge an Treibstoff während jedes Motorzyklus einem zugeordneten Motorzylinder zuführt. Häufig werden derartige Einspritzvorrichtungen auch als "Einspritzventil" oder "Einspritzdüse" bezeich­ net, ohne daß diese Bezeichnungen eng auf ein Ventil oder eine Düse als solche beschränkt sind.

Frühere Treibstoffeinspritzvorrichtungen waren der Art nach mechanisch oder hydraulisch betätigt, mit entweder einer mechanischen oder hydraulischen Steuerung der Treib­ stoffabgabe. In jüngerer Zeit wurden elektronisch gesteu­ erte Treibstoffeinspritzvorrichtungen entwickelt. Im Fall einer Einspritzvorrichtung mit mechanisch betätigter elek­ tronischer Einheit wird Treibstoff der Einspritzvorrich­ tung durch eine Förderpumpe zugeführt. Die Einspritzvor­ richtung umfaßt einen Kolben, der durch einen nockenge­ triebenen Kipphebel beweglich ist, um den Treibstoff, der von der Förderpumpe angeliefert wurde, auf hohen Druck zu komprimieren. Ein elektrisch betätigter Mechanismus, der entweder außerhalb des Körpers der Einspritzvorrichtung getragen ist oder innerhalb der eigentlichen Einspritzvor­ richtung angeordnet ist, wird dann betätigt, um die Treib­ stoffabgabe an den zugeordneten Motorzylinder zu veranlas­ sen.

In früheren Konstruktionen derartiger Treibstoffeinspritz­ vorrichtungen wurde Treibstoff unter hohem Druck durch Ka­ näle geleitet, die außerhalb einer mittigen Aussparung an­ geordnet sind, die einen Elektromagneten enthält, der ei­ nen Ventilmechanismus betätigt. Die Kanäle sind dicht an der Außenoberfläche der Treibstoffeinspritzvorrichtung an­ geordnet und sind dadurch gebildet, daß man einander schneidende Bohrungen bohrt. Nach dem Bohren müssen Ab­ schnitte einiger der Bohrungen mit Stopfen ausgefüllt wer­ den. Diese Kanäle und Stopfen sind sehr hohen Strömungs­ mitteldrücken ausgesetzt und erfordern hierdurch einen sorgfältigen Aufbau, so daß ihre Kompliziertheit und ihre Kosten erhöht werden.

Zusätzlich zur Vorangehenden ist deswegen, weil die Hoch­ druckkanäle außerhalb des Elektromagneten angeordnet sind, die Größe des Elektromagneten notwendigerweise begrenzt, wodurch auch die zur Verfügung stehende Kraft des Elektro­ magneten begrenzt wird.

Noch weiter ist anzuführen, daß eine frühere Art einer Treibstoffeinspritzvorrichtung ein unmittelbar betätigtes Sperrventil benutzt, das einen oberen und unteren Ventil­ sitz umfaßt, die zum ordnungsgemäßen Betrieb genau ausge­ richtet werden müssen. Herstellungs- und Montagetoleranzen müssen deshalb gering gehalten werden, was die Kosten noch weiter erhöht.

Es ist ein Ziel der Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 8 und 16. Bevorzugte vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung enthält eine Treibstoffeinspritzvor­ richtung einen Treibstoff-Hochdruckkanal, der vorteilhaft im wesentlichen mit der Mittelachse der Vorrichtung zusam­ menfällt.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzvorrichtungs­ gehäuse, das eine Mittelachse festlegt, eine Kolbenhöhlung und einen Kolbenkanal, der mit der Kolbenhöhlung in Strö­ mungsmittelverbindung steht und an einer Öffnung endet, die im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfallend angeordnet ist. Ein Mittelrohr ist ferner vorgesehen, das ein erstes Ende, ein zweites und einen Rohrkanal zwischen dem ersten und zweiten Ende aufweist. Ein erstes Ventil ist in einer Ventilaussparung angeordnet, umgibt das erste Ende des Mittelrohres und ist zwischen einer geschlossenen Lage, in der der Rohrkanal in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal gebracht ist, und einer offenen Lage beweglich, in welcher der Rohrkanal in Strömungsmittelver­ bindung mit der Ventilaussparung steht. Das Mittelrohr um­ faßt einen Teil am zweiten Ende, der ein zweites Ventil bildet, das zwischen einer ersten Lage, in der ein erster und zweiter Sperrteil-Endkanal in Strömungsmittelverbin­ dung miteinander stehen, und einer zweiten Lage beweglich ist, in der der erste Sperrteil-Endkanal vom zweiten Sperrteil-Endkanal isoliert ist. Eine Betätigungseinrich­ tung ist ferner vorgesehen, um das erste und zweite Ventil zu bewegen.

