Stand der Technik Aus EP 0 823 549 A2 ist ein Injektor für eine Einspritzanlage an Brennkraftma- schinen bekannt. Im Injektorgehäuse gemäß dieser technischen Lösung sind zwei hintereinander liegende Steuerventile angeordnet, die durch einen Magneten ange- steuert werden. Die Ansteuerung eines der beiden Ventile zieht zwangsweise die Betätigung des weiteren Ventiles nach sich. Der Vorteil dieser Lösung ist die Druckausgeglichenheit des Nadelsteuerventiles in allen Betriebszuständen ; der Nachteil dieser Lösung ist darin zu erblicken, daß eine Entkopplung der Hubvor- vorgänge der beiden hintereinander geschalteten Ventile mit der Lösung gemäß EP 0 823 549 A2 nicht möglich ist. Dies wiederum beschränkt die Möglichkeiten der Einflußnahme auf den Einspritzdruckverlauf erheblich. Mit der Lösung gemäß EP 0 823 549 A2 ist eine Anpassung des Einspritzdruckverlaufes an individuelle Erfordernisse bestimmter Brennkraftmaschinenauslegungen schwer realisierbar.

Darstellung der Erfindung Durch die Ansteuerung der Steuerventile im Injektor durch einen Piezoaktor las- sen sich unter Vermeidung von Bauraum beanspruchenden Magnetventilen mit-

tels Piezoaktoren sehr schnelle Ventilschaltzeiten erzielen. Dies wirkt sich beson- dres positiv bei höheren Drehzahlen aus, bei denen die zur Verbrennung zur Ver- fügung stehende Zeitspanne ohnehin immer geringer wird und die genaue For- mung des Einspritzdruckverlaufes den Ablauf der Verbrennung maßgeblich be- einfluß. Ein weiterer Vorteil ist die durch die Verwendung eines Piezoaktors er- zielbare wesentliche kompaktere Bauform, die durch eine desaxiale Anordnung von Steuerventil und Aktor möglich wird. Damit steht für die geometrische Aus- legung einer solcher Art beschaffene Injektors eine größere Gestaltungsfreiheit offen.

Die Entkopplung der beiden im Injektorgehäuse vorgesehenen Steuerventile von- einander gestattet ferner, die Bauteile kostengünstiger herzustellen. Es entsteht keine Addition von Fertigungstoleranzen, so daß die Herstelltoleranzen tenden- ziell aufgeweitet werden können, was die Herstellkosten der Bauteile günstig be- einfluß. Durch die Aufweitung der Herstelltoleranzen lassen sich ferner in einem Fertigungslos die Streuungsbreite der einzelnen Exemplar eines Injektors verrin- gern. Die Leckageverluste während des Einspritzvorganges werden vollständig unterdrückt ; es tritt lediglich während der Druckaufbauphase-wenn die Düsen- nadel geschlossen bleiben soll-ein Leckageverlust auf.

Die Einspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung läßt eine Variation des Öffnungsdruckes der Düsennadel für die Voreinspritzeinphase, die Hauptein- spritzphase und gegebenenfalls für eine erforderliche Nacheinspritzphase zu. Eine Nacheinspritzung bei erhöhtem Druckniveau ist durch das Durckausgleichs- systsem an einem der beiden Steuerventile möglich. Je nach Ausführung eines Drosselelementes, welches einem die Düsennadel beaufschlagenden Düsennadel- federraum zugeordnet ist, läßt sich der gegen Ende der Haupteinspritzung bei weiterer Ansteuerung eines der beiden Steuerventile einstellende absolute Höchstdruck, sowie der Verlauf der Drucksteigerung bis zum Höchstwert, gezielt vorgeben.

Zeichnung Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 eine generelle Prinzipskizze der Aktoransteuerung zweier Steuerventile eines Injektors, Fig. 2 die Zusammenschau des Aktorhubes des Druckverlaufes im Kopplungs- raum, der Hubwege der beiden Steuerventile, des Einspritzdruckverlaufes und des Hubverlaufes an der Düsennadel mit Nacheinspritzung, jeweils aufgetragen über die Zeitachse, Fig. 3 den sich ergebenden variablen Düsenößhungsdruck bei entsprechender Betätigung eines der Steuerventile, Fig. 4 ein Querschnitt durch das Injektorgehäuse, Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung der Steuerventile, eingelassen ins Injektorge- hause, sowie eine vergrößerte Darstellung eines Ausgleichsystemes an ei- nem der beiden Steuerventile und Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Injektorgehäuse.

