DE19755591A1 - Zur Vor- und Haupteinspritzung von Kraftstoff eingerichtete Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zur Vor- und Haupteinspritzung von Kraftstoff eingerichtete Kraft­ stoffeinspritzvorrichtung, insbesondere als Pumpedüse, nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bekanntlich werden an derartige, zur Kraftstoffeinspeisung von Brennkraftmaschinen die­ nende Einspritzvorrichtungen hohe Anforderungen hinsichtlich einer zeit- und mengen­ genauen Vor- und Haupteinspritzung von Kraftstoff gestellt. Bei einer aus der DE-OS 36 29 754 bekannten gattungsgemäßen Pumpedüse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs ist eine der Voreinspritzung zugeordnete Druckkammer in den Außenum­ fang eines Hohlkolbens eingearbeitet und steht dauernd in Strömungsverbindung mit einem zur Düsennadel führenden Druckkanal, der in das Gehäuse der Pumpedüse eingearbeitet ist. Zur Beendigung der Voreinspritzung, d. h. dann, wenn der Hohlkolben beispielsweise durch eine von einem Nocken auf den Hochdruckkolben ausgeübte und über den Druck­ raum übertragene Kraft seinen vorgegebenen Voreinspritzhub zurückgelegt hat, gibt eine Abströmkante des Hohlkolbens eine Strömungsverbindung zwischen dem Druckraum und der Druckkammer frei, wodurch eine Druckentlastung der Druckkammer erfolgt, die einen die Rückkehr der Düsennadel in ihre Schließstellung verursachenden Druckzusammenbruch in der Druckleitung zur Folge hat. Zur erneuten Befüllung der der Voreinspritzung zu­ geordneten Druckkammer ist in den Hohlkolben ein federbelasteter Ventilkolben eingelas­ sen, der bei niedrigem Druck im Druckraum in eine Offenstellung bewegt wird und dann eine Strömungsverbindung zu der Druckkammer durch eine Durchbrechung der Wand des Hohlkolbens freigibt, wobei die Kraftstoffzufuhr dort vom Düsenfederraum her erfolgt.

Diese bekannte Pumpedüse besitzt vor allem den Nachteil, daß die Voreinspritzung über relativ lange Abströmwege zwischen der Druckkammer und dem Druckraum beendet wird, wodurch die erneute Schließbewegung der Düsennadel einer Vielzahl von veränderlichen Einflüssen, wie der Temperatur, dynamischen Einflüssen und der Drehzahl der Brennkraft­ maschine, unterliegt. Zudem sind hier zwei Druckfedern erforderlich.

Eine weiter bekannte Einspritzvorrichtung als Pumpedüse nach der EP 0 656 472 A1 weist einen Tauchkolben auf, der in einen eine Druckkammer umschließenden Hohlkolben hineinragt, wobei der Tauchkolben beidseitig mit zylindrischen Ansätzen versehen ist und sich eine koaxial zu dem oberen Ansatz angeordnete Feder einerseits am Tauchkolben und andererseits an einer Innenfläche des Hohlkolbens abstützt und wobei die Druckfläche durch einen Radius der Druckkammer und den oberen Ansatz bestimmt ist. Die Feder hält den unteren Ansatz in Anlage mit einem Federteller, welcher seinerseits von einer stärker als die Feder dimensionierten zugleich eine Schließfeder der Düsennadel bildenden zweiten Feder in Richtung Druckraum beaufschlagt in Längsrichtung verschiebbar in das Gehäuse eingesetzt ist. Zur Einleitung des Voreinspritzhubs weist der Federteller an einer unteren Stirnfläche eines Gehäuseteils anliegend einen geringen Abstand zum Hohlkolben auf, welcher zur Voreinspritzung durch die Längsbewegung des Hohlkolbens überwunden wird, wobei unter Relativverschiebung des Tauchkolbens im Hohlkolben die Voreinsprit­ zungskraftstoffmenge verdrängt wird. Zur Beendigung des Einspritzpausenhubs kommt ein als Schulter ausgebildeter Anschlag des Federtellers an einem gehäuseseitigen Gegenan­ schlag zur Anlage.

Mit einer solchen Anordnung wird das Ende der Voreinspritzung nicht durch einen über lange Wege erfolgenden, Zeit benötigenden Absteuervorgang ausgelöst, so daß hier eine genauere Einhaltung der Einspritzparameter möglich ist. Auch hier liegt jedoch ein relativ aufwendiger Aufbau mit zwei Federn vor. Zudem können Leckverluste mit der Gefahr eines "Nachtropfens" der Düse auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einspritzvorrichtung so weiterzubilden, daß bei einem einfachen Aufbau die genaue Einhaltung der Einspritzpara­ meter (Einspritzzeit und -menge) weiter verbessert wird und insbesondere damit Leckver­ luste vermindert werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 besteht der Steuerkolben aus einem Druckraumkolbenteil und einem dagegen im Durchmesser kleineren Steuerschieberteil und ist zwischen einem gehäuse­ festen ersten Steuerkolbenanschlag und einem zweiten gehäusefesten Steuerkolben­ gegenanschlag verschiebbar.