Bevorzugt weist jedes vom ersten und zweiten Ventil ein Rohr- bzw. Tellerventil (d. h. ein Ventil mit translato­ risch bewegtem Ventilkörper) mit flachem Sitz auf. Eben­ falls bevorzugt versetzt das zweite Ventil den zweiten Sperrteil-Endkanal in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablaufkanal, wenn das zweite Ventil in die zweite Lage be­ wegt ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Betätigungseinrichtung einen Elektromagneten oder eine an­ dere funktionsgleiche elektronische Betätigungseinrichtung auf, die einen ersten und zweiten Anker umfassen kann, der mit dem ersten bzw. zweiten Ventil gekoppelt ist.

Bevorzugt ist das erste Ventil zur offenen Lage hin von einer ersten Ventilfeder und das zweite Ventil zur ersten Lage hin von einer zweiten Ventilfeder belastet. Die erste Ventilfeder kann eine erste Federkraft ausüben, und die zweite Ventilfeder kann eine zweite Federkraft ausüben, die größer ist als die erste Federkraft.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung um­ faßt eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritzvor­ richtungsgehäuse, das eine Mittelachse festlegt, und ein Mittelrohr mit einem Mittelkanal, der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, zum Leiten von Treibstoff zwischen dem ersten und zweiten Ende. Ein erstes Teller­ ventil mit flachem Sitz umgibt das erste Ende des Mit­ telkanals. Das Mittelrohr umfaßt einen Abschnitt, der ein zweites Tellerventil mit flachem Sitz festlegt. Eine Betä­ tigungseinrichtung ist vorgesehen, um das erste und zweite Tellerventil mit flachem Sitz zu bewegen.

Nach einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Treibstoffeinspritzvorrichtung ein Einspritz­ vorrichtungsgehäuse, das eine Mittelachse festlegt, und einen Kolbenkanal, der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt. Ein Mittelrohr umfaßt einen Mittelkanal, der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um zwischen dem ersten und zweiten Ende des Mittelrohrs Treibstoff zu leiten. Ein erstes Tellerventil mit flachem Sitz ist in der Ventilaussparung angeordnet, umgibt das erste Ende des Mittelrohrs und ist zwischen einer offenen und geschlossenen Lage beweglich, wobei die Ventilausspa­ rung in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal und dem Mittelkanal gebracht ist, wenn das erste Tellerventil mit flachem Sitz in die offene Lage bewegt ist. Der Mit­ telkanal ist in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolben­ kanal gebracht und gegenüber der Ventilaussparung iso­ liert, wenn das erste Tellerventil mit flachem Sitz in die geschlossene Lage bewegt ist. Eine erste Ventilfeder übt eine erste Federkraft aus, um das erste Tellerventil mit flachem Sitz in die offene Lage zu drücken. Ferner sind der erste und zweite Sperrteil-Endkanal mit dem ersten und zweiten Ende einer Sperranordnung gekoppelt. Das Mittel­ rohr umfaßt einen Abschnitt an seinem zweiten Ende, der ein zweites Tellerventil mit flachem Sitz bildet, das zwi­ schen einer ersten und zweiten Lage beweglich ist, wobei der Mittelkanal in Strömungsmittelverbindung mit dem er­ sten und zweiten Sperrteil-Endkanal gebracht ist, wenn das zweite Tellerventil mit flachem Sitz in die erste Lage be­ wegt ist. Der Mittelkanal ist in Strömungsmittelverbindung mit dem ersten Sperrteil-Endkanal und dem zweiten Sperr­ teil-Endkanal gebracht, und der zweite Sperrteil-Endkanal ist in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablaufkanal ge­ bracht und gegenüber dem Mittelkanal isoliert, wenn das zweite Tellerventil mit flachem Sitz in die zweite Lage bewegt ist. Eine zweite Ventilfeder übt eine zweite Feder­ kraft aus, um das zweite Tellerventil mit flachem Sitz in die erste Lage zu drücken, wobei die zweite Federkraft größer ist als die erste Federkraft. Ein Elektromagnet ist vorgesehen, der eine Magnetspule sowie einen ersten und zweiten Anker aufweist, der mit dem ersten bzw. zweiten Tellerventil mit flachem Sitz gekoppelt ist, wobei die Ma­ gnetspule mit ersten und zweiten Strom- Wellenformabschnitten erregbar ist, um aufeinanderfolgend das erste und zweite Tellerventil mit flachem Sitz zu be­ wegen.

Die vorliegende Erfindung erübrigt demnach die einander schneidenden Hochdruckbohrungen und Hochdruckstopfen wie früherer Einspritzvorichtungen und verhindert ferner Pro­ bleme bei der Ventilsitzausrichtung. Es sind weniger Teile und Herstellungsvorgänge erforderlich; und mehr Raum ist für einen Elektromagneten mit größerem Durchmesser vorge­ sehen, so daß eine erhöhte Elektromagnetkraft erzielt wer­ den kann. Ferner kann mehr Raum für andere Bestandteile verfügbar gemacht werden, wie etwa ein Anschlußteil für eine Außenverdrahtung.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläu­ tert. Daraus ergeben sich auch weitere Vorteile und Ausge­ staltungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Treibstoffeinspritzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, zusammen mit ei­ ner Nockenwelle und einem Kipphebel, und diese Fi­ gur stellt weiter ein Blockschaltbild einer För­ derpumpe und eines elektronischen Steuermoduls zum Steuern der Treibstoffeinspritzvorrichtung dar;

Fig. 2 einen Teilschnitt der Treibstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Treibstoffein­ spritzvorrichtung der Fig. 2, der den Elektroma­ gneten, das Hochdruck-Ablaßventil und das unmit­ telbar betätigte Sperrventil detaillierter zeigt; und

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm, das Strom-Wellenformen darstellt, die der Magnetspule der Fig. 2 und 3 zugeführt werden.

