EP1297253B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1297253B1
EP1297253B1 EP20010953802 EP01953802A EP1297253B1 EP 1297253 B1 EP1297253 B1 EP 1297253B1 EP 20010953802 EP20010953802 EP 20010953802 EP 01953802 A EP01953802 A EP 01953802A EP 1297253 B1 EP1297253 B1 EP 1297253B1
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EP
European Patent Office
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valve
control
injection device
seat
fuel injection
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20010953802
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English (en)
French (fr)
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EP1297253A1 (de
Inventor
Achim Brenk
Wolfgang Klenk
Uwe Gordon
Manfred Mack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1297253B1 publication Critical patent/EP1297253B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—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
    • 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
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—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
    • F02M63/0005—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 valves actuated by fluid pressure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/8667—Reciprocating valve
    • Y10T137/86694—Piston valve
    • Y10T137/8671—With annular passage [e.g., spool]

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection device used to control the injection times and injection quantities of an electrically controlled 3/2-way control valve with one in an axial through hole guided control piston, the one to an injection valve outgoing high-pressure line alternating with a fuel from a high-pressure accumulator (common rail) supplying supply line or connects to a relief line.
  • the through hole through two valve seats in divided into three annular spaces into which the supply line, the Open high-pressure line and the discharge line respectively.
  • the control piston closes during a stroke movement each one valve seat when he the other valve seat releases.
  • the control valve be inserted to one of a valve needle the injection valve aufberichtbaren injection cross section of the injector either with the supply line or to connect with the relief line.
  • the required Delivery rate of the high pressure side, e.g. a high-pressure accumulator, supplying high-pressure fuel pump is thus lower, and also the temperature load of the Fuel tank system with reduced return quantities with high Ab Kunststofftemperatur reduced.
  • control valve can also control the injection cross section be used. advantageously, can use the same valves to control the injection quantity and the injection cross section are used.
  • a fuel injection device for internal combustion engines has a high-pressure fuel pump 2 , the suction side via a Kraftstofrise Arthur 3 with a fuel-filled low-pressure chamber 4 and the pressure side via the delivery line 5 with a high-pressure accumulator (common rail) 6 is connected. From this high-pressure accumulator 6, the high-pressure fuel is discharged via supply lines 7 to the individual, projecting into the combustion chamber of the engine to be supplied pressure-controlled injection valves 8 . To control the injection process each injector 8 is associated with an electrically actuated control valve 9 in the form of a 3/2-way valve.
  • the control valve 9 has an axial through-bore 10 with an upper, middle and lower annular space 11, 12, 13 and as a control valve member on a run in the through hole 10 control piston 14 .
  • the supply line 7 opens, and from the middle annulus 12 is a high pressure line 15 , which opens in a known manner in the injector 8 to a aufberichtbaren by a valve needle 16 of the injector 8 injection cross section of the injector 8.
  • the control piston 14 connects the middle annular space 12 alternately with the upper annular space 11 or with the lower annular space 13, from which a low pressure chamber 4 leading discharge line 17 goes off.
  • the adjustment movement of the control piston 14 is controlled by a solenoid valve 18 which is controlled by an electrical control unit (not shown), which processes a plurality of operating parameters of the engine to be supplied.
  • Fig. 2 is an enlarged sectional view of the control valve 9, the middle annulus 12 is separated from the upper annulus 11 by a conical valve seat 19 and from the lower annulus 13 by an annular shoulder 20 .
  • the cross section of the control piston 14 tapers from its upper end initially via two conically shaped upper annular end faces on a central piston portion 21 , opposite which a slide head 22 is widened at its lower end.
  • the diameter of the middle piston portion 21 is smaller than the opening diameter of the valve seat 19 and the annular shoulder 20.
  • the first upper annular end surface 23 is provided in the region of the upper annular space 11, and the second upper annular end surface forms a conical valve sealing surface 24 which is connected to the valve seat 19th interacts.
