Aus der DE 44 14 242 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen bekannt, bei der jedem Zylinder eine Einspritzeinheit zugeordnet ist, die von einer Hochdruckkraftstoffzuführung mit Kraftstoff versorgt wird, der unter einem relativ hohen Druck steht. In der Hochdruckkraftstoffzuführung ist vor der Einspritzeinheit ein Durchflussbegrenzungsventil angeordnet, das dann schließt, wenn der aus dem Durchflussbegrenzungsventil abfließende Kraftstoff eine Kraftstoffmaximalmenge erreicht. Auf diese Weise sollen Beschädigungen der Brennkraftmaschine aufgrund einer Leckage in der Einspritzeinheit vermieden werden.

In der DE 197 09 794 A1 ist eine Einspritzeinheit näher beschrieben, in der ein Einspritzventil axial verstellbar gelagert ist, das eine Ventilnadel und einen damit antriebsverbundenen Kolben aufweist, wobei die Ventilnadel

zwischen einer in einem Brennraum des Zylinders mündenden Einspritzdüse und einer mit der Hochdruckkraftstoffzuführung kommunizierenden Düsenzulaufleitung angeordnet ist und wobei der Kolben an einem von der Ventilnadel abgewandten Ende mit einer Schließfläche in einen Schließdruckraum und an einem der Ventilnadel zugewandten Ende mit einer Öffnungsfläche in einen Öffnungsdruckraum hineinragt. Während der Schließdruckraum über eine Drossel mit der Hochdruckkraftstoffzuführung kommuniziert, ist der Öffnungsdruckraum ungedrosselt mit der Hochdruckkraftstoffzuführung kommunizierend verbunden. Außerdem ist zwischen dem Schließdruckraum und einem Entlastungsraum, in dem ein relativ niedriger Druck herrscht, ein Steuerventil angeordnet. Die Schließfläche ist größer gewählt als die Öffnungsfläche. Bei geschlossenem Steuerventil herrscht im Öffnungsdruckraum derselbe (Hoch) Druck wie im Schließdruckraum, so daß sich am Kolben aufgrund der vorgenannten Flächendifferenz eine resultierende Kraft einstellt, die das Einspritzventil in seine Schließstellung antreibt. Sobald das Steuerventil, zum Beispiel über einen elektrisch betätigten Piezoaktuator, geöffnet wird, sind der Schließdruckraum und der Entlastungsraum kommunizierend miteinander verbunden, so daß im Schließdruckraum ein Druckabfall stattfindet. Da der Druck im Öffnungsdruckraum gleich hoch bleibt, wirkt am Kolben eine resultierende Kraft, die das Einspritzventil in seine Öffnungsstellung antreibt. Zum Öffnen des Einspritzventils wird die Ventilnadel aus einem in der Einspritzdüse ausgebildeten Ventilsitz herausgezogen, so daß der Kraftstoff mit hohem Druck in die Brennkammer einspritzen kann.

Da bei den bekannten Kraftstoffeinspritzanlagen das Durchflussbegrenzungsventil in der Hochdruckkraftstoffzuführung stromauf der Einspritzeinheit angeordnet ist, muß die im Durchflussbegrenzungsventil definierte Kraftstoffmaximalmenge so gewählt sein, daß sie folgende Kraftstoffteilmengen enthält : Die maximale Einspritzmenge, die für die Brennkraftmaschine erforderlich ist, um ihre maximale Leistung in allen

Betriebszuständen erreichen zu können. Eine weitere Kraftstoffteilmenge ergibt sich aus der Steuermenge, die erforderlich ist, um zum Öffnen des Einspritzventils die Druckentlastung des Schließdruckraumes, bei der Kraftstoff in den Entlastungsraum abfließt, durchführen zu können. Schließlich muß als weitere Kraftstoffteilmenge die für die jeweilige Einspritzeinheit gerade noch tolerierbare Leckagemenge berücksichtigt werden, die insbesondere aus Leckagen im Einspritzventil und im Steuerventil zusammengesetzt ist. Damit eine Fehlfunktion der Einspritzeinheit, zum Beispiel ein in seiner Offenstellung blockiertes Ventil oder eine nicht mehr tolerierbare Leckage, dazu führt, daß das Durchflussbegrenzungsventil die Kraftstoffzuführung zur Einspritzeinheit sperrt, muß diese relativ große Kraftstoffmaximalmenge erreicht werden. Kleinere Leckagen können somit nur in solchen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine zu einem Ansprechen des Durchflussbegrenzungsventils führen, in denen eine relativ große Einspritzmenge erforderlich ist.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat dem gegenüber den Vorteil, daß die Kraftstoffmaximalmenge verkleinert werden kann, so daß das Durchflussbegrenzungsventil früher anspricht, wodurch der Schutz der Brennkraftmaschine vor Beschädigungen verbessert wird.

