Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff in Anspruch 1 und eine Einspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer als Doppelnadeldüse ausgeführten Einspritzdüse mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 zur Realisierung unterschiedlicher Einspritzquerschnitte für den Teillastbetrieb und den Volllastbetrieb.The invention relates to a method having the features according to the preamble in claim 1 and an injection device for an internal combustion engine with a designed as a double needle nozzle injection nozzle having the features according to the preamble of claim 3 for the realization of different injection cross sections for part-load operation and full load operation.
Es ist bekannt, bei Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselbrennkraftmaschinen mit einem nockengetriebenen Einspritzsystem, Einspritzdüsen als Doppelnadeldüsen oder als Düsen mit variablem Spritzlochquerschnitt zur Erzielung einer Teillast- und Volllasteinspritzung mit verschiedenen Einspritzmengen auszuführen. Eine derartige Einspritzsystemkonfiguration hat gegenüber einem standardmäßigem, nockengetriebenen Einspritzsystem mit einer Düse mit konstantem Einspritzbohrungsquerschnitt bzw. Lochanzahl, bei der mit der Einspritzmenge die Einspritzdruckcharakteristik bei konstanter Motordrehzahl zunimmt, den Vorteil, dass der Spritzlochquerschnitt bzw. die Spritzlochanzahl für Teillast und Volllast optimal ausgelegt werden kann. Dabei wird in Abhängigkeit der Einspritzmenge ein Funktionsbereich für die Teillastdüse und ein Bereich für die Volllastdüse definiert. Dadurch, dass die Teillastdüse einen deutlich kleineren Spritzlochquerschnitt als die Volllastdüse hat, kann im Teillastbetrieb die eingespritzte Menge pro Zeiteinheit verringert und vor allem der Einspritzdruck erhöht werden. Die Verringerung des Durchflusses und Erhöhung des Einspritzdruckes bei Teillast wirken sich vorteilhaft auf die Emissionen aus, vor allem können die Rauchemissionen wesentlich gegenüber einem Einspritzsystem mit auf Volllast ausgelegtem Spritzlochquerschnitt reduziert werden. Bei Einspritzeinrichtungen mit zwei Düsennadeln wird zum Beispiel im Teillastbetrieb eine der beiden Düsennadeln geschlossen gehalten und erst im Volllastbetrieb geöffnet. Wird die Brennkraftmaschine zu lange im Teillastbetrieb betrieben, so besteht die Gefahr, dass durch Nichtbetätigen der nur bei Volllast geöffnete Düsennadel die dazugehörigen Einspritzöffnungen verkoken können.It is known to perform in internal combustion engines, in particular diesel engines with a cam-driven injection system, injectors as double needle nozzles or as nozzles with variable injection hole cross-section to achieve a partial load and full load injection with different injection quantities. Such an injection system configuration has the advantage over a standard, cam-driven injection system with a nozzle with a constant injection bore cross section or hole number, in which increases the injection pressure at constant engine speed with the injection quantity, the injection hole cross section or the injection hole number for part load and full load can be optimally designed , In this case, a function range for the part-load nozzle and a range for the full-load nozzle is defined as a function of the injection quantity. Due to the fact that the part-load nozzle has a much smaller injection hole cross-section than the full-load nozzle, the injected quantity per unit time can be reduced during part-load operation and, above all, the injection pressure can be increased. Reducing the flow and increasing the injection pressure at partial load have a positive effect on the emissions; above all, the smoke emissions can be substantially reduced compared to an injection system with a spray-hole cross-section designed for full load. In injectors with two nozzle needles, for example, in part-load operation, one of the two nozzle needles is kept closed and only opened in full load operation. If the internal combustion engine is operated for too long in part-load operation, then there is a risk that the associated injection openings can coke by non-actuation of the nozzle needle, which is only opened at full load.