Die Düsennadel besteht aus einem Düsennadelhohlteil und einem Düsennadelventilkörper, wobei das Steuerschieberteil verschiebbar im Düsennadelhohlteil aufgenommen ist und der Düsennadelkörper einem gehäusefesten Ventilsitz mit wenigstens einer Ausströmöffnung zugeordnet ist. Zwischen dem Steuerkolben und der Düsennadel ist die Druckfeder ange­ bracht. Ohne Druck oder bei wenig Druck im Hochdruckraum entsprechend einer Grundstel­ lung, beispielsweise in der Grundkreisphase eines Betätigungsnockens für den Hochdruck­ kolben, liegen der Steuerkolben am ersten Steuerkolbenanschlag und die Düsennadel in ihrer Schließposition am Ventilsitz an.

Im Düsennadelhohlteil ist in Verbindung mit dem verschiebbaren Steuerschieberteil eine Druckkammer gebildet, die über wenigstens eine Druckkammerbohrung eine Verbindung zu einem am Düsennadelventilkörper bis zum Ventilsitz reichenden Düsennadeldruckraum hat.

Zwischen dem Hochdruckraum und dem Bereich des Düsennadelhohlteils verläuft ein Überströmkanal für den Kraftstoff. In der Grundstellung des Steuerkolbens und der Düsen­ nadel überdecken sich eine erste Düsennadelsteuerbohrung im Düsennadelhohlteil und eine erste gehäusefeste Überstromkanalsteuerbohrung zum Überströmkanal, so daß eine Verbindung zur Druckkammer hergestellt ist. Diese Düsennadelsteuerbohrung liegt dabei im Verstellbereich des Steuerschieberteils und ist von diesem absperrbar. Bei einer ersten Druckerhöhung im Hochdruckraum durch eine Verstellung des Hochdruckkolbens bei ge­ schlossenem Magnetventil werden die Druckkammer und der Düsennadeldruckraum sowie ggfs. angeschlossene Volumen über den Überströmkanal, die erste Überströmkanalsteuer­ bohrung und die erste Düsennadelsteuerbohrung mit Kraftstoff gefüllt, wobei in der Druck­ kammer ein Voreinspritzvolumen bestimmt ist.

Bei einer weiteren Druckerhöhung im Hochdruckraum durch eine weitere Verstellung des Hochdruckkolbens wird der Steuerkolben bei weiterer Komprimierung der Druckfeder in Richtung der Düsennadel verstellt. Dadurch wird die erste Düsennadelsteuerbohrung vom Steuerschieberteil überfahren und abgesperrt, wodurch der Druck in der mit Kraftstoff ge­ füllten Druckkammer und dem verbundenen Düsennadeldruckraum erhöht wird. Die in der Druckkammer und im Düsennadeldruckraum auf die Düsennadel in deren Schließrichtung zum Ventilsitz hin wirkenden Druckflächen sind kleiner ausgebildet als die in Öffnungsrich­ tung der Düsennadel entgegenwirkenden Druckflächen. Zudem ist die Druckfeder so dimensioniert, daß die Düsennadel bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer und dem Düsennadeldruckraum gegenüber dem Steuerkolben verschiebbar ist. Dementsprechend wird bei einem weiteren Eintauchen des Steuerschieberteils in die Druckkammer die Düsennadel mit ihrem Düsennadelventilkörper vom Ventilsitz abgehoben, wodurch die Aus­ strömöffnung freigegeben wird und das Voreinspritzvolumen ausgestoßen wird. Dabei baut sich der Druck in der Druckkammer und im Düsennadeldruckraum ab, so lange, bis durch die Wirkung der Druckfeder die Düsennadel wieder in ihre Geschlossenstellung in Gegen­ richtung verschoben ist und die Ausströmöffnung unter Beendigung der Voreinspritzung wieder geschlossen ist.

In der Grundstellung des Steuerkolbens und der Düsennadel ist versetzt gegenüber der ersten Düsennadelsteuerbohrung und durch das Steuerschieberteil abgedeckt und abge­ sperrt wenigstens eine zweite Düsennadelsteuerbohrung im Düsennadelhohlteil angebracht. Diese überdeckt eine zugeordnete, zweite Überströmkanalsteuerbohrung. Zudem ist am Steuerschieberteil wenigstens eine dazu versetzt zugeordnete Steuerschieberausnehmung angebracht, die bei einer Verstellung des Steuerkolbens in den Bereich der zweiten Düsennadelsteuerbohrung und der zweiten Überströmkanalsteuerbohrung verstellbar ist. Dabei wird dann über wenigstens eine dritte Düsennadelsteuerbohrung und einen gehäuse­ festen Verbindungskanal eine Verbindung zwischen dem Überströmkanal bzw. dem Hoch­ druckraum und dem Düsennadeldruckraum hergestellt. Dies entspricht der Stellung des Steuerkolbens (nach der durchgeführten Voreinspritzung), wenn dieser bei weiter zuneh­ mender Druckerhöhung im Hochdruckraum über seinen maximalen Hubweg gegen den zweiten Steuerkolbengegenanschlag zur Durchführung der Haupteinspritzung bewegt wird. Durch die dann unmittelbare Verbindung des Hochdruckraums mit dem Düsennadeldruck­ raum wird Kraftstoff aus dem Hochdruckraum unter Druckerhöhung in den Düsennadel­ druckraum gefördert, wobei wiederum aufgrund der vorstehend erläuterten Dimensionierung der Druckflächen und der Druckfeder die Düsennadel in ihre Offenstellung gegen einen gehäusefesten Düsennadelanschlag verschoben wird. Die zweite und dritte Düsen­ nadelsteuerbohrung sind dabei so groß dimensioniert und die Düsennadelbewegung ist so begrenzt, daß die direkte Verbindung zwischen dem Druckraum und dem Düsennadel­ druckraum hier auch bei der Düsennadel in ihrer Offenstellung aufrechterhalten wird. Dabei wird das durch den Hochdruckkolbenhubweg im Hochdruckraum und/oder die Schließzeit des Magnetventils bestimmte Haupteinspritzvolumen durch die Ausströmöffnung ausgesto­ ßen.

