EP1314881A2 - Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzverlaufsformung - Google Patents

Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit Einspritzverlaufsformung Download PDF

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EP1314881A2
EP1314881A2 EP02024236A EP02024236A EP1314881A2 EP 1314881 A2 EP1314881 A2 EP 1314881A2 EP 02024236 A EP02024236 A EP 02024236A EP 02024236 A EP02024236 A EP 02024236A EP 1314881 A2 EP1314881 A2 EP 1314881A2
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EP
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nozzle needle
control piston
control
valve
injector
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Rainer Buck
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention is based on an injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle having a nozzle needle and with one of a spool in three sections divided control room, the first section and the second section over a arranged in the control piston Inlet throttle are hydraulically connected, the second section with a high pressure connection and the third section with an inlet channel to the nozzle needle is hydraulically connected, the control piston has two grooves and the control piston between the grooves is designed as a slide and when closed Injection nozzle with a control edge of the guide bore extensive hydraulic separation from High pressure connection and inlet duct to the nozzle needle and wherein the stroke of the nozzle needle and the stroke of the Control piston are coupled together.
  • the invention has for its object this from DE 199 63 920 A1 known injector further improve in particular the design options in the course of To enlarge pre, main and possibly post-injection, see above that overall improved consumption and Emission behavior of the internal combustion engine results.
  • an injector for a common rail fuel injection system for Internal combustion engines with a nozzle needle Injector and with one of a spool in three Sections divided control room, the first Section and the second section about an im Inlet spool arranged hydraulically in Are connected, the second section with a High pressure connection and the third section with one Inlet channel to the nozzle needle is hydraulically connected wherein the control piston has two grooves and the Control piston between the grooves designed as a slide and with a closed injector Control edge of the guide hole is largely hydraulic separation of high pressure connection and Inflows channel to the nozzle needle and the stroke of Nozzle needle and the stroke of the control piston with each other are coupled, solved in that between the High pressure connection or the second section and the Inlet channel to the nozzle needle one way valve lockable hydraulic connection is provided.
  • the Control piston axially displaceable in a guide bore is arranged that the nozzle needle in a Guide bore coaxial axial bore is slidably arranged and that the coupling of Control piston and nozzle needle via a valve piston he follows. Due to the coaxial arrangement of control pistons and Nozzle needle can apply the coupling forces directly and on be transferred easily. If necessary, can with the help of a valve piston, the distance between Control piston and nozzle needle are bridged.
  • valve pistons and Control piston or nozzle needle and control piston in one piece executed so that the number of components is reduced and misalignment can be avoided.
  • the directional control valve as an electrically operated 2/2-way valve, especially as an electrically operated slide valve, is formed because of such valve Responsiveness and tightness are sufficient and are easy to manufacture.
  • the reliability of the injector is increased if that Directional control valve is closed when de-energized.
  • Another variant provides that one against the housing of the injector and the nozzle needle supporting closing spring is present, so that also at the fuel injector is always safe is closed.
  • the closing spring can also do this contribute that the nozzle needle after a single activation of the solenoid valve closes again automatically by the hydraulic closing force is increased.
  • control piston acting auxiliary spring is present or / and that the inlet channel to the nozzle needle in connection with the fuel in it serves as a pressure accumulator, so that, especially with the main injection, it is ensured that the control piston has such a large Hub executes that there is no overlap between slider and Control edge is more and thus the injector of the injector with the full pressure of the fuel is applied. This will quickly open the Injector allows and it can be in a short time large amounts of fuel are injected.
  • a high-pressure connection 1 supplies a control room 3 with in 1 and 2 fuel, not shown.
  • On the Control room 3 and an inlet channel to the nozzle needle 5 also supplies an injector 7 with fuel.
  • the control chamber 3 is radial from a guide bore 9 limited.
  • an axial displaceable control piston 11 available in the guide bore 9.
  • the control piston divides the control room 3 into three sections 13, 15 and 17.
  • the first section 13 of the control room 3 is of a first end face 18 of the control piston 11 in the axial Direction limited.
