Dabei wird durch dieses Erhöhen der Vorspannkraft der Ventilfeder während der Einspritzphase die Voreinspritzung am Kraftstoffeinspritzventil gesteuert. Der die Ventilfeder

aufnehmende Federraum weist dabei einen Verbindungskanal zu einem den Ventilkörper des Kraftstoffeinspritzventils umgebenden Kraftstoffniederdruckraum auf. Dieser Kraftstoffniederdruckraum ist als Ansaugraum für eine Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet, die mit dem Kraftstoffeinspritzventil eine Baueinheit bildet und mittels einer Spannmutter mit dem Kraftstoffeinspritzventil verbunden ist. Diese Baueinheit ist dann in eine entsprechende Aufnahmeöffnung des Gehäuses der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzt, wobei die Steuerung der Hochdruckförderung an der Kraftstoffhochdruckpumpe und somit die Kraftstoffhochdruckeinspritzung am Kraftstoffeinspritzventil über ein elektrisches Steuerventil, vorzugsweise ein Magnetventil erfolgt, das seitlich an dem Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe angebracht ist.

Dabei weist das bekannte Kraftstoffeinspritzventil jedoch den Nachteil auf, daß die Schließkraft der Ventilfeder nicht ausreicht, um auch sehr hohe Einspritzöffnungsdrücke am Kraftstoffeinspritzventil realisieren zu können. Desweiteren kann beim bekannten Kraftstoffeinspritzventil beim raschen Aufsteuern des Ventilgliedes ein Schwingen der Ventilfeder und somit auch der mit dieser verbundenen Bauteile, insbesondere des Ventilgliedes auftreten, was sich nachteilig auf den tatsächlich anstehenden Einspritzöffnungsdruck und infolgedessen auf die Zumeßgenauigkeit der Einspritzmenge am Kraftstoffeinspritzventil auswirkt.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die auf

das Ventilglied während der Haupteinspritzphase wirkenden Schließkräfte bei gleichbleibenden Baumaßen stark erhöht werden können. Dabei wird diese Erhöhung der auf das Ventilglied wirkenden Schließkräfte durch das vorteilhafte Vorsehen einer Drossel zwischen dem Federraum und einem Kraftstoffniederdruckraum erreicht, die das Abströmen des im Federraum befindlichen Kraftstoffes einschränkt. Auf diese Weise wird neben der Erhöhung der Federvorspannkraft der Ventilfeder bei Eintauchen des Ausweichkolbens in den Federraum zudem eine hydraulische Schließkrafterhöhung bewirkt, wobei die zusätzliche hydraulische Schließkraft in etwa der Schließkraft der Ventilfeder entspricht. Somit kann gegenüber herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen die Schließkraft etwa um den Faktor 2 erhöht werden. Die erhöhten Schließkräfte am Ventilglied bewirken dabei eine signifikante Erhöhung des notwendigen Einspritzöffnungsdruckes am Kraftstoffeinspritzventil, so daß eine verbesserte Kraftstoffeinspritzcharakteristik am Einspritzventil erzielt werden kann, die sich insbesondere im emmisions-und verbrauchssensiblen Motorkennfeldbereich positiv auf die Kraftstoffaufbereitung und Verbrennung im Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine auswirkt.

Dabei wird die Größe der zusätzlichen hydraulischen Schließkraft vom Drosseldurchmesser, dem Gesamthub des Ausweichkolbens sowie dem Schaftdurchmesser der Düsennadel beeinflußt, wobei sich die Erhöhung von Einspritzöffnungsdruck und maximalem Einspritzdruck während der Haupteinspritzphase insbesondere bei kleinen und mittleren Motordrehzahlen einstellt. Die erhöhte Steigerung tritt dabei bei den für Emissionsmessungen wichtigen kleinen Einspritzmengen auf, bei denen die Spitzendrücke der Hochdruckförderpumpe kaum über den Einspritzöffnungsdrücken liegen. Bei Nenndrehzahl und maximaler Menge tritt jedoch aufgrund der kurzen Taktzeiten in vorteilhafter Weise keine

signifikante Zunahme des maximalen Einspritzöffnungsdruckes auf.

