KRAFTSTOFFEINSPRITZVENTIL FÜR BRENNKRAFTMASCHINEN MIT EINEM DRUCKSCHWINGUNGEN REDUZIERENDEN DÄMPFUNGSRAUM Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen aus, das der Gattung des Patentanspruchs 1 entspricht. Solche Kraftstoffeinspritzventile sind in ver- schiedenen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik be- kannt. Beispielsweise ist in der Schrift DE 196 50 865 Al ein Kraftstoffeinspritzventil beschrieben, das mit einem Hochdrucksammelraum ständig verbunden ist, in dem Kraftstoff unter hohem Druck bereitgestellt wird. Das Kraftstoffein- spritzventil weist ein Gehäuse auf, in dem ein Ventilglied in einer Bohrung längsverschiebbar angeordnet ist, welches durch seine Längsbewegung die Öffnung wenigstens einer Ein- spritzöffnung steuert, durch die Kraftstoff aus einem das Ventilglied umgebenden Druckraum in den Brennraum der Brenn- kraftmaschine eingespritzt wird. Durch die sehr schnellen Schließvorgänge des Ventilglieds, die im Bereich von wenigen Millisekunden ablaufen, ergeben sich sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen des Kraftstoffeinspritzventils Druck- schwingungen im Druckraum, die einerseits zu starken mecha- nischen Belastungen des Gehäuses führen und andererseits da- zu führen, daß zu Beginn der nächsten Einspritzung ein unbe- stimmter Druckzustand an den Einspritzöffnungen vorhanden ist, so daß die folgende Einspritzung von einem nicht näher definierten Zustand ausgeht und somit eine genaue Dosierung und ein genauer Zeitpunkt der Einspritzung nicht möglich ist. Insbesondere bei Einspritzvorgängen, die sich in eine Vor-, Haupt-und/oder Nacheinspritzung gliedern, stellt dies ein Problem dar, da moderne Kraftstoffeinspritzsysteme sehr empfindlich auf Mengenschwankungen bei der Einspritzung rea- gieren.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Kraftstoffein- spritzventile bekannt, wie sie beispielsweise in DE 196 18 650 AI dargestellt sind. Bei einem solchen Kraftstoffein- spritzventil ist ebenfalls ein Gehäuse vorhanden, in dem in einer Bohrung ein kolbenförmiges Ventilglied längsverschieb- bar angeordnet ist, das mit seinem brennraumzugewandten Ende die Öffnung wenigstens einer Einspritzöffnung steuert. Das Ventilglied ist ebenfalls von einem Druckraum umgeben, der durch die Längsbewegung des Ventilgliedes mit den Ein- spritzöffnungen verbindbar ist. Der Druckraum ist über einen im Gehäuse verlaufenden Zulaufkanal mit einer Kraftstoff- hochdruckquelle verbunden, durch die Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum zuführbar ist. Das Ventilglied wird von einer mechanischen Einrichtung im Gehäuse des Kraft- stoffeinspritzventils, vorzugsweise einer Schraubendruckfe- der, in Schließrichtung mit einer Schließkraft beaufschlagt, so daß es beim Fehlen einer entsprechenden hydraulischen Ge- genkraft in Schließstellung verharrt und somit die Ein- spritzöffnungen verschließt. Auch bei diesem Kraftstoffein- spritzventil entstehen im Bereich des Druckraums, insbeson- dere bei Beginn und Ende des Einspritzvorgangs, Druckschwin- gungen, die dort zu mechanischen Belastungen und bei ent- sprechend andauernden Schwingungen zu einem unbestimmten Zu- stand zu Beginn der nächsten Einspritzung führen können und die die Qualität der nachfolgenden Einspritzungen beein- trächtigen können.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil mit den kenn- zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß rasch aufeinander folgende, genau definierte Einspritzvorgänge ermöglicht werden. Druckschwingungen, die im Bereich des Druckraums und damit in unmittelbarer Nähe der Einspritzöffnungen auftreten, werden gedämpft, so daß sehr schnell nach dem Schließvorgang des Kraftstoffein- spritzventils im Druckraum wieder ein statischer Zustand er- reicht wird. Hierzu ist der Druckraum über eine im Gehäuse ausgebildete Drossel mit einem im Gehäuse ausgebildeten Dämpfungsraum verbunden. Treten im Bereich des Druckraums Druckänderungen auf, wie sie beispielsweise durch das Öffnen oder Schließen des Ventilgliedes verursacht werden, so herrscht im Druckraum ein höherer oder niedrigerer Kraft- stoffdruck als im Dämpfungsraum. Aufgrund dieses Druckgefäl- les wird Kraftstoff durch die Drossel entweder vom Druckraum in den Dämpfungsraum oder aus dem Dämpfungsraum in den Druckraum fließen und so zu einem Druckausgleich zwischen Dämpfungsraum und Druckraum führen. Da der hierbei hin und her fließende Kraftstoff die Drossel passieren muß, werden diese Druckschwingungen durch Reibungsverluste an der Dros- sel gedämpft, so daß es sehr schnell zu einem Abklingen die- ser Druckschwingungen kommt und ein statisches Druckniveau im Druckraum erreicht wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist der Dämpfungsraum als eine im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildete Sackbohrung ausge- bildet. Die Sackbohrung mündet hierbei direkt in den Druck- raum, wobei die Drossel vorzugsweise nahe am Druckraum liegt. Durch die Ausbildung des Dämpfungsraums in Form einer Sackbohrung kann der Dämpfungsraum im Gehäuse einfach und kostengünstig hergestellt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mehr als eine Drossel im Gehäuse angeordnet, die die Verbindung vom Dämpfungsraum zum Druckraum bildet. Hierdurch kann die Dämp- fungswirkung der Drosseln verstärkt werden und durch ver- schiede Drosseln eine bessere Anpassung an die Erfordernisse des Kraftstoffeinspritzventils erfolgen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan- des der Erfindung ist das Ventilglied in einem Ventilkörper angeordnet, während der Dämpfungsraum in einem Ventilhalte- körper ausgebildet ist, wobei sowohl der Ventilkörper als auch der Ventilhaltekörper Teil des Gehäuses sind. Zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilhaltekörper ist eine Zwi- schenscheibe angeordnet, durch die die Verbindung vom Druck- raum zum Dämpfungsraum hindurchtritt. In der Zwischenscheibe ist die Drossel angeordnet, so daß durch einen Austausch der Zwischenscheibe gegen eine Zwischenscheibe mit einer verän- derten Drossel ein leichtes Austauschen der Drossel und da- mit eine Anpassung der Dämpfungswirkung an verschiedene Kraftstoffeinspritzventile möglich ist, ohne daß die sonsti- ge Konstruktion des Kraftstoffeinspritzventils geändert wer- den muß.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen- standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfin- dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils gezeigt. In - Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt gezeigt zusammen mit der schematisch dargestellten Kraft- stoffhochdruckversorgung und in Figur 2 ist ein Längsschnitt durch ein weiteres erfin- dungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil gezeigt, zusammen mit der schema- tisch dargestellten Kraftstoffhochdruckversorgung. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ein Gehäuse 12 auf, das ei- nen Ventilhaltekörper 15 und einen Ventilkörper 32 umfaßt.