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und dabei bezug auf Fig. 1 genommen. Dabei ist ein Abschnitt eines Treibstoffsystems 10 dargestellt, das für einen Diesel-Kolben-Verbrennungsmotor mit Direktein­ spritzung ausgelegt ist. Es wird jedoch darauf hingewie­ sen, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie etwa Kreiskolbenmotoren oder Motoren mit modifiziertem Zyklus, und daß der Motor eine oder mehrere Motorbrennkammern oder Zylinder aufwei­ sen kann. Der Motor hat mindestens einen Zylinderkopf, wo­ bei jeder Zylinderkopf eine oder mehrere gesonderte Ein­ spritzbohrungen festlegt, von denen jede eine Einspritz­ vorrichtung 20 nach der vorliegenden Erfindung aufnimmt.

Das Treibstoffsystem 10 umfaßt ferner eine Vorrichtung 22 zum Zuführen von Treibstoff zu jeder Einspritzvorrichtung 20, eine Vorrichtung 24, um jede Einspritzvorrichtung 20 zu veranlassen, den Treibstoff unter Druck zu setzen, und eine Vorrichtung 26, um jede Einspritzvorrichtung 20 elek­ tronisch zu steuern.

Die Treibstoff-Zufuhrvorrichtung 22 umfaßt bevorzugt einen Treibstofftank 28, einen Treibstoff-Zufuhrkanal 30, der in Strömungsmittelverbindung zwischen dem Treibstofftank 28 und der Einspritzvorrichtung 20 angeordnet ist, eine Treibstofförderpumpe 32 mit verhältnismäßig niedrigem Druck, ein oder mehrere Treibstoffilter 34 und einen Treibstoff-Ablaufkanal 36, der in Strömungsmittelverbin­ dung zwischen der Einspritzvorrichtung 20 und dem Treib­ stofftank 28 angeordnet ist. Falls gewünscht, können Treibstoffkanäle im Kopf des Motors in Strömungsmittelver­ bindung mit der Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 und ei­ nem oder beiden der Kanäle 30 und 36 angeordnet sein.

Die Vorrichtung 24 kann jede mechanische Betätigungsvor­ richtung oder hydraulische Betätigungsvorrichtung sein. In der gezeigten Ausführungsform wird eine Anordnung 50 aus einem Stößel und einem Kolben, die der Einspritzvorrich­ tung 20 zugeordnet ist, mittelbar oder unmittelbar von ei­ nem Nockenvorsprung 52 einer vom Motor angetriebenen Noc­ kenwelle 54 betätigt. Der Nockenvorsprung 52 treibt eine Kipphebelanordnung 64, die ihrerseits die Anordnung 50 aus Stößel und Kolben hin- und herbewegt. Es kann alternativ auch eine Schubstange (nicht gezeigt) zwischen dem Nocken­ vorsprung 52 und der Kipphebelanordnung 64 angeordnet sein.

Die elektronische Steuervorrichtung 26 umfaßt bevorzugt ein elektronisches Steuermodul (ECM) 66, das folgendes steuert: (1) den Zeitablauf des Treibstoffeinspritzvorgan­ ges; (2) die gesamte Treibstoffeinspritzmenge während ei­ nes Einspritzzyklus; (3) den Treibstoff-Einspritzdruck; (4) die Anzahl gesonderter Einspritzsegmente während eines jeden Einspritzzyklus; (5) das Zeitintervall bzw. die Zei­ tintervalle zwischen den Einspritzsegmenten; und (6) die Treibstoffmenge, die während eines jeden Einspritzsegments eines jeden Einspritzzyklus abgegeben wird.

Bevorzugt ist jede Einspritzvorrichtung 20 eine eine Ein­ heit bildende Einspritzvorrichtung, die in einem einzigen Gehäuse eine Vorrichtung umfaßt, um sowohl den Treibstoff unter Druck mit hohem Pegel zu setzen (z. B. 207 MPa (30000 p.s.i. = 2070 bar)) als auch den unter Druck ge­ setzten Treibstoff in den zugeordneten Zylinder einzu­ spritzen. Obwohl als Einheits-Einspritzvorrichtung 20 ge­ zeigt, könnte die Einspritzvorrichtung auch einen Modu­ laufbau aufweisen, worin die Treibstoff-Einspritz­ einrichtung von der Treibstoff-Druckbeaufschlagungsein­ richtung gesondert ist.

Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 bezug genommen. Danach umfaßt die Einspritzvorrichtung 20 ein Gehäuse 74, einen Düsenabschnitt 76, eine elektrische Betätigungseinrichtung 78, ein Ablaß- bzw. Überstromventil 80, eine Ablaßventil­ feder 81, einen Kolben 82, der in einer Kolbenhöhlung 83 angeordnet ist, ein Sperrteil 84, eine Sperrteilfeder 86, die einen Sperrteilkolben 87 umgibt, wobei das Sperrteil 84 und der Sperrteilkolben 87 zusammen eine Sperranordnung bilden, ein unmittelbar betätigtes Sperrventil (DOC- Ventil) 88 und eine Feder (DOC-Feder) 90 für das unmittel­ bar betätigte Sperrventil 88. In der bevorzugten Aus­ führungsform übt die Ablaßventilfeder 81 eine erste Fe­ derkraft aus, wenn sie zusammengedrückt ist, während die Feder 90 für das unmittelbar betätigte Sperrventil eine zweite Federkraft ausübt, die größer ist als die erste Fe­ derkraft, wenn sie zusammengedrückt ist.

Gemäß Fig. 3 weist die elektrische Betätigungseinrichtung 78 bevorzugt einen Elektromagneten 100 zum Steuern der Ventile 80, 88 auf. Die Betätigungseinrichtung 78 kann statt dessen eine unterschiedliche Vorrichtung aufweisen, falls gewünscht. Der Elektromagnet 100 umfaßt einen Stator 102 mit einer Aussparung 104, innerhalb welcher eine Ma­ gnetspule 106 angeordnet ist. Der Elektromagnet 100 umfaßt ferner eine Ankeranordnung, die einen ersten und zweiten ringförmigen Anker 108 bzw. 110 aufweist, die auf jeder Seite eines ringförmigen mittigen Distanzstücks 112 ange­ ordnet sind, das aus nichtmagnetischem Material (das heißt Material mit hoher Reluktanz) hergestellt ist. Das Di­ stanzstück 112 kann frei und an keiner anderen Anordnung angebracht sein, oder es kann an jedem der Anker 108, 110 angebracht sein, oder es kann an einem Spulenkörper 116 befestigt sein, der innerhalb des Stators 102 gehalten ist. Der erste und zweite Anker 108, 110 umgeben ein axial bewegliches Mittelrohr 120, wie es auch beim ersten Ventil 80 und beim mittigen Distanzstück 112 der Fall ist.

Der Stator 102 des Elektromagneten umfaßt einen ersten und zweiten äußeren Schenkel 126 bzw. 128 und einen mittleren Schenkel 130, die gemeinsam im Querschnitt eine C-Form bilden. Eine Stirnfläche 132 des äußeren Schenkels 128 und eine Endfläche 136 des Ankers 108 bilden einen ersten Luftspalt, während ein zweiter Luftspalt von den gegen­ überliegenden Flächen 138, 140 des äußeren Schenkels 126 bzw. des Ankers 110 gebildet ist. Der erste Anker 108 be­ rührt eine Scheibe 142, die ihrerseits gegen das Ablaßven­ til 80 anliegt. Ein Kanal 144 sorgt für Strömungsmittel­ verbindung zwischen einer Ventilaussparung 146, die das Ablaßventil 80 enthält, und einer weiteren Aussparung 148. Die Aussparung 146 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Treibstoffzufuhrkanal (nicht gezeigt). Ein Ablaßka­ nal 150 steht durch einen weiteren Kanal (nicht gezeigt) in Strömungsmittelverbindung mit dem Ablaß.

Der zweite Anker 110 berührt eine Scheibe 160, die ihrer­ seits gegen einen Haltering 162 anliegt, der in einer Nut im Mittelrohr 120 angeordnet ist. Eine Scheibe 164 berührt den Haltering 162 und wird gegen diesen durch die Feder 90 des unmittelbar betätigten Sperrventils gedrückt. Das Mit­ telrohr 120 umfaßt einen Abschnitt 170, der das unmittel­ bar betriebene Sperrventil 88 festlegt. Der Abschnitt 170 umfaßt eine Oberfläche 172, die eine konische Dichtfläche festlegt, die gegen einen komplementären, konischen Ven­ tilsitz 174 aufsitzen kann, der im Gehäuseteil 154 ausge­ bildet ist. (Der Außendurchmesser des Abschnitts 170 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung, die das Mittelrohr 120 enthält, und zwar über dem Sitz 174.) Der Abschnitt 170 umfaßt ferner eine untere konische Tel­ lerventilfläche 178, die eine äußere Messerkante 180 fest­ legt, welche einem flachen Ventilsitz 181 eines weiteren Gehäuseteils 182 gegenüberliegend angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt Abschnitte 192, 194 von Strom-Wellenformen, die von einer Treiberschaltung 196 an die Elektromagnet­ wicklung 106 während eines Abschnitts einer Einspritzfolge angelegt werden, um die Treibstoffeinspritzung zu bewir­ ken. Der erste Abschnitt 192 der Strom-Wellenform wird zwischen den Zeiten t=t₀ und t=t₅ angelegt, und der zweite Abschnitt 194 der Strom-Wellenform wird nach der Zeit t=t₅ angelegt. Zwischen der Zeit t=t und der Zeit t=t₂ wird ein erster Anzugstrom an die Elektromagnetwicklung 106 ange­ legt, und ein erster Haltestrom bei etwas reduziertem Pe­ gel wird nachfolgend zwischen den Zeiten t=t₂ und t=t₅ an­ gelegt. Ein zweiter Anzugstrom, der allgemein größer ist als der Pegel des ersten Anzugstroms, wird zwischen den Zeiten t=t₅ und t=t₈ angelegt, und ein zweiter Haltestrom, der im allgemeinen größer ist als der erste Haltestrompe­ gel, wird zwischen den Zeiten t=t₈ und t=t₉ angelegt.