Ein weiterer Vorteil des Vorsehens einer Drosselöffnung zwischen dem Federraum und dem den Ventilhaltekörper umgebenden Kraftstoffniederdruckraum ist die dämpfende Wirkung des hydraulischen Druckes im Federraum, die Schwingungen der Ventilfeder und somit Schwankungen des Einspritzöffnungsdruckesunterdrückt.

Der sich infolge der Drosselwirkung nur langsam abbauende Druck im Federraum unterstützt desweiteren in vorteilhafter Weise das Schließen des Ventilgliedes bei steigender Drehzahl mit zunehmender Kraft, was insbesondere wegen der kurzen Absteuerzeiten bei hohen Drehzahlen vorteilhaft ist.

Zudem ergibt sich eine geringere Hohlraumbildung im Hochdruckbereich nach dem Schließen des Ventilgliedes, wodurch sich der anschließende Füllstoß in diesen verringert. Auf diese Weise lassen sich die Geräuschemission und das Risiko eines ungewollten Wiederöffnens des Ventilgliedes verringern.

Dabei ist das erfindungsgemäße Vorsehen einer Drosselentlastungsbohrung des Federraumes in Verbindung mit einem das Volumen des Federraumes verkleinernden Ausweichkolbens im Ausführungsbeispiel an einer sogenannten Pumpe-Düse-Einheit dargestellt, ist jedoch auch an anderen Einspritzsystemen verwendbar, die einen Ausweichkolben am Federraum des Kraftstoffeinspritzventils vorsehen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigt die Figur 1 einen Längsschnitt durch den erfindungswesentlichen Teil des beschriebenen Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftmaschinen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils zeigt das Kraftstoffeinspritzventil 1 in einer Baueinheit mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe 3, an der ein elektrisches Steuerventil 5 angeordnet ist und die als Baueinheit in ein Gehäuse 7 der zu versorgenden Brennkraftmaschine eingesetzt ist.

Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist dabei einen Ventilkörper 9 auf, der mit seinem einen Ende in einen nicht näher dargestellten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt und der mit seinem anderen Ende unter Zwischenschaltung einer Zwischenscheibe 11 axial gegen einen Ventilhaltekörper 13 verspannt ist. Dabei erfolgt dieses axiale Verspannen mittels einer Spannmutter 15, die einen Absatz am Ventilkörper 9 umgreift und die in ein Gewinde eines Gehäuses 17 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 eingeschraubt ist. Der Ventilkörper 9 des Kraftstoffeinspritzventils 1 weist weiterhin eine Führungsbohrung 19 auf, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 21 axial verschiebbar geführt ist. Das Ventilglied 21 weist dabei in bekannter Weise an seinem brennraumseitigen eine Ventildichtfläche 23 auf, mit der es

zur Steuerung eines Einspritzöffnungsquerschnittes mit einer Ventilsitzfläche 25 am geschlossenen Ende der Führungsbohrung 19 zusammenwirkt. Dabei führen stromabwärts des Dichtquerschnittes zwischen Dichtfläche 23 und Ventilsitzfläche 25 Einspritzöffnungen 27 von der Ventilsitzfläche 25 ab, die in den Brennraum der Brennkraftmaschine münden. Das Ventilglied 21 weist weiterhin eine in Öffnungshubrichtung weisende Druckschulter 29 an seinem Schaft auf, mit der es in einen Druckraum 31 ragt, der durch eine Querschnittserweiterung der Führungsbohrung 19 gebildet ist. Dabei erstreckt sich dieser Druckraum bis an die Ventilsitzfläche 25 und ist durch einen Kraftstoffhochdruckkanal 33 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllbar. Das Ventilglied 21 weist weiterhin an seinem brennraumfernen Ende einen Druckzapfen 35 auf, der die Zwischenscheibe 11 durchragt und in einen im Querschnitt erweiterten Federraum 37 im Ventilhaltekörper 13 mündet.

Dabei ist am federraumseitigen Ende des Druckzapfens 35 ein unterer Federteller 39 vorgesehen, an dem andererseits eine im Federraum 37 eingespannte Ventilfeder 41 anliegt, die dabei das Ventilglied 21 in Schließrichtung zur Ventilsitzfläche 25 hin beaufschlagt. Diese Ventilfeder 41 stützt sich andererseits an einem oberen Federteller 43 ab, der an seiner federabgewandten Seite an einem Ausweichkolben 45 anliegt.