  • the first section 13 of the Control room 3 is connected to the inlet throttle 19 second section 15 of the control room 3 hydraulically connected.
  • the inlet throttle 19 can be used as a groove or as Bore.
  • Via a flow restrictor 21, the by a solenoid valve, not shown controlled ball 22 can be opened is the first Section 13 with a likewise not shown Fuel return connected.
  • the control piston 11 has two grooves 23, 25, which the second section 15 and the third section 17 of Radially limit control room 3. Between the grooves 23, 25 a slide 27 is arranged.
  • the nozzle needle 31 has a cross-sectional change 35 from a larger diameter 37 to a smaller one Diameter 39 on. With its larger diameter 37 the nozzle needle 31 in a housing 41 of the injector guided. The cross-sectional change 35 limits one Pressure chamber 43 of the injector 7.
  • the slide separates 27 the third section 17 of the control room 3 and thus also that of the third section 17 of the control room 3 budding inlet channel to the nozzle needle 5 from High pressure connection 1.
  • the overlap 45 of slide 27 and a control edge 47 of the guide bore 9 and the Fit between slide 27 and guide bore 9 are so chosen that also in this position of the slide 27th Some leakage occurs between injections and thus in the pressure chamber 43 the same pressure as in High pressure connection 1 prevails.
  • a suitable design of the injector can also be used Pre-injection with low injection pressure and lower Injection quantity can be brought about.
  • the force of the closing spring 49 and that on the first Front surface 18 acting hydraulic force may be greater than the hydraulic acting on the cross-sectional change 35 Force.
  • By throttling between slide 27 and Control edge 47 can the pressure in the pressure chamber 43 so far decrease that the above Condition occurs. With it result yourself additional options in the design of the Course of the main injection and the pre-injection.
  • Pre-injection with a single activation of the not shown solenoid valve can be achieved.
  • the hydraulic connection 55 also the high pressure connection 1 with the inlet channel Connect nozzle needle 5 (not shown).
  • the hydraulic connection 55 is an electrically operated 2/2-way valve 57 arranged. If the 2/2-way valve 57, as shown in Figs. 1 and 2, is closed hydraulic connection 55 has no influence on the behavior of the injector.
  • Another advantage of this injector is that the overlap 45 between the slide 27 and the control edge 47 when the injector is closed 7 leaks between Nozzle needle 31 and nozzle needle seat 34, for example by small chips or the like, greatly reduced. So that's one increased security against a faulty, permanent Fuel flow into the combustion chamber (internal leakage).
  • the flow restrictor 21 through the ball 22 in a manner not explained in detail locked.
  • By closing the flow restrictor 21 builds in the first section 13 of the valve control chamber 3 About the inlet throttle 19 again approximately in High pressure connection 1 prevailing pressure. That pressure exercises over the first end face 18 of the control piston 9 the valve piston 33 a hydraulic force on the Nozzle needle 31 out. Once this hydraulic force hits the the cross-sectional change 35 acting hydraulic force exceeds, the nozzle needle closes 31. Because of the im Comparison to the ring area of the cross-sectional change 35 significantly larger first end face 18 of the control piston 9 the closing movement takes place very quickly and with great force Force.
  • control quantity required in addition to the fuel quantity injected into the combustion chamber reaches the fuel return via the inlet throttle 19, the control chamber 3 and the outlet throttle 21.
  • control quantity there is also a leak at the nozzle needle guide.
  • the control and leakage quantities can be up to 50 mm 3 / stroke. They are also discharged back into the fuel return, not shown, via the outlet throttle 21.

