Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit direkt ansteuerbaren Düsennadeln

Abstract

 Es wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungsmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle (2) versorgbaren Kraftstoffinjektor (1) vorgeschlagen. Der Kraftstoffinjektor (1) weist ein Einspritzventil (9) mit dem Brennraum zuweisenden Einspritzdüsen (13, 14) auf, wobei den Einspritzdüsen (13, 14) eine innere Düsennadel (12) und eine koaxial dazu angeordnete äußere Düsennadel (11) zugeordnet ist, die druckabhängig ansteuerbar unterschiedliche Einspritzquerschnitte an den Einspritzdüsen (13, 14) freigeben bzw. verschließen. Die äußere Düsennadel (11) ist mit einer Druckfläche (21) einem Schließraum (20) zugeordnet. Zum Ansteuern der äußeren Düsennadel (11) ist ein erstes Schaltventil (7) vorgesehen, über das der Schließraum (20) mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem (88) verbindbar ist. Die innere Düsennadel (12) weist einen Steuerkolben (43) auf, der mit einer Druckfläche (52) in einen Steuerraum (53) weist. Zum Ansteuern der inneren Düsennadel (12) ist ein zweites Schaltventil (90) vorgesehen, über das der Steuerraum (53) mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem (88) verbindbar ist, so dass bei einer Aktivierung des zweiten Schaltventils (90) eine Druckentlastung des Steuerraums (53) erfolgt. Dadurch ist eine separate Ansteuerung der äußerer Düsennadel (11) und der innerer Düsennadel (12) möglich.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Ein Kraftstoffinj ektor mit zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, denen eine innere und koaxial dazu eine äußere Düsennadel zugeordnet ist, ist beispielsweise aus DE 102 05 970 A1 bekannt. Derartige Einspritzdüsen, die druckabhängig ansteuerbar unterschiedliche Einspritzquerschnitte freigeben, werden auch als Variodüsen bezeichnet. Der äußeren und inneren Düsennadel ist jeweils ein Steuerkolben zugeordnet, die jeweils auf einen kraftstoffgefüllten hydraulischen Raum einwirken, so dass die hydraulischen Räume als aktiv beschaltete Steuerräume wirken. Die beiden Steuerräume sind über einen Verbindungskanal hydraulisch miteinander verbunden. Der Steuerraum der äußeren Düsennadel ist über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruck-Rücklaufsystem verbindbar. Der Verbindungskanal ist dabei so bemessen, dass beim Öffnen der Ablaufdrossel zuerst der Druck im Steuerraum der äußeren Düsennadel abfällt und erst mit einer zeitlichen Verzögerung der Druck im Steuerraum der inneren Düsennadel.

[0003] Zur Steigerung des Einspritzdrucks, der über dem Druckniveau des Druckspeichers (Common Rail) liegt, ist aus DE 102 29 417 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung bekannt, bei der zusätzlich zur Verbesserung der Einspritzcharakteristik und zur Erhöhung des Wirkungsgrades ebenfalls eine Variodüse mit einer inneren und einer äußeren Düsennadeln eingesetzt ist. Dabei wird der Öffnungsdruck der inneren Düsennadel per Federunterstützung auf ein konstantes Niveau bzw. mit Hilfe eines zusätzlichen Assistenzdrucks auf ein bestimmtes Verhältnis von Raildruck und Öffnungsdruck eingestellt. Dadurch ist eine Anpassung des hydraulischen Durchflusses durch den Kraftstoffinjektor an den Lastpunkt des Verbrennungsmotors möglich. Dabei wird die innere Düsennadel so eingestellt, dass sie erst bei relativ hohen Drücken von beispielsweise größer 1500 bar öffnet, um somit gute Emissionswerte im Teillastzustand des Verbrennungsmotors zu erreichen. Die Einstellung des konstanten Öffnungsdrucks für die innere Düsennadel ist dabei sehr toleranzempfindlich, da mit der Öffnung der inneren Düsennadel ein Mengensprung in der Einspritzmenge einhergeht. Insofern machen sich Exemplarstreuungen besonders unangenehm bemerkbar. Bei der anderen Variante, den Öffnungsdruck der inneren Düsennadel über das konstante Verhältnis von Assistenzdruck und Düsendruck zu erreichen, öffnet die innere Düsennadel auch bereits bei Teillast des Verbrennungsmotors.