Im Ventilkörper 32 ist eine Bohrung 34 ausgebildet, in der ein kolbenförmiges Ventilglied 35 längsverschiebbar angeord- net ist. Das Ventilglied 35 ist in einem brennraumabgewand- ten Abschnitt in der Bohrung 34 dichtend geführt und ver- jüngt sich unter Bildung einer Druckschulter 36 zum Brenn- raum hin. Auf Höhe der Druckschulter 36 ist durch eine ra- diale Erweiterung der Bohrung 34 ein Druckraum 37 im Ventil- körper 32 ausgebildet, der sich als ein das Ventilglied 35 umgebender Ringkanal bis zum brennraumseitigen Ende der Boh- rung 34 fortsetzt. Mit seinem brennraumseitigen Ende steuert das Ventilglied 35 die Öffnung wenigstens einer Einspritz- öffnung 39, die den Druckraum 37 mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine verbindet. Hierzu ist am brennraumseiti- gen Ende des Ventilglieds 35 eine Ventildichtfläche 40 aus- gebildet, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Boh- rung 34 ausgebildeten Ventilsitz 41 zusammenwirkt. Über ei- nen im Gehäuse 12 ausgebildeten Zulaufkanal 14 ist der Druckraum 37 mit einem Hochdruckanschluß 8 verbunden. Der Hochdruckanschluß 8 ist dabei über eine Hochdruckleitung 7 mit einem Hochdrucksammelraum 5 verbunden, in dem Kraftstoff mit einem vorgegebenen hohen Druck vorhanden ist, wobei der Kraftstoff dem Hochdrucksammelraum 5 aus einem Kraftstoff- tank 1 über eine Hochdruckpumpe 2 und eine Kraftstoffleitung 4 zugeführt wird.