  • This sealing seat formed between the valve sealing surface 24 and the valve seat 19 closes the upper annulus 11 with respect to the central annulus 12.
  • the control piston 14 Adjacent to its conical valve sealing surface 24, the control piston 14 has a first valve control edge 25 formed by the lower edge of a collar 26 .
  • the annular collar 26 is mating ground with little play in the valve seat 19 out, and its lower edge forms together with the valve seat 19 a slide valve.
  • the distance of the first valve control edge 25 to the valve sealing surface 24, that is, the length of the annular collar is designated h1 .
  • a second valve control edge 27 cooperates on the slide head 21, wherein the second sealing cross-section formed therebetween closes the connection between the middle and the lower annular space 12, 13.
  • the closing stroke of the slide valve formed by the annular shoulder 20 and the second valve control edge 27 is denoted by h2 and at most as large as the length h1, ie h1 ⁇ h2.
  • the fuel discharge from the lower annular space 13 in the discharge line 17 via an opening open to the lower end face 28 of the control piston 14 blind bore 29 discharges a trained as a throttle point transverse bore 30 and opens into the lower annular space 13.
  • a hydraulic working chamber 31 is provided, which is delimited in the through-bore 10 by the upper end face 32 of the control piston 14 and to the solenoid valve 18 by an intermediate disk 33 .
  • a discharge channel 34 discharging from the working space 31 is provided, which can be connected to the low-pressure space 4 via the magnetic valve 18 (FIG. 1).
  • a filling bore 35 having a transverse opening 36 is provided in the control piston 14, the cross section of which is smaller than the cross section of the relief channel 34 and which therefore forms a throttle point.
  • the transverse opening 36 extends below the first annular end face 23 of the control piston 14, so that the working space 31 is connected to the supply line 7 via the filling bore 35 at all times.
  • the fuel injection device 1 shown in Figs. 1 and 2 operates in the following manner.
  • a high-pressure fuel in the common high-pressure accumulator 6 is first set up via the high-pressure fuel pump 2, which continues through the various supply lines 7 to the respective control valves 9.
  • the solenoid valve 18 is de-energized prior to the start of the injection phase, so that the discharge channel 34 is closed.
  • the working space 31 is filled via the filling bore 35 with high fuel pressure and presses the control piston 14 due to the area ratio between the end face 32 and the first annular face 23 with the valve sealing surface 24 against the valve seat 19.
  • the second sealing cross section between the second valve control edge 27 and the annular shoulder 20 is opened, so that the pressure in the high pressure passage 15 can relax to a certain residual pressure in the discharge line 17.
  • the solenoid valve 18 is energized and thus the discharge channel 34 is released to the low-pressure chamber 4. Since the cross section of the discharge channel 34 is greater than that of the transverse opening 36 in the filling bore 35, the pressure in the working chamber 31 relaxes very quickly via the discharge channel 34 into the low-pressure space 4.
  • the high-pressure fuel present at the annular end face 23 now suffices for the control piston 14 to move.
  • valve sealing surface 24 first lifts off the valve seat 19, the first valve control edge 25 still sealing the connection to the middle annular space 12 despite this opened sealing seat.
  • the slide valve is closed by abutment of the second valve control edge 27 on the annular shoulder 20.
  • the first valve control edge 25 releases the sealing seat and the high pressure fuel in the supply line 7 flows at the central piston portion 21 along in the high pressure passage 15 to the injection valve 8 and lifts there in a known manner, the valve needle 16 against the restoring force of a valve spring 37 of the needle seat, so that the fuel is injected at the injection valve 8 via injection ports 38 into the combustion chamber of the engine to be supplied.