[0004] Um die Auswirkungen der Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils auf die Einspritzmenge bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit Druckübersetzer zu verhindern, wurde bereits in der älteren DE-Patentanmeldung 102 29 415.1 vorgeschlagen, die Öffnungsgeschwindigkeit einer einzelnen Düsennadel zu dämpfen, ohne dass ein schnelles Schließen der Düsennadel beeinträchtigt wird. Dabei ist im Schließraum der Düsennadel ein Dämpfungskolben axial geführt angeordnet, der einen Dämpfungsraum begrenzt und über einen Überströmkanal mit dem Schließraum der Düsennadel in Verbindung steht.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anpassungsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung an die Betriebspunkte der Brennkraftmaschine weiter zu verbessern und die Anforderung für ein homogenes Verbrennungsverfahren zu erfüllen.

Vorteile der Erfindung

[0006] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte Anpassung des Einspritzzeitpunktes und des Einspritzvolumens an den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine möglich ist. Dabei ist zum Ansteuern der äußeren Düsennadel ein erstes Schaltventil und zum Ansteuern der inneren Düsennadel ein zweites Schaltventil vorgesehen. Mittels des ersten Schaltventils ist ein Schließraum für die äußere Düsennadel mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbindbar. Zum Ansteuern der inneren Düsennadel ist ein der inneren Düsenadel zugeordneter Steuerraum mittels des zweiten Schaltventils mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbindbar, so dass eine Druckentlastung des Steuerraums erfolgt. Dadurch ist eine separate Ansteuerung der äußerer Düsennadel und der innerer Düsennadel möglich, so dass sich die beiden Düsennadeln der Variodüse unabhängig voneinander aktivieren lassen. Dadurch lässt sich die Einspritzmenge bzw. das Einspritzvolumen mittels der zwei Lochreihen der Einspritzdüsen derart variieren, dass entweder eine Lochreihe oder die zweite Lochreihe oder aber beide Lochreihen zusammen von Einspritzung zu Einspritzung frei gewählt werden kann bzw. können. Damit ist auch das Einspritzdruckniveau mit und ohne Druckübersetzung frei wählbar.

[0007] Die über die Neigung der Düsenbohrung realisierte Eintrittsrichtung des Spritzstrahl in den Brennraum, die auch als Höhenwinkel angegeben wird, beeinflusst neben dem Druck und den Spritzwinkel das Verbrennungsverfahren der Brennkraftmaschine. Wenn die beiden Lochreihen der Düsenbohrungen für die Einspritzdüsen mit unterschiedlicher Neigung und/oder Spritzkegel ausgeführt sind, ergibt sich das Potenzial, durch die separat ansteuerbaren Lochreihen der einzelnen Einspritzdüsen mit unterschiedlichen Höhenwinkeln zu arbeiten, so dass mit sehr kleinem Höhenwinkel eine homogene Verbrennung bei einem frühen Einspritzbeginn ohne Benetzung der Zylinderwand der Brennkraftmaschine realisiert werden kann. Da homogene Verbrennungsverfahren nur für bestimmte Lasten der Brennkraftmaschine einsetzbar sind, ergibt sich außerdem durch die flexible Einspritzung mit unterschiedlichen Höhenwinkeln bzw. Spritzwinkeln, eine optimale Anpassungsfähigkeit an verschiedene Verbrennungskonzepte.

[0008] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfmdung möglich. Das Befüllen des Steuerraums aus dem Raildruck-System ist zweckmäßig über eine Drossel oder über ein Rückschlagventil möglich, wobei das Rückschlagventil das Entleeren des Steuerraums in die Steuerleitung sperrt.

[0009] Durch die unabhängig voneinander durchführbare Zuschaltung der beiden Düsennadeln, lässt sich dieses Ansteuerkonzept besonders zweckmäßig bei sogenannten lecköllosen Einspritzdüse einsetzen, bei denen für die inneren Einspritzdüsen eine separate Kraftstoffzuführung vorgesehen ist. Die separate Kraftstoffzuführung führt von einem der äußeren Düsennadel zugeordneten Düsenraum zu einer der inneren Einspritzdüse vorgelagerten Druckschulter an der inneren Düsennadel. Die separate Kraftstoffzuleitung ist dabei zweckmäßigerweise als Zwischenraum zwischen der inneren Düsennadel und der äußeren Düsennadel ausgebildet. Ein schnelles Schließen der äußeren Düsennadel wird dadurch erreicht, wenn innerhalb eines Schließraumes zwischen der Stirnfläche der äußerer Düsennadel und einem zugeordneten Dämpfungskolben eine Trennfuge ausgebildet ist und zusätzlich eine hydraulische Verbindung zwischen Dämpfungsraum und Schließraum existiert.