Ausführungsvarianten Fig. 1 zeigt eine generelle Prinzipskizze einer Aktoransteuerung zweier Steuer- ventile eines Injektors.

Aus der schematisch gehaltenen Prinzipskizze geht hervor, daß ein Pumpraum 1 eines Injektors über einen Kolbendruck beaufschlagbar ist, so daß einem in die Steuerkammer 4 einer Düsennadel 5 mündende Hochdruckleitung 3 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Im Injektorgehäuse ist die Dü- sennadel 5 bewegbar gelagert, die über einen Düsenfederraum 7 druckbeauf- schlagbar ist. Vom Düsennadelfederraum 7 zweigt ein Drosselelement 8 ab, über welches Kraftstoff in einen Niederdruckraum 9-beispielsweise einen Vorrat- stank-abströmt.

Der Hochdruckleitung 3 sind zwei Steuerventile It, 12 zugeordnet, die über einen Kopplungsraum 15-hier schematisch als Linienzug 15 wiedergegeben-mitein- ander in Verbindung stehen. Jedem der beiden Steuerventile 11 bzw. 12 ist ein separater Kraftspeicher 13 bzw. 14 zugeordnet, über den die Betätigungsdrücke der beiden Steuerventile 11 bzw. 12 einstellbar sind. Der Rücklauf vom Kraftstoff zum Niederdruckraum 9 vom ersten Steuerventil 11 erfolgt über eine Rücklauf- leitung ; der Rücklauf vom zweiten Steuerventil 12 erfolgt über eine in den Dü- sennadelfederraum 7 mündende Leitung, via Drosselelement 8 in den Nieder- druckraum 9.

Fig. 2 zeigt in Zusammenschau den Aktorhub, den Druckverlauf im Kopplung- raum, die Hubwegverläufe vom ersten und zweiten Steuerventil, den sich einstel- lenden Einspritzdruckverlauf bei verschiedenen Offnungsdrucken an den Steuer- ventilen, sowie den Verlauf des Düsennadelhubes, jeweils aufgetragen über der Zeitachse.

Der Verlauf des Aktorhubweges 16 ist über der Zeitachse wiedergegeben und läßt sich im wesentlichen in eine erste Hubphase, die der Voreinspritzung entspricht, eine längerandauernde Haupteinspritzphase sowie eine kürzere, sich an die Haupteinspritzphase anschließende Nacheinspritzphase einteilen.

Dementsprechend stellt sich im Kupplungsraum 15 ein Druckverlauf 17 ein ; die verschiedenen Kurven 17.1,17.2 sowie 17.3 stellen die Offnungsdruckkurven für jeweils unterschiedliche Öfmungsdrücke am ersten bzw. zweiten Steuerventil 11 bzw. 12 dar.

Die Hubwegverläufe am ersten Steuerventil 11 sowie am zweiten Steuerventil 12 sind in den Kurvenzügen 18 bzw. 19 wiedergegeben. Aus dem Verlauf des Ven- tilhubweges am ersten Steuerventil 11 geht hervor, daß dieses sowohl die Vorein- spritzung als auch die Grundlast der Haupt-und Nacheinspritzungsphase trägt.

Dahingegen trägt das zweite Steuerventil 12 zur Druckerhöhung während der Voreinspritzphase bei, sowie durch den beispielsweise mit 17.3 bezeichneten Hubverlauf zur Druckerhöhung während der Haupteinspritzphase. Der Zeitpunkt der Betätigung des zweiten Steuerventiles 12 kann individuell entsprechend der Öffnungsdrücke 17.1,17.2,17.3 vorgewählt werden, so daß der im Diagramm 20 wiedergegebene Einspritzdruckverlauf individuell beeinflußt werden kann.

Neben einem mit Bezugszeichen 20.1 indentifizierten ersten Druckverlauf kann auch eine später einsetzende Steigerung des Einspritzdruckes gemäß des zweiten Einspritzdruckverlaufes 20.2 vorgegeben werden. Damit läßt sich einer Vielzahl von Anwendungsfällen Rechnung tragen, da neben den hier beispielhaft heraus- gegriffenen Druckverläufen auch beliebige andere Druckverläufe 20 des Ein- spritzdruckes realisierbar sind. Durch den Öffnungsdruckverlauf 17.3 am zweiten Steuerventil 12 kann beispielsweise das Einsetzen der Einspritzdrucksteigerung gemäß des Einspritzdruckverlaufes 20.2 vorgegeben und variabel gehalten wer- den.