Aus DE 27 40 880 A1 oder DE 41 15 477 A ist eine Einspritzeinrichtung bekannt, bei der beide Düsennadeln jeweils mit Kolben verbunden sind, die jeweils in einem Zylinderraum beweglich angeordnet sind. Über ein zwei Stellungen aufweisendes Schaltorgan wird jeweils einer dieser Zylinderräume mit Einspritzdruck beaufschlagt, wobei der andere Zylinderraum mit einem Leckölanschluss verbunden ist. Dadurch können beide Düsennadeln alternativ angesteuert werden. Bei jedem Einspritzvorgang ist dabei jeweils nur eine Düsennadel aktiv, wogegen die zweite Düsennadel in ihrer geschlossenen Stellung verbleibt. Jede dieser Düsennadeln wird somit nur in einem bestimmten Motorbetriebsbereich, also die eine Düsennadel bei Teillast und die andere Düsennadel bei Volllast, geöffnet. Auch hier ergibt sich der Nachteil, dass bei konstantem Motorbetrieb die zugehörigen Einspritzöffnungen der nicht betätigten Düsennadel leicht verkoken können.Out DE 27 40 880 A1 or DE 41 15 477 A an injection device is known in which both nozzle needles are each connected to pistons, which are each arranged movably in a cylinder space. By means of a two-position having switching member each one of these cylinder chambers is acted upon by injection pressure, wherein the other cylinder chamber is connected to a leakage oil connection. As a result, both nozzle needles can be controlled alternatively. In each case, only one nozzle needle is active during each injection process, whereas the second nozzle needle remains in its closed position. Each of these nozzle needles is thus only in a certain engine operating range, so one nozzle needle at partial load and the other nozzle needle at full load, opened. Again, there is the disadvantage that with constant engine operation, the associated injection ports of the non-actuated nozzle needle can easily coke.
Aus GB 208,219 ist eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei der die Einspritzöffnungen der nebeneinander angeordneten Düsennadeln auf unterschiedlichen Normalebenen angeordnet sind, wobei die beiden Düsennadeln nicht gleichzeitig betätigt werden können und jeweils für den Startvorgang, beziehungsweise für den Fahrtbetrieb optimiert sind.Out GB 208,219 an injection device is known in which the injection openings of the juxtaposed nozzle needles are arranged on different normal planes, wherein the two nozzle needles can not be operated simultaneously and are optimized respectively for the starting process, or for the driving operation.
Aus DE 44 32 686 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Hohlnadel und mit einer Innennadel bekannt, wobei in der Hohlnadel über der Innennadel ein Steuerkolben vorgesehen ist, der eine mit dem oberen Ende der Innennadel zusammenwirkende erste Anschlagsfläche und eine mit der Hohlnadel zusammenwirkende zweite Anschlagsfläche aufweist. Die Innennadel kann nicht vollständig unabhängig von der Hohlnadel geöffnet werden.Out DE 44 32 686 A1 a fuel injector with a hollow needle and with an inner needle is known, wherein in the hollow needle on the inner needle, a control piston is provided which has a cooperating with the upper end of the inner needle first abutment surface and cooperating with the hollow needle second abutment surface. The inner needle can not be opened completely independently of the hollow needle.
Die Veröffentlichungen DE 41 15 478 C2 , CH 623 114 A5 und EP 0 028 288 A1 beschreiben jeweils eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, welche zwei nebeneinander angeordnete Düsennadeln aufweist, die alternativ betätigbar sind. Über jede Düsennadel wird jeweils eine Gruppe von Einspritzöffnungen angesteuert, wobei eine Gruppe der Einspritzöffnungen für den Teillastbereich vorgesehen ist. Die eine Düsennadel wird somit bei Teillast betätigt. Bei Volllast wir die andere Düsennadel bzw. beide Düsennadeln aktiviert. Um die Verkokungsgefahr zu vermindern, wird in der DE 41 15 478 C2 eine Kühlung der nicht betätigten Düsennadel vorgeschlagen.The publications DE 41 15 478 C2 . CH 623 114 A5 and EP 0 028 288 A1 each describe an injection nozzle for an internal combustion engine, which has two juxtaposed nozzle needles, which are alternatively actuated. Each group of injection openings is controlled via each nozzle needle, a group of injection openings being provided for the partial load area. The one nozzle needle is thus actuated at partial load. At full load, we activated the other nozzle needle or both nozzle needles. In order to reduce the risk of coking, a cooling of the non-actuated nozzle needle is proposed in DE 41 15 478 C2.