Das Ventilglied 21 taucht mit seinem Druckzapfen 35 in einen kraftstoffgefüllten Dämpfungsraum 47, der von einem durch die Stirnfläche der Zwischenscheibe 11 gebildeten ortsfesten Absatz 49 begrenzt ist, der dabei einen Hubanschlag für eine Ringschulter 51 am Ventilglied 21 bildet. Dabei ist zwischen der Wand des Dämpfungsraumes 47 und dem Druckzapfen 35 ein Drosselquerschnitt gebildet, der als Flächenanschliff 53 ausgebildet ist und über den der Dämpfungsraum 47 mit dem Federraum 37 verbunden ist. Dabei weist der Flächenanschliff

53 am Druckzapfen 35 einen axialen Abstand zur Ringschulter 51 am Ventilglied 21 auf, in dessen Bereich der Druckzapfen 35 dem Durchmesser der Aufnahmeöffnung in der Zwischenscheibe 11 entspricht, so da$ eine Steuerkante 55 gebildet ist, deren Überfahren über den Absatz 49 das Zusteuern des hydraulischen Dämpfungsraumes 47 steuert.

Das Gehäuse 17 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 ist über ein Zwischenstück 57 mittels der Spannmutter 15 axial gegen den Ventilhaltekörper 13 verspannt. Dabei weist die Kraftstoffhochdruckpumpe 3 einen in einer Zylinderbohrung 59 axial verschiebbaren Pumpenkolben 61 auf, der mit seiner eingetauchten Stirnfläche einen Pumpenarbeitsraum 63 in der Zylinderbohrung 59 begrenzt. Der Pumpenkolben 61 wird zur Kraftstoffhochdruckförderung von einem nicht näher dargestellten motorangetriebenen Nockenantrieb über eine Stößelstange 65 axial hin-und hergehend angetrieben. Die Zuführung von Kraftstoff niederen Druckes erfolgt über eine Zulaufleitung 67 im Motorgehäuse 7 in einen das Kraftstoffeinspritzventil 1 umgebenden Ringraum 69, der über Filteröffnungen 71 in der Spannmutter 15 mit einem Ansaugraum 73 verbunden ist, der zwischen der Spannmutter 15 und dem Ventilhaltekörper 13 gebildet ist. Von diesem Ansaugraum 73 führt eine erste Steuerleitung 75 zum elektrischen Steuerventil 5, das in bekannter Weise als Magnetventil ausgebildet ist und in nicht näher dargestellter Weise den Kraftstoffübertritt in eine zweite Steuerleitung 77 in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine mittels eines elektrischen Steuergerätes steuert. Diese zweite Steuerleitung 77 durchdringt dabei ebenfalls das Gehäuse 17 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 und mündet in den Pumpenarbeitsraum 63. Vom Pumpenarbeitsraum 63 führt weiterhin eine Bohrung 79 ab, die in eine Durchgangsöffnung im Zwischenstück 57 mündet, die dabei einen hydraulischen

Arbeitsraum 81 bildet. Zudem ist die Bohrung 79 über Verbindungskanäle 83 an den Kraftstoffhochdruckkanal 33 angeschlossen, der den Ventilkörper 9 und den Ventilhaltekörper 13 durchdringt, und so die hydraulische Verbindung zwischen dem Pumpenarbeitsraum 63 und dem Druckraum 31 beziehungsweise weiter zu dem Ventilsitz 25 herstellt.

Der hydraulische Arbeitsraum 81 weist zwei unterschiedliche Durchmesser auf, wobei ein erster kleinerer Durchmesserbereich 85 ständig über die Bohrung 79 mit dem Pumpenarbeitsraum 63 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 verbunden ist. Ein zweiter, im Durchmesser größerer Bereich 87 des hydraulischen Arbeitsraumes 81 ist dabei erst nach Aufsteuern eines Durchströmquerschnittes durch die Hubbewegung des Ausweichkolbens 45 mit dem Pumpenarbeitsraum 63 verbindbar. Der Ausweichkolben 45 weist dazu zwei unterschiedliche hydraulische Krafteinleitungsflächen auf, von denen eine erste kleinere Krafteinleitungsfläche 89 den ersten, im Durchmesser kleineren hydraulischen Arbeitsraumteil 85 begrenzt. Eine zweite größere Krafteinleitungsfläche 91 ist an einem Ringbund 93 am Ausweichkolben 45 gebildet und begrenzt den größeren Durchmesserbereich 87 des hydraulischen Arbeitsraumes 81.