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Abstract

Es wird ein Common-Rail-Injektor vorgeschlagen, der großen Spielraum bei der Gestaltung des Verlaufs von Voreinspritzung und Haupteinspritzung und des Einspritzdrucks bietet. Außerdem bietet er eine verbesserte Sicherheit gegen Leckagen in den Brennraum durch z. B. einen undichten Düsennadelventilsitz (34). <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse und mit einem von einem Steuerkolben in drei Abschnitte unterteilten Steuerraum, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über eine im Steuerkolben angeordnete Zulaufdrossel hydraulisch in Verbindung stehen, wobei der zweite Abschnitt mit einem Hochdruckanschluss und der dritte Abschnitt mit einem Zulaufkanal zur Düsennadel hydraulisch in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben zwei Nuten aufweist und der Steuerkolben zwischen den Nuten als Schieber ausgestaltet ist und bei geschlossener Einspritzdüse mit einer Steuerkante der Führungsbohrung eine weitgehende hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss und Zulaufkanal zur Düsennadel bewirkt und wobei der Hub der Düsennadel und der Hub des Steuerkolbens miteinander gekoppelt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen aus der DE 199 63 920 A1 bekannten Injektor weiter zu verbessern, insbesondere die Gestaltungsmöglichkeiten beim Verlauf von Vor-, Haupt- und ggf. Nacheinspritzung zu vergrößern, so dass sich insgesamt ein verbessertes Verbrauchs- und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse und mit einem von einem Steuerkolben in drei Abschnitte unterteilten Steuerraum, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über eine im Steuerkolben angeordnete Zulaufdrossel hydraulisch in Verbindung stehen, wobei der zweite Abschnitt mit einem Hochdruckanschluss und der dritte Abschnitt mit einem Zulaufkanal zur Düsennadel hydraulisch in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben zwei Nuten aufweist und der Steuerkolben zwischen den Nuten als Schieber ausgestaltet ist und bei geschlossener Einspritzdüse mit einer Steuerkante der Führungsbohrung eine weitgehende hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss und Zulaufkanal zur Düsennadel bewirkt und wobei der Hub der Düsennadel und der Hub des Steuerkolbens miteinander gekoppelt sind, dadurch gelöst, dass zwischen dem Hochdruckanschluß oder dem zweiten Abschnitt und dem Zulaufkanal zur Düsennadel eine von einem Wegeventil verschließbare hydraulische Verbindung vorgesehen ist.
Vorteile der Erfindung
Es hat sich herausgestellt, dass durch die erfindungsgemäße zusätzliche, von einem Wegeventil auf und zusteuerbare hydraulische Verbindung auf einfache Weise die Einspritzung in den Brennraum mit dem vollen Rail-Druck erfolgen kann, ohne Nachteile bei der Einspritzverlaufsformung der Voreinspritzung und/oder zu Beginn der Haupteinspritzung in Kauf nehmen zu müssen. Die Anforderungen an das dazu notwendige Wegeventil hinsichtlich Dichtheit und Schnelligkeit sind nicht hoch, so dass die Kosten für dieses Wegeventil gering sind. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen hydraulischen Verbindung kann auch eine Nacheinspritzung mit hohem Einspritzdurck erfolgen, was sich zur Absenkung des sogenannten Schwarzrauchs in den Abgasen als vorteilhaft erwiesen hat.
Bei einer Variante der Erfndung ist vorgesehen, dass der Steuerkolben in einer Führungsbohrung axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Düsennadel in einer zur Führungsbohrung koaxial verlaufenden Bohrung axial verschiebbar angeordnet ist und dass die Kopplung von Steuerkolben und Düsennadel über einen Ventilkolben erfolgt. Durch die koaxiale Anordnung von Steuerkolben und Düsennadel können die Kopplungskräfte direkt und auf einfache Weise übertragen werden. Erforderlichenfalls kann mit Hilfe eines Ventilkolbens kann der Abstand zwischen Steuerkolben und Düsennadel überbrückt werden.
In weiterer Ergänzung der Erfindung sind Ventilkolben und Steuerkolben oder Düsennadel und Steuerkolben einstückig ausgeführt, so dass die Zahl der Bauteile verringert wird und Fluchtungsfehler vermieden werden.
Für die Zwecke der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das das Wegeventil als elektrisch betätigtes 2/2-Wegeventil, insbesondere als elektrisch betätigtes Schieberventil, ausgebildet ist, da solche Ventils hinsichtlich Ansprechverhalten und Dichtigkeit ausreichend sind und einfach herstellbar sind.