Die Kraftstoffmaximalmenge kann bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage reduziert werden, da das Durchflussbegrenzungsventil in der Düsenzulaufleitung angeordnet ist und somit unabhängig von Leckagen im Steuerventil arbeitet.

Dementsprechend kann die Kraftstoffmaximalmenge bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage um die relativ große Steuermenge und um die für das Steuerventil tolerierbare Leckagemenge reduziert werden. Dementsprechend ist die neue Kraftstoffmaximalmenge nur noch geringfügig größer, nämlich um

die für das Einspritzventil tolerierbare Leckagemenge, als die maximal erforderliche Einspritzmenge.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage sind der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnungen Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch, Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Einspritzeinheit der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzanlage, Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein in Fig. 1 mit II gekennzeichnetes Detail bei einer anderen Ausführungsform und Fig. 3 eine Schnittansicht des Details aus Fig. 2 entsprechend den Schnittlinien III in Fig. 2.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder eine Einspritzeinheit zugeordnet ist.

Entsprechend Fig. 1 wird eine solche Einspritzeinheit 1 über eine Hochdruckkraftstoffzuführung 2 mit Kraftstoff versorgt, der unter einem relativ hohen Druck, nämlich dem Einspritzdruck, steht.

Die Einspritzeinheit 1 enthält ein stabformiges Einspritzventil 3, das in der Einspritzeinheit 1 axial verstellbar gelagert ist.

Das Einspritzventil 3 besteht aus einem zylindrischen Kolben 4, der an einem axialen Ende mit einer Ventilnadel 5 antriebsverbunden ist. Diese Ventilnadel 5 weist an ihrem axial freien Ende eine konische Nadelspitze 6 auf, die mit einem in einer Einspritzdüse 7 ausgebildeten Nadelventilsitz 8 zusammenwirkt. Die Einspritzdüse 7 ragt dabei in einen nur symbolisch dargestellten Brennraum 9 des der Einspritzeinheit 1 zugeordneten Zylinders ein.

Zwischen der Ventilnadel 5 und dem Bereich der Einspritzeinheit 1, in welchem die Ventilnadel 5 geführt ist, ist ein radialer hülsenförmiger Ringspalt 10 ausgebildet, der beim Übergang der Ventilnadel 5 in den Kolben 4 in einen ringförmigen Öffnungsdruckraum 11 mündet. In diesen Öffnungsdruckraum 11 ragt das der Ventilnadel 5 zugewandte axiale Ende des Kolbens 4 hinein, wobei sich aufgrund der Durchmesserdifferenz zwischen Kolben 4 und Ventilnadel 5 eine Öffnungsfläche 12 ausbildet, die dem im Öffnungsdruckraum 11 herrschenden Druck ausgesetzt ist.

Der Öffnungsdruckraum 11 kommuniziert über eine Düsenzulaufleitung 13 mit der Hochdruckkraftstoffzuführung 2. In dieser Düsenzulaufleitung 13 ist ein-weiter unten näher beschriebenes-Durchflussbegrenzungsventil 14 angeordnet. Über die kommunizierende Verbindung des Öffnungsdruckraumes 11 mit der Hochdruckkraftstoffzuführung 2 herrscht im Öffnungsdruckraum 11 der Hochdruck bzw. der Einspritzdruck des Kraftstoffes.

An dem von der Ventilnadel 5 abgewandten axialen Ende des Kolbens 4 ist in der Einspritzeinheit 1 ein Schließdruckraum 15 ausgebildet, in den der Kolben 4 mit seiner axialen Stirnfläche hineinragt, die dort eine dem im Schließdruckraum 15 herrschenden Druck ausgesetzte Schließfläche 16 bildet. Der Schließdruckraum 15 kommuniziert über eine Drossel 17 mit einem in der Einspritzeinheit 1 ausgebildeten Ringraum 18, der

seinerseits über eine Bohrung 19 und eine Leitung 20 mit der Hochdruckkraftstoffzuführung 2 kommunizierend verbunden ist. Auf diese Weise kann sich im Schließdruckraum 15 derselbe Hochdruck bzw. Einspritzdruck des Kraftstoffes einstellen wie im Öffnungsdruckraum 11. Da jedoch die Schließfläche 16 größer ist als die Öffnungsfläche 12, ergibt sich dann eine nach unten wirkende, die Nadelspitze 6 in den Nadelventilsitz 8 antreibende resultierende Kraft.

Der Schließdruckraum 15 kommuniziert über eine Entlastungsbohrung 21 mit einem Entlastungsraum 22, in dem ein relativ niedriger Druck herrscht, zum Beispiel Umgebungsdruck.

