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Dokumentenidentifikation EP1655479 20.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001655479
Titel Kraftstoffeinspritzeinrichtung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Magel, Hans-Christoph, 72793, Pfullingen, DE;
Kern, Volkmar, 70197, Stuttgart, DE
DE-Aktenzeichen 502005001174
Vertragsstaaten DE, ES, FR, IT
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 18.10.2005
EP-Aktenzeichen 051096758
EP-Offenlegungsdatum 10.05.2006
EP date of grant 08.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse F02M 57/02(2006.01)A, F, I, 20060406, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02M 59/10(2006.01)A, L, I, 20060406, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 102 29 418 A1 bekannt und umfasst einen Druckübersetzer, eine Düsennadel, ein Steuerventil, eine Kraftstoffzuführung und einen Befiillungspfad. Der Druckübersetzer weist eine axial verstellbare Kolbenstange auf, die stirnseitig einen Kompressionsraum axial begrenzt und einen Kolben trägt, der einen Arbeitsraum von einem Steuerraum trennt. Mit der Düsennadel ist ein vom Kompressionsraum zu wenigstens einem Spritzloch führender Kompressionsdruckpfad zum Öffnen und Sperren steuerbar. Das Steuerventil verbindet in einer ersten Schaltstellung den Steuerraum mit dem Arbeitsraum und trennt den Steuerraum von einem Rücklauf. In einer zweiten Schaltstellung trennt das Steuerventil den Steuerraum vom Arbeitsraum und verbindet den Steuerraum mit dem Rücklauf. Die Kraftstoffzuführung kann im Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung unter Hochdruck stehenden Kraftstoff dem Arbeitsraum zuführen. Der Steuerraum ist über den Befüllungspfad mit dem Kompressionsraum verbunden.

Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzeinrichtung führt der Befüllungspfad durch einen Düsenfederraum und umfasst einen vom Düsenfederraum zum Kompressionsraum führenden gedrosselten ersten Verbindungskanal sowie einen vom Düsenfederraum zum Steuerraum führenden gedrosselten zweiten Verbindungskanal. Im Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung herrscht in einem Ausgangszustand im Kompressionsraum der von der Kraftstoffzuführung bereitgestellte Hochdruck. Zur Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung wird die Kolbenstange zur Durchführung eines Kompressionshubs angesteuert. Durch den Kompressionshub kommt es im Kompressionsraum zu einer zusätzlichen Verdichtung, was den Druck im Kompressionsraum auf den gewünschten Einspritzdruck erhöht. Über den Kompressionsdruckpfad steht dieser Einspritzdruck dann an dem wenigsten einen Spritzloch zur Einspritzung bereit und kann durch Öffnen der Düsennadel in den jeweiligen Brennraum eingespritzt werden. Nach einem solchen Einspritzvorgang muss die Kolbenstange wieder in ihre Ausgangsstellung zurückverstellt werden. Damit dies möglich ist, muss der Kompressionsraum wieder mit Kraftstoff befüllt werden, was über den gedrosselten Befiillungspfad erfolgt. Während des Kompressionshubs kann außerdem Kraftstoff aus dem Kompressionsraum in den Befüllungspfad entweichen, was zu einem unerwünschten Druckabfall führt bzw. was die Höhe des erreichbaren Einspritzdrucks reduziert.