Nach einer Öffnung des Magnetventils und/oder einer Zurückbewegung des Hochdruckkol­ bens, beispielsweise in die Grundkreisphase eines Nockens, wird die gesamte Kanal- und Kammeranordnung druckentlastet, so daß der Steuerkolben und die Düsennadel in ihre Ausgangslage und Grundstellung aufgrund der Federwirkung der Druckfeder zurückge­ drängt werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau ist mit nur einer einzigen Druckfeder relativ einfach. Für die Verstellungen und die Einspritzvorgänge sind nur kleine Volumina bei extrem kurzen Wegen erforderlich, so daß Verdichtungen im Kraftstoff vermieden werden und eine sichere Schaltung mit geringen Leckverlusten, insbesondere ohne ein Nachtropfen, erreicht wird.

Eine konstruktiv günstige Anordnung ergibt sich bei einer insgesamt zylindrischen Ausbil­ dung, bei der der Steuerkolben einen Steuerkolbenbund aufweist als Anschlagteil zwischen den beiden Steuerkolbenanschlägen. Die Druckfeder umgibt dabei den Steuerkolben und stützt sich einerseits am Steuerkolbenbund und andererseits an einem Zwischenring ab, der wiederum an einer Stirnseite des Düsennadelhohlteils anliegt. Zweckmäßig wird die Druckkammer im Sacklochteil des Düsennadelhohlteils ausgebildet und durch die Steuer­ schieberstirnseite begrenzt, wobei die Steuerschieberstirnseite und der Sacklochboden die gleiche Fläche aufweisen.

Für günstige Strömungsverhältnisse wird vorgeschlagen, daß der Düsennadeldruckraum in einem Ringspalt den Düsennadelventilkörper umgibt und sich im Bereich der Einmündung der Druckkammerbohrung zu einer Ringkammer erweitert. Zudem werden für einen großen Durchtrittsquerschnitt für die Haupteinspritzung zwei gegeneinander versetzte Anordnungen bestehend jeweils aus einer zweiten Überströmkanalbohrung, einer zweiten Düsennadel­ steuerbohrung, einer Steuerschieberausnehmung und einer dritten Düsennadelsteuerboh­ rung zum Verbindungskanal vorgeschlagen.

Je nach den Gegebenheiten können Anlageflächen und Gegenflächen am Steuerkolben und/oder der Düsennadel als Kegelflächen ausgebildet sein. Das Gehäuse kann je nach den herstellungstechnischen und montagetechnischen Erfordernissen mehrteilig in radialer und axialer Richtung aufgebaut sein.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist in einem Bereich der Hochdruckkolben­ stirnseite am Hochdruckkolbentotpunkt eine gehäusefeste Spülbohrung mit Drossel zu einem Kraftstoffabströmkanal vorgesehen. Vom Kraftstoffzufuhrkanal zweigt nach dem Magnetventil der Überströmkanal ab, wobei der Kraftstoffzufuhrkanal im hochdruckkolben­ fernen Bereich in den Hochdruckraum mündet. Bevorzugt sind der Kraftstoffzufuhrkanal und/oder der Kraftstoffabströmkanal als Ringkanal im Gehäuse ausgeführt. Mit dieser An­ ordnung wird in der Hochdruckkolbengrundstellung eine effektive Spülung und Kühlung im wesentlichen durch eine Kraftstoffströmung vom Kraftstoffzufuhrkanal durch den Hoch­ druckraum, durch die Spülbohrung und durch den Kraftstoffabströmkanal erreicht.

Schon bei einer geringen Verstellung des Hochdruckkolbens wird die Spülbohrung abge­ deckt und geschlossen, so daß die vorstehende Spülung und Kühlung unterbrochen ist. Um weiter eine Spülung und Kühlung sicherzustellen, ist am Anfang des Kraftstoffzufuhrkanals oder einer angeschlossenen Leitung ein erstes Rückschlagventil vorgesehen sowie ein erster Bypaßkanal, vorzugsweise als Ringkanal, im Gehäuse. Der Bypaßkanal schafft eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrkanal nach dem ersten Rückschlagventil und dem Kraftstoffabströmkanal, wobei ein zweites Rückschlagventil, bevorzugt unmittelbar vor dem Magnetventil, angeordnet ist. Weiter ist ein zweiter Bypaßkanal unmittelbar vom Kraft­ stoffzuführkanal nach dem ersten Rückschlagventil zum Ausgang des Kraftstoffabström­ kanals vorgesehen und darin ein drittes Rückschlagventil mit Sperrichtung zum Kraftstoffzu­ fuhrkanal angeordnet. Das erste Rückschlagventil öffnet bereits bei relativ geringem Druck, wogegen das zweite und dritte Rückschlagventil erst bei relativ hohem Druck öffnen, wo­ durch ein geeigneter Leck- und Rücklauf von Kraftstoff in allen Betriebszuständen erreicht wird.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, wobei die einzige Figur einen schematisierten Längsschnitt durch eine Pumpedüse zeigt.

