Einspritzventil

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors, mit einem Druckhalteventil (4) zur Fluiddruckbeaufschlagung eines Federraums (105), wobei das Druckhalteventil (4) zwischen einem Zulaufkanal (140) des Fluids zu einem Steuerventil (3) des Einspritzventils (1) und dem Federraum (105) angeordnet ist, und über das Druckhalteventil (4) eine Fluidverbindung in einer Richtung vom Zulaufkanal (140) zum Federraum (105) hergestellt und dadurch dem Federraum (105) ein Druck (p₁₀₅) im Zulaufkanal (140) aufprägt wird, und der durch das Druckhalteventil (4) aufrechterhaltene Druck (p₁₀₅) gemeinsam mit einer im Federraum (105) angeordneten Vorspannfeder (110) auf eine Einspritznadel (170) des Einspritzventils (1) einwirkt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil bzw. Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere eines Dieselmotors.

[0002] Für eine gute Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemischs muss der Kraftstoff, je nach Verbrennungsverfahren, mit einem Druck zwischen 350 und mehr als 2.000 bar in einen Brennraum eines Motors eingespritzt und dabei mit der größtmöglichen Genauigkeit pro Einspritzung (Vor- und Haupteinspritzung, evtl. getaktet) dosiert werden. Um einen Kompromiss zwischen geringem Kraftstoffverbrauch und der Einhaltung der Grenzwerte für Emissionen (Abgase und Geräuschentwicklung des Motors) zu realisieren, ist es notwendig, den Einspritzvorgang präzise zu steuern. Dabei sind wesentliche Parameter der Einspritzbeginn (Vor- und Haupteinspritzung), die Einspritzdauer, das jeweilige Einspritzende und das dynamische Verhalten der Einspritznadel bei Beginn und bei Ende der Einspritzung. Da sehr hohe Kraftstoffdrücke notwendig sind, bestehen hohe Anforderungen an ein dynamisches Verhalten der Einspritzventile.

[0003] Ein solches Einspritzsystem ist die Pumpe-Düse-Einheit, auch UIS (Unit Injektor System) genannt, bei der eine Pumpe, ein Steuerventil und das Einspritzventil eine Einheit bilden. Pro Motorzylinder wird eine solche Pumpe-Düse-Einheit in den Zylinderkopf eines Dieselmotors eingebaut und entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über einen Kipphebel von einer obenliegenden Nockenwelle angetrieben. Bei diesem System wird der erforderliche Einspritzdruck jeweils zum Zeitpunkt der Einspritzung erzeugt, wobei der Einspritzmengenverlauf nicht nur durch die Auslegung der Nockenkontur, sondern auch von der Ansteuerung des Steuerventils (magnet- oder piezobetätigt) beeinflussbar ist. Je höher der Kraftstoffdruck ist, desto mehr Kraftstoff lässt sich in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit (wenige Tausendstel Sekunden) durch die kleinen Löcher des Einspritzventils drücken. Das Pumpe-Düse-System kann den hohen Druck deshalb gut aufbauen, weil dieser auf sehr engem Raum direkt dort erzeugt wird, wo er eingespritzt wird.

[0004] Pumpe-Düse-Einspritzsysteme neigen im Leerlaufbetrieb zu erhöhten Geräuschemissionen, die mechanisch und hydraulisch angeregt werden. Die mechanischen Geräuschemissionen entstehen in Folge einer sprungartigen Be- und Entlastung der kraftführenden Bauteile des Pumpe-Düse-Antriebs beim Zu- und Absteuern, wohingegen die hydraulisch bedingten Geräuschemissionen in Folge Überentlastung von Hochdruckräumen entstehen. So entstehen z. B. beim Absteuern im unteren und mittleren Drehzahlbereich gasförmige Hohlräume, die kurz nach ihrem Entstehen schlagartig implodieren (Kavitation) und überwiegend hochfrequente Geräusche anregen. Diese Hohlräume bilden sich überall dort, wo der momentane örtliche Druck unter den Siededruck des Kraftstoffs fällt.

[0005] Im Stand der Technik wurde versucht, den mechanisch bedingten Geräuschemissionen mittels eines niedrigst möglichen, statisch einstellbaren Öffnungsdruck der Einspritznadel zu begegnen.

[0006] Ferner wurde im Stand der Technik versucht, den hydraulisch bedingten Geräuschemissionen mit Hilfe einer Staudrossel in einer Zulaufbohrung des Einspritzventils und einer zwischen dem Steuerventil und der Staudrossel angeordneten, gedrosselten Verbindungsbohrung im Düsenraum zu begegnen. Hiermit kann die Schließkraft an der Einspritznadel mittels eines im Federraum geführten Kolbens erhöht werden. Eine solche Schließkrafterhöhung setzt allerdings Druck im Zulauf voraus, der nur während des Absteuerns und vor dem Zusteuern vorhanden ist, sodass eine aus Sicht der Emissionen vorteilhafte Erhöhung des Öffnungsdrucks der Einspritznadel bei der Haupteinspritzung und damit des Druckniveaus im Federraum im unteren Drehzahlbereich gering ausfällt.

[0007] Aus der EP 0 675 282 B1 ist eine solche Pumpe-Düse-Anordnung bekannt, bei welcher aus einem Kraftstofftank über ein Steuerventil Kraftstoff einer Kraftstoffpumpe zur Verfügung gestellt wird. Die Kraftstoffpumpe ist über eine Leitung mit einem Druckraum verbunden, in welchem eine Einspritznadel des Einspritzventils angeordnet ist. Die Einspritznadel weist im Druckraum eine Druckschulter auf, an welcher die Einspritznadel mittels eines Kraftstoffdrucks von ihrem Dichtsitz aus anhebbar ist. Die Einspritznadel ist über eine Vorspannfeder, die in einem Federraum angeordnet ist, gegen den Dichtsitz vorgespannt. Der Federraum ist über eine Kraftstoffleitung an einen Überstromventilsitz und an ein Rückschlagventil angeschlossen. Durch die Ankopplung des Federraums an die Zuleitung wird die Einspritznadel über den Kraftstoffdruck zusätzlich zur Vorspannfeder gegen deren Dichtsitz gepresst. In Abhängigkeit von einer Schließstellung des Überstromventils wird der von der Kraftstoffpumpe verdichtete Kraftstoff in den Druckraum oder über die Zuleitung wieder zum Kraftstofftank geführt. Eine Einspritzung beginnt, wenn beim Verdichtungsvorgang der Pumpe das Überstromventil geschlossen ist und dadurch der Kraftstoffdruck im Druckraum über einen festgelegten Wert steigt, sodass die Einspritznadel aufgrund des Druckes im Druckraum gegen die Vorspannung der Vorspannfeder und gegen den Kraftstoffdruck im Federraum vom Dichtsitz abgehoben wird.

[0008] Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine möglichst geräuscharme Pumpe-Düse-Einheit zur Verfügung zu stellen, die heutige und auch künftig absehbare Emissionsziele realisieren kann und darüber hinaus kostengünstig herstellbar ist.

