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Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen, das eine Voreinspritzung und eine anschliessende Haupteinspritzung ermöglicht, mit einem Pumpenkolben, der mit einem Arbeitskolben grösseren Durchmessers in Verbindung steht, wobei eine Strömungsverbindung zwi- schen dem Zylinderraum des Pumpenkolbens und einem Druckraum der Einspritzdüse vorgese- hen und der Zylinderraum des Pumpenkolbens über eine Leitung mit einem Mitteldrucksystem verbindbar ist, und mit einem Steuerventil, das in einer Schaltstellung den Zylinderraum des Arbeitskolbens mit einem Mitteldruckanschluss und in einer anderen Schaltstellung den Zylinderraum mit einem Leckölsystem verbindet, sowie mit einem Federraum, in welchem eine auf eine Düsennadel in Schliessrichtung einwirkende Feder angeordnet ist.
Es sind Einspritzsysteme bekannt, bei denen der Einspritzdruck durch eine hydraulische Übersetzung erzeugt wird. Der Pumpenkolben hat dabei einen kleineren Durchmesser als ein mit ihm in Verbindung stehender Arbeitskolben, welcher mit Kraftstoff beaufschlagt wird, der über eine externe Hochdruckpumpe und einen Druckspeicher bereitgestellt wird Der Spritzbeginn wird durch ein Steuerventil festgelegt, das den Zylinderraum des Arbeitskolbens aufsteuert. Da solche Ein- spritzsysteme nicht von einem Nocken betätigt werden, sind dem Konstrukteur bei der Ausbildung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine wesentlich mehr Freiheiten gegeben.
Es ist mit solchen Systemen auch möglich, in gewissem Umfang eine Voreinspritzung durch- zuführen. Dabei wird zunächst das Steuerventil für eine kurze Zeitspanne geöffnet, sodass eine geringe Menge Kraftstoff unter einem relativ geringen Druck eingespritzt wird. Die Voreinspritzung wird durch das Schliessen des Steuerventils beendet Das neuerliche Öffnen des Steuerventils bewirkt die Haupteinspritzung
Die GB 1 500 291 A zeigt eine Einspritzdüse, bei der Kraftstoff aus einem Mitteldrucksystem mit einer hydraulischen Übersetzung auf Einspritzdruck gebracht wird. Weiters ist ein Steuerventil vorgesehen. Bei dieser bekannten Einspritzdüse ist es jedoch nicht möglich, zwischen Voreinspnt- zung und Haupteinspritzung zu unterscheiden, da lediglich ein einziges Druckniveau für den Ein- spritzvorgang zur Verfügung steht.
Die US 4,605,166 A beschreibt eine Einspritzdüse mit der es nicht möglich ist, Kraftstoff direkt aus dem Mitteldrucksystem einzuspritzen. Bei dieser bekannten Einspritzdüse wird die Einsprit- zung nicht direkt durch eine Hubbewegung eines Pumpenkolbens bewerkstelligt, sondern der Pumpenkolben dient in diesem Fall zum Aufpumpen eines Zwischenspeichers, aus dem nach Beendigung des Kolbenhubes die Einspritzung erfolgt. Aufgrund der hydraulischen Übersetzung kann der gespeicherte Druck in diesem Zwischenspeicher nicht mehr als Mitteldruck bezeichnet werden Für die Voreinspritzung kommt es durch die Bewegung eines sogenannten "shuttle piston" nach Beginn der Einspritzung zu einem Druckaufbau im Arbeitsraum des Pumpenkolbens, der ein neuerliches Schliessen oder eine verzögerte Öffnungsbewegung der Düsennadel bewirkt.
Es hat sich herausgestellt, dass mit solchen Systemen zwar die Voreinspritzung durchführbar ist, dass jedoch die Schadstoffemission und Geräuschemission der mit diesem Einspritzsystem ausgestatteten Motoren weiter verbessert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Einspritzsystem zu schaffen, das mittels einer Voreinspritzung eine deutliche Reduktion der Abgas- und Geräuschemission von Motoren ermög- licht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt in einer erfindungsgemässen Ausführung dadurch, dass das Steuerventil drei Schaltstellungen aufweist und vorzugsweise als 4/3-Weg-Ventil ausgebildet ist, um die Einspritzung von Kraftstoff aus dem Mitteldrucksystem zu ermöglichen, wobei das Steuer- ventil in seiner ersten Stellung den Zylinderraum des Arbeitskolbens mit dem Leckölsystem und den Federraum mit dem Mitteldrucksystem verbindet, das Steuerventil in seiner zweiten Stellung sowohl den Zylinderraum des Arbeitskolbens als auch den Federraum mit dem Leckölsystem ver- bindet und das Steuerventil in seiner dritten Stellung den Zylinderraum des Arbeitskolbens mit dem Mitteldrucksystem und den Federraum mit dem Leckölsystem verbindet. Die drei Schaltstellungen des Ventiles entsprechen der Ruhelage, der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung.