Gemäß der Auslegung der Querschnittsfläche des Drosselelements 8, welches in der Abströmleitung zum Niederdruckraum 9 gemäß Fig. 1 vorgesehen ist, läßt sich der Einspritzdruckverlauf 20 zwischen Ende der Haupteinspritzphase und Beginn der Nacheinspritzphase gemäß des Doppelpfeiles im Kurvenzug 20 mo- dellieren ; je nach Dimensionierung des Drosselquerschnittes am Drosselelement 8

bzw. 29, nimmt der Druck im Düsennadelfederraum 7 schneller oder langsamer ab, wodurch sich der gezeigte Druckverlauf gegen Ende der Haupteinspritzphase einstellt.

Mit Bezugszeichen 21 ist der Verlauf des Düsennadelhubes bezeichnet, der sich ähnlich des Hubwegverlaufes 19 des zweiten Steuerventiles 12 verhält. Einer Off nungsphase während des Voreinspritzvorganges schließt sich eine Hauptein- spritzphase an, deren Beginn je nach eingestelltem Öffnungsdruck früher oder später liegt. Nach Ende der Haupteinspritzung schließt sich die Düsennadel 5 wieder und öffnet nach einer Zeitspanne, um eine Nacheinspritzung von Kraft- stoff in den Brennraum freizugeben.

In Fig. 3 ist der sich an der Einspritzdüse einstellende Druck in Abhängigkeit vom Düsennadelhubverlauf dargestellt.

Die vornehmbare Beeinflußung des Einspritzdruckverlaufes durch Beaufschla- gung des Düsenfederraumes 7 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff wird zu individuell vorgebbaren sich jeweils an der Einspritzdüse 6 einstellende varia- ble Düsenöffnungsdruck. Hierdurch ergeben sich die entsprechenden Druckver- läufe 22.1,22.2,22.3 und die dazugehörigen Düsennadelhubverläufe.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Injektorgehäuse 25 gemäß des in Fig. 6 wiedergegebenen Schnittverlaufes IV-IV.

Im Injektorgehäuse 25, welches eine vorzugsweise zylindrischen Querschnitt aufweist, sind die Steuerbohrung 24 sowie die Hochdruckleitung 3 dargestellt, die benachbart zu den im Injektorgehäuse 25 ebenfalls vorgesehenen Steuerventilen 11 und 12 verlaufen. Durch die geometrische Anordnung läßt sich eine extrem kompakte Bauform im unteren Abschnitt des Injektorgehäuses 25 erzielen. Die Steuerventile 11 bzw. 12 sind von einem Kopplungsraum 15 umgeben, der hier

jedoch nur schematisch die beiden Steuerventile 11,12 miteinander verbindend dargestellt ist.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist eine vergrößerte Wiedergabe der beiden Steu- erventile 11 bzw. 12, eingelassen in das Injektorgehäuse, sowie eine vergrößerte Darstellung eines Ausgleichssystemes an einem der beiden Steuerventile gezeigt.

Oberhalb des nur schematisch ohne das darin enthaltene Federelement dargestell- ten Düsenfederraumes 7 sind zwei nebeneinander liegende Steuerventile 11,12 gezeigt. An ihrem oberen Enden sind die beiden Steuerventile 11, 12 mit einem Kopplungsraum 15 miteinander verbunden. Zwischen den beiden Steuerventilen 11 bzw. 12 verläuft die Hochdruckbohrung 3, während die Steuerbohrung 24 aus Gründen der besseren Darstellbarkeit seitlich herausgeklappt wiedergegeben ist.

Dem Düsennadelfederraum 7 ist in der Abströmleitung zum Niederdruckraum 9 ein Drosselelement 29 zugeordnet, das mit festem Querschnitt oder auch mit ver- stellbarem Querschnitt ausgeführt sein kann.

Dem ersten Steuerventil 11 sind Rücklaufleitungen 27 bzw. 28 in den Nieder- druckraum 9 zugeordnet, während von der Steuerkammer, die das zweite Steuer- ventil 12 umgibt, gemäß der Einzelheit Z, ein Bypass 37 in die Steuerbohrung 24 mündet.

Vom zweiten Steuerventil 12 führt die Rücklaufleitung 30 in den Niederdruck- raum 9, jedoch gemäß Fig. 5 ohne Zwischenschaltung eines Drosselelementes.