Aus der DE 29 43 896 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, bei der die Möglichkeit der Alternativschaltung beziehungsweise Umschaltung sowie der gemeinsamen Einschaltung der Einspritzdüsen besteht.From the DE 29 43 896 A1 a fuel injector is known in which there is the possibility of alternative circuit or switching and the common activation of the injectors.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Einspritzeinrichtung der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise die Verkokungsgefahr zu verhindern und gleichzeitig den hierfür erforderlichen Bauraum so gering wie möglich zu halten. Erfindungsgemäß erfolgt dies bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass im Teillastbetrieb die erste und die zweite Düsennadel abwechselnd betätigbar sind, wobei der Wechsel jeweils nach einer vorbestimmten Zahl an Einspritzungen, vorzugsweise nach jeder Einspritzung erfolgt, und dass im Volllastbetrieb beide Düsennadeln gleichzeitig betätigbar sind. Dadurch, dass bei Teillastbetrieb die beiden Düsennadeln abwechselnd betätigt werden, kann die Verkokungsgefahr praktisch ausgeschaltet werden. Der Wechsel zwischen den Düsennadeln kann nach jeder Einspritzung, oder nach 2, 5, 10 etc. Einspritzungen erfolgen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die ersten und zweiten Einspritzöffnungen auf den gleichen Durchfluss, und zwar auf den halben Volllastdurchfluss ausgelegt sind. Die ersten und zweiten Einspritzöffnungen sowie die ersten und zweiten Einspritznadeln sind somit gleichwertig, so dass jede für sich auf die Teillasteinspritzung ausgelegt ist. Bei Volllast werden beide Düsennadeln geöffnet, so dass sich die Querschnitte der ersten und der zweiten Einspritzöffnungen aufsummieren.The object of the invention is to prevent the risk of coking in an injector of the type mentioned in the simplest possible way while keeping the space required for this purpose as small as possible. According to the invention this is done in all the embodiments described below in that in part-load operation, the first and the second nozzle needle are actuated alternately, wherein the change takes place after a predetermined number of injections, preferably after each injection, and that both nozzle needles are simultaneously actuated at full load. The fact that at partial load operation, the two nozzle needles alternately operated, the coking can be virtually eliminated. The change between the nozzle needles can be done after each injection, or after 2, 5, 10 etc. injections. Preferably, it is provided that the first and second injection openings are designed for the same flow, namely to half the full load flow. The first and second injection openings and the first and second injection needles are thus equivalent, so that each is designed for the partial load injection. At full load both nozzle needles are opened so that the cross sections of the first and the second injection ports accumulate.
