DE19812010C1 - Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine beschrieben. Es verfügt über eine in einem Ventilgehäuse (1) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verschieblich gelagerte Düsennadel (2), welche in der Öffnungsstellung einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen von Kraftstoff freigibt, der über einen Kraftstoffkanal (19) unter Druck zugeführt wird. Ein die Düsennadel (2) mittels unter Druck stehenden Kraftstoff in Schließrichtung beaufschlagender Steuerraum (4, 7) ist durch ein Pilotventil (3) im Sinne einer Öffnungsbewegung der Düsennadel (1) druckentlastbar, wobei die Entlastungsgeschwindigkeit des Steuerraums (4, 7) durch mindestens eine erste den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum (4, 7) begrenzende Drosselstelle (23) bestimmt ist. Erfindungsgemäß ist ein mit dem Steuerraum (4, 7) in Verbindung stehender Steuerraumbypass (13) vorgesehen, welcher einen Strömungsweg zur Entlastung des Steuerraums (4, 7) unter Umgehung der ersten Drosselstelle (23) bildet. Der Durchgang durch den Steuerraumbypass (13) wird in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung freigegeben oder gesperrt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere von Dieselmotoren finden zunehmend Kraftstoffeinspritzventile Verwendung, mit deren Hilfe unter hohem Druck in einem gemeinsamen Vorspeicher (Common Rail) vorgehaltener Kraftstoff eingespritzt wird, wobei Einspritzbeginn, Einspritzende und eingespritzte Kraftstoffmenge jeweils an den Betriebszustand des Motors angepaßt sind.

Aus beispielsweise der DE 195 16 565 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, das eine in einem Ventilgehäuse zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verschieblich gelagerte Düsennadel aufweist, welche in der Öffnungsstellung einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen von über einen Kraftstoffkanal unter Druck zugeführtem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt. Weiterhin ist in dem Kraftstoffeinspritzventil ein mittels unter Druck stehendem Kraftstoff die Düsennadel in Schließstellung beaufschlagender Steuerraum vorgesehen, welcher durch ein Pilotventil im Sinne einer Öffnungsbewegung der Düsennadel druckentlastbar ist, wobei die Entlastungsgeschwindigkeit des Steuerraums durch mindestens eine erste den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum begrenzende Drosselstelle bestimmt ist.

Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil ist die den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum begrenzende Drosselstelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Zwischenventilkörper vorgesehen, welcher den Steuerraum in einen ersten Steuerraumabschnitt und in einen zweiten Steuerraumabschnitt unterteilt; gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum begrenzende Drosselstelle in einem Strömungsweg vorgesehen, welcher im Ventilgehäuse des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet ist.

Zwar gelingt es mit Kraftstoffeinspritzsystemen, bei denen Kraftstoffeinspritzventile der oben beschriebenen Art in Verbindung mit einem Hochdruckvorspeicher Verwendung finden (Common-Rail-Systeme) gegenüber früheren Kraftstoffeinspritzsystemen eine wesentliche Verbesserung bei den Emissions- und Verbrauchswerten zu erzielen, aufgrund des statisch anliegenden Speicherdrucks des Kraftstoffvorspeichers ist die Freiheit bei der Formung des Einspritzverlaufs jedoch begrenzt. Somit sind die Möglichkeiten beschränkt durch Formung des Einspritzverlaufs den Arbeitsprozeß der Brennkraftmaschine im Hinblick auf einen möglichst emissions- und verbrauchsarmen Betrieb weiter zu verbessern.

Aus der DE 197 40 997 A1 geht ein Injektor für ein Speicher-Kraftstoffeinspritzsystem als bekannt hervor, bei dem das als Kolben ausgebildete Ende einer Düsennadel in einem Steuerraum liegt, der, um die Düsennadel in geschlossener Stellung zu halten, druckbeaufschlagt ist, und der zum Öffnen der Ventilnadel mittels eines Ventils, das eine Abflußöffnung freigibt, druckentlastet werden kann. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel und damit die Einspritzrate hängt ab vom Verhältnis der Querschnitte von Drosselstellen in den Zu- und Abflußkanälen. Um eine anfänglich niedrige Öffnungsgeschwindigkeit und später höhere Öffnungsgeschwindigkeit zu erzielen, ist im Steuerkolben ein Kanal vorgesehen, der nach einem vorgegebenen Hub der Düsennadel eine zusätzliche Fluidverbindung zwischen dem Steuerraum und einem Ablaufkanal herstellt. Die mit diesem Einspritzsystem herstellbare Einspritzverlaufsform ist hinsichtlich Emission und Verbrauch ungünstig.

