Stand der Technik Herkömmliche Kraftstoffinjektoren, die in mit hohem Druck arbeitenden Einspritzsystemen, wie beispielsweise sogenannten Common-Rail-Systemen, eingesetzt werden, und die mit je einer Drosselabstimmung und einem Stellglied (Solenoid-oder Piezosystem) arbeiten, erreichen nur eine vergleichsweise geringe Öffnungs- beziehungsweise Schließgeschwindigkeit der Düsennadel.

Beim Beenden des Einspritzvorgangs muss die Düsennadel den Kraftstoffinjektor gegen den Einspritzdruck schließen. Dies führt häufig zu einem ungünstigen Abquetschen des Einspritzstrahls. Genauere Untersuchungen des eingespritzten Kraftstoffstrahls haben zudem gezeigt, dass es sogar zu einem schädlichen Nachtropfen von Kraftstoff in den Brennraum kommen kann. Dieses Nachtropfen führt insbesondere zu einer unerwünscht starken Rußemission. Bei druckgesteuerten Einspritzsystemen dagegen, wird ein besonderer Wert darauf gelegt, das Entlasten der Düsennadel und somit das Schließen der Düse zu beschleunigen. Eine zu schnelle Entlastung des Düsenraums bewirkt jedoch ein Rückblasen von Verbrennungsgasen und Partikeln in den Düsenraum. Dies wiederum kann zu einem erhöhten Verschleiß der Düse und verkokten Düsenlöchern führen. Ein zu langsames Absinken des Einspritzdrucks wiederum führt zu einer Verschleppung des Schließvorgangs und zu einer erhöhten Rußemission aufgrund einer schlechten Gemischaufbereitung zu Ende des Einspritzvorgangs. Bekannte druckgesteuerte Einspritzsysteme nutzen nun zwar den Absteuerstoß beim Entlasten der Düse, um die Schließkraft zu erhöhen, indem sie den Absteuerstoß in den Rückraum der Düse leiten.

Diese Maßnahme ermöglicht jedoch nur eine sehr eingeschränkte Funktionalität in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt.

Aus der Patentanmeldung 100 33 426.1 der Anmelderin ist ein Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume einer direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschine bekannt, mit einem in einem Gehäuse bewegbaren Steuerteil, welches den Zulauf zu einer Einspritzdüse an einer Sitzfläche freigibt, beziehungsweise verschließt und in dem eine einen Steuerraum beaufschlagende Zulaufdrossel enthalten ist, die mit einem Zulauf vom Hochdrucksammelraum in Verbindung steht, bei dem in dem Gehäuse ein Bereich des

Steuerteils über einen weiteren Steuerraum mit einer Düsennadel gekoppelt ist. Dadurch lässt sich eine druckgesteuerte Injektoranordnung realisieren, deren Düsenadel beim Schließen beziehungsweise Öffnen zwangsgesteuert werden kann Aus der DE 196 12 738 Al ist weiter ein Speichereinspritsystem für Brennkraft- maschinen mit einem direkteinspritzenden über ein Magnetventil gesteuerten Einspritzventil pro Zylinder bekannt, bei dem ein die Düsenadel umgebender Druckraum ständig mit einer mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckleitung in Verbindung steht. Im Strömungsweg zwischen Hochdruckleitung und Druckraum ist ein Sicherheitsventil angeordnet, dessen Öffnungsstellung mit der Freigabestellung und dessen Schließstellung mit der Sperrstellung des Magnetventils korreliert. Um den Herstellungsaufwand und den Raumbedarf zu verringern, ist dabei vorgesehen, dass das Sicherheitsventil in das Gehäuse des Einspritzventils integriert ist, wobei der Ventilkörper des Sicherheitsventils mit dem Steuerkolben kombiniert ist, und wobei vorzugsweise die Hubachse des Sicherheitsventils in der Düsennadelachse liegt.

Aus der DE 297 1 7 649 U1 ist weiter ein direktgesteuertes Einspritzventil mit einem Gehäuse bekannt, in dem ein Druckraum angeordnet ist, in den eine mit einer Flüssigkeitsversorgung verbundene Zuleitung für die unter Druck einzuspritzende Flüssigkeit einmündet und der wenigstens eine als Einspritzdüse ausgebildete Austrittsöffnung aufweist. Ferner ist in diesem Gehäuse eine mit einem Kolben verbundene und gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschiebbar geführte Ventilnadel angeordnet, die bei drucklos gesetztem Druckraum die Austrittsöffnung verschließt und mit einem in der Zuleitung für die Flüssigkeit angeordneten druckentlasteten Steuerventil, das mit einem Stellantrieb verbunden ist.

