DE60313914T2

DE60313914T2 - Brennstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE60313914T2
Application number: DE60313914T
Authority: DE
Inventors: P. Rainham Buckley
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2002-04-20
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: ATE363024T1; GB0209049D0; EP1359319A2; DE60313914D1; EP1359319A3; EP1359319B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Verwenden bei der Förderung von Kraftstoff zu einem Brennraum einer Brennkraftmaschine. Im Speziellen, aber nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung einen Unit-Injektor für eine Brennkraftmaschine oder eine Einspritzeinrichtung zum Verwenden mit einer Unit-Pump für eine Brennkraftmaschine.
Bei bekannten Unit-Injektoren dient ein Pumpelement dazu, Kraftstoff innerhalb einer Pumpkammer unter hohen Druck zu setzen und fördert Kraftstoff zu einem zugeordneten Einspritzeinrichtungs-Förderraum. Die Einspritzeinrichtung ist innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses mit den Pumpenkomponenten angeordnet und eine Hochdruck-Kraftstoffleitung, die innerhalb des gemeinsamen Gehäuses definiert ist, sorgt für einen Kommunikationsweg zwischen der Pumpkammer und dem Einspritzeinrichtungs-Förderraum. Die Einspritzeinrichtung umfasst eine Ventilnadel, die in innerhalb eines in einem Düsenkörpergehäuses vorgesehenen Lochs verschiebbar ist und mit einem Ventilnadelsitz in Eingriff bringbar ist, um eine Kraftstoffversorgung durch einen oder mehrere Einspritzeinrichtungsauslass/auslässe hindurch an einen zugeordneten Motorzylinder zu steuern. Die Ventilnadel ist typischerweise mittels einer Feder, die innerhalb einer Kammer an einem Ende der Ventilnadel entfernt von dem Auslass angeordnet ist, in Richtung des Sitzes vorgespannt. In Unit-Pump-Anordnungen sind die Pumpenelemente üblicherweise von den Einspritzeinrichtungskomponenten entfernt beabstandet und eine separate Hochdruck-Kraftstoffleitung verbindet einen Pumpenauslass mit einem Einspritzeinrichtungseinlass. Solche Anordnungen können auch als „Unit Pump/Injektor"-Anordnungen bezeichnet werden.
Sowohl in Unit-Injektor- als auch in Unit-Pump-Anordnungen besitzt das Pumpelement die Form eines Pumpkolbens, der innerhalb eines Kolbenloches unter dem Einfluss einer Antriebsanordnung hin- und herbewegbar ist, um Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer unter Druck zu setzen. Ein Überströmventil dient dazu, eine Kommunikation zwischen der Pumpkammer und einem Niederdruckabfluss zu öffnen und zu schließen. Wenn das Überströmventil offen ist, bewirkt eine Hin- und Herbewegung des Pumpkolbens innerhalb des Loches, dass Kraftstoff in die Pumpkammer hinein gesaugt und aus dieser zu dem Niederdruckabfluss verdrängt wird. Wenn das Überströmventil geschlossen ist, ist die Kommunikation zwischen der Pumpkammer und dem Niederdruckabfluss unterbrochen, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens bewirkt, dass ein Kraftstoffdruck innerhalb der Pumpkammer ansteigt.
Während des Pumpens wird ein Punkt erreicht, an dem die hydraulischen Kräfte, die auf Druckflächen der Ventilnadel wirken, durch die Zufuhr von hohem Kraftstoffdruck an den Förderraum ausreichen, um die Kraft der Feder zu überwinden, und die Ventilnadel wird dazu gebracht, dass sie sich von ihrem Sitz hebt, um eine Einspritzung einzuleiten. Der Druck, bei dem bewirkt wird, dass sich die Einspritzeinrichtung von ihrem Sitz hebt, wird üblicherweise als „Düsenöffnungsdruck" bezeichnet. Wenn das Überströmventil geöffnet ist, wird Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer zu dem Abfluss verdrängt, wenn eine Kolbenbewegung andauert, und die Ventilnadel wird mithilfe der Federkraft zurück in ihre Sitzposition gebracht, um die Einspritzung zu beenden. Die Federvorbelastung bestimmt den Druck, bei dem die Ventilnadelöffnung erfolgt, und diese wird typischerweise mithilfe einer Beilegscheibe eingestellt, die zwischen einem Ende der Ventilnadel entfernt von dem Einspritzeinrichtungsauslass und der Feder angeordnet ist.