In der WO 96/25596 ist ein Injektor für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung dargestellt, deren Düsennadel ebenfalls mit einem Steuerkolben ausgebildet ist, der mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Zur Steuerung der Öffnungshubbewegungen zur Darstellung variabler Einspritzquerschnitte dienen Wegeventile in Kraftstoffzu- und -ablauf. Weiterhin ist eine mit einem Ablauf verbundene Drosselleitung vorgesehen, deren Mündung so in einem Rückstellraum angeordnet ist, daß sie nach Durchfahren eines bestimmten Öffnungshubwegs vom Steuerkolben zusteuerbar ist. In dieser Stellung der Düsennadel ist eine untere Spritzlochreihe aufgesteuert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, welches zusätzliche Möglichkeiten zur Formung des Einspritzverlaufs bietet.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine geschaffen. Das Kraftstoffeinspritzventil verfügt über eine in einem Ventilgehäuse zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verschieblich gelagerte Düsennadel, welche in der Öffnungsstellung einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen von über einen Kraftstoffkanal unter Druck zugeführtem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt, sowie über einen mittels unter Druck stehendem Kraftstoff die Düsennadel in Schließstellung beaufschlagenden Steuerraum, welcher durch ein Pilotventil im Sinne einer Öffnungsbewegung der Düsennadel druckentlastbar ist, wobei die Entlastungsgeschwindigkeit des Steuerraums durch mindestens eine erste den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum begrenzende Drosselstelle bestimmt ist. Erfindungsgemäß ist ein mit dem Steuerraum in Verbindung stehender Steuerraumbypass vorgesehen, welcher einen Strömungsweg zur Entlastung des Steuerraums unter Umgehung der oben genannten Drosselstelle bildet, wobei der Durchgang durch den Steuerraumbypass in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung freigegeben oder gesperrt wird. Hierzu steht der Steuerraumbypass über einen Überströmkanal mit dem Steuerraum in Verbindung, und es ist eine in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung verschiebbare Steuerkante an der Düsennadel oder einem mit der Düsennadel gekoppelten Kolben vorgesehen, durch welche der Überströmkanal nach einem vorgegebenen Öffnungsweg der Düsennadel verschlossen wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils ist es, daß damit eine Einspritzverlaufsformung möglich ist, welche minimale Emissions- und Verbrauchswerte beim Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistet.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils besteht darin, daß der Steuerraum durch einen ersten Steuerraumabschnitt und einen zweiten Steuerraumabschnitt gebildet ist, wobei der zweite Steuerraumabschnitt die Düsennadel in Schließrichtung beaufschlagt, der erste und der zweite Steuerraumabschnitt über einen die erste Drosselstelle enthaltenden Strömungsweg miteinander verbunden sind und der erste Steuerraumabschnitt über einen Zulaufkanal mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und durch das Pilotventil druckentlastbar ist, so daß der zweite Steuerraumabschnitt über die erste Drosselstelle und über den ersten Steuerraumabschnitt durch das Pilotventil druckentlastbar ist, und daß der Steuerraumbypass einen den zweiten Steuerraumabschnitt mit dem ersten Steuerraumabschnitt verbindenden Strömungsweg bildet, über den der zweite Steuerraumabschnitt unter Umgehung der ersten Drosselstelle über den ersten Steuerraumabschnitt durch das Pilotventil bei freigegebenem Durchgang des Steuerraumbypasses druckentlastbar ist.

Diese Ausführungsform ist vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, daß an dem ersten Steuerraumabschnitt eine zweite Drosselstelle vorgesehen ist, die der unter Druck stehende Kraftstoff beim Verlassen des ersten Steuerraumabschnitts durch das Pilotventil passiert.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils der beiden vorgenannten Ausführungsformen, bei dem der Steuerraum durch zwei Steuerraumabschnitte gebildet ist, ist es vorgesehen, daß ein Zusatzströmungsweg zur Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff in den zweiten Steuerraumabschnitt im Sinne einer Druckbeaufschlagung der Ventilnadel in Schließrichtung vorgesehen ist, und daß ein Zwischenventilkörper zum Öffnen und Schließen des Zusatzströmungsweges vorgesehen ist, welcher vom Druck des ersten Steuerraumabschnitts in Öffnungsrichtung und vom Druck des zweiten Steuerraumabschnitts in Schließrichtung beaufschlagt wird, so daß der Zwischenventilkörper bei einem durch Öffnen des Pilotventils in dem ersten Steuerraumabschnitt erfolgenden Druckabfall den Zusatzströmungsweg schließt und bei einem durch Schließen des Pilotventils in dem ersten Steuerraumabschnitt erfolgendem Druckanstieg den Zusatzströmungsweg öffnet.

