DE3712310A1 - In einer kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer eine brennkraftmaschine verwendetes kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einer Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendetes Kraftstoffeinspritzventil.

Ein derartiges Ventil wird geöffnet, wenn ein Kraftstoff­ pumpendruck, der am Druckaufnahmebereich eines Nadelven­ tilelementes ansteht, über eine vorgegebene Belastung einer Feder ansteigt. Das Ventil wird geschlossen, wenn der Druck unter die vorgegebene Last abfällt.

Um die in neuerer Zeit hinsichtlich der Reinigung des Abgases und der Senkung des Kraftstoffverbrauches ge­ stellten Anforderungen zu erfüllen, wurde festgestellt, daß es wünschenswert ist, zu Beginn der Kraftstoffein­ spritzung die Einspritzmenge langsam zu erhöhen und diese am Ende der Kraftstoffeinspritzung schnell abzusenken sowie bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Pilotkraftstoffeinspritzung durchzuführen.

Gemäß der geprüften japanischen Patentanmeldung 59-43802 wurde für diese Zwecke eine Vorrichtung entwickelt, bei der eine einem Nadelventilelement zugeordnete Stützdruck­ kammer vorgesehen ist und eine Bewegung des Nadelventil­ elementes durch den in der Stützdruckkammer herrschenden hydraulischen Druck gesteuert wird.

Bei einer derart ausgebildeten herkömmlichen Vorrichtung ist jedoch eine Hydraulikquelle erforderlich, und es kann nur ein langsamer Anstieg der Kraftstoffeinspritz­ menge erreicht werden. Bei einem anderen herkömmlichen Ausführungsbeispiel wird nur ein momentaner Abfall der Kraftstoffeinspritzmenge am Ende des Einspritzvorganges erhalten. Bei noch einer anderen Ausführungsform ist ein Ventil vorgesehen, das die Kraftstoffeinspritzmenge zu Beginn der Einspritzung langsam erhöht und diese am Ende der Einspritzung sehr rasch reduziert. Die Wirkung dieser Vorrichtung ist jedoch nicht zufriedenstellend. Darüber­ hinaus ist es unmöglich, mit dem gleichen Ventil sowohl die vorstehend erwähnte Änderung der Kraftstoffeinspritz­ menge als auch die Pilotkraftstoffeinspritzung zu erzie­ len.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff­ einspritzventil mit einfachem Aufbau zu schaffen, das gleichzeitig einen langsamen Anstieg in der Kraftstoff­ einspritzmenge zu Beginn der Einspritzung und einen mo­ mentanen Abfall der Kraftstoffeinspritzmenge am Ende der Einspritzung bewirken und eine Pilotkraftstoffein­ spritzung im gesamten Drehzahlbereich oder in einem spe­ ziellen Drehzahlbereich durchführen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftstoff­ einspritzventil gelöst, das die folgenden Bestandteile umfaßt: ein Ventilgehäuse, einen am Ventilgehäuse befe­ stigten Düsenabschnitt, einen Kraftstoffeinlaß, der im Ventilgehäuse vorgesehen ist, um den von einer Betriebs­ kammer einer Kraftstoffeinspritzpumpe über einen Verbin­ dungskanal ausgepumpten Kraftstoff aufzunehmen, eine Kraftstoffeinspritzöffnungseinrichtung, die im Düsenab­ schnitt vorgesehen ist, um den Kraftstoff in die Ver­ brennungskammer einzuspritzen, einen ersten Kraftstoff­ kanal, der im Ventilgehäuse vorgesehen ist, um die Ein­ spritzöffnungseinrichtung mit dem Kraftstoffeinlaß in Verbindung zu bringen, ein erstes Nadelventilelement, das gleitend im Düsenabschnitt angeordnet ist und zum Öffnen oder Schließen des ersten Kraftstoffkanales dient, eine erste Feder, die im Ventilgehäuse angeordnet ist, um mit einem Endabschnitt des ersten Nadelventilelemen­ tes, der von der Verbrennungskammer entfernt ist, in Kontakt zu treten und das erste Nadelventilelement so unter Druck zu setzen, daß dieses den ersten Kraftstoff­ kanal verschließt, eine im Ventilgehäuse angeordnete Stiftvorrichtung, die einen Axialspalt zwischen der Stiftvorrichtung und dem einen Endabschnitt des ersten Nadelventiles vorsieht, eine zweite Feder, die im Ven­ tilgehäuse angeordnet ist und die Stiftvorrichtung in Richtung auf das erste Nadelventilelement unter Druck setzt, eine im Ventilgehäuse ausgebildete Stützdruck­ kammereinrichtung, die mindestens den einen Endabschnitt des ersten Nadelventilelementes umgibt, einen zweiten Kraftstoffkanal, der im Ventilgehäuse vorgesehen ist und die Stützdruckkammereinrichtung mit dem Kraftstoff­ einlaß in Verbindung bringt, ein EIN-AUS-Ventil zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kraftstoffkanales und eine in einem Bypasskanal, der das EIN-AUS-Ventil um­ geht, angeordnete Öffnungseinrichtung.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzel­ nen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Ventil ge­ mäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 Zeitdiagramme der entsprechenden Eigenschaf­ ten des in Fig. 1 gezeigten Ventils;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein Ventil ge­ mäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 einen Teilvertikalschnitt durch ein Ventil gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch ein Ventil ge­ mäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 6 Zeitdiagramme der entsprechenden Eigenschaf­ ten des in Fig. 5 dargestellten Ventils; und