Die Zuverlaääsigkeit des Injektors wird erhöht, wenn das Wegeventil stromlos geschlossen ist.
Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, dass eine sich gegen das Gehäuse des Injektors und die Düsennadel abstützende Schließfeder vorhanden ist, so dass auch bei fehlendem Kraftstoffdruck der Injektor stets sicher geschlossen wird. Außerdem kann die Schließfeder dazu beitragen, dass die Düsennadel nach einmaligem Ansteuern des Magnetventils selbsttätig wieder schließt, indem sie die hydraulische Schließkraft verstärkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss und Zulaufkanal zur Düsennadel durch die Überdeckung von Schieber und Steuerkante und die Passung zwischen Schieber und Führungsbohrung konstruktiv festgelegt, so dass bei der Abstimmung des Injektors ein weiterer Freiheitsgrad genutzt werden kann.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass eine auf den Steuerkolben wirkende Hilfsfeder vorhanden ist oder/und dass der Zulaufkanal zur Düsennadel in Verbindung mit dem in ihm befindlichen Kraftstoff als Druckspeicher dient, so dass, insbesondere bei der Haupteinspritzung, sichergestellt ist, dass der Steuerkolben einen so großen Hub ausführt, dass keine Überdeckung zwischen Schieber und Steuerkante mehr vorhanden ist und somit die Einspritzdüse des Injektors mit dem vollen Druck des Kraftstoffs beaufschlagt wird. Dadurch wird ein schnelles Öffnen der Einspritzdüse ermöglicht und es kann in kurzer Zeit eine große Kraftstoffmenge eingespritzt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor mit geschlossenem Magnetventil; und
Fig. 2
den Steuerraum eines erfindungsgemäßen Injektors bei geöffnetem Magnetventil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Injektor dargestellt. Ein Hochdruckanschluss 1 versorgt einen Steuerraum 3 mit in Fig. 1 und 2 nicht dargestelltem Kraftstoff. Über den Steuerraum 3 und einen Zulaufkanal zur Düsennadel 5 wird auch eine Einspritzdüse 7 mit Kraftstoff versorgt.
Der Steuerraum 3 wird von einer Führungsbohrung 9 radial begrenzt. In der Führungsbohrung 9 ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben 11 vorhanden. Der Steuerkolben teilt den Steuerraum 3 in drei Abschnitte 13, 15 und 17.
Der erste Abschnitt 13 des Steuerraums 3 wird von einer ersten Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 in axialer Richtung begrenzt. Außerdem ist der erste Abschnitt 13 des Steuerraums 3 ist über eine Zulaufdrossel 19 mit dem zweiten Abschnitt 15 des Steuerraums 3 hydraulisch verbunden. Die Zulaufdrossel 19 kann als Nut oder als Bohrung ausgeführt werden. Über eine Ablaufdrossel 21, die durch eine von einem nicht dargestellten Magnetventil gesteuerte Kugel 22 geöffnet werden kann, ist der erste Abschnitt 13 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf verbunden.
Der Steuerkolben 11 weist zwei Nuten 23, 25 auf, welche den zweiten Abschnitt 15 und den dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 radial begrenzen. Zwischen den Nuten 23, 25 ist ein Schieber 27 angeordnet.
An der zweiten Stirnfläche 29 des Steuerkolbens 11 schließt ein auf eine Düsennadel 31 der Einspritzdüse 7 wirkender Ventilkolben 33 an. Die Düsennadel 31 verhindert, dass der unter Druck stehende Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den nicht dargestellten Brennraum fließt. Dies geschieht dadurch, dass die Düsennadel 31 in einen Düsennadelsitz 34 gepresst wird und den Zulaufkanal zur Düsennadel 5 gegen den Brennraum abdichtet.
Die Düsennadel 31 weist eine Querschnittsänderung 35 von einem größeren Durchmesser 37 auf einen kleineren Durchmesser 39 auf. Mit ihrem größeren Durchmesser 37 ist die Düsennadel 31 in einem Gehäuse 41 des Injektors geführt. Die Querschnittsänderung 35 begrenzt einen Druckraum 43 der Einspritzdüse 7.