  • the high-pressure injection at the injection valve 8 is through again Stromlosput the solenoid valve 18 is completed. Due to the now closed discharge channel 34 can over the filling hole 35 again a closing pressure in Build working space 31, so that the first valve control edge 25 again closes the valve seat 19 and thus the Connection of the supply line 7 to the high pressure passage 15 again is closed. Either at the same time, if h1 is equal to h2, or only after an additional stroke, though h1 is greater than h2, the gate valve is between the second valve control edge 27 and the annular shoulder 20 again controlled, so that in the high-pressure channel 15th high pressure fuel very quickly in the discharge line 17 relaxed, which is a quick needle closure has the fuel injection valve 8 result.
  • FIG 5 shows the block diagram of the control valve 9 acting as a 3/2-way valve, in which the second annular space 12 is connected to the third annular space 13 either in the currentless state or to the first annular space 11 in the energized state.
  • FIG. 6 40 denotes a second embodiment of a fuel injection device for internal combustion engines with pressure and cross-section controlled injection valves 41 .
  • From the high pressure accumulator 6 goes to each injection valve 41 from an injection line 42 , which opens in a known manner in the injection valve 41 to a aufberichtbaren from a valve needle 43 of the injection valve 41 injection cross section of the injection valve 41.
  • the injection is controlled by the control valve 9 in the injection pipe 42.
  • the injection openings 44 of the injection valve 41 facing away from the end face 45 of the nozzle needle 43 defines a chamber 46 which is connectable via a discharge line 47 with the low-pressure chamber 4.
  • This connection is hydraulically controlled by a 2/2-way control valve 48 whose high pressure line 49 designed control line via the control valve 9 'with a supply line 50 of the high-pressure accumulator 6 or with the discharge line 17 is connectable.
  • high pressure control line ie at no-current control valve 9 '
  • the 2/2-way control valve 48 is closed.
  • valve needle 43 By energizing the control valve 9, the valve needle 43 is raised counter to the restoring force of a valve spring 51 from its needle seat so that the fuel is injected at the injection valve 8 via the injection ports 44 into the combustion chamber of the engine to be supplied via an increase in pressure. Due to the de-energized control valve 9 ', the 2/2-way control valve 48 is closed, and it therefore comes with the trapped in the chamber 46 fuel to a pressure increase, which serves to control the injection cross-section. Is reduced by energizing the control valve 9 ', the pressure in the high-pressure line 49 via the discharge line 17, opens the 2/2-way control valve 48, so that degrades the pressure prevailing in the chamber 46 via the discharge line 47. This causes a further stroke of the valve needle 43, whereby a larger injection cross-section 52 is released to the valve needle 43.
  • the high pressure line 49 can either at least partially also on the high-pressure accumulator 6 to be integrated, which reduces the construction costs reduced, or a separately arranged Be control line.

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Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, umfassend ein elektrisch angesteuertes Steuerventil (9) mit einer axialen Durchgangsbohrung (10), die durch zwei Ventilsitze (19, 20) in drei Ringräume (11, 12, 13) unterteilt ist, an die jeweils eine Zufuhrleitung (7) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, eine zu einem Einspritzventil (8) abführende Hochdruckleitung (15) und eine Entlastungsleitung (17) angeschlossen sind, und mit einem in der Durchgangsbohrung (10) geführten Steuerkolben (14), der zwei jeweils mit den beiden Ventilsitzen (19, 20) zusammenwirkende Ventildichtflächen (24, 27) aufweist, weist der Steuerkolben (14) erfindungsgemäss eine mit dem ersten Ventilsitz (19) zusammenwirkende weitere