DE10115396A1

DE10115396A1 - Fuel injection device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE10115396A1
Application number: DE2001115396
Authority: DE
Inventors: Achim Brenk; Wolfgang Klenk; Roland Bleher; Uwe Gordon; Manfred Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-10
Also published as: EP1373717A1; WO2002079638A1; BR0204505A; JP2004518897A

Abstract

The invention relates to a fuel injection device (1) for internal combustion engines, comprising an injection valve (6), for each cylinder of the internal combustion engine, provided in a fuel supply line (5) and a hydraulic stroke stop (9), limiting the opening stroke of the valve member (11) of the injection valve (6), embodied as a hydraulic damping chamber (21). Said device further comprises a hydraulically operated stroke control valve (24), which closes the connection of the damping chamber (21) to the oil drain side (3), depending upon the pressure in the control line (25) thereof, whereby the control lines (25) of the individual stroke control valves (24) may be connected either to a low pressure reservoir (26) or an oil drain side (3), by means of a control valve unit.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrich tung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Eine sol che aus der DE 197 39 905 A1 bekannte Kraftstoffeinspritz vorrichtung umfaßt ein Einspritzventil mit einem nach außen aus einer Bohrung des Ventilkörpers austauchenden Ven tilglied. An dem Ventilglied sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilglieds nach einander aufsteuerbar sind. Das Einspritzventil weist ei nen den Öffnungshub des Ventilglieds begrenzenden zweistu figen hydraulischen Hubanschlag auf, der als hydraulischer Dämpfungsraum mit zusteuerbarer Entlastung ausgebildet ist. Bei der Öffnungshubbewegung wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum durch zwei Anschliffe am Ventilglied und über jeweils den Anschliffen zugeordnete Entlastungslei tungen in einen Niederdruckraum gepreßt. Die Dichtkante des ersten Anschliffs ist dabei brennraumnäher als die des zweiten Anschliffs ausgebildet, so daß die Dichtkante des ersten Anschliffs in die Bohrung eintaucht, sobald eine Einspritzöftnungsreihe aus der Bohrung des Ventilglieds ausgetaucht ist. In der weiteren Huböffnungsphase wird der Kraftstoff im Dämpfungsraum ausschließlich über den zwei ten Anschliff und dessen Entlastungsleitung geleitet. In der Entlastungsleitung des zweiten Anschliffs ist ein hy draulisch gesteuertes Entlastungsventil angeordnet, das erst dann öffnet, wenn der im Dämpfungsraum herrschende Druck die Schließkraft der auf das Ventilglied des Entla stungsventils wirkenden Schließfeder überschreitet. Die Schließfeder ist an der einen Stirnfläche eines axial ver schiebbaren Kolbens abgestützt, dessen andere abgewandte Stirnseite einen hydraulischen Arbeitsraum begrenzt. Indem der Arbeitsraum über eine Steuerleitung mit einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydraulik system beaufschlagt wird, läßt sich der Kolben und damit die Schließkraft der Schließfeder in Abhängigkeit vom Be triebskennfeld der Brennkraftmaschine verstellen. Über den Steuerdruck läßt sich somit steuern, wie weit das Ventil glied bei der Öffnungshubbewegung aus der Bohrung aus taucht und ob nur eine oder beide Einspritzöffnungsreihen freigegeben werden.The invention is based on a fuel injection device tion according to the genus of claim 1. A sol che known from DE 197 39 905 A1 fuel injection device includes an injector with an outward Ven emerging from a bore in the valve body tilglied. At the valve member are two axially one above the other lying rows of spray holes provided at outward opening stroke of the valve member are taxable to each other. The injector has egg NEN two-stage limiting the opening stroke of the valve member hydraulic lift stop, which acts as a hydraulic Damping room designed with controllable relief is. During the opening stroke movement, the fuel in the Damping space through two cuts on the valve element and via the discharge line assigned to the grindings pressed into a low pressure room. The sealing edge the first bevel is closer to the combustion chamber than that of the second bevel so that the sealing edge of the dips into the hole as soon as one Injection orifice row from the bore of the valve member has emerged. In the further stroke opening phase the Fuel in the damping chamber only over the two ten grind and its relief line. In the relief line of the second bevel is a hy arranged drastically controlled relief valve that only opens when the one in the damping room Pressure the closing force on the valve member of the discharge control valve acting closing spring exceeds. The Closing spring is on one end face of an axially ver slidable piston supported, the other facing away Front of a hydraulic working space limited. By doing the work area via a control line with an under Pressurized hydraulic fluid from a hydraulic system system is applied, the piston and thus the closing force of the closing spring depending on the loading Adjust the drive map of the internal combustion engine. On the Control pressure can thus control how far the valve left the bore during the opening stroke movement dives and whether only one or both rows of injection openings be released.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die hydraulische Betätigung der Hubsteuerventile mit Nieder druck und mit Hilfe eines einzigen weiteren Steuerventils erfolgt, das über einen Aktor schaltbar ist und den Druck in der Steuerleitung zum Hubsteuerventil beeinflussen kann. Die Verwendung von Niederdruck als Steuergröße hat große Vorteile und reduziert die Absteuerverluste des Ge samtsystems bzw. führt zu einer Verbesserung des System wirkungsgrads. Wird der Niederdruck aus der Absteuermenge der die Kraftstoffzumessung der Einspritzventile steuern den Zumeßventile entnommen, so ergibt sich eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads.The fuel injection device according to the invention for Internal combustion engines with the characteristic features of the Claim 1 has the advantage that the hydraulic actuation of the stroke control valves with low pressure and with the help of a single additional control valve takes place, which is switchable via an actuator and the pressure in the control line to the stroke control valve can. The use of low pressure as a control variable has great advantages and reduces the tax losses of the Ge overall system or leads to an improvement of the system effective grads. The low pressure is from the tax amount which control the fuel metering of the injection valves taken from the metering valves, there is another Improve overall efficiency.