In der in Fig. 1 dargestellten Position trennt der Schieber 27 den dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 und somit auch den von dem dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 angehenden Zulaufkanal zur Düsennadel 5 vom Hochdruckanschluss 1. Die Überdeckung 45 von Schieber 27 und einer Steuerkante 47 der Führungsbohrung 9 und die Passung zwischen Schieber 27 und Führungsbohrung 9 sind so gewählt, dass auch in dieser Stellung des Schiebers 27 zwischen den Einspritzungen eine gewisse Leckage auftritt und somit im Druckraum 43 der gleiche Druck wie im Hochdruckanschluss 1 herrscht.
Bei geschlossener Ablaufdrossel 21 herrscht im gesamten Injektor der gleiche Druck. Weil die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 größer als die Ringfläche der Querschnittsänderung 35 ist, ist die auf die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 wirkende hydraulische Kraft größer als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft und die Düsennadel 31 wird in den Düsennadelsitz 34 gepresst. Wenn die nicht dargestellte Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems nicht angetrieben wird, weil der Motor steht, dann presst eine auf die Düsennadel 31 wirkende Schließfeder 49 die Düsennadel 31 in den Düsennadelsitz 34 und schließt damit die Einspritzdüse 7 bzw. den Injektor. Die Schließfeder 49 stützt sich gegen das Gehäuse 41 des Injektors ab.
Wenn die Ablaufdrossel 21 geöffnet wird, indem das Magnetventil angesteuert und die Kugel 22 von einem Kugelsitz 51 abgehoben wird, sinkt der Druck im ersten Abschnitt 13 des Steuerraums 3, da die Zulaufdrossel 19 einen vollständigen Druckausgleich zwischen Zulaufkanal zur Düsennadel 5 und erstem Abschnitt 13 des Ventilsteuerrraum 3 verhindert. In Folge dessen sinkt auch die auf die erste Stirnfläche 18 wirkende hydraulische Kraft. Sobald diese hydraulische Kraft kleiner als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft ist, hebt die Düsennadel 31 vom Düsennadelsitz 34 ab und öffnet somit die Einspritzdüse 7, so dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 31 wird unter anderem vom Durchflussunterschied zwischen der Zulaufdrossel 19 und der Ablaufdrossel 21 bestimmt.
Solange der Hub des Steuerkolbens 11 kleiner als die. Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 ist, findet im Bereich des Schiebers 27 ein Druckabbau vom zweiten Abschnitt 15 zum dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 statt. Dies hat zur Folge, dass die Einspritzung in den Brennraum mit reduziertem Einspritzdruck stattfindet.
Durch eine geeignete Auslegung des Injektors kann auch eine Voreinspritzung mit geringem Einspritzdruck und geringer Einspritzmenge herbeigeführt werden. Um dies zu erreichen müssen die Kraft der Schließfeder 49 und die auf die erste Stirnfläche 18 wirkende hydraulische Kraft größer sein als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft. Durch die Drosselung zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 kann der Druck im Druckraum 43 so weit absinken, dass die o. g. Bedingung eintritt. Damit ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten bei der Gestaltung des Verlaufs der Haupteinspritzung und der Voreinspritzung. Außerdem kann bei geeigneter hydraulischer Auslegung eine Voreinspritzung mit einer einmaligen Ansteuerung des nicht dargestellten Magnetventils erreicht werden.
