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EP1552135B1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
EP1552135B1
EP1552135B1 EP03740026A EP03740026A EP1552135B1 EP 1552135 B1 EP1552135 B1 EP 1552135B1 EP 03740026 A EP03740026 A EP 03740026A EP 03740026 A EP03740026 A EP 03740026A EP 1552135 B1 EP1552135 B1 EP 1552135B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel injection
injection device
valve element
sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03740026A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1552135A1 (de
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1552135A1 publication Critical patent/EP1552135A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1552135B1 publication Critical patent/EP1552135B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injection device is known from WO 02/18775 A1 and EP 0 878 623 A2.
  • injectors are shown which are used in internal combustion engines with direct fuel injection.
  • the outer valve needle is pressure-controlled. This means that by increasing a pressure in a pressure chamber, which is partially limited by a pressure flank on the outer valve element, the outer valve element lifts against the biasing force by a compression spring from the corresponding valve seat.
  • the inner valve element is stroke-controlled. This means that it is assigned a control room in which normally a high Pressure prevails. Due to this high pressure, the valve element is pressed counter to an application force against the valve seat.
  • the pressure in the control chamber can be lowered but briefly, whereby the valve element is acted upon only with less force in the direction of the valve seat. Further, since there is an urging force that attempts to lift the valve member from the valve seat, when the fuel pressure in the control chamber is lowered, the inner valve member moves away from the valve seat.
  • both valve elements are stroke-controlled.
  • the stroke control of the valve elements by a brief pressure reduction in the respective control chamber allows a very precise switching of the valve elements.
  • the coaxial arrangement and the arrangement at the same height of the control chambers thereby allows a short and narrow design of the injection device.
  • the present invention has the object, a fuel injection device of the type mentioned in such a way that it is as compact as possible and can be manufactured inexpensively.
  • control chambers are separated by a sleeve-like separating element.
  • a sleeve-like separator can be simple and inexpensively manufactured.
  • the sleeve-like separating element is a separate part and is acted upon by a clamping device with a sealing edge against the pressure surface of one of the valve elements.
  • the production of the sleeve-like separating element is further simplified.
  • the sleeve-like separating element may be a piece of pipe.
  • Another embodiment of the fuel injection device according to the invention is characterized in that at least one valve element is acted upon by a clamping device which acts on a sleeve-like separating element, against its sealing seat.
  • the clamping device is not only used to act on the sleeve-like separator so that a secure seal of the control chamber is ensured, but it also ensures a certain bias of the valve member against its sealing seat. This is particularly advantageous if the fuel system or the internal combustion engine in which or in which the fuel injection device is used, just not operated and the corresponding control chambers are therefore more or less depressurized.
  • clamping device which acts on the sleeve-like sealing element, which limits the control chamber of the radially outer valve element to the outside, thereby realize that this clamping device is supported on a support ring, which is connected to the radially outer valve element.
  • the supply of the control chamber of the radially outer valve element with fluid under high pressure is particularly easy when the control chamber of the radially outer valve member via a channel in the sleeve-like separating element, which limits the control chamber to the outside, connected to a high pressure port is.
  • a channel can be easily realized by a hole in the wall of the separating element. Its diameter can be chosen so that it simultaneously represents or comprises an inflow throttle into the control chamber.
  • a particularly preferred embodiment of the fuel injection device according to the invention is characterized in that it comprises a 3/3-way valve, which is connected to a low pressure port and with the two control chambers. With a single valve so the movements of the at least two valve elements can be controlled.
  • the corresponding fuel injection device is particularly compact in this case and is inexpensive. Also, the installation is easier because fewer connections are to be connected.
  • both valve elements bear against their valve seats, in a second switching position the radially outer valve element is lifted off its valve seat and the radially inner valve element bears against the valve seat, and in one third switching position, both valve elements are lifted from their valve seats.
  • a fuel system as a whole bears the reference numeral 10. It comprises a fuel tank 12, from which an electric fuel pump 14 delivers fuel into a low-pressure fuel line 16. This leads to a high pressure fuel pump 18.
  • the high pressure fuel pump 18 is a piston pump which is driven by a camshaft (not shown) of an internal combustion engine (also not shown) to which the fuel system 10 belongs.
  • the high pressure fuel pump 18 compresses the fuel to a very high pressure and delivers it to a fuel rail 20. This is also referred to as a "rail". In it the fuel is stored under high pressure.