Der gesamte Steuermengenbedarf kann aus der Absteuerung (Druckentlastung) der Einspritzventile gedeckt werden. Dies ist aus energetischer Sicht wesentlich günstiger als die Verwendung eines Vorförderdruckniveaus zur Betätigung der Hubsteuerventile. Auf eine separate druckgeregelte Vorförderpumpe kann verzichtet werden.The total tax amount can be from taxation (Pressure relief) of the injection valves are covered. From an energy perspective, this is much cheaper than the use of a pre-delivery pressure level for actuation the stroke control valves. On a separate pressure controlled Pre-feed pump can be dispensed with.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge genstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous refinements of the Ge The invention is the description, the drawing and removable from the claims.

drawing

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraft stoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the force according to the invention fuel injection device for internal combustion engines are in of the drawing and are shown in the following Description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff einspritzvorrichtung in einer schematischen Ge samtdarstellung; und Figure 1 shows a first embodiment of a fuel injection device in a schematic Ge overall view. and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff einspritzvorrichtung analog zur Darstellung in Fig. 1. FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a fuel injection device analogous to the illustration in FIG. 1.

Description of the embodiments

Das in Fig. 1 insgesamt mit 1 bezeichnete erste Ausfüh rungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen weist eine Kraftstoffhochdruckpumpe 2 auf, die saugseitig mit einem Kraftstofftank 3 und druck seitig mit einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 4 verbun den ist. Von diesem Hochdruckspeicher 4 wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über Zufuhrleitungen 5 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brenn kraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile (Injektoren) 6 abgeführt, von denen in Fig. 1 nur eines gezeigt ist. Zur Steuerung des Einspritzvorganges ist jedem Einspritzventil 6 jeweils ein elektrisch betätigbares Zumeßventil 7 in Form z. B. eines 3/2-Wege-Ventils zugeord net. Der Druck im Hochdruckspeicher 4 wird mittels eines 2/2-Wege-Magnetventils 8 gesteuert, über das der Hoch druckspeicher 4 mit dem Kraftstofftank 3, d. h. mit der Leckölseite verbindbar ist.1 in Fig. 1 designated first overall example of a fuel injection device for internal combustion engines has a high-pressure fuel pump 2 , the suction side with a fuel tank 3 and the pressure side with a high-pressure accumulator (common rail) 4 is the. From this high-pressure accumulator 4 , the high-pressure fuel is discharged via supply lines 5 to the individual pressure-controlled injection valves (injectors) 6 projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, only one of which is shown in FIG. 1. To control the injection process, each injection valve 6 is an electrically operated metering valve 7 in the form of z. B. a 3/2-way valve zugeord net. The pressure in the high-pressure accumulator 4 is controlled by means of a 2/2-way solenoid valve 8, via which the high-pressure accumulator 4 to the fuel tank 3, that is, with the leakage oil side is connectable.