Auf diese Weise ist ein besonders einfacher Aufbau des Einspritzsystems möglich.
In einer zweiten erfindungsgemässen Ausführung erfolgt die Lösung dadurch, dass ein weiteres Steuerventil vorgesehen ist, das einen Mitteldruckanschluss aufweist, wobei das weitere Steuer- ventil in einer Stellung den Federraum mit dem Mitteldruckanschluss verbindet, wogegen es in der anderen Stellung diesen Federraum mit einem Leckölsystem in Verbindung bringt. Es ist zwar
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prinzipiell möglich, mit einem einzigen Steuerventil das Auslangen zu finden, wenn dieses drei Stellungen, nämlich für die Ruhelage, die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung aufweist. Die für schnell laufende Motoren erforderlichen Schaltzeiten werden jedoch am einfachsten dadurch erreicht, dass zwei Steuerventile vorgesehen sind.
Wenn der Federraum mit Kraftstoff gefüllt ist, der unter dem vom Kraftstoffspeicher bereitgestellten Druck steht, so wird die Düsennadel in ihrer geschlossenen Stellung gehalten. Erst wenn durch die Verbindung des Zylinderraumes mit dem Leckölanschluss diese Kraft auf die Nadel wegfällt, kann der auf die Druckstufe der Düsennadel wirkende Speicherdruck diese öffnen.
Es wurde von den Erfindern erkannt, dass einer der Nachteile der bekannten Einspritzsysteme auf dem zwischen Vor- und Haupteinspritzung stattfindendem Druckabfall und der daraus resultie- renden Unterbrechung im Nadelhub beruht. Dieser Druckabfall wird dadurch verursacht, dass das Steuerventil beim bekannten Einspritzsystem für die Voreinspritzung nur sehr kurz schliesst und wieder öffnet.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Einspritzung von Kraftstoff ermöglicht es, zunächst über eine steile Flanke den vorbestimmten Voreinspritzdruck zu erreichen und über eine weitere steile Flanke, ohne einen dazwischenliegenden Druckabfall, zum Haupteinspritzdruck zu gelangen Man kann auf diese Weise sowohl die einzuspritzenden Kraftstoffmengen als auch den exakten Beginn von der Voreinspritzung und Haupteinspritzung festlegen.
Es gibt zu jedem Motorzustand, d. h., zu jeder Kombination von Drehzahl und Last einen bestimmten Verlauf der Optimaleinspritzrate mit den für diesen Motorzustand ein optimaler Wirkungsgrad des Motors und eine niedrige Schadstoff- und Geräuschemission erzielt wird. Der Verlauf einer solchen Einspntzrate lässt sich in einem Diagramm darstellen, bei dem das eingespritzte Kraftstoffvolumen über den Kurbelwinkel aufgetragen ist. Wesentliche Bestimmungs- grössen dabei sind Zeitpunkt des Spritzbeginns, Zeitpunkt des Beginns der Haupteinspritzung, Dauer der Einspritzung und das während der Voreinspritzung und wahrend der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffvolumen. Der vorliegende Erfindung ermöglicht es nun, diese Parameter weitgehend unabhängig voneinander vorzugeben.
Somit kann über eine Steuereinrichtung die in Abhangigkeit vom Motorzustand jeweils die optimalen Parameter einstellt, ein für jeden Betriebs- zustand der Brennkraftmaschine optimale Verhalten erreicht werden.
Eine besonders einfache Ausführungsvariante der Erfindung ist gegeben, wenn der Druckraum der Ventilnadel über ein Rückschlagventil ständig mit einem Mitteldruckanschluss verbunden ist.