  • a plurality of fuel injectors 22 are connected to the fuel manifold 20 .
  • these have high-pressure connections 24.
  • the fuel injectors 22 inject the fuel directly into their associated combustion chambers 26 of the internal combustion engine.
  • the fuel injectors 22 also each have a low pressure port 28, from which a return line 30 leads back to the fuel tank 12.
  • the operation of the internal combustion engine, the fuel system 10 and in particular the fuel injectors 22 is controlled by a control and regulating device 32. For this purpose, this is connected via lines (without reference numeral) with the fuel injectors 22.
  • the fuel system shown in Figure 1 can be used equally in gasoline and diesel internal combustion engines.
  • the fuel injectors 22 include a housing that includes a nozzle body 34, an intermediate piece 36, and an upper end piece 38.
  • a recess 40 is present, in which two coaxially arranged valve elements 42 and 44 are present.
  • the outer tubular valve element 42 cooperates with a valve seat 46 which is present in the lower region of the recess 40 in FIG. He also outlet openings 48 are assigned.
  • the inner valve member 44 cooperates with a valve seat 50 and is associated with fuel exit apertures 52.
  • the outer valve element 42 is guided in the recess 40.
  • the inner valve element 44 is guided in the outer valve element 42.
  • the outer circumferential surface of the outer valve element 42 has a shoulder 54 in the region of the upper end of the outer valve element 42 in FIG.
  • a support ring 56 At this is a support ring 56.
  • On the support ring 56 supports one end of a compression spring 58 from whose other end a first sealing sleeve 60 acts against the intermediate piece 36.
  • the first sealing sleeve 60 is pushed fluid-tight onto the upper end of the outer valve element 42 in FIG.
  • the first sealing sleeve 60 and the outer valve element 42 are movable relative to each other at least in the axial direction.
  • the first sealing sleeve 60 has at its upper edge in FIG. 2 a tapered circumferential sealing edge 62. In the region of this tapered sealing edge 62, a radially extending channel 64 is worked through the sealing sleeve at a location of the first sealing sleeve 60.
  • the upper edge of the outer valve element 42 in FIG. 2 forms a flat annular surface, which represents an annular pressure surface 66. Their importance will be explained in detail below.
  • the intermediate piece 36 is an annular and the nozzle body 34 open towards recess 68 is present.
  • a compression spring 70 is supported, the other end of which acts on an edge of a second annular sealing sleeve 72.
  • the second sealing sleeve 72 is slidably guided in the annular recess 68 and fluid-tight.
  • Their lower edge in FIG. 2 is tapered in a manner similar to the edge 62 of the first sealing sleeve 60 and forms a sealing edge 74. This rests against an upper end surface of the inner valve element 44.
  • This upper end surface forms a pressure surface 76, which will be explained in greater detail below.
  • the diameter of the sealing edge 74 of the second sealing sleeve 72 is slightly smaller than the outer diameter of the inner valve element 44.
  • the compression spring 58, the first sealing sleeve 60, the compression spring 70, the second sealing sleeve 72 and the two valve elements 42 and 44 are arranged coaxially with each other.
  • an outer annular control chamber 78 is present. Between the circular pressure surface 76 of the inner valve element 44, the second sealing sleeve 72 and the intermediate piece 36, an inner control chamber 80 is formed.
  • a 3/3-way valve 82 is present in the upper end 38 of the fuel injection device 22 in the upper end 38 of the fuel injection device 22, a 3/3-way valve 82 is present. Whose valve element 84 is actuated by a piezoelectric actuator 88 via a plunger 86.
  • the valve member 84 is disposed in a control chamber 90 and cooperates with a valve seat 92 shown in FIGS. 2 and 3 and a valve seat 94 lower in FIGS. 2 and 3. From the 3/3-way valve 82 performs a central channel 96 via an outflow throttle 98 to the inner control chamber 80. Further, from the 3/3-way valve 82, an off-center channel 100 also via an outflow throttle 102 to the outer annular control chamber 78th
  • a channel 104 leads from the 3/3-way valve 82 to the low pressure port 28. This is also connected via a leakage channel 106 with the annular recess 68 in the intermediate piece 36. From the high-pressure port 24, a channel 108 leads in the upper end 38 and the intermediate piece 36 to the recess 40 in the nozzle body 34. Another channel 110 leads from the high-pressure port 24 obliquely via an inflow throttle 112 to the central channel 96. From the recess 40 leads to the longitudinal axis of the recess 40 parallel channel 114 to one in the lower part of the Recess 40 existing annular space 116th
  • the fuel injector 22 shown in Figs. 2 and 3 operates as follows:
  • the piezoactuator 88 is actuated by the control and regulating device 32 in such a way that the valve element 84 of the 3/3-way valve 82 comes into contact with the lower valve seat 94.