[0009] Die Aufgabe der Erfindung wird einerseits durch ein Einspritzventil gelöst, bei welchem in oder an einem Federraum des Einspritzventils ein Druckhalteventil vorgesehen ist, mittels welchem es möglich ist, den Federraum an einen Druck im Zulauf zu koppeln. Dieser auf den Federraum aufgebrachte Fluiddruck, wirkt zusammen mit einer Feder, bevorzugt, auf einen im Federraum hin- und herbeweglichen Kolben, welcher mit der Kraft aus der Feder sowie der Kraft aufgrund des Fluiddrucks im Federraum beaufschlagt ist, wobei der Kolben diese beiden Kräfte im Wesentlichen axial auf die Einspritznadel des Einspritzventils überträgt.

[0010] Andererseits wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Verringerung eines Pumpenkolbendurchmessers einer dem Einspritzventil zugeordneten Pumpe realisiert, welche das Einspritzventil mit Kraftstoff versorgt. Im Stand der Technik beträgt ein solcher Pumpenkolbendurchmesser derzeit 7,65 mm. Mittels einer Verkleinerung auf ca. 6,0 bis 6,5 mm, insbesondere 6,25 mm erreicht man auf Grund der damit einhergehenden Verkleinerung der Pumpenkolbenfläche eine Reduzierung der Spitzenkräfte im Antrieb um ca. 30%, was die mechanische Geräuschanregung bei gleichem Druckniveau deutlich verringert.

[0011] Mittels dieser Anordnung ist der Düsenöffnungsdruck im Leerlauf des Motors mit kleiner oder gleich 160 bar im Neuzustand des Einspritzventils geräuschoptimal wählbar. Das Kriterium für die untere Grenze des Düsenöffnungsdrucks ist die Sicherheit gegen Gaseintritt aus dem Motorzylinder. Diese untere Grenze wird vom Abfall des Düsenöffnungsdrucks über der Lebensdauer des Einspritzventils - typischerweise 25 bis 30 bar -, von der hydraulischen Schließkraft zu Folge des Drucks im Federraum, von der mechanischen Schließkraft auf Grund der Kraft der Feder im Federraum auf den Kolben und vom maximalen Motorzylinderdruck beim Düsenschließen bestimmt. Durch Auswahl einer geeigneten Vorspannfeder ist dann der Düsenöffnungsdruck frei wählbar.

[0012] Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine getaktete Einspritzung sehr gut geeignet, da auf Grund des Absteuerns einer Voreinspritzung die entstehende Druckwelle das Druckhalteventil öffnet und den Druck im Federraum erhöht.

[0013] Somit erhöht sich auch der Öffnungsdruck für die Haupteinspritzung und folglich der Impuls, mit welcher der Kraftstoff in den Brennraum einspritzbar ist, was insbesondere für geringere Schadstoffemissionen vorteilhaft ist.

[0014] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Druckhalteventil oben im Federraum vorgesehen, wobei ein Zulauf des Druckhalteventils von einer Zulaufbohrung abgezweigt, durch welche der Kraftstoff in einen Pumpenraum der Pumpe gefördert wird. Ein Ventilglied des Druckhalteventils dichtet diese Zulaufbohrung vorgespannt ab. Ein Widerlager des Druckhalteventils befindet sich bevorzugt oben im Federraum und besteht bevorzugt aus einer im Federraum über einen Presssitz befestigte Hülse, die an ihrer Oberseite eine Ventilfeder des Ventilglieds des Druckhalteventils abstützt. An der Unterseite der Hülse stützt sich eine im Federraum vorgesehene Vorspannfeder der Einspritznadel ab.

[0015] Diese Ausführungsform ist insbesondere von Vorteil, da sich bereits bestehende Pumpe-Düse-Konzepte ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen mit dem Druckhalteventil ausrüsten lassen.

[0016] In einer Variante der Erfindung ist das Druckhalteventil nicht oben im Federraum, sondern außerhalb des Federraums vorgesehen, wobei das Ventilglied des Druckhalteventils eine Abzweigung (Abschnitt einer Zulaufbohrung, die den Zulaufkanal mit dem Federraum verbindet) von der Zulaufbohrung vorgespannt abdichtet. Hierbei können Ventilglied, dessen Dichtsitz, Zulaufkanal und Abzweigung derart angeordnet werden, dass das Ventilglied zur Reduzierung einer Flatterneigung geführt ist. Das Widerlager des Druckhalteventils ist hierbei in einer bevorzugten Ausführungsform eine einfache Bohrung in welcher eine Ventilfeder angeordnet ist, die an ihrem freien Ende einen Ventilkörper aufweist. Bevorzugt ist dieser Ventilfederraum mittels einer Entlüftungsbohrung entlastbar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Entlüftungsbohrung von einem oberen Abschnitt des Ventilfederraums zu einem oberen Bereich des Federraums, wobei die Entlüftungsbohrung als Drossel ausgebildet ist.

[0017] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Dichtabschnitt (Ventilkörper) des Ventilglieds des Druckhalteventils eine Kugel, insbesondere eine Halbkugel, die an einem korrespondierend geformten Dichtsitz, bevorzugt einem Kegelsitz, in einem Schließzustand des Druckhalteventils dichtend ansitzt. Diese Anordnung ist sehr einfach ausgelegt und daher kostengünstig zu realisieren, wobei mit einer Halbkugel als Ventilglied eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden kann.

[0018] Zur Verringerung einer Querbewegung des Ventilglieds bzw. Ventilkörpers (Kugel, Halbkugel) ist dieses an seinem Außendurchmesser bevorzugt mit einem engen Spiel geführt. Vorzugsweise beträgt dieses Spiel 3 bis 5µm, insbesondere 4µm. Ferner ist bei einer solchen Ausführungsform eine gedrosselte Verbindung zwischen Dichtabschnitt/-sitz und Federraum zur Verminderung einer Flatterneigung des Ventils besonders vorteilhaft. Dies ist vor allem bei kleinen Druckdifferenzen und zur Beeinflussung des Druckanstiegs im Federraum vorteilhaft.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Zulaufkanal (vom Kraftstoffreservoir) des Einspritzventils eine Staudrossel vorgesehen, wobei der Zulauf zum Druckhalteventil stromabwärts nach der Staudrossel vom Zulaufkanal abzweigt. Stromabwärts soll heißen, dass bei einem Ansaugtakt der Pumpe des Einspritzventils der Kraftstoff vom Kraftstoffreservoir durch den Zulaufkanal hindurch in den Pumpenraum der Pumpe gefördert wird, wobei die Zulaufbohrung hinter der Staudrossel angeordnet ist.