In Fig. 1 ist eine zur Vor- und Haupteinspritzung von Kraftstoff, insbesondere von Diesel­ kraftstoff, eingerichtete Kraftstoffeinspritzvorrichtung als Pumpedüse 1 gezeigt mit einem in der Grundform zylindrischen Gehäuse 2, in welchem und in dieser Richtung aufeinander­ folgend ein Hochdruckkolben 3, ein Hochdruckraum 4, ein Steuerkolben 5 und eine Düsen­ nadel 6 aufgenommen sind.

Das Gehäuse 2 ist in einer konkreten Ausführung mehrteilig in Radial- und Axialrichtung aufgebaut, wobei hier zur Erhöhung der Übersichtlichkeit Einzelheiten des Gehäuseaufbaus nicht dargestellt sind.

Der Hochdruckkolben 3 ist von einem (nicht dargestellten) Betätigungsnocken einer Brenn­ kraftmaschine beaufschlagbar. In Fig. 1 sind alle Bauteile in einer Grundstellung entspre­ chend einer Grundkreisphase des Betätigungsnockens dargestellt.

Der Steuerkolben 5 besteht aus einem im Druckraum geführten Druckraumkolbenteil 7 mit einem angrenzenden Steuerkolbenbund 8 als Anschlagteil, der zwischen einem ersten gehäusefesten Steuerkolbenanschlag 9 und einem zweiten Steuerkolbengegenanschlag 10 verschiebbar ist, so daß dadurch der maximale Hubweg 11 des Steuerkolbens 5 bestimmt ist. Weiter besteht der Steuerkolben 5 in Richtung auf die Düsennadel 6 aus einem im Durchmesser kleineren Steuerschieberteil 12.

Die Düsennadel 6 besteht aus einem Düsennadelhohlteil 13 und einem Düsennadelventil­ körper 14. Das Steuerschieberteil 12 des Steuerkolbens ist im Düsennadelhohlteil 13 ver­ schiebbar aufgenommen und der Düsennadelventilkörper 14 ist einem gehäusefesten Ventilsitz 15 mit Ausströmöffnungen 16, 16a für den Kraftstoff zugeordnet. Der Ventilsitz 15 und die Stirnseite des Düsennadelventilkörpers 14 sind entsprechend kegelförmig ausge­ bildet.

Zwischen dem Steuerkolben 5 und der Düsennadel 6 ist eine Druckfeder als Spiraldruck­ feder 17 angebracht, die sich einerseits am Steuerkolbenbund 8 und andererseits an einem kegelförmigen Zwischenring 18 abstützt, der an einer Stirnseite 19 des Düsennadelhohlteils 13 anliegt.

Im Düsennadelhohlteil 13 im endseitigen Sacklochbereich 20 ist eine Druckkammer 21 ausgebildet, die von der Steuerschieberstirnseite 22 begrenzt ist. Die Druckkammer 21 hat über eine Druckkammerbohrung 23, ggfs. über mehrere Druckkammerbohrungen, im Bodenbereich des Sacklochs 20 Verbindung zu einem Düsennadeldruckraum 24, der in einem Ringspalt den Düsennadelventilkörper 14 umgibt und sich im Bereich der Einmün­ dung der Druckkammerbohrung 23 zu einer Ringkammer 25 erweitert. Der Düsennadel­ druckraum 24 reicht bis zum Ventilsitz 15.

Im Gehäuse 2 verläuft zwischen dem Hochdruckraum 4 und dem Bereich des Düsennadel­ hohlteils 13 ein Überströmkanal 26 für den Kraftstoff. In der dargestellten Grundstellung des Steuerkolbens 5 und der Düsennadel 6 stellen eine erste Düsennadelsteuerbohrung 27 und eine erste gehäusefeste Überströmkanalsteuerbohrung 28 eine Verbindung zwischen der Druckkammer 21 und dem Überströmkanal 26 her. Die Düsennadelsteuerbohrung 27 liegt dabei im Verstellbereich des Steuerschieberteils 12 und ist von diesem bei einer Verstellung absperrbar.

In der dargestellten Grundstellung des Steuerkolbens 5 und der Düsennadel 6 liegen gegenüber der ersten Düsennadelsteuerbohrung 27 in Richtung auf den Hochdruckraum 4 hin versetzt zwei zweite Düsennadelsteuerbohrungen 29, 29a und zwei zweite damit fluch­ tende Überströmkanalbohrungen 30, 30a, die eine Verbindung zum Überströmkanal 26 darstellen. In der Grundstellung des Steuerkolbens 5 sind diese Bohrungen 29, 29a und 30, 30a durch das Steuerschieberteil 12 abgedeckt und abgesperrt. Am Steuerschieberteil 12 sind dazu jeweils Steuerschieberausnehmungen 31, 31a als Ringausnehmungen vorge­ sehen, die bei einer Verstellung des Steuerkolbens 5 jeweils in dem Bereich der zweiten Düsennadelsteuerbohrung 29, 29a und der zweiten Überströmkanalbohrung 30, 30a ver­ stellbar sind. Dabei wird über jeweils eine dritte Düsennadelsteuerbohrung 32, 32a eine Verbindung zwischen dem Überströmkanal 26 und einem gehäusefesten Verbindungskanal 33 hergestellt, der selbst mit der Ringkammer 25 und damit mit dem Düsennadeldruckraum 24 verbunden ist.