Fig. 7 einen Teilvertikalschnitt durch ein Ventil gemäß einer fünften Ausführungsform.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt ein Kraftstoffeinspritz­ ventil 1 ein sich verjüngendes Ventilgehäuse 10, eine Kopfkappe 20, die mit einem vergrößerten Endabschnitt des Ventilgehäuses 10 verschraubt ist, und eine Enddüse 30, die über eine Montagehülse 31 mit einem sich ver­ jüngenden Ende des Ventilgehäuses 10 verbunden ist. Ein Nadelventilelement 40 ist im Kraftstoffeinspritzventil 1 angeordnet. Das Nadelventilelement 40 besitzt einen Abschnitt 41 mit großem Durchmesser, einen Abschnitt 42 mit kleinerem Durchmesser, der mit einem Endabschnitt des Abschnittes 41 mit großem Durchmesser verbunden ist, und einen erweiterten Endabschnitt 43, der mit dem an­ deren Endabschnitt des Abschnittes 41 mit großem Durch­ messer verschraubt ist.

Einspritzöffnungen 32, 32 und eine Kammer 33 für unter Druck stehenden Kraftstoff sind in der Enddüse 30 aus­ gebildet. Desweiteren befindet sich eine Bohrung 34 in der Enddüse 30. Der Abschnitt 41 mit großem Durchmesser des Nadelventilelementes 40 gleitet ölhermetisch abge­ dichtet durch die Bohrung 34. Die Einspritzöffnungen 32, 32 und die Kammer 33 für unter Druck stehenden Kraft­ stoff stehen miteinander in Verbindung oder sind vonein­ ander getrennt, je nach dem, ob der Endabschnitt des Abschnittes 42 mit kleinem Durchmesser des Nadelventil­ elementes 40 auf einem Sitz 35 der Düse 30 sitzt oder nicht.

Das Ventilgehäuse 10 ist mit einer Bohrung 11 verse­ hen, die einen Abschnitt 11 L mit großem Durchmesser auf­ weist, der eine erste Stützdruckkammer 12 bildet, sowie einen Abschnitt 11 S mit kleinem Durchmesser, der mit dem Abschnitt 11 L mit großem Durchmesser in Verbindung steht. Eine Hülse 13 ist in den Abschnitt 11 L mit gros­ sem Durchmesser eingesetzt. Eine erste Druckfeder 51 ist zwischen einem verjüngten Ende der Hülse 13 und ei­ nem erweiterten Ende des Nadelventilelementes 40 ange­ ordnet. Durch die erste Druckfeder 51 wird eine vorge­ gebene Last auf das Nadelventilelement 40 aufgebracht. Ein Stift 60 ist in der Bohrung 11 angeordnet und an einem Ende mit einem Flansch 61 versehen. Am Flansch 61 wird der Stift 60 durch eine zweite Druckfeder 52 in einer zweiten Stützdruckkammer 15, die durch die Hül­ se 13 und ein Einstellelement 14 begrenzt wird, mit ei­ ner vorgegebenen Last beaufschlagt. Diese vorgegebene Last kann durch Änderung der Länge des Einstellelementes 14 eingestellt werden. Somit sitzt der Flansch 61 auf dem Ende der Hülse 13 und der andere Endabschnitt des Stiftes 60 steht in den Abschnitt 11 S mit kleinem Durch­ messer der Bohrung 11 vor, so daß ein vorgegebener Spalt G zwischen dem anderen Endabschnitt des Stiftes 60 und dem erweiterten Ende des Nadelventilelementes 40 am Sitz 35 gebildet wird.

Ein EIN-AUS-Ventil 70 ist in der Kopfkappe 20 angeord­ net. Das EIN-AUS-Ventil 70 besitzt eine erste Ventil­ gehäusehälfte 71, die aus zwei Elementen besteht, und eine zweite Ventilgehäusehälfte 72, die über eine Mon­ tagehülse 73 mit der ersten Ventilgehäusehälfte 71 ver­ bunden ist. Eine dritte Druckfeder 75 ist in einem Hohl­ raum 74 angeordnet, der in der ersten Ventilgehäusehälfte 71 ausgebildet ist. Die Druckfeder 75 setzt ein Nadelven­ tilelement 77 an einem Ende desselben mit einer vorgege­ benen Last unter Druck. Das Nadelventilelement 77 gleitet in ölhermetisch abgedichteter Weise in einer Bohrung 76. Die Bohrung 76 ist in der zweiten Ventilgehäusehälfte 72 ausgebildet. Somit sitzt ein sich verjüngendes Ende des Nadelventilelementes 77 auf einem Sitz 78, der an der zweiten Ventilgehäusehälfte 72 ausgebildet ist, wo­ durch das EIN-AUS-Ventil 70 geschlossen wird.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist mit einem ersten Kraftstoffkanal 81 und einem zweiten Kraftstoffkanal 82 versehen. Der erste Kraftstoffkanal 81 verbindet einen Kraftstoffeinlaß 80, der den von einer Kraftstoff­ einspritzpumpe (nicht gezeigt) gepumpten Kraftstoff emp­ fängt, mit der Kammer 33 für unter Druck stehenden Kraft­ stoff, so daß der Kraftstoff in einen Zylinder (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine eingeführt werden kann. Der zweite Kraftstoffkanal 82 verbindet den Kraftstoff­ einlaß 80 über das EIN-AUS-Ventil 70 und eine im Ein­ stellelement 14 ausgebildete Öffnung 16 mit den Stütz­ druckkammern 15 und 12.