Gemäß einer Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, daß ein an der der Düsennadel abgewandten Seite des zweiten Steuerraumabschnitts befindlicher Zwischenventilsitz für den Zwischenventilkörper vorgesehen ist, wobei der Zusatzströmungsweg in dem Zwischenventilsitz in Form von einem oder mehreren eine Verbindung mit einem unter Druck stehenden Kraftstoff führenden Zulaufkanal herstellenden Zusatzströmungskanälen ausgebildet ist und der Zwischenventilkörper bei einem bei geschlossenem Pilotventil in dem ersten Steuerraumabschnitt erfolgenden Druckanstieg die Zusatzströmungskanäle in Strömungsrichtung zu dem zweiten Steuerraumabschnitt freigibt. Diese Ausführungsform gestattet einen schnellen Eintritt des unter Druck stehenden Kraftstoffs in den zweiten Steuerraumabschnitt und damit eine schnelle Beaufschlagung der Düsennadel in Schließrichtung, so daß das Kraftstoffeinspritzventil am Ende des Einspritzvorgangs schnell geschlossen wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei Ausführungsformen der vorgenannten, einen Zwischenventilkörper aufweisenden Art vorgesehen, daß der die erste Drosselstelle enthaltende Strömungsweg in dem Zwischenventilkörper ausgebildet ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, daß der die erste Drosselstelle enthaltende Strömungsweg in dem Ventilgehäuse ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, daß der die erste Drosselstelle enthaltende Strömungsweg ein Rückschlagventil enthält, welches den Strömungsweg nur in Richtung von dem zweiten Steuerraumabschnitt zu dem ersten Steuerraumabschnitt freigibt.

Bei den Ausführungsformen, bei denen der die erste Drosselstelle enthaltende Strömungsweg in dem Zwischenventilkörper ausgebildet ist, ist es vorteilhafterweise vorgesehen, daß dieser in dem Zwischenventilkörper ausgebildete, die erste Drosselstelle enthaltende Strömungsweg ein Rückschlagventil enthält, welches den Strömungsweg nur in Richtung von dem zweiten Steuerraumabschnitt zu dem ersten Steuerraumabschnitt freigibt. Dies gewährleistet eine präzise Öffnungsbewegung des Zwischenventilkörpers.

Die vorgenannte Ausführungsform kann dadurch ausgebildet sein, daß das Rückschlagventil durch ein in dem Strömungsweg angeordnetes Kugelventil gebildet ist, welches eine federbelastete Kugel und einen die Kugel aufnehmenden Ventilsitz umfaßt.

Vorteilhafterweise ist es bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, daß der Durchgang durch den Steuerraumbypass in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung so freigegeben wird, daß zunächst bis zu einer vorgegebenen ersten Düsennadelstellung ein schneller Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum im Sinne eines schnellen Öffnens der Düsennadel bis zu einer vorgegebenen teilweisen Freigabe des Einspritzquerschnitts und dann bis zu einer Endstellung der Düsennadel ein langsamerer Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum im Sinne eines langsameren Öffnens der Düsennadel bis zur vollständigen Freigabe des Einspritzquerschnitts erfolgt. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Einspritzverlaufsformung in der Weise, daß zunächst während der Zündverzugszeit im Sinne einer Senkung der primären Rußbildung und einer Verringerung von NO_X-Bildung der vorgemischten Flamme nur eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt wird, wobei aber trotzdem der Einspritzdruck im Einspritzquerschnitt auf ein notwendiges Mindestniveau ansteigt, so daß die Tröpfchendurchmesser des anfänglich eingespritzten Kraftstoffs bei gleichzeitig steigendem Strahlimpuls sinken. Hierdurch ist eine gute Gemischaufbereitung in der Zündverzugsphase gewährleistet. Nach dem Erreichen der vorgegebenen teilweisen Freigabe des Einspritzquerschnitts verlangsamt sich der Anstieg des Druckverlaufs und der Einspritzrate im Sinne einer Reduktion der vor Verbrennungsbeginn eingebrachten Kraftstoffmenge, was wiederum einer NO_X-Verminderung dienlich ist. Gleichzeitig erfolgt bis zu vollständigen Freigabe des Einspritzquerschnitts ein stetiger Spritzraten- und Druckanstieg im Sinne einer räumlich besseren Kraftstoffverteilung und Gemischaufbereitung.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sieht hierfür vor, daß die in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung verschiebbare Steuerkante so in Bezug auf den Überströmkanal angeordnet ist, daß der Überströmkanal bis zum Erreichen der vorgegebenen ersten Düsennadelstellung im wesentlichen offen ist und nach dem Überschreiten der vorgegebenen ersten Düsennadelstellung bis zum Erreichen einer zweiten Düsennadelstellung schließt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann es vorgesehen sein, daß der Überströmkanal mit einer vorgegebenen Ausdehnung in Axialrichtung des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet ist, so daß der Überströmkanal zwischen der ersten Düsennadelstellung und der zweiten Düsennadelstellung allmählich schließt. Dies gestattet zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich des Maßes der Absenkung der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel in Abhängigkeit von der Größe der Düsennadelöffnung.