Die Druckraumkolbenstirnfläche 34 ist größer als die Fläche der Steuerschieberstirnseite 22, wobei diese Stirnfläche flächengleich mit dem Boden des Sacklochbereichs 20 ist, jedoch wiederum kleiner ist als die auf die Düsennadel in deren Öffnungsrichtung wirkenden Druckfläche 35 in der Ringkammer 25, wobei die Druckfläche 36 des Düsennadelven­ tilkörpers 14 am Ventilsitz 15 nach dem Abheben der Düsennadel 6 vom Ventilsitz 15 sich in ihrer Wirkung zur Druckfläche 35 addiert. Die Spiraldruckfeder 17 ist so dimensioniert, daß die Düsennadel 6 bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer 21 bis maximal zu einem Düsennadelanschlag 38 vom Ventilsitz 15 abhebbar ist. Der Düsennadelanschlag 38 ist hier als Ringschulter im Gehäuse 2 bzw. einer Zwischenplatte 39 ausgebildet.

Am Anfang eines Kraftstoffzufuhrkanals 40 ist ein erstes Rückschlagventil 41 angeordnet, das bevorzugt ab 0,2 bar öffnet, wobei ein Fülldruck bis ca. 5 bar anstehen kann. Der Kraft­ stoffzufuhrkanal 40 verläuft im Gehäuse 2 als Ringkanal und setzt sich im axialparallelen Zufuhrkanalteil 40a fort. Im Zufuhrkanalteil 40 in der Nähe des Hochdruckraums 4 ist ein Magnetventil 42 angeordnet. Nach dem Magnetventil 42 zweigt vom Zufuhrkanalteil 40a der Überströmkanal 26 ab, wobei der Zufuhrkanalteil 40a im hochdruckkolbenfernen (in der Grundstellung des Hochdruckkolbens 3) Bereich 43 in den Hochdruckraum 4 mündet.

Vom Hochdruckraum 4 ist im Bereich der Hochdruckkolbenstirnseite 44 (in der Stellung am oberen Hochdruckkolbentotpunkt) eine gehäusefeste Spülbohrung 45 (mit einer Drossel) zu einem Kraftstoffabströmkanal 46 als Leck- und Rücklauf über ein achsparalleles Abführ­ kanalteil 46a vorgesehen.

Weiter ist ein erster Bypaßkanal 47, 47a als Ringkanal im Gehäuse 2 vorgesehen, mit einem zweiten Rückschlagventil 48 vor dem Magnetventil 42 im Zufuhrkanalteil 40a. Dieses zweite Rückschlagventil 48 öffnet bevorzugt bei ca. 7 bar vom Zufuhrkanalteil 40a zum Kraftstoffabströmkanal 46.

Weiter führt ein zweiter Bypaßkanal 49 vom Kraftstoffzufuhrkanal 40 unmittelbar nach dem ersten Rückschlagventil 41 zum Ausgang des Kraftstoffabströmkanals 46 mit einem in dieser Richtung öffenbaren dritten Rückschlagventil 50, das entsprechend dem zweiten Rück­ schlagventil 48 ausgelegt ist.

Die Pumpedüse hat folgende Funktion: In der dargestellten Grundstellung ist der Hoch­ druckraum 4 druckentlastet, wobei der Steuerkolben 5 durch die Kraft der Spiraldruckfeder 17 am ersten Steuerkolbenanschlag anliegt und die Düsennadel 6 gegen den Ventilsitz 15 gepreßt wird und dabei die Ausströmöffnungen 16, 16a schließt.

Kraftstoff wird über den Kraftstoffzufuhrkanal 40 und den Zufuhrkanalteil 40a bei offenem Magnetventil 42 durch den Hochdruckraum 4 geführt und über die Spülbohrung 45 und den Kraftstoffabströmkanal 46, 46a wieder zurück in den Tank geführt. Dadurch erfolgt eine Spülung und Kühlung insbesondere des oberen Pumpedüsenbereichs. Zudem wird im Kraftstoff enthaltene Luft ausgetrieben. Weiter kann je nach den Druckverhältnissen Kraft­ stoff durch das erste Rückschlagventil 41 eintreten und durch das zweite Rückschlagventil 48 und den Kraftstoffabströmkanal 46 bei Überdruck austreten.

Weiter kann Kraftstoff durch das erste Rückschlagventil 41 eintreten und durch eine Strö­ mung im Zufuhrkanalteil 40a insbesondere den Magnetventilbereich kühlen. Auch über das dritte Rückschlagventil ist eine Kraftstoffströmung mit Druckausgleich möglich.