Ventildichtfläche (25) auf, deren Abstand (h1) zur ersten Ventildichtfläche (24) mindestens gleich dem Abstand (h2) zwischen zweiter Ventildichtfläche (27) und zweitem Ventilsitz (20) bei geschlossenem ersten Dichtsitz ist. So ist eine Verbindung zwischen der Zufuhrleitung (7) und der Entlastungsleitung (17) sicher verhindert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine solche aus der DE 197 01.879 A1 bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwendet zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen ein elektrisch angesteuertes 3/2-Wege-Steuerventil mit einem in einer axialen Durchgangsbohrung geführten Steuerkolben, der eine zu einem Einspritzventil abgehende Hochdruckleitung wechselnd mit einer Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (Common Rail) zuführenden Zufuhrleitung oder mit einer Entlastungsleitung verbindet. Dazu ist die Durchgangsbohrung durch zwei Ventilsitze in drei Ringräume unterteilt, in die die Zufuhrleitung, die Hochdruckleitung und die Entlastungsleitung jeweils münden. Der Steuerkolben verschließt bei einer Hubbewegung jeweils den einen Ventilsitz, wenn er den anderen Ventilsitz freigibt. Dazu weist der Steuerkolben zwei mit den Ventilsitzen zusammenwirkende Ventildichtflächen auf, deren Abstand größer ist als der Abstand der beiden Ventilsitze. Daher ist die Zufuhrleitung, d.h. die Hochdruckseite, während einer Hubbewegung des Steuerkolbens kurzzeitig auch mit der Entlastungsleitung, d.h. mit Lecköl, direkt verbunden, so daß ein Teil des Kraftstoffs über die Entlastungsleitung abgesteuert wird. Die abgesteuerte Menge ist von dem im Hochdruckspeicher herrschenden Druck abhängig und liegt teilweise erheblich über der Einspritzmenge.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die erste Ventilsteuerkante eine direkte Verbindung zwischen Hochdruckseite und Lecköl sicher verhindert ist. Dies führt zu deutlich reduzierten Absteuermengen und erhöht den hydraulischen Wirkungsgrad.
Bei einem druckgesteuerten Einspritzventil kann das Steuerventil eingesetzt werden, um einen von einer Ventilnadel des Einspritzventils aufsteuerbaren Einspritzquerschnitt des Einspritzventils entweder mit der Zufuhrleitung oder mit der Entlastungsleitung zu verbinden. Die erforderliche Fördermenge der die Hochdruckseite, z.B. einen Hochdruckspeicher, versorgenden Kraftstoffhochdruckpumpe ist somit geringer, und außerdem ist die Temperaturbelastung des Kraftstofftanksystems durch reduzierte Rücklaufmengen mit hoher Absteuertemperatur verringert.
Bei einem druck- und querschnittsgesteuerten Einspritzventil kann das Steuerventil auch zur Steuerung des Einspritzquerschnitts eingesetzt werden. Vorteilhafterweise können gleiche Ventile für die Steuerung der Einspritzmenge und des Einspritzquerschnitts verwendet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel in einer schematischen Gesamtdarstellung, wobei ein für die Einspritzung verwendetes Steuerventil in vergrößerter Detailansicht dargestellt ist;
Fig. 2
eine vergrößerte Schnittansicht durch das Steuerventil der Fig. 1;
Fign. 3 und 4
Diagramme, die Öffnungsquerschnitte des Steuerventils der Fig. 2 in Abhängigkeit seiner Hubbewegung zeigen;
Fig. 5
das Blockschaltbild des Steuerventils der Fig. 2; und
Fig. 6
ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuerventil der Fig. 2 zur Querschnittssteuerung von Einspritzventilen verwendet wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete erste Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 2 auf, die saugseitig über eine Kraftstofförderleitung 3 mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum 4 und druckseitig über die Förderleitung 5 mit einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 6 verbunden ist. Von diesem Hochdruckspeicher 6 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über Zufuhrleitungen 7 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile 8 abgeführt. Zur Steuerung des Einspritzvorganges ist jedem Einspritzventil 8 jeweils ein elektrisch betätigbares Steuerventil 9 in Form eines 3/2-Wegeventils zugeordnet.