Dies kann dadurch weitergebildet werden, daß der Überströmkanal im Verlauf seiner Ausdehnung in Axialrichtung in Querrichtung unterschiedlich breit ausgebildet ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Die Figur zeigt in einer schematisierten Querschnittsansicht ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In der Figur bedeutet Bezugszeichen 1 ein Ventilgehäuse des Kraftstoffeinspritzventils. In diesem Ventilgehäuse 1 ist eine Düsennadel 2 in Axialrichtung verschieblich gelagert. Die Düsennadel 2 verfügt an ihrem unteren Ende über eine Nadelspitze 18, welche mit einem Ventilsitz 25 zusammenwirkt. Die Düsennadel 2 ist in dem Ventilgehäuse 1 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung beweglich. In der Öffnungsstellung gibt die Düsennadel 2 zwischen der Nadelspitze 18 und dem Ventilsitz 25 einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.

Der Kraftstoff wird in einem in der Figur nicht gezeigten Vorspeicher (Common Rail) unter hohem Druck vorgehalten und über eine Kraftstoffdruckleitung 20 dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt. Über einen Kraftstoffkanal 19 gelangt der Kraftstoff zu einem die Nadelspitze 18 umgebenden Düsenringraum 16. Bei geöffnetem Einspritzquerschnitt wird der Kraftstoff aus einem Sackloch 17 durch Einspritzöffnungen 28 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

An dem der Nadelspitze 18 gegenüberliegendem Ende der Düsennadel 2 ist in dem Ventilgehäuse 1 ein Steuerraum vorgesehen, welcher von unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird und auf die Düsennadel 2 eine Zwangskraft in Schließrichtung ausübt. Der Steuerraum besteht aus einem ersten Steuerraumabschnitt 4 und einem zweiten Steuerraumabschnitt 7, welche durch einen Zwischenventilkörper 9 voneinander getrennt sind.

In dem Zwischenventilkörper 9 ist ein Strömungsweg 24 ausgebildet, welcher den ersten Steuerraumabschnitt 4 und den zweiten Steuerraumabschnitt 7 miteinander verbindet. In diesem die beiden Steuerraumabschnitte 4, 7 verbindenden Strömungsweg 24 ist ein Rückschlagventil 10 in Form eines Kugelventils vorgesehen. Der Zwischenventilkörper 9 ist in Axialrichtung des Kraftstoffeinspritzventils verschieblich gelagert. Zwischen dem Zwischenventilkörper 9 und der Rückseite der Düsennadel 2 ist eine Ventilfeder 8 vorgesehen, welche den Zwischenventilkörper 9 gegen einen Zwischenventilsitz 26 drückt, welcher an der der Düsennadel gegenüberliegenden Seite des zweiten Steuerraumabschnitts 7 ausgebildet ist.

Von dem Kraftstoffkanal 19 zweigt ein Zulaufkanal 21 zur Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff zu dem ersten Steuerraumabschnitt 4 ab. Der Zulaufkanal 21 steht mit dem ersten Steuerraumabschnitt 4 über eine Zulaufdrossel 6 in Verbindung. Weiterhin mit dem Zulaufkanal 21 in Verbindung steht ein Steuerringraum 11, welcher den ersten Steuerraumabschnitt 4 ringförmig umgibt und von welchem Zusatzströmungskanäle 12 durch den Zwischenventilsitz 26 zu dem zweiten Steuerraumabschnitt 7 verlaufen. Diese Zusatzströmungskanäle 12 werden von dem Zwischenventilkörper 9 versperrt, wenn dieser an dem Zwischenventilsitz 26 anliegt bzw. freigegeben, wenn der Zwischenventilkörper 9 von dem Zwischenventilsitz 26 abgehoben ist. In dem Zwischenventilsitz 26 ist ein mit dem ersten Steuerraumabschnitt 4 in Verbindung stehendes Druckvolumen 29 ausgebildet, welches der Vergrößerung der Druckfläche dient, über welche der in dem ersten Steuerraumabschnitt 4 befindliche Kraftstoff bei geschlossenem Zwischenventil auf den Zwischenventilkörper 9 Druck im Sinne eines Öffnens des Zwischenventils auszuüben vermag.