Im Entlastungsraum 22 ist ein Ventilsitz 23 ausgebildet, mit dem ein Ventilkörper 24 eines in der Einspritzeinheit 1 axial verstellbar gelagerten Steuerventils 25 zum Öffnen und Schließen der Entlastungsbohrung 21 zusammenwirkt. Der Ventilkörper 24 ist dabei mittels einer Schraubendruckfeder 26 in seine Schließstellung, das heißt in den Ventilsitz 23 vorgespannt. Der Ventilkörper 24 ist mit einem Steuerkolben 27 antriebsverbunden, der an einem dem Ventilkörper 24 zugewandten Ende eine Druckschulter 28 aufweist, die in einen Druckraum 29 einragt und somit dem darin herrschenden Druck ausgesetzt ist. In diesen Druckraum 29 ragt außerdem eine Druckfläche 30 eines elektrisch betätigbaren Piezoaktuators 31 ein.

Die Einspritzeinheit 1 arbeitet wie folgt : In einer Ruhestellung der Einspritzeinheit 1 ist der Piezoaktuator 31 deaktiviert, so daß die Schraubendruckfeder 26 den Ventilkörper 24 in seine Schließstellung vorspannt. Dadurch ist der Entlastungsraum 22 vom Schließdruckraum 15 getrennt, so daß sich über die Drossel 17 im Schließdruckraum 15 der Einspritzdruck aufbauen kann. Wenn im Schließdruckraum 15 der Einspritzdruck herrscht, ist die sich an der Schließfläche 16 ausbildende Schließkraft größer als die sich an der

Öffnungsfläche 12 im Öffnungsdruckraum 11 ausbildende Öffnungsdruckkraft. Das Einspritzventil 3 ist dann geschlossen.

Wenn eine Einspritzung stattfinden soll, wird der Piezoaktuator 31 elektrisch aktiviert, wobei dieser sich ausdehnt, so daß dessen Druckfläche 30 in den Druckraum 29 eindringt und eine darin eingebrachte Übertragungsflüssigkeit verdrängt. In entsprechender Weise wird an der Druckschulter 28 des Steuerkolbens 27 eine Kraft wirksam, die den Steuerkolben 27 und somit das Steuerventil 25 in Öffnungsrichtung verstellt. Sobald der Ventilkörper 24 die Verbindung zwischen Entlastungsraum 22 und Schließdruckraum 15 freigibt, sinkt der Druck im Schließdruckraum 15, da über die Drossel 17 weniger Kraftstoff nachfließen kann als über die Entlastungsbohrung 21 abfließt.

Dadurch findet im Schließdruckraum 15 ein Druckabfall statt, während der Druck im Öffnungsdruckraum 11 konstant bleibt.

Dadurch wird die am Kolben 4 angreifende Öffnungskraft größer als die Druckkraft und die Nadelspitze 6 hebt vom Nadelventilsitz 8 ab. Der über den Ringspalt 10 der Einspritzdüse 7 zugeführte Kraftstoff kann dann mit dem Einspritzdruck in den Brennraum 9 eingespritzt werden.

Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird der Piezoaktuator 31 wieder deaktiviert, so daß das Steuerventil 25 aufgrund der Feder 26 wieder schließt. Über die Drossel 17 kann sich dann im Schließdruckraum 15 relativ rasch wieder der Einspritzdruck aufbauen, so daß die Schließkraft wieder größer wird als die Öffnungskraft und das Einspritzventil 3 schließt.

Für den Fall, daß am Einspritzventil 3 eine Leckage auftritt, ist die Kraftstoffmenge, die durch die Einspritzdüse 7 in den Brennraum 9 eintreten kann durch eine im Durchflußbegrenzungsventil 14 definierte Kraftstoffmaximalmenge begrenzt. Bei der Festlegung dieser Kraftstoffmaximalmenge können tolerierbare Leckagen im Steuerventil 25 sowie die zur Steuerung des Einspritzventils 3 erforderliche Steuermenge

vernachlässigt werden. Die Steuermenge ist dabei die Kraftstoffmenge, die bei geöffnetem Steuerventil 25 aus dem Schließdruckraum 15 in den Entlastungsraum 22 entweicht, wobei über die Drossel 17 ständig Kraftstoff in den Schließdruckraum nachfließt.

Entsprechend den Fig. 2 und 3 ist in der Einspritzeinheit 1 eine Anschlußaufnahme 32 ausgebildet, in die ein Anschlußstutzen 33 eingebracht ist, um die Einspritzeinheit 1 an die Hochdruckkraftstoffzuführung 2 anzuschließen. In der Anschlußaufnahme 32 und am Anschlußstutzen 33 ist ein Gewinde 34 vorgesehen, das eine hochfeste Anbindung zwischen Aufnahme 32 und Stutzen 33 ermöglicht.

