Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bei in Gebrauch befindlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, vorzugsweise bei solchen für Dieselkraftstoff, der unter hohem Druck in einen Brennraum eines Motors einzuspritzen ist und von einem Druckspeicher (Common Rail) zugeführt wird, wird eine hubgesteuerte Düsennadel (auch Ventilsteuerkolben oder Ventilnadel genannt) der Einspritzvorrichtung durch eine Druckdifferenz gesteuert. Die Druckdifferenz besteht zwischen dem Kraftstoff unter hohem Druck an einer Steuerfläche der Düsennadel in der Nähe der Einspritzöffnung oder Einspritzöffnungen der Einspritzvorrichtung, und dem Druck in einem Steuerraum. Der Steuerraum wird durch eine Zuflussdrossel ständig mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt und durch öffnen eines Steuerventils zwecks Start des Öffnungsvorgangs der Düsennadel von Druck entlastet. Bei offenem Steuerventil fließt Kraftstoff aus dem Steuerraum zu einem Leckagebereich ab, wobei in den Fluss des Kraftstoffs eine Abflussdrossel eingeschaltet ist. Bei bekannten Einspritzvorrichtungen befindet sich die Abflussdrossel in Flussrichtung des Kraftstoffs vor dem Steuerventil.

Bei Beginn des Öffnungsvorgangs wird durch den auf eine kreisringförmige Druckschulter der Düsennadel an deren Ventilsitz nahe den Einspritzöffnungen wirkenden hohen Druck des Kraftstoffs die Düsennadel zunächst wenig angehoben. Dabei entsteht im Bereich ihres Ventilsitzes zunächst nur ein schmaler Spalt, der verhindert, dass der Kraftstoff unter hohem Druck rasch zu der radial innerhalb des Ventilsitzes liegenden Fläche (die ebenfalls eine Druckfläche bildet) der Ventilnadel gelangt. Dadurch ist der Öffnungsvorgang solcher hubgesteuerter Einspritzvorrichtungen gegenüber druckgesteuerten Einspritzvorrichtungen, die keinen Steuerraum haben und häufig durch eine Druckwelle des Kraftstoffs geöffnet werden, verzögert.

Durch die DE 101 01 797 A1 der Anmelderin ist bereits eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit technischen Merkmalen bekannt, die den oben genannten Nachteil des verzögerten öffnens der Düsennadel verhindern können. Die Druckschrift, die sich mit dem raschen Schließen des Steuerventils befasst, weist unter anderem das technische Merkmal auf, dass sich die Abflussdrossel im Weg des bei geöffnetem Steuerventil aus dem Steuerraum abfließenden Kraftstoffs hinter dem Steuerventil befindet, und zwar dort in einer in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgearbeiteten zusätzlichen Kammer, einer sogenannte Ablaufkammer. Von dieser führt an ihrem dem Steuerventil abgewandten Ende eine Abflussdrossel zu einem Leckagebereich.

Die Druckschrift beschreibt den Schließvorgang des Steuerventils, der das Schließen der Düsennadel veranlasst. Die bekannte Anordnung gemäß der genannten Druckschrift eignet sich wenig für eine Anpassung bei der Fertigung für verschiedene Anwendungsfälle.

Aufgabe der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sie einfacher an unterschiedliche Anforderungen anpassbar ist.