An der Oberseite des ersten Steuerraumabschnitts 4 befindet sich ein Pilotventil, von dem in der Figur eine Pilotnadel 3 dargestellt ist. Diese Pilotnadel 3 öffnet und verschließt, je nach Stellung des Pilotventils, eine auch als zweite Drosselstelle bezeichnete Pilotdrossel 5, welche mit dem ersten Steuerraumabschnitt 4 in Verbindung steht.

Der erste Steuerraumabschnitt 4 und der zweite Steuerraumabschnitt 7 sind über einen Steuerraumbypass 13 miteinander verbunden, welcher in einem Überströmkanal 14 in den zweiten Steuerraumabschnitt 7 mündet. Dieser Steuerraumbypass 13 bildet eine Umgehung zu dem durch den Zwischenventilkörper 9 verlaufenden, den ersten Steuerraumabschnitt 4 und den zweiten Steuerraumabschnitt 7 verbindenden Strömungsweg 24.

Das in dem Zwischenventilkörper 9 vorgesehene Rückschlagventil 10 sperrt den Strömungsweg 24 in Richtung von dem ersten Steuerraumabschnitt 4 zu dem zweiten Steuerraumabschnitt 7 und gibt den Strömungsweg 24 in umgekehrter Richtung frei. In dem Strömungsweg 24 ist eine Zwischendrossel 23 vorgesehen, welche eine erste Drosselstelle bildet.

An der Düsennadel 2 ist eine Steuerkante 15 ausgebildet, welche bezüglich des Überströmkanals 14 so angeordnet ist, daß der Überströmkanal 14 bei in geschlossener Stellung befindlicher Düsennadel 2 freigegeben ist, jedoch im Verlaufe einer Öffnungsbewegung der Düsennadel 2 verschlossen wird.

Nun soll die Funktionsweise des in der Figur dargestellten Kraftstoffeinspritzventils erläutert werden. Im geschlossenem Zustand des Kraftstoffeinspritzventils, d. h. wenn die Nadelspitze 18 der Düsennadel 2 im Ventilsitz 25 anliegt und der Einspritzquerschnitt verschlossen ist, liegt der im Kraftstoffkanal 19 vorgehaltene Systemdruck beidseitig an der Düsennadel 2 an, nämlich einerseits über den Steuerraum 4, 7 an der Rückseite der Düsennadel 2 und andererseits an der Vorderseite der Düsennadel 2, der Nadelspitze 18. Beim Öffnen des Pilotventils zur Einleitung des Einspritzvorgangs öffnet die Pilotnadel 3, gibt die Pilotdrossel 5 frei, so daß der Druck in beiden Abschnitten 4, 7 des Steuerraums zusammenbricht. Die freiwerdende Kraftstoffmenge fließt vom Pilotventil als Steuermenge über einen in der Figur nicht dargestellten Kanal des Kraftstoffeinspritzventils ab. Beim Zusammenbrechen des Drucks im Steuerraum beginnt sich die Düsennadel 2 aufgrund des weiterhin im Düsenringraum 16 anliegenden Kraftstoffdrucks mit der Nadelspitze 18 aus dem Ventilsitz 25 zu heben, so daß der Einspritzquerschnitt freigegeben wird.

Der durch das Heben der Düsennadel 2 aus dem zweiten Steuerraum 7 verdrängt Kraftstoff wird einerseits durch den in dem Zwischenventilkörper 9 ausgebildeten Strömungsweg 24 in den ersten Steuerraumabschnitt 4 gedrückt, von wo er über die Pilotdrossel 5 abfließt. Der Abfluß über die Pilotdrossel 5 erfolgt mit größerer Geschwindigkeit als ein Nachströmen von Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 21 über die Zulaufdrossel 6, so daß ein Nettostrom aus dem ersten Steuerraumabschnitt 4 erfolgt. Andererseits fließt der Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraumabschnitt 7 über den Steuerraumbypass 13 unter Umgehung des in dem Zwischenventilkörper 9 ausgebildeten Strömungswegs 24 und damit der ersten Drosselstelle, der Zwischendrossel 23 direkt in den ersten Steuerraumabschnitt 4.