Vorteile der Erfmdung

Die erfmdungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass im Kompressionsraum während des Kompressionshubs im wesentlichen kein Druckverlust entsteht, wodurch insgesamt ein höherer Einspritzdruck erzielt werden kann. Erreicht wird dies bei der Erfmdung dadurch, dass zum einen im Befiillungspfad ein Rücklaufsperrventil angeordnet ist, das ein Abströmen von Kraftstoff aus dem Kompressionsraum durch den Befiillungspfad verhindert, und dass zum anderen zusätzlich ein Druckausgleichspfad vorgesehen ist, der ebenfalls den Steuerraum mit dem Kompressionsraum verbindet und mit Hilfe der Kolbenstange zum Öffnen und Sperren gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann die Kolbenstange einen Hub durchführen, während dem auch der Druckausgleichspfad gesperrt ist, so dass der Kraftstoff aus dem Kompressionsraum im wesentlichen ausschließlich durch den Kompressionsdruckpfad entweichen kann. Wesentlich ist, dass der Druckausgleichspfad in der Ausgangsstellung der Kolbenstange geöffnet ist, wodurch permanent ein Druckausgleich zwischen dem Kompressionsraum und dem Steuerraum stattfinden kann. Da außerdem in der ersten Schaltstellung des Steuerventils der Steuerraum mit dem Arbeitsraum kommuniziert, fmdet auch zwischen Steuerraum und Arbeitsraum ein Druckausgleich statt. Auf diese Weise stellt sich der in der Kraftstoffzuführung bereitgestellte Hochdruck automatisch auch im Arbeitsraum, im Steuerraum und im Kompressionsraum ein. Dies ist besonders wichtig für Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, bei denen der in der Kraftstoffzuführung bereitgestellte Hochdruck variiert werden kann. Durch die Variation des Hochdrucks lässt sich der mit Hilfe des Druckübersetzers erzielbare Einspritzdruck variieren, was eine verbesserte Adaption des Einspritzvorgangs an den aktuellen Betriebszustand der jeweiligen Brennkraftmaschine ermöglicht, um dadurch Emissionen zu reduzieren und die Leistung und/oder den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Für den Fall, dass zwischen zwei Einspritzvorgängen der in der Kraftstoffzuführung bereitgestellt Hochdruck geändert wird, muss der Druck im Kompressionsraum dieser Druckänderung folgen können, damit beim nächsten Einspritzvorgang der gewünschte Einspritzdruck erreicht wird. Ohne den vorgeschlagenen Druckausgleichspfad wäre ein Druckausgleich im Kompressionsraum über den mit dem Rücklaufsperrventil versehenen Befiillungspfad nur bei einer Druckerhöhung in der Kraftstoffzuführung möglich, jedoch nicht bei einer Druckabsenkung in der Kraftstoffzuführung, da in dieser Richtung das Rücklaufsperrventil sperrt. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Druckausgleichspfad ist jedoch zumindest in der Ausgangsstellung der Kolbenstange der gewünschte Druckausgleich möglich. Auf diese Weise arbeitet der Druckübersetzer besonders präzise und kann Druckänderungen in der Kraftstoffzuführung rasch folgen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Druckausgleichspfad gedrosselt ausgestaltet sein. Diese Bauweise hat zur Folge, dass zum einen Druckimpulse, die sich im Hydrauliksystem ausbreiten können, nicht oder nur stark gedämpft in den Kompressionsraum gelangen. Zum anderen wird dadurch erreicht, dass der Druckanstieg im Kompressionsraum bei einem Kompressionshub der Kolbenstange bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kolbenstange den Druckausgleichspfad zum Sperren ansteuert, nicht oder nur geringfiigig behindert wird.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfmdungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1
eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 bis 4
vergrößerte Ansichten auf ein Detail II in Fig. 1, jedoch bei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 nach der Erfmdung einen Druckübersetzer 2, wenigstens eine Düsennadel 3 sowie ein Steuerventil 4. Des weiteren ist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 mit einer Kraftstoffzuführung 5 versehen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Einspritzraum 6, der ein Brennraum oder ein Gemischbildungsraum sein kann, einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann.

Die Kraftstoffzuführung 5 umfasst eine vergleichsweise großvolumige Hochdruckleitung 7, in der im Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 unter Hochdruck stehender Kraftstoff bereitgestellt wird. Gespeist wird die Hochdruckleitung 7 zweckmäßig mit einer Hochdruckpumpe. Bei einem sogenannten "Common-Rail-System" sind mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 1 an ein und dieselbe Hochdruckleitung 7 angeschlossen.

Der Druckübersetzer 2 umfasst eine Kolbenstange 8, die axial verstellbar in einem entsprechenden Aufnahmekörper 9 gelagert ist. Dabei ist die Kolbenstange 8 in einer Kolbenstangenführung 10 gefiihrt. Die Kolbenstange 8 besitzt an einem Ende eine axiale Stirnseite 11, mit der die Kolbenstange 8 einen Kompressionsraum 12 axial begrenzt. Beabstandet vom Kompressionsraum 12, z.B. am entgegengesetzten Ende, trägt die Kolbenstange 8 einen Kolben 13, der im Aufnahmekörper 9 einen Arbeitsraum 14 von einem Steuerraum 15 trennt. Die Kolbenstange 8 und der Kolben 13 können einstückig hergestellt sein oder fest miteinander verbunden sein oder axial lose aneinander anliegen. Vom Kompressionsraum 12 führt ein Kompressionsdruckpfad 16 zu wenigstens einem Spritzloch 17, durch das die Kraftstoffeinspritzung in den Einspritzraum 6 erfolgt. Die Düsennadel 3 dient zum Steuern des Kompressionsdruckpfads 16. Das heißt, durch einen Hub der Düsennadel 3 kann der Kompressionsdruckpfad 16 geöffnet bzw. gesperrt werden. Der Kompressionsdruckpfad 16 umfasst eine Kompressionsdruckleitung 18, die den Kompressionsraum 12 mit einem Düsenraum 19 verbindet, der seinerseits in einen zu dem wenigstens einen Spritzloch 17 führenden Ringraum 20 übergeht. Unmittelbar stromauf des wenigstens einen Spritzlochs 17 ist ein Nadelsitz 21 ausgebildet, mit dem die Düsennadel 3 zusammenwirkt. Der Düsenraum 19 und der Ringraum 20 bilden dabei ebenfalls Bestandteile des Kompressionsdruckpfads 16.