[0020] Die Fläche der Staudrossel wird dabei so ausgelegt, dass bis zu mittleren Drehzahlen des Motors der Staudruck im Zulaufkanal (und der Zulaufbohrung zum Druckhalteventil) und demzufolge der durch das Druckhalteventil gehaltene Druck im Federraum nur wenig ansteigen. Somit bleibt die Zunahme des Öffnungsdrucks der Einspritznadel vor dem ersten Schließen (Voreinspritzung) des Steuerventils klein, was sich günstig auf die Zumessgenauigkeit kleiner Voreinspritzmengen in einem emissionsbestimmenden Bereich des Motorkennfelds auswirkt. D. h. bis zu mittleren Drehzahlen des Motors erhöht sich der Druck im Federraum für eine Voreinspritzung einer Einspritzung nicht wesentlich, wodurch ein schnelles Öffnen (geringe Öffnungskraft) der Einspritznadel sichergestellt ist. Andererseits existiert nach dem Absteuern der Voreinspritzung aufgrund der Druckwelle im Zulaufkanal (s. o.) ein erhöhtes Druckniveau im Federraum, was für eine auf die Voreinspritzung folgende Haupteinspritzung einen erhöhten Öffnungsdruck ermöglicht, was sich wiederum positiv auf die Schadstoffemissionen auswirkt.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Staudrossel, ein Abschnitt des Zulaufkanals und bevorzugt auch die Zulaufbohrung und deren Abzweigung stromabwärts der Staudrossel in einer Platte vorgesehen, welche den Federraum nach oben abschließt und abdichtet. Bevorzugt ist hierbei auch der Dichtsitz des Druckhalteventils in der Platte ausgebildet. Eine solche Anordnung ermöglicht ein einfaches Herstellen der Zulaufbohrung sowie der Staudrossel, was kostengünstig bei der Herstellung und auch kostengünstig bei der Wartung des Einspritzventils ist. Ferner können in der Platte auch Einrichtungen für die Hochdruckseite des Einspritzventils, wie z. B. eine Pumpenraumdrossel und ein Abschnitt des Druckkanals vorgesehen sein.

[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Raum unterhalb des Nadelkolbens, welcher im Federraum auf- und abbewegbar ist und im Wesentlichen axial auf die Einspritznadel drückt, mit dem Zulaufkanal stromaufwärts der Staudrossel mittels einer Bohrung oder eines Kanals verbunden. Ferner ist es möglich, diesen Raum nicht mit dem Zulaufkanal, sondern mit einer anderen Drainage- oder Leckageleitung, die z. B. zum Kraftstoffbehälter führt, zu verbinden. Hierbei wird das Spiel des Nadelkolbens an der Innenwand des Federraums derart gewählt, dass der Druck im Federraum bei jeweils einer ersten Einspritzung (Voreinspritzung) im Wesentlichen vollständig abgebaut ist und dem Druck im Zulaufkanal entspricht. Hierdurch wird gewährleistet, dass jede Einspritzung (bzw. jeder Einspritzzyklus: Pilot/Voreinspritzung, einfache oder mehrfache Haupteinspritzungen) immer unter denselben Druckbedingungen stattfindet und sich das Verhalten der Pumpe-Düse-Einheit vorhersagbar gestaltet. Ferner ist dadurch sichergestellt, dass für ein schnelles Öffnen der Einspritznadel bei einer Voreinspritzung kein oder nur ein geringes Fluiddruckniveau im Federraum herrscht.

[0023] Um ein Verkanten des Nadelkolbens zu verhindern ist dessen umlaufende Seitenwand ballig ausgebildet.

[0024] Weitere, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

[0025] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbespielen anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

einen prinzipiellen Aufbau einer Pumpe-Düse-Einheit ohne Fluiddruckbeaufschlagung einer Einspritznadel in einem Federraum,

Fig. 2

eine erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit mit einem zentralen Druckhalteventil,

Fig. 3

einen Ausschnitt A der Fig. 2

Fig. 4

einen Ausschnitt B der Fig. 2,

Fig. 5

eine bevorzugte Ausführungsform eines Dichtabschnitts eines Druckhalteventils der erfindungsgemäßen Pumpe-Düse-Einheit,

Fig. 6

eine weitere erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit mit einem dezentralen Druckhalteventil,

Fig. 7a

eine erste Schnittansicht des Bereichs C aus der Fig. 6, und

Fig. 7b

eine zweite Schnittansicht des Bereichs C aus der Fig. 6,

Fig. 8a

eine erste Ausführungsform einer Entlüftung eines Druckhalteventilfederraums,

Fig. 8b

eine zweite Ausführungsform der Entlüftung,

Fig. 8c

eine dritte Ausführungsform der Entlüftung, und

Fig. 8d

eine vierte Ausführungsform der Entlüftung.

[0026] Im Folgenden soll ein Absteuern eines Steuerventils 3 eines Einspritzventils 1 bedeuten, dass der Steuerventilkolben in seine Ruhestellung (nicht bestromter Zustand des Steuerventils 3) bewegt wird, wobei das Steuerventil 3 offen ist, d.h. eine Fluidverbindung zwischen einem Kraftstoffvorrat und einer Pumpe 2 des Einspritzventils 1 ermöglicht. Ein An- oder Zusteuern des Steuerventils 3 soll entsprechend heißen, dass der Steuerkolben des Steuerventils 3 geschlossen ist (Steuerventil 3 befindet sich im bestromten Zustand), wodurch ein Hochdruckbereich des Einspritzventils 1 vom Kraftstoffreservoir abgetrennt ist und ein Verdichten eines Kraftstoffs 192 mittels der Pumpe 2 ermöglicht wird.

[0027] Fig. 1 zeigt eine schematische Ausführungsform einer Pumpe-Düse-Einheit ohne zusätzliche Fluiddruckbeaufschlagung der Einspritznadel im Federraum. Die Pumpe-Düse-Einheit zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum 190 einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, weist eine Kraftstoffpumpe (im Folgenden mit Pumpe bezeichnet) 2 auf, bei welcher ein Pumpenkolben 210 in einem Pumpenzylinder 230 hin- und herbewegbar ist. Der Pumpenkolben 210 wird direkt oder indirekt über eine nicht dargestellte, obenliegende Nockenwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Kompressionsraum des Pumpenzylinders 230 ist der Pumpenraum 220, der über eine Kraftstoffleitung 240 mit einem Ventilsitz eines piezoelektrisch oder elektromagnetisch betriebenen Steuerventils 3 verbunden ist. Das Steuerventil 3 dient dazu, die Kraftstoffleitung 240 entweder zu verschließen oder mit einem Kraftstoffniederdruckbereich, dargestellt durch einen Zulaufkanal 140, aus dem Kraftstoff angesaugt werden kann, zu verbinden. In der geöffneten Ruhestellung des Steuerventils 3 wird bei einer bezogen auf Fig. 1 nach oben gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 210 Kraftstoff aus dem Kraftstoffreservoir über eine Leitung im Zylinderkopf, den Zulaufkanal 140 und über den Zylinderkolben des Steuerventils 3 in den Pumpenraum 220 angesaugt. Befindet sich das Steuerventil 3 nach wie vor in seiner Offenstellung und bewegt sich der Pumpenkolben 210 nach unten, kann vorher in den Pumpenraum 220 angesaugter Kraftstoff wieder zurück in den Kraftstoffniederdruckbereich gedrückt werden. Bei einer Ansteuerung des Steuerventils 3 (Steuerventil 3 bestromt) verschließt dieses die Fluidverbindung zwischen Kraftstoffleitung 240 und dem Zulaufkanal 140. Bei einer nach unten gerichteten Bewegung des Pumpenkolbens 210 wird der im Pumpenraum 220 befindliche Kraftstoff komprimiert, wodurch ein Hochdruck p₂₂₀ im Pumpenraum 220 erzeugt wird.