Bis zum Erreichen einer ersten Düsennadelstellung, bei welcher die Steuerkante 15 beginnt den Überströmkanal 14 zu überdecken, ist der Überströmkanal 14 vollständig frei. Bei der weiteren Öffnungsbewegung der Düsennadel 2 beginnt die Steuerkante 15 den Überströmkanal 14 zunehmend zu verdecken, bis der Überströmkanal 14 bei einer zweiten Düsennadelstellung von der Steuerkante 15 vollständig verdeckt ist.

Nach der Überdeckung des Überströmkanals 14 durch die Steuerkante 15 steht dem im zweiten Steuerraumabschnitt 7 vorhandenen Kraftstoff nur noch ein kleinerer Abflußweg zu dem ersten Steuerraumabschnitt 4 zur Verfügung, welcher durch den Strömungsweg 24 gebildet ist.

Während bei offenem Überströmkanal 14 dem aus dem zweiten Steuerraumabschnitt 7 abfließenden Kraftstoff ein größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht, steht bei überdecktem Überströmkanal 14 nun nur noch ein kleinerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung, so daß sich die Geschwindigkeit verlangsamt, mit der sich die Düsennadel 2 öffnet. Das bedeutet, daß bis zum Erreichen einer vorgegebenen Düsennadelstellung der Einspritzquerschnitt schnell freigegeben wird, sich dagegen bis zum Erreichen der vollständigen Öffnung der Düsennadel 2 dann langsamer vergrößert.

Zum Schließen des Kraftstoffeinspritzventils verschließt das Pilotventil mittels der Pilotnadel 3 den Abfluß aus dem ersten Steuerraumabschnitt 4, so daß sich in diesem wieder der über die Zulaufdrossel 6 aus dem Zulaufkanal 21 zugeführte Systemdruck aufbaut. Hierdurch wird der Zwischenventilkörper 9 von seinem Zwischenventilsitz 26 abgehoben, so daß die Zusatzströmungskanäle 12 freigegeben werden, über welche von dem Steuerringraum 11 schnell Kraftstoff in den zweiten Steuerraumabschnitt 7 einströmt. Dieser beaufschlagt die Rückseite der Düsennadel 2 in Schließrichtung, wodurch der Einspritzquerschnitt an der Nadelspitze 18 in kurzer Zeit geschlossen wird. Damit ist der Einspritzvorgang beendet.

Durch die Verlangsamung der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 2 beim Überdecken des Überströmkanals 14 durch die Steuerkante 15 läßt sich ein "Einknicken" im Einspritzverlauf realisieren. Dies bedeutet einen raschen Anstieg des Kraftstoffdrucks im Sackloch 17 auf ein vorgegebenes Mindestdruckniveau. Damit sinkt der Tröpfchendurchmesser der am Anfang des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffs, während gleichzeitig der Strahlimpuls wächst. Dies ermöglicht eine gute Gemischaufbereitung in der Zündverzugsphase am Anfang des Einspritzvorgangs, wodurch lokale Überfettungen und damit eine Rußbildung vermindert wird. Bei der mit der weiteren Bewegung der Düsennadel 2 in Öffnungsrichtung verbundenen Verlangsamung der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel ergibt sich eine Abflachung im Anstieg des Druckverlaufs und der Einspritzrate, was zu einer Reduktion der vor Verbrennungsbeginn eingebrachten Kraftstoffmenge und damit einer Senkung der vorgemischten Flamme und zu einer NO_X-Reduktion führt. Mit der weiteren Öffnungsbewegung der Düsennadel 2 ist ein stetiger Spritzraten- und Druckanstieg im Sinne einer Erhöhung der Strahlinteraktion und einer räumlich besseren Kraftstoffverteilung und Gemischaufbereitung verbunden. Durch die schnelle Beaufschlagung der Düsennadel 2 beim Schließen des Pilotventils läßt sich ein schlagartiges Ende des Einspritzvorgangs realisieren.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzventils ist die Steuerkante 15 an der Rückseite der Düsennadel 2 ausgebildet, welche unmittelbar von dem Steuerraum beaufschlagt wird. Abweichend hiervon kann der Rückseite der Düsennadel 2 ein Steuerkolben vorgelagert sein, welcher von dem Steuerraum druckbeaufschlagt wird und seinerseits die Düsennadel 2 beaufschlagt. Die Steuerkante 15 ist dann an diesem Steuerkolben ausgebildet.