Vorteile der Erfindung Die Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 hat gegenüber dem Bekannten den Vorteil, dass auf einfache Weise das Volumen der zusätzlichen Kammer in weiten Grenzen unterschiedlich gewählt werden kann, insbesondere auch in Richtung auf kleine Volumina hin, ohne im Bereich des Steuerventils, insbesondere im Bereich von dessen beweglichen Ventilteil, oder im Bereich desjenigen Kanals, in dem die Abflussdrossel angeordnet ist, Änderungen vornehmen zu müssen. Der genannte Kanal mit Abflussdrossel liegt nämlich im Ausführungsbeispiel ganz dicht oberhalb (d.h. auf der der Düsennadel abgewandten Seite) des beweglichen Ventilteils des Steuerventils, so dass der Raum oberhalb des beweglichen Ventilteils und das Volumen des Abflusskanals vom Steuerventil bis zur Abflussdrossel, die in konstruktiver Weise gegenüber dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel nur noch wenig verringert werden können, so klein sind, dass bei dem ins Auge gefassten Anwendungsfall immer noch eine zusätzliche Aussparung zur Bildung des gewünschten Volumens der zusätzlichen Kammer erforderlich ist. Diese weitere Aussparung für die zusätzliche Kammer enthält selbst keinerlei Ablaufkanal und kann daher in beliebiger Weise technisch ausgeführt werden. Die genannte Kammer ist lediglich in Richtung zum Steuerventil hin offen.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 ist von Vorteil, dass durch den Einsatz, vorzugsweise eine federbelastete Dichthülse, das Volumen der zusätzlichen Kammer bei der Montage leicht beeinflusst werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist von Vorteil, dass zur Realisierung unterschiedlicher Einspritzvorrichtungen, die üblicherweise durch Aufeinanderschichten von Platten mit eingearbeiteten Bohrungen, Führungen, Fixiermitteln, Strömungskanälen und Drosseln gebildet werden, weitere Variationsmöglichkeiten für das Volumen der zusätzlichen Kammer bestehen. Auch kann der zur Abflussdrossel führende Kanal leicht untergebracht werden. Die Erfindung ist unabhängig davon verwendbar, ob eine das bewegliche Ventilteil des Steuerventils betätigende Stange und möglicherweise auch eine Antriebsvorrichtung oder ein Aktor für diese, beispielsweise ein Piezoaktor, im Strom des unter hohem Druck zugeführten Kraftstoffs oder in einem Leckagestrom liegt oder in anderer Weise in der Vorrichtung angeordnet ist. Die beispielsweise über die Führung der Betätigungsstange zufließenden oder abfließenden Kraftstoffmengen müssen bei der Bemessung der Größe der Kammer berücksichtigt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind in der nicht maßstäblichen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt vereinfacht die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit Il von Fig. 1 vergrößert. Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf. Am oberen Ende der Vorrichtung 1 ist ein Schraubanschluss 4 zum Verbinden mit einer Kraftstoff unter hohem Druck zuführenden Leitung, die mit einem Druckspeicher in Verbindung steht, vorgesehen. Der Kraftstoff wird im Inneren der Vorrichtung 1 durch eine Leitung 5, die nur im oberen Teil der Vorrichtung 1 zeichnerisch dargestellt ist, weitergeleitet, und wird von dieser zu einem Einspritzventil 8 am unteren Ende der Vorrichtung geleitet, durch das bei Betrieb eines Motors Kraftstoff in den Brennraum des Motors einzuspritzen ist. Das Einspritzventil 8 ist mit dem Gehäuse 2 durch eine Düsenspannmutter 9 verbunden. Eine Leckageleitung 10 ist mit einem Leckageanschluss 12 in Verbindung, der mit einer den Leckagekraftstoff abführenden Leitung bei einer betriebsbereiten Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Das Einspritzventil 8 ist ein hubgesteuertes Ventil. Dieses weist eine Ventilnadel 15 auf, die im Sperrzustand Einspritzöffnungen 16 für den Kraftstoff verschließt, und dann, wenn die Ventilnadel 15 angehoben ist, die Einspritzöffnungen freigibt, so dass über die Leitung 5 zugeführter Kraftstoff, der über eine im unteren Teil der Figur 1 sichtbare Leitung 18 in einen Ringraum 20 und von dort an der Außenseite der Ventilnadel 15 nach unten gelangt, eingespritzt wird.