Das Steuerventil 9 weist eine axiale Durchgangsbohrung 10 mit einem oberen, mittleren und unteren Ringraum 11, 12, 13 und als Steuerventilglied einen in der Durchgangsbohrung 10 geführten Steuerkolben 14 auf. In den oberen Ringraum 11 mündet die Zufuhrleitung 7, und vom mittleren Ringraum 12 geht eine Hochdruckleitung 15 ab, die in bekannter Weise im Einspritzventil 8 bis an einen von einer Ventilnadel 16 des Einspritzventils 8 aufsteuerbaren Einspritzquerschnitt des Einspritzventils 8 mündet. Der Steuerkolben 14 verbindet den mittleren Ringraum 12 wechselnd mit dem oberen Ringraum 11 oder mit dem unteren Ringraum 13, von dem eine zum Niederdruckraum 4 führende Enlastungsleitung 17 abgeht. Die Verstellbewegung des Steuerkolbens 14 wird dabei von einem Magnetventil 18 gesteuert, das von einem elektrischen Steuergerät (nicht dargestellt) angesteuert wird, welches eine Vielzahl von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine verarbeitet.
Wie die in Fig. 2 gezeigte vergrößerte Schnittansicht des Steuerventils 9 zeigt, ist der mittlere Ringraum 12 vom oberen Ringraum 11 durch einen konischen Ventilsitz 19 und vom unteren Ringraum 13 durch einen Ringabsatz 20 getrennt. Der Querschnitt des Steuerkolbens 14 verjüngt sich von seinem oberen Ende zunächst über zwei konisch ausgebildete obere Ringstirnflächen auf einen mittleren Kolbenabschnitt 21, gegenüber dem ein Schieberkopf 22 an seinem unteren Ende verbreitert ist. Der Durchmesser des mittleren Kolbenabschnitts 21 ist jeweils kleiner als der Öffnungsdurchmesser des Ventilsitzes 19 und des Ringabsatzes 20. Die erste obere Ringstirnfläche 23 ist im Bereich des oberen Ringraums 11 vorgesehen, und die zweite obere Ringstirnfläche bildet eine konische Ventildichtfläche 24, die mit dem Ventilsitz 19 zusammenwirkt. Dieser zwischen der Ventildichtfläche 24 und dem Ventilsitz 19 gebildete Dichtsitz verschließt den oberen Ringraum 11 gegenüber dem mittleren Ringraum 12. An seine konische Ventildichtfläche 24 unten angrenzend weist der Steuerkolben 14 eine erste Ventilsteuerkante 25 auf, die durch die Unterkante eines Ringbundes 26 gebildet ist. Der Ringbund 26 ist paarungsgeschliffen mit geringem Spiel im Ventilsitz 19 geführt, und seine Unterkante bildet zusammen mit dem Ventilsitz 19 ein Schieberventil. Der Abstand der ersten Ventilsteuerkante 25 zur Ventildichtfläche 24, d.h. die Länge des Ringbunds, ist mit h1 bezeichnet. Mit dem Ringabsatz 20 wirkt eine zweite Ventilsteuerkante 27 am Schieberkopf 21 zusammen, wobei der dazwischen gebildete zweite Dichtquerschnitt die Verbindung zwischen dem mittleren und dem unteren Ringraum 12, 13 verschließt. Der Schließhub des durch den Ringabsatz 20 und die zweite Ventilsteuerkante 27 gebildeten Schieberventils ist mit h2 bezeichnet und höchstens so groß wie die Länge h1, d.h. h1 ≥ h2. Die Kraftstoffabfuhr aus dem unteren Ringraum 13 in die Entlastungsleitung 17 erfolgt über eine zur unteren Stirnfläche 28 des Steuerkolbens 14 offene Sackbohrung 29, von der eine als Drosselstelle ausgebildete Querbohrung 30 abführt und in den unteren Ringraum 13 mündet.