[0010] Besonders zweckmäßig lässt sich außerdem die unabhängige Ansteuerung der beiden Düsennadeln der Variodüse mit einer in den Kraftstoffmjektor integrierten Druckübersetzungseinrichtung kombinieren.

Zeichnung

[0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

[0012] Es zeigen:

Figur 1

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 3

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäss einem dritten Ausführungsbeispiel und

Figur 4

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel.

Ausführungsbeispiele

[0013] Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfassen einen Kraftstoffmjektor 1 und einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail), wobei der Kraftstoffmjektor 1 über den Hochdruckspeicher 2 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Kraftstoffinjektor 1 enthält einen Druckverstärkter 5, ein Servoventil 6 sowie ein Einspritzventil 9, über welches in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine am brennraumseitigen Ende Kraftstoff eingespritzt wird. Das Servoventil 6, dass beispielsweise als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, weist ein erstes Schaltventil 7 und ein von diesem angesteuertes Steuerventil 8 auf. Das Schaltventil 7 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Elektromagneten betätigt. Der Elektromagnet lässt sich jedoch auch durch einen Piezo-Aktor ersetzten. Als weitere Ausführungsformen für das Servoventil 6 kann auch ein direkt gesteuertes Magnetventil oder ein druckausgeglichenes 3/2-Wege-Ventil mit Piezo-Aktor eingesetzt werden.

[0014] Das Einspritzventil 9 verfügt über eine Variodüse mit einer äußeren Düsennadel 11 und einer inneren Düsennadel 12. Die Düsennadeln 11, 12 sind koaxial ineinanderliegend geführt und unabhängig voneinander längsverschiebbar. Die Variodüse weist dabei zwei Lochreihen von Einspritzdüsen mit äußeren Einspritzdüsen 13 und inneren Einspritzdüsen 14 auf, wobei die äußere Düsennadel 11 den äußeren Einspritzdüsen 13 und die innere Düsennadel 12 den inneren Einspritzdüsen 14 zugeordnet sind. Die äußere Düsennadel 11 weist innerhalb eines Düsenraums 15 eine Druckschulter 16 auf. Brennraumseitig ist die innere Düsennadel 12 mit einer weiteren Druckschulter 18 ausgeführt, die den inneren Einspritzdüsen 14 vorgeschaltet ist. In der dem Brennraum abgewandten Seite ist der äußeren Düsennadel 11 ein Schließraum 20 zugeordnet, in dem die äußere Düsennadel 11 mit einer in Schließrichtung wirkenden schließraumseitige Druckfläche 21 liegt. Der äußeren Düsennadel 11 ist ferner ein Dämpfungskolben 41 zugeordnet, der in einer an den Schließraum 20 sich anschließenden Bohrung 42 geführt ist.

[0015] Der Dämpfungskolben 41 ist mit einer Schließfeder 44 im Schließraum 20 vorgespannt und besitzt innerhalb des Schließraums 20 eine düsennadelseitige Stirnfläche 47, die an der schließraumseitigen Druckfläche 21 der äußeren Düsennadel 11 anliegt. Zwischen der düsennadelseitigen Stirnfläche 47 des Dämpfungskolbens 41 und der Druckfläche 21 der äußeren Düsennadel 11 ist eine Trennfuge 45 ausgebildet. Der Dämpfungskolben 41 weist außerdem mir einer als ringförmige Stirnfläche ausgebildeten Druckfläche 49 in einen Dämpfungsraum 50.

[0016] Die innere Düsennadel 12 ist mit einem Steuerkolben 43 verbunden, der in Form einer Kolbenstange durch den Dämpfungskolben 41 hindurch geführt ist. Zwischen dem Steuerkolben 43 und der Innenzylinderwandung des Dämpfungskolbens 41, ist bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 ein Strömungskanal 46 in Form eines Ringspaltes ausgeführt, der vom Dämpfungsraum 50 zur Trennfuge 45 führt. Der als Kolbenstange ausgeführte Steuerkolben 43 für die innere Düsennadel 12 führt durch den Steuerraum 50 hindurch und weist mit einer steuerraumseitigen Druckfläche 52 in einen Steuerraum 53. Die innere Düsennadel 12 weist außerdem am Übergang zum Steuerkolben 43 eine in Schließrichtung der inneren Düsennadel 12 weisende Stufe 22 auf, die als eine den Schließvorgang der inneren Düsennadel unterstützende Druckschulter wirkt.