Für einige Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Einspritzeinrichtung einen variablen Düsenöffnungsdruck aufweist. Es ist insbesondere wünschenswert, dass der Düsenöffnungsdruck für mittlere Maschinendrehzahlen relativ hoch und bei einer Nenn- (maximalen) Maschinendrehzahl geringer ist. Es ist bekannt, dass ein variabler Düsenöffnungsdruck erreicht wird, indem die Einspritzeinrichtung mit einem elektronisch gesteuerten Einspritzsteuerventil zum Ingangsetzen einer Ventilnadelbewegung versehen wird, wobei solche Systeme jedoch relativ komplex und kostspielig sind.
Als Hintergrund der Erfindung offenbart die US 6 269 795 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die zur Verwendung mit einer Unit-Pump geeignet ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst eine Ventilnadel, die durch eine Schraubenfeder, die innerhalb einer mit Kraftsoff gefüllten Federkammer angeordnet ist, in eine geschlossene Position vorgespannt ist. Die Ventilnadel weist eine zu dieser gehörenden Fläche auf, die in die Federkammer hinein vorsteht, sodass der Kraftstoff innerhalb der Federkammer wirksam ist, um eine Öffnungsbewegung der Ventilnadel zu dämpfen.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, einen variablen Düsenöffnungsdruck bei reduzierten Kosten zu erzielen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Die Einspritzeinrichtung kann einen Teil eines Kraftstoffsystems bilden, das eine Pumpe umfasst, die einen Pumpkolben aufweist, der dazu dient, Kraftstoff innerhalb einer Pumpkammer unter Druck zu setzen, von wo der Kraftsoff an den Förderraum der Einspritzeinrichtung geliefert wird. Die Pumpe weist ein zu ihr gehörendes Überströmventil auf, um eine Kommunikation zwischen der Pumpenkammer und einem Niederdruckabfluss zu steuern. Wenn das Überströmventil offen ist, bewirkt eine Bewegung des Pumpkolbens, dass Kraftstoff in die Pumpkammer hinein gesaugt und aus dieser verdrängt wird, und wenn das Überströmventil geschlossen ist, kann der Kraftstoff nicht zu dem Niederdruckabfluss entweichen, sodass Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer unter Druck gesetzt wird und eine Druckwelle zu dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang gefördert wird.
Es ist eine Notwendigkeit, den Kraftstoffdruck zu erhöhen, bei dem eine Einspritzung bei mittleren Maschinendrehzahlen beginnt (Düsenöffnungsdruck), aber einen relativ geringeren Düsenöffnungsdruck bei einer maximalen Nenndrehzahl zu erhalten. Bei niedrigeren Maschinendrehzahlen ist eine Anstiegsrate eines Kraftstoffdruckes innerhalb des Hochdruck-Versorgungsdurchganges relativ gering, wenn das Überströmventil geschlossen ist, sodass die Druckdifferenz zwischen dem Förderraum und der Druckkammer relativ gering ist. Dies führt zu einem relativ hohen Düsenöffnungsdruck. Für höhere Maschinendrehzahlen ist eine Anstiegsrate eines Kraftstoffdruckes höher, sodass die Druckdifferenz zwischen dem Förderraum und der Druckkammer erhöht ist, was zu einem verringerten Düsenöffnungsdruck führt. Die Einspritzeinrichtung bietet diese vorteilhafte Charakteristik bei reduzierten/r Kosten und Komplexität im Vergleich bekannten mit elektronisch gesteuerten Einspritzeinrichtungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einspritzeinrichtung einen Kolben, der der Ventilnadel zugeordnet ist, wobei eine Fläche des Kolbens die Druckkammer definiert.
Vorzugsweise umfasst die Einspritzeinrichtung eine Feder, um die Ventilnadel in Richtung des Ventilnadelsitzes zu drängen. In einer Ausführungsform ist die Feder innerhalb einer Federkammer untergebracht und steht vorzugsweise zwischen einer ersten Fläche, die zu der Ventilnadel gehört, und einer Beilegscheibe, die innerhalb der Federkammer angeordnet ist, in Eingriff. Eine entsprechende Auswahl der Beilegscheibe ermöglicht es, die Federvorbelastung auf einen gewünschten Betrag einzustellen.
Alternativ kann die Feder zwischen einer ersten Fläche, die zu der Ventilnadel gehört, und einer Fläche der Federkammer in Eingriff stehen.
Vorzugsweise wirkt der Kolben über eine Schubstange, die sich durch die Feder hindurch erstreckt, auf die Ventilnadel.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung definiert eine Fläche der Ventilnadel die Druckkammer.