Zur Betätigung des Steuerkolbens 14 ist ein hydraulischer Arbeitsraum 31 vorgesehen, der in der Durchgangsbohrung 10 durch die obere Stirnfläche 32 des Steuerkolbens 14 und zum Magnetventil 18 durch eine Zwischenscheibe 33 begrenzt ist. In dieser Zwischenscheibe 33 ist ein vom Arbeitsraum 31 abführender Entlastungskanal 34 vorgesehen, der über das Magnetventil 18 mit dem Niederdruckraum 4 verbindbar ist (Fig. 1). Zur Befüllung des Arbeitsraumes 31 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff sind im Steuerkolben 14 eine Füllbohrung 35 mit einer Queröffnung 36 vorgesehen, deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt des Entlastungskanals 34 ist und die daher eine Drosselstelle bildet. Die Queröffnung 36 geht unterhalb der ersten Ringstirnfläche 23 des Steuerkolbens 14 ab, so daß der Arbeitsraum 31 über die Füllbohrung 35 jederzeit mit der Zufuhrleitung 7 verbunden ist.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 arbeitet in folgender Weise. Beim Anlaufen des Systems wird zunächst über die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 ein Kraftstoffhochdruck im gemeinsamen Hochdruckspeicher 6 aufgebaut, der sich über die verschiedenen Zufuhrleitungen 7 bis an die jeweiligen Steuerventile 9 fortsetzt. Das Magnetventil 18 ist vor Beginn der Einspritzphase stromlos geschaltet, so daß der Entlastungskanal 34 verschlossen ist. Dabei wird der Arbeitsraum 31 über die Füllbohrung 35 mit Kraftstoffhochdruck befüllt und preßt den Steuerkolben 14 aufgrund des Flächenverhältnisses zwischen der Stirnfläche 32 und der ersten Ringstirnfläche 23 mit der Ventildichtfläche 24 gegen den Ventilsitz 19. Somit ist die Verbindung zwischen der Zufuhrleitung 7 und der an den Einspritzquerschnitt am Einspritzventil 8 mündenden Hochdruckleitung 15 verschlossen. Gleichzeitig ist der zweite Dichtquerschnitt zwischen der zweiten Ventilsteuerkante 27 und dem Ringabsatz 20 geöffnet, so daß sich der Druck im Hochdruckkanal 15 bis auf einen bestimmten Restdruck in die Entlastungsleitung 17 entspannen kann. Soll eine Einspritzung am Einspritzventil 8 erfolgen, wird zunächst das Magnetventil 18 bestromt und damit der Entlastungskanal 34 zum Niederdruckraum 4 freigegeben. Da der Querschnitt des Entlastungskanals 34 größer ist als der der Queröffnung 36 in der Füllbohrung 35, entspannt sich der Druck im Arbeitsraum 31 sehr rasch über den Entlastungskanal 34 in den Niederdruckraum 4. Der an der Ringstirnfläche 23 anstehende Kraftstoffhochdruck reicht nunmehr aus, den Steuerkolben 14 zu verschieben. Bei dieser Öffnungshubbewegung hebt zunächst die Ventildichtfläche 24 vom Ventilsitz 19 ab, wobei trotz dieses geöffneten Dichtsitzes die erste Ventilsteuerkante 25 die Verbindung zum mittleren Ringraum 12 noch verschließt. Nach einem Hub h2 wird das Schieberventil durch Anlage der zweiten Ventilsteuerkante 27 am Ringabsatz 20 verschlossen. Entweder gleichzeitig, wenn h1 gleich h2 ist, oder erst nach einem zusätzlichen Hub, wenn h1 größer als h2 ist, gibt die erste Ventilsteuerkante 25 den Dichtsitz frei, und der in der Zufuhrleitung 7 befindliche, unter hohem Druck stehende Kraftstoff strömt am mittleren Kolbenabschnitt 21 entlang in den Hochdruckkanal 15 zum Einspritzventil 8 und hebt dort in bekannter Weise die Ventilnadel 16 entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder 37 von deren Nadelsitz, so daß der Kraftstoff am Einspritzventil 8 über Einspritzöffnungen 38 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
Die Hochdruckeinspritzung am Einspritzventil 8 wird durch erneutes Stromlosschalten des Magnetventils 18 beendet. Aufgrund des nun verschlossen Entlastungskanal 34 kann sich über die Füllbohrung 35 erneut ein Schließdruck im Arbeitsraum 31 aufbauen, so daß die erste Ventilsteuerkante 25 erneut den Ventilsitz 19 verschließt und damit die Verbindung der Zufuhrleitung 7 zum Hochdruckkanal 15 wieder verschlossen ist. Entweder gleichzeitig, wenn h1 gleich h2 ist, oder erst nach einem zusätzlichen Hub, wenn h1 größer als h2 ist, wird das Schieberventil zwischen der zweiten Ventilsteuerkante 27 und dem Ringabsatz 20 erneut aufgesteuert, so daß sich der im Hochdruckkanal 15 befindliche Kraftstoffhochdruck sehr rasch in die Entlastungsleitung 17 entspannt, was ein rasches Nadelschließen am Kraftstoffeinspritzventil 8 zur Folge hat.