Aus der DE 197 42 073 Al der Anmelderin ist weiter eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Kraftstoffeinspritventil durch den Druck in einem Druckraum, der auf eine Druckschulter wirkt, in seiner Öffnungs-und Schließbewegung gesteuert wird. Die Druckzufuhr zum Druckraum wird durch ein Steuerventilglied gesteuert, das wiederum durch einen Druck in einem Arbeitsraum bewegt wird. Der Druck im Arbeitsraum wird durch ein Vorsteuerventil gesteuert, das einen

Schließkörper aufweist, der unter Einwirkung eines Piezoantriebs von einem zweiten Ventilsitz zu einem ersten Ventilsitz bewegt wird und dabei eine Entlastungsleitung des Arbeitsraumes kurzzeitig öffnet. Das hat ein Öffnen des Steuerventilglieds und eine Zufuhr von Kraftstoffhochdruck zum Druckraum zwecks Einspritzung zur Folge. Dabei ergibt sich eine sehr kleine Voreinspritzmenge. Für die Durchführung einer Haupteinspritzmenge wird der Schließkörper in einer Mittelstellung zwischen den Ventilsitzen positioniert und somit eine längere Verbindung des Kraftstoffhochdruckzuflusses zum Druckraum hergestellt.

Aus DE 198 44 996 Al ist weiter eine Dosiervorrichtung für Fluid bekannt, die einen Stellantrieb aufweist, dessen Hub steuerbar ist. Die Dosiervorrichtung weist eine mit Fluid druckbeaufschagbare Fluidzuleitung und ein 3/2-Wege-Ventil auf, an dessen Zuleitungen die Fluidzuleitung, der Stellantrieb und die Arbeitskammer getrennt anschließbar sind.

Dabei ist mittels eines Hubs des Stellantriebs das Wege-Ventil so schaltbar, das die Arbeitskammer entweder mit der Fluidzuleitung oder mit einem Ablauf hydraulisch in Verbindung steht und mittels des Drucks des Fluids in der Arbeitskammer eine Abgabe von Fluid steuerbar ist.

Darstellung der Erfindung Die Erfindung ermöglicht es nun, bis zum Ende des Einspritzvorgangs, bei voll geöffneter Düsennadel, einen möglichst hohen Einspritzdruck bereitzustellen. Weiterhin kann ein schnelles Schließen der Düsennadel ohne Rückblasen in den Düsenraum und ohne ein Abquetschen des Einspritzstrahls erreicht werden. Dadurch wird das Nachtropfen von Kraftstoff verhindert und die Emission von Schadstoffen, insbesondere von Rußpartikeln vermindert. Da ein Rückblasen weitgehend unterdrückt werden kann, sind auch ein geringerer Verschleiß und eine geringere Verschmutzung des Kraftstoffinjektors zu erwarten. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer der für die Einspritzung wichtigen

Komponenten und damit auch zu einem geringeren Wartungsaufwand. Weiterhin ist eine flexible Anpassung des Schließmechanismus an den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine möglich. Insbesondere können dazu der Düsenöffnungsdruck und der Verlauf der Einspritzung in vergleichsweise weiten Grenzen variiert werden. Bei einem rampenförmigen Einspritzverlauf kann zudem eine Druckerhöhung durch Wellendynamik ausgenutzt werden. Schließlich kann die Erfindung kostengünstig in die Praxis umgesetzt werden, da bereits vorhandene Anlagen für die Serienfertigung mit nur geringfügigen Anpassungen für die Herstellung der erfindungsgemäß ausgestalteten Kraftstoffinjektoren weiter benutzt werden können.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nahestehend näher erläutert.