Der Hochdruck-Versorgungsdurchgang ist vorzugsweise durch eine erste Bohrung definiert, die in einem weiteren Einspritzeinrichtungsgehäuse vorgesehen ist. Sowohl der erste Strömungsweg als auch der zweite Strömungsweg sind teilweise durch einen gemeinsamen Bereich des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs definiert und der zweite Strömungsweg ist ferner durch eine zweite Bohrung definiert, die zumindest teilweise innerhalb des weiteren Einspritzeinrichtungsgehäuses definiert ist.
Die zweite Bohrung ist mit der ersten Bohrung vorzugsweise über einen Abzweigdurchgang verbunden, der durch eine Vertiefung, die in einer oberen Fläche eines Einspritzeinrichtungsgehäuses vorgesehen ist, definiert ist.
Der Hochdruck-Versorgungsdurchgang ist vorzugsweise mit einer Verengung versehen, um den Kraftstoffdruck, der während eines Einspritzens auf eine Druckfläche der Ventilnadel wirkt, auf einen Wert unter den vor einer Einspritzung zu reduzieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgesehen, das eine Kraftsoff-Unit-Pump, die einen Pumpkolben aufweist, der dazu dient, Kraftstoff innerhalb einer Pumpkammer unter Druck zu setzen, ein Überströmventil zum Steuern einer Kommunikation zwischen der Pumpkammer und einem Niederdruckabfluss zu, und eine Einspritzeinrichtung wie oben beschrieben umfasst.
Die Kraftstoffpumpe besitzt typischerweise die Form eines so genannten „Unit-Injektors", in dem der Pumpkolben und die Einspritzeinrichtung innerhalb einer gemeinsamen Einheit angeordnet sind.
Es wird einzusehen sein, dass die bevorzugten und/oder optionalen Merkmale des ersten Aspekts der Erfindung, wie z. B. in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen dargelegt, ebenfalls in dem Kraftstoffeinspritzsystem des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst sein können.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine Schnittdarstellung einer Einspritzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
2 eine vergrößerte, alternative Schnittdarstellung der Einspritzeinrichtung in 1 ist,
3–5 Schnittdarstellungen einer alternativen Ausführungsform zu der in den 1 und 2 gezeigten Einspritzeinrichtung sind.
Die 1 und 2 zeigen eine Einspritzeinrichtung, die keinen Teil der Erfindung bildet, die jedoch hier als Hilfe zum Verständnis der Erfindung beschrieben ist. Die Einspritzeinrichtung umfasst einen Düsenkörper 10, der mit einem Grundloch 12 versehen ist, in dem eine Ventilnadel 14 verschiebbar ist. Die Ventilnadel 14 ist mit einem Ventilnadelsitz (nicht gekennzeichnet) in Eingriff bringbar um eine Kraftsoffversorgung durch einen oder mehrere Einspritzeinrichtungsauslass/auslässe (nicht gezeigt) hindurch in einen zugeordneten Maschinenzylinder oder einen anderen Brennraum hinein zu steuern. Die Ventilnadel 14 ist mit einer Vielzahl von Abflachungen, Schlitzen oder Nuten 16 an ihrer Außenfläche versehen, die zulassen, dass Kraftstoff von einer durch einen vergrößerten Bereich des Loches 12 definierten ringförmigen Kammer 18 zu einem durch einen unterstromigen Bereich des Loches 12 definierten Förderraum 20 strömt. Die Ventilnadel 14 umfasst auch eine oder mehrere Druckfläche/n (nicht gezeigt), die einem Kraftstoffdruck innerhalb des Förderraumes 20 ausgesetzt ist/sind, sodass eine Kraft infolge eines auf die Druckflächen wirkenden Kraftstoffdruckes dazu dient, die Ventilnadel 14 von dem Ventilnadelsitz wegzudrängen.
