einrichtung zum einspritzen von kraftstoff Technisches Gebiet : Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Einspritzdauer an Einspritzsystemen. Zur Ansteuerung des Steuerventils, welches die Dauer und den Zeitpunkt des Einspritzvorganges in Einspritzsystemen für unter hohem Druck stehenden Kraftstoff steuert, werden heute üblicherweise Magnetventile eingesetzt. Um den Gradienten des Einspritzdruckes zur vermindern, wird dieses für die Booteinspritzung bzw. angelagerte Voreinspritzung nicht ganz geschlossen, sondern in einer nur wenige u, m betragenden geöffneten Position gehalten. In dieser Position wird das Magnetventil durch die reduzierte Magnetkraft des Magneten sowie durch die Federkraft des Kolbens stabilisiert.

Stand der Technik : Um den Gradienten des Einspritzdruckes zu vermindern und einen günstigen Verlauf des Einspritzdruckes während der angelagerten Voreinspritzphase (Bootphase) zu erzielen, ist das Magnetventil in dieser Phase niemals ganz geschlossen, sodann wird durch den es ansteuernden Magneten in einer Zwischenposition gehalten.

Während der Bootphase hängt die Stabilität des Magnetventils und somit gekoppelt die erzielbare Einspritzmenge und der erzielbare Einspritzdruck sehr stark vom Bootstrom ab, d. h. dem Strom, mit welchem der das Steuerventil betätigende Magnet während der Bootphase beaufschlagt werden kann. Durch aufwendige Änderungen an den Hardwarekomponenten des Steuergeräts läßt sich der Bootstrom während der Bootphase mit einer Genauigkeit von i 0,25A voreinstellen. Diese Toleranz ist zwingend erforderlich, um die geforderten Mengentoleranzen der Einspritzmenge der Einspritzpumpen nicht zu überschreiten. Daher wird jede Einspritzpumpe, welche zum Serieneinsatz gelangt, bezüglich ihres Bootstromes während der angelagerten Voreinspritzphase genau kalibriert und klassifiziert. Der jeweils einspritzpumpenindividuelle Bootstrom wird dann am Steuergerät eingestellt, was eine sehr aufwendige Vorgehensweise darstellt, jedoch unbedingt erforderlich ist, um bei einer Genauigkeit der Bootstromvorgabe von 0,25A die geforderte Genauigkeit in der Bemessung der Einspritzmengen zu erzielen.

Es hat sich herausgestellt, daß Magnetventile beim Öffnen nach'erfolgter Haupteinspritzung des Kraftstoffes ein starkes Prellverhalten aufweisen. Dadurch wird die die Einspritzung vornehmende Düsennadel zu Schwingungen angeregt, was eine Reproduzierbarkeit der Einspritzvorgänge, insbesondere der eingespritzten Kraftstoffmenge erschwert. In bestimmten Lastfällen kann es sogar zur Nacheinspritzungen kommen, was extrem unerwünscht ist.

Darstellung der Erfindung : Die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einhergehenden Vorteile sind vor allem darin zu erblicken, daß mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des passiven Kolbens, welcher für die Booteinspritzung notwendig ist, das Prellverhalten des Magnetventils am Ende der Haupteinspritzung sehr positiv beeinflußt werden kann. Wird die Bestromung des Magneten am Ende der Haupteinspritzung ausgeschaltet, so öffnet das Magnetventil durch die

Magnetventilfeder. Im Niederdruckkreis um das Magnetventil entstehen Druckpulsationen. Diese können dazu fuhren, dass der passive Kolben das Magnetventil wieder etwas zudrückt und es somit zur Nacheinspritzung in verschiedenen Lastpunkten kommen kann. Durch die Querbohrung in der Wandung des passiven Kolbens kann dies beseitigt werden. Daraus resultiert eine verbesserte Stabilität sowie ein Reproduzierbarkeit der Spritzdauer ; beides wird durch die Verbesserung des Prellverhaltens des Magnetventils entscheidend beeinflusst.