Im Detail ist zu Beginn einer Einspritzfolge die Elektro­ magnetspule 106 nicht angeregt und gestattet es dadurch der Ablaßventilfeder 81 (die eine erste Federkraft aus­ übt), das Ablaßventil 80 zu öffnen, so daß eine äußere Messerkante 197 einer konischen Ventilteller-Dichtfläche 198 im Abstand zum flachen Ventilsitz 200 angeordnet wird. Zu dieser Zeit bewegt die DOC-Feder 90 für das unmittelbar betriebene Sperrventil (die eine zweite Federkraft ausübt, die größer ist als die erste Federkraft) das Mittelrohr 120 nach oben bis in eine Lage, bei welcher die äußere Messerkante 180 der Dichtfläche 178 zum flachen Ventilsitz 182 beabstandet ist, derart, daß die konische Dichtfläche 172 in dichtendem Kontakt mit dem konischen Ventilsitz 174 steht. Unter diesen Bedingungen tritt Treibstoff in die Ventilaussparung 146 von einem Einlaßkanal (nicht gezeigt) her ein und strömt nachfolgend durch einen Kolbenkanal 208 (Fig. 2), Kanäle 210, 212 im Kolben 82 und eine Ringnut 214, die den Kolben 82 umgibt, zum Ablauf. Zu diesem Zeit­ punkt strömt auch Treibstoff zum Ablauf durch den Kanal 144, die Aussparung 148 und den Ringraum rund um das Mit­ telrohr 120. Nachfolgend drückt der Vorsprung am Nocken den Kolben 82 der Einspritzvorrichtung 20 nach unten und nimmt die Kanäle 210, 212 im Kolben 82 aus der Strömungs­ mittelverbindung mit der Ringnut 214 heraus, so daß dann eine Druckbeaufschlagung des Treibstoffs erfolgen kann. Der Abschnitt 192 der Strom-Wellenform wird dann an die Elektromagnetspule 106 durch die Treiberschaltung 196 an­ gelegt. Die Anzug- und Haltestrompegel des Abschnitts 192 und die Ventilfedern 81, 90 sind so gewählt, daß die Bewe­ gungskraft, die vom ersten Anker 108 entwickelt wird, die erste Federkraft überwindet, die von der Feder 81 entwic­ kelt wird, aber daß die Bewegungskraft, die vom zweiten Anker 110 entwickelt wird, kleiner ist als die zweite Fe­ derkraft, die von der Feder 90 entwickelt wird. Demzufolge bewegt sich der erste Anker 108 nach oben gegen die Schei­ be 142 und verschließt das Ablaßventil 80. An dieser Stel­ le wird die äußere Messerkante 197 in dichtendem Kontakt mit dem flachen Sitz 200 bewegt und isoliert hierdurch den Kolbenkanal 208 gegenüber der Ventilaussparung 146. Wäh­ rend dieses Zeitpunkts verbleibt auch, weil die Ventilfe­ der 90 eine größere Federkraft ausübt als die Kraft, die vom zweiten Anker 110 entwickelt wird, das unmittelbar be­ tätigte Sperrventil 88 in dem vorher schon beschriebenen Zustand offen. Treibstoff, der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 82 unter Druck gesetzt wurde, wird hierdurch durch den Kolbenkanal 208 und einen Mittelkanal 220 im Mittelrohr 120 zum ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal 222, 224 abgegeben, der zum unteren bzw. oberen Ende der Sperranordnung führt, um die Strömungsmitteldrücke an den Enden der Sperranordnung im wesentlichen auszugleichen.

Die Feder 86 belastet das Sperrteil, so daß es zu diesem Zeitpunkt geschlossen bleibt.