Im Düsenraum 19 weist die Düsennadel 3 eine Druckstufe 22 auf, die bei einer Druckerhöhung im Düsenraum 19 eine in Öffnungsrichtung der Düsennadel 3 wirkende Kraft in die Düsennadel 3 einleitet. In einem Düsenfederraum 23 ist eine Schließdruckfeder 24 angeordnet, die in die Düsennadel 3 bzw. in einen die Düsennadel 3 umfassenden Nadelverband 25 eine in Schließrichtung der Düsennadel 3 wirkende Kraft einleitet. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schließdruckfeder 24 an einem Nadelkolben 26 abgestützt, der einen Bestandteil des Nadelverbands 25 bildet. Des weiteren begrenzt der Nadelkolben 26 an einer von dem wenigstens einen Spritzloch 17 abgewandten Seite stirnseitig und axial einen Schließdruckraum 27. Der im Schließdruckraum 27 herrschende Druck erzeugt am Nadelkolben 26 eine in Schließrichtung wirksame Kraft.

Der Düsenfederraum 23 ist über eine weitere gedrosselte Verbindungsleitung 29 an einen Befüllungspfad 30 angeschlossen, der den Kompressionsraum 12 mit dem Steuerraum 15 verbindet. Der Schließdruckraum 27 ist über eine weitere gedrosselte Verbindungsleitung 28 ebenfalls an den Befüllungspfad 30 oder - wie hier- an die Verbindungsleitung 29 angeschlossen.

An das Steuerventil 4 sind drei Leitungen angeschlossen, nämlich eine zum Steuerraum 15 führende Steuerraumleitung 31, eine zum Arbeitsraum 14 führende Arbeitsraumleitung 32 und eine zu einem relativ drucklosen Rücklauf 33 führende Rücklaufleitung 34. In einer in Fig. 1 wiedergegebenen ersten Schaltstellung I sperrt das Steuerventil 4 die Rücklaufleitung 34 und verbindet die Arbeitsraumleitung 32 mit der Steuerraumleitung 31. Hierdurch ist der Steuerraum 15 zum einen vom Rücklauf 33 getrennt und zum anderen mit dem Arbeitsraum 14 verbunden. Im Unterschied dazu verbindet das Steuerventil 4 in einer zweiten Schaltstellung II die Steuerraumleitung 31 mit der Rücklaufleitung 34 und sperrt die Arbeitsraumleitung 32. Dadurch ist der Steuerraum 15 einerseits mit dem Rücklauf 33 verbunden und andererseits vom Arbeitsraum 14 getrennt.

Die Kraftstoffzuführung 5 führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff der Hochdruckleitung 7 über eine Zuführungsleitung 35, die gegebenenfalls gedrosselt sein kann, dem Arbeitsraum 14 zu.

Bei der erfmdungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 ist im Befüllungspfad 30 bzw. in einer vom Steuerraum 15 zum Kompressionsraum 12 führenden Befüllungsleitung 36 ein Rücklaufsperrventil 37 angeordnet, um zwar so, dass es zum Kompressionsraum 12 hin öffnet und zum Steuerraum 15 hin sperrt. Vorzugsweise ist das Rücklaufsperrventil 37 wie hier in seine Schließstellung federbelastet vorgespannt. Mit Hilfe des Rücklaufsperrventils 37 erfolgt zwischen Steuerraum 15 und Kompressionsraum 12 nur dann ein Druckausgleich, wenn im Steuerraum 15 relativ zum Kompressionsraum 12 ein Überdruck herrscht.

Des weiteren ist ein Druckausgleichspfad 38 vorgesehen, der - ebenso wie der Befiillungspfad 30 - den Kompressionsraum 12 mit dem Steuerraum 15 verbindet. Allerdings ist der Druckausgleichspfad 38 durch die Kolbenstange 8 bzw. durch deren Axialstellung zum Öffnen und Sperren steuerbar, während der Befüllungspfad 30 unabhängig von der Kolbenstange 8 bzw. von deren Axialstellung permanent geöffnet ist. Der Druckausgleichspfad 38 ist vorzugsweise gedrosselt, was hier durch ein Drosselsymbol 39 angedeutet ist.

