Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen durch die DE-A-44 06 901 bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist das den Druck im Steuerraum steuernde elektromagnetisch angetriebene 3/2-Wege-Steuerventil so ausgestaltet, daß es in seiner einen Stellung den Ventilraum mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbin- det, die dann zugleich auch mit dem Steuerraum verbunden ist und in seiner anderen Stellung den Ventilraum und zugleich den Steuerraum mit dem Entlastungsraum verbindet, wobei stromabwärts des Ventilsitzes des Steuerventils in dem Abflußkanal eine Drossel angeordnet ist, durch die die Entlastungsgeschwindigkeit und in der Folge die Öffnungsrate des Kraftstoffeinspritzventilglieds bei Spritzbeginn reduziert werden kann. Auf der Zulaufseite zum Steuerraum hingegen ist keine Durchflußbeschränkung vorgesehen, damit das Ende des Kraftstoffeinspritzvorganges durch einen schnellen das Kraftstoffeinspritzventilglied in Schließstellung bringenden Druckaufbau im Steuerraum schnell erfolgen kann. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der abströmende Kraftstoff, durch dessen Absteuervorgang der Kraftstoffeinspritzbeginn eingeleitet werden soll stromabwärts des Ventilsitzes gedrosselt wird, was zu einem Druckaufbau stromaufwärts der Drossel führt. Erfolgt die Ab- Steuerung stoßartig, dann gibt das Rückwirkungskräfte auf das
Steuerventilglied, die d e Schaltzelten des Steuerventils negativ beeinflussen, indem sie der steuernden Bewegung des Ventilgliedes entgegenwirken. Das ergibt schließlich eine erhebliche Streuung der Einspritzmengen bei aufeinanderfolgenden Emspritzvorgangen .
Vorteile der Erfindung
Mit der erfmdungsgemaßen Kraftoffeinspritzvorrichtung m t den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird erreicht, daß auftretende hydraulische Stoße beim Absteuern von Druckmittel aus dem Steuerraum auf das Steuerventilglied sich kaum auf die Gleichmäßigkeit der Einspritzvorgange auswirken. Durch die stromaufwärts des Ventilsitzes liegende Drossel werden störende Ruckwirkungen vermieden. Dabei ist von Vorteil, daß die Drossel ohne ein zusätzliches Bauteil und zusätzliche Bearbeitungschritte zu benotigen am Ventilkorper verwirklicht wird. In vorteilhafter Weiterbildung nach Patentanspruch 2 erfolgt eine zusätzlich Dampfung der hydraulischen Stoße auf den Ventilkorper. Der Bund bewirkt, daß die in den Ventilraum stromende Druckmittelmenge, die zur Steuerung dem Steuerraum zugeführt werden soll nach dem Ventilsitz gedrosselt wird und durch Druckaufbau eine Zusatzkraft auf den Ventilkorper
, m Offnungsπchtung desselben entsteht. Damit kann im Steuerraum der zur Beendigung der Einspritzung notwendige Druck schneller aufgebaut werden. Es ergeben sich somit kürzere Schaltzeiten des
Steuerventils. Beim Offnen des zweiten Ventilsitzes, bei welchem Vorgang sich der Ventilkorper in Schließrichtung zum ersten Ventilsitz bewegt ergibt sich aufgrund des Vorhandenseins des Bundes eine Verzögerung beim Schließen des ersten Ventilsitzes und somit eine Verzögerung der Entlastung des Steuerraumes und dementsprechend eine gewünschte bereits durch die Drossel nach
Patentanspruch 1 angestrebte Verzögerung des Druckanstiegs am Emspritzventilglied.