Die Treiberschaltung 196 gibt nachfolgend den zweiten Ab­ schnitt 194 der Strom-Wellenform an die Elektromagnetspule 106 ab. Dieser erhöhte Strompegel entwickelt eine erhöhte Kraft am zweiten Anker 110, die die zweite Federkraft überschreitet und einen solchen Anker veranlaßt, sich nach unten zu bewegen. Diese Abwärtsbewegung wird von der An­ triebsscheibe 160 und dem Haltering 162 auf das Ventil 88 übertragen, um das Ventil 88 zu veranlassen, sich eben­ falls so nach unten zu bewegen, daß die äußere Messerkante 180 in dichtendem Kontakt mit dem flachen Ventilsitz 181 bewegt wird. Zusätzlich bewegt sich die konische Dichtflä­ che 172 aus dem dichtenden Kontakt mit dem Ventilsitz 174. Die Wirkung dieser Bewegung ist es, den zweiten Sperrteil- Endkanal 224 gegenüber dem Hochdruckströmungsmittel im Mittelkanal 220 zu isolieren und eine Strömungsmittelver­ bindung zwischen dem zweiten Sperrteil-Endkanal 224 und dem Kanal 150 zu gestatten, der in Strömungsverbindung mit dem Ablauf steht (die Verbindung zwischen dem Kanal 150 und dem Ablauf ist in den Figuren nicht gezeigt). Die Drücke über die Sperranordnung gelangen dann außer Gleich­ gewicht, wodurch das Sperrteil nach oben getrieben wird und es gestattet, daß der Treibstoff in einen zugeordneten Zylinder eingespritzt wird.

Wenn der Einspritzvorgang beendet werden soll, dann kann der Strom, der an die Magnetspule 106 abgegeben wird, auf den Haltepegel des ersten Teils 192 der Strom-Wellenform reduziert werden, wie in Fig. 4 dargestellt. Falls ge­ wünscht, kann der Strom, der an die Magnetspule 106 abge­ ben wird, auch auf null oder irgendeinen anderen Pegel verringert werden, der kleiner ist als der erste Haltepe­ gel. In jedem Fall bewegt sich das unmittelbar betriebene Sperrventil 88 zuerst nach oben und stellt hierdurch die Verbindung des zweiten Sperrteil-Endkanals 224 mit dem Ka­ nal 222 wieder her. Die Strömungsmitteldrücke über die Sperranordnung hinweg werden somit ausgeglichen, wodurch es der Sperrteilfeder 86 gestattet ist, das Sperrteil 84 zu schließen. Der Strom kann dann auf null oder jedes an­ dere Niveau verringert werden, das niedriger ist als der erste Haltepegel (wenn er nicht schon so reduziert wurde). Ungeachtet des Umstands, ob der angelegte Strom unmittel­ bar auf den ersten Haltepegel abfällt oder auf einen Pe­ gel, der kleiner ist als der erste Haltepegel, öffnet die Ablaßventilfeder 81 das Ablaßventil 80, nachdem die Feder 90 für das unmittelbar betriebene Sperrventil 88 dieses nach oben bewegt hat.

Falls gewünscht, kann die Elektromagnetspule mehr als zwei Abschnitte der Strom-Wellenform empfangen, um entweder ei­ nen einzigen Anker oder mehrere Anker zu veranlassen, sich in jede Anzahl von Lagen (nicht nur zwei) zu bewegen, und hierdurch ein oder mehrere Ventile oder andere bewegliche Elemente zu betätigen. Ferner könnte das Ablaßventil 80, falls gewünscht, von einem hydraulischen, selbsthaltenden Stiftventil ersetzt werden.

Ferner können auch mehrfache oder geteilte Einspritzvor­ gänge pro Einspritzzyklus dadurch bewirkt werden, daß man geeignete Wellenformabschnitte der Magnetspule 106 zu­ führt. Beispielsweise können der erste und zweite Wellen­ formabschnitt 192, 194 der Spule 106 zugeführt werden, um eine Leiteinspritzung oder erste Einspritzung zu bewirken. Unmittelbar danach kann der Strom auf das Niveau des er­ sten Haltestroms verringert und dann wieder auf den zwei­ ten Anzugpegel und den zweiten Haltepegel erhöht werden, um die zweite Einspritzung oder Haupteinspritzung zu be­ wirken. Der Leit- und Haupteinspritzvorgang können aber auch anfangs dadurch bewirkt werden, daß man die Wellen­ formabschnitte 192 und 194 an die Magnetspule 106 anlegt und dann die Anlegung der Abschnitte 192 und 194 an die Spule 106 wiederholt. Die Zeitdauern des Leit- und Haupt­ einspritzvorgangs (und somit die Menge an Treibstoff, die während jedes Einspritzvorganges abgegeben wird) werden durch die Dauern der zweiten Haltepegel in den Wellenform­ teilen 194 bestimmt. Natürlich können die Gestaltungen der Wellenformen, die in Fig. 4 gezeigt sind, falls notwendig oder gewünscht, auch abgewandelt werden, um ein geeignetes Einspritz-Ansprechverhalten oder eine andere Charakteri­ stik zu erzielen.

Zusammenfassend wird eine Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 geschaffen mit einem Steuermagneten 100 und zwei sich überlappenden Flachsitz-Tellerventilen 80 und 88, die die Anlegung von Strömungsmitteldrücken an das erste und zwei­ te Ende eines Sperrteils steuern, um demzufolge den Ein­ spritzvorgang von Treibstoff in einen zugeordneten Motor­ zylinder zu steuern.

