Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist durch die DE A bekannt. Diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe und ein mit dieser eine Baueinheit bildendes Kraftstoffeinspritzventil auf. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist einen durch die Brennkraftmaschine in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben auf, der einen Pumpenarbeitsräum begrenzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist wenigstens ein Einspritzventilglied auf, durch das wenigstens eine Einspritzöffnung gesteuert wird. Das Einspritzventilglied ist von dem in einem mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils herrschenden Druck in Öffnungsrichtung beaufschlagt und durch wenigstens eine vorgespannte Schließfeder in Schließrichtung beaufschlagt. Es ist außerdem ein elektrisch betätigtes Steuerventil vorgesehen, durch das zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zumindest mittelbar eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums mit einem Entlastungsbereich gesteuert wird. Durch das Steuerventil wird der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung und die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt, indem das Steuerventil während des Förderhubs des Pumpenkolbens zu einem durch eine elektronische Steuereinrichtung abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Zeitdauer geschlossen wird, so dass sich im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum Hochdruck aufbaut.

Wenn der im Pumpenarbeitsraum und im Druckraum herrschende Druck so hoch ist, dass die auf das Einspritzventilglied in Öffnungsrichtung wirkende Druckkraft größer ist als die in Schließrichtung wirkende Kraft der Schließfeder, so öffnet das Einspritzventilglied und die Kraftstoffeinspritzung beginnt. Kurze Zeit nachdem das Einspritzventilglied geöffnet hat wird der Ausweichkolben durch den ansteigenden Druck im Pumpenarbeitsraum bis zu einem Anschlag verschoben, wodurch die Vorspannung der Schließfeder erhöht wird, so dass das Einspritzventilglied wieder schließt und die Voreinspritzung beendet ist. Nachfolgend steigt der Druck im Pumpenarbeitsräum und im Druckraum weiter an und das Einspritzventilglied öffnet zur Haupteinspritzung, wenn die in Öffnungsrichtung auf dieses wirkende Druckkraft größer ist als die erhöhte Schließkraft der Schließfeder. Nachteilig bei dieser Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist, dass der zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung nicht veränderbar ist, da dieser durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens festgelegt ist. Die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge ist ebenfalls durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens festgelegt und nicht veränderbar. Die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge ändert sich abhängig von der Drehzahl, des Einspritzbeginns und der Temperatur, wobei diese Änderung nicht ausgeglichen werden kann. Während der Voreinspritzung öffnet das Einspritzventilglied unter Umständen nicht vollständig, wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge schwanken kann. Weiterhin können die Öffnungsdrücke des Einspritzventilglieds zur Voreinspritzung und zur Haupteinspritzung nicht unabhängig voneinander festgelegt werden, da diese durch die hydraulische Auslegung des Ausweichkolbens miteinander gekoppelt sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass der zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, die bei der Voreinspritzung eingespritzte KraftStoffmenge sowie der Öffnungsdruck des Einspritzventilglieds bei der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils variabel sind. Außerdem ist sichergestellt, dass sich das Einspritzventilglied bei der Voreinspritzung mit einem definierten Öffnungshub öffnet, so dass auch kleine Kraftstoffeinspritzmengen bei der Voreinspritzung exakt dosiert werden können. Schließlich können die Einflüsse der Drehzahl, des Einspritzbeginns und der Temperatur auf die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils kompensiert werden, so~'dass bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die erforderliche Kraftstoffmenge eingespritzt wird.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung in schematischer Darstellung und Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen in Figur 1 mit - A -

II bezeichneten Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einem Einspritzventilglied in einer geschlossenen Stellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und weist einen oder mehrere Zylinder auf. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen, die als Pumpe-Düse-Einheit ausgebildet ist und die für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine jeweils eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und ein mit dieser eine Baueinheit bildendes Kraftstoffeinspritzventil 12 aufweist.

Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist einen Pumpenkörper 14 mit einer Zylinderbohrung 16 auf, in der ein Pumpenkolben 18 dicht geführt ist. Der Pumpenkolben 18 wird zumindest mittelbar durch:' einen Nocken 20 einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 19 in einer Hubbewegung angetrieben. Der Pumpenkolben 18 begrenzt in der Zylinderbohrung 16 einen Pumpenarbeitsraum 22, in dem beim Förderhub des Pumpenkolbens 18 Kraftstoff unter Hochdruck verdichtet wird. Dem Pumpenarbeitsraum 22 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 24 des Kraftfahrzeugs mittels einer Förderpumpe 25 zugeführt.