Das Rückschlagventil verhindert ein Ausströmen von Kraftstoff während der Haupteinspritzung in das Leckölsystem.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs- beispiele näher erläutert.
Es zeigen schematisch die Fig. 1 ein erfindungsgemässes Einspritzsystem samt zugehöriger Kraftstoffversorgung. Fig. 2 das Einspritzsystem in Ruhestellung, Fig. 3 bei der Voreinspritzung, Fig. 4 während der Haupteinspritzung. Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das für das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Einspritzsystem über die Zeitachse die Öffnung der Magnetventile, den Nadelhub und den Einspritzdruck angibt. Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung.
Der Pumpenkörper 1 ist mit einer Einspritzdüse 5 über eine Überwurfmutter 10 fest verbunden.
Im Pumpenkörper 1 ist ein Pumpenkolben 2 axial verschieblich gelagert, der mit einem Arbeits- kolben 3 grösseren Durchmessers in Berührung steht. Die Düsennadel 6 wird von einer auf das Druckstück 7 wirkenden Feder 8 in Richtung ihrer Schliessstellung belastet. Aus fertigungstechni- schen Gründen sind zwischen der Einspritzdüse 5 und dem Pumpenkörper 1 die Bauteile 9a und 9b vorgesehen.
Seitlich am Pumpenkörper 1 ist das Steuerventil 13 und das weitere Steuerventil 14 angeord- net. Diese Steuerventile 13 und 14 werden über eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung über Stromimpulse geschaltet. Die Steuerzeitpunkte t1, t2 und t3 werden dabei in Abhängigkeit vom Motorzustand in einer vorbestimmten Weise ermittelt. Die Steuerventile 13 und 14 sind als Mag- netventile ausgebildet. Das Steuerventil 13 besitzt einen Niederdruckanschluss 13a, einen Lecköl- anschluss 13b und einen Mitteldruckanschluss 13c. Analog dazu besitzt das weitere Steuerventil
14 einen Niederdruckanschluss 14a, einen Leckölanschluss 14b und einen Mitteldruckanschluss
14c. Der Niederdruck wird über eine Vorpumpe 15 bereitgestellt, die mit einem Druckventil 16 ver- bunden ist, das die Hohe des Vordruckes regelt.
Eine Drossel 17 erlaubt die Einstellung einer
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vorbestimmten Durchflussmenge durch das Leckölsystem. Der Kraftstoff wird einem Vorratsbe- hälter 18 entnommen. Der Mitteldruck wird über eine Hochdruckpumpe 26, die mit einem Kraftstoff- speicher 27 verbunden ist, bereitgestellt. Ein Druckregelventil 28 erlaubt die Einstellung des Spei- cherdruckes.
Der obere Ringraum 40 des Steuerventils 13 steht mit dem Mitteldruckanschluss 13c in Verbin- dung. Der mittlere Ringraum 41 des Steuerventils 13 steht über eine Leitung 43 mit dem Zylinder- raum 4 des Arbeitskolbens 3 in Verbindung. Der untere Ringraum 42 des Steuerventils 13 ist mit dem Niederdruckanschluss 13a verbunden. In der Ruhestellung befindet sich der Kolben 44 des Steuerventils 13 in seiner unteren Stellung, sodass der mittlere Ringraum 41 mit dem unteren Ringraum 42 in Verbindung steht. Somit liegt auch im Zylinderraum 4 des Arbeitskolbens 3 über die Leitung 43 der Niederdruck an.
Der obere Ringraum 30 des weiteren Steuerventils 14 ist mit dem Niederdruckanschluss 14a verbunden. Über die Leitung 45 wird der Arbeitskolben 3 druckentlastet. Der mittlere Ringraum 31 des weiteren Steuerventils 14 ist über eine Leitung 36 mit dem Federraum 20, der die Feder 8 auf- nimmt, verbunden. Der untere Ringraum 32 des weiteren Steuerventils 14 ist über das Rückschlag- ventil 33 und die Leitung 35 mit dem Zylinderraum 21 des Pumpenkolbens 2 verbunden Weiters steht dieser untere Ringraum 32 mit dem Mitteldruckanschluss 14c des weiteren Steuerventils 14 in Verbindung.
Während der Ruhestellung befindet sich der Kolben 46 des weiteren Steuerventils 14 in seiner unteren Stellung. Dabei wird der mittlere Ringraum 31 mit dem unteren Ringraum 32 verbunden.