Die Funktionsweise dieser ersten Ausführungsform wird nunmehr im folgenden erläutert.

Ein Teil des von der Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) durch den Kraftstoffeinlaß 80 gepumpten Kraftstoffs strömt durch den zweiten Kraftstoffkanal 82 zum EIN- AUS-Ventil 70. Der verbleibende Kraftstoff fließt durch den ersten Kraftstoffkanal 81 in die Kammer 33.

Wenn gemäß dem ansteigenden Druck im Kraftstoff dieser Druck einen ersten Ventilöffnungsdruck (der durch die Last der ersten Druckfeder 51 und den auf das Nadelven­ tilelement 40 einwirkenden Kraftstoffdruck vorgegeben ist) des Kraftstoffeinspritzventils 1 erreicht hat (Zeit A in Fig. 2), befindet sich das Nadelventilelement 40 in einer vom Sitz 35 entfernten Lage an der Feder 51, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 1 geöffnet wird.

Wenn das Nadelventilelement 40 vom Sitz 35 um eine Strek­ ke wegbewegt wird, die dem vorgegebenen Spalt G ent­ spricht, tritt es mit dem Stift 60 in Kontakt und stoppt (Zeit A′ in Fig. 2). Da das Kraftstoffeinspritzventil 1 in diesem Zustand offen ist, wird Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Da sich jedoch das Nadelventil 40 um die Strecke des Spaltes G bewegt, ist der Öffnungsgrad des ersten Kraft­ stoffkanales 81 klein und auch der Kraftstoffpumpdruck noch klein, so daß die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist.

Wenn danach der Kraftstoff weiter gepumpt wird, steigen die Kraftstoffdrücke in den Kraftstoffkanälen 81 und 82 an, da der Öffnungsgrad des Kanales 81 klein ist. Wenn andererseits der Kraftstoffdruck einen Ventilöff­ nungsdruck (der durch die eingestellte Last der dritten Druckfeder 75 und den auf das Nadelventilelement 77 ein­ wirkenden Kraftstoffdruck vorgegeben ist) des EIN-AUS- Ventils 70 erreicht hat, befindet sich das Nadelventil­ element 77 in einer vom Sitz 78 entfernten Lage an der Feder 75, so daß das EIN-AUS-Ventil 70 geöffnet wird (Zeit B in Fig. 2). Somit strömt ein Teil des Kraft­ stoffs vom zweiten Kraftstoffkanal 82 durch die Öffnung 16 in die zweite Stützdruckkammer 15. Da die zweite Stütz­ druckkammer 15 mit der ersten Stützdruckkammer 12 in Verbindung steht, fließt der Kraftstoff auch in die er­ ste Kammer 12, so daß die Drücke in den Kammern 12 und 15 angeglichen werden.

Zu diesem Zeitpunkt wirkt eine Kraft, die dem Produkt aus dem Druck in den Stützdruckkammern 12 und 15 und dem Querschnittsbereich des erweiterten Endes des Nadel­ ventilelementes 40 entspricht, auf das Nadelventilele­ ment 40 ein, um das Kraftstoffeinspritzventil 1 zu schließen. Folglich wird das Nadelventilelement 40 auf den Sitz 35 gesetzt und das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen (Zeit B′ in Fig. 2). Somit wird die Kraft­ stoffeinspritzung zeitweilig gestoppt.

Da das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen ist, steigt der Kraftstoffdruck im ersten und zweiten Kraft­ stoffkanal 81 und 82 weiter an. Wenn dieser Kraftstoff­ druck die Resultierende aus der Druckkraft der ersten Druckfeder 51 und der vom Kraftstoffdruck in der er­ sten Kammer 12 ausgeübten Kraft überschritten hat, d. h., wenn er den zweiten Öffnungsdruck (der bereits höher ge­ wesen ist als der erste, Zeit C in Fig. 2) überschritten hat, wird das Nadelventilelement 40 wieder vom Sitz 35 entfernt, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 1 wieder geöffnet wird, um wieder mit der Kraftstoffeinspritzung zu beginnen.

Wenn der Kraftstoffdruck weiter ansteigt, wird, da das EIN-AUS-Ventil 70 bereits offen ist, die Feder 51 und auch die Feder 52 durch den ansteigenden Druck zusam­ mengepreßt. Somit wird die Hauptkraftstoffeinspritzung durchgeführt.