Das Kraftstoffeinspritzventil 12 weist einen Ventilkörper 26 auf, der mehrteilig ausgebildet sein kann, und in dem wenigstens ein Einspritzventilglied 28 in einer Bohrung 30 längsverschiebbar geführt ist. Der Ventilkörper 26 weist an seinem dem Brennraum des Zylinders der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Einspritzöffnungen 32 auf. Das Einspritzventilglied 28 weist an seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich eine beispielsweise etwa kegelförmige Dichtfläche 34 auf, die mit einem im Ventilkörper 26 in dessen dem Brennraum zugewandtem Endbereich ausgebildeten Ventilsitz 36 zusammenwirkt, von dem oder nach dem die Einspritzöffnungen 32 abführen. Im Ventilkörper 26 ist zwischen dem Einspritzventilglied 28 und der Bohrung 30 zum Ventilsitz 36 hin ein Ringraum 38 vorhanden, der in seinem dem Ventilsitz 36 abgewandten Endbereich durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 in einen das Einspritzventilglied 28 umgebenden Druckraum 40 übergeht. Das Einspritzventilglied 28 weist auf Höhe des Druckraums 40 durch eine Querschnittsverringerung zu seinem dem Brennraum zugewandten Ende hin eine Druckschulter 42 auf.

Vom Pumpenarbeitsraum 22 führt durch den Pumpenkörper 14 und den Ventilkörper 26 ein Kanal 50 ab, der in den Druckraum 40 mündet. Vom Kanal 50 führt eine Verbindung zu einem Entlastungsbereich ab, der der Kraftstoffvorratsbehälter 24 oder die Druckseite der Förderpumpe 25 sein kann. Die Verbindung des Kanals 50 und damit des Pumpenarbeitsraums 22 und des Druckraums 40 mit dem Entlastungsbereich wird durch ein elektrisch betätigtes Steuerventil 52 gesteuert, das durch eine elektronische Steuereinrichtung 54 angesteuert wird. Das Steuerventil 52 kann einen elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktor 56 aufweisen. Der Steuereinrichtung 54 werden über entsprechende Sensoren 58 Informationen über verschiedene Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zugeführt, insbesondere über die Drehzahl, Last, Kraftstofftemperatur und gegebenenfalls weitere Parameter.

Das Einspritzventilglied 28 wird durch eine an diesem angreifende erste vorgespannte Schließfeder 60 in Schließrichtung beaufschlagt, die in einer sich an die Bohrung 30 zum Pumpenarbeitsraum 22 hin anschließenden Bohrung 62 im Ventilkörper 26 angeordnet ist. Die erste Schließfeder 60 ist als Schraubendruckfeder ausgebildet und zwischen dem Einspritzventilglied 28 und dem Ventilkörper 26 eingespannt. Die erste Schließfeder 60 kann sich direkt oder über eine Druckstange 64 am Einspritzventilglied 28 abstützen. Es ist außerdem eine zweite vorgespannte Schließfeder 66 für das Einspritzventilglied 28 vorgesehen, die jedoch erst auf das Einspritzventilglied 28 wirkt, wenn dieses ausgehend von seiner Schließstellung einen bestimmten Öffnungshub hl ausgeführt hat. Die zweite Schließfeder 66 ist zwischen der ersten Schließfeder 60 und dem Einspritzventilglied 28 in der Bohrung 62 angeordnet. Die zweite Schließfeder 66 stützt sich einerseits über eine in die Bohrung 62 fest eingefügte Trennwand 68 zur ersten Schließfeder 60 hin ab und andererseits über einen Federteller 70 an einem Stützelement 72 ab. Das Stützelement 72 ist in einer im Durchmesser gegenüber der Bohrung 62 kleineren Bohrung 74 in einem Teil des Ventilkörpers 26 verschiebbar geführt. Das •Einspritzventilglied 28 oder die Druckstange 64 tritt durch das hohl ausgebildete Stützelement 72 hindurch. Das Stützelement 72 kommt in der nicht komprimierten Ausgangslage der zweiten Schließfeder 66 mit einem das Einspritzventilglied 28 umgebenden Rand 73 an einem Teil des Ventilkörpers 26 zur Anlage. Das Einspritzventilglied 28 kommt nach dem Öffnungshub hl mit einer an diesem ausgebildeten Ringschulter 76 am Stützelement 72 zur Anlage. Der Abstand zwischen der Ringschulter 72 des Einspritzventilglieds 28 und dem Stützelement 72 bestimmt somit den Öffnungshub hl des Einspritzventilglieds 28, auf dem nur die erste Schließfeder 60 wirkt. In Figur 2 ist das Einspritzventilglied 28 in seiner geschlossenen Stellung dargestellt. Das Einspritzventilglied 28 kann zusätzlich zum Öffnungshub hl einen weiteren Öffnungshub h2 ausführen, auf dem. dann beide Schließfedern 60 und 66 auf das Einspritzventilglied 28 wirken. Der Öffnungshub h2 ist dadurch begrenzt, dass das Stützelement 72 an einer durch eine Durchmesserverringerung der Bohrung 74 gebildeten Ringschulter 78 am Ventilkörper 26 zur Anlage kommt.