In dem Diagramm der Fig. 3 sind die geometrischen Öffnungsquerschnitte A1, A2 am ersten und zweiten Ventilsitz 19, 20 in Abhängigkeit der Hubbewegung des Steuerkolbens 14 aufgetragen, wobei h1 gleich h2 ist. Erst wenn bei einem Hub h1 = h2 der Steuerkolben 14 die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 15 und der Enlastungsleitung 17 verschließt, öffnet der Steuerkolben 14 die Verbindung zwischen Zufuhrleitung 7 und Hochdruckleitung 15.
Der Verlauf der geometrischen Öffnungsquerschnitte A1, A2, wenn h1 größer als h2 ist, ist im Diagramm der Fig. 4 aufgetragen. In einer Zwischenhubphase zwischen h2 und h1 sind beide Öffnungsquerschnitte A1, A2 verschlossen, bis bei einem Hub h1 dann der Steuerkolben 14 die Verbindung zwischen Zufuhrleitung 7 und Hochdruckleitung 15 öffnet.
Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild des als 3/2-Wegeventil wirkenden Steuerventils 9, bei dem der zweite Ringraum 12 entweder im stromlosen Zustand mit dem dritten Ringraum 13 oder im bestromten Zustand mit dem ersten Ringraum 11 verbunden ist.
In Fig. 6 ist mit 40 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit druck- und querschnittsgesteuerten Einspritzventilen 41 bezeichnet. Vom Hochdruckspeicher 6 geht zu jedem Einspritzventil 41 eine Einspritzleitung 42 ab, die in bekannter Weise im Einspritzventil 41 bis an einen von einer Ventilnadel 43 des Einspritzventils 41 aufsteuerbaren Einspritzquerschnitt des Einspritzventils 41 mündet. Die Einspritzung wird von dem Steuerventil 9 in der Einspritzleitung 42 gesteuert. Die den Einspritzöffnungen 44 des Einspritzventils 41 abgewandte Stirnfläche 45 der Düsennadel 43 begrenzt eine Kammer 46, die über eine Entlastungsleitung 47 mit dem Niederdruckraum 4 verbindbar ist. Diese Verbindung wird hydraulisch durch ein 2/2-Wege-Steuerventil 48 gesteuert, dessen als Hochdruckleitung 49 ausgelegte Steuerleitung über das Steuerventil 9' mit einer Zufuhrleitung 50 des Hochdruckspeichers 6 oder mit der Entlastungsleitung 17 verbindbar ist. Bei mit Hochdruck beaufschlagter Steuerleitung, d.h. bei unbestromtem Steuerventil 9', ist das 2/2-Wege-Steuerventil 48 verschlossen.