Weitere Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung n Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine Kraftstoffemspritzventil 1 in verein achter Darstellung, das ein Emspπtzventilgehause 2 aufweist mit einer Bohrung 3, in der ein Emspritzventilglied 5 gefuhrt ist. Dieses weist an seinem einen Ende eine kegelförmige Dichtflache 6 auf, die mit einem kegelförmigen Ventilsitz 7 am Ende der Bohrung zusammenwirkt. Stromabwarts des Ventilsitzes 7 ist wenigstens eine Kraftstoffemspritzoffnung 8 angeordnet, die beim Aufsetzten der Dichtflache 6 auf dem Ventilsitz 7 von einem Druckraum 10 getrennt werden. Der Druckraum 10 ist über eine Druckleitung 12 mit einer Kraftstoffhochdruckquelle in Form eines Kraftstoffhochdruckspeichers 14 verbindbar, der z.B. von einer mit variabler Forderrate fordernden Hochdruckpumpe 4 aus einem Vorratsbehalter 11 mit Kraftstoff, der auf Einspritzdruck gebracht ist, versorgt wird. Der Druck im Kraftstoffhochdruckspeichers kann aber auch mittels eines Drucksteuerventils 9 in Abhängigkeit vom Signal eines Drucksensors 13 gesteuert werden, indem eine zur Druckhaltung erforderliche Kraftstoffmenge abgesteuert wird. Im Bereich des Druckraumes 10 weist das Emspritzventilgliedes eine zum Ventilsitz 7 weisenden Druckschulter 16 auf, auf die der im Druckraum 10 herrschende hohe Kraftstoffeinspritzdruck in Off- nungsrichtung des Emspritzventilgliedes 5 wirkt. Auf der der Druckschulter 16 abgewandten Seite des Emspritzventilgliedes setzt sich dieses m einem Verbmdungsteil 19 fort bis hm zu einem kolbenförmigen Ende 20 des Emspritzventilgliedes. Im Bereich des Verbindungsteils hat dieses einen Federteller 22,
zwischen dem und dem Gehäuse 1 des Kraftstoffemspritzventils eine Druckfeder 21 eingespannt ist, die das Kraftstoffemspritzventilglied in Schließstellung beaufschlagt.
Das kolbenartige Ende 20 begrenzt mit einer eine bewegliche Wand bildende Stirnseite 24, deren Flache großer ist als die der Druckschulter 16, im Gehäuse 2 des Kraftstoffemspritzventils einen Steuerraum 25, von dem ein Druckkanal 26 m einen Ventilraum 27 eines Steuerventils 28 abfuhrt.
Das Steuerventil ist als 3/2-Wegevetnιl ausgebildet und hat ein Steuerventilglied 30, mit einem Ventilstoßel 31 der m einer Stoßelfuhrungsbohrung 32 im Gehäuse 33 des Steuerventils 28 gefuhrt wird und mit seinem einen Ende m den Ventilraum 27 ragt. Dort tragt der Stößel einen Ventilkorper 35, der auf seiner der
Stoßelfuhrungsbohrung 32 zugewandten Seite e ne erste Ventildicht- flache 37 tragt, die mit einem ersten Ventilsitz 38 zusammenwirkt, der am Übergang der Stoßelfuhrungsbohrung in den Ventilraum 27 ausgebildet ist. Dem Eintritt der Stoßelfuhrungsbohrung 32 in den Ventilraum 27 gegenüber fuhrt vom Ventilraum 27 ein mit einem Entlastungsraum verbundener Abflußkanal 39 ab, dessen Austritt aus den Ventilraum 27 als ein zweiter Ventilsitz 41 des Steuerventils ausgebildet ist, mit dem eine zweite Ventildichtflache 42 des Ven- tilkorpers 35 zusammenwirkt. Das Steuerventilglied wird durch einen von einer Steuereinrichtung 36 gesteuerten hier nicht gezeigten Stellantrieb, z.B. einen Elektromagneten oder einen Piezo- antrieb, der auch übersetzt ausgestaltet sein kann, betätigt und dabei mit seinem Ventilkorper zwischen den ersten und zweiten Ventilsitz hm und her bewegt. Die Steuereinrichtung steuert auch den Druck im Kraftstoffhochdruckspeicher 1 mit Hilfe einer Druckerkennung, wie dem Drucksensor 23. Die Stoßelfuhrungsbohrung 32 dient als ein Zulaufkanal, indem der Ventilstoßel 31 im Anschluß an die erste Ventildichtflache 37 eine zusammen mit der Wand der Stoßelfuhrungsbohrung 32 eine Ausnehmung 45 m Form eines Ringraum bil-
det, m den em mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher standig verbundener Zuflußkanal 44 mundet.
Im Bereich zwischen den beiden Ventilsitzen 38, 41 fuhrt vom Ven- tilraum 27 der Druckkanal 29 zum Steuerraum 25 ab.