Durch den Spülvorgang ist in der Grundstellung der Hochdruckraum 4 mit Kraftstoff gefüllt. Bei einer Verstellung des Hochdruckkolbens 3, beispielsweise durch eine Nockenbetätigung, wird die Hochdruckkolbenstirnseite 44 in den Hochdruckraum 4 bewegt, wodurch die Spülbohrung 45 geschlossen wird. Für eine weitere Spülung und Kühlung kann Kraftstoff über das erste Rückschlagventil 41, das zweite Rückschlagventil 48 und den Kraftstoffab­ strömkanal 46 sowie über das erste Rückschlagventil 41, das dritte Rückschlagventil 50 und den Kraftstoffabströmkanal 46 strömen, wobei die Pumpedüse 1 weiter gekühlt und entlüftet wird.

Bei einer weiteren Bewegung des Hochdruckkolbens wird der gepumpte Kraftstoff mit dem ersten Rückschlagventil 41 gestoppt (keine weitere Gegenströmung) und mit dem aus dem Tank weiter geförderten Kraftstoff über das dritte Rückschlagventil 50, das zweite Rück­ schlagventil 48 und den Kraftstoffabströmkanal 46 in den Tank zurückgeleitet.

Zur Vorbereitung eines Einspritzvorgangs in der Art einer Vor- und Haupteinspritzung wird von einer Motorsteuerung das Magnetventil 42 geschlossen, wodurch die Kraftstoffzufuhr zum Hochdruckraum 4 abgesperrt ist und das im Hochdruckraum 4 und den angeschlosse­ nen Kanälen enthaltene Kraftstoffvolumen abgeschlossen ist.

Bei einer weiteren Verstellung des Hochdruckkolbens 3 werden durch Volumenverdrängung im Hochdruckraum 4 die angeschlossenen Kanäle und Räume (Überströmkanal 26; zweite Düsennadelsteuerbohrungen 29, 29a; zweite Überströmkanalbohrungen 30, 30a; erste Überströmkanalbohrung 28; Druckkammer 21; Druckkammerbohrung 23; Düsennadeldruck­ raum 24; Verbindungskanal 33; dritte Düsennadelsteuerbohrungen 32, 32a) mit Kraftstoff gefüllt.

Bei einer Weiterbewegung des Hochdruckkolbens 3 wird der Druck über den Hochdruck­ raum 4 auf den Steuerkolben 5 verstärkt, wodurch dieser vom ersten Steuerkolbenanschlag 9 abhebt und mit dem Steuerschieberstirnseitenbereich die erste Düsennadelsteuerbohrung 27 überfährt und absperrt. Damit ist die Druckkammer 21 mit den weiter angeschlossenen Volumen, insbesondere dem Düsennadeldruckraum 24, vom Überströmkanal 26 abgetrennt.

Eine weitere Hubbewegung des Hochdruckkolbens 3 führt zu einer weiteren Druckerhöhung im Hochdruckraum 4, die sich auf den Steuerkolben 5 fortsetzt. Von der großen Druckraumkolbenstirnfläche 34 verstärkt sich der Druck auf die dagegen kleine Fläche der Steuerschieberstirnseite 22, wobei diese ebenso groß ist, wie die Bodenfläche des Sack­ lochbereichs 20, so daß hier ein Relativdruckausgleich vorliegt. Die Düsennadel wird daher mit dem Druck auf die Bodenfläche der Druckkammer 21 und der Druckkraft der Spiral­ druckfeder 17 auf den Ventilsitz 15 in Schließstellung gedrückt.

Eine weitere Hubbewegung des Hochdruckkolbens 3 verstärkt den Druck in der Druckkam­ mer 21 und im damit verbundenen Düsennadeldruckraum 24. Dadurch wird ein Gegendruck durch die Wirkung der Druckflächen 35 und 36 ausgeübt, wobei diese beiden Flächen zu­ sammen größer als die Bodenfläche der Druckkammer 21 sind. Ist die Kraft dieser Druck­ stufe größer als die über die Bodenfläche der Druckkammer 21 und der Spiraldruckfeder 17 vorgegebenen Kraft, wird die Düsennadel 5 in einer Relativbewegung zum Steuerkolben 5 vom Ventilsitz 15 angehoben. Dadurch werden die Ausströmöffnungen 16, 16a freigegeben und es wird eine Voreinspritzung durchgeführt, indem das Volumen der Druckkammer 21 (zumindest teilweise) durch den Düsennadeldruckraum 24 und die Ausströmöffnungen 16, 16a ausgestoßen wird.

Der dabei durchgeführte Hub der Düsennadel 6 wird bei der Voreinspritzung durch die in der Druckkammer 21 befindliche Kraftstoffmenge begrenzt. Nach dem Ausstoß der Vorein­ spritzmenge aus der Druckkammer 21 ist diese entlastet, so daß die Düsennadel 5 durch die Wirkung der Spiraldruckfeder 17 zu einer Einspritzpause wieder schließt.

Bei einer weiteren Hubbewegung des Hochdruckkolbens 3 wird der Druck im Hochdruck­ raum 4 weiter erhöht, wodurch der Steuerkolben 5 gegen seinen zweiten Steuerkolbenan­ schlag 10 gedrängt wird und seine maximale Hubstellung einnimmt. Dabei taucht das Steuerschieberteil 12 weiter in die Druckkammer 21 ein, bis die Bohrungen und Ausneh­ mungen 29, 30, 31, 32 und 29a, 30a, 31a, 32a fluchten. Damit ist über den Überströmkanal 26 und den Verbindungskanal 33 wieder eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Hochdruckraum 4 und dem Düsennadeldruckraum 24 hergestellt. Dadurch wird entspre­ chend dem Vorgang bei der Voreinspritzung die Düsennadel 5 wieder vom Ventilsitz 15 unter Freigabe der Ausströmöffnungen 16, 16a abgehoben, wobei hier die Hubbewegung durch den Düsennadelanschlag 38 begrenzt wird. Da der auf Anschlag gefahrene Steuer­ kolben 5 nicht mehr weiter ausweichen kann, wird bei einer weiteren Hubbewegung 3 das Volumen des Hochdruckraums 4 verkleinert und eine entsprechende Menge als Hauptein­ spritzmenge durch die direkte Verbindung über die Ausströmöffnungen 16, 16a ausge­ stoßen.