[0028] Ferner umfasst die Pumpe-Düse-Einheit eine Einspritzdüse 1, die eine zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung hin- und herbewegbare Einspritznadel 170 aufweist. Auf die Einspritznadel 170 wirkt eine Vorspannfeder 110 über einen Nadelkolben 115 und einen Schaft 117 mit einer durch die Federkonstante der Vorspannfeder 110 bestimmten Schließkraft ein. Die Vorspannfeder 110 ist zwischen dem Nadelkolben 115 und dem oberen Ende des Federraums 105 (Sackloch) eingespannt. Ein eine Druckschulter 172 aufweisender Abschnitt der Einspritznadel 170 ist von einem Druckraum 176 umgeben, der mit dem Pumpenraum 220 über einen Druckkanal 145 kommuniziert. In Abhängigkeit von der Drosselwirkung des Druckkanals 145 und ggf. weiterer nicht dargestellter Drosseleinrichtungen wird von dem im Pumpenraum 220 herrschenden Druck p₂₂₀ im Druckraum 176 ein dritter Druck p₁₇₆ aufgebaut. Der im Druckraum 176 unter dem Druck p₁₇₆ stehende Kraftstoff übt eine bezogen auf die Darstellung von Fig. 1 nach oben gerichtete Öffnungskraft an der Druckschulter 172 auf die Einspritznadel 170 aus. Die Einspritznadel 170 nimmt ihre Offenstellung ein, sobald die durch den Druck p₁₇₆ verursachte Öffnungskraft größer als die Summe der der Öffnung der Einspritznadel 170 entgegengerichteten Reibungskräfte und der durch die Vorspannfeder 110 nach unten ausgeübte Kraft auf die Einspritznadel 170 ist.

[0029] Der Raum oberhalb des Nadelkolbens 115 mit einem Fluiddruck beaufschlagt, der über den Nadelkolben 115 die Einspritznadel 170 bezüglich ihres Dichtsitzes über einem Motorraum 190 noch weiter vorspannt. Da ein vollständiges und dauerhaftes Abdichten des Federraums 105 gegenüber der Einspritznadel 170 bzw. des Nadelkolbens 115 und dem Schaft 117 nicht möglich ist, ist der Nadelkolben 115 im Federraum 105 mit einem Dichtspalt geführt, wobei der Raum (bezüglich. Fig. 1) unterhalb des Federraums 105 über einer Bohrung an den Zulaufkanal 140 angeschlossen ist.

[0030] Einspritzbeginn und Einspritzmenge des Einspritzventils 1 werden über das schnell schaltende Steuerventil 3 (Magnetventil oder, bevorzugt, piezoelektrisch betätigtes Ventil) bestimmt, wobei diese Größen im Kennfeld frei wählbar sind. Das Steuerventil 3 ermöglicht im geöffneten Zustand einen freien Durchlass vom Kraftstoffzulauf des Niederdruckbereichs über die Pumpe 2 zum Hochdruckbereich und wieder zurück zum Niederdruckbereich im Zylinderkopf des Motors, wodurch ein Befüllen des Pumpenraums 220 während eines Saughubs des Pumpenkolbens 210 und ein Ausdrücken von Kraftstoff während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 210 ermöglicht wird. Durch bestromen des Magnetventils während eines Förderhubs des Pumpenkolbens 210 wird dieser Bypass geschlossen, was zu einem Druckaufbau im Hochdruckbereich des Einspritzventils 1 führt und nach Überschreiten eines Düsenöffnungsdrucks P₁₇₆ zum Einspritzen von Kraftstoff 192 in den Brennraum des Motors führt. Durch die kompakte Bauweise der Pumpe-Düse-Einheit ergibt sich ein sehr geringes Hochdruckvolumen und eine große hydraulische Streifigkeit.

[0031] Das Steuerventil 3 erhält seine Steuersignale von einer elektronischen Regelung, die bekannte Eingangsinformationen wie z. B. Gaspedalstellung, Motordrehzahl, Nockenwellenposition, Saugrohrtemperatur, Saugrohrdruck und Kühlmitteltemperatur verarbeitet und entsprechende Steuersignale an das Steuerventil 3 abgibt.

[0032] Die Einspritzperiode wird durch Bestromen und Schließen des Steuerventils 3 während des Förderhubs des Pumpenkolbens 210 eingeleitet. Nach Druckaufbau im Hochdruckbereich und Erreichen des Düsenöffnungsdrucks P₁₇₆ beginnt die Voreinspritzung. Das Ende der Voreinspritzung ergibt sich neben einer Fluiddruckbeaufschlagung des Federraums 105 mittels des erfindungsgemäßen Vorsehens eines Druckhalteventils 4 (s. u.) am Federraum 105 z. B. zusätzlich durch das Öffnen eines Ventils (Ausweichkolben), das den Druck im Hochdruckraum 176 schlagartig absenkt und die Einspritznadel 170 schließt. Hub- und Schaftdurchmesser des Ausweichkolbens bestimmen den zeitlichen Abstand zwischen dem Ende der Voreinspritzung und dem Beginn der Haupteinspritzung, d. h. die Spritzpause.

[0033] Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpe-Düse-Einheit mit dem erfindungsgemäßen Einspritzventil 1, wobei hauptsächlich der Niederdruckbereich in Fig. 2 zu sehen ist. Wie zusätzlich in Fig. 2 zu sehen ist, befindet sich ein Kraftstoffeinlass 142, sowie der Zulaufkanal 140 in einem Abschnitt des Einspritzventils 1, in welchem auch der Federraum 105 ausgebildet ist. Oben an diesen Abschnitt schließt sich eine Platte 150 an, welche den Abschnitt oben fluiddicht abschließt. U. a. ist der Zulaufkanal 140 durch diese Platte 150 hindurch geführt und eine Zulaufbohrung 152 eines Druckhalteventils 4 ist in der Platte 150 ausgebildet, wobei das Druckhalteventil 4 weiter unten näher erläutert wird.

[0034] Im Federraum 105 wirkt die Vorspannfeder 110 über einen Nadelkolben 115 und den Schaft 117 im Wesentlichen axial von oben auf die Einspritznadel 170, welche in einem unteren Abschnitt des Einspritzventils 1 über einen kleinen Hub nach oben und nach unten bewegbar ist. Wie zu Fig. 1 schon erläutert, ist die Druckschulter 172 der Einspritznadel 170 im Druckraum 176 angeordnet, der mit dem Druckkanal 145 und der Kraftstoffleitung 240 in Fluidverbindung steht.

[0035] Mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 ist oben im Federraum 105 das Druckhalteventil 4 vorgesehen, welches an einem Widerlager 405 abgestützt ist. Das Widerlager 405 des Druckhalteventils 4 ist in einem oberen Bereich des Federraums 105 befestigt, wobei sich für die Befestigung ein Presssitz gut eignet. Unten an das Widerlager 405 stößt in diesem Ausführungsbeispiel die Vorspannfeder 110 an, wobei das Widerlager 405 ebenso ein Widerlager der Vorspannfeder 110 darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieses Widerlager 405 eine U-förmige Hülse, wobei der Horizontalabschnitt der Hülse 405 weiter unten im Federraum 105 angeordnet ist. Andere Widerlager 405 des Druckhalteventils 4 sind ebenso möglich, wie z. B. eine eingepresste Scheibe oder Ausnehmungen in der Federrauminnenwand, an welchen sich Vorspannfeder 110 und/oder Druckhalteventil 4 abstützen. Das Widerlager 405 lässt auf Grund von Bohrungen oder Schlitzen eine Fluidverbindung zwischen dem Raum über dem Widerlager 405 und dem Raum darunter, dem eigentlichen Federraum 105, zu. Bevorzugt für den Druckausgleich zwischen diesen beiden Räumen ist eine zentrische Bohrung im Horizontalabschnitt der Hülse 405.