Die Bewegung der Ventilnadel 15 wird durch den Druck in einem Steuerraum 25 und den auf das untere Ende der Ventilnadel 15 wirkenden hohen Kraftstoffdruck bewirkt. Der Steuerraum 25 wird von dem über die Leitung 5 zugeführten Kraftstoff über eine Z-Drossel 27 (Zuflussdrossel), siehe Figur 2, gefüllt und er wird dann, wenn ein Steuerventil 30 geöffnet wird, vom Druck über eine A-Drossel (Abflussdrossel) 28 entlastet, die in Verbindung mit der Leckageleitung 10 steht. In einem die Einspritzvorrichtung ist in ihrem Bereich des Einspritzventils 8 in bekannter Weise durch Aufeinanderschichten mehrerer Komponenten hergestellt. Zu diesen gehört eine Steuerventileinheit 26. In dieser sind Aussparungen angebracht, die teilweise für den Steuerraum 25 vorgesehen sind, sowie das bewegliche Ventilteil 31 des Steuerventils 30 und Kanäle und Drosseln, die nachfolgend genannt werden. Das Ventilteil 31 wird durch eine Feder 32 in Schließrichtung (nach oben in der Zeichnung) vorgespannt. Wahlweise kann eine oder beide Drosseln in anderen Teilen der Vorrichtung 1 untergebracht sein.

Die Betätigung des beweglichen Ventilteils 31 erfolgt durch einen Aktor 35, im Beispiel einen Piezoaktor, der an seinem oberen Ende in der Einspritzvorrichtung 1 in nicht näher gezeigter Weise verankert ist und dessen unteres Ende über eine Betätigungsstange 36, die mit einem Betätigungsteil 33 für das Steuerventil 30 einstückig verbunden ist, die Betätigung des Steuerventils 30 bewirkt. Und zwar wird dann, wenn die Betätigungsstange 36 nach unten bewegt wird, das Steuerventil geöffnet, und dann, wenn die Betätigungsstange 36 nach oben bewegt wird, das Steuerventil geschlossen. Die elektrische Stromversorgung des Aktors erfolgt über eine Steckvorrichtung 37 am Gehäuse 2.

Die Betätigungsstange 36 ist in einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuseteil 40 verschiebbar geführt, das in seinem unteren Bereich eine innere Ausdrehung 42 enthält, in der ein das Volumen begrenzender Einsatz angeordnet ist. Im Beispiel ist dieser eine Dichthülse 44, die durch eine Druckfeder 46 in dichter Anlage an einer Bodenfläche 48 einer Vertiefung anliegt, die in der Steuerventileinheit 26 angebracht ist. Diese ist im Wesentlichen als planparallele Platte ausgebildet und hat einen runden Querschnitt. Die Zeichnung zeigt einen Durchmesserschnitt. Durch die Hülse 44 wird als mit dem Steuerventil in Verbindung stehende zusätzliche Kammer 45 lediglich ein recht kleiner Bereich abgegrenzt, zu dem neben dem radial innerhalb der Hülse 44 und radial außerhalb des sich konisch verjüngenden Teils 32 liegenden Bereich noch das Volumen einer im Wesentlichen kegelförmigen Vertiefung 52 und eines Kanals 53 gehören, der in Fließrichtung vor der A-Drossel 28 liegt. Bei sonst in ihren Maßen ungeänderten Bauelementen der Figur 2 könnte der genannte Rauminhalt der zusätzlichen Kammer 45 beispielsweise vergrößert werden, wenn die Hülse 44 in ihrem oberen Bereich innen weiterhin an den Durchmesser der Betätigungsstange 36 angepasst ist, in ihrem unteren Bereich jedoch einen größeren Durchmesser hat, so dass die Dichtkante der Hülse 44 radial weiter nach außen reicht. Auch dadurch, dass anstatt der in Figur 2 gezeigten Kombination von Betätigungsstange 36 und unterem Teil 32 von dieser beispielsweise ein sich konisch verjüngender Teil vorgesehen wird, der weiter nach oben reicht, könnte das Volumen der zusätzlichen Kammer 45 vergrößert werden. Es versteht sich, dass gegenüber der gezeigten Darstellung das Volumen der zusätzlichen Kammer 45 auch verkleinert werden könnte. Hierzu sind an der Steuerventileinheit 26 selbst nicht unbedingt Änderungen nötig.