Mit seiner unteren, der Krafteinleitungsfläche 91 abgewandten Ringstirnfläche bildet der Ringbund 93 eine Anschlagfläche 95, die zur Begrenzung der Hubbewegung des Ausweichkolbens 45 mit einer ortsfesten Hubanschlagfläche 97 zusammenwirkt. Die Hubanschlagfläche 97 ist dabei an der brennraumabgewandten Stirnfläche des Ventilhaltekörpers 13 gebildet. Mit seinem unteren, dem Pumpenarbeitsraum 63 abgewandten Ende ragt der Ausweichkolben 45 in den Federraum 37 und ist dort mit dem oberen Federteller 43 verbunden.

Zur Beeinflussung der Öffnungshubcharakteristik und somit der Charakteristik des Einspritzstrahles am Kraftstoffeinspritzventil 1 ist ein Verbindungskanal zwischen dem Federraum 37 und dem einen Kraftstoffniederdruckraum bildenden Ansaugraum 73 als Drosselbohrung 99 ausgebildet, über deren Durchmesser sich die zusätzliche hydraulische Schließkraft am Kraftstoffeinspritzventil 1 einstellen läßt.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen arbeitet in folgender Weise. Während des Saughubes der Kraftstoffhochdruckpumpe 3, wird bei nach oben bewegtem Pumpenkolben 61 Kraftstoff aus dem Ansaugraum 73 über die erste Steuerleitung 75, das geöffnete elektrische Steuerventil 5 und die zweite Steuerleitung 77 in den Pumpenarbeitsraum 63 angesaugt. Das Ventilglied 21 des Kraftstoffeinspritzventils 1 wird dabei durch die Ventilfeder 41 in Schließlage am Ventilsitz 25 gehalten. Mit Beginn des nach unten gerichteten Förderhubes des Pumpenkolbens 61 der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 wird zunächst über den gleichen Weg ein Teil des Kraftstoffes aus dem Pumpenarbeitsraum 63 in den Ansaugraum 73 zurück gefördert. In Abhängigkeit von Betriebsparametern der zu versorgenden Brennkraftmaschine steuert das elektrische Steuerventil den Zeitpunkt des Beginnes und auch des Endes der Hochdruckförderung von der Kraftstoffhochdruckpumpe 3 zum Kraftstoffeinspritzventil 1. Dabei wird die Kraftstoffhochdruckförderung und in Folge die Kraftstoffeinspritzung am Kraftstoffeinspritzventil 1 durch das Verschließen des Durchströmquerschnittes zwischen den Steuerleitungen 75 und 77 am elektrischen Steuerventil 5 eingeleitet. In dessen Folge wird bei abwärts gerichtetem Förderhub des Pumpenkolbens 61 ein Kraftstoffhochdruck im Pumpenarbeitsraum 63 aufgebaut, der sich über die Bohrung 79, dem Kanal 83 und den Kraftstoffhochdruckkanal 33 bis in

den Druckraum 31 am Kraftstoffeinspritzventil 1 fortsetzt.

Dabei erfolgt dort nach Überschreiten des notwendigen Einspritzöffnungsdruckes in bekannter Weise das Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils durch das Abheben des Ventilgliedes 21 vom Ventilsitz 25, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Druckraum 31 über die Einspritzöffnungen 27 zur Einspritzung in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.

Dabei ist die Kraftstoffeinspritzung am erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil in eine Vor-und eine Haupteinspritzmenge unterteilt, wobei das Ventilglied 21 während der Voreinspritzphase zunächst nur einen begrenzten Öffnungshubweg durchläuft, der durch das Überfahren der Steuerkante 55 am Ventilglied 21 über die Absatzfläche 49 der Zwischenscheibe 11 begrenzt wird, in dessen Folge der Dämpfungsraum 47 am Kraftstoffeinspritzventil 1 zugesteuert wird, so daß sich die Schließkraft auf das Ventilglied 21 erhöht. Gleichzeitig beginnt der Ausweichkolben 45 bei dem nun anstehenden Einspritzhochdruck von seinem Sitz abzuheben und wird durch den an der ersten und nach Abheben des Ausweichkolbens 45 vom Sitz an der zweiten Krafteinleitungsfläche 89 und 91 nun angreifenden Kraftstoffhochdruck in Richtung Federraum 37 verschoben.