In einer fertigungstechnisch einfachen Ausführungsvariante gemäß den 3 bis 8 der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Düsennadeln parallel nebeneinander angeordnet und die Düsennadelachsen voneinander beabstandet sind. Parallel nebeneinander angeordnete Düsennadeln haben gegenüber koaxial ineinander angeordneten Düsennadeln den Vorteil, dass keine Doppelpassungen im Sitzbereich der Düsennadeln erforderlich sind. Besonders platzsparend ist es dabei, wenn eine einzige Schließfeder über einen Kippteil auf beide Düsennadeln einwirkt. Durch den Kippteil wird eine vom Nadelhub der beiden Düsennadeln weitgehend unabhängige gleichmäßige Aufteilung der Kräfte zufolge der Schließfeder auf die Düsennadel bewirkt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen Kippteil und der Düsennadel jeweils ein vorzugsweise zylindrischer Wälzkörper angeordnet ist. Dadurch kann bei Schrägstellung des Kippteiles infolge asymmetrischer Betätigung der Düsennadeln ein Einleiten von Seitenkräften in die Düsennadeln weitgehend vermieden werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Standzeit der Düsennadelführung aus.In a manufacturing technology simple embodiment according to the 3 to 8th The present invention provides that the two nozzle needles are arranged parallel to each other and the nozzle needle axes are spaced from each other. Parallel juxtaposed nozzle needles have coaxial with each other arranged nozzle needles the advantage that no double fits in the seating area of the nozzle needles are required. It is particularly space-saving, when a single closing spring acts on a tipping part on both nozzle needles. By tilting a largely independent of the needle stroke of the two nozzle needles uniform distribution of forces due to the closing spring is effected on the nozzle needle. It is particularly advantageous when a preferably cylindrical rolling element is arranged between the tilting part and the nozzle needle. As a result, when the tilting part is inclined as a result of asymmetric actuation of the nozzle needles, it is largely possible to prevent the introduction of lateral forces into the nozzle needles. This has an advantageous effect on the service life of the nozzle needle guide.
Während bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen bei Teillast die beiden Düsennadeln abwechselnd betätigt werden, werden bei Volllast beide Düsennadeln gleichzeitig bewegt. Um ein Aufeinandertreffen der sich kreuzenden Einspritzstrahlen der Einspritzöffnungen unterschiedlicher Düsennadeln gemäß den 3 bis 8 bei Volllast zu vermeiden, ist in weiterer Ausführung gemäß den 3 bis 8 vorgesehen, dass die Mündungen der Einspritzöffnungen der ersten Düsennadel und die Mündungen der Einspritzöffnungen der zweiten Düsennadeln in voneinander beabstandeten Normalebenen auf die Düsennadelachsen angeordnet sind.While the two nozzle needles are operated alternately at partial load in all embodiments described below, both nozzle needles are moved simultaneously at full load. To a meeting of the intersecting injection jets of the injection openings of different nozzle needles according to the 3 to 8th to avoid at full load, is in further execution according to the 3 to 8th provided that the mouths of the injection openings of the first nozzle needle and the mouths of the injection openings of the second nozzle needles are arranged in spaced-apart normal planes on the nozzle needle axes.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass sowohl die erste Düsennadel, als auch die zweite Düsennadel axial geteilt ausgeführt ist, wobei im Bereich der ersten bzw. zweiten Teilungsebene jeweils ein erster bzw. zweiter Druckraum angeordnet ist, in welchem eine erste bzw. zweite Druckleitung einmündet. Somit kann jede dieser Nadel unabhängig von der anderen geschlossen gehalten werden. Bei einer Einspritzeinrichtung mit zwei zueinander konzentrisch angeordneten Düsennadeln gemäß den 1 und 2, wobei die erste Düsennadel innerhalb einer als Hohlnadel ausgeführten zweiten Düsennadel verschiebbar angeordnet ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Teilungsebenen in Richtung der Düsennadelachse voneinander beabstandet sind.In a particularly advantageous embodiment of the invention is provided in all embodiments described below, that both the first nozzle needle, and the second nozzle needle is designed to be split axially, wherein in each case a first or second pressure chamber is arranged in the region of the first and second graduation plane, in which a first or second pressure line opens. Thus, each of these needles can be kept closed independently of the other. In an injection device with two concentrically arranged nozzle needles according to the 1 and 2 wherein the first nozzle needle is slidably disposed within a second nozzle needle designed as a hollow needle, it is particularly advantageous if the two graduation planes are spaced apart in the direction of the nozzle needle axis.