Die Steuerbarkeit des Druckausgleichspfad 38 in Abhängigkeit der Hubverstellung der Kolbenstange 8 ist zweckmäßig so ausgestaltet, dass die Kolbenstange in einer in Fig. 1 wiedergegebenen Ausgangsstellung, in welcher der Kompressionsraum 12 sein größtes Volumen aufweist, den Druckausgleichspfad 38 öffnet. Sobald jedoch die Kolbenstange 8 zur Erzeugung des Einspritzdrucks im Kompressionsraum 12 einen Kompressionshub durchführt, bei dem in der Folge das Volumen des Kompressionsraums 12 reduziert wird, sperrt die Kolbenstange 8 ab einem vorbestimmten Steuerhub den Druckausgleichspfad 38.

Dadurch ergibt sich eine Zwangssteuerung des Druckausgleichspfads 38 durch die Kolbenstange 8. Der Steuerhub, ab dem der Druckausgleichspfad 38 gesperrt ist, ist dabei deutlich kleiner als der maximal mögliche Kompressionshub, den die Kolbenstange 8 während eines Einspritzvorgangs durchführt. Zweckmäßig beträgt der Steuerhub weniger als 50 % des möglichen Kompressionshubs; bevorzugt werden jedoch kleinere Steuerhübe, die z.B. kleiner als 10 % des möglichen Kompressionshubs sind. Wichtig ist, dass die Kolbenstange 8 bereits bei einem sehr kleinen Kompressionshub, also quasi unmittelbar nach Beginn der Hubverstellung, den Steuerhub erreicht und den Druckausgleichspfad 38 sperrt.

Im folgenden werden unterschiedliche Ausführungsformen für die Ausgestaltungen des Druckausgleichspfads 38 wiedergegeben, wobei es durchaus möglich ist, die einzelnen Varianten auf geeignete Weise miteinander zu kombinieren.

Entsprechend Fig. 1 kann der Druckausgleichspfad 38 einen Kanal 40 aufweisen, der im Aufnahmekörper 9 verläuft und der durch eine Mündungsöffnung 41 radial in den Kompressionsraum 12 einmündet. Bei dieser Ausführungsform kann die Kolbenstange 8 den Druckausgleichspfad 38 dadurch steuern, dass sie die Mündungsöffnung 41 im Bereich des Steuerhubs überfährt. Der Kanal 40 kann gedrosselt ausgestaltet sein oder eine Drosselstelle enthalten, was hier jeweils durch das Drosselsymbol 39 angedeutet ist.

Entsprechend Fig. 2 und 3 kann der Druckausgleichspfad 38 radial zwischen der Kolbenstange 8 und der Kolbenstangenführung 10 ausgebildet sein. Dabei ist es grundsätzlich möglich, den Druckausgleichspfad 38 mit wenigstens einer Axialnut 42 auszubilden, die in der Kolbenstange 8 ausgebildet ist. Zweckmäßig sind mehrere solcher Stangen-Axialnuten 42 vorgesehen, die umfangsmäßig verteilt an der Kolbenstange 8 angeordnet sind. Jede Stangen-Axialnut 42 ist axial zum Kompressionsraum 12 offen und erstreckt sich bei geöffnetem Druckausgleichspfad 38, also bei in ihrer Ausgangsstellung angeordneter Kolbenstange 8 bis zum Steuerraum 15. Bei gesperrtem Druckausgleichspfad 38, also bei Erreichen des Steuerhubs sind die Stangen-Axialnuten 42 radial außen von der Kolbenstangenführung 10 verschlossen.

Zusätzlich oder alternativ kann der Druckausgleichspfad gemäß Fig. 3 zumindest eine Axialnut 43 aufweisen, die in der Kolbenstangenführung 10 ausgebildet ist. Zweckmäßig sind mehrere derartige Führungs-Axialnuten 43 vorgesehen, die dann vorteilhaft umfangsmäßig verteilt angeordnet sind. Die Anordnung und Dimensionierung der Führungs-Axialnuten 43 erfolgt dabei so, dass sie axial zum Steuerraum 15 hin offen sind. Des weiteren erstrecken sich die Führungs-Axialnuten 43 bei geöffnetem Druckausgleichspfad 38, also in der Ausgangsstellung der Kolbenstange 8 bis zum Kompressionsraum 12, so dass sie mit diesem kommunizieren. Bei Erreichen des Steuerhubs, also bei gesperrtem Druckausgleichspfad 38 sind die Führungs-Axialnuten 43 von der Kolbenstange 8 radial innen verschlossen.

Des weiteren erfolgt die Dimensionierung der Axialnuten 42 und 43 vorzugsweise so, dass der Druckausgleichspfad 38 bei geöffnetem Zustand gedrosselt ist.