Der am Mitteldruckanschluss 14c anliegende Speicherdruck pflanzt sich nun sowohl über die Leitung 35 in den Zylinderraum 21 und damit in die Einspritzleitung 23 fort, als auch über die Lei- tung 36 in den Federraum 20. Der auf der Rückseite der Düsennadel 6 anliegende Speicherdruck hält diese in ihrer geschlossenen Stellung.
Die Voreinspntzung wird durch Ansteuern des weiteren Steuerventils 14 begonnen. Der Kolben 46 gelangt dabei in seine obere Stellung, in der der obere Ringraum 30 mit dem mittleren Ring- raum 31 verbunden ist. Auf diese Weise wird über die Leitung 36 eine direkte Verbindung zwischen dem Federraum 20 und dem Niederdrucksystem hergestellt. Der im Druckraum 19 anliegende Speicherdruck kann nunmehr die Düsennadel 6 öffnen, wodurch der Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Das Sicherheitsventil 12 ist im Normalbetrieb des Einspritzsystems stets ge- schlossen und verhindert ein Abströmen des Kraftstoffes aus dem Zylinderraum 21.
Die Haupteinspritzung wird durch Betätigung des Steuerventils 13 eingeleitet. Der Kolben 44 des Steuerventils 13 gelangt dabei in seine obere Lage in der der obere Ringraum 40 mit dem mittleren Ringraum 41 verbunden ist. Der unter Speicherdruck stehende Kraftstoff gelangt dabei über die Leitung 43 in den Zylinderraum 4 des Arbeitskolbens 3. Dieser kann sich dadurch nach unten bewegen und schiebt den Pumpenkolben 2 vor sich her. Der aus dem Zylinderraum 21 verdrängte Kraftstoff gelangt über die Einspritzleitung 23 in den Druckraum 19 und wird weiter in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Das Rückschlagventil 33 verhindert ein Abströmen des Kraftstoffes in das Mitteldrucksystem.
Das Ende der Einspritzung wird durch das Schliessen des Steuerventils 13 bewirkt.
In Fig 5 ist in einem Diagramm der zeitliche Ablauf des Einspritzvorganges aufgetragen. Der Beginn des Einspritzvorganges wird zum Zeitpunkt t1 durch das Öffnen des weiteren Steuerventils 14 bewirkt. Der Einspritzdruck pe steigt dabei bis zum Voreinspritzpunkt pvor an. Dieser Vorein- spritzdruck pvor entspricht dem Speicherdruck. Die Steilheit des Anstieges F1 des Einspritzdruckes pe ist unabhängig von der Motordrehzahl n. Entsprechend dem Anstieg F1 des Einspritzdruckes pe erreicht der Nadelhub h seinen durch einen Anschlag begrenzten Maximalwert.
Zum Zeitpunkt t2 öffnet zusätzlich das Steuerventil 13, sodass der Einspritzdruck pe weiter ansteigen kann. Der erreichbare Maximaldruck pmax ergibt sich im Wesentlichen aus dem Produkt des Speicherdruckes mit dem Verhältnis der Querschnittsflächen des Arbeitskolbens zu der Quer- schnittsfläche des Pumpenkolbens. Die Steilheit des Anstieges Fz des Einspritzdruckes pe ist auch in diesem Fall unabhangig von der Motordrehzahl n. Der Nadelhub h verändert sich während des Überganges von der Voreinspritzung zur Haupteinspritzung nicht. Zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Haupteinspritzung schliesst das weitere Steuerventil 14. Dadurch wird erreicht, dass zu dem Zeitpunkt t3, wenn das Steuerventil 13 schliesst und somit die Einspritzung beendet ist, im Federraum 20 der Speicherdruck anliegt.
Auf diese Weise wird das Schliessen der Nadel 6
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unterstützt und ein Nachtropfen von Kraftstoff wird dann verhindert.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Einspritzsystems ist das Steuerventil 47 als 4/3-Wege-Ventil ausgebildet. Die Eingangsanschlüsse 48a und 48b sind mit dem Leckölsystem bzw. mit dem Mitteldrucksystem verbunden.