Vorzugsweise ist dabei bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass zumindest eine der beiden zueinander gerichteten Druckangriffsflächen eine Bombierung oder kegelige Fläche aufweist. Wird der Druckraum über die Druckleitung mit Druck beaufschlagt, so wird der durch die Schließfeder vorgespannte Teil der Düsennadel angehoben und der düsenkuppenseitige Teil der Düsennadel gegen den Nadelsitz gepresst. Entscheidend ist, dass die wirksame Druckangriffsfläche im Bereich der Teilungsebene größer ist als jene im Nadelsitzbereich bei geschlossener Nadel.Preferably, it is provided in all embodiments described below that at least one of the two mutually facing pressure application surfaces has a crown or conical surface. If the pressure chamber is pressurized via the pressure line, the part of the nozzle needle that is prestressed by the closing spring is lifted and the nozzle bowl-side part of the nozzle needle is pressed against the needle seat. It is crucial that the effective pressure application area in the region of the division level is greater than that in the needle seat area with the needle closed.
Um die beiden Düsennadeln bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen abwechselnd betätigen zu können, ist in weiterer Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass die erste und die zweite Druckleitung von einem als 3/3-Wege Ventil ausgebildeten Steuerventil ausgehen, welches mit einer Hochdruckleitung verbunden ist, wobei in einer ersten Schaltstellung die Strömungsverbindung zwischen der ersten Druckleitung und der Hochdruckleitung geöffnet und zwischen der zweiten Druckleitung und der Hochdruckleitung geschlossen, in der zweiten Schaltstellung die Strömungsverbindung zwischen der ersten Druckleitung und der Hochdruckleitung geschlossen und zwischen der zweiten Druckleitung und der Hochdruckleitung geöffnet ist, und wobei in der dritten Schaltstellung die Strömungsverbindungen sowohl der ersten als auch der zweiten Druckleitung mit der Hochdruckleitung unterbrochen sind. Das Steuerventil wird dabei zweckmäßigerweise zweispulig ausgeführt, wobei jede Spule auf einen als Steuerschieber ausgebildeten Anker einwirkt. Der Steuerschieber kann neben den zwei Endlagen auch eine Mittelstellung einnehmen. Besonders platzsparend ist es dabei, wenn die Bewegungsachse des Steuerschiebers etwa normal zur Injektorachse ausgebildet ist.In order to operate the two nozzle needles alternately in all embodiments described below, the invention provides that the first and the second pressure line emanate from a trained as a 3/3-way valve control valve, which is connected to a high-pressure line, said in a first switching position, the flow connection between the first pressure line and the high-pressure line is opened and closed between the second pressure line and the high-pressure line; in the second switching position, the flow connection between the first pressure line and the high-pressure line is closed and opened between the second pressure line and the high-pressure line, and wherein in the third switching position, the flow connections of both the first and the second pressure line are interrupted with the high-pressure line. The control valve is expediently carried out in two pulleys, each coil acting on an armature designed as a control slide. The spool can take a middle position in addition to the two end positions. It is particularly space-saving when the movement axis of the control slide is approximately normal to the injector axis.
In einer äußerst bevorzugten Ausführung der Erfindung gemäß den 6 bis 8 ist vorgesehen, dass pro Düsennadel eine Einspritzleitung in einen die Düsennadel umgebenden Ringraum einmündet, und dass in jeder Einspritzleitung ein Steuerventil angeordnet ist, über welches der Durchfluss durch die jeweilige Einspritzleitung steuerbar ist. Das Steuerventil weist dabei zwei stabile Schaltstellungen, nämlich eine Schließstellung und eine Öffnungsstellung auf und kann als Magnetventil oder als piezoelektrisches Ventil ausgeführt sein.In an extremely preferred embodiment of the invention according to the 6 to 8th It is provided that per nozzle needle an injection line opens into an annular space surrounding the nozzle needle, and that in each injection line, a control valve is arranged, via which the flow through the respective injection line is controllable. The Control valve has two stable switching positions, namely a closed position and an open position and can be designed as a solenoid valve or as a piezoelectric valve.