Entsprechend Fig. 4 kann der Druckausgleichspfad 38 auch mit einem Kanal 44 ausgestattet sein, der sich in der Kolbenstange 8 erstreckt. Bei geöffnetem Druckausgleichspfad 38 ist dieser Kanal 44 durch eine Mündungsöffnung 45 mit dem Steuerraum 15 verbunden. Die Positionierung dieser Mündungsöffnung 45 ist dabei so gewählt, dass die Kolbenstange 8 mit der daran ausgebildeten Mündungsöffnung 44 aus dem Steuerraum 15 axial ausfährt, um den Druckausgleichspfad 38 zu sperren. Die Mündungsöffnung 45 wird somit durch den Kompressionshub von der Kolbenstangenführung 10 überfahren und dadurch geschlossen. Auch dieser Kanal 44 kann gedrosselt ausgestaltet sein oder eine entsprechende Drosselstelle enthalten.

Bei einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform kann der Druckausgleichspfad 38 grundsätzlich auch durch ein entsprechend dimensioniertes Radialspiel zwischen der Kolbenstange 8 und der Kolbenstangenführung 10 ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 arbeitet wie folgt:

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausgangszustand herrscht in der Hochdruckleitung 7 ein vorbestimmter Hochdruck, das Steuerventil 4 nimmt seine erste Schaltstellung I ein, die Kolbenstange 8 befindet sich in ihrer Ausgangsstellung und die Düsennadel 3 sitzt in ihrem Nadelsitz 21. Der in der Hochdruckleitung 7 herrschende Hochdruck kann sich im kommunizierenden System ausbreiten und herrscht in der Folge auch im Arbeitsraum 14, im Steuerraum 15, im Kompressionsraum 12, im Schließdruckraum 27 und im Düsenfederraum 23 ebenso wie im Düsenraum 19. Eine Druckänderung in der Hochdruckleitung 7 wirkt sich somit im gesamten kommunizierenden System aus, insbesondere kann durch den in der Ausgangsstellung der Kolbenstange 8 geöffneten Druckausgleichspfad 38 auch der Kompressionsraum 12 einer Druckänderung in der Hochdruckleitung 7 folgen.

Zum Starten und Durchführen eines Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 4 in seine zweite Schaltstellung II überführt. In der Folge kommt es im Steuerraum 15 zu einem Druckabfall. Hierdurch entsteht an der Kolbenstange 8 eine resultierende Kraft, welche die Kolbenstange 8 zur Durchführung eines Kompressionshubs antreibt. Während dieses Kompressionshubs wird das Volumen des Kompressionsraums 12 verkleinert, wodurch darin die gewünschte Druckübersetzung zur Erzielung des jeweils erwünschten Einspritzdrucks erfolgt. Des weiteren wird bei Erreichen des Steuerhubs der Druckausgleichspfad 38 gesperrt. Gleichzeitig wird durch die Axialverstellung der Kolbenstange 8 eine Rückstellfeder 46 gespannt, die sich im Steuerraum 15 an der Kolbenstange 8 direkt oder indirekt über einen Bund 47 abstützt. Da der Druckausgleichspfad 38 gesperrt ist und in dieser Richtung das Rücklaufsperrventil 37 den Befiillungspfad 30 sperrt, pflanzt sich der im Kompressionsraum 12 ansteigende Druck über den Kompressionsdruckpfad 16 bis in den Düsenraum 19 fort. Bei Erreichen des gewünschten Einspritzdrucks bewirkt dieser über die Druckstufe 22 das Öffnen der Düsennadel 3, so dass dann die Kraftstoffeinspritzung durch das wenigstens eine Spritzloch 17 mit dem Einspritzdruck erfolgt.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird das Steuerventil 4 wieder in seine erste Schaltstellung I geschaltet. In der Folge steigt im Steuerraum 15 wieder der Druck an, was die Kolbenstange 8 unterstützt durch die Rückstellfeder 46 in ihre Ausgangsstellung zurück antreibt. Hierdurch wird das Volumen im Kompressionsraum 12 wieder vergrößert. Der damit einhergehende Druckabfall pflanzt sich über den Kompressionsdruckpfad 16 in den Düsenraum 19 fort. Der Druckabfall im Düsenraum 19 in Verbindung mit dem zwischenzeitlich erhöhten Druck im Schließdruckraum 27 und unterstützt durch die Schließdruckfeder 24 erfolgt dann das Schließen der Düsennadel 3, was den Einspritzvorgang beendet. Gleichzeitig wird dabei der Kompressionsraum 12 über den Befüllungspfad 30 nachgefiillt, im wesentlichen mit dem Hochdruck. Sobald die Kolbenstange 8 den Druckausgleichspfad 38 wieder freigibt, kann der Kompressionsraum 12 wieder dem Druckverlauf in der Hochdruckleitung 7 folgen.