In der Einzelheit Z ist das Ausgleichssystem 34 am zweiten Steuerventil 12 im vergrößerten Maßstab dargestellt. Im Steuerteil 33, ausgeführt im Druchmesser dl befindet sich eine Bohrung 31, in die ein Ausgleichskolben 32 des Druchmessers da eingelassen ist. Die Bohrung 31 mündet in eine verengte Bohrung 35, die ihrer- seits mit einer Querbohrung 36 im Steuerteil 33 in Verbindung steht. Diese Quer- bohrung 36 mündet an ihren beiden Enden jeweils am unteren Teil der Steuer-

kammer, die das Steuerteil 33 des zweiten Steuerventiles 12 umgibt. Von der Steuerkammer zweigt ein Bypass 37 ab,, der die Steuerkammer mit der Steuerboh- rung 24 verbindet, die ihrerseits in den Düsennadelfederraum 7 mündet. Im Be- reich des dem Kraftspeicher 14 zugewandten Ende des zweiten Steuerventiles ist das Steuerteil 33 mit einem Durchmesser d3 ausgeführt. Durch den Ausgleichs- kolben 32 des Steuerteiles 33, der von oben mit dem Kopplungsraum 15 herr- schenden Kraftstoffdruck beaufschlagt ist und die Steuerbohrung 24, sowie den Bypass 37 stellt sich am Steuerteil 33 des zweiten Steuerventiles 12 ein Druck- ausgleich ein, wenn die Beziehung dl2-d32 = d22 erfüllt ist.

Mittels des Ausgleichssystemes 34 läßt sich das Steuerventil 12 auch unter sehr hohem Druck leicht betätigen. Dadurch ist es möglich, an der Düsennadel 5 durch erhöhten Druck auf der Düsennadelrückseite erhöhten Druck im geschlossenen Zustand der Düsennadel 5 zu halten, fur eine eventuelle Nacheinspritzung muß der bereits aufgebaute Druck nicht wieder abgebaut werden, damit ist eine Nach- einspritzung gemäß der Diagramme 21 und 19 nach Fig. 2 gegen Ende der Haupt- einspritzung auf höherem Druckniveau nochmals möglich.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch einen Injektor.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß der mittels des Kolbens 2 beaufschlagte Pumpraum 1 in die Hochdruckleitung 3 gemäß Fig. 1 mündet. Die Hochdrucklei- tung 3 ihrerseits mündet in die die Düsennadel 5 umgebende Steuerkammer 4 ; die Einspritzdüse 6 ihrerseits mündet in den Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Die Düsennadel 5 ihrerseits ist durch eine im Düsennadelfederraum 7 dargestellte Druckfeder beaufschlagt. Im Injektorkörper 25 sind die Steuerventile 11 bzw. 12 dargestellt, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines im Längs- schnitt wiedergegeben ist. Die Rücklaufleitungen 27,28 bzw. 30, ausgehend von den jeweiligen Steuerventilen 11 und 12 münden in einen am Injektor 25 vorgese- henen, sich ringförmig erstreckenden Hohlraum, von dem aus die Rückströmung des Kraftstoffes in den Vorratstank erfolgt.

Durch die Beaufschlagung des Düsennadelfederraumes 7 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff und der Verhinderung des vorzeitigen Abströmen des Kraft- stoffes durch ein Drosselelement 8 bzw. 29 kann eine aktive Steuerung des Dü- sennadelhubes realisiert werden. Dadurch, daß durch das Ausgleichssystem 34 an dem den Einspritzdruck formenden Steuerventils 12 ein Druckausgleich herbeige- führt werden kann, können auch Nacheinspritzungen bei hohem Druckniveau vorgenommen werden.

Zur Abfolge der Einspritzvorgänge werden die Steuerventile 11 bzw. 12 nachein- ander geschaltet, wobei die unterschiedlichen Offnungsdrücke der Steuerventile 11 bzw. 12 entweder durch unterschiedlich dimensionierte Kraftspeicher 13,14 beispielsweise in Gestalt von Schraubenfedern-vorgesehen werden können. Al- ternativ dazu, können bis zum Schließen der Steuerventile 11 bzw. 12 durch diese unterschiedliche Kraftstoffvolumina freigegeben werden, die dann mittels des Aktorkolbens 2 wieder ausgeglichen werden.