Das vollständige Überdecken des Überströmkanals 14 durch die Steuerkante 15 kann mit einem vollständigen Verschließen des Steuerraumbypasses 13 verbunden sein, so daß durch diesen kein Abfluß von Kraftstoff aus dem zweiten Steuerraumabschnitt 7 mehr erfolgt, oder es kann noch ein Restöffnungsquerschnitt freigegeben sein, so daß auch im Falle einer vollständigen Überdeckung des Überströmkanals 14 durch die Steuerkante 15 noch ein definierter Reststrom über den Steuerraumbypass 13 parallel zu dem Strom durch den die erste Drosselstelle 23 enthaltenden Strömungsweg 24 erfolgt.

In dem Steuerraumbypass 13 kann eine Bypassdrossel 22 vorgesehen sein, welche der Kalibrierung des Stroms durch den Steuerraumbypass 13 dient.

Das Schließen des Rückschlagventils 10 kann, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel allein durch die an der Ventilkugel anliegenden Strömungskräfte des Kraftstoffs erfolgen, oder es kann zusätzlich eine Schließfeder zur Beaufschlagung der Ventilkugel vorgesehen sein.

Claims (14)

1. Kraftstoffeinspritzventil zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit
einer in einem Ventilgehäuse (1) zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung axial verschieblich gelagerten Düsennadel (2), welche in der Öffnungsstellung einen Einspritzquerschnitt zum Einspritzen von über einen Kraftstoffkanal (19) unter Druck zugeführtem Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigibt, und
einem mittels unter Druck stehendem Kraftstoff die Düsennadel (2) in Schließstellung beaufschlagenden Steuerraum (4, 7), welcher durch ein Pilotventil (3) im Sinne einer Öffnungsbewegung der Düsennadel (2) druckentlastbar ist, wobei die Entlastungsgeschwindigkeit des Steuerraums (4, 7) durch mindestens eine erste zwischen Steuerraum (4, 7) und Pilotventil (3) angeordnete, den Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum (4, 7) begrenzende Drosselstelle (23) bestimmt ist, wobei in Strömungsrichtung bei Druckentlastung gesehen ein stromabwärts und stromaufwärts der ersten Drosselstelle (23), aber stromaufwärts des Pilotventils (3) mit dem Steuerraum (4, 7) in Verbindung stehender Steuerraumbypass (13) vorgesehen ist, welcher einen Strömungsweg zur Entlastung des Steuerraums (4, 7) unter Umgehung der ersten Drosselstelle (23) bildet,
wobei der Steuerraumbypass (13) über einen Überströmkanal (14) mit dem Steuerraum (4, 7) in Verbindung steht, und eine in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung verschiebbare Steuerkante (15) an der Düsennadel (2) oder einem mit der Düsennadel (2) gekoppelten Kolben vorgesehen ist, durch welche der Überströmkanal (14) freigegeben oder gesperrt wird,
so daß der Durchgang durch den Steuerraumbypass (13) in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung freigegeben oder gesperrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (15) den Überströmkanal (14) nach einem vorgegebenen Öffnungsweg der Düsennadel (2) verschließt.

2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steuerraum (4, 7) durch einen ersten Steuerraumabschnitt (4) und einen zweiten Steuerraumabschnitt (7) gebildet ist, wobei der Druck im zweiten Steuerraumabschnitt (7) die Düsennadel (2) in Schließstellung beaufschlagt, der erste und der zweite Steuerraumabschnitt (4, 7) über einen die erste Drosselstelle (23) enthaltenden Strömungsweg (24) miteinander verbunden sind, und der erste Steuerraumabschnitt (4) über einen Zulaufkanal (21) und über eine Zulaufdrossel (6) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt und durch das Pilotventil (3) druckentlastbar ist, so daß der zweite Steuerraumabschnitt (7) über die erste Drosselstelle (23) und über den ersten Steuerraumabschnitt (4) durch das Pilotventil (3) druckentlastbar ist,
und daß der Steuerraumbypass (13) einen den zweiten Steuerraumabschnitt (7) mit dem ersten Steuerraumabschnitt (4) verbindenden Strömungsweg bildet, über den der zweite Steuerraumabschnitt (7) unter Umgehung der ersten Drosselstelle (23) über den ersten Steuerraumabschnitt (4) durch das Pilotventil (3) bei freigegebenem Durchgang des Steuerraumbypasses druckentlastbar ist.