Bezugszeichenliste

1
Kraftstoffeinspritzeinrichtung
2
Druckübersetzer
3
Düsennadel
4
Steuerventil
5
Kraftstoffzuführung
6
Einspritzraum
7
Hochdruckleitung
8
Kolbenstange
9
Aufnahmekörper
10
Kolbenstangenführung
11
Stirnseite von 8
12
Kompressionsraum
13
Kolben
14
Arbeitsraum
15
Steuerraum
16
Kompressionsdruckpfad
17
Spritzloch
18
Kompressionsdruckleitung
19
Düsenraum
20
Ringraum
21
Nadelsitz
22
Druckstufe
23
Düsenfederraum
24
Schließdruckfeder
25
Nadelverband
26
Nadelkolben
27
Schließdruckraum
28
Verbindungsleitung
29
Verbindungsleitung
30
Befiillungspfad
31
Steuerraumleitung
32
Arbeitsraumleitung
33
Rücklauf
34
Rücklaufleitung
35
Zuführungsleitung
36
Befüllungsleitung
37
Rücklaufsperrventil
38
Druckausgleichspfad
39
Drossel
40
Kanal
41
Mündung von 40
42
Axialnut in 8
43
Axialnut in 10
44
Kanal
45
Mündung von 44
46
Rückstellfeder
47
Bund