  • the fluid connection between the control chamber 80 of the inner valve member 44 and the low pressure port 28 is still interrupted, via the outflow throttle 102, the flow channel 100, the control chamber 90 and the channel 104 can now but fuel from the annular control chamber 78 of the outer valve element 42 to the low pressure connection 28 out flow.
  • the piezoelectric actuator 88 is controlled by the control and regulating device 32 in such a way that the valve element 84 is in an intermediate switching position, that is to say neither in contact at the upper valve seat 92 is still in abutment with the lower valve seat 94.
  • both control chambers 78 and 80 are connected to the low pressure port 28.
  • the amount of force resultant which acts on the pressure surface 76 of the inner valve element 44 thus decreases, and the inner valve element 44 can lift off the valve seat 50 due to the high pressure acting radially outward from the valve seat 50 at its conical tip.
  • control chambers 78 and 80 are arranged coaxially with each other and approximately at the same axial height.
  • the sealing of the control chambers 78 and 80 takes place essentially through the sealing sleeves 60 and 72.

Landscapes

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Gehäuse (34, 36, 38). In dem Gehäuse (34, 36, 38) ist eine Ausnehmung (40) vorhanden. In dieser sind zwei koaxial zueinander angeordnete Ventilelemente (42, 44) vorgesehen, welche jeweils mit einem entsprechenden Ventilsitz (46, 50) zusammenarbeiten und denen jeweils mindestens eine Kraftstoff­-Austrittsöffnung (48, 52) zugeordnet ist. Mindestens ein Steuerraum (78, 80) wird von einer- einem Ventilelement (42, 44) zugeordneten Druckfläche (66, 76) begrenzt, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist. Damit die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) besonders kompakt baut und präzise arbeitet, sind mindestens zwei Steuerräume (78, 80) vorhanden, denen jeweils ein Ventilelement (42, 44) mit einer Druckfläche (66, 76) zugeordnet ist, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist, wobei die Steuerräume (78, 80) koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist aus der WO 02/18775 A1 und der EP 0 878 623 A2 bekannt. Dort sind Injektoren gezeigt, welche bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung verwendet werden. In einem lang gestreckten Gehäuse sind zwei ebenfalls lang gestreckte koaxiale Ventilnadeln angeordnet. Die äußere Ventilnadel ist druckgesteuert. Dies heißt, dass durch eine Erhöhung eines Drucks in einem Druckraum, der bereichsweise von einer Druckflanke am äußeren Ventilelement begrenzt wird, das äußere Ventilelement entgegen der Beaufschlagungskraft durch eine Druckfeder vom entsprechenden Ventilsitz abhebt. Das innere Ventilelement ist dagegen hubgesteuert. Dies bedeutet, dass ihm ein Steuerraum zugeordnet ist, in dem normalerweise ein hoher Druck herrscht. Durch diesen hohen Druck wird das Ventilelement entgegen einer Beaufschlagungskraft gegen den Ventilsitz gedrückt. Der Druck in dem Steuerraum kann aberkurzzeitig abgesenkt werden, wodurch das Ventilelement nur noch mit geringerer Kraft in Richtung Ventilsitz beaufschlagt wird. Da weiterhin eine Beaufschlagungskraft vorhanden ist, welche das Ventilelement vom Ventilsitz abzuheben versucht, bewegt sich dann, wenn der Kraftstoffdruck im Steuerraum abgesenkt ist, das innere Ventilelement vom Ventilsitz weg.