Durch die im passiven Kolben vorgesehene Querbohrung läßt sich auch die Impulsänderung am Magnetventil während der Bootphase des Einspritzsystems verbessern. So kann bei Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung während der Bootphase des Einspritzsystems bereits eine Bootstromgenauigkeit von 0, 5A ausreichend sein. Eine Vergrößerung des Toleranzfensters von 0, 25A auf 0, SA Bootstromgenauigkeit eröffnet die Möglichkeit, die Hardwareänderungen am Steuergerät des Einspritzsystems im Rahmen zu halten und damit Auslegungskosten einzusparen.

Beim Einsatz des erfindungsgemäß gestalteten Steuerventils (mit Querbohrung) genügt nun eine Bootstromgenauigkeit von 0,5 A, um das Magnetventil in einer stabilen Bootphase zu halten. Durch die am Steuerventil des Einspritzsystems vorgenommenen Änderungen, brauchen die Einspritzpumpen nunmehr nicht mehr auf einen individuellen Bootstrom kalibriert werden, sondern es ist lediglich eine Eignung der Einspritzpumpen in Bezug auf ein Bootstromfenster notwendig, was eine erhebliche Reduktion an Meßaufwand und Meßzeiten bedeutet.

Ist der Einsatz eines Einspritzventils im Rahmen eines Bootstromfensters zulässig, so kann auf die Einstellung eines individuellen Bootstromes während der Voreinspritzphase am Steuergerät des Einspritzsystems verzichtet werden. Ferner

ist beim Austausch von Einspritzpumpen eine Änderung der Steuergeräte- einstellung, bei Verwendung der erfindungsgemäßen gestalteten Steuerventile mit passiven Kolben nicht mehr notwendig.

Zeichnung : Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.- Es zeigt : Figur 1 die Verläufe des Magnetventilhubes des Stroms des Elektromagneten für das Magnetventil, sowie den Düsendruckverlauf jeweils aufgetragen über dem Kurbelwellenwinkel, den Düsennadelhub und die Einspritzrate, und der Magnetventilhub nach der Haupteinspritzung ein signifikantes Prellverhalten aufweist, Figur 2 in schematischer Anordnung die Komponenten eines Einspritzsystems, dessen Steuerventil dessen Steuerventil aus einem Magnetventil und einem passiven Kolben besteht und das Magnetventil zur Formung der Booteinspritzung mit einem passiven Kolben gekoppelt ist, Figur 3 die Ausgestaltung des passiven Kolbens und Figur 4 die Verläufe des Magnetventilhubes, des Stroms des Elektro- magneten für das Magnetventil, sowie den Düsendruckverlauf, Düsennadelhub und Einspritzrate, jeweils aufgetragen über dem Kurbelwellenwinkel unter Einsatz eines erfindungsgemäß modifizierten Steuerventils.

Ausführungsvarianten : Aus der Darstellung gemäß Figur 1 gehen die Verläufe des Magnetventilhubes des den Elektromagneten des Magnetventil steuernden Stromes, sowie der sich einstellende Düsennadeldruck hervor, Mit Bezugszeichen 1 ist der fortlaufend aufgetragene Kurbelwellenwinkel aufgetragen, mit Bezugszeichen 2 ist der Verlauf des Magnetventilhubweges identifiziert. Bezugszeichen 8 identifiziert den Verlauf der Einspritzrate, Bezugszeichen 36 den Verlauf des Druckes, während mit Bezugszeichen 9 der Verlauf des am Elektromagneten jeweils anliegenden Stromes bezeichnet ist.

Das im offenen Zustand befindliche Magnetventil wird durch den Elektromagneten, der mit einem Strom eines ersten Stromniveaus 29 beaufschlagt wird, von seiner offenen in die geschlossene Position gefahren. Der passive Kolben macht infolge dessen ebenfalls einen Hub, wobei der Hub des Kolbens kleiner ist als der Hub des Magnetventiles. Durch Reduktion des Stromniveaus auf ein zweites Stromniveau 30, öffnet das Magnetventil und geht in die Zwischenposition über. Das Magnetventil und der passive Kolben sind nun mehr miteinander gekoppelt (der Hub des Magnetventiles entspricht dem Hub des Kolbens).

Dieser Stellvorgang stellt den Beginn der Bootphase 3 des Einspritzventils dar.

Während dieser Phase besitzt der Druckanstieg 36 nur einen leichten Gradienten.