Die ringförmige Kammer 18 empfängt Kraftstoff unter hohem Druck über einen Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22, der durch eine Vielzahl von Bohrungen, die in verschiedenen Einspritzeinrichtungsgehäuseteilen vorgesehen sind, definiert ist. Der Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 kommuniziert mit einem Einspritzeinrichtungseinlass 24, der unter Druck gesetzten Kraftstoff von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) empfängt. Typischerweise ist die Pumpe von der Art, die einen Pumpkolben umfasst, der angetrieben wird, um Kraftstoff innerhalb einer Pumpkammer unter Druck zu setzen. Ein Überströmventil der Pumpe dient dazu, eine Kommunikation zwischen der Pumpkammer und einem Niederdruckabfluss zu steuern, sodass, wenn das Überströmventil offen ist, eine Bewegung des Pumpkolbens bewirkt, dass Kraftstoff in die Pumpkammer hinein gesaugt und aus dieser verdrängt wird, und, wenn das Überströmventil geschlossen ist, der Kraftstoff nicht zu dem Niederdruckabfluss entweichen kann, sodass der Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer stark unter Druck gesetzt wird, wenn der Pumpkolben einen Pumphub ausführt. Kraftstoff unter hohem Druck wird typischerweise unter der Steuerung eines Förderventils von der Pumpkammer zu dem Einlass 24 der Einspritzeinrichtung gefördert.
Eine obere Fläche des Düsenkörpers 10 liegt an einem ersten Einspritzeinrichtungsgehäuseteil 23 an, der mit einem abgestuften Grundloch versehen ist, von dem ein unterer Abschnitt eine Federkammer 26 definiert, die eine Druckfeder 28 beherbergt. Ein Ende der Feder 28 wirkt auf eine obere Fläche der Ventilnadel 14 und das andere Ende der Feder 28 steht mit der Stufe in dem Loch innerhalb der Kammer 26 in Eingriff, sodass die Feder 28 die Ventilnadel 14 in Richtung des Ventilnadelsitzes drängt. Der Kolben 30 ist innerhalb des Loches in dem Einspritzeinrichtungsgehäuse 23 verschiebbar und ist über eine Schubstange (in der gezeigten Darstellung nicht zu sehen), die sich durch die Feder 28 hindurch erstreckt, mit der Ventilnadel 14 verbunden. Wie am deutlichsten in 2 ersichtlich, definiert eine obere Fläche des Kolbens 30 zusammen mit dem blinden Ende des Loches in dem Einspritzeinrichtungsgehäuse 23 eine Druckkammer 32, die über eine erste Verengung 34, die durch eine Bohrung in dem Einspritzeinrichtungsgehäuse 23 definiert ist, kontinuierlich mit einem Abschnitt des Hochdruck-Versorgungsdurchganges 22 kommuniziert.
Ein Niederdruck-Abflussdurchgang 36 stellt einen Rücklaufweg für Leckkraftstoff in der Federkammer 26 zu einem Niederdruck bereit, wobei der Niederdruck-Abflussdurchgang 36 teilweise innerhalb des ersten Einspritzeinrichtungsgehäuses 23 und teilweise innerhalb eines zweiten Einspritzeinrichtungsgehäuses 38, das an dem ersten Einspritzeinrichtungsgehäuse 23 anliegt, definiert ist. Die Druckkammer 32 kommuniziert mit dem Niederdruck-Abflussdurchgang 36 über eine zweite Verengung 40, die durch eine zusätzliche Bohrung in dem ersten Einspritzeinrichtungsgehäuseteil 23 in einer Position allgemein benachbart der ersten Verengung 34 definiert ist. Die zweite Verengung 40 lässt einen kontinuierlichen Fluss von Kraftstoff von der Druckkammer 32 zu einem Niederdruck mit einer gedrosselten Rate zu. Die erste Verengung 34 lässt zu, dass Kraftstoff von dem Hochdruck-Strömungsdurchgang 22 bei einer gedrosselten Rate in die Druckkammer 32 strömt, wobei Kraftstoff, der zu der Druckkammer 32 gefördert wird, ebenfalls kontinuierlich von der Druckkammer 32 zu dem Niederdruck-Durchgang 36 bei einer gedrosselten Rate durch die zweite Verengung 40 strömen kann, wie in 2 gezeigt. Die erste und zweite Verengung 34 bzw. 40 können auch derart gebildet sein, dass sie ähnliche oder die gleichen Raten eines Kraftstoffflusses oder unterschiedliche Durchflussraten durch sie hindurch erlauben.
Der erste und zweite Gehäuseteil 23, 38 und das obere Ende des Düsenkörpers 10 sind auf eine herkömmliche Weise innerhalb einer Hutmutter 42 aufgenommen. Wenn die Einspritzeinrichtung die Form eines so genannten „Unit Injektors" besitzt, sind der Pumpkolben und zu diesem gehörende Pumpenkomponenten der Pumpen zum Liefern von Kraftstoff unter hohem Druck an den Förderraum 20 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet.