Nachdem dann die Kraftstoffeinspritzung einer vorgege­ benen Menge durchgeführt worden ist, wird der zugeführte Kraftstoff reduziert, und der Druck in den Kraftstoffka­ nälen 81 und 82 sinkt ab. Da die Öffnung 16 vorgesehen ist, fällt zu diesem Zeitpunkt der Druck in den Stütz­ druckkammern 12 und 15 langsamer ab als der Druck in den Kraftstoffkanälen 81 und 82, so daß der Druck in den Stützdruckkammern immer höher ist als der in den Kanälen 81 und 82. Diese Druckdifferenz wird durch die Öffnung 16 eingestellt.

Da die Kraft zum Schließen des Ventils 1 aufgrund der Resultierenden aus der Kraft der Druckdifferenz und den Kräften der Federn 51 und 52 extrem erhöht wird (d.h. der Ventilschließdruck steigt an), wird das Nadelventil­ element 40 sofort auf den Sitz 35 gesetzt, wodurch das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird (Zeit D in Fig. 2).

Wenn der Druck weiter abfällt, wird auch das EIN-AUS- Ventil 70 geschlossen (Zeit E bis E′ in Fig. 2), und das Ventil 1 nimmt den in Fig. 1 dargestellten Zustand ein.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Kraftstoff noch in den Stützdruckkammern 12 und 15 gelassen. Der den reduzier­ ten Druck aufweisende Kraftstoff fließt jedoch über ei­ nen Bypassdrosselkanal 83 in den Kraftstoffkanal 82, und der Druck kehrt auf das niedrige Niveau zurück, bis der nächste Kraftstoffeinspritzvorgang ausgeführt wird. Obwohl der Bypassdrosselkanal 83 immer offen ist, da sein Querschnittsbereich klein ausgeführt ist, ist die anfängliche Kraftstoffmenge, die durch den Bypassdros­ selkanal 83 fließt, so klein, daß kaum ein Einfluß aus­ geübt wird, wenn das Ventil 1 geöffnet ist.

Bei einigen Brennkraftmaschinen ist es ausreichend, le­ diglich die Kraftstoffeinspritzmenge zu Beginn der Kraft­ stoffeinspritzung zu reduzieren, ohne eine Piloteinsprit­ zung durchzuführen. In diesem Fall kann ebenfalls das Kraftstoffeinspritzventil der Erfindung so eingesetzt werden, wie es ist.

Einem solchen Fall kann man beispielsweise dadurch ge­ recht werden, daß man den Ventilöffnungsdruck des EIN- AUS-Ventiles 70 so einstellt, daß er höher ist als der dritte Ventilöffnungsdruck, der durch die zweite Feder 52 festgelegt wird, und daß man das Kraftstoffeinspritz­ ventil 1 öffnet, nachdem das Nadelventilelement 40 voll­ ständig vom Sitz 35 entfernt worden ist.

In diesem Fall wird das Kraftstoffeinspritzventil 1 wäh­ rend der Kraftstoffeinspritzung nicht geschlossen, so daß keine Piloteinspritzung durchgeführt wird. Da sich jedoch das Nadelventilelement 40 schrittweise bewegt und der Öffnungsgrad des Kanales bei der Bewegung des Nadelventilelementes 40 beim ersten Schritt gering ist, kann die Einspritzmenge langsam erhöht werden, indem die Einspritzmenge zu einem frühen Zeitpunkt der Kraft­ stoffeinspritzung reduziert wird. Wenn das Kraftstoffein­ spritzventil 1 geschlossen wird, steigen zur gleichen Zeit die Drücke in den Stützdruckkammern 12 und 15 durch Öffnen des EIN-AUS-Ventiles 70 an, so daß die Ventil­ schließkraft ansteigt und dadurch das Ventil 1 sofort geschlossen werden kann.

Andererseits kann bei einer Brennkraftmaschine durch Einstellen des Ventilöffnungsdrucks des EIN-AUS-Ventils 70 und der Öffnung 16 im niedrigen Drehzahlbereich, in dem die Einspritzmenge an Kraftstoff pro Zeiteinheit gering ist, eine Piloteinspritzung durchgeführt werden, während im hohen Drehzahlbereich, in dem die Einspritz­ menge groß ist, durch Reduktion der Drücke in den Stütz­ druckkammern, um das Kraftstoffeinspritzventil während der Einspritzung nicht zeitweise zu schließen und um den Druck des zugeführten Kraftstoffes höher zu halten als die Drücke in den Stützdruckkammern, eine Pilotein­ spritzung nicht durchgeführt wird und die Kraftstoffein­ spritzung lediglich mit reduzierter Einspritzmenge zu Beginn der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann.

Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind die­ jenigen Teile, die die gleichen Funktionen wie bei der ersten Ausführungsform besitzen, mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Die in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsform un­ terscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Öffnung 16 weggelassen worden ist. Bei der zwei­ ten Ausführungsform kann der Öffnungsgrad des Kanales 82 reduziert werden, indem die maximale Bewegungsgröße (mit d in Fig. 3 bezeichnet) des Nadelventilelements 77 beschränkt wird, so daß sich das EIN-AUS-Ventil 70 vom Sitz 78 nur um einen kleinen Wert abhebt. Mit ande­ ren Worten, bei der zweiten Ausführungsform wird das EIN-AUS-Ventil 70 anstelle der Öffnung 16 verwendet. Daher entspricht die grundlegende Funktionsweise der zweiten Ausführungsform im wesentlichen der der ersten Ausführungsform, so daß auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.

Andererseits ist die Position des Bypassdrosselkanales 83 nicht auf die der Fig. 1 beschränkt. Der Kanal 83 kann auch an einer anderen Stelle vorgesehen sein, bei­ spielsweise dem Ventilgehäuse 10.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform, bei der nur die Ausbildung des EIN-AUS-Ventiles von denen der vor­ hergehenden Ausführungsformen verschieden ist.

Gemäß Figur 4 wird ein Rückschlagventil 90 mit einem Kugelven­ tilelement 91 als EIN-AUS-Ventil anstelle des EIN-AUS- Ventiles 70 mit dem Nadelventilelement 77 bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet. Durch den Einsatz des Rückschlagventiles 90, das durch die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kraftstoffkanal 82 und dem Druck in der Stützdruckkammer 15 funktioniert, wird der Auf­ bau entsprechend vereinfacht. Wenn darüberhinaus die Drücke in den Kammern 12 und 15 in dem speziellen Be­ triebszustand unnormal ansteigen, nimmt diese Druckdif­ ferenz ab. Es wird somit schwierig, das Ventil zu öff­ nen, und der Zufluß von Kraftstoff in die Stützdruck­ kammern kann begrenzt werden.

Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Kraftstoff­ einspritzventil eines Typs Verwendung finden, bei dem ein Kolben vorgesehen ist, der im wesentlichen als Ein­ heit mit dem Nadelventilelement arbeitet (wie das in der geprüften japanischen Patentanmeldung 59-48302 be­ schriebene Ventil). In diesem Fall wird die Druckkam­ mer, die dem Kolben zugeordnet ist, als Stützdruckkam­ mer verwendet.

Desweiteren kann ein Solenoidventil als EIN-AUS-Ventil eingesetzt werden, so daß eine genaue elektrische Steue­ rung möglich ist.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform. Das Kraft­ stoffeinspritzventil 1 der vierten Ausführungsform ist über den Kraftstoffeinlaß 80 an eine Kraftstoffeinspritz­ pumpe 100 angeschlossen.

Die Pumpe 100 besitzt einen Pumpenzylinder 110 mit einer mittleren Durchgangsbohrung 111 und ein Auslaßventil 120, das über eine Montagehülse 130 am Pumpenzylinder 110 befestigt ist.

Ein Kolben 112 ist in ölhermetisch abgedichteter Weise gleitend in der Durchgangsbohrung 111 des Pumpenzylin­ ders 110 angeordnet. Der Kolben 112 wirkt mit dem Aus­ laßventil 120 zusammen und bildet eine Kraftstoffdruck­ kammer 113 veränderlicher Kapazität. Der Kraftstoff wird von einer Kraftstoffkammer (nicht gezeigt) über ein Zu­ führloch (nicht gezeigt) in die Kraftstoffdruckkammer 113 eingeführt. Der zugeführte Kraftstoff wird durch Bewegung des Kolbens 112 unter Druck gesetzt.

Das Auslaßventil 120 besitzt einen Halter 121, der mit einer Durchgangsbohrung 122 versehen ist, durch die ein Kolben 140 gleitet, einen Ventilkörper 123 und einen Endstopfen 124.

Der Kolben 140 wird durch eine Ventilfeder 125, die in einer Auslaßkammer 126 angeordnet ist, welche durch den Kolben 140, den Ventilkörper 123 und den Endstopfen 124 begrenzt wird, in die Kraftstoffdruckkammer 113 ge­ drückt. Er ist mit einem Verbindungskanal 141 zum Ver­ binden der Kraftstoffdruckkammer 113 mit der Auslaßkam­ mer 126 versehen. Ein Rückschlagventil 142 ist in dem Verbindungskanal 141 angeordnet, so daß der Kraftstoff von der Auslaßkammer 126 in die Kraftstoffdruckkammer 113 strömen kann.

Wenn der Kraftstoff in der Kraftstoffdruckkammer 113 auf ein Niveau über dem Ventilöffnungsdruck des Kolbens 140 unter Druck gesetzt worden ist, bewegt der unter Druck stehende Kraftstoff den Kolben 140 gegen die Kraft der Ventilfeder 125, so daß der Kraftstoff in die Aus­ laßkammer 124 strömen kann. Der unter Druck stehende Kraftstoff in der Auslaßkammer 124 wird über einen Ka­ nal 150 dem Kraftstoffeinspritzventil 1 zugeführt.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 entspricht im wesent­ lichen dem der Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein Dros­ selkanal 84 im EIN-AUS-Ventil 70 ausgebildet ist, um dessen Hohlraum 74 mit der Stützdruckkammer 15 zu ver­ binden.