Das Ende der Voreinspritzphase 3 erfolgt durch eine Ansteuerung des das Steuerventil 16 steuernden Elektromagneten mit einem ersten Stromniveau 29.

Der Druck steigt während der Haupteinspritzung dreiecksförmig an. Die Haupteinspritzphase, gekennzeichnet durch das Bezugzeichen 4, in den Kurverlzugen gemäß der Darstellung nach Figur 1, ist bei etwa 45°

Kurbelwellenwinkel beendet, der Elektromagnet des Steuerventils wird stromlos, das Magnetventil geht in seinen öffnenden Zustand über. Dabei tritt gemäß den bisher bekannten Lösungen des Standes der Technik eine mit Bezugszeichen 6 bezeichnete Amplitude auf, die ein unerwünschtes Prellverhalten nach dem Öffnen des Magnetventils identifiziert. Das Magnetventil geht demnach nicht unmittelbar in seinen sich einstellenden stationären Zustand, bezeichnet mit Bezugszeichen 7, über, sondern induziert im Einspritzsystem Schwingungen, die im Extremfall in bestimmten Lastpunkten des Einspritzsystems zu Nacheinspritzem am Düsennadelventil führt, die im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine höchst unerwünscht sind.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 gehen in schematischer Weise die Komponenten eines Einspritzsystems hervor.

Von einem Steuerventil 16 aus, welches einen es ansteuernden Elektromagneten 17 enthält, erstreckt sich der die Hochdruckleitung 37, ausgehend vom Ventilraum 18 bis zu dem Injektor. Im Anschluß daran führen die Bohrungen im Injektor zum oberen Düsenraum 13. Die Düsennadel 10, beaufschlagt durch ein sich am Düsengehäuse abstützendes Federelement, erstreckt sich in den Brennraum eines Verbrennungskraftmaschine und enthält einen Düsensitz 11, durch dessen Freigabe der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in Form eines Einspritzkegels 12 in den Brennraum eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.

Der Ventilraum 18 ist ebenfalls mit dem Pumpenraum 23 verbunden. Ist das gesamte Hochdrucksystem mit Kraftstoff gefüllt, wird dieser mittels des Pumpenkolbens 24 auf hohen Druck gebracht, abhängig von der Förderrate, Drehzahl und Magnetventilposition. Das Steuerventil 16 steht darüber hinaus im Pumpengehäuse über einen Abzweig 35 mit einer Rücklaufleitung für Kraftstoff in Verbindung.

Ferner besitzt das Pumpengehäuse eine weitere Kraftstoffzuleitung, in der Darstellung gemäß Figur 2 mit Bezugszeichen 26 gekennzeichnet.

Das Magnetventil 16 ist mit einem mit einem passiven Kolben 20 gekoppelt. Der Kolben 20 ist durch eine Druckfeder 19 beaufschlagt, die sich am den Kolben 20 umgebenden Gehäuseteil 21 des Pumpengehäuses 22 abstützt. Der Kolben 20 ist von einer Durchgangsbohrung durchsetzt, die koaxial zur das Steuerteil des Steuerventils 16 durchsetzenden Bohrung 27 angeordnet ist. Die Bohrung 21 im passiven Kolben 20 ist vorzugsweise als Querbohrung ausgestaltet und verbindet die Durchgangsbohrung des Kolbens 20 mit einem Hohlraum 32, den der Kolben 20 mit dem Ventilanschlag 31 einschließt. Vom Hohlraum 32 zweigt eine Austrittsbohrung 33 durch den Ventilanschlag in den umgebenden Hohlraum 34 ab. Mit diesem Hohlraum 34 im ist die Rücklaufleitung 25 für den Kraftstoff über einen Abzweig 3 5 verbunden ; ferner zweigt vom Hohlraum 3 4 innerhalb des Pumpengehäuses eine Rücklaufleitung in den Bereich des Elektromagneten 17 ab.