Wie aus dem vorangehenden ersichtlich wird, fällt der Mit­ telkanal 220 im wesentlichen mit der Mittelachse der Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 zusammen und ist mit dem ersten und zweiten Ende auf die Enden des Kolbenkanals 208 bzw. den ersten Sperrteil-Endkanal 222 ausgerichtet. Weil Treibstoff längs der Mitte der Einspritzvorrichtung ge­ lenkt wird, sind einander schneidende Hochdruckbohrungen und Stopfen nicht erforderlich. Ferner besteht kein Erfor­ dernis, den unteren Ventilsitz des unmittelbar betriebenen Sperrventils 88 auszurichten. Das Ventil kann mit weniger Teilen hergestellt werden, und die Anzahl von Schritten, die zur Herstellung des Ventiles erforderlich sind, ist verringert. Noch weiter kann der Elektromagnet 100 einen größeren Durchmesser haben, wobei der Magnet 100 hohe An­ kerkräfte entwickeln und damit wiederum den Einspritzvor­ richtungsbetrieb verbessern kann. Weil die Treibstoffkanä­ le nicht rund um die Außenseite des Elektromagneten herum­ laufen, ist für andere Bauteile mehr Raum verfügbar, wie etwa ein Anschlußteil 240 für die Verdrahtung zum An­ schließen der Magnetspule an die Treiberschaltung 196.

Während die Treibstoffeinspritzvorrichtung der vorliegen­ den Erfindung flache Sitze bzw. Flachsitz-Ventile benutzt, die eine höhere Dichtungskraft erfordern können als Venti­ le, die konische Sitze benutzen, und während das Ansprech­ verhalten des unmittelbar betriebenen Sperrventils 88 langsamer sein kann als das von unmittelbar betriebenen Sperrventilen aus früheren Konstruktionen (und zwar infol­ ge der erhöhten Masse), wird doch die Ansicht vertreten, daß die oben vermerkten Vorzüge gegenüber diesen möglichen Nachteilen überwiegen.

Zahlreiche Abänderungen und alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann ange­ sichts der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Dement­ sprechend soll diese Beschreibung nur als erläuternd ange­ sehen werden und dient dem Zweck, dem Fachmann die beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung zu lehren. Die Einzelheiten des Aufbaus und/oder der Funktion können we­ sentlich verändert werden, ohne daß man den Gedanken der Erfindung verläßt, und die ausschließliche Verwendung al­ ler modifizierten Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche liegen, wird vor­ behalten.

Claims (16)

1. Treibstoffeinspritzvorrichtung, mit:

• - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
• - einer Kolbenhöhlung (83),
• - einem Kolbenkanal (208), der mit der Kolbenhöh­ lung (83) in Strömungsmittelverbindung steht und an einer Öffnung endet, die im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfallend angeordnet ist,
• - einem Mittelrohr (120) mit einem ersten Ende nahe der Öffnung, einem zweiten Ende und einem Rohrka­ nal (220) zwischen dem ersten und zweiten Ende,
• - einem ersten Ventil (80), das in einer Ventilaus­ sparung (146) angeordnet ist, das erste Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer offe­ nen Lage, in welcher der Rohrkanal (220) in Strö­ mungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) gebracht ist, und einer geschlossenen Lage beweg­ lich ist, in welcher der Rohrkanal (220) in Strö­ mungsmittelverbindung mit der Ventilaussparung (146) steht,
• - einem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224),
• - einem zweiten Ventil (88), das das zweite Ende des Mittelrohres (120) umgibt und zwischen einer ersten Lage, in welcher der erste und der zweite Sperrteil-Endkanal (222, 224) miteinander in Strömungsmittelverbindung stehen, und einer zwei­ ten Lage beweglich ist, in welcher der erste Sperrteil-Endkanal (222) gegenüber dem zweiten Sperrteil-Endkanal (224) isoliert ist, und
• - einer Betätigungseinrichtung (78) zum Bewegen des ersten und zweiten Ventils (80, 88).

2. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite Ventil (80, 88) ein Tellerventil mit fla­ chem Sitz aufweisen.

3. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (88) den zweiten Sperrteil-Endkanal (224) in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablauf­ kanal (150) versetzt, wenn das zweite Ventil (88) in die zweite Lage bewegt ist.

4. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ tätigungseinrichtung (78) einen Elektromagneten (100) aufweist.

5. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (100) einen ersten und zweiten Anker (108, 110) aufweist, der mit dem ersten bzw. zweiten Ventil (80, 88) ge­ koppelt ist.

6. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das er­ ste Ventil (80) zur offenen Lage hin durch eine er­ ste Ventilfeder (81) belastet ist, und das zweite Ventil (88) zur ersten Lage hin durch eine zweite Ventilfeder (90) belastet ist.

7. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Ventilfeder (81) eine erste Federkraft ausübt, und daß die zweite Ventilfeder (90) eine zweite Fe­ derkraft ausübt, die größer ist als die erste Feder­ kraft.

8. Treibstoffeinspritzvorrichtung, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit:

• - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
• - einem Mittelkanal (220), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um Treibstoff zwi­ schen dem ersten und zweiten Ende des Mittelka­ nals (220) zu leiten,
• - einem ersten Tellerventil (80) mit flachem Sitz, das das erste Ende des Mittelkanals (220) umgibt,
• - einem zweiten Tellerventil (88) mit flachem Sitz, das das zweite Ende des Mittelkanals (220) um­ gibt, und
• - einer Betätigungseinrichtung (78) zum Bewegen des ersten und zweiten Tellerventils (80, 88) mit flachem Sitz.

9. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite Tellerventil (80, 88) mit flachem Sitz zwischen zwei Lagen beweglich ist.

10. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz in einer Ventilaussparung (146) angeordnet ist und in eine offene Lage beweg­ lich ist, um den Mittelkanal (220) in Strömungsmit­ telverbindung mit der Ventilaussparung (146) zu bringen, und in eine geschlossene Lage beweglich ist, um den Mittelkanal (220) in Strömungsmittelver­ bindung mit einem Kolbenkanal (208) zu bringen.

11. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in eine erste Lage beweglich ist, um den Mittelkanal (220) in Strömungsmittelverbindung mit einem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224) zu bringen, und in eine zweite Lage beweglich ist, um den ersten Sperrteil-Endkanal (222) vom zweiten Sperrteil- Endkanal (224) zu isolieren und den zweiten Sperr­ teil-Endkanal (224) in Strömungsmittelverbindung mit einem Ablaufkanal (150) zu bringen.

12. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (78) einen Elektromagneten (100) aufweist.

13. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (100) einen ersten und zweiten Anker (108, 110) umfaßt, der mit dem ersten bzw. zweiten Ventil (80, 88) ge­ koppelt ist.

14. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz zur offenen Lage hin durch eine erste Ventilfeder (81) belastet ist, und daß das zweite Tellerventil (88) mit fla­ chem Sitz zur ersten Lage hin durch eine zweite Ven­ tilfeder (90) belastet ist.

15. Treibstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Ventilfeder (81) eine erste Federkraft ausübt, und daß die zweite Ventilfeder (90) eine zweite Federkraft ausübt, die größer ist als die erste Federkraft.

16. Treibstoffeinspritzvorrichtung vorzugsweise nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 15, mit:

• - einem Einspritzvorrichtungsgehäuse (74), das eine Mittelachse festlegt,
• - einem Kolbenkanal (208), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt,
• - einem Mittelrohr (120) mit einem Mittelkanal (220), der im wesentlichen mit der Mittelachse zusammenfällt, um Treibstoff zwischen dem ersten und zweiten Ende des Mittelrohres (120) zu lei­ ten,
• - einem ersten Tellerventil (80) mit flachem Sitz, das in einer Ventilaussparung (146) angeordnet ist, das erste Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer offenen und geschlossenen Lage beweglich ist, wobei die Ventilaussparung (146) in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) und dem Mittelkanal (220) gebracht ist, wenn das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz in die offene Lage bewegt ist, und wobei der Mit­ telkanal (220) in Strömungsmittelverbindung mit dem Kolbenkanal (208) gebracht und gegenüber der Ventilaussparung (146) isoliert ist, wenn das er­ ste Tellerventil (80) mit flachem Sitz in die ge­ schlossene Lage bewegt ist,
• - einer ersten Ventilfeder (81), die eine erste Fe­ derkraft ausübt, um das erste Tellerventil (80) mit flachem Sitz zur offenen Lage hin zu bela­ sten,
• - einer Sperrteilanordnung (84, 86, 87),
• - einem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224), der mit dem ersten und zweiten Ende der Sperrteilanordnung (84, 86, 87) gekoppelt ist,
• - einem Ablaufkanal (150),
• - einem zweiten Tellerventil (88) mit flachem Sitz, das das zweite Ende des Mittelrohrs (120) umgibt und zwischen einer ersten und zweiten Lage beweg­ lich ist, wobei der Mittelkanal (220) in Strö­ mungsmittelverbindung mit dem ersten und zweiten Sperrteil-Endkanal (222, 224) gebracht ist, wenn das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in die erste Lage bewegt ist, und wobei der Mit­ telkanal (220) in Strömungsmittelverbindung mit dem ersten Sperrteil-Endkanal (222) gebracht ist und der zweite Sperrteil-Endkanal (224) in Strö­ mungsmittelverbindung mit dem Ablaufkanal (150) gebracht sowie gegenüber dem Mittelkanal (220) isoliert ist, wenn das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz in die zweite Lage bewegt ist,
• - einer zweiten Ventilfeder (90), die eine zweite Federkraft ausübt, um das zweite Tellerventil (88) mit flachem Sitz zur ersten Lage hin zu be­ lasten, wobei die zweite Federkraft größer ist als die erste Federkraft, und
• - einem Elektromagnet (100) mit einer Magnetspule (106) und einem ersten und zweiten Anker (108, 110), die mit dem ersten bzw. zweiten Tellerven­ til (80, 88) mit flachem Sitz gekoppelt sind, wo­ bei die Magnetspule (106) von einem ersten und zweiten Strom-Wellenformabschnitt (192, 194) an­ regbar ist, um aufeinanderfolgend das erste und zweite Tellerventil (80, 88) mit flachem Sitz zu bewegen.