Es wird nunmehr die Funktionsweise des Kraftstoffein­ spritzventils der vierten Ausführungsform erläutert.

Der durch die Kraftstoffeinspritzpumpe 100 unter Druck gesetzte Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinlaß 80 über den Kanal 150 zugeführt. Danach wird ein Teil des Kraft­ stoffs über den Kanal 82 dem EIN-AUS-Ventil 70 zugeführt, während der verbleibende Kraftstoff der Kammer 33 für unter Druck stehenden Kraftstoff zugeführt wird.

Wenn gemäß dem Ansteigen des Kraftstoffdrucks dieser Druck einen ersten Ventilöffnungsdruck des Kraftstoff­ einspritzventils 1 erreicht hat (der durch die Last der ersten Druckfeder 51 und den auf das Nadelventilelement 40 einwirkenden Kraftstoffdruck festgelegt wird, Zeit A in Fig. 6), liegt das Nadelventilelement 40 vom Sitz 35 weg an der Feder 51 an, so daß das Kraftstoffein­ spritzventil 1 geöffnet ist.

Wenn das Nadelventilelement 40 vom Sitz 35 um eine Strek­ ke wegbewegt wird, die dem vorgegebenen Spalt G ent­ spricht, tritt es mit dem Stift 60 in Kontakt und stoppt (Zeit A′ in Fig. 6). Da das Kraftstoffeinspritzventil 1 in diesem Zustand geöffnet ist, wird Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Da sich jedoch das Nadelventilelement 40 nur um die dem Spalt G entsprechende Strecke bewegt, ist der Öffnungs­ grad des ersten Kraftstoffkanales 81 gering und der Kraftstoffpumpdruck ebenfalls noch klein, so daß die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist.

Wenn Kraftstoff weiter zugeführt wird, steigt der Kraft­ stoffdruck an. Wenn der Kraftstoffdruck den Ventilöff­ nungsdruck des EIN-AUS-Ventils 70 erreicht hat (der durch de vorgegebene Last der dritten Druckfeder 75 und den auf das Nadelventilelement 77 einwirkenden Kraftstoff­ druck festgelegt wird), wird das Nadelventilelement 77 vom Sitz 7 B gegen die Feder 75 entfernt, wodurch das EIN-AUS-Ventil 70 geöffnet wird (Zeit B in Fig. 6). Somit strömt der unter Druck stehende Kraftstoff vom Kraftstoffkanal 82 über den Drosselkanal 84 in einen Hohlraum (d. h. die Stützdruckkammer) 74 des EIN-AUS- Ventils 70 und ebenfalls durch die Öffnung 16 in die Stützdruckkammer 15. Da die Kammer 15 mit der Stütz­ druckkammer 12 in Verbindung steht, strömt der Kraft­ stoff auch weiter in die Kammer 12. Somit werden sämtli­ che Drücke in den Stützdruckkammern 12, 15 und 74 aus­ geglichen.

Zu diesem Zeitpunkt wirkt eine Kraft, die dem Produkt aus dem Druck in der Stützdruckkammer 12 und dem Quer­ schnittsbereich des erweiterten Endes des Nadelventil­ elements 40 entspricht, auf das Nadelventilelement 40 ein, um dieses zu schließen. Somit wird das Nadelventil 40 auf den Sitz 35 gesetzt und das Kraftstoffeinspritz­ ventil 1 geschlossen (Zeit B′ in Fig. 6), wodurch die Kraftstoffeinspritzung zeitweilig gestoppt wird.

Da das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen ist, steigt der Kraftstoffdruck im ersten und zweiten Kraft­ stoffkanal 81 und 82 weiter an. Wenn dieser Kraftstoff­ druck die Resultierende aus der Druckkraft der ersten Druckfeder 51 und der vom Kraftstoffdruck in der ersten Kammer 12 ausgeübten Kraft überschritten hat, d. h., wenn er den zweiten Öffnungsdruck (der bereits höher als der erste ist) (Zeit C in Fig. 6) überschritten hat, wird das Nadelventilelement 40 wieder vom Sitz 35 entfernt, so daß das Kraftstoffeinspritzventil 1 wieder geöffnet wird, um erneut mit der Kraftstoffeinspritzung zu beginnen.

Beim weiteren Zuführen von unter Druck stehendem Kraft­ stoff wird das Nadelventilelement 40 gegen die erste und zweite Feder 51 und 52 aufgrund des ansteigenden Kraftstoffdrucks vom Sitz 35 weiter entfernt, da das EIN-AUS-Ventil 70 geöffnet ist, so daß die Hauptein­ spritzung durchgeführt wird.

Wenn die Einspritzung nur um eine vorgegebene Kraftstoff­ menge durchgeführt worden ist, wird danach die Kraft­ stoffzufuhr reduziert, und der Druck in den Kraftstoff­ kanälen 81 und 82 nimmt ab. Da die Öffnung 16 vorgese­ hen ist, fällt zu diesem Zeitpunkt der Druck in den Stützdruckkammern 12 und 15 langsamer ab als der Druck in den Kraftstoffkanälen 81 und 82. Somit ist der Druck in den Kammern 12 und 15 immer höher als der Druck in den Kraftstoffkanälen 81 und 82, und die Druckdifferenz wird durch die Öffnung 16 eingestellt.