Der Ausgangsanschluss 49a ist über die Leitung 43 mit dem Zylinderraum 4 des Arbeits- kolbens 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 49b ist über die Leitung 36 mit dem Federraum 20 verbunden. Die mit dem Symbol 50a gekennzeichnete Stellung des Steuerventils 47 entspricht der Ruhestellung. Der Eingangsanschluss 48a ist dabei mit dem Ausgangsanschluss 49a in Verbin- dung, wodurch der Zylinderraum 4 des Arbeitskolbens 3 mit dem Leckölsystem verbunden ist Ana- log dazu ist über den Eingangsanschluss 48b der Ausgangsanschluss 49b verbunden, wodurch der Federraum 20 mit Mitteldruck beaufschlagt ist. Dadurch wird die Ventilnadel 6 in ihrer Schliess- stellung festgehalten.
In der mit dem Symbol 50b gekennzeichneten Stellung des Steuerventils 47 bleibt der Zylinder- raum 4 des Arbeitskolbens 3 weiterhin mit dem Leckölanschluss verbunden. In dieser Stellung ist jedoch auch der Federraum 20 in Verbindung mit dem Leckölsystem, sodass der in der Einspritz- leitung 23 anliegende Mitteldruck die Düsennadel 6 öffnen kann und die Voreinspritzung mit dem am Druckspeicher 27 anliegenden Mitteldruck durchgeführt wird.
Das Symbol 50c kennzeichnet die Stellung des Steuerventils 47 während der Haupteinsprit- zung. Der Federraum 20 bleibt mit dem Leckölsystem verbunden, wogegen der Zylinderraum 4 des Arbeitskolbens 3 mit Speicherdruck beaufschlagt wird. Somit kann sich der Arbeitskolben 3 nach unten bewegen und den Pumpenkolben 2 mitnehmen. Im Zylinderraum 21 baut sich der Einspritz- druck auf.
Mit 51a und 51bsind schematisch Federn angedeutet, die die Funktion des Steuerventils 47 ermöglichen. Dieses Steuerventil 47 kann dabei so aufgebaut sein, dass durch einen relativ schwa- chen Impuls zunächst eine Umschaltung von der Ruhestellung in die Stellung der Voreinspritzung gegen den Widerstand der Feder 51 b bewirkt wird. Durch einen stärkeren elektrischen Impuls kann der gemeinsame Widerstand der Federn 51 a und 51 b überwunden und die Haupteinspritzung erreicht werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Einspritzsystem für Brennkraftmaschinen, das eine Voreinspritzung und eine anschliessen- de Haupteinspritzung ermöglicht, mit einem Pumpenkolben, der mit einem Arbeitskolben grösseren Durchmessers in Verbindung steht, wobei eine Strömungsverbindung zwischen dem Zylinderraum des Pumpenkolbens und einem Druckraum der Einspritzdüse vorgese- hen und der Zylinderraum des Pumpenkolbens über eine Leitung mit einem Mitteldruck- system verbindbar ist, und mit einem Steuerventil, das in einer Schaltstellung den Zylin- derraum des Arbeitskolbens mit einem Mitteldruckanschluss und in einer anderen Schalt- stellung den Zylinderraum mit einem Leckölsystem verbindet, sowie mit einem Federraum, in welchem eine auf eine Düsennadel in Schliessrichtung einwirkende Feder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (47)
drei Schaltstellungen aufweist und vorzugsweise als 4/3-Weg-Ventil ausgebildet ist, um die Einspritzung von Kraftstoff aus dem Mitteldrucksystem zu ermöglichen, wobei das Steuerventil (47) in seiner ersten Stel- lung den Zylinderraum (4) des Arbeitskolbens (3) mit dem Leckölsystem und den Feder- raum (20) mit dem Mitteldrucksystem verbindet, das Steuerventil (47) in seiner zweiten
Stellung sowohl den Zylinderraum (4) des Arbeitskolbens (3) als auch den Federraum (20) mit dem Leckölsystem verbindet und das Steuerventil (47) in seiner dritten Stellung den
Zylinderraum (4) des Arbeitskolbens (3) mit dem Mitteldrucksystem und den Federraum (20) mit dem Leckölsystem verbindet.
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The invention relates to an injection system for internal combustion engines which enables a pre-injection and a subsequent main injection with a pump piston which is connected to a working piston of larger diameter, a flow connection being provided between the cylinder space of the pump piston and a pressure space of the injection nozzle the cylinder chamber of the pump piston can be connected via a line to a medium pressure system, and with a control valve that connects the cylinder chamber of the working piston with a medium pressure connection in one switching position and the cylinder chamber with a leakage oil system in another switching position, as well as with a spring chamber in which one a nozzle needle acting in the closing direction is arranged.