Das als A-Düse ausgebildete Einspritzventil 6 umfaßt ein gegen die Wirkung einer Schließfeder 9 nach außen aus ei ner Führungsbohrung 10 des Ventilgehäuses austauchendes kolbenförmiges Ventilglied 11. Am Ventilglied 11 sind zwei axial übereinander liegende Reihen von Spritzlöchern 12, 13 vorgesehen, die beim nach außen gerichteten Öffnungshub des Ventilglieds 11 nacheinander aufsteuerbar sind. Über Längskanäle 14 im Ventilglied 11 sind die Spritzlöcher 12, 13 mit einem ringförmigen Druckraum 15 verbunden, in den die Zufuhrleitung 5 im Einspritzventil 6 mündet. Im Be reich des Druckraums 15 hat das Ventilglied 11 eine Druck schulter 16, an welcher der über die Zufuhrleitung 5 zuge führte Kraftstoff im Öffnungssinn (d. h. nach außen) am Ventilglied 11 angreift. Das Ventilglied 11 ist am einen Ende eines Schafts 17 vorgesehen, der an seinem anderen Ende einen Federteller 18 trägt, an welchem die anderen ends am Ventilgehäuse abgestützte Schließfeder 9 angreift. Der vom Ventilglied 11 beim Öffnen durchgeführte Hub wird durch einen hydraulischen Hubanschlag 19 gesteuert. Der dazu am Schaft 17 vorgesehene Kolben 20 begrenzt mit sei ner einen Stirnseite einen Dämpfungsraum 21 mit zwei axial zueinander versetzten Entlastungskanälen 22, 23, die beim Öffnungshub des Ventilglieds 11 nacheinander verschlossen werden. Über den ersten Entlastungskanal 22 ist der Dämp fungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3, d. h. mit der Leckölseite, und über den zweiten Entlastungskanal 23 mit ei nem hydraulisch steuerbaren, federbelasteten Hubsteuerven til 24 (3/2-Wege-Ventil) verbunden, welches in Abhängig keit des in seiner Steuerleitung 25 herrschenden Drucks den Dämpfungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3, d. h. mit der Leckölseite, oder mit einem Druckspeicher 26 verbin det. Die Steuerleitungen 25 der Hubsteuerventile 24 sind über ein 3/2-Wege-Steuerventil 27 entweder mit dem Druck speicher 26 oder mit dem Kraftstofftank 3, d. h. mit der Leckölseite verbindbar. Das Steuerventil 27 kann über ei nen Aktor betätigt werden, um die Hubsteuerventile 24 al ler Einspritzventile 6 gleichzeitig umzuschalten. Über das Zumeßventil 7 und ein dazwischen vorgesehenes federbela stetes Gleichdruck- bzw. Druckregelventil 28 (z. B. auf 60 bar eingestellt) läßt sich der Druckspeicher 26 mit Kraftstoff aus dem Druckraum 15 füllen, wobei der Druck speicher 26 über ein weiteres federbelastetes Gleichdruck- bzw. Druckregelventil 29 (auf z. B. 10 bar eingestellt) mit dem Kraftstofftank 3, d. h. mit der Leckölseite verbunden ist. Mit Hilfe des Druckregelventils 28 wird im Lecköl rücklauf des Zumeßventils 7 ein Standdruck von 60 bar und anschließend durch das Druckregelventil 29 im Druckspei cher 26 ein zweites tieferes Druckniveau von 10 bar er zeugt, welches für die Niederdrucksteuerung der Hubsteuer ventile 24 herangezogen wird. Der gesamte Steuermengenbe darf kann aus der Absteuerung (Druckentlastung) der Ein spritzventile 6 gedeckt werden.The injection valve 6, which is designed as an A nozzle, comprises a piston-shaped