3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Steuerraumabschnitt (4) eine zweite Drosselstelle (5) vorgesehen ist, die der unter Druck stehende Kraftstoff beim Verlassen des ersten Steuerraumabschnitts (4) durch das Pilotventil (3) passiert.

4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzströmungsweg (12) zur Zuführung von unter Druck stehendem Kraftstoff in den zweiten Steuerraumabschnitt (7) im Sinne einer Druckbeaufschlagung der Ventilnadel (2) in Schließrichtung vorgesehen ist, und daß ein Zwischenventilkörper (9) zum Öffnen und Schließen des Zusatzströmungsweges (12) vorgesehen ist, welcher vom Druck des ersten Steuerraumabschnitts (4) in Öffnungsrichtung und vom Druck des zweiten Steuerraumabschnitts (7) in Schließrichtung beaufschlagt wird, so daß der Zwischenventilkörper (9) bei einem durch Öffnen des Pilotventils (3) in dem ersten Steuerraumabschnitt (4) erfolgenden Druckabfall den Zusatzströmungsweg (12) schließt und bei einem durch Schließen des Pilotventils (3) in dem ersten Steuerraumabschnitt (4) erfolgenden Druckanstieg den Zusatzströmungsweg (12) öffnet.

5. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der der Düsennadel (2) abgewandten Seite des zweiten Steuerraumabschnitts befindlicher Zwischenventilsitz (26) für den Zwischenventilkörper (9) vorgesehen ist, wobei der Zusatzströmungsweg in dem Zwischenventilsitz (26) in Form von einem oder mehreren eine Verbindung mit einem unter Druck stehenden Kraftstoff führenden Zulaufkanal (21) herstellenden Zusatzströmungskanälen (12) ausgebildet ist und der Zwischenventilkörper (9) bei einem bei geschlossenem Pilotventil (3) in dem ersten Steuerraumabschnitt (4) erfolgenden Druckanstieg die Zusatzströmungskanäle (12) in Strömungsrichtung zu dem zweiten Steuerraumabschnitt (7) freigibt.

6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die erste Drosselstelle (23) enthaltende Strömungsweg (24) in dem Zwischenventilkörper (9) ausgebildet ist.

7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die erste Drosselstelle (23) enthaltende Strömungsweg in dem Ventilgehäuse ausgebildet ist.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die erste Drosselstelle (23) enthaltende Strömungsweg (24) ein Rückschlagventil (10) enthält, welches den Strömungsweg (24) nur in Richtung von dem zweiten Steuerraumabschnitt (7) zu dem ersten Steuerraumabschnitt (4) freigibt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Zwischenventilkörper (9) ausgebildete, die erste Drosselstelle (23) enthaltende Strömungsweg (24) ein Rückschlagventil (10) enthält, welches den Strömungsweg (24) nur in Richtung von dem zweiten Steuerraumabschnitt (7) zu den ersten Steuerraumabschnitt (4) freigibt.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (10) durch ein in dem Strömungsweg (24) angeordnetes Kugelventil gebildet ist, welches eine federbelastete Kugel (27) und einen die Kugel (27) aufnehmenden Ventilsitz umfaßt.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang durch den Steuerraumbypass (13) in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung so freigegeben wird, daß zunächst bis zu einer vorgegebenen ersten Düsennadelstellung ein schneller Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum (4, 7) im Sinne eines schnellen Öffnens der Düsennadel (2) bis zu einer vorgegebenen teilweisen Freigabe des Einspritzquerschnitts und dann bis zu einer Endstellung der Düsennadel (2) ein langsamerer Abfluß des Kraftstoffs aus dem Steuerraum (4, 7) im Sinne eines langsameren Öffnens der Düsennadel (2) bis zur vollständigen Freigabe des Einspritzquerschnitts des Kraftstoffeinspritzventils erfolgt.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in Abhängigkeit von der Düsennadelstellung verschiebbare Steuerkante (15) so in Bezug auf den Überströmkanal (14) angeordnet ist, daß der Überströmkanal (14) bis zum Erreichen der vorgegebenen ersten Düsennadelstellung im wesentlichen offen und nach dem Überschreiten der vorgegebenen ersten Düsennadelstellung bis zum Erreichen einer zweiten Düsennadelstellung schließt.

13. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (14) mit einer vorgegebenen Ausdehnung in Axialrichtung des Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet ist, so daß der Überströmkanal (14) zwischen der ersten Düsennadelstellung und der zweiten Düsennadelstellung allmählich schließt.

14. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal im Verlauf seiner Ausdehnung in Axialrichtung im Querschnitt unterschiedlich breit ausgebildet ist.