Injection systems are known in which the injection pressure is generated by a hydraulic transmission. The pump piston has a smaller diameter than a working piston connected to it, which is supplied with fuel, which is provided by an external high-pressure pump and a pressure accumulator. The start of spraying is determined by a control valve that opens the cylinder chamber of the working piston. Since such injection systems are not actuated by a cam, the designer is given considerably more freedom in the design of the cylinder head of the internal combustion engine.
It is also possible with such systems to carry out a pre-injection to a certain extent. First, the control valve is opened for a short period of time, so that a small amount of fuel is injected under a relatively low pressure. The pre-injection is ended by closing the control valve. Opening the control valve again causes the main injection
GB 1 500 291 A shows an injection nozzle in which fuel from a medium pressure system is brought to injection pressure with a hydraulic ratio. A control valve is also provided. With this known injection nozzle, however, it is not possible to differentiate between pre-injection and main injection, since only a single pressure level is available for the injection process.
No. 4,605,166 A describes an injection nozzle with which it is not possible to inject fuel directly from the medium-pressure system. In this known injection nozzle, the injection is not effected directly by a stroke movement of a pump piston, but in this case the pump piston serves to inflate an intermediate store from which the injection takes place after the piston stroke has ended. Due to the hydraulic translation, the stored pressure in this intermediate store can no longer be called medium pressure. For the pre-injection, the movement of a so-called "shuttle piston" after the start of the injection leads to a pressure build-up in the working area of the pump piston, which causes the valve to close again or delay Opening movement of the nozzle needle causes.
It has been found that the pre-injection can be carried out with such systems, but that the pollutant emission and noise emission of the engines equipped with this injection system can be further improved.
The object of the present invention is to create an injection system which, by means of a pre-injection, enables a significant reduction in the exhaust gas and noise emissions of engines.
In an embodiment according to the invention, the object is achieved in that the control valve has three switch positions and is preferably designed as a 4/3-way valve in order to enable fuel to be injected from the medium-pressure system, the control valve being in its first position connects the cylinder chamber of the working piston with the leakage oil system and the spring chamber with the medium pressure system, the control valve in its second position connects both the cylinder chamber of the working piston and the spring chamber with the leakage oil system and the control valve in its third position connects the cylinder chamber of the working piston with the medium pressure system and connects the spring chamber with the leak oil system. The three switch positions of the valve correspond to the rest position, the pre-injection and the main injection.
In this way, a particularly simple construction of the injection system is possible.
In a second embodiment according to the invention, the solution is provided in that a further control valve is provided which has a medium pressure connection, the further control valve connecting the spring chamber with the medium pressure connection in one position, whereas in the other position it connects this spring chamber with a leakage oil system Connects. It is
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In principle, it is possible to find what is needed with a single control valve if it has three positions, namely for the idle position, the pilot injection and the main injection. The switching times required for high-speed engines are, however, most easily achieved by providing two control valves.
When the spring chamber is filled with fuel that is under the pressure provided by the fuel accumulator, the nozzle needle is held in its closed position. The storage pressure acting on the pressure level of the nozzle needle can only open the needle pressure when the cylinder chamber is connected to the leakage oil connection.
It was recognized by the inventors that one of the disadvantages of the known injection systems is based on the pressure drop occurring between the pre-injection and the main injection and the resulting interruption in the needle stroke. This pressure drop is caused by the fact that the control valve in the known injection system for the pre-injection only closes and opens again very briefly.
The fuel injection device according to the invention makes it possible to first reach the predetermined pre-injection pressure via a steep flank and to reach the main injection pressure via a further steep flank without an intermediate pressure drop.This way, both the fuel quantities to be injected and the exact start can be achieved from pre-injection and main injection.
There is to every engine condition, i. That is, for each combination of speed and load, a certain course of the optimal injection rate with which an optimal engine efficiency and a low pollutant and noise emission is achieved for this engine state. The course of such an injection rate can be represented in a diagram in which the injected fuel volume is plotted over the crank angle. The essential determinants here are the time of the start of injection, the time of the start of the main injection, the duration of the injection and the fuel volume injected during the pre-injection and during the main injection. The present invention now makes it possible to specify these parameters largely independently of one another.