[0017] Vom schematisch angedeuteten Hochdruckspeicher 2 gelangt Kraftstoff über ein kombiniertes Rückschlag-/Drosselventil 23 und eine Raildruckleitung 24 in einen Druckraum 25 des Druckverstärkers 5. Der Druckverstärkter 5 umfasst neben dem erwähnten Druckraum 25 einen Rückraum 26 und einen Hochdruckraum 27. Innerhalb des Druckverstärkers 5 ist ein axial verschiebbarer Stufenkolben 30 aufgenommen, der einen ersten Teilkolben 31 umfasst, der im Vergleich zu einem zweiten Teilkolben 32 mit einem eine Führung ermöglichenden größeren Durchmesser ausgebildet ist. Der Stufenkolben 30 kann dabei sowohl aus zwei separaten Bauteilen als auch aus einem Bauteil gefertigt werden. Der Stufenkolben 30 weist ferner eine in den Druckraum 25 hineinragende Kolbenstange 33 mit Federhalter 34 für eine Schließfeder 35 auf. Der zweite Teilkolben 32 des Stufenkolbens 30 begrenzt mit seiner Stirnfläche den Hochdruckraum 27, an welchem eine Hochdruckleitung 36 angeschlossen ist, die den Düsenraum 15 des Einspritzventils 9 mit unter sehr hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Vom Rückraum 26 des Druckverstärkers 5 zweigt eine erste Steuerleitung 28 und eine zweite Steuerleitung 29 ab, wobei die erste Steuerleitung 28 an das Steuerventil 8 und die zweite Steuerleitung über eine Schließraumdrossel 54 an den Schließraum 20 des Einspritzventils 9 angeschlossen ist. Der Schließraum 20 ist über ein Rückschlagventil 55 ferner an die Hochdruckleitung 36 angeschlossen. Der Steuerraum 50 ist über eine Ablaufdrossel 56 mit der zweiten Leitung 29 verbunden. Eine weitere Leitung 57 führt vom Druckraum 25 in den Steuerraum 53, wobei in die Leitung 57 eine weitere Drossel 58 geschaltet ist.

[0018] Das Steuerventil 8 ist mit einem Steuerkolben 81 ausgeführt, der mit einer Druckfläche einen steuerventilseitigen Steuerraum 82 begrenzt. In den Steuerkolben 81 ist ein Verbindungskanal 83 eingearbeitet, der den Druckraum 25 über eine Drossel 84 mit dem Steuerraum 82 verbindet. Am Steuerkolben 81 ist ein Dichtsitz 78 und eine Steuerkante 85 ausgebildete. Der Dichtsitz 78 trennt einen Niederdruckraum 86, der an eine Rücklaufleitung 87 angeschlossen ist, von einer Ventilkammer 89. Die Rücklaufleitung 87 ist an ein Niederdruck-Rücklaufsystem 88 angeschlossen. Die Steuerkante 86 trennt die Ventilkammer 89, in die die Leitung 28 mündet, vom Druckraum 25.

[0019] Das Schaltventil 7 weist einen aktorseitigen Steuerraum 73 und einen aktorseitigen Niederdruckraum 75 auf, wobei der Steuerraum 73 über eine Steuerleitung 76 mit dem steuerventilseitigen Steuerraum 82 und der Niederdruckraum 75 über eine weitere Rücklaufleitung 77 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden ist.

[0020] Der Kraftstoffinjektor 1 verfügt ferner über ein zweites Schaltventil 90, das einen Steuerkolben 91 aufweist, der einen aktorseitigen Druckraum 92 von einem Niederdruckraum 93 trennt. Vom Druckraum 92 führt eine Steuerleitung 94 zum Steuerraum 53. An den Niederdruckraum 93 ist eine weitere Rücklaufleitung 95 angeschlossen, die ebenfalls in das Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 führt.