valve member 11, which protrudes outward from the action of a closing spring 9 out of a guide bore 10 in the valve housing. Provided on the valve member 11 are two axially superimposed rows of spray holes 12 , 13 , which can be opened one after the other when the valve member 11 opens outward. The spray holes 12 , 13 are connected via longitudinal channels 14 in the valve member 11 to an annular pressure chamber 15 , into which the supply line 5 opens into the injection valve 6 . In the area of the pressure chamber 15 , the valve member 11 has a pressure shoulder 16 on which the fuel supplied via the supply line 5 acts in the opening direction (ie outwards) on the valve member 11 . The valve member 11 is provided at one end of a shaft 17 which carries at its other end a spring plate 18 , on which the other end spring 9 supported on the valve housing acts. The stroke performed by the valve member 11 when opening is controlled by a hydraulic stroke stop 19 . The piston 20 provided for this purpose on the shaft 17 limits its end face with a damping chamber 21 with two axially offset relief channels 22 , 23 , which are closed in succession during the opening stroke of the valve member 11 . Via the first relief channel 22 , the damping chamber 21 is connected to the fuel tank 3 , ie with the leakage oil side, and via the second relief channel 23 to a hydraulically controllable, spring-loaded stroke control valve 24 (3/2-way valve), which depends on speed of the pressure prevailing in its control line 25 , the damping chamber 21 with the fuel tank 3 , ie with the leak oil side, or with a pressure accumulator 26 connin det. The control lines 25 of the stroke control valves 24 can be connected via a 3/2-way control valve 27 either to the pressure accumulator 26 or to the fuel tank 3 , ie to the leakage oil side. The control valve 27 can be operated via egg NEN actuator to switch the stroke control valves 24 al ler injectors 6 simultaneously. The pressure accumulator 26 can be filled with fuel from the pressure chamber 15 via the metering valve 7 and a spring-loaded constant pressure or pressure regulating valve 28 provided therebetween (e.g. set to 60 bar), the pressure accumulator 26 via a further spring-loaded constant pressure or pressure control valve 29 (set to, for example, 10 bar) is connected to the fuel tank 3 , ie to the leakage oil side. With the help of the pressure control valve 28 is a leakage pressure of 60 bar in the leakage oil return of the metering valve 7 and then through the pressure control valve 29 in the Druckspei cher 26 a second lower pressure level of 10 bar he testifies, which is used for the low pressure control of the stroke control valves 24 . The entire Steuer quantitativebe may be covered by the control (pressure relief) of an injection valve 6 .

Die Kraftstoffeinspritzung, d. h. der Öffnungshub des Ven tilglieds 11, wird durch Bestromen des Zumeßventils 7 ein geleitet. The fuel injection, ie the opening stroke of the valve member 11 , is conducted by energizing the metering valve 7 .