Die zweite Ventildichtflache 42 ist stirnseitig an einem zylindrischen Kolbenteil 46 vorgesehen, der eine zylindrische Mantelflache hat, die zusammen mit einer zylindrischen Wand des Ventilraumes einen ringförmigen Drosselspalt 47 bildet durch den somit stromaufwärts αes zweiten Ventilsitzes 41 eine Drossel realisiert wird, die die Rare der Kraftsto fabstromung aus dem Steuerraum 25 über den Ventilraum 27 zum Abflußkanal 39 bzw. zum Entlastungsraum steuert. Wird das Steuerventilglied durch den Elektromagneten ge- öffnet, dann kann der Kraftstoff somit nur gedrosselt entweichen. Da die Drosselung aber stromaufwärts des Ventilsitzes stattfindet, wirken sich Druckstoße wenig auf die Bewegung des Ventilkorpers 35 aus, da dieser innerhalb des Ventilraumes 27 im Gegensatz zu der Situation an seinem abflußkanalseitigen Ende kraftausgeglichen
Weiterhin hat der Ventilkorper 35 von der ersten Ventildichtflache 38 zur Seite des Ventilraumes 27 beabstandet einen zylindrischen Bund 49, der zusammen mit der am seinem Umfang angrenzenden Wand des Ventilraumes einen Ringspalt 50 bildet, der zwischen sich und dem zylindrischen Kolbenteil 46 einen Rmgraum 51 bildet, von dem die Druckleitung 26 zur Verbindung des Ventilraumes 27 mit dem Steuerraum 25 abzweigt. Zwischen dem Bund 49 und dem ersten Ventilsitz 38 wird bei Anlage der ersten Ventildichtflache 37 am ersten Ventilsitz 38 em Ventildruckraum 52 eingeschlossen, dessen Druck auf eine Schulter 53 des Bundes 49 so wirkt, daß sobald bei Abheben der ersten Ventildichtflache 37 vom ersten Ventilsitz 38 Hochdruckkraftstoff vom der Zuflußkanal 44 her in den Ventilraum 27 fließt, einen Kraftkomponente auf den Bund 49 und damit auf das Steuerventilglied wirkt 30, die bestrebt ist, die vorstehend ge-
schilderten Offnungsbewegung zu unterstutzen. Damit erfolgt der Druckaufbau im Steuerraum 25 und zugleich die Beendigung des Einspritzvorganges des Einspritzventils schneller. Bei diesem Vorgang wird zugleich die zweite Ventildichtflache 42 auf den zweiten Ven- tilsitz 41 gebracht und der Abflußkanal 39 verschlossen.
Im umgekehrten Falle, wenn also der Druck im Steuerraum 25 abgebaut werden soll, um die Einspritzung auszulosen, bewegt sich der Ventilkorper 35 im umgekehrten Sinn wie oben beschrieben. Am zwei- ten Ventilsitz 41 fließt der Kraftstoff gedrosselt durch die Drossel 47 ab und dabei stellt sich der Schaltbewegung des Ventilkorpers der Druck im Ventildruckraum 52 entgegen, was zu einer Verzögerung der Schaltbewegung des Steuerventilgliedes 30 fuhrt. Dies ist erwünscht, da der Einspritzbeginn aus Geräusch- und Emissions- gründen langsam erfolgen soll. Da bei dieser Kraftwirkung auf den Ventilkorper 35 auch der Druck im Rmgraum 51 zwischen Bund 49 und dem zylindrischen Kolbenteil 46 wirksam ist, müssen das Spaltweite Ringspalts 50 des Bund 49 zur Wand des Ventilraumes 27 und die Weite des Drosselspalts am zylindrischen Kolbenteil aufeinander abgestimmt werden. Die Ventilsitze 38, 41 und die Ventildichtflachen 37, 42 sind vorteilhaft kegelförmig ausgebildet. D e Stoßelfuhrungsbohrung 32 und der -Abflußkanal 39 liegen weiterhin gemäß der Zeichnung koaxial zu einander.
An den zylindrischen Kolbenteil 46 schließt sich über em im
Durchmesser reduziertes Verbmdungsteil 55 em Ausgleichskolben 54 an, der in den Abflußkanal 39 taucht und zur Wand desselben einen Spalt mit einer wesentlich größeren Weite bildete als die am Drosselspalts 47 realisierten Weite.
Dadurch daß die Stoßelfuhrungsbohrung 32 an ihrem den ersten Ventilsitz 38 aufweisenden Ende bzw. durch die sich beim Aufsetzen der ersten Ventildichtflache 37 auf den ersten Ventilsitz 38 bildende Stirnflache zur Seite des Ventilraumes 27 innerhalb der Aus- nehmung 45 großer ist als die stoßelseitige Begrenzungsflache der
Ausnehmung 45 kann das Steuerventilglied 30 durch den Druck im Zuflußkanal 44 in Richtung Ventilraum 27 geringfügig vorgespannt sein. Diese in Sinne des Offnens des durch den ersten Ventilsitz 38 und die erste Ventildichtflache 37 gebildeten Ventils wirkende Kraft wirkt mit einer hier nicht gezeigten Druckfeder des Stellantriebes zusammen und zugleich im Sinne des Schließens des durch den zweiten Ventilsitz 41 und der zweiten Ventildichtflache 42 gebildeten Ventils am Abflußkanal 39. D es ist besonders gunstig bei einem elektromagnetischen Stellantrieb, der in dieser Schaltstel- lung stromlos ist.