Nachfolgend wird die Funktion der Kraftstoffeinspritzeinrichtung erläutert. Beim Saughub des Pumpenkolbens 18 ist das Steuerventil 52 geöffnet, so dass der Pumpenarbeitsraum 22 durch die Förderpumpe 25 mit Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 24 befüllt wird. Beim Förderhub wird der Pumpenkolben 18 durch den Nocken 20 in die Zylinderbohrung 16 hineinbewegt, wobei sich ein durch das Profil des Nockens 20 bestimmter Druckverlauf im Pumpenarbeitsräum 22 einstellt. Zu einem durch die Steuereinrichtung 54 bestimmten Zeitpunkt wird durch diese das Steuerventil 52 geschlossen, so dass sich im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck so hoch ist, dass die durch diesen über die Druckschülter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte- Kraft größer ist als die Kraft der ersten Schließfeder 60, so öffnet das Einspritzventilglied 28 zu einer Voreinspritzung von Kraftstoff mit dem Öffnungshub hl, bis es mit seiner Ringschulter 76 am Stützelement 72 zur Anlage kommt. Die auf das Einspritzventilglied 28 in Öffnungsrichtung 29 wirkende Druckkraft ist jedoch zu gering, um das Einspritzventilglied 28 gegen die zusätzliche Kraft der zweiten Schließfeder 66 weiter zu öffnen, so dass das Einspritzventilglied 28 nur den Öffnungshub hl ausführt. Wenn die von der Steuereinrichtung 54 für die Voreinspritzung festgelegte Kraftstoffmenge eingespritzt ist, so wird das Steuerventil 52 durch die Steuereinrichtung 54 geöffnet, so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 so stark abfällt, dass das Einspritzventilglied 28 bedingt durch die erste Schließfeder 60 wieder schließt und die Voreinspritzung beendet ist.

Zu einem wiederum durch die Steuereinrichtung 54 bestimmten Zeitpunkt wird durch diese das Steuerventil 52 wieder geschlossen, so dass sich im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 wieder Hochdruck aufbaut. Wenn der Druck so hoch ist, dass die durch diesen über die Druckschulter 42 auf das Einspritzventilglied 28 erzeugte Kraft größer ist als die Kraft der ersten Schließfeder 60, so öffnet das Einspritzventilglied 28 zu einer Haupteinspritzung von Kraftstoff zunächst mit dem Öffnungshub hl, bis es mit seiner Ringschulter 76 am Stützelement 72 zur Anlage kommt. Der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 steigt bedingt durch das Profil des Nockens 20 weiter an, so dass die auf das Einspritzventilglied 28 wirkende Druckkraft so groß ist, dass das Einspritzventilglied 28 den weiteren Öffnungshub h2 gegen die zusätzliche Kraft der zweiten Schließfeder 66 ausführt. Wenn die von der Steuereinrichtung 54 für die Haupteinspritzung festgelegte Kraftstoffmenge eingespritzt ist, so wird das Steuerventil 52 durch die Steuereinrichtung 54 geöffnet, so dass der Druck im Pumpenarbeitsraum 22 und im Druckraum 40 so stark abfällt, dass das Einspritzventilglied 28 bedingt durch die beiden Schließfedern 60,66 wieder schließt und die Haupteinspritzung beendet ist. Zu einer Nacheinspritzung von Kraftstoff, wie dies beispielsweise für Abgasreinigungseinrichtungen wie Partikelfilter erforderlich sein kann, kann das Steuerventil 52 durch die Steuereinrichtung 54 nochmals geschlossen werden.

Der zeitliche Abstand zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, der Druck, bei dem die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung beginnt sowie die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge können durch entsprechende Ansteuerung des Steuerventils 52 durch die Steuereinrichtung 54 variabel abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine festgelegt werden. Durch die Steuereinrichtung 54 kann außerdem der Einfluss der Betriebsparameter auf die bei der Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoffmenge korrigiert werden, so dass bei allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die erforderliche Voreinspritzmenge gewährleistet ist. Während der Voreinspritzung ist das Einspritzventilglied 28 mit dem definierten Öffnungshub hl geöffnet, so dass auch geringe Kraftstoffmengen bei der Voreinspritzung exakt dosiert werden können.