Dabei bewirkt dieses Verschieben des Ausweichkolbens 45 in Richtung Federraum 37 eine Erhöhung der Federvorspannkraft der Ventilfeder 41 und zudem aufgrund des gedrosselten Kraftstoffablaufes aus dem Federraum 37 eine Erhöhung des hydraulischen Druckes im Federraum 37 durch dessen Volumenverkleinerung, so daß die nunmehr auf das Ventilglied 21 wirkenden Gesamtschließkräfte die anliegende Öffnungskraft übersteigen und so das Ventilglied 21 an seinen Ventilsitz 25 zurückverschieben, so daß die Voreinspritzphase beendet ist. Nunmehr steigt im weiteren Verlauf des Kraftstoffhochdruckförderhubes des Pumpenkolbens

61 der Kraftstoffhochdruck im Pumpenarbeitsraum 63 und an den angeschlossenen Räumen des Kraftstoffeinspritzventils 1 weiter an, bis der für die Haupteinspritzung notwendige Einspritzöffnungsdruck erreicht wird. Dieser für die Haupteinspritzung notwendige Einspritzöffnungsdruck bestimmt sich dabei aus der nunmehr erhöhten Federkraft der Ventilfeder 41 sowie dem Gesamthub des Ausweichkolbens 45 und dem Drosseldurchmesser der Drosselbohrung 99, die die zusätzliche hydraulische Schließkraft im Federraum 37 bestimmen. Nach Überschreiten des für die Haupteinspritzung notwendigen Einspritzöffnungsdruckes erfolgt nunmehr wiederum ein Abheben des Ventilgliedes 21 vom Ventilsitz 25, so daß nun die Haupteinspritzmenge in bekannter Weise über die Einspritzöffnungen 27 zur Einspritzung gelangt. Dabei ist es durch den genannten zusätzlichen hydraulischen Schließdruck am Ventilglied 21 möglich, den notwendigen Einspritzöffnungsdruck der Haupteinspritzung etwa zu verdoppeln, so daß die Haupteinspritzmenge insbesondere bei kleinen und mittleren Drehzahlen mit einem höheren Einspritzdruck und somit in einem kürzeren Zeitintervall eingespritzt werden kann. Dabei beginnt diese Haupteinspritzphase in vorteilhafter Weise kurz vor dem Erreichen des Hubanschlages 97 durch den Ausweichkolben 45.

Die Haupteinspritzung wird in bekannter Weise durch das Aufsteuern des elektrischen Steuerventils 5 beendet, bei dem die hydraulische Verbindung zwischen den Steuerleitungen 77 und 75 wieder geöffnet wird, so daß der Kraftstoffhochdruck im Pumpenarbeitsraum 63 und in den Hochdruckleitungen innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 1 zusammenbricht.

Dabei unterstützt der zusätzliche hydraulische Schließdruck im Federraum 37, der sich infolge der Drossel 99 nur relativ langsam abbauen kann ein rasches und sicheres Schließen des Kraftstoffeinspritzventils, das heißt ein rasches und schnelles Rückverschieben des Ventilgliedes 21 in Anlage an die Ventilsitzfläche 25.

Die Größe der zusätzlichen hydraulischen Schließkraft im Federraum 37 und deren Druckabbau läßt sich dabei in Abhängigkeit vom Gesamthub des Ausweichkolbens 45 und dem Schaftdurchmesser des Ventilgliedes 21 durch die Dimensionierung der Drosselbohrung 99 einstellen, wobei der Durchmesser dieser Drosselbohrung 99 bei einem Hubweg des Ausweichkolbens 45 von etwa 0,5 bis 1mm vorzugsweise zwischen 0,4 bis 1, 2mm liegt.

Somit läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil der Einspritzöffnungsdruck am Kraftstoffeinspritzventil während der Haupteinspritzphase gegenüber herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventilen erheblich erhöhen, ohne dazu wesentliche Änderungen an der Auslegung des Kraftstoffeinspritzventils und insbesondere der Ventilfeder 41 vornehmen zu müssen.