Anspruch[de]
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, - mit einem Druckübersetzer (2), der eine axial verstellbare Kolbenstange (8) aufweist, die stirnseitig einen Kompressionsraum (12) axial begrenzt und einen Kolben (13) trägt, der einen Arbeitsraum (14) von einem Steuerraum (15) trennt, - mit wenigstens einer Düsennadel (3), mit der ein vom Kompressionsraum (12) zu wenigstens einem Spritzloch (17) führender Kompressionsdruckpfad (16) zum Öffnen und Sperren steuerbar ist, - mit einem Steuerventil (4), das in einer ersten Schaltstellung den Steuerraum (15) mit dem Arbeitsraum (14) verbindet und den Steuerraum (15) von einem Rücklauf (33) trennt und das in einer zweiten Schaltstellung den Steuerraum (15) vom Arbeitsraum (14) trennt und den Steuerraum (15) mit dem Rücklauf (33) verbindet, - mit einer Kraftstoffzuführung (5), die im Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (1) unter Hochdruck stehenden Kraftstoff dem Arbeitsraum (14) zuführt, - mit einem Befüllungspfad (30), der den Kompressionsraum (12) mit dem Steuerraum (15) verbindet, dadurch gekennzeichnet, - dass im Befüllungspfad (30) ein Rücklaufsperrventil (37) angeordnet ist, das zum Kompressionsraum (12) hin öffnet und zum Steuerraum (15) hin sperrt, - dass ein Druckausgleichspfad (38) vorgesehen ist, der den Steuerraum (15) mit dem Kompressionsraum (12) verbindet, - dass die Kolbenstange (8) in Abhängigkeit ihrer Axialstellung den Druckausgleichspfad (38) zum Öffnen und Sperren steuert. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druckausgleichspfad (38) gedrosselt ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Kolbenstange (8) in einer Ausgangsstellung, in welcher der Kompressionsraum (12) sein größtes Volumen aufweist, den Druckausgleichspfad (38) öffnet und bei einem Kompressionshub, bei dem das Volumen des Kompressionsraum (12) reduziert wird, ab einem vorbestimmten Steuerhub den Druckausgleichspfad (38) sperrt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Steuerhub weniger als 50 % oder weniger als 40 % oder weniger als 30% oder weniger als 20 % oder weniger als 10 % des möglichen Kompressionshubs beträgt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, - dass der Druckausgleichspfad (38) mit einem Kanal (40) durch eine Mündungsöffnung (41) radial in den Kompressionsraum (12) einmündet, - dass die Kolbenstange (8) zum Steuern des Druckausgleichspfads (38) die Mündungsöffnung (41) überfährt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, - dass der Druckausgleichspfad (38) einen Kanal (44) aufweist, der sich in der Kolbenstange (8) erstreckt und bei geöffnetem Druckausgleichspfad (38) durch eine Mündungsöffnung (45) radial mit dem Steuerraum (15) verbunden ist, - dass die Kolbenstange (8) zum Steuern des Druckausgleichspfads mit der Mündungsöffnung (45) aus dem Steuerraum (15) ausfährt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2 sowie nach Anspruch 5 oder 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Kanal (40; 44) gedrosselt ausgestaltet ist oder eine Drosselstelle enthält.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druckausgleichspfad (38) radial zwischen der Kolbenstange (8) und einer Kolbenstangenführung (10) ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druckausgleichspfad (38) wenigstens eine Axialnut (42) aufweist, die in der Kolbenstange (8) ausgebildet ist, die axial zum Kompressionsraum (12) offen ist, die sich bei geöffnetem Druckausgleichspfad (38) bis zum Steuerraum (15) erstreckt und die bei gesperrtem Druckausgleichspfad (38) von der Kolbenstangenführung (10) radial außen verschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druckausgleichspfad (38) wenigstens eine Axialnut (43) aufweist, die in der Kolbenstangenführung (10) ausgebildet ist, die axial zum Steuerraum (15) offen ist, die sich bei geöffnetem Druckausgleichspfad (38) bis zum Kompressionsraum (12) erstreckt und die bei gesperrtem Druckausgleichspfad (38) von der Kolbenstange (8) radial innen verschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass mehrere Axialnuten (42, 43) vorgesehen sind, die umfangsmäßig verteilt angeordnet sind.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Druckausgleichspfad (38) durch ein Radialspiel zwischen der Kolbenstange (8) und einer Kolbenstangenführung (10) ausgebildet ist.
Anspruch[en]
Fuel injection device for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, - having a pressure intensifier (2) which has an axially adjustable piston rod (8) which delimits a compression space (12) axially on the end side and carries a piston (13) which separates a working space (14) from a control space (15), - having at least one nozzle needle (3), with which a compression pressure path (16) which leads from the compression space (12) to at least one spray hole (17) can be controlled for opening and closing, - having a control valve (4) which connects the control space (15) to the working space (14) and separates the control space (15) from a return line (33) in a first switching position, and which separates the control space (15) from the working space (14) and connects the control space (15) to the return line (33) in a second switching position, - having a fuel feed line (5) which feeds fuel which is highly pressurized during operation of the fuel injection device (1) to the working space (14), - having a filling path (30) which connects the compression space (12) to the control space (15), characterized - in that a non-return valve (37) is arranged in the filling path (30), which non-return valve (37) opens towards the compression space (12) and closes towards the control space (15), - in that a pressure equalization path (38) is provided which connects the control space (15) to the compression space (12), and - in that the piston rod (8) controls the pressure equalization path (38) for opening and closing as a function of its axial position. Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that the pressure equalization path (38) is throttled. Fuel injection device according to Claim 1 or 2, characterized in that the piston rod (8) opens the pressure equalization path (38) in an initial position, in which the compression space (12) has its greatest volume, and shuts the pressure equalization path (38) from a predefined control stroke in the case of a compression stroke, in which the volume of the compression space (12) is reduced. Fuel injection device according to Claim 3, characterized in that the control stroke is less than 50% or less than 40% or less than 30% or less than 20% or less than 10% of the possible compression stroke. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 4, characterized - in that the pressure equalization path (38) opens, by way of a channel (40) through a mouth opening (41), radially into the compression space (12), and - in that the piston rod (8) travels over the mouth opening (41) in order to control the pressure equalization path (38). Fuel injection device according to one of Claims 1 to 4, characterized - in that the pressure equalization path (38) has a channel (44) which extends in the piston rod (8) and, when the pressure equalization path (38) is open, is connected radially to the control space (15) through a mouth opening (45), and - in that the piston rod (8) moves out of the control space (15) in order to control the pressure equalization path with the mouth opening (45). Fuel injection device according to Claim 2, and according to Claim 5 or 6, characterized in that the channel (40; 44) is of throttled design or contains a throttle point. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the pressure equalization path (38) is formed radially between the piston rod (8) and a piston rod guide (10). Fuel injection device according to Claim 8, characterized in that the pressure equalization path (38) has at least one axial groove (42) which is formed in the piston rod (8), which is open axially to the compression space (12), which extends as far as the control space (15) when the pressure equalization path (38) is open, and which is closed radially on the outside by the piston rod guide (10) when the pressure equalization path (38) is shut. Fuel injection device according to Claim 8 or 9, characterized in that the pressure equalization path (38) has at least one axial groove (43) which is formed in the piston rod guide (10), which is open axially to the control space (15), which extends as far as the compression space (12) when the pressure equalization path (38) is open, and which is closed radially on the inside by the piston rod (8) when the pressure equalization path (38) is shut. Fuel injection device according to Claim 9 or 10, characterized in that a plurality of axial grooves (42, 43) are provided which are distributed circumferentially. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the pressure equalization path (38) is formed by a radial play between the piston rod (8) and a piston rod guide (10).
Anspruch[fr]
Injecteur de carburant d'un moteur à combustion, notamment pour un véhicule automobile, comprenant : - un amplificateur de pression (2) avec une tige de piston (8) mobile axialement qui délimite du côté frontal une chambre de compression (12) et supporte un piston (13), séparant une chambre de travail (14) d'une chambre de commande (15), - au moins une aiguille d'injecteur (3) commandant l'ouverture ou la fermeture d'un trajet de compression (16) allant de la chambre de compression (12) vers au moins un trou d'injection (17) - une soupape de commande (4) qui, dans une première position de commutation, relie la chambre de commande (15) à la chambre de travail (14) et sépare la chambre de commande (15) d'un reflux (33), et qui, dans une deuxième position de commutation, sépare la chambre de commande (15) de la chambre de travail (14) et relie la chambre de commande (15) au reflux (33), - une alimentation en carburant (5) qui, lorsque l'injecteur de carburant (1) fonctionne, alimente la chambre de travail (14) en carburant sous haute pression, et - un trajet de remplissage (30) qui relie la chambre de compression à la chambre de commande (15), caractérisé en ce que - dans le trajet de remplissage (30) un clapet anti-retour (37) s'ouvre en direction de la chambre de compression (12) et se ferme en direction de la chambre de commande (15), - un trajet d'équilibrage de pression (38) relie la chambre de commande 15) à la chambre de compression (12), et - la tige de piston (8) commande en fonction de sa position axiale l'ouverture et la fermeture du trajet d'équilibrage de pression (38). Injecteur de carburant selon la revendication 1,