  • Bei den bekannten Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen sind beide Ventilelemente hubgesteuert. Die Hubsteuerung der Ventilelemente durch eine kurzzeitige Druckabsenkung im jeweiligen Steuerraum ermöglicht ein sehr präzises Schalten der Ventilelemente. Die koaxiale Anordnung und die Anordnung auf gleicher Höhe der Steuerräume ermöglicht dabei eine kurze und schmale Bauweise der Einspritzvorrichtung.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie möglichst kompakt baut und preiswert hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
    • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Steuerräume durch ein hülsenartiges Trennelement voneinander getrennt sind. Ein solches hülsenartiges Trennelement kann einfach und preiswert hergestellt werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das hülsenartige Trennelement ein separates Teil ist und von einer Spanneinrichtung mit einer Dichtkante gegen die Druckfläche eines der Ventilelemente beaufschlagt wird. Als separates Teil wird die Herstellung des hülsenartigen Trennelements nochmals vereinfacht. Im einfachsten Fall kann es sich beim hülsenartigen Trennelement um ein Rohrstück handeln. Durch die Beaufschlagung des hülsenartigen Trennelements mit einer Spann- bzw. Federkraft wird eine sichere Abdichtung der beiden unmittelbar nebeneinander gelegenen Steuerräume gewährleistet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide bzw. alle Steuerräume nach außen hin durch ein hülsenartiges Trennelement begrenzt sind, welches von einer Spanneinrichtung beaufschlagt wird. Durch den ähnlichen Aufbau wird der Zusammenbau der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung vereinfacht.
  • Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Ventilelement von einer Spanneinrichtung, welche ein hülsenartiges Trennelement beaufschlagt, gegen seinen Dichtsitz beaufschlagt wird. In diesem Fall dient die Spanneinrichtung nicht nur dazu, das hülsenartige Trennelement so zu beaufschlagen, dass eine sichere Abdichtung des Steuerraums gewährleistet ist, sondern es sorgt gleichzeitig auch für eine gewisse Vorspannung des Ventilelements gegen seinen Dichtsitz. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn das Kraftstoffsystem bzw. die Brennkraftmaschine, bei dem bzw. bei der die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zum Einsatz kommt, gerade nicht betrieben wird und die entsprechenden Steuerräume daher mehr oder weniger drucklos sind.
  • Besonders einfach ist dies bei jener Spanneinrichtung, welche das hülsenartige Dichtelement beaufschlagt, das den Steuerraum des radial äußeren Ventilelements nach außen hin begrenzt, dadurch zu realisieren, dass sich diese Spanneinrichtung an einem Stützring abstützt, welcher mit dem radial äußeren Ventilelement verbunden ist.
  • Die Versorgung des Steuerraums des radial äußeren Ventilelements mit unter hohem Druck stehendem Fluid ist dann besonders einfach möglich, wenn der Steuerraum des radial äußeren Ventilelements über einen Kanal in dem hülsenartigen Trennelement, welches den Steuerraum nach außen hin begrenzt, mit einem Hochdruckanschluss verbunden ist. Ein solcher Kanal kann einfach durch eine Bohrung in der Wand des Trennelements realisiert werden. Sein Durchmesser kann so gewählt werden, dass er gleichzeitig eine Zuströmdrossel in den Steuerraum hinein darstellt bzw. umfasst.
  • Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein 3/3-Wegeventil umfasst, welches mit einem Niederdruckanschluss und mit den beiden Steuerräumen verbunden ist. Mit einem einzigen Ventil können so die Bewegungen der mindestens zwei Ventilelemente gesteuert werden. Die entsprechende Kraftstoff-Einspritzvorrichtung baut in diesem Fall besonders kompakt und ist preiswert. Auch ist der Einbau einfacher, da weniger Anschlüsse zu verbinden sind.
  • Dabei wird es wiederum besonders bevorzugt, wenn in einer ersten Schaltstellung des 3/3-Wegeventils beide Ventilelemente an ihren Ventilsitzen anliegen, in einer zweiten Schaltstellung das radial äußere Ventilelement von seinem Ventilsitz abgehoben ist und das radial innere Ventilelement am Ventilsitz anliegt, und in einer dritten Schaltstellung beide Ventilelemente von ihren Ventilsitzen abgehoben sind. Hierdurch können alle wesentlichen Schaltstellungen der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung abgedeckt werden.
    • Zeichnung
  • Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems mit mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen;
    Figur 2
    einen teilweisen Schnitt durch eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von Figur 1; und
    Figur 3
    eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung von Figur 2.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem insgesamt das Bezugszeichen 10. Es umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine elektrische Kraftstoffpumpe 14 Kraftstoff in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 16 fördert. Diese führt zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18. Bei der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 handelt es sich um eine Kolbenpumpe, welche von einer Nockenwelle (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine (ebenfalls nicht dargestellt), zu welcher das Kraftstoffsystem 10 gehört, angetrieben wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 18 verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 20. Diese wird auch als "Rail" bezeichnet. In ihr ist der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert.