Da sich das Steuerventil direkt in der Einspritzleitung zur Düsennadel befinden, werden die Düsennadeln direkt von den Steuerventilen angesteuert. Die Steuerventile sind somit Vollstromventile. Dadurch ergeben sich nur geringe Todvolumina, weshalb bei Teillast hohe Einspritzdrücke realisiert werden können.Since the control valve is located directly in the injection line to the nozzle needle, the nozzle needles are controlled directly by the control valves. The control valves are thus full flow valves. This results in only small dead volumes, which is why at partial load high injection pressures can be realized.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Steuerventil eine Ventilnadel aufweist, welche durch den Kraftstoffdruck in der Einspritzleitung von einem Ventilsitz abhebbar und in die Öffnungsstellung bringbar ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass auf die Ventilnadel des Steuerventiles eine vorzugsweise durch eine Feder gebildete Schließkraft in Richtung der Schließstellung einwirkt. Die Öffnungskraft für die Steuerventile wird durch den Kraftstoffdruck in den Einspritzleitungen aufgebracht. Die Schließkraft auf die Ventilnadeln ist so dimensioniert, dass die Ventilnadel nur im druckentlasteten Zustand der jeweiligen Einspritzleitung, also zwischen zwei Einspritzungen geschlossen werden kann. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte und platzsparende Ausführung der Steuerventile, insbesondere wenn das Steuerventil im aktivierten, also strombeaufschlagten Zustand durch eine vorzugsweise elektromagnetisch oder piezoelektrisch erzeugte Haltekraft in der Schließstellung gehalten werden kann. Die Betätigungseinrichtung, insbesondere Elektromagnete für das Steuerventil können verhältnismäßig klein dimensioniert werden, da die Ventilnadel nur in ihrer Schließstellung, unterstützt durch die in Schließrichtung wirkende Feder, gehalten werden muss. In dieser Stellung wirkt der Kraftstoffdruck in Öffnungsrichtung nur auf einen relativ kleinen ringförmigen Absatz der Ventilnadel, so dass die in Öffnungsrichtung wirkende Kraft verhältnismäßig klein ist. Erst bei Deaktivierung des Steuerventiles kann die Ventilnadel durch den relativ geringen Öffnungsdruck entgegen der Feder gehoben werden. Die durch die Feder verursachte Schließkraft muss somit kleiner sein als die durch den Kraftstoffdruck auf den ringförmigen Absatz der Ventilnadel wirkende Öffnungskraft.It is particularly advantageous if the control valve has a valve needle, which can be lifted by the fuel pressure in the injection line from a valve seat and brought into the open position, wherein it is preferably provided that on the valve needle of the control valve preferably formed by a spring closing force in the direction the closed position acts. The opening force for the control valves is applied by the fuel pressure in the injection lines. The closing force on the valve needles is dimensioned so that the valve needle can be closed only in the pressure-relieved state of the respective injection line, ie between two injections. This results in a very compact and space-saving design of the control valves, in particular when the control valve in the activated, that is current-loaded state by a preferably electromagnetically or piezoelectrically generated holding force can be held in the closed position. The actuating device, in particular electromagnets for the control valve can be dimensioned relatively small, since the valve needle only in its closed position, supported by the force acting in the closing direction spring, must be maintained. In this position, the fuel pressure acts in the opening direction only on a relatively small annular shoulder of the valve needle, so that the force acting in the opening direction force is relatively small. Only when deactivating the control valve, the valve needle can be lifted by the relatively low opening pressure against the spring. The closing force caused by the spring must therefore be smaller than the force acting on the annular shoulder of the valve needle by the fuel pressure opening force.