[0036] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Druckhalteventils 4 stützt sich eine Ventilfeder 415 am Widerlager 405 ab und spannt ein Ventilglied 410 gegen einen Dichtsitz 430 vor. Das Ventilglied 410 besteht in einer einfachen Ausführungsform nur aus einem wenigstens teilweise sphärischen Körper 420, z. B. einer Kugel oder einer Halbkugel, der direkt auf der Ventilfeder 415 sitzt, die sich am Widerlager 405 abstützt und den Körper 420 gegen den Dichtsitz 430 vorspannt. In einer bevorzugten Ausführungsform sitzt der teilweise sphärische Körper 420, insbesondere die Halbkugel, auf einer Scheibe 440, welche wiederum mit der Ventilfeder 415 verbunden ist. Die Außenabmessungen der Scheibe 440 sind etwas kleiner als die Innenabmessungen des Federraums 105, sodass diese Scheibe 440 im Federraum 105 mit etwas Spiel geführt ist, was dem Dichtkörper 420 des Druckhalteventils 4 eine ausreichende Vertikalführung im Federraum 105 verleiht. Ferner kann die Scheibe 440 an den Vertikalabschnitten der Hülse 405 oben aufsitzen (Fig. 3), was dem Druckhalteventil 4 einen definierten Maximalhub verleiht und das Ventilglied 410 vor einem Flattern bzw. unkontrollierten Bewegungen bewahrt. Damit bei Aufliegen der Scheibe 440 auf den Vertikalabschnitten der Hülse 405 trotzdem ein Druckaustausch zwischen dem Bereich über dem Druckhalteventil 4 und darunter in ausreichender Zeit möglich ist, so kann die Scheibe 440 Bohrungen oder an ihrer Unterseite/Umfangsseite Nuten aufweisen.

[0037] Der Dichtsitz 430 des Druckhalteventils 4 ist bevorzugt in der Platte 150 ausgebildet, wobei der Dichtsitz 430 mit dem Dichtabschnitt 422 des Ventilglieds 410 derart zusammenwirkt, dass in einer Schließstellung des Druckhalteventils 4 über diesen Bereich kein Fluid transportierbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtsitz 430 ein Kegelsitz, von welchem sich nach oben eine Sacklochbohrung in die Platte 150 hinein fortsetzt, wobei von der Sacklochbohrung die Zulaufbohrung 152 zum Zulaufkanal 140 abzweigt. Möglich ist auch, dass die Zulaufbohrung 152 direkt vom Dichtsitz 430 wegführt.

[0038] In der Platte 150 ist ferner eine Bohrung vorgesehen, welche Teil des Zulaufkanals 140 des Einspritzventils 1 ist, sodass sich der Zulaufkanal 140 vom unteren Abschnitt des Einspritzventils 1 kommend, weiter zum Ventilsitz des Steuerventils 3 durch die Platte 150 hindurcherstrecken kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Abschnitt des Zulaufkanals 140, welcher sich in der Platte 150 befindet, mit einer Staudrossel 154 ausgebildet, die den Zulaufkanal 140 verengt. Stromabwärts, d.h. bei einem Ansaugtakt der Pumpe 2 in Strömungsrichtung hinter der Staudrossel 154, zweigt bevorzugt innerhalb der Platte 150 die Zulaufbohrung 152 zum Druckhalteventil 4 ab, wodurch eine Fluidverbindung zwischen Zulaufkanal 140 und Dichtsitz 430 des Druckhalteventils 4 geschaffen ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Zulaufbohrung 152 z. B. direkt von Staudrossel 154 abzweigen.

[0039] Mittels des erfindungsgemäßen Vorsehens des Druckhalteventils 4 im Federraum 105 ist es möglich, einen Druck stromabwärts der Staudrossel 154 des Zulaufkanals 140 dem Federraum 105 aufzuprägen. Das Druckhalteventil 4 ist derart ausgelegt, dass es nur ein Aufprägen des Drucks im Zulaufkanal 140 auf den Federraum 105 zulässt, wobei ein Druck P₁₄₀ im Zulaufkanal 140 (stromabwärts der Staudrossel 154) über dem Druck p₁₀₅ im Federraum 105 liegen muss. Ist der Federraumdruck P₁₀₅ größer als der Druck P₁₄₀ im Zulaufkanal 140 (stromabwärts der Staudrossel 154), so bleibt das Druckhalteventil 4 geschlossen und der Druck p₁₀₅ im Federraum 105 aufrechterhalten. Es findet aufgrund der konstruktiven Auslegung des Druckhalteventils 4 nur ein Druckübertrag vom Zulaufkanal 140 auf dem Federraum 105 statt und dies auch nur, wenn der Druck im Zulaufkanal 140 über dem des Federraums 105 liegt. Dieser jetzt im Federraum 105 herrschende Druck p₁₀₅ wirkt (zusammen mit der Vorspannfeder 110) über den Nadelkolben 115 und den Schaft 117 auf die Einspritznadel 170 in Richtung deren Dichtsitz, was in Fig. 4 dargestellt ist.

[0040] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt sich an die Platte 150 nach oben der Pumpenraum 220 an (Fig. 3), was eine kompakte Pumpe-Düse-Einheit ermöglicht.

[0041] Fig. 4 zeigt einen unteren Abschnitt des Federraums 105, in welchem der Nadelkolben 115 geführt ist. An den Nadelkolben 115 nach unten schließt sich der Schaft 117 an, welcher entweder mit dem Nadelkolben 115 oder mit der Einspritznadel 170 einstückig ausgestaltet sein kann. Ferner kann der Nadelkolben 117 auch als ein eigenes Teil in einer Bohrung oberhalb der Einspritznadel 170 geführt sein. Auf den Nadelkolben 115 wirken zwei Kräfte, eine statische, aufgrund der Vorspannfeder 110, und eine hydraulische, aufgrund des Fluiddrucks P₁₀₅ im Federraum 105. Diese beiden Kräfte werden mittels des Nadelkolbens 115 und des Schafts 117 zur Einspritznadel 170 weitergeleitet, welche diese mit einer Kraft in Richtung ihres Dichtsitzes vorspannen.