Bei unbestromtem 3/2-Wege-Steuerventil 27 herrscht in der Steuerleitung 25 der Steuerdruck des Druckspeichers 26, so daß das Hubsteuerventil 24 mit Hilfe dieses Steuerdruckes entgegen der Federkraft geschaltet wird und, wie in Fig. 1 gezeigt, den Dämpfungsraum 21 mit dem Kraftstofftank 3 verbindet. Dann strömt beim Öffnen des Ventilglieds 11 der durch den Kolben 20 aus dem Dämpfungsraum 21 verdrängte Kraftstoff über den zweiten Entlastungskanal 23 ab, so daß eine Hubbegrenzung nicht stattfindet. Erst wenn der Kolben 20 bei seiner Hubbewegung den zweiten Entlastungskanal 23 mit seiner Steuerkante 30 verschließt, wird der im Dämp fungsraum 21 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 20 komprimiert und dadurch der Öffnungshub des Ventilglieds 11 hydraulisch begrenzt. Bei diesem Maximalhub des Ventil glieds 11 von 100% sind beide Spritzlochreihen 12, 13 freigegeben.When the 3/2-way control valve 27 is de-energized, the control pressure of the pressure accumulator 26 prevails in the control line 25 , so that the stroke control valve 24 is switched against the spring force with the aid of this control pressure and, as shown in FIG. 1, the damping chamber 21 with the fuel tank 3 connects. Then, when the valve member 11 opens, the fuel displaced by the piston 20 from the damping chamber 21 flows out via the second relief channel 23 , so that a stroke limitation does not take place. Only when the piston 20 closes the second relief channel 23 with its control edge 30 during its stroke movement is the fuel located in the damping space 21 compressed by the piston 20, thereby hydraulically limiting the opening stroke of the valve member 11 . At this maximum stroke of the valve member 11 of 100%, both rows of spray holes 12 , 13 are released.

Hingegen ist bei geöffnetem, d. h. bestromtem 3/2-Wege- Steuerventil 27 die Steuerleitung 25 mit dem Kraftstoff tank 3 verbunden und damit entlastet, so daß das Hubsteu erventil 24 nunmehr den Dämpfungsraum 21 mit dem Druck speicher 26 verbindet. Der Druckspeicher 26 hat ein sehr geringes Volumen, um einen präzisen Hubanschlag zu gewähr leisten, ist aber so groß, daß es nicht zu Schwingungen des Ventilglieds 11 kommt. Wenn beim Öffnen des Ventil glieds 11 der Kolben 20 mit seiner Steuerkante 30 den er sten Entlastungskanal 22 verschließt, wird der im Dämp fungsraum 21 befindliche Kraftstoff durch den Kolben 20 komprimiert. Dadurch wird der Öffnungshub des Ventilglieds 11 hydraulisch auf einen Teilhub von z. B. 50% begrenzt, bei dem nur die unteren Spritzlöcher 12 für eine Einsprit zung freigegeben werden. In contrast, when the 3/2-way control valve 27 is open, ie energized, the control line 25 is connected to the fuel tank 3 and is thus relieved, so that the lift control valve 24 now connects the damping chamber 21 to the pressure accumulator 26 . The pressure accumulator 26 has a very small volume in order to ensure a precise stroke stop, but is so large that there is no vibration of the valve member 11 . When opening the valve member 11 of the piston 20 with its control edge 30 closes the most relief channel 22 , the fuel in the damping chamber 21 is compressed by the piston 20 . Characterized the opening stroke of the valve member 11 is hydraulically to a partial stroke of z. B. limited to 50%, in which only the lower spray holes 12 are released for an injection.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung 31 ist die Steuerleitung 25 der Hubsteuerventile 24 über ein 2/2-Wege-Steuerventil 32 mit dem Kraftstofftank 3 ver bindbar und über eine Drossel 33 mit dem Druckspeicher 26 verbunden.In the fuel injector 31 shown in Fig. 2, the control line 25 of the stroke control valves 24 via a 2/2-way control valve 32 with the fuel tank 3 ver bindable and connected via a throttle 33 to the pressure accumulator 26 .