Um den Verlauf des Einspritzdrucks noch weiter den Erfordernissen der Brennkraftmaschine anpassen zu können, ist eine separate hydraulische Verbindung 55 zwischen zweitem Abschnitt 15 und dem Zulaufkanal zur Düsennadel 5 vorgesehen. Alternativ kann die hydraulische Verbindung 55 auch den Hochdruckanschluß 1 mit dem Zulaufkanal zur Düsennadel 5 verbinden (nicht dargestellt). In der hydraulischen Verbindung 55 ist ein elektrisch betätigtes 2/2-Wegeventil 57 angeordnet. Wenn das 2/2-Wegeventil 57, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, geschlossen ist, hat die hydraulische Verbindung 55 keinen Einfluß auf das Verhalten des Injektors. Sobald jedoch das 2/2-Wegeventil 57 geöffnet ist, wird der Zulaufkanal zur Düsennadel 5 mit dem vollen Rail-Druck beaufschlagt, was zu einer schnellen Öffnung der Düsennadel und einer feinen Zerstäubung des in den Brennraum (nicht dargestellt) eingespritzten Kraftstoffs führt. Durch die erfindungsgemäße hydraulische Verbindung 55 und das erfindungsgemäße 2/2-Wegeventil 57 steht somit eine unabhängig von dem Steuerkolben 11 zu betätigende Einrichtung zur Beaufschlagung der Querschnittsänderung 35 mit dem vollen Rail-Druck zur Verfügung. Das bedeutet, dass eine Einspritzung mit niedrigem Einspritzdruck begonnen werden kann und durch das Öffnen des 2/2-Wegeventils 57 sofort der maximale Einspritzdurck zur Verfügung steht.
Die daraus resultierenden zusätzlichen Freiheitsgrade bei der Formung des Einspritzverlaufs hinsichtlich Einspritzdruck und eingespritzter Kraftstoffmenge führen zu einem verbesserten Emissions- und Verbrauchsverhalten der Brennkraftmaschine. Es kann beispielsweise durch eine von dem 2/2-Wegeventil 57 gesteuerte Nacheinspritzung mit hohem Einspritzdruck der sog. Schwarzrauch reduziert werden.
Dabei sind die Anforderungen an das 2/2-Wegeventil 57 hinsichtlich Dichtheit und Schaltgeschwindigkeit nicht hoch, da bei geschlossener Düsennadel 31 sowohl am Eingang 59 als auch am Ausgang 61 des 2/2-Wegeventils 57 Rail-Druck anliegt.
Wenn der Hub des des Steuerkolbens 11 größer als die Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 ist, ist der dritte Abschnitt 17 des Steuerraums 3 direkt mit dem Hochdruckanschluss 1 verbunden und es findet kein Druckabbau durch den Schieber 27 und die Steuerkante 47 statt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Auf eine vollständige Darstellung des Injektors in Fig. 2 wurde verzichtet; es wird vielmehr auf Fig. 1 verwiesen.
In der in Fig. 2 dargestellten Position des Steuerkolbens 9 findet die Haupteinspritzung statt. Um sicherzustellen, dass der Steuerkolben 9 in diese Position gelangt, sind das Volumen des Zulaufkanals zur Düsennadel 5 und dessen Elasitzität geeignet zu wählen. Bei geeigneter Wahl dieser Parameter unter Berücksichtigung der Kompressibilität des Kraftstoffs, wird im Zulaufkanal eine ausreichende Menge Kraftstoff "gespeichert", um ein zu starkes Absinken des Drucks im Druckraum 43 am Anfang der Einspritzung zu Verhindern. Wenn der Druck im Druckraum 43 zu stark absinkt, schließt die Einspritzdüse 7, was während der Haupteinspritzung unerwünscht ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch noch eine Hilfsfeder 53 vorgesehen werden. Die Hilfsfeder 53 wirkt auf die zweite Stirnfläche 29 des Steuerkolbens 9 und unterstützt die Öffnung der Einspritzdüse 7.
Ein weiterer Vorteil dieses Injektors besteht darin, dass die Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 bei geschlossener Einspritzdüse 7 Leckagen zwischen Düsennadel 31 und Düsennadelsitz 34, beispielsweise durch kleine Späne od. dgl. stark reduziert. Damit ist eine erhöhte Sicherheit gegen einen fehlerhaften, permanenten Kraftstoffstrom in den Brennraum gegeben (innere Leckage).