Im Gebrauch strömt, wenn das Überströmventil der Pumpe geschlossen ist, um eine Druckerhöhung von Kraftstoff innerhalb der Pumpkammer zu bewirken, Kraftstoff unter hohem Druck, der zu dem Einlass 24 der Einspritzeinrichtung gefördert wird, durch den Versorgungsdurchgang 22 und wird daher sowohl zu der ringförmigen Kammer 18 als auch durch die erste Verengung 34 hindurch zu der Druckkammer 32 gefördert. Kraftstoff, der zu der Druckkammer 32 gefördert wird, kann bei einer gedrosselten Rate durch die zweite Verengung 40 und zu dem Niederdruck-Durchgang 36 strömen. Kraftstoff, der zu der ringförmigen Kammer 18 gefördert wird, kann an den Abflachungen 16 an der Fläche der Ventilnadel 14 vorbei in den Förderraum 20 hinein strömen.
Es wird ein Punkt erreicht, an dem die Kraft, die auf die Ventilnadel-Druckfläche wirkt, infolge des Kraftstoffdruckes innerhalb des Förderraumes 20 ausreicht, um die kombinierte Kraft der Feder 28 und der Kraft infolge des Kraftstoffdruckes innerhalb der Druckkammer 32, die auf den Kolben 30 wirkt, zu überwinden, und die Ventilnadel 14 wird dazu gebracht, dass sie sich von dem Ventilnadelsitz weg hebt, um eine Einspritzung einzuleiten.
Es wird aus der Geometrie der in 1 gezeigten Einspritzeinrichtungsanordnung einzusehen sein, dass die Druckwelle durch den Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 die Druckkammer 32 kurz vor der ringförmigen Kammer 18 erreicht. Da jedoch die erste und zweite Verengung 34, 40 vorgesehen sind, die den Durchfluss in die und aus der Druckkammer 32 drosseln, ist die Größe der Druckwelle an der Druckkammer 32 etwas geringer als an der ringförmigen Kammer 18. Die Anstiegsrate des Kraftstoffdruckes innerhalb der Druckkammer 32 ist daher kleiner als die Anstiegsrate des Kraftstoffdruckes innerhalb des Förderraumes 20, wodurch eine Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 32 und dem Förderraum 20 erzeugt wird. Der Düsenöffnungsdruck, bei dem die Ventilnadel 14 dazu gebracht wird, sich von dem Ventilnadelsitz zu heben, um eine Einspritzung einzuleiten, wird durch die Kraft infolge des Kraftstoffdruckes innerhalb des Förderraumes 20, die auf die Oberfläche der Druckfläche der Ventilnadel wirkt, die Vorbelastung der Feder 28 und die Kraft infolge des Kraftstoffdruckes innerhalb der Druckkammer 32, die auf die Oberfläche des Kolbens 30 wirkt, bestimmt. Die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 32 und dem Förderraum 20 beeinflusst daher den Düsenöffnungsdruck und, da die Kennlinien der Druckwelle durch den Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 hindurch von der Pumpgeschwindigkeit (wie von der Maschinendrehzahl bestimmt) abhängig sind, ändert sich diese Druckdifferenz und daher der Düsenöffnungsdruck mit der Maschinendrehzahl.
Falls es erwünscht ist, eine Einspritzung zu beenden, ist das Überströmventil der Pumpe offen, sodass eine weitere Kolbenbewegung einfach Kraftstoff in die Pumpkammer hinein saugt und Kraftstoff aus dieser verdrängt, und der Druck des zu dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 geförderten Kraftstoffes ist reduziert. Wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Förderraumes 20 unter den vorbestimmten Betrag reduziert wird, bei dem die Kraft nach oben, die auf die Ventilnadel-Druckfläche wirkt, durch die Kraft der Feder 28, die in Kombination mit dem Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 32 wirkt, überwunden wird, wird die Ventilnadel 14 gegen den Ventilnadelsitz gedrängt, um die Einspritzung zu beenden.
In einer alternativen Anordnung zu der zuvor beschriebenen, kann der Kolben 30 mit der Ventilnadel 14 direkt verbunden sein, wobei in diesem Fall die Schubstange einteilig mit dem Kolben 30 gebildet ist. In dieser Ausführungsform ist es effektiv eine Fläche der Ventilnadel, die einem Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 32 ausgesetzt ist.