[0021] Für das zweite Schaltventil 90 ist auch eine Anordnung an der Oberseite des Kraftstoffmjektors 1 denkbar. Als Vereinfachung ist ebenfalls eine Anordnung außerhalb des Kraftstoffinjektors 1 möglich, wobei dann das Schaltventil 90 zentral für alle Zylinder einer Brennkraftmaschine wirken kann. Die Einsatzmöglichkeit wird hier durch die Anzahl der Zylinder und durch die benötigten Einspritzungen bestimmt, da nach jeder Aktivierung der inneren Düsennadel 12 eine Spritzpause bei allen Zylindern vorliegen muss, um ein unkontrolliertes Öffnen der inneren Einspritzdüsen 14 zu vermeiden. Eine derartige Ausführungsform besitzt deutliche Bauraumvorteile am Kraftstoffinjektor 1. Allerdings muss ein zusätzlicher hydraulischer Anschluss für den Kraftstoffinjektor 1 vorgesehen werden. Ein externes Schaltventil 90 muss außerdem eine ausreichende Dynamik aufweisen, um eine Aktivierung in einer Spritzpause zu realisieren. Als Betriebsdruck ist der Raildruck oder ein defmierter Niederdruck von beispielsweise 5 bis 50 bar denkbar. Dementsprechend ist eine entsprechende Auslegung der Druckfläche 52 im Steuerraum 53 erforderlich. Bei der Verwendung von Drücken in der Größenordnung von ca. 5 bar ist das zweite Schaltventil 90 als Niederdruckschaltventil ausführbar. Bei allen Varianten sind die Einspritzdüsen 13, 14 und der Dämpfungsraum 50 druckbeaufschlagt. Um eine Leckage über die Führungen zwischen der inneren und der äußeren Düsennadel 11, 12 zu vermeiden, sind die an sich bekannten Maßnahmen zu wählen, wie doppelter Nadelsitz an der äußeren Düsennadel 11 oder eine zusätzliche Leckageabfuhr zwischen den Düsennadeln 11, 12.

[0022] In einem Grundzustand, bei dem die Einspritzdüsen 13, 14 von der äußeren und der inneren Düsennadel 11, 12 verschlossen sind, sind alle Druckräume im Druckverstärker 5 mit Rail- bzw. Systemdruck beaufschlagt. Der Stufenkolben 30 ist dabei druckausgeglichen. In diesem Zustand ist der Druckverstärker 5 deaktiviert, wobei der Stufenkolben 30 über die Rückstellfeder 35 in seine Ausgangslage zurückgestellt ist und der Druckraum 25 dabei über das Rückschlagventil 23 befüllt wurde. Im Grundzustand liegt im Schließraum 20, im Dämpfungsraum 50 sowie im Steuerraum 53 Rail- bzw. Systemdruck an. Aufgrund der Flächenverhältnisse der Stirnflächen 49, 52 und den an den Düsennadeln 11, 12 ausgebildeten Druckschultern 16, 18 wirkt eine hydraulische Schließkraft auf die innere und äußere Düsennadel 11, 12. Die auf dem Dämpfungskolben 41 und damit auf die äußere Düsennadel 11 wirkende Druckfeder 44 unterstützt außerdem den Schließvorgang. Infolge dessen kann der Raildruck ständig im Düsenraum 15 anstehen, ohne das die äußere Düsennadel 11 sich öffnet.