[0042] Der Schaft 117 ist in einem oberen Bereich über fast seine gesamte Länge bevorzugt als Dreiflach ausgebildet, sodass eine Fluidverbindung zwischen dem Federraum 105 und einem Ringraum 120 besteht, der in einem oberen Bereich der Einspritznadel 170 vorgesehen ist. Der Schaft 117 wirkt bevorzugt als Dämpfungselement für die Einspritznadel 170, wobei zur Dämpfung einer Bewegung der Einspritznadel 170 eine Steuerkante 118 des Schafts 117 mit einer Steuerkante 119 im Einspritzventil 1 zusammenwirkt, wobei dieser Abschnitt (mit Steuerkante 119) im Einspritzventilkörper z. B. als sog. Dämpfungsplatte ausgebildet sein kann. Die beiden Steuerkanten 118, 119 wirken derart zusammen, dass bei entsprechender Stellung der Einspritznadel 170 der Ringraum 120 vom Federraum 105 abgetrennt wird.

[0043] So kommt mit zunehmenden Hub der Einspritznadel 170 die Steuerkante 118 des Schafts 117 in den Bereich der Steuerkante 119 und verschließt dabei den Ringraum 120 bezüglich des Federraums 105, sodass der im Ringraum 120 eingeschlossene Kraftstoff komprimiert werden muss, was die Hubbewegung der Einspritznadel 170 dämpft. Bevorzugt ist das Profil der Steuerkanten 118 und/oder 119 wie eine stetig differenzierbare Funktion derart ausgebildet, dass sich eine von der Drehzahl des Motors abhängige Dämpfungswirkung ergibt. Bei hoher Drehzahl und entsprechend schneller Hubbewegung der Einspritznadel 170 ergibt sich aufgrund strömungsmechanischer Prozesse eine erhöhte Dämpfungswirkung. Bei niedriger Drehzahl des Motors hingegen ergibt sich eine verringerte Dämpfungswirkung.

[0044] Im Raum unter dem Nadelkolben 115 herrscht ein Druck, der entweder geringer (nach Voreinspritzung und während Haupteinspritzphase) oder gleich (direkt vor der Voreinspritzung) dem Druck P₁₀₅ im Federraum 105 ist. Für eine ordnungsgemäße Funktion des Einspritzventils 1 ist es, zur Sicherstellung der Stabilität von Hub zu Hub der Einspritznadel 170, vorteilhaft, dass der Druck im Raum unterhalb des Nadelkolbens 115 bei jeweils einer ersten Einspritzung (meist Voreinspritzung) derart abgebaut ist, dass er einem Druck p₁₄₀ im Zulaufkanal 140 stromaufwärts der Staudrossel 154, oder einem anderen Niederdruck entspricht. Hierzu ist der Raum unterhalb des Nadelkolbens 115 mittels einer Fluidverbindung 180 zum Zulaufkanal 140 verbunden. Diese Fluidverbindung 180 kann jedoch auch zu anderen Drainage- oder Leckagekanälen geführt sein, wodurch der Druck unterhalb des Nadelkolbens 115 ein anderer ist als im Zulaufkanal 140 stromaufwärts der Staudrossel 154.

[0045] Um einen Druckabbau im Federraum 105 zu ermöglichen, wird das Spiel (Dichtspalt 445) zwischen Nadelkolben 115 und Innenwand der Federraumbohrung 105 derart ausgelegt, dass der Druck p₁₀₅ im Federraum 105 über die Fluidverbindung 180 jeweils vor einer ersten Einspritzung abgebaut ist. D. h. während einer Spritzpause muss der Druck p₁₀₅ im Federraum 105 über den Dichtspalt 445 derart abgebaut sein, dass ein schnelles Öffnen der Einspritznadel 170 nach wie vor möglich ist. Der dadurch eingestellte Druck im Federraum 105 entspricht entweder dem Druck im Zulaufkanal 140 stromaufwärts Staudrossel 154 oder dem Druck einer anderen Dränageleitung.

[0046] Für die Bemessung des Dichtspalts 445 muss ein Kompromiss über den Drehzahlbereich des Motors gefunden werden. Idealerweise ist der Druck unterhalb des Nadelkolbens 115 vor einer ersten Einspritzung über den gesamten Drehzahlbereich hinweg abgebaut. Will man dies auch für hohe Drehzahlen realisieren, so ist ein Druckabfall im niedrigen bis mittleren Drehzahlbereich vor einer Haupeinspritzung zu hoch, was einem sicheren Geschlossenhalten der Einspritznadel 170 in diesem Drehzahlbereich bei einer gewählten Vorspannfeder 110 zuwiderlaufen kann. Es müsste dann eine stärkere Vorspannfeder 110 gewählt werden, die zu einem erhöhten Öffnungsdruck der Einspritznadel 170 führen würde.

[0047] Um ein Kippen des Nadelkolbens 115 zu kompensieren und ein Verkannten des Nadelkolbens 115 zu vermeiden ist der Nadelkolben 115 an seinem Umfang bevorzugt abgerundet ausgestaltet.

[0048] Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines dichtenden Abschnitts des Druckhalteventils 4 in einer Schließ- und einer Offenstellung, wobei der Dichtkörper 420 mit einem geringen Spiel geführt ist. Dieses geringe Spiel wird bevorzugt mittels einer Führungsbohrung 450 realisiert, welche einen ca. 1 bis 6µm, bevorzugt 3 bis 5µm, insbesondere bevorzugt 4±0,5µm, größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Dichtkörpers 420 ist. Bevorzugt ist die Führungsbohrung 450 in der Platte 150 ausgebildet, wobei sie eine Querbewegung des Ventilglieds 410 verhindert.

[0049] Um ein Flattern des Ventilglieds 410 zu vermeiden ist eine Fluidverbindung zwischen dem Federraum 105 und dem Dichtsitz 430 des Druckhalteventils 4 mittels wenigstens einer Drossel 435 ausgeführt.

[0050] Ein vorteilhaftes Flächenverhältnis von Sitz- und Führungsbohrung für den Dichtkörper 420 beträgt ca. 1:1,1 bis 1:3, bevorzugt 1:1,2 bis 1:2,5, insbesondere bevorzugt 1:1,5 bis 1:2,0.

[0051] Die Fig. 6, 7a und 7b sowie die Fig. 8a bis 8d zeigen eine zweite Variante der Erfindung, wobei für gleiche Bestandteile mit obigen Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen verwendet werden.

[0052] Gemäß der Erfindung ist das Druckhalteventil 4 nicht im Federraum 105, sondern außerhalb des Federraums 105 angeordnet, wobei sich das Druckhalteventil 4 bevorzugt benachbart zu einem oberen Bereich des Federraums 105 befindet. Dies ermöglicht wiederum eine einfache Herstellung und ein Vorsehen der maßhaltig zu bearbeitenden Abschnitte des Druckhalteventils 4 in der Platte 150. Eine andere Position des Druckhalteventils 4 im Einspritzventil 1 ist natürlich möglich, wobei entsprechende Leitungsbohrungen zum Ventilkörper 420 hin und vom Ventilkörper 420 weg zum Federraum 105 vorgesehen sein müssen.