Die 3 bis 5 veranschaulichen drei Schnittdarstellungen einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in der in 4 gezeigten Darstellung zu sehen, liegt eine untere Fläche des Kolbens 30 an einem Ende der Schubstange 41 an, deren anderes Ende mit der Ventilnadel 14 über ein Lastübertragungselement 43 verbunden ist. Das Lastübertragungselement 43 definiert einen Sitz für ein Ende der Feder 28, wobei das andere Ende der Feder 28 mit einer Beilegscheibe 44, die an einem oberen Ende der Federkammer 26 angeordnet ist, in Eingriff steht. Die Beilegscheibe 44 ist derart ausgewählt, dass sie die gewünschte Federvorbelastung bereitstellt, die wiederum den Düsenöffnungsdruck beeinflusst, wie unten stehend in größerem Detail beschrieben.
Die Einspritzeinrichtung in den 3 bis 5 unterscheidet sich von der in 1 dadurch, dass die Kraft, die auf die Ventilnadel 14 wirkt, um die Nadel von dem Sitz wegzudrängen, auf eine Druckfläche wirkt, die einem Kraftstoffdruck innerhalb der ringförmigen Kammer 18 ausgesetzt ist, und die Abflachungen 16 und der Förderraum 20 in der Düse von 1 weggelassen sind. Eine Bewegung der Ventilnadel 14 in der in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsform wird jedoch auf dieselbe Weise bewirkt und erfolgt, wenn ein Kraftstoffdruck innerhalb der ringförmigen Kammer 18 ausreicht, um die kombinierte Kraft einer Feder und eines Kraftstoffdruckes, die auf das hintere Ende der Nadel wirkt, zu überwinden, wie in größerem Detail unten stehend beschrieben.
Die Einspritzeinrichtung in den 3 bis 5 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 auch dadurch, dass das obere Ende des Düsenkörpers 10 an einer ersten Fläche einer Adapterplatte 46 anliegt, durch die hindurch sich ein Abschnitt des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs 22 erstreckt, wobei die entgegengesetzte Fläche der Adapterplatte 46 an dem zweiten Einspritzeinrichtungsgehäuse 38 anliegt. Das zweite Einspritzein richtungsgehäuse 38, die Adapterplatte 46 und der obere Endbereich des Düsenkörpers 10 sind auf eine herkömmliche Weise innerhalb der Hutmutter 42 aufgenommen. Das zweite Einspritzeinrichtungsgehäuse 38 und die Adapterplatte 46 sind mit entsprechend geformten Bohrungen oder Vertiefungen versehen, in denen ein Fixierstift 47 aufgenommen ist, um eine korrekte Ausrichtung der Teile sicherzustellen.
Wie in den in den 3 bis 5 gezeigten Darstellungen ersichtlich, ist das zweite Einspritzeinrichtungsgehäuse 38 zusätzlich zu dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 auch mit einer zusätzlichen Bohrung 48 versehen, von der ein Ende mit der Druckkammer 32 über eine Kreuzbohrung 54 in dem zweiten Einspritzeinrichtungsgehäuse 38 kommuniziert. Die zusätzliche Bohrung 48 kommuniziert mit einem Bereich des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs 22 über einen Abzweigdurchgang 56, der durch eine Vertiefung, die in der oberen Endfläche der Adapterplatte 46 vorgesehen ist, definiert ist. Es wird daher einzusehen sein, dass ein erster Strömungsweg zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der ringförmigen Kammer 18 durch den Hochdruck-Versorgungsdurch-gang 22 definiert ist und ein zweiter Strömungsweg zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der Druckkammer 32 durch einen Abschnitt des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs 22, den Abzweigdurchgang 56, die zusätzliche Bohrung 48 und die Kreuzbohrung 54 definiert ist. Wie am besten durch einen Vergleich der 3 und 4 ersichtlich, besitzen der erste und zweite Strömungsweg unterschiedliche Strömungslängen.
Der Betrieb der Einspritzeinrichtung in den 3 bis 5, um eine Einspritzung einzuleiten, ist ähnlich dem zuvor für die Anordnung in den 1 und 2 beschriebenen. Kraftstoff wird von der Pumpe über den Einspritzeinrichtungseinlass 24 zu dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 gefördert und kann in die ringförmige Kammer 18 strömen. Kraftstoff unter hohem Druck innerhalb des Versorgungsdurchgangs 22 kann auch durch den zweiten Strömungsweg hindurch in die Druckkammer 32 hinein strömen und bringt eine Kraft nach unten auf den Kolben 30 und somit auf die Ventilnadel 14 über die Schubstange 41 und das Lastübertragungselement 43 auf. Wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der ringförmigen Kammer 18 auf einen Betrag angestiegen ist, der ausreicht, um die Kraft infolge der Feder 28, die in Kombination mit der Kraft infolge des hohen Kraftstoffdruckes innerhalb der Druckkammer 32 wirkt, zu überwinden, wird die Ventilnadel 14 von dem Ventilnadelsitz weggedrängt und eine Einspritzung beginnt.