Es zeigt : Figur 1 ein bekanntes druckgesteuertes Einspritzsystem, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung Figur3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Steuerraum des Kraftstoffinjektors über eine Zulaufdrossel permanent mit einem Druckspeicher verbunden ist, Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

AusführunGSvarianten Im Folgenden wird unter Bezug auf Figur 1 zunächst ein bekanntes Einspritzsystem kurz beschrieben. Das druckgesteuerte Einspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 1, der mit einer Hochdruckpumpe 2 verbunden ist. Hierbei handelt es sich um eine mengengeregelte Hochdruckpumpe mit einem zwischen ca. 200 bar und ca. 1600 bar liegenden

Betriebsdruck p. Die Hochdruckpumpe 2 wiederum ist mit einem Druckspeicher 3 verbunden. Zur Steuerung der Einspritzzeiten und Einspritzmengen ist an den Einspritzventilen jeweils ein elektrisch gesteuertes Stellglied 6 vorgesehen, das mit seinem Öffnen und Schließen die Kraftstoffhochdruckeinspritzung steuert. Üblicherweise wird hier als Stellglied ein 3/2-Ventil vorgesehen, das einen an der Einspritzöffnung des jeweiligen Einspritzventils mündenden Druckkanal 4.6 mit der von dem Druckspeicher 3 abführenden Einspritzleitung 4.5 oder mit einer Entlastungsleitung 4.7, die in einen Niederdruckraum führt, verbindet. Noch weiter stromab ist eine herkömmliche Düsenhalterkombination (DHK) als Kraftstoffinjektor 4 angeordnet. Je nach Lage des Stellgliedes 6 zwischen dem Druckspeicher 3 und der DHK und der Abstimmung der Leitungslängen kann eine Druckerhöhung aufgrund von Wellendynamik für eine Erhöhung des Einspritzdrucks ausgenutzt werden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von Figur 2 beschrieben.

Um ein hydraulisches Nadelschließen im Sinne der Erfindung zu erreichen, wird anstelle der DHK ein modifizierter Kraftstoffinjektor 4 eingesetzt. Der Kraftstoffinjektor 4 umfasst eine in dem Federraum 4.8 angeordnete Düsenfeder 4.4. Weiterhin ist ein zusätzlicher Steuerraum 4.9 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 vorgesehen. In diesem Steuerraum 4.9 ist eine Druckstange 4.1. 1 der Düsennadel 4.1 gleitbar gelagert. Der Steuerraum 4.9 ist über eine Zulaufdrossel 4.10 mit dem Druckkanal 4.6 verbunden. Weiterhin ist der Steuerraum 4.9 über eine Ablaufdrossel 4.11 mit einem zweiten Stellglied 4.3 verbunden.

Vorzugsweise handelt es sich bei diesem zweiten Stellglied um ein 2/2-Wege-Ventil, d. h. einem Ventil, das zwei Zuleitungen und zwei Schaltstellungen besitzt. In einer ersten Schaltstellung verschließt ein Dichtelement einen Ablauf, sodass die Arbeitskammer, also der Steuerraum 4.9, über die Zulaufdrossel 4.10 aus dem Druckkanal 4.6 mit Kraftstoff druckbefüllt wird. In einer zweiten Schaltstellung ist der mit einer Leckleitung 4.12 verbundene Ablauf geöffnet, so dass Kraftstoff durch den Steuerraum 4.9 abläuft und diesen nicht mehr mit Druck beaufschlagt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine sehr flexible Steuerung des Einspritzverlaufs möglich. So lässt sich beispielsweise vorteilhaft ein rampenförmiger Einspritzverlauf erzielen. Dazu wird zunächst das zweite Stellglied 4.3 vor dem ersten Stellglied 6 oder fast gleichzeitig mit dem ersten. Stellglied 6 geöffnet.

Durch die Öffnung des zweiten Stellglieds 4. 3 wird der Steuerraum 4.9 mit der

Leckleitung 4.12 verbunden und dadurch entlastet. Über die Zulaufdrossel in den Steuerraum 4.9 eindringender Kraftstoff kann in die Leckleitung abfließen, so dass in dem Steuerraum kein Druck aufgebaut wird. Der Düsenraum 4.2 wird über den Druckkanal 4.6 mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 3 befüllt. Sobald der Druck in dem Düsenraum 4.2 den Federdruck der verstärkten Düsenfeder 4.4 übersteigt, hebt die Düsennadel 4.1 von ihrem Sitz ab und Kraftstoff wird mit dem hohen Druck des Druckspeichers 3 in den Brennraum (hier Brennraum des Zylinders 4) eingespritzt. Gleichzeitig fließt Kraftstoff über die Zulaufdrossel 4.10 in den Steuerraum 4.9. Zum Beenden des Einspritzvorgangs werden beide Stellglieder in geeigneter Weise geschlossen.