[0023] Um ein Öffnen der äußeren Düsennadel 11 zu bewirken, muss der Druck im Düsenraum 12 über den Raildruck ansteigen, was durch Zuschalten des Druckverstärkers 5 erreicht wird. Dies wird, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, durch eine Druckentlastung des Rückraums 26 eingeleitet, indem durch Aktivierung des Elektromagneten des Schaltventils 7 eine Druckentlastung des steuerventilseitigen Steuerraums 82 über den aktorseitigen Steuerraum 73 und den aktorseitigen Niederdruckraum 75 zum Niederdruck-/Rücklaufsystem erfolgt. Dadurch wird der Steuerkolben 81 des Steuerventils 8 angehoben, wodurch die Steuerkante 85 die Verbindung zum Druckraum 25 schließt. Gleichzeitig wird eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 89 und dem Niederdruckraum 86 freigegeben, wie in den Figuren 1- 4 dargestellt. Dadurch ist der Rückraum 26 über die Leitung 28 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden. Der Druck im Rückraum 26 fällt ab, wodurch der Druckverstärker 5 aktiviert wird und dabei der Stufenkolben 30 mit dem Teilkolben 32 den im Hochdruckraum 27 befindlichen Kraftstoff komprimiert. Der verdichtete Kraftstoff wird über die Hochdruckleitung 36 in den Düsenraum 15 geleitet. Gleichzeitig wird der Schließraum 20 über die Schließraumdrossel 54 entlastet, so dass durch Einwirken des Hochdrucks auf die Druckschulter 16 die äußere Düsennadel 11, wie dargestellt, angehoben wird, wodurch die Einspritzung über die äußeren Einspritzdüsen 13 beginnt. Durch die dabei entstehende Aufwärtsbewegung der äußeren Düsennadel 11 wird durch die Stirnfläche 49 des Dämpfungskolbens 51 ein Volumen im Dämpfungsraum 50 imprimiert, wobei der komprimierte Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 50 über die Ablaufdrossel 56 in die entlastete Leitung 29 strömen kann. Die Ablaufdrossel 56 besitzt dabei eine größere Drosselwirkung als die Schließraumdrossel 54, so dass es zur Dämpfungswirkung des Dämpfungskolbens 41 im Dämpfungsraum 50 kommen kann. Durch eine geeignete Dimensionierung der Ablaufdrossel 54 und der Schließraumdrossel 54 lässt sich die Öffnungsgeschwindigkeit der äußeren Düsennadel 11 und damit die Einspritzrate bestimmen.

[0024] Von der nicht dargestellten Motorsteuerung wird nun das weitere Schaltventil 90 angesteuert und der Steuerraum 53 über den aktorseitigen Druckraum 92 und den Niederdruckraum 93 mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem 88 verbunden. Aufgrund der beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in die Leitung 57 geschalteten Drossel 58 strömt weniger Kraftstoff aus dem Druckraum 25 nach, so dass der Steuerraum 53 druckentlastet ist und dadurch die inneren Düsennadel 12 die inneren Einspritzdüsen 14 freigibt. Durch die getrennte Ansteuerung des ersten Schaltventils 7 und des zweiten Schaltventils 90 ist es ebenfalls möglich, durch eine Implementierung einer entsprechenden Ansteuerung entweder nur die äußere Düsennadel 11 oder nacheinander die äußere Düsennadel 11 und die innere Düsennadel 12 oder gleichzeitig beide Düsennadeln 11, 12 zu öffnen, um dadurch unterschiedliche Einspritzraten zu realisieren. Dadurch lässt sich eine flexible Einspritzung mit unterschiedlichen Drücken und Einspritzwinkeln und somit eine optimale Anpassung an verschiedene Verbrennungskonzepte der Brennkraftmaschine realisieren.

[0025] Bei den in den weiteren Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerraum 53 für die innere Düsennadel 12 nicht mit dem Druckraum 25 des Druckverstärkers 5 verbunden, sondern über ein Rückschlagventil 97 an die Steuerleitung 29 angeschlossen. Das Rückschlagventil 97 wirkt dabei gegen die Entleerungsrichtung aus dem Steuerraum 53, so dass über das Rückschlagventil 97 lediglich eine Befüllung des Steuerraums 53 aus der Steuerleitung 29 erfolgen kann. Die Öffnung der inneren Düsennadel 12 erfolgt dabei durch Ansteuern des zweiten Schaltventils 90, wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde.