Durch eine Öffnung des Magnetventils 42 und/oder eine Rückbewegung des Hochdruck­ kolbens 3 werden die angeschlossenen Kanäle und Volumina druckentlastet, so daß der Steuerkolben 5 und die Düsennadel 6 ihre Ausgangsstellungen wieder einnehmen und die Haupteinspritzung beendet wird.

Claims (9)

1. Zur Vor- und Haupteinspritzung von Kraftstoff eingerichtete Kraftstoffeinspritzvorrich­ tung, insbesondere als Pumpedüse (1),
mit einem Gehäuse (2), in welchem und in dieser Richtung aufeinander folgend ein Hochdruckkolben (3), ein Hochdruckraum (4), ein Steuerkolben (5) und eine Düsen­ nadel (6) aufgenommen sind und in welchem eine gehäusefeste Kanalanordnung ent­ halten ist,
wobei der Hochdruckkolben (3) zeitweilig einer Betätigungskraft ausgesetzt ist, welche auf seine dem Hochdruckraum (4) abgekehrte Stirnseite wirkt und eine Längsverschie­ bung in Richtung des Steuerkolbens (5) hervorruft, welcher über eine Druckfeder (17) in Richtung des Hochdruckkolbens (3) vorgespannt ist, und
mit einem Magnetventil (42) in einem Kraftstoffzufuhrkanal (40) der Kanalanordnung vor dem Hochdruckraum (4), das während der Einspritzvorgänge im den Kraftstoffzu­ fuhrkanal (40) absperrenden Sinne angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerkolben (5) aus einem Druckraumkolbenteil (7) und einem dagegen im Durchmesser kleineren Steuerschieberteil (12) besteht und zwischen einem gehäuse­ festen ersten Steuerkolbenanschlag (9) und einem zweiten gehäusefesten Steuerkol­ bengegenanschlag (10) verschiebbar ist,
daß die Düsennadel (6) aus einem Düsennadelhohlteil (13) und einem Düsennadel­ ventilkörper (14) besteht, wobei das Steuerschieberteil (12) verschiebbar im Düsen­ nadelhohlteil (13) aufgenommen ist und der Düsennadelventilkörper (14) einem gehäu­ sefesten Ventilsitz (15) mit wenigstens einer Ausströmöffnung (16, 16a) zugeordnet ist,
daß zwischen dem Steuerkolben (5) und der Düsennadel (6) die Druckfeder (17) ange­ bracht ist, so daß ohne Druck oder bei wenig Druck im Hochdruckraum (4) der Steuer­ kolben (5) in einer Steuerkolbengrundstellung am ersten Steuerkolbenanschlag (9) und die Düsennadel (6) in einer Düsennadelgrundstellung in ihrer Schließposition mit dem Düsennadelventilkörper (14) am Ventilsitz (15) anliegen,
daß im Düsennadelhohlteil (13) in Verbindung mit dem verschiebbaren Steuerschieber­ teil (12) eine Druckkammer (21) gebildet ist, die über wenigstens eine Druckkammer­ bohrung (23) eine Verbindung zu einem am Düsennadelventilkörper (14) bis zum Ven­ tilsitz (15) reichenden Düsennadeldruckraum (24) hat,
daß zwischen dem Hochdruckraum (4) und dem Bereich des Düsennadelhohlteils (13) ein Überströmkanal (26) für den Kraftstoff im Gehäuse (2) verläuft,
daß sich in der Grundstellung des Steuerkolbens (5) und der Düsennadel (6) eine erste Düsennadelsteuerbohrung (27) im Düsennadelhohlteil (13) und eine erste gehäusefeste Überströmkanalsteuerbohrung (28) zum Überströmkanal (26) überdecken und eine Verbindung zur Druckkammer (21) herstellen, wobei die Düsennadelsteuerbohrung (27) dabei im Verstellbereich des Steuerschieberteils (12) liegt und von diesem absperrbar ist,
daß in der Grundstellung des Steuerkolbens (5) und der Düsennadel (6) versetzt gegenüber der ersten Düsennadelsteuerbohrung (27) und durch das Steuerschieberteil (12) abgedeckt und abgesperrt wenigstens eine zweite Düsennadelsteuerbohrung (29, 29a) im Düsennadelhohlteil (13) angebracht ist, die mit einer zugeordneten zweiten Überströmkanalsteuerbohrung (30, 30a) fluchtet und daß am Steuerschieberteil (12) wenigstens eine zugeordnete Steuerschieberausnehmung (31, 31a) angebracht ist, die bei einer Verstellung des Steuerkolbens (5) in den Bereich der zweiten Düsennadel­ steuerbohrung (29, 29a) und der zweiten Überströmkanalsteuerbohrung (30, 30a) ent­ sprechend verstellbar ist und dabei dann über wenigstens eine dritte Düsennadel­ steuerbohrung (32, 32a) und einen gehäusefesten Verbindungskanal (33) eine Verbin­ dung zwischen dem Überströmkanal (26) und dem Düsennadeldruckraum (24) schafft und
daß die in der Druckkammer (21) und im Düsennadeldruckraum (24) auf die Düsen­ nadel (6) in deren Schließrichtung zum Ventilsitz (15) hin wirkenden Druckflächen (20) kleiner sind als die in Öffnungsrichtung der Düsennadel (6) entgegenwirkenden Druck­ flächen (36, 37) und die Druckfeder (17) so dimensioniert ist, daß die Düsennadel (6) bei einer Druckerhöhung in der Druckkammer (21) und dem damit über die Druckkam­ merbohrung (23) verbundenen Düsennadeldruckraum (24) zur Freigabe der Aus­ strömöffnung (16, 16a) im Gehäuse (2) gegenüber dem Steuerkolben (5) und gegen die Federkraft der Druckfeder (17) bis zu einem Düsennadelanschlag (38) verschiebbar ist und auch in einer solchen Position der Düsennadel (6) die Verbindung zwischen dem Überströmkanal (26) und dem Düsennadeldruckraum (24) durch Überdeckung der zweiten Düsennadelsteuerbohrung (29, 29a), der zweiten Überströmkanalsteuerboh­ rung (30, 30a), der Steuerschieberausnehmung (31, 31a) und der dritten Düsennadel­ steuerbohrung (32, 32a) herstellbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (5) einen Steuerkolbenbund (8) aufweist als Anschlagteil zwischen dem ersten Steuerkolbenanschlag (9) und dem zweiten Steuerkolbengegenanschlag (10), und
daß die Druckfeder eine den Steuerkolben (5) umgebende Spiraldruckfeder (17) ist, die sich einerseits am Steuerkolbenbund (8) und andererseits an einem Zwischenring (18) abstützt, der an einer Stirnseite (19) des Düsennadelhohlteils anliegt.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (21) begrenzt von der Steuerschieberstirnseite (22) im Sacklochteil (20) des Düsennadelhohlteils (13) ausgebildet ist.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Düsennadeldruckraum (24) in einem Ringspalt den Düsennadelven­ tilkörper (14) umgibt und sich im Bereich der Einmündung der Druckkammerbohrung (23) zu einer Ringkammer (25) erweitert.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei gegeneinander versetzte Anordnungen bestehend jeweils aus einer zweiten Überströmkanalbohrung (30, 30a), einer zweiten Düsennadelsteuerbohrung (29, 29a), einer Steuerschieberausnehmung (31, 31a) als Ringausnehmung und einer dritten Düsennadelsteuerbohrung (32, 32a) zum Verbindungskanal (26) vorgesehen sind.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Anlageflächen des Steuerkolbens (5) und/oder der Düsennadel (6) sowie Gegenflächen am Gehäuse (2) als Kegelflächen ausgebildet sind, bevorzugt am Ven­ tilsitz (15) und am Zwischenring (18).