Thus, a behavior that is optimal for each operating state of the internal combustion engine can be achieved via a control device that sets the optimum parameters depending on the engine state.
A particularly simple embodiment variant of the invention is provided if the pressure chamber of the valve needle is continuously connected to a medium pressure connection via a check valve.
The check valve prevents fuel from flowing out during main injection into the leakage oil system.
The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the drawings.
1 schematically shows an injection system according to the invention together with the associated fuel supply. 2 shows the injection system in the rest position, FIG. 3 during the pre-injection, FIG. 4 during the main injection. 5 shows a diagram indicating the opening of the solenoid valves, the needle stroke and the injection pressure over the time axis for the injection system shown in FIGS. 1 to 4. 6 shows a further embodiment variant of the invention.
The pump body 1 is firmly connected to an injection nozzle 5 via a union nut 10.
A pump piston 2 is axially displaceably mounted in the pump body 1 and is in contact with a working piston 3 of larger diameter. The nozzle needle 6 is loaded by a spring 8 acting on the pressure piece 7 in the direction of its closed position. For manufacturing reasons, the components 9a and 9b are provided between the injection nozzle 5 and the pump body 1.
The control valve 13 and the further control valve 14 are arranged on the side of the pump body 1. These control valves 13 and 14 are switched via a control device, not shown, via current pulses. The control instants t1, t2 and t3 are determined in a predetermined manner as a function of the engine state. The control valves 13 and 14 are designed as magnetic valves. The control valve 13 has a low pressure connection 13a, a leak oil connection 13b and a medium pressure connection 13c. Similarly, the other control valve has
14 a low pressure connection 14a, a leak oil connection 14b and a medium pressure connection
14c. The low pressure is provided by a backing pump 15, which is connected to a pressure valve 16, which regulates the level of the upstream pressure.
A throttle 17 allows the adjustment of one
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predetermined flow rate through the leak oil system. The fuel is removed from a storage container 18. The medium pressure is provided via a high-pressure pump 26, which is connected to a fuel accumulator 27. A pressure control valve 28 allows the storage pressure to be set.
The upper annular space 40 of the control valve 13 is connected to the medium pressure connection 13c. The middle annular space 41 of the control valve 13 is connected to the cylinder space 4 of the working piston 3 via a line 43. The lower annular space 42 of the control valve 13 is connected to the low pressure connection 13a. In the rest position, the piston 44 of the control valve 13 is in its lower position, so that the middle annular space 41 is connected to the lower annular space 42. Thus, the low pressure is also present in the cylinder space 4 of the working piston 3 via the line 43.
The upper annular space 30 of the further control valve 14 is connected to the low pressure connection 14a. The working piston 3 is relieved of pressure via the line 45. The middle annular space 31 of the further control valve 14 is connected via a line 36 to the spring space 20, which receives the spring 8. The lower annular space 32 of the further control valve 14 is connected to the cylinder space 21 of the pump piston 2 via the check valve 33 and the line 35. Furthermore, this lower annular space 32 is connected to the medium pressure connection 14c of the further control valve 14.
During the rest position, the piston 46 of the further control valve 14 is in its lower position. The middle annulus 31 is connected to the lower annulus 32.
The storage pressure present at the medium pressure connection 14c now propagates both via the line 35 into the cylinder space 21 and thus into the injection line 23, and via the line 36 into the spring space 20. The storage pressure present on the rear side of the nozzle needle 6 holds it in their closed position.
The preliminary assessment is started by actuating the further control valve 14. The piston 46 moves into its upper position, in which the upper annular space 30 is connected to the central annular space 31. In this way, a direct connection between the spring chamber 20 and the low-pressure system is established via the line 36. The accumulator pressure present in the pressure chamber 19 can now open the nozzle needle 6, as a result of which the fuel is injected into the combustion chamber. The safety valve 12 is always closed during normal operation of the injection system and prevents the fuel from flowing out of the cylinder chamber 21.
The main injection is initiated by operating the control valve 13. The piston 44 of the control valve 13 reaches its upper position in which the upper annular space 40 is connected to the central annular space 41. The fuel, which is under storage pressure, reaches the cylinder space 4 of the working piston 3 via the line 43, which can move downward and push the pump piston 2 in front of it. The fuel displaced from the cylinder chamber 21 reaches the pressure chamber 19 via the injection line 23 and is further injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The check valve 33 prevents the fuel from flowing out into the medium pressure system.