Der Anschlußstutzen 33 enthält einen koaxialen ersten Kraftstoffkanal 35, der am axialen Ende des Anschlußstutzens 33 in einem Dichtkegel 36 mündet. Bei in die Aufnahme 32 eingebrachtem Stutzen 33 dringt der Dichtkegel 36 in einen komplementären Dichtsitz 37 abgedichtet ein, der in der Aufnahme 32 ausgebildet ist. In diesen Dichtsitz 32 mündet eine erste Kraftstoffleitung 38, die mit der Düse 7 (vgl. Fig. 1) kommuniziert. Die erste Kraftstoffleitung 38 und der erste Kraftstoffkanal 35 bilden somit die Düsenzulaufleitung 13 aus Fig. 1.

Im ersten Kraftstoffkanal 35 ist im Anschlußstutzen 33 das Durchflußbegrenzungsventil 14 angeordnet. Dieses Durchflußbegrenzungsventil 14 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und enthält einen axial verstellbaren Kolben 39, der eine Eingangsöffnung 40 und eine damit über eine Drosselstelle 41 verbundene Ausgangsöffnung 42 aufweist. Der Kolben 39 ist über eine Schraubendruckfeder 43 in Stromaufrichtung vorgespannt. Zwischen dem Kolben 39 und einer stromab angeordneten Anschlagplatte 44 ist ein Förderraum 45 ausgebildet, dessen Volumen im wesentlichen die Kraftstoffmaximalmenge definiert. Der Förderraum 45 kommuniziert

über eine Auslaßöffnung 46 mit dem stromab anschließenden Teil des ersten Kraftstoffkanals 35.

Wenn das Einspritzventil 3 geöffnet ist, kann Kraftstoff aus der Düsenzulaufleitung 13 in den Brennraum 9 austreten, so daß in der ersten Kraftstoffleitung 38 ein Druckabfall stattfindet, der sich über den ersten Kraftstoffkanal 35, die Auslaßöffnung 46, den Förderraum 45 und die Ausgangsöffnung 42 bis zur Drosselstelle 41 fortpflanzt. An dieser Drosselstelle 41 bewirkt dieser Druckabfall, daß stromauf der Drosselstelle 41 ein größerer Druck herrscht als stromab, so daß der Kolben 39 in Stromabrichtung entgegen der Federkraft der Schraubendruckfeder 43 verstellt wird. Im Falle einer nicht mehr tolerierbaren Leckage oder einer Fehlfunktion der Einspritzeinheit 1 (bspw. ist das Einspritzventil 3 in seiner Offenstellung durch eine Verunreinigung blockiert) entleert sich der Förderraum 45 soweit, daß eine Stirnplatte 47 des Kolbens 39 an der Anschlagplatte 44 zur Anlage kommt und dabei die Auslaßöffnung 46 dicht verschließt. Ein weitergehender Kraftstoffaustritt aus der Einspritzdüse 7 kann dann nicht mehr erfolgen. Der Kolben 39 des Durchflußbegrenzungsventils 14 kann sich erst dann wieder in seine Ausgangslage nach stromauf verstellen, wenn in der Auslaßöffnung 46 ein Druck herrscht, der ausreicht, die Stirnplatte 47 von der Anschlagplatte 44 abzuheben. Dies ist regelmäßig dann der Fall, wenn das Einspritzventil 3 ordnungsgemäß schließt.

Im Anschlußstutzen 33 ist außerdem ein zweiter Kraftstoffkanal 48 ausgebildet, der seitlich des Dichtkegels 36 in einen Ringraum 49 einmündet, der in der Aufnahme 32 zwischen dieser und dem Stutzen 33 ausgebildet ist. Dieser Ringraum 39 ist nach außen über eine Ringdichtung 50 abgedichtet. In der Einspritzeinheit 1 ist eine zweite Kraftstoffleitung 51 ausgebildet, die einenends mit dem Ringraum 18 und anderenends mit dem Ringraum 49 kommuniziert. Diese zweite Kraftstoffleitung 51 entspricht bei der Ausführungsform in Fig. 1 der Bohrung 19

und der zweite Kraftstoffkanal 48 entspricht der Leitung 20. Der in der Hochdruckkraftstoffzuführung 2 herrschende Druck pflanzt sich über den zweiten Kraftstoffkanal 48, den Ringraum 49, die zweite Kraftstoffleitung 51, den Ringraum 18 und die Drossel 17 bis in den Schließdruckraum 15 fort.