Der Düsenöffnungsdruck wird durch die Differenz des Kraftstoffdruckes zwischen der Druckkammer 32 und der ringförmigen Kammer 18 und auch durch die Vorbelastung der Feder 28 bestimmt. Auf Grund der Länge der zusätzlichen Bohrung 48, durch die hindurch Kraftstoff zu der Druckkammer 32 strömt, und somit der unterschiedlichen Strömungsweglängen zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der ringförmigen Kammer 18 und zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der Druckkammer 32 erreicht die durch den Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 hindurch übertragene Druckwelle die ringförmige Kammer 18 vor der Druckwelle an der Druckkammer 32. Für niedrige Maschinendrehzahlen, wenn die Rate eines Druckanstieges gering ist, hat diese Differenz der Strömungsweglänge einen relativ weniger bedeutenden Einfluss auf die Druckdifferenz über die Kammern 32, 18 als für höhere Maschinendrehzahlen, wenn die Rate eines Druckanstieges höher ist. Für niedrigere Maschinendrehzahlen ist der Düsenöffnungsdruck daher höher als für höhere Maschinendrehzahlen. Die Ausführungsform der 3 bis 5 bietet daher auch den Vorteil, dass der Düsenöffnungsdruck mit der Maschinendrehzahl von einem relativ höheren Düsenöffnungs druck bei relativ niedrigen Maschinendrehzahlen zu einem relativ geringeren Düsenöffnungsdruck bei höheren Maschinendrehzahlen variabel ist.
Die Länge der zusätzlichen Bohrung 48 zu der Druckkammer 32 kann derart gewählt sein, dass sie die gewünschten variablen Düsenöffnungsdruck-Kennlinien mit der Maschinendrehzahl ergibt. In einer alternativen Anordnung kann der Abzweigdurchgang 56 zu der Druckkammer 32 mit dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 weiter unterstromig von dem in den 3 bis 5 gezeigten Punkt kommunizieren, um eine größere Differenz der Strömungsweglänge zu erzeugen. Zum Beispiel kann der Abzweigdurchgang 56 durch eine Vertiefung oder Nut definiert sein, die in einer oberen Fläche des Düsenkörpers 10 vorgesehen ist.
In der Ausführungsform der 3 bis 5 definiert der Hochdruck-Versorgungsdurchgang 22 einen gemeinsamen Bereich sowohl der ersten Strömungsweglänge zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der ringförmigen Kammer 18 als auch der zweiten Strömungsweglänge zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass 24 und der Druckkammer 32.
Als ein bevorzugtes optionales Merkmal kann der Versorgungsdurchgang 22 mit einer Verengung (in den beiliegenden Fig. nicht gezeigt) versehen sein, was eine Reduktion der Kraft, die auf die Ventilnadel-Druckfläche wirkt, wenn die Ventilnadel von ihrem Sitz gehoben wird, zur Folge hat. Es wird daher eine kleinere Kraft benötigt, um die Ventilnadel einzusetzen, was einen schnelleren Nadelverschluss zulässt. Solch ein Merkmal ist in dem europäischen Patent EP 0 767 304 der Anmelderin beschrieben und hat zum Ergebnis, dass der Druck, der während einer Einspritzung auf die Druckfläche wirkt, kleiner ist als der vor der Einspritzung.