The end of the injection is brought about by the closing of the control valve 13.
5 shows the timing of the injection process in a diagram. The start of the injection process is effected at time t1 by opening the further control valve 14. The injection pressure pe rises up to the pre-injection point pvor. This pre-injection pressure pvor corresponds to the accumulator pressure. The steepness of the increase F1 of the injection pressure pe is independent of the engine speed n. In accordance with the increase F1 of the injection pressure pe, the needle stroke h reaches its maximum value limited by a stop.
At time t2, the control valve 13 also opens, so that the injection pressure pe can continue to rise. The achievable maximum pressure pmax essentially results from the product of the storage pressure with the ratio of the cross-sectional areas of the working piston to the cross-sectional area of the pump piston. The steepness of the rise Fz of the injection pressure pe is also independent of the engine speed n in this case. The needle stroke h does not change during the transition from the pilot injection to the main injection. The additional control valve 14 closes at any time during the main injection. This ensures that the storage pressure is present in the spring chamber 20 at the point in time t3 when the control valve 13 closes and the injection is thus ended.
In this way, the needle 6 is closed
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supported and dripping of fuel is then prevented.
In the embodiment variant of an injection system according to the invention shown in FIG. 6, the control valve 47 is designed as a 4/3-way valve. The input ports 48a and 48b are connected to the drain oil system and the medium pressure system, respectively.
The output connection 49a is connected via the line 43 to the cylinder space 4 of the working piston 3. The output connection 49b is connected to the spring chamber 20 via the line 36. The position of the control valve 47 marked with the symbol 50a corresponds to the rest position. The input port 48a is connected to the output port 49a, whereby the cylinder chamber 4 of the working piston 3 is connected to the leakage oil system. Analogously to this, the output port 49b is connected via the input port 48b, whereby the spring chamber 20 is subjected to medium pressure. As a result, the valve needle 6 is held in its closed position.
In the position of the control valve 47 marked with the symbol 50b, the cylinder space 4 of the working piston 3 remains connected to the drain port. In this position, however, the spring chamber 20 is also in connection with the leakage oil system, so that the medium pressure applied in the injection line 23 can open the nozzle needle 6 and the pre-injection is carried out with the medium pressure applied to the pressure accumulator 27.
The symbol 50c indicates the position of the control valve 47 during the main injection. The spring chamber 20 remains connected to the leakage oil system, whereas the cylinder chamber 4 of the working piston 3 is acted upon by accumulator pressure. Thus, the working piston 3 can move downward and take the pump piston 2 with it. The injection pressure builds up in the cylinder chamber 21.
Springs 51a and 51b schematically indicate springs which enable the control valve 47 to function. This control valve 47 can be constructed in such a way that a switch from the rest position to the position of the pre-injection against the resistance of the spring 51b is initially effected by a relatively weak pulse. The stronger resistance of the springs 51 a and 51 b can be overcome by a stronger electrical impulse and the main injection can be achieved.
PATENT CLAIMS:
1. Injection system for internal combustion engines, which enables a pre-injection and a subsequent main injection, with a pump piston which is connected to a working piston of larger diameter, a flow connection being provided between the cylinder space of the pump piston and a pressure space of the injection nozzle and the cylinder space the pump piston can be connected via a line to a medium pressure system, and with a control valve which connects the cylinder chamber of the working piston with a medium pressure connection in one switching position and the cylinder chamber with a leakage oil system in another switching position, and with a spring chamber, in which a spring acting on a nozzle needle in the closing direction is arranged, characterized in that the control valve (47)
has three switch positions and is preferably designed as a 4/3-way valve to enable the injection of fuel from the medium-pressure system, the control valve (47) in its first position also having the cylinder chamber (4) of the working piston (3) connects the leak oil system and the spring chamber (20) to the medium pressure system, the control valve (47) in its second
Position connects both the cylinder chamber (4) of the working piston (3) and the spring chamber (20) with the leak oil system and the control valve (47) in its third position
Connects the cylinder chamber (4) of the working piston (3) with the medium pressure system and the spring chamber (20) with the leakage oil system.
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