Um die Einspritzung zu beenden, wird die Ablaufdrossel 21 durch die Kugel 22 in nicht näher erläuterter Weise verschlossen. Durch das Verschließen der Ablaufdrossel 21 baut sich im ersten Abschnitt 13 des Ventilsteuerraums 3 über die Zulaufdrossel 19 wieder annähernd der im Hochdruckanschluss 1 herrschende Druck auf. Dieser Druck übt über die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 9 über den Ventilkolben 33 eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel 31 aus. Sobald diese hydraulische Kraft die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft überschreitet, schließt die Düsennadel 31. Wegen der im Vergleich zu der Ringfläche der Querschnittsänderung 35 deutlich größeren ersten Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 9 erfolgt die Schließbewegung sehr schnell und mit großer Kraft.
Die indirekte Ansteuerung der Düsennadel 31 über ein hydraulisches Kraftverstärkersystem ist notwendig, weil die zu einem schnellen Öffnen der Düsennadel 31 benötigten Kräfte mit dem Magnetventil nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zu der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte sogenannte "Steuermenge" gelangt über die Zulaufdrossel 19, den Steuerraum 3 und die Ablaufdrossel 21 in den Kraftstoffrücklauf. Zusätzlich zur Steuermenge entsteht auch noch an der Düsennadelführung eine Leckage. Die Steuer- und die Leckagemengen können bis zu 50 mm3/Hub betragen. Sie werden ebenfalls über die Ablaufdrossel 21 wieder in den nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf abgeführt.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (9)

  1. Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel (31) aufweisenden Einspritzdüse (7) und mit einem von einem Steuerkolben (11) in drei Abschnitte (13, 15, 17) unterteilten Steuerraum (3), wobei der erste Abschnitt (13) und der zweite Abschnitt (15) über eine im Steuerkolben (11) angeordnete Zulaufdrossel (19) hydraulisch in Verbindung stehen, wobei der zweite Abschnitt (15) mit einem Hochdruckanschluss (1) und der dritte Abschnitt (17) mit einem Zulaufkanal zur Düsennadel (5) hydraulisch in Verbindung steht, wobei der Steuerkolben (11) zwei Nuten (23, 25) aufweist und der Steuerkolben (11) zwischen den Nuten (23, 25) als Schieber (27) ausgestaltet ist und bei geschlossener Einspritzdüse (7) mit einer Steuerkante (47) der Führungsbohrung (9) eine weitgehende hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss (1) und Zulaufkanal zur Düsennadel (5) bewirkt und wobei der Hub der Düsennadel (31) und der Hub des Steuerkolbens (11) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hochdruckanschluß (1) oder dem zweiten Abschnitt (15) und dem Zulaufkanal zur Düsennadel (5) eine von einem Wegeventil (57) verschließbare hydraulische Verbindung (55) vorgesehen ist.
  2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (11) in einer Führungsbohrung (9) axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Düsennadel (31) in einer zur Führungsbohrung (9) koaxial verlaufenden Bohrung axial verschiebbar angeordnet ist, und dass die Kopplung von Steuerkolben (11) und Düsennadel (31) über einen Ventilkolben (33) erfolgt.
  3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkolben (33) und Steuerkolben (11) und/oder Düsennadel (31) und Steuerkolben (11) einstückig ausgeführt sind.
  4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (55) als elektrisch betätigtes 2/2-Wegeventil, insbesondere als elektrisch betätigtes Schieberventil, ausgebildet ist.
  5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (57) stromlos geschlossen ist.
  6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss (1) und Zulaufkanal zur Düsennadel (5) durch die Überdeckung (45) von Schieber (27) und Steuerkante (47) und die Passung zwischen Schieber (27) und Führungsbohrung (9) konstruktiv festgelegt wird.
  7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich gegen das Gehäuse (41) des Injektors und die Düsennadel (31) abstützende Schließfeder (49) vorhanden ist.
  8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Steuerkolben (11) wirkende Hilfsfeder (53) vorhanden ist.
  9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal zur Düsennadel (5) in Verbindung mit dem in ihm befindlichen Kraftstoff als Druckspeicher dient.
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