Brennraumabgewandt zum Ventilglied 35 ist im Ventilhaltekör- per 15 ein Federraum 28 ausgebildet, in dem eine Schrauben- druckfeder 30 angeordnet ist. Die Schraubendruckfeder 30 weist hierbei eine Druckvorspannung auf und beaufschlagt mit ihrem dem Ventilglied 35 zugewandten Ende das Ventilglied 35 in Schließrichtung. Koaxial zur Bohrung 34 und brennraumab- gewandt zum Federraum 28 ist im Ventilhaltekörper 15 eine Kolbenbohrung 27 ausgebildet, die in den Federraum 28 mündet und in der eine Kolbenstange 26 angeordnet ist, die mit ih- rem brennraumzugewandten Ende am Ventilglied 35 anliegt und die mit ihrer brennraumabgewandten Stirnseite einen Steuer- raum 20 begrenzt. Der Steuerraum 20 ist hierbei über eine Zulaufdrossel 19 mit dem Zulaufkanal 14 verbunden und über eine Ablaufdrossel 17 mit einem im Ventilhaltekörper 15 aus- gebildeten Leckölraum 23, der mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Leckölsystem verbunden ist und dadurch ständig einen niedrigen Druck aufweist. Im Leckölraum 23 ist ein Magnetanker 22 angeordnet, der durch eine Schließfeder 31 in Richtung des Steuerraums 20 beaufschlagt ist und an dem eine Dichtkugel 29 befestigt ist, die die Ablaufdrossel 17 verschließt. Im Leckölraum 23 ist darüber hinaus ein Elektromagnet 24 angeordnet, der bei geeigneter Bestromung eine anziehende Kraft entgegen der Kraft der Schließfeder 31 auf den Magnetanker 22 ausübt und diesen vom Steuerraum 20 wegbewegt, wodurch der Steuerraum 20 mit dem Leckölraum 23 verbunden wird. Wird der Elektromagnet 24 stromlos geschal- tet, so bewegt sich der Magnetanker 22 durch die Kraft der Schließfeder 31 wieder in Richtung des Steuerraums 20 und verschließt mit der Dichtkugel 29 die Ablaufdrossel 17.

Im Ventilhaltekörper 15 ist ein Dämpfungsraum 46 ausgebil- det, der als Sackbohrung ausgeführt ist und dessen offenes Ende an der dem Ventilkörper 32 zugewandten Stirnseite des Ventilhaltekörpers 15 angeordnet ist. Die den Dämpfungsraum 46 bildende Sackbohrung verläuft hierbei parallel zur Kol- benbohrung 27 und ist über eine im Ventilkörper 32 ausgebil- dete Verbindung 42 mit dem Druckraum 37 verbunden. In der Verbindung 42 ist eine Drossel 44 angeordnet, die durch eine Querschnittverengung der Verbindung 42 ausgebildet ist.

Herrscht eine Druckdifferenz zwischen Druckraum 37 und Dämp- fungsraum 46, so kann über die Verbindung 42 und die Drossel 44 Kraftstoff von einem in den anderen Raum strömen und so zu einem Druckausgleich führen.

Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt : Durch die Verbindung des Druckraums 37 mit dem Hoch- drucksammelraum 5 über den Zulaufkanal 14 und die Hochdruck- leitung 7 herrscht im Druckraum 37 stets ein hoher Kraft- stoffdruck, wie er auch im Hochdrucksammelraum 5 vorgehalten wird. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird der Elektro- magnet 24 betätigt und der Magnetanker 22 gibt in der oben beschriebenen Weise die Ablaufdrossel 17 frei. Hierdurch sinkt der Kraftstoffdruck im Steuerraum 20, und die hydrau- lische Kraft auf die brennraumabgewandte Stirnseite der Kol- benstange 26 wird reduziert, so daß die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 36 überwiegt und das Ventilglied 35 in Öffnungsrichtung bewegt wird, wodurch die Einspritzöffnungen 29 freigegeben werden. Zum Beenden der Einspritzung wird die Bestromung des Elektromagneten 24 entsprechend geändert und der Magnetanker 22 verschließt, angetrieben durch die Schließfeder 31, wieder die Ablaufdrossel 17 mit der Dicht- kugel 29. Durch den durch die Zulaufdrossel 19 nachfließen- den Kraftstoff baut sich im Steuerraum 20 wieder der Kraft- stoffhochdruck auf, wie er auch im Zulaufkanal 14 herrscht, so daß die hydraulische Kraft auf die Kolbenstange 26 größer wird als die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 36, und das Ventilglied 35 fährt in die Schließposition zurück.

Durch den Schließvorgang wird der Kraftstoff, der in Druck- raum 37 in Richtung der Einspritzöffnungen 29 während der Einspritzung fließt, abrupt abgebremst, so daß die Bewe- gungsenergie des Kraftstoffs in Kompressionsarbeit umgewan- delt wird. Dadurch entsteht eine Druckwelle, die sich im Druckraum 37 ausbreitet. Die so verursachte Druckerhöhung führt zu einer Druckdifferenz zwischen Druckraum 37 und Dämpfungsraum 46, wo zumindest näherungsweise noch der Druck herrscht, der vor Beginn der Einspritzung auch im Druckraum 37 vorhanden war. Durch diese Druckdifferenz fließt etwas Kraftstoff aus dem Druckraum 37 durch die Verbindung 42 und die Drossel 44 in den Dämpfungsraum 46 und von dort gemäß dem Druckunterschied zwischen Dämpfungsraum 46 und Druckraum 37 wieder zurück in den Druckraum 37. Beim Passieren der Drossel 44 muß Reibungsarbeit verrichtet werden, die diese Druckschwingungen rasch abdämpfen, so daß bereits nach kur- zer Zeit in Druckraum 37 wieder ein statisches Druckniveau erreicht wird. Für die nachfolgende Einspritzung liegt somit ein definierter Druckzustand im Druckraum 37 vor, der eine entsprechend genaue und präzise Einspritzung ermöglicht.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Längsschnitt dar- gestellt. Die Dämpfung der Druckschwingungen erfolgt bei diesem Kraftstoffeinspritzventil in gleicher Art und Weise wie bei dem in Figur 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzven- til, jedoch sind die sonstigen Komponenten und die Arbeits- weise verschieden. Ein Ventilhaltekörper 50 ist unter Zwi- schenlage einer Zwischenscheibe 52 mittels einer Spannmutter 55 gegen einen Ventilkörper 54 verspannt. Im Ventilkörper 54 ist eine Bohrung 57 ausgebildet, in der ein Ventilglied 60, das kolbenförmig ausgebildet ist, längsverschiebbar angeord- net ist. Das Ventilglied 60 weist an seinem brennraumzuge- wandten Ende eine Dichtfläche 62 auf, die mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung 57 ausgebildeten Ventil- sitz 64 zusammenwirkt und so die Öffnung wenigstens einer im Ventilsitz 64 angeordneten Einspritzöffnung 66 steuert.

Durch eine Verjüngung des Ventilglieds 60 zum Brennraum hin ist am Ventilglied 60 eine Druckschulter 61 ausgebildet, auf deren Höhe durch eine Querschnittserweiterung der Bohrung 57 ein Druckraum 68 ausgebildet ist, der über einen im Ventil- körper 54 der Zwischenscheibe 52 und dem Ventilhaltekörper 50 ausgebildeten Zulaufkanal 58 mit einem Hochdruckanschluß 56 verbunden ist. Der Hochdruckanschluß 56 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckquelle verbunden, die Kraftstoff unter hohem Druck in den Hoch- druckanschluß 56 und durch den Zulaufkanal 58 dem Druckraum 68 zuführen kann.