[0026] Das Ausführungsbeispiel in Figur 3 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1 mit einem Einspritzventil 10, das eine Variodüse aufweist, bei der den inneren Einspritzdüsen 14 der Kraftstoff über eine separate Kraftstoffzuführung 101 zugeführt wird. Die separate Kraftstoffzuführung ist beispielsweise als Zwischenraum oder als Ringspalt zwischen der inneren Düsennadel 12 und der äußeren Düsennadel 11 realisiert. Zusätzlich ist ein Verbindungskanal 102 beispielsweise radial durch die äußere Düsennadel 11 geführt, der den Düsenraum 15 mit der Kraftstoffzuführung 101 verbindet, so dass an der brennraumseitigen Druckschulter 18 der inneren Düsennadel 12 ebenfalls der im Düsenraum 15 herrschende Einspritzdruck anliegt. Durch diese Ausführung wird eine an sich bekannte lecköllose Variodüse realisiert, bei der an der äußeren Düsennadel 11 ein nicht dargestellter Doppelsitz als brennraumseitiger Dichtsitz ausgebildet ist. Die Aktivierung der äußeren Düsennadel 11 wird hierbei ebenso - wie in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschrieben - mittels des ersten Schaltventils 7 unter Zwischenschaltung der Druckübersetzungseinrichtung 5 eingeleitet. Auch hierbei ist das Öffnen der äußeren Düsennadel 11 mittels des Dämpfungskolbens 41 gedämpft. Bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 ist der Steuerraum 53 über eine hydraulische Verbindung 104 mit einer Drossel 105 mit der Hochdruckleitung 36 verbunden. Zum Befüllen des Steuerraums 52 ist zusätzlich eine Verbindung über das Rückschlagventil 55 zum Schließraum 20 ausgebildet. Dadurch ist im druckentlasteten Zustand der Steuerraum 53 über den Schließraum 20 an den Raildruck gekoppelt. Durch zusätzliches Aktivieren des zweiten Schaltventils 90 kann die Lochreihe der inneren Einspritzdüsen 14 beliebig zugeschaltet und abgeschaltet werden. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass über die separate Kraftstoffzuführung für die innere Einspritzdüsen 14 eine hubgesteuerte Einspritzung ohne Zwischenschaltung der Druckübersetzungseinrichtung 5 mit Raildruck durch eine separate Ansteuerung der inneren Düsennadel 12 erfolgen kann. Dies ermöglicht kleine Spritzabstände und eine gute Mehrfacheinspritzung aufgrund geringer Druckschwingungen. In Kombination mit einer geringen Neigung der Bohrungen für die Einspritzdüsen 14 lässt sich ein frühe Einspritzung mit einer homogenen Verbrennung erreichen.

[0027] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 benutzt ein Einspritzventil 100 mit ebenfalls einer lecköllose Variodüse. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist für die inneren Einspritzdüsen 14 eine separate Kraftstoffzuführung 101 zwischen der inneren und der äußeren Düsennadel 11, 12 sowie über einen Verbindungskanal 102 vorhanden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch der Steuerraum 53 nicht mit der Hochdruckleitung 36 verbunden, sondern - wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 1 und 2 - über die Leitung 57 und die Drossel 58 an den Druckraum 25 der Druckübersetzungseinrichtung 5 angeschlossen. Dadurch ist der Steuerraum 53 an den im Druckraum 25 anliegenden Raildruck gekoppelt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der lecköllosen Variodüse in Figur 3 ist außerdem keine hydraulischen Verbindung zwischen dem Dämpfungsraum 50 und dem Schließraum 20 vorhanden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Schließen der äußeren Düsennadel 11 nur über die Druckfläche 21 unterstützt durch die Druckfeder 44 realisiert. Die Ansteuerung der inneren Düsennadel 11 erfolgt auch hier mittels des zweiten Schaltventils 90. Diese Ausführungsform ermöglicht bei angepasster Druckfläche 52 den Einsatz eines Einspritzventils mit geringen Anforderungen an die Hochdruckdichtheit und -festigkeit.

[0028] Es ist außerdem denkbar, die in den Figuren 1 bis 4 beschriebene Ansteuerung der Variodüsen 10, 100, auch ohne Druckverstärker 5 einzusetzen.

Bezugszeichenliste

[0029] 