Die in den 3 bis 5 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist von der Art, bei der eine Unit-Pump von der Einspritzeinrichtung entfernt angeordnet ist und Kraftstoff von der Pumpkammer der Pumpe zu der Einspritzeinrichtung über eine separate Hochdruck-Kraftstoffleitung fördert. Es wird jedoch einzusehen sein, dass die Erfindung gleichermaßen auf vereinte Pumpen-Einspritzeinrichtungsanordnungen anwendbar ist, bei denen der Einspritzeinrichtungsdüsenkörper und ein Pumpenkörper innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses in einer sogenannten „eng gekoppelten" Unit Pump/Injektor-Anordnung angeordnet sind.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Einspritzeinrichtung umfasst: ein Einspritzeinrichtungsgehäuse (38), das mit einem Düsenkörper (10) verbunden ist, eine Ventilnadel (14), die in einem durch den Ventilkörper (10) hindurch vorgesehenen Loch verschiebbar ist und eine erste Fläche aufweist, die mit einem Ventilnadelsitz in Eingriff gebracht werden kann, um einen Kraftstoffdurchfluss zwischen einer ringförmigen Kammer (18) und einem Auslass zu steuern, einen Hochdruck-Versorgungsdurchgang (22), der durch eine erste Bohrung definiert ist, die in dem Einspritzeinrichtungsgehäuse (38) vorgesehen ist, wobei der Hochdruck-Versorgungsdurchgang (22) einen ersten Strömungsweg zum Liefern von Kraftstoff unter hohem Druck von einem Einspritzeinrichtungseinlass (24) an die ringförmige Kammer (18) definiert, wobei eine Druckfläche der Ventilnadel einem Kraftstoffdruck innerhalb der ringförmigen Kammer (18) ausgesetzt ist, sodass eine Kraft auf die Ventilnadel (14) aufgebracht wird, um die Ventilnadel (16) von dem Ventilsitz weg zu drängen, eine Druckkammer (32) in Verbindung mit dem Hochdruck-Versorgungsdurchgang (22), die teilweise durch eine Fläche, die zu der Ventilnadel (14) gehört, an einem Ende davon entfernt von dem Auslass definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung ferner eine zweite Bohrung (48) umfasst, die in dem Einspritzeinrichtungsgehäuse (38) vorgesehen ist, wobei die zweite Bohrung (48) teilweise einen zweiten Strömungsweg (22, 56, 48, 54) zwischen dem Einspritzeinrichtungseinlass (24) und der Druckkammer (32) definiert, wobei der zweite Strömungsweg (22, 56, 38, 56) länger als der erste Strömungsweg (22) ist, sodass im Gebrauch eine variable Differenz eines Kraftstoffdruckes zwischen der ringförmigen Kammer (18) und der Druckkammer (32) in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Anstiegs eines Kraftstoffdruckes innerhalb des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs (22) erzeugt wird, um dadurch relativ höhere Düsenöffnungsdrücke für relativ niedrigere Maschinendrehzahlen bereitzustellen, und wobei sowohl der erste Strömungsweg (22) als auch der zweite Strömungsweg (22, 56, 48, 54) teilweise durch einen gemeinsamen Bereich des Hochdruck-Versorgungsdurchgangs definiert sind.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einspritzeinrichtung einen Kolben (30) umfasst, der der Ventilnadel (14) zugeordnet ist, wobei eine Fläche des Kolbens (30) die Druckkammer (32) definiert.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner mit einer Feder (28), die innerhalb einer Federkammer (26) angeordnet ist, um die Ventilnadel (14) in Richtung des Ventilnadelsitzes zu drängen.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Feder (28) zwischen einer ersten Fläche, die zu der Ventilnadel (14) gehört, und einer Beilegscheibe (44), die innerhalb der Federkammer (26) angeordnet ist, in Eingriff steht.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei der Kolben (30) über eine Schubstange (41) die sich durch die Feder (28) hindurch erstreckt, auf die Ventilnadel (14) wirkt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Fläche der Ventilnadel (14) die Druckkammer (32) definiert.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 6, ferner mit einer Feder (28), die innerhalb einer Federkammer (26) angeordnet ist, um die Ventilnadel (14) in Richtung des Ventilnadelsitzes zu drängen.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Bohrung mit der ersten Bohrung über einen Abzweigdurchgang (56) verbunden ist, der durch eine Vertiefung, die in einer oberen Fläche eines zusätzlichen Einspritzeinrichtungsgehäuseteils (46) vorgesehen ist, definiert ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Ventilnadel (14) eine Druckfläche umfasst, auf die im Gebrauch ein Kraftstoffdruck aufgebracht wird, um die Ventilnadel (14) von dem Ventilnadelsitz weg zu drängen, und wobei der Hochdruck-Versorgungsdurchgang (22) mit einer Verengung versehen ist, um die Kraft, die während eines Einspritzens auf die Druckfläche wirkt, auf einen Wert unter den vor einer Einspritzung zu reduzieren.
Kraftstoffeinspritzsystem, mit einer Kraftstoffpumpeneinheit, die einen Pumpkolben aufweist, der dazu dient, Kraftstoff innerhalb einer Pumpkammer unter Druck zu setzen, einem Überströmventil zum Steuern einer Kommunikation zwischen der Pumpkammer und einem Niederdruckabfluss, und einer Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.