Brennraumabgewandt geht das Ventilglied 60 in einen Feder- teller 74 über, der in einer Öffnung der Zwischenscheibe 52 angeordnet ist und bis in einen im Ventilhaltekörper 50 aus- gebildeten Federraum 70 ragt. Zwischen dem Federteller 74 und dem brennraumabgewandten Ende des Federraums 70 ist eine Schließfeder 72 angeordnet, die als Schraubendruckfeder aus- gebildet ist und eine Druckvorspannung aufweist, so daß eine Schließkraft auf das Ventilglied 60 ausgeübt wird. In den Druckraum 68 mündet eine Verbindung 76, die über eine in der Zwischenscheibe 52 ausgebildete Drossel 78 mit einem im Ven- tilhaltekörper 50 ausgebildeten Dämpfungsraum 80 verbunden ist. Die Drossel 78 ist durch eine Querschnittsverringerung der Verbindung 76 ausgebildet, wobei es auch vorgesehen sein kann, mehr als eine Drossel 78 in der Zwischenscheibe 52 an- zuordnen. Der Dämpfungsraum 78 ist, wie bereits bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, als Sackbohrung ausge- bildet, die parallel zur Längsachse des Federraums 70 bzw. der Bohrung 57 verläuft. Die Länge der Sackbohrung und damit das Volumen des Dämpfungsraums 80 kann, je nach erwünschter Dämpfungswirkung, variiert werden. Soll eine Einspritzung erfolgen, so wird Kraftstoff in den Hochdruckanschluß 56 eingeführt, so daß der Kraftstoff durch den Zulaufkanal 58 dem Druckraum 68 zufließt. Übersteigt die durch den Kraft- stoffdruck im Druckraum 68 ausgeübte hydraulische Kraft auf die Druckschulter 61 die Schließkraft der Schließfeder 72, so bewegt sich das Ventilglied 60 vom Ventilsitz 64 weg und gibt die Einspritzöffnungen 66 frei. Wird die Kraftstoffzu- fuhr zum Druckraum 68 unterbrochen, so sinkt dort der Kraft- stoffdruck, und die Kraft der Schließfeder 72 überwiegt beim Unterschreiten eines gewissen Drucks im Druckraum 68 gegen- über der hydraulischen Kraft auf das Ventilglied 60, worauf dieses in seine Schließposition zurückkehrt. Durch das Schließen des Kraftstoffeinspritzventils entstehen im Druck- raum 68 in der bereits oben geschilderten Art und Weise Druckschwingungen. Diese führen zu einem Kraftstofffluß zwi- schen dem Druckraum 68 und dem Dämpfungsraum 80 über die Drossel 78, so daß die Druckschwingungen durch diesen Vor- gang rasch abgedämpft werden. Die Ausbildung der Drossel 78 in der Zwischenscheibe 52 ist hierbei besonders vorteilhaft, da durch Austausch der Zwischenscheibe 52 eine andere Dros- sel 78 in die Verbindung des Druckraums 68 mit dem Dämp- fungsraum 80 eingebaut werden kann, ohne daß weitere bauli- che Veränderungen am Kraftstoffeinspritzventil nötig wären.

Alternativ kann es aber auch vorgesehen sein, die Drossel 78 noch innerhalb des Ventilkörpers 54 anzuordnen, zum Beispiel unmittelbar am Druckraum 68.

Alternativ zu den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausfüh- rungsbeispielen kann es auch vorgesehen sein, den Dämpfungs- raum 46 in Fig. 1 bzw. den Dämpfungsraum 80 in Fig. 2 nicht als Sackbohrung auszubilden, sondern als einen Hohlraum im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils, der jede beliebige Form annehmen kann. So können die räumlichen Möglichkeiten des Kraftstoffeinspritzventils optimal genutzt werden, ohne daß an den bestehenden funktionellen Komponenten bauliche Änderungen vorgenommen werden müssen. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, mehr als eine Drossel 44 ; 78 in der Verbin- dung des Druckraums 37 ; 68 zum Dämpfungsraum 46 ; 80 anzuord- nen. Hierdurch kann ein optimales Dämpfungsverhalten der Drossel 44 ; 78 erzielt werden.