1

Kraftstoffinjektor

2

Kraftstoffhochdruckquelle

5

Druckübersetzungseinrichtung

6

Servoventil

7

Schaltventil

8

Steuerventil

9

Kraftstoffeinspritzventil

10

Kraftstoffeinspritzventil

11

äußere Düsennadel

12

innere Düsennadel

13

äußere Einspritzdüsen

14

innere Einspritzdüsen

15

Düsenraum

16

Druckschulter

18

weitere Druckschulter

20

Schließraum

21

schließraumseitige Druckfäche

22

Stufe

23

Rückschlag-/Drosselventil

24

Raildruckleitung

25

Druckraum

26

Rückraum

27

Hochdruckraum

28

erste Steuerleitung

29

zweite Steuerleitung

30

Stufenkolben

31

erster Teilkolben

32

zweiter Teilkolben

33

Kolbenstange

34

Federhalter

35

Rückstellfeder

36

Hochdruckleitung

41

Dämpfungskolben

42

Bohrung

43

Steuerkolben

44

Druckfeder

45

Trennfuge

46

Strömungskanal

47

düsennadelseitige Stirnfläche

49

ringförmige Stirnfläche

50

Steuerraum

52

Druckfläche

53

düsennadelseitiger Steuerraum

54

Schließraumdrossel

55

Rückschlagventil

56

Ablaufdrossel

57

Leitung

58

weitere Drossel

73

aktorseitiger Steuerraum

75

aktorseitiger Niederdruckraum

76

weitere Steuerleitung

77

weitere Rücklaufleitung

78

Dichtkante

81

Steuerkolben

82

Steuerraum

83

Verbindungsleitung

84

Drossel

85

Steuerkante

86

Niederdruckraum

87

Rücklaufleitung

88

Niederdruck-/Rücklaufsystem

89

Ventilkammer

90

zweites Schaltventil

91

Steuerkolben

92

aktorseitiger Druckraum

93

Niederdruckraum

94

Steuerleitung

95

weitere Rücklaufleitung

100

Einspritzventil

101

Kraftstoffzuführung

102

Verbindungskanal

104

Verbindungsleitung

105

Drossel

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Verbrennungsmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor, der ein Einspritzventil mit einem Brennraum zuweisenden Einspritzdüsen aufweist, wobei den Einspritzdüsen eine innere Düsennadel und dazu koaxial angeordnet eine äußere Düsennadel zugeordnet ist, die ansteuerbar Einspritzquerschnitte an den Einspritzdüsen freigeben bzw. verschließen, wobei der äußeren Düsennadel ein Dämpfungskolben und der inneren Düsennadel ein Steuerkolben zugeordnet ist, die ineinander geführt relativ zueinander beweglich sind, wobei der Dämpfungskolben der äußeren Düsennadel auf einen Dämpfungsraum und der Steuerkolben der inneren Düsennadel auf einen Steuerraum einwirkt, wobei einer Druckfläche der äußeren Düsennadel ein Schließraum zugeordnet ist, und wobei ein erstes Schaltventil vorgesehen ist, dass die äußere Düsennadel ansteuert, indem der Schließraum mit einem Niederdruck-/Rücklaufsystem verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ansteuern der inneren Düsennadel (12) ein weiteres Schaltventil (90) vorgesehen ist, mit dem der Steuerraum (53) für die innere Düsennadel (12) mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem (88) verbindbar ist.

2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (53) zum Befüllen über eine Drossel (58) an eine Raildruck-Leitung angeschlossen ist.

3. Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (53) zum Befüllen über ein Rückschlagventil (97) an eine mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem (88) verbindbare Steuerleitung (29) angeschlossen ist, wobei das Rückschlagventil (97) das Entleeren des Steuerraums (53) in die Steuerleitung (29) sperrt.

4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die inneren Einspritzdüsen (14) eine separate Kraftstoffzuleitung (101) vorgesehen ist, die zu einer den Einspritzdüsen (14) vorgelagerten Druckschulter (18) an der inneren Düsennadel (12) führt.

5. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (53) für die innere Düsennadel (12) über eine Drossel (58) an eine Raildruck-Leitung angeschlossen ist.

6. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (53) für die innere Düsennadel (12) über eine Drossel (105) an eine Hochdruckleitung (36) einer Druckübersetzungseinrichtung (5) angeschlossen ist.

7. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzuleitung (101) als ein Zwischenraum zwischen der inneren Düsennadel (12) und der äußeren Düsennadel (11) ausgebildet ist und über einen Verbindungskanal (102) in einen Düsenraum (15) führt, dem eine Druckschulter (16) der äußeren Düsennadel (11) ausgesetzt ist.

8. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Düsennadel (11) mit einer Druckfläche (21) dem Schließraum (20) zugeordnet ist und dass die Druckfläche (21) in einer zwischen dem Dämpfungskolben (41) und der äußeren Düsennadel (11) ausgebildeten Trennfuge (45) angeordnet ist.

9. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckübersetzungseinrichtung (5) mit einem Rückraum (26) vorgesehen ist, der mit dem Niederdruck-/Rücklaufsystem (88) verbindbar ist, und dass der Dämpfungsraum (50) der äußeren Düsennadel (11) über die Ablaufdrossel (56) mit dem Rückraum (26) in Verbindung steht.

Zeichnung