[0053] In dieser Ausführungsform dichtet der Ventilkörper 420 des Druckhalteventils 4 eine Zulaufbohrung 153 mittig ab, die vom Zulaufkanal 140 abzweigt und in einen oberen Bereich des Federraums 105 führt, was in den Fig. 7a und 7b zu sehen ist. Bevorzugt erstreckt sich ein stromaufwärtiger Abschnitt der Zulaufbohrung 153 (s. Fig. 7a) senkrecht durch die Platte 150, wobei sich in einem unteren Bereich der Platte 150 der Dichtsitz 430 des Druckhalteventils 4 an den stromaufwärtigen Abschnitt der Zulaufbohrung 153 anschließt. Unterhalb des Dichtsitzes 430 schließt sich ein Ringraum an, von welchem ein schräger Abschnitt (s. Fig. 7b) der Zulaufbohrung 153 in einen oberen Bereich des Federraums 105 mündet. Dieser Abschnitt kann z. B. als Drossel ausgeführt sein.

[0054] Das Druckhalteventil weist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Ventilglied 410 auf, das eine Ventilfeder 415 und an deren freien Ende einen bevorzugt als Halbkugel ausgestalteten Ventilkörper 420 umfasst, wobei die Ventilfeder 415 in einer Bohrung 460 sitzt, die in einem Teil des Einspritzventils vorgesehen ist, in welchem auch der Federraum 105 ausgestaltet ist. Der Ventilkörper 420 liegt in seiner Dichtstellung am bevorzugt als Kegelsitz ausgestalteten Dichtsitz 430 vorgespannt an. In seiner Offenstellung sitzt der Ventilkörper 420 mit seiner unteren Kante bevorzugt an dem Bauteil des Einspritzventils an, in welchem auch der Federraum 105 ausgeführt ist. Ferner ist der Ventilkörper 420 an seinem Außendurchmesser zur Reduzierung einer Flatterneigung bevorzugt in der Platte 150 in einer kurzen maßhaltigen Führungsbohrung 450 senkrecht geführt. Eine Entlastung des Raums unterhalb des Ventilglieds 420 kann über den Dichtspalt zwischen Führungsbohrung 450 und Ventilkörper 420 erfolgen.

[0055] Der Zulaufkanal 140 ist in diesem Ausführungsbeispiel am Druckhalteventil 4 vorbei geführt (s. Fig. 7a). Hierbei kann der in der Fig. 7a in der Platte 150 schräg verlaufende Abschnitt des Zulaufkanals 140 als Drossel 154 ausgestaltet sein.

[0056] Für das Druckhalteventil 4 der zweiten Variante vorteilhafte relative Abmessungen von Führungsbohrung 450 und Ventilkörper 420 sowie ein vorteilhaftes Flächenverhältnis von Sitz- und Führungsbohrung des Ventilkörpers 420 entsprechen den zu Fig. 5 gemachten Angaben.

[0057] Die Fig. 8a bis 8d zeigen eine Entlüftung eines Druckhalteventilfederraums 460, nachfolgend Ventilfederraum 460 genannt, wobei die Fig. 8a und 8b eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckhalteventils 8d zeigen.

[0058] Zwischen dem Ventilfederraum 460 und bevorzugt dem Federraum 105 besteht eine Fluidverbindung 462, die als Entlüftungsbohrung 462 ausgestaltet ist und den Ventilfederraum 460 entlüftet. Die Entlüftungsbohrung 462 zweigt in einem oberen Bereich vom Federraum 105, bevorzugt oberhalb der Hülse 405, ab und erstreckt sich schräg nach unten zum Ventilfederraum 460 und mündet in diesem. Der schräge Verlauf ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung der Entlüftungsbohrung 462 im Einspritzventilkörper, wobei die Entlüftungsbohrung 462 bevorzugt definierte hydraulische Eigenschaften aufweist und bevorzugt als Drossel 464 ausgebildet ist.

[0059] Die Entlüftungsbohrung 462 kann natürlich auch an einer anderen Stelle im Einspritzventil 1 zwischen Ventilfederraum 460 und Federraum 105 vorgesehen sein. Ferner ist es zu Zwecken der Entlüftung möglich den Ventilfederraum 462 nicht mit dem Federraum 105 fluidleitend zu verbinden sondern mit einem anderen Raum der zumindest teilweise ein niedrigeres Druckniveau aufweist als der Ventilfederraum 460.

[0060] Die Zulaufbohrung 153 kann als einfache Bohrung, oder als Drossel 435 ausgestaltet sein, wobei der Druck in der Zulaufbohrung 153 etwas verzögert dem Federraum 105 aufgeprägt wird. Bevorzugt ist der effektive Durchmesser der Entlüftungsbohrung 462 bei gleichen Drücken kleiner bzw. maximal so groß wie der effektive Durchmesser der Zulaufbohrung 153 bzw. der Drossel 435, damit dem Federraum 105 ein genügend hoher Druck aufgeprägt werden kann und das Druckhalteventil 4 nicht zu schnell schließt bzw. überhaupt öffnen kann.

[0061] Eine besondere Ausgestaltung der Entlüftungsbohrung 462 im Bereich des Ventilfederraums 460 zeigt Fig. 8c. Eine solche Aufweitung im Bereich der Mündung der Entlüftungsbohrung 462 ermöglicht einen homogeneren Druckabbau und reduziert die Flatterneigung des Druckhalteventils 4.

[0062] Bei diesen Ausführungsformen (Fig. 8a bis 8d) beträgt ein bevorzugter Radius des als Halbkugel ausgestalteten Ventilkörpers 420 ca. 1-6mm, wobei insbesondere bevorzugt Radien von 2,5mm oder 4mm realisiert werden. Der Hub des Ventilglieds beträgt ca. 100-250µm, wobei insbesondere bevorzugt 150µm realisiert werden.

Bezugszeichenliste

[0063] 

1

Einspritzventil

105

Federraum

110

Vorspannfeder

115

Nadelkolben

117

Schaft (bevorzugt als Dämpfungselement ausgebildet)

118

Steuerkante

119

Steuerkante

120

Ringraum

140

Zulaufkanal

142

Einlass

145

Druckkanal

150

Platte

152

Zulaufbohrung

153

Zulaufbohrung (2. Variante)

154

Staudrossel

170

Einspritznadel

172

Druckschulter

174

Nadelraum

176

Druckraum

180

Fluidverbindung

190

Motorraum

192

Kraftstoff

2

Pumpe, Kraftstoffpumpe

210

Pumpenkolben

220

Pumpenraum

230

Pumpenzylinder

240

Kraftstoffleitung

245

Kolbenfeder

3

Steuerventil

4

Druckhalteventil

405

Widerlager, Hülse

410

Ventilglied

415

Ventilfeder

420

sphärischer Körper, Ventilkörper, Kugel, Halbkugel

422

Dichtabschnitt (des Ventilglieds 410)

430

Dichtsitz

435

Drossel

440

Scheibe

445

Dichtspalt (Spiel des Nadelkolbens 115 im Federraum 105)

450

Führungsbohrung

460

(Druckhalte-)Ventilfederraum, Bohrung

462

Fluidverbindung, Entlüftungsbohrung

464

Drossel, Entlüftungsdrossel

p₁₀₅

Federraumdruck 105

p₁₄₀

Zulaufkanaldruck 140 stromabwärts der Staudrossel 154

p₁₇₆

Druckraumdruck 176

p₂₂₀

Pumpenraumdruck 220

Ansprüche

1. Einspritzventil zum Einspritzen eines Fluids, insbesondere zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eines Kraftfahrzeugmotors, mit einem
Druckhalteventil (4) zur Fluiddruckbeaufschlagung eines Federraums (105), wobei
das Druckhalteventil (4) zwischen einem Zulaufkanal (140) des Fluids zu einem Steuerventil (3) des Einspritzventils (1) und dem Federraum (105) angeordnet ist, und über das Druckhalteventil (4) eine Fluidverbindung in einer Richtung vom Zulaufkanal (140) zum Federraum (105) hergestellt und dadurch dem Federraum (105) ein Druck (p₁₀₅) im Zulaufkanal (140) aufprägt wird, und
der durch das Druckhalteventil (4) aufrechterhaltene Druck (p₁₀₅) gemeinsam mit einer im Federraum (105) angeordneten Vorspannfeder (110) auf eine Einspritznadel (170) des Einspritzventils (1) einwirkt.

2. Einspritzventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Pumpenkolbens (210) einer das Einspritzventil (1) mit Fluid versorgenden Pumpe (2) auf 6,0 bis 6,5mm, insbesondere auf 6,25mm verringert ist.

3. Einspritzventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (4) im Federraum (105) angeordnet ist und ein Widerlager (405) des Druckhalteventils (4) im Federraum (105) festgelegt ist, wobei ein Ventilglied (410) des Druckhalteventils (4) eine vom Zulaufkanal (140) abzweigende Zulaufbohrung (152) des Druckhalteventils (4) vorgespannt abdichtet.

4. Einspritzventil gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (4) außerhalb des Federraums (105) angeordnet ist, wobei ein Widerlager des Druckhalteventils (4) bevorzugt in einem Bauteil des Einspritzventils vorgesehen ist, in welchem auch der Federraum (105) ausgebildet ist, und ein Ventilglied (410) des Druckhalteventils (4) eine Zulaufbohrung (153) vorgespannt abdichtet, die den Zulaufkanal (140) mit dem Federraum (105) verbindet.

5. Einspritzventil gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (405) eine im Federraum (105) befestigte Hülse (405) ist, wobei sich an einer Seite der Hülse (405) eine Ventilfeder (415) des Druckhalteventils (4) und auf deren gegenüberliegenden Seite die Vorspannfeder (110) abstützt, wobei die Hülse (405) eine Fluidverbindung zwischen beiden Seiten zulässt.

6. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (410) des Druckhalteventils (4) als Dichtabschnitt (422) einen wenigstens teilweise sphärischen Körper (420), insbesondere eine Halbkugel aufweist, der an einem zu diesem wenigstens teilweise formschlüssigen Dichtsitz (430), insbesondere einem Kegelsitz, in einem Schließzustand des Druckhalteventils (4) dichtend ansitzt.

7. Einspritzventil gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (420) zur Verringerung von Querbewegungen an seinem Außendurchmesser mit engem Spiel geführt ist, wobei das Spiel bevorzugt 3 bis 5µm, insbesondere 4µm beträgt.

8. Einspritzventil gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Dichtsitz (430) des Druckhalteventils (4) und dem Federraum (105) des Einspritzventils (1) über wenigstens eine Drossel (435) hergestellt ist.

9. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenverhältnis von Sitz- zu Führungsbohrung 1:1,2 bis 1:2,5, insbesondere 1:1,85 beträgt.

10. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (4) in einem oberen Bereich im oder am Federraum (105) vorgesehen ist.

11. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlüftung eines Druckhalteventilfederraums (460) eine Fluidverbindung (462) zwischen Druckhalteventilfederraum (460) und dem Federraum (105) besteht oder die Fluidverbindung (462) zwischen dem Druckhalteventilfederraum (460) und einem Raum mit wenigstens zeitweise niedrigerem Druck als im Druckhalteventilfederraum (460) besteht.

12. Einspritzventil gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Durchmesser der Fluidverbindung (462) kleiner als der effektive Durchmesser der Zulaufbohrung (153) ist, wobei in der Fluidverbindung (462) bevorzugt eine Drossel (464) vorgesehen ist.

13. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels des Druckhalteventils (4) im Federraum (105) aufrechterhaltene Druck (p₁₀₅) und die im Federraum (105) angeordnete Vorspannfeder (110) auf einen im Federraum (105) hin- und herbewegbaren Nadelkolben (115) wirken, der seinerseits im Wesentlichen axial auf die Einspritznadel (170) des Einspritzventils (1) einwirkt.

14. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Zulaufkanal (140) eine Staudrossel (154) vorgesehen ist und die Zulaufbohrung (152, 153) des Druckhalteventils (4) stromabwärts nach der Staudrossel (154) vom Zulaufkanal (140) abzweigt.

15. Einspritzventil gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Staudrossel (154), die Zulaufbohrung (152, 153) und ggf. weitere Bohrungen und Drosseln, wie eine Pumpenraumdrossel zwischen Druckkanal (145) und einem Pumpenraum (220) der Pumpe (2), in einer Platte (150) vorgesehen sind, die den Federraum (105) oben abdichtet.

16. Einspritzventil gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (150) eine Begrenzungsseite eines Pumpenraums (220) der Pumpe (2), insbesondere der Boden des Pumpenraums (220) ist.

17. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Federraums (105), der der Vorspannfeder (110) abgewandt ist, eine Fluidverbindung (180) mit dem Zulaufkanal (140) besteht.

18. Einspritzventil gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung (180) mit dem Zulaufkanal (140) zwischen der Einspritznadel (170) und dem Nadelkolben (115), bevorzugt unten vom Federraum (105), abzweigt.

19. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel des Nadelkolbens (115) an der Innenwand des Federraums (105) derart bemessen ist, dass der Fluiddruck im Federraum (105) bei jeweils einer ersten Einspritzung eines Einspritzzyklus im Wesentlichen abgebaut ist und einem Niederdruck im Zulaufkanal (140) entspricht.

20. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkolben (115) über einen umlaufenden Dichtspalt (160) von der Innenwand des Federraumes (105) beabstandet ist und/oder dass die Fluidverbindung (180) als Drossel ausgebildet ist.

21. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenwand des Nadelkolbens (115), die der Innenwand des Federraumes (105) zugewandt ist, als Fläche höherer Ordnung, insbesondere als Teilkugelfläche ausgebildet ist.

22. Einspritzventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritznadel (170) am federraumseitigen Ende einen, bevorzugt einstückig mit der Einspritznadel (170) ausgebildeten, Schaft (117) aufweist, an dem eine Steuerkante (118) ausgebildet ist, die mit einer zweiten im Einspritzventil (1) vorgesehenen Steuerkante (119), derart zusammenwirkt, dass die Steuerkanten (118, 119) einen Fluiddurchfluss entlang des Schafts (117) in Abhängigkeit vom Hub der Einspritznadel (170) steuern.

23. Einspritzventil gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass am einspritznadelseitigen Ende des Schafts (117) ein um den Schaft (117) herum ausgebildeter Ringraum (120) vorgesehen ist, der je nach Stellung der Steuerkanten (118, 119) mit dem Federraum (105) in Fluidverbindung treten kann.

24. Einspritzventil gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelkolben (115) über den Schaft (117) auf die Einspritznadel (170) wirkt.

Zeichnung