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (2) radial mehrteilig bevorzugt durch ineinandergesteckte Ringteile und/oder axial mehrteilig aufgebaut ist.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vom Kraftstoffzufuhrkanal (40a) nach dem Magnetventil (42) der Über­ strömkanal (26) abzweigt und der Kraftstoffzufuhrkanal (40a) in einem hochdruck­ kolbenfernen Bereich (43) in den Hochdruckraum (4) mündet,
daß vom Hochdruckraum (4) im Bereich der Hochdruckkolbenstirnseite (44) am Hoch­ druckkolbentotpunkt eine gehäusefeste Spülbohrung (45) mit einer Drossel zu einem Kraftstoffabströmkanal (46a) vorgesehen ist, und
daß der Kraftstoffzufuhrkanal (40) und/oder der Kraftstoffabströmkanal (46) bevorzugt als Ringkanal im Gehäuse (2) ausgeführt sind, wobei in der Hochdruckkolbengrundstel­ lung eine Spülung und Kühlung im wesentlichen durch eine Kraftstoffströmung vom Kraftstoffzufuhrkanal (40), durch den Hochdruckraum (4), durch die Spülbohrung (45) und durch den Kraftstoffabströmkanal (46) erfolgt.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß am Anfang des Kraftstoffzufuhrkanals (40) oder einer angeschlossenen Leitung ein erstes Rückschlagventil (41) eingesetzt ist,
daß ein erster Bypaßkanal (47), vorzugsweise als Ringkanal im Gehäuse (2) als Ver­ bindung zwischen dem Kraftstoffzufuhrkanal (40) nach dem ersten Rückschlagventil (41) und dem Kraftstoffabströmkanal (46) vorgesehen ist, mit einem zweiten Rück­ schlagventil, bevorzugt unmittelbar vor dem Magnetventil, und
daß ein zweiter Bypaßkanal (49) unmittelbar vom Kraftstoffzufuhrkanal (40) nach dem ersten Rückschlagventil (41) zum Ausgang des Kraftstoffabströmkanals (46) führt und darin ein drittes Rückschlagventil (50) mit Sperrichtung zum Kraftstoffzufuhrkanal (40) angeordnet ist.