Die Querbohrung 21 im passiven Kolben, weist einen Durchmesser von nur wenigen Millimetern, im Bereich von 2 bis 3mm liegend, vorzugsweise etwa 2,4mm auf und bewirkt, daß beim stromlosem Elektromagneten 17 nach erfolgter Haupteinspritzphase 4 (vergl. Figur 1) ein Druckausgleich im Hohlraum 32 und im passiven Kolben stattfindet. Der passive Kolben ist nun druckausgeglichen und kann somit das Ventil nicht zum Rückprellen anstoßen (vergl. Zustand 6, Figur 4 und Figur 1).

Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht die Konfiguration des Ventilanschlages 31 und des Kolbens 20 näher hervor.

Innerhalb des Ventilanschlags 31, welcher eine Bohrung 3 3 zur Verbindung des Hohlraums 32 mit dem Hohlraum 34 aufweist, ist der den passive Kolben 20 über

eine Druckfeder 19 beaufschlagt und enthält in seinem verjüngten Bereich eine die Kolbenwandung durchsetzende Querbohrung 21, vorzugsweise mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern, etwa 2 bis 3mm. Die Querbohrung 21 verbindet die Durchgangsbohrung im Kolben 20 über einen Hohlraum 32 (vergl.

Figur 2) mit einer Bohrung 33 im Ventilanschlag 31, welcher den Kolben 20 umgibt und sorgt somit dafür, dass der passive Kolben druckausgeglichen ist.

Aus der Darstellung gemäß Figur 4 gehen der Magnetventilhubweg 2, der den Elektromagneten 17 beaufschlagende Verlauf des Stromes 9 sowie der sich in der Leitung einstellende Druckverlauf 36 näher hervor.

Während der Haupteinspritzphase 4, während der der Elektromagnet 17 des Steuerventils 16 mit dem Strom auf einem ersten Stromniveau 29 liegend angesteuert wird, wird der Elektromagnet 17 bei etwa 40'Kurbelwinkel stromlos gesetzt. Dadurch bedingt fahrt das Magnetventil von seiner während der Haupteinspritzphase 4 geschlossenen Position in seine geöffnete Position 7, wobei nun gemäß der Darstellung in Figur 4 das Magnetventil leicht bzw. eventuell gar nicht zurückprellt (Hubsignal durch optischen Sensor) und in seinen offenen Zustand geht. Dieser Preller 28 ist im Magnetventilhubweg 2 durch die, verglichen mit der Darstellung gemäß Figur 1, deutlich verringerte Amplitude 6 gekennzeichnet. Bei Verwendung des passiven Kolbens mit Querbohrung im Steuerventil 16 stellt sich demnach ein deutlich geglätteter das Prellverhalten nahezu ausschließender Magnetventilhubweg ein, der das Auftreten von unerwünschten Nacheinspritzungen an der Düsennadel 10 definitiv ausschließt.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Kolben 20 mit Querbohrung21 versehenes Steuerventil 16 weist prinzipbedingt iür die Bootphase eine wesentlich höhere Dosierbarkeit und Steuerbarkeit der Einspritzmengen und der Einspritzzeitpunkte von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff auf. Daher ist es bei Verwendung des erfindungsgemäß beschaffenen Steuerventils nunmehr möglich, anstelle eines

Toleranzbereichs von i 0, 25A während der Voreinspritzphase 3 (Bootphase), nunmehr Bootstromfenster von 0, 5A zuzulassen. Dadurch lassen sich die am Steuergerät des Einspritzsystems vorzunehmenden Änderungen in Bezug auf die Toleranzen des Bootstromes wesentlich herabsetzen, was mit einer erheblichen Kostenersparnis verbunden ist.

Eventuell kann alternativ bei Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kolbens 20 im Steuerventil 16 und bei Garantie einer Bootstromtoleranz von 0, 5A das aufwendige und zeitraubende Kalibrieren von Einspritzpumpen auf individuelle Bootströme entfallen, da nunmehr lediglich auf Bootstromfenster und nicht mehr auf individuelle Bootstromwerte kalibriert werden muß, was ein wesentlich leichteres Meßverfahren erlaubt. Ferner brauchen eventuell individuelle Bootströme nicht mehr an den Steuergeräten separat eingestellt werden, so daß bei insgesamt geringeren Kosten eine wesentlich genauere Reproduzierbarkeit und Stabilität der Spritzdauer an Einspritzsystemen erreichbar ist.