  • An die Kraftstoff-Sammelleitung 20 sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 angeschlossen. Hierzu verfügen diese über Hochdruckanschlüsse 24. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 spritzen den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 26 der Brennkraftmaschine ein.
  • Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 verfügen jeweils auch über einen Niederdruckanschluss 28, von dem eine Rücklaufleitung 30 zurück zum Kraftstoffbehälter 12 führt. Der Betrieb der Brennkraftmaschine, des Kraftstoffsystems 10 und insbesondere der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 wird von einem Steuer- und Regelgerät 32 gesteuert bzw. geregelt. Hierzu ist dieses über Leitungen (ohne Bezugszeichen) mit den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 verbunden. Das in Figur 1 dargestellt Kraftstoffsystem kann gleichermaßen bei Benzin- als auch bei DieselBrennkraftmaschinen eingesetzt werden.
  • Der Aufbau der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 im Detail erläutert:
  • Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 22 umfassen ein Gehäuse, welches einen Düsenkörper 34, ein Zwischenstück 36, und ein oberes Endstück 38 umfasst. Im Düsenkörper 34 ist eine Ausnehmung 40 vorhanden, in der zwei koaxial angeordnete Ventilelemente 42 und 44 vorhanden sind. Das äußere rohrförmige Ventilelement 42 arbeitet mit einem Ventilsitz 46 zusammen, welcher im in Figur 2 unteren Bereich der Ausnehmung 40 vorhanden ist. Ihm sind ferner Austrittsöffnungen 48 zugeordnet. Das innere Ventilelement 44 arbeitet mit einem Ventilsitz 50 zusammen, und ihm sind Kraftstoff-Austrittsöffnungen 52 zugeordnet.
  • Das äußere Ventilelement 42 wird in der Ausnehmung 40 geführt. Das innere Ventilelement 44 wird im äußeren Ventilelement 42 geführt. Die äußere Mantelfläche des äußeren Ventilelements 42 weist im Bereich des in Figur 2 oberen Endes des äußeren Ventilelements 42 einen Absatz 54 auf. An diesem liegt ein Stützring 56 an. An dem Stützring 56 stützt sich wiederum ein Ende einer Druckfeder 58 ab, deren anderes Ende eine erste Dichthülse 60 gegen das Zwischenstück 36 beaufschlagt. Die erste Dichthülse 60 ist fluiddicht auf das in Figur 2 obere Ende des äußeren Ventilelements 42 aufgeschoben. Die erste Dichthülse 60 und das äußere Ventilelement 42 sind jedoch zumindest in axialer Richtung relativ zueinander beweglich.
  • Die erste Dichthülse 60 weist an ihrem in Figur 2 oberen Rand eine spitz zulaufende umlaufende Dichtkante 62 auf. Im Bereich dieser spitz zulaufenden Dichtkante 62 ist an einer Stelle der ersten Dichthülse 60 ein radial verlaufender Kanal 64 durch die Dichthülse hindurchgearbeitet. Der in Figur 2 obere Rand des äußeren Ventilelements 42 bildet eine ebene Ringfläche, welche eine ringförmige Druckfläche 66 darstellt. Deren Bedeutung wird weiter unten noch im Detail erläutert werden.
  • Im Zwischenstück 36 ist eine ringförmige und zum Düsenkörper 34 hin offene Ausnehmung 68 vorhanden. An deren in Figur 2 oberem Ende stützt sich ein Ende einer Druckfeder 70 ab, deren anderes Ende einen Rand einer zweiten ringförmigen Dichthülse 72 beaufschlagt. Die zweite Dichthülse 72 ist in der ringförmigen Ausnehmung 68 gleitend und fluiddicht geführt. Ihr in Figur 2 unterer Rand ist analog zum Rand 62 der ersten Dichthülse 60 spitz zulaufend und bildet eine Dichtkante 74. Diese liegt an einer oberen Endfläche des inneren Ventilelements 44 an.
  • Diese obere Endfläche bildet in weiter unten noch näher zu erläuternder Art und Weise eine Druckfläche 76. Der Durchmesser der Dichtkante 74 der zweiten Dichthülse 72 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des inneren Ventilelements 44. Die Druckfeder 58, die erste Dichthülse 60, die Druckfeder 70, die zweite Dichthülse 72 und die beiden Ventilelemente 42 und 44 sind koaxial zueinander angeordnet.