Hierbei ergeben sich folgende Varianten.

Funktionsweise Schließmechanismus druckgesteuert : Hier wird zunächst das Stellglied 6 geschlossen bzw. durch eine entsprechende Schaltstellung dieses Stellglieds eine Verbindung zwischen dem Druckkanal 4.6 und der Leckleitung 4.7 hergestellt. Das Stellglied 4.3 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 bleibt dabei solange geöffnet, bis die Düsennadel 4.1 aufgrund des Druckabfalls im Düsenraum 4.2 infolge der Federkraft der Düsenfeder 4.4 schließt. Dabei bleibt das Stellglied für die Zumessung geschlossen.

Funktionsweise Schließmechanismus hubgesteuert : Hier bleibt das erste Stellglied 6 geöffnet und der Druck des Druckspeichers 3 steht weiter im Düsenraum 4. 2 an. Das zweite Stellglied 4.3 wird angesteuert und geschlossen. Über die Zulaufdrossel 4. 10 wird der Steuerraum 4.9 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff befüllt, was dazu führt, dass die Ventilnadel unter Einwirkung dieses Drucks und der Federkraft der Düsenfeder 4.4 schließt und den Einspritzvorgang beendet. Dieser Schließmechanismus führt zu einem Abquetschen des Einspritzstrahls.

Funktionsweise Schließmechanismus druck/hubgesteuert :

Wird das Stellglied 4.3 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 gleichzeitig oder fast gleichzeitig mit dem Stellglied 6 für die Zumessung geschlossen, dann fällt während des hydraulischen Schließens der Düsennadel 4.1 gleichzeitig auch der Druck im Düsenraum 4.2 ab. Somit kann unter Nutzung eines geeigneten Timings zwischen der Betätigung der beiden genannten Stellglieder 4.3, 6 ein optimales Schließen der Düsennadel 4.1 ohne Rückblasen oder Abquetschen des Einspritzstrahls erfolgen. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 4.9 für die Steuerung der Düsennadel 4.1 permanent über eine Zulaufdrossel 4.10 mit dem Druckspeicher 3 verbunden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Düsennadel 4.1 zu jeder Zeit hydraulisch schließbar ist.

Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Verwendung eines 3/2-Ventils als Stellglied 4. 3 für die Steuerung der Düsennadel 4.1. Das 3/2-Ventil ist ein Ventil, das drei fluidische Zuleitungen und zwei Schaltzustände aufweist. Eine fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist über den Druckkanal 4.6 permanent mit dem Druckspeicher 3 verbunden. Die zweite fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist mit dem Steuerraum 4.9 verbunden. Die dritte fluidische Zuleitung des Stellglieds 4.3 ist mit der Leckleitung 4.12 verbunden. Je nach Schaltstellung des Stellglieds 4.3 ergeben sich somit folgende Betriebszustände des Stellglieds 4.3. In einer ersten Schaltstellung des Stellglieds 4.3 ist der Steuerraum 4.9 über den Druckkanal 4.6 mit dem Druckspeicher 3 verbunden.

In einer zweiten Schaltstellung des Stellglieds 4.3 ist der Steuerraum 4.9 mit der Leckleitung 4.12 verbunden. Optional kann eine Zulaufdrossel 4.10 vor dem Steuerraum 4.9 angeordnet sein, um die Öffnungs-und Schließbewegung der Düsennadel 4.1 zu optimieren.

Bezugszeichenliste 1 Kraftstofftank 2 Hochdruckpumpe 3 Druckspeicher 4 Kraftstoffinjektor 4.1 Düsennadel 4.1. 1 Druckstange 4.2 Düsenraum 4.3 Stellglied 4.4 Düsenfeder 4.5 Einspritzleitung 4.6 Druckkanal 4.7 Leckleitung 4.8 Federraum 4.9 Steuerraum 4.10 Zulaufdrossel 4.11 Ablaufdrossel 4.12 Leckleitung p Betriebsdruck