Die Ventilschließkraft auf der Basis der Resultierenden aus der Kraft infolge der Druckdifferenz und den Druck­ kräften der Federn 51 und 52 steigt extrem an (d. h. der Ventilschließdruck steigt an). Somit wird das Nadel­ ventilelement 40 schnell auf den Sitz 35 gesetzt und das Kraftstoffeinspritzventil 1 geschlossen (Zeit D in Fig. 6).

Da ferner der Druck in der Stützdruckkammer 74 ebenfalls langsamer abnimmt als der Druck in den Kraftstoffkanälen 81 und 82, wirkt die Resultierende aus der Druckkraft infolge des Kraftstoffes in der Stützdruckkammer 74 und der Druckkraft der Feder 75 auf das Nadelventilelement 77, um das EIN-AUS-Ventil 70 zu schließen. In Abhängig­ keit von der Reduzierung des Drucks in den Kraftstoff­ kanälen 81 und 82 wird auch das EIN-AUS-Ventil 70 ge­ schlossen (Zeit E bis E′ in Fig. 6). Das Ventil nimmt den in Fig. 5 dargestellten Zustand ein.

Zu diesem Zeitpunkt verbleibt der Kraftstoff noch in den Stützdruckkammern 12 und 15. Der verbleibende Kraft­ stoff, der dem reduzierten Druck durch den Bypassdrossel­ kanal 83 ausgesetzt ist, strömt jedoch in den Kraftstoff­ kanal 82. Der verbleibende Kraftstoff wird weiter über den Kanal 150 zur Kraftstoffeinspritzpumpe 100 zurück­ geführt. Der Kraftstoff strömt in umgekehrter Richtung in die Kraftstoffdruckkammer 113, d. h. die Niederdruck­ seite, und zwar nacheinander durch den Verbindungskanal 141 und das Rückschlagventil 142, die beide im Kolben 140 vorgesehen sind. Daher werden die Drücke in den Stützdruckkammern 12 und 15, in den Kraftstoffkanälen 81 und 82 und im Kanal 150 auf das niedrige Niveau zu­ rückgeführt, bis die nächste Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Der Restdruck in der Kraftstoffdruck­ kammer 113 wird in wirksamer Weise als Druckenergie beim nächsten Unterdrucksetzen durch die Kraftstoffeinspritz­ pumpe 100 nutzbar gemacht. Folglich tritt kein Energie­ verlust auf.

Desweiteren ist es auch möglich, das Auftreten einer unnormalen Einspritzung und Nichteinspritzung sowie Schwankungen der Kraftstoffeinspritzmenge aufgrund von Doppelwirkungen des Druckanstiegs des restlichen Kraft­ stoffs in den Stützdruckkammern 12 und 15 und den Kraft­ stoffkanälen 81 und 82 und des Anstiegs des Ventilöff­ nungsdrucks des Nadelventilelementes 40 im Bereich nie­ driger Drehzahlen zu verhindern.

Wie vorstehend erläutert, ist es mit dieser Ausführungs­ form möglich, eine Piloteinspritzung im gesamten Dreh­ zahlbereich oder in einem speziellen Drehzahlbereich zu erzielen.

Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit Fig. 7 erläutert. Die in Fig. 7 ge­ zeigte Ausführungsform besitzt eine modifizierte Ausfüh­ rung des Kolbens 140 des Auslaßventils 120 der Kraft­ stoffeinspritzpumpe 100.

Gemäß Fig. 7 ist der Kolben 140 des Auslaßventils 120 mit einem Verbindungskanal 141 versehen. Eine Öffnung 143 ist in einem Abschnitt des Verbindungskanals 141 benachbart zur Auslaßkammer 126 ausgebildet. Nach Be­ endigung der Kraftstoffeinspritzung strömt der restli­ che Kraftstoff in umgekehrter Weise durch die Öffnung 143 zur Kammer 113 zurück, um deren Druck auf niedriges Niveau zurückzuführen. Gemäß dieser Ausführungsform kann die vorstehend beschriebene Wirkung mit einer einfachen Ausgestaltung erreicht werden.

Wie vorstehend erläutert, kann mit Hilfe der vorliegen­ den Erfindung bei einer einfachen Konstruktion ein lang­ samer Anstieg der Einspritzmenge zu Beginn der Einsprit­ zung und ein sofortiger Abfall der Einspritzmenge am Ende der Einspritzung gleichzeitig erreicht und darüber­ hinaus eine Piloteinspritzung durchgeführt werden. Hier­ durch ergeben sich Vorteile in bezug auf ein reineres Abgas, eine Erniedrigung des Kraftstoffverbrauchs und eine Geräuschreduzierung.