  • Zwischen den beiden Dichthülsen 60 und 72, der Druckfläche 66 am äußeren Ventilelement 42 und dem Zwischenstück 36 ist ein äußerer ringförmiger Steuerraum 78 vorhanden. Zwischen der kreisförmigen Druckfläche 76 des inneren Ventilelements 44, der zweiten Dichthülse 72 und dem Zwischenstück 36 ist ein innerer Steuerraum 80 gebildet.
  • Im oberen Endstück 38 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 ist ein 3/3-Wegeventil 82 vorhanden. Dessen Ventilelement 84 wird über einen Stößel 86 von einem Piezoaktor 88 betätigt. Das Ventilelement 84 ist in einer Steuerkammer 90 angeordnet und arbeitet mit einem in den Figuren 2 und 3 oberen Ventilsitz 92 und einem in den Figuren 2 und 3 unteren Ventilsitz 94 zusammen. Vom 3/3-Wegeventil 82 führt ein zentrischer Kanal 96 über eine Abströmdrossel 98 zum inneren Steuerraum 80. Ferner führt vom 3/3-Wegeventil 82 ein außermittiger Kanal 100 ebenfalls über eine Abströmdrossel 102 zu dem äußeren ringförmigen Steuerraum 78.
  • Ein Kanal 104 führt vom 3/3-Wegeventil 82 zum Niederdruckanschluss 28. Dieser ist auch über einen Leckagekanal 106 mit der ringförmigen Ausnehmung 68 im Zwischenstück 36 verbunden. Vom Hochdruckanschluss 24 führt ein Kanal 108 im oberen Endstück 38 und im Zwischenstück 36 zur Ausnehmung 40 im Düsenkörper 34. Ein weiterer Kanal 110 führt vom Hochdruckanschluss 24 schräg über eine Zuströmdrossel 112 zum zentrischen Kanal 96. Von der Ausnehmung 40 führt ein zur Längsachse der Ausnehmung 40 paralleler Kanal 114 zu einem im unteren Bereich der Ausnehmung 40 vorhandenen Ringraum 116.
  • Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 arbeitet folgendermaßen:
  • In der geschlossenen Ruhestellung, wenn die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 22 also keinen Kraftstoff in den ihr zugeordneten Brennraum 26 einspritzen soll, liegt das Ventilelement 84 des 3/3-Wegeventils 82 am oberen Ventilsitz 92 an. Die Verbindung der Steuerräume 78 und 80 zum Niederdruckanschluss 28 hin ist somit unterbrochen. Gleichzeitig bleibt die Verbindung der Steuerräume 78 und 80 zum einen über den Kanal 96, den Kanal 110 und die Strömungsdrossel 112 und zum anderen über die Strömungsdrossel 64 und den Kanal 108 bestehen. In den Steuerräumen 78 und 80 herrscht also der auch am Hochdruckanschluss 24 wirkende hohe Kraftstoffdruck. Dieser führt an den Druckflächen 76 und 66 zu entsprechenden Kräften, durch die die Ventilelemente 42 und 44 gegen die Ventilsitze 46 und 50 gedrückt werden. Diese Kräfte an den Druckflächen 76 und 66 wirken gleichsinnig wie die Beaufschlagungskräfte durch die Druckfedern 58 und 70.
  • Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 48 erfolgen soll, wird der Piezoaktor 88 vom Steuer- und Regelgerät 32 so angesteuert, dass das Ventilelement 84 des 3/3-Wegeventils 82 in Anlage an den unteren Ventilsitz 94 kommt. In diesem Zustand ist zwar die Fluidverbindung zwischen dem Steuerraum 80 des inneren Ventilelements 44 und dem Niederdruckanschluss 28 weiterhin unterbrochen, über die Abströmdrossel 102, den Strömungskanal 100, die Steuerkammer 90 und den Kanal 104 kann jedoch nun Kraftstoff aus dem ringförmigen Steuerraum 78 des äußeren Ventilelements 42 zum Niederdruckanschluss 28 hin abströmen.
  • Somit sinkt der Druck im Steuerraum 78 und die entsprechende Kraftresultierende an der Druckfläche 66 ebenso. Da im Ringraum 116 weiterhin ein hoher Kraftstoffdruck herrscht und dieser an einer radial auswärts vom Ventilsitz 46 vorhandenen Druckfläche des äußeren Ventilelements 42 in einer vom Ventilsitz 46 weg zeigenden Richtung wirkt, wird nun das äußere Ventilelement 42 vom Ventilsitz 46 abgehoben, so dass Kraftstoff aus den Kraftstoff-Austrittsöffnungen 48 austreten kann.