Durch Bestromen des Steuerventils 9 wird über einen Druckanstieg die Ventilnadel 43 entgegen der Rückstellkraft einer Ventilfeder 51 von ihrem Nadelsitz angehoben, so daß der Kraftstoff am Einspritzventil 8 über die Einspritzöffnungen 44 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Aufgrund des unbestromten Steuerventils 9' ist das 2/2-Wege-Steuerventil 48 verschlossen, und es kommt daher bei dem in der Kammer 46 eingeschlossenen Kraftstoff zu einem Druckanstieg, der zur Steuerung des Einspritzquerschnittes dient. Wird durch Bestromen des Steuerventils 9' der Druck in der Hochdruckleitung 49 über die Entlastungsleitung 17 abgebaut, öffnet das 2/2-Wege-Steuerventil 48, so daß sich der in der Kammer 46 herrschende Druck über die Entlastungsleitung 47 abbaut. Dies bewirkt einen weiteren Hub der Ventilnadel 43, wodurch ein größerer Einspritzquerschnitt 52 an der Ventilnadel 43 freigegeben wird.
Durch Stromlosschalten des 3/2-Wegeventils 9 wird die Einspritzung beendet, und die Ventilnadel 43 verschließt unter der Wirkung der Ventilfeder 51 die Einspritzöffnungen 44, wobei die Kammer 46 wieder mit Kraftstoff aus dem Niederdruckraum 4 aufgefüllt wird. Dann wird auch das Steuerventils 9' stromlos geschaltet.
Wenn das alle Einspritzventile 41 steuernde gemeinsame Steuerventil 9' und die Steuerventile 9 am Hochdruckspeicher (Common Rail) 6 integriert angeordnet sind, sind kleine Injektorabmessungen möglich. Die Hochdruckleitung 49 kann entweder zumindest teilweise ebenfalls am Hochdruckspeicher 6 integriert angeordnet sein, was den Bauaufwand reduziert, oder aber eine separat angeordnete Steuerleitung sein.

Claims (7)

  1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1; 40) für Brennkraftmaschinen, umfassend ein elektrisch angesteuertes Steuerventil (9; 9') mit einer axialen Durchgangsbohrung (10), die durch einen Ventilsitz (19) und einen Ringabsatz (20) in drei Ringräume (11, 12, 13) unterteilt ist, an die jeweils eine Zufuhrleitung (7; 50) für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, eine zu einem Einspritzventil (8; 41) abführende Hochdruckleitung (15; 49) und eine Entlastungsleitung (17) angeschlossen sind, und mit einem in der Durchgangsbohrung (10) geführten Steuerkolben (14), der eine mit dem Ventilsitz (19) zusammenwirkende Ventildichtfläche (24), einen Ringbund (26) mit einer ersten Ventilsteuerkante (25), die mit der die Sitzöffnung des Ventilsitzes (19) definierenden Bohrungswand der Durchgangsbohrung (10) zusammenwirkt, sowie eine zusammen mit dem Ringabsatz (20) ein Schieberventil bildende zweite Ventilsteuerkante (27) aufweist, wobei der Abstand (h1) der ersten Ventilsteuerkante (25) zur Ventildichtfläche (24) mindestens gleich dem Abstand (h2) zwischen zweiter Ventilsteuerkante (27) und Ringabsatz (20) bei geschlossenem Dichtsitz ist.
  2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h1) der ersten Ventilsteuerkante (25) zur Ventildichtfläche (24) bei geschlossenem Dichtsitz größer als der Abstand (h2) zwischen zweiter Ventilsteuerkante (27) und Ringabsatz (20) ist.
  3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbund (26) an die Ventildichtfläche (24) angrenzt.
  4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventildichtfläche (24) und/oder der Ventilsitz (19) in Schließrichtung des Steuerkolbens (14) konisch verjüngen.
  5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (7; 50) an einen Hochdruckspeicher (6) angeschlossen ist.
  6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer Ventilnadel (16; 43) des Einspritzventils (8; 41) aufsteuerbarer Einspritzquerschnitt des Einspritzventils (8; 41) über das Steuerventil (9) entweder mit der Zufuhrleitung (7) oder mit der Entlastungsleitung (17) verbindbar ist.
  7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (9') zur Querschnittssteuerung des Einspritzventils (41) vorgesehen ist.
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