Bei geschlossenem, d. h. unbestromtem 2/2-Wege-Steuerventil 32 herrscht in der Steuerleitung 25 der Steuerdruck des Druckspeichers 26, so daß das Hubsteuerventil 24 entgegen der Federkraft geschaltet wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hingegen wird bei geöffnetem, d. h. bestromtem 2/2-Wege- Steuerventil 32 permanent Kraftstoff aus dem Druckspeicher 26 über die Drossel 33 in den Kraftstofftank 3 gefördert, so daß die Steuerleitung 25 entlastet ist und das Hubsteu erventil 24 durch die Federkraft in seine andere Stellung geschaltet wird.When the 2/2-way control valve 32 is closed, ie deenergized, the control pressure of the pressure accumulator 26 prevails in the control line 25 , so that the stroke control valve 24 is switched against the spring force, as shown in FIG. 2. On the other hand, when the 2/2-way control valve 32 is open, ie energized, fuel is permanently conveyed from the pressure accumulator 26 via the throttle 33 into the fuel tank 3 , so that the control line 25 is relieved and the Hubsteu erventil 24 by the spring force in its other position is switched.

Claims

1. Fuel injection device ( 1 ; 31 ) for internal combustion engines, each with an in a supply line ( 5 ) of the fuel provided injection valve ( 6 ) for each cylinder of the internal combustion engine and with an opening stroke of the valve member ( 11 ) of an injection valve ( 6 ) limiting hydraulic stroke stroke ( 19 ), which is designed as a hydraulic damping chamber ( 21 ) and has a hydraulically controllable stroke control valve ( 24 ) which, depending on the pressure prevailing in its control line ( 25 ), connects the damping chamber ( 21 ) to the leak oil side ( 3 ) blocks, characterized in that the control lines ( 25 ) of the individual stroke control valves ( 24 ) can be connected via a control valve unit either to a low-pressure accumulator ( 26 ) or to the leak oil side ( 3 ).

2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the control valve unit is formed by a 3/2-way control valve ( 27 ) that the control lines ( 25 ) of the individual stroke control valves ( 24 ) either with the low pressure accumulator ( 26 ) or the leak oil side ( 3 ) connects.

3. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the control valve unit by a 2/2-way control valve ( 32 ) by means of which the control lines ( 25 ) of the individual stroke control valves ( 24 ) with the leakage oil side ( 3 ) can be connected, and is formed by a throttle ( 33 ) by means of which the control lines ( 25 ) of the individual stroke control valves ( 24 ) are connected to the low-pressure accumulator ( 26 ).

4. Fuel injection device according to one of the preceding claims, characterized in that the low-pressure accumulator ( 26 ) with the pressure chamber ( 15 ) of the individual injection valves ( 6 ) is each connected via a valve unit Ven.

5. Fuel injection device according to claim 4, as by in that the valve unit through which the fuel metering of an injection valve (6), the metering valve controlling (7) is formed, that the pressure chamber (15) of the injection valve (6) with either the fuel to be injected and or the never derdruckspeicher ( 26 ) connects.

6. Fuel injection device according to claim 4 or 5, characterized in that the Niederdruckspei cher ( 26 ) via a first pressure control valve ( 28 ) is connected to the valve unit.

7. Fuel injection device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the pressure accumulator ( 26 ) is connected via a second pressure control valve ( 29 ) to the leakage oil side ( 3 ).

8. Fuel injection device according to one of the preceding Claims, characterized in that the Control valve unit is electrically actuated.

9. Fuel injection device according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulically controlled stroke control valves ( 24 ) of the individual injection valves ( 6 ) are each formed by a 3/2-way valve which the damping chamber ( 21 ) of the respective injection valve ( 6 ) either with the leak oil side ( 3 ) or with a pressure vessel, in particular with the low-pressure accumulator ( 26 ).