  • Wenn eine Einspritzung von Kraftstoff sowohl durch die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 48 als auch durch die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 52 erfolgen soll, wird der Piezoaktor 88 vom Steuer- und Regelgerät 32 so angesteuert, dass sich das Ventilelement 84 in einer mittleren Schaltstellung, also weder in Anlage am oberen Ventilsitz 92 noch in Anlage am unteren Ventilsitz 94 befindet. In diesem Fall sind beide Steuerräume 78 und 80 mit dem Niederdruckanschluss 28 verbunden. Analog zu dem oben Beschriebenen sinkt somit der Betrag der Kraftresultierenden, welche an der Druckfläche 76 des inneren Ventilelements 44 angreift, und das innere Ventilelement 44 kann aufgrund des radial auswärts vom Ventilsitz 50 an seiner konischen Spitze angreifenden hohen Drucks vom Ventilsitz 50 abheben.
  • Man sieht ohne Weiteres insbesondere aus Figur 3, dass die beiden Steuerräume 78 und 80 koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind. Die Abdichtung der Steuerräume 78 und 80 erfolgt dabei im Wesentlichen durch die Dichthülsen 60 und 72.

Claims (8)

  1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (34, 36, 38), mit einer in dem Gehäuse (34, 36, 38) vorhandenen Ausnehmung (40), mit mindestens zwei in der Ausnehmung (40) koaxial zueinander angeordneten Ventilelementen (42, 44), welche jeweils mit einem entsprechenden Ventilsitz (46, 50) zusammenarbeiten und denen jeweils mindestens eine Kraftstoffaustrittsöffnung (48, 52) zugeordnet ist, und mit mindestens einem Steuerraum (80), welcher von einer einem Ventilelement (44) zugeordneten Druckfläche (76) begrenzt wird, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (50) des Ventilelements (44) hin gerichtet ist, wobei mindestens zwei Steuerräume (78, 80) vorhanden sind, denen jeweils ein Ventilelement (42, 44) mit einer Druckfläche (66, 76) zugeordnet ist, deren Kraftresultierende im Betrieb zum Ventilsitz (46, 50) des Ventilelements (42, 44) hin gerichtet ist, wobei die Steuerräume (78, 80) koaxial zueinander und in etwa auf gleicher axialer Höhe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerräume (78, 80) durch ein hülsenartiges Trennelement (72) voneinander getrennt sind.
  2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenartige Trennelement ein separates Teil (72) ist und von einer Spanneinrichtung (70) mit einer Dichtkante (74) gegen die Druckfläche (76) eines der Ventilelemente (44) beaufschlagt wird.
  3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerräume (78, 80) jeweils nach außen durch ein hülsenartiges Trennelement (60, 72) begrenzt sind, welches von einer Spanneinrichtung (70, 58) beaufschlagt wird.
  4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ventilelement (42, 44) von einer Spanneinrichtung (58, 70), welche ein hülsenartiges Trennelement (60, 72) beaufschlagt, gegen seinen Ventilsitz (46, 50) beaufschlagt wird.
  5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spanneinrichtung (58), welche das hülsenartige Dichtelement (60) beaufschlagt, das den Steuerraum (78) des radial äußeren Ventilelements (42) nach außen hin begrenzt, an einem Stützring (56) abstützt, welcher an dem radial äußeren Ventilelement (42) anliegt.
  6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (78) des radial äußeren Ventilelements (42) über einen Kanal (64) in dem hülsenartigen Trennelement (60), welches ihn nach außen hin begrenzt, mit einem Hochdruckanschluss (24) verbunden ist.
  7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein 3/3-Wegeventil (82) umfasst, welches mit einem Niederdruckanschluss (28) und mit den beiden Steuerräumen (78, 80) verbunden ist.
  8. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Schaltstellung des 3/3-Wegeventils (82) beide Ventilelemente (42, 44) an ihren Ventilsitzen (46, 50) anliegen, in einer zweiten Schaltstellung das radial äußere Ventilelement (42) von seinem Ventilsitz (46) abgehoben ist und das radial innere Ventilelement (44) an seinem Ventilsitz (50) anliegt, und in einer dritten Schaltstellung beide Ventilelemente (42, 44) von ihren Ventilsitzen (46, 50) abgehoben sind.
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