Bei geschlossenem Steuerventil 30 ist im Betrieb die mit dem Leckagebereich (Leckageleitung 10) über die A-Drossel 28 und den Kanal 53 in Verbindung stehende zusätzliche Kammer 45 von Druck entlastet. Beim öffnen des Steuerventils 30 fließt zunächst schlagartig eine gewisse Menge von Kraftstoff aus dem Steuerraum 25 ab, weil bei dem öffnen des Steuerventils 30 eine große Druckdifferenz zwischen dem hohen Kraftstoffdruck im Steuerraum 25 und dem im Vergleich hierzu niedrigen Leckagedruck, der beispielsweise je nach Konstruktion in einem Bereich von 0,5 bar bis 30 bar liegen mag, vorhanden ist. Wegen der Kompressibilität des Kraftstoffs wird beim öffnen des Steuerventils 30 die zusätzliche Kammer 45 durch zufließenden Kraftstoff unter Druck gesetzt, wobei mehr Kraftstoff zufließt, als durch die A-Drossel 28 abfließen kann. Dies führt zu einer sehr schnellen Abnahme des Drucks in dem Steuerraum 25 und führt daher dazu, dass die Düsennadel 15 zu Beginn des Öffnungsvorgangs bereits mit einer relativ starken Druckdifferenz beaufschlagt wird, die den Öffnungsvorgang der Düsennadel 15 gegenüber solchen Anordnungen, bei denen die Abflussdrossel vor dem Steuerventil angeordnet ist, beschleunigt.

Der Kanal 53 setzt sich jenseits der A-Drossel 28 in einem Kanal 54 fort, der in die zylindrische Außenfläche der Steuerventileinheit 26 mündet und zum Abführen von dort an der Innenseite der Düsenspannmutter 9 auftretendem Leckagekraftstoff dienen kann. Der Kanal 54 ist mit einem in Längsrichtung der Vorrichtung 1 verlaufenden Kanal 10' in Verbindung, der mit der Leckageleitung 10 verbunden ist. Sein unteres Ende 55 kann zum Abführen von Leckage dienen und steht daher mit einer an der Unterseite der Steuerventileinheit 26 vorgesehenen Ringnut 55' in Verbindung. Die Z-Drossel 27 und die mit ihr verbundenen, Kraftstoff unter hohem Druck führenden Kanäle 51 und 56 (letztererfüllt über die Z-Drossel 27 den Steuerraum 25) liegen in Fig. 2 in einer Ebene hinter dem Kanal 53. Der Kanal 5' ist nach oben mit der Hochdruckleitung 5 verbunden, unten bei 57 geschlossen.

Die zusätzliche Kammer 45 hat nur eine Öffnung. Diese ist relativ großflächig und hat einen geringen Strömungswiderstand. Die Öffnung ist zur Abflussseite des Steuerventils und zur A-Drossel 28 hin gerichtet. Durch das Volumen der zusätzlichen Kammer 45 wird die gewünschte Funktion, nämlich das öffnen der Einspritzöffnungen, optimiert. Dadurch kann die Erzeugung von Schadstoff-Rohemissionen (die im Abgasstrom vor einem Partikelfilter oder Katalysator vorhanden sind) verringert werden.

Im Beispiel schwankt das Volumen der zusätzlichen Kammer durch die Bewegung der vom Aktor angetriebenen Betätigungsstange 36. Wichtig für die Erfindung ist das genannte Volumen bei geöffnetem (durchlässigem) Steuerventil 30. Bei der Herstellung der Vorrichtung 1 kann dieses Volumen durch an die jeweiligen Anforderungen angepasste Auswahl aus einer Anzahl zur Verfügung stehender Mittel zur Begrenzung des genannten Volumens, wie z. B. Dichthülsen 44, Betätigungsstangen 36 und / oder Steuerventileinheiten 26 geeignet gewählt werden.

Vorteilhaft ist der Durchfluss der A-Drossel größer (vorzugsweise um einen Faktor 2 bis 3) als bei bekannten Anordnungen, und der Durchfluss der Z-Drossel ist kleiner als bei bekannten Anordnungen. Dadurch erfolgt eine besonders schnelle Druckerhöhung in der zusätzlichen Kammer 45 einerseits (schnelles öffnen der Ventilnadel) und ein verzögerter Druckabfall in der zusätzlichen Kammer und an der Abflussseite des Steuerventils (langsameres Schließen der Ventilnadel).