Erfindungsgemäß kann somit ein Einspritzschema, gemäß dem gleichzeitig ein langsamer Anstieg der Einspritz­ menge zu Beginn der Einspritzung und ein sofortiger Ab­ fall der Einspritzmenge am Ende der Einspritzung rea­ lisiert wird, erreicht werden, indem die Druckenergie des restlichen Kraftstoffs nach Beendigung der Einsprit­ zung ohne Energieverluste nutzbar gemacht wird, ohne daß eine unnormale Kraftstoffeinspritzung sowie Schwan­ kungen der Einspritzmenge aufgrund von Schwankungen des Restdruckes auftreten. Darüberhinaus ist es ebenfalls möglich, eine unnormale Einspritzung sowie Schwankungen der Einspritzmenge, die durch Schwankungen des Restdruk­ kes hervorgerufen werden, zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird somit ein Kraftstoffeinspritzven­ til zum Einspritzen von Kraftstoff, der von einer Ein­ spritzpumpe gepumpt wird, in die Verbrennungskammer ei­ ner Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das die folgenden Bestandteile umfaßt: ein Ventilgehäuse mit einem Kraft­ stoffeinlaß und Kraftstoffeinspritzöffnungen, eine am Ventilgehäuse befestigte Düse, einen ersten Kraftstoff­ kanal zum Verbinden der Einspritzöffnungen mit dem Kraft­ stoffeinlaß, ein erstes gleitendes Nadelventilelement, eine erste Feder, die das erste Nadelventilelement so unter Druck setzt, daß der erste Kraftstoffkanal ge­ schlossen wird, einen Stift, der einen Axialspalt zwi­ schen dem ersten Nadelventilelement und sich selbst bil­ det, eine zweite Feder, die den Stift in Richtung auf das erste Nadelventilelement drückt, Stützdruckkammern, die einen Endabschnitt des ersten Nadelventilelementes umgeben, einen zweiten Kraftstoffkanal zum Verbinden der Stützdruckkammern mit dem Kraftstoffeinlaß, ein EIN- AUS-Ventil zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kraft­ stoffkanales und eine in einem Bypasskanal zum Umgehen des EIN-AUS-Ventiles angeordnete Öffnung.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraft­ stoff in die Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:
ein Ventilgehäuse (10);
einen am Ventilgehäuse (10) befestigten Düsenabschnitt; einen im Ventilgehäuse (10) angeordneten Kraftstoffein­ laß (80), der den von der Betriebskammer einer Kraft­ stoffeinspritzpumpe durch einen Verbindungskanal (150) herausgepumpten Kraftstoff empfängt;
Kraftstoffeinspritzöffnungseinrichtungen (32), die im Düsenabschnitt vorgesehen sind und Kraftstoff in die Verbrennungskammer spritzen;
einen ersten Kraftstoffkanal (81) im Ventilgehäuse (10) zum Verbinden der Einspritzöffnungseinrichtungen (32) mit dem Kraftstoffeinlaß (80);
ein erstes Nadelventilelement (40), das gleitend im Dü­ senabschnitt angeordnet ist und den ersten Kraftstoffka­ nal (81) öffnet oder schließt;
eine erste Feder (51), die im Ventilgehäuse angeordnet ist und mit einem Endabschnitt des ersten Nadelventil­ elementes (40) von der Verbrennungskammer entfernt in Kontakt tritt sowie das erste Nadelventilelement (40) so unter Druck setzt, daß der erste Kraftstoffkanal (81) geschlossen wird;
eine im Ventilgehäuse (10) vorgesehene Stiftvorrichtung (60), die einen Axialspalt zwischen der Stiftvorrichtung (60) und dem einen Endabschnitt des ersten Nadelventil­ elementes (40) bildet;
eine zweite Feder (52), die im Ventilgehäuse (10) ange­ ordnet ist und die Stiftvorrichtung (60) in Richtung auf das erste Nadelventilelement (40) drückt; Stützdruckkammereinrichtungen (12, 15), die im Ventil­ gehäuse (10) ausgebildet sind und mindestens den einen Endabschnitt des ersten Nadelventilelementes (40) umge­ ben;
einen zweiten Kraftstoffkanal (82), der im Ventilgehäuse vorgesehen ist und die Stützdruckkammereinrichtungen (12, 15) mit dem Kraftstoffeinlaß (80) verbindet;
eine EIN-AUS-Ventileinrichtung (70) zum Öffnen oder Schließen des zweiten Kraftstoffkanales (82); und Öffnungseinrichtungen, die in einem die EIN-AUS-Ven­ tileinrichtung (70) umgehenden Bypasskanal (83) ange­ ordnet sind.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Feder (51, 52) in den Stützdruckkammereinrichtungen (12, 15) angeord­ net sind.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die EIN-AUS-Ventileinrich­ tung (70) ein zweites Nadelventilelement (77) und eine dritte Feder (75) zum Unterdrucksetzen des zweiten Na­ delventilelementes (77) aufweist, so daß der zweite Kraft­ stoffkanal (82) geschlossen wird.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die EIN-AUS- Ventileinrichtung (70) ein Rückschlagventil (90) mit einem Kugelventilelement (91) und einer Feder (92) ent­ hält.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbin­ dungskanal (150) mit Einrichtungen versehen ist, die einen Kraftstofffluß vom Kraftstoffeinlaß (80) in die Betriebskammer der Kraftstoffeinspritzpumpe ermöglichen.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen durch ein Rück­ schlagventil (142) gebildet sind.