caractérisé en ce que

le trajet d'équilibrage de pression (38) est étranglé.
Injecteur de carburant selon la revendication 1 ou 2,

caractérisé en ce que

la tige de piston (8) dans une position de départ dans laquelle la chambre de compression (12) présente son plus gros volume, ouvre le trajet d'équilibrage de pression (38), et lors d'une course de compression réduisant le volume de la chambre de compression (12), ferme le trajet d'équilibrage de pression (38) à partir d'une course de commande pré-définie.
Injecteur de carburant selon la revendication 3,

caractérisé en ce que

la course de commande est inférieure à 50 %, ou à 40%, ou à 20 %, ou à 10% de la course de compression possible.
Injecteur de carburant selon les revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que - le trajet d'équilibrage de pression (38) débouche radialement dans la chambre de compression (12) avec un canal (40) à travers un orifice d'ouverture (41), et - la tige de piston (8) dépasse de l'orifice d'ouverture (41) pour commander le trajet d'équilibrage de pression (38).
Injecteur de carburant selon la revendication 1 à 4,

caractérisé en ce que - le trajet d'équilibrage de pression (38) présente un canal (44) qui s'étend dans la tige de piston (8) et relié radialement à la chambre de commande (15) par un orifice d'ouverture (45) lorsque le trajet d'équilibrage de pression (38) est ouvert, et - la tige de piston (8) sort de la chambre de commande (15) pour commander le trajet d'équilibrage de pression (38) avec l'orifice d'ouverture (45).
Injecteur de carburant selon la revendication 2 ainsi que les revendications 5 ou 6,

caractérisé en ce que

le canal (40 ; 44) est étranglé ou présente un point d'étranglement.
Injecteur de carburant selon les revendications 1 à 4,

caractérisé en ce que

le trajet d'équilibrage de pression (38) est formé radialement entre la tige de piston (8) et un guidage de tige de piston (10).
Injecteur de carburant selon la revendication 8,

caractérisé en ce que

le trajet d'équilibrage de pression (38) présente au moins une rainure axiale (42) formée dans la tige de piston (8), ouverte axialement à la chambre de compression (12), et qui s'étend jusqu'à la chambre de commande (15) lorsque le trajet d'équilibrage de pression (38) est ouvert, mais est fermée radialement vers l'extérieur par le guidage de tige de piston (10) lorsque le trajet d'équilibrage de pression (38) est fermé.
Injecteur de carburant selon la revendication 8 ou 9,

caractérisé en ce que

le trajet d'équilibrage de pression (38) présente au moins une rainure axiale (43) formée dans le guidage de tige de piston (10), ouverte axialement à la chambre de commande (15), et qui s'étend jusqu'à la chambre de compression (12) lorsque le trajet d'équilibrage de pression (38) est ouvert mais est fermée radialement vers l'intérieur par la tige de piston (8) lorsque le trajet d'équilibrage de pression (38) est fermé.
Injecteur de carburant selon la revendication 9 ou 10,

caractérisé par

plusieurs rainures axiales (42, 43) réparties en périphérie.
Injecteur de carburant selon la revendication 1 à 4,

caractérisé en ce que

le trajet d'équilibrage de pression (38) est un jeu radial entre la tige de piston (8) et un guidage de tige de piston (10).






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