Es ist weiters vorgesehen, dass der für das öffnen des Steuerventiles durch den Kraftstoff in der Einspritzleitung erforderliche Öffnungsdruck geringer ist als jener Öffnungsdruck des Kraftstoffes, welcher für das Öffnen der Düsennadel notwendig ist. Somit macht das Steuerventil zu einem Zeitpunkt auf, bei dem der Öffnungsdruck für die Düsennadel noch nicht erreicht ist. Die Öffnungs- bzw. anfängliche Schließcharakteristik hängt somit im Wesentlichen nur von der Auslegung der Düsennadel ab.It is further provided that the opening pressure required for the opening of the control valve by the fuel in the injection line is less than that opening pressure of the fuel which is necessary for opening the nozzle needle. Thus, the control valve opens at a time when the opening pressure for the nozzle needle has not yet been reached. The opening or initial closing characteristic thus depends essentially only on the design of the nozzle needle.
Durch die als Vollstromventile ausgeführten Steuerventile kann der Fertigungsaufwand und die Anzahl der Bauteile der Einspritzeinrichtung, verglichen mit bekannten anderen Konzepten, sehr gering gehalten werden.By running as a full flow valves control valves manufacturing costs and the number of components of the injector, compared with other known concepts, can be kept very low.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:
1 schematisch einen Längsschnitt einer Einspritzeinrichtung in einer ersten Ausführungsvariante, 1 FIG. 2 schematically a longitudinal section of an injection device in a first embodiment, FIG.
2 das Steuerventil dieser Einspritzeinrichtung, 2 the control valve of this injector,
3 schematisch einen Längsschnitt einer Einspritzeinrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante, 3 FIG. 2 schematically a longitudinal section of an injection device in a second embodiment, FIG.
4 die in 3 gezeigte Einspritzeinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3, 4 in the 3 shown injection device in a section along the line IV-IV in 3 .
5 eine schematische Darstellung der Einspritzrichtungen der in den 3 und 4 gezeigten Einspritzeinrichtung, 5 a schematic representation of the injection directions in the 3 and 4 shown injection device,
6 schematisch einen Längsschnitt einer Einspritzeinrichtung in einer dritten Ausführungsvariante, 6 FIG. 2 schematically a longitudinal section of an injection device in a third embodiment, FIG.
7 die in 6 gezeigte Einspritzeinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 6 und 7 in the 6 shown injector in a section along the line VII-VII in 6 and
8 eine schematische Darstellung der Einspritzrichtungen der in den 6 und 7 gezeigten Einspritzeinrichtung. 8th a schematic representation of the injection directions in the 6 and 7 shown injection device.
Die in 1 dargestellte Einspritzeinrichtung weist eine als Doppelnadeldüse ausgeführte Einspritzdüse 1 mit einer ersten Düsennadel 2 und einer zweiten Düsennadel 3 auf, wobei beide Düsennadeln 2, 3 koaxial zueinander ausgeführt sind. Die erste Düsennadel 2 ist innerhalb der als Hohlnadel ausgeführten zweiten Düsennadel 3 verschiebbar angeordnet. Die erste Düsennadel 2 steuert erste Einspritzöffnungen 4 und die zweite Düsennnadel 3 steuert zweite Einspritzöffnungen 5 an, welche in der Düsenkuppe 6 angeordnet sind. In einem die beiden Düsennadeln 2, 3 umgebenden Ringraum 7 des Düsenkörpers 8 mündet eine Einspritzleitung 9 ein, welche dauernd mit einer von einer nicht weiter dargestellten Pumpe kommenden Hochdruckleitung 10 in Strömungsverbindung steht.In the 1 illustrated injection device has a designed as a double needle nozzle injection nozzle 1 with a first nozzle needle 2 and a second nozzle needle 3 on, with both nozzle needles 2 . 3 are made coaxial with each other. The first nozzle needle 2 is within the designed as a hollow needle second nozzle needle 3 slidably arranged. The first nozzle needle 2 controls first injection openings 4 and the second nozzle needle 3 controls second injection openings 5 at which in the nozzle tip 6 are arranged. In one the two nozzle needles 2 . 3 surrounding annulus 7 of the nozzle body 8th opens an injection line 9 a, which constantly with a coming from a pump not shown high-pressure line 10 is in flow communication.
Die erste Düsennadel 2 wird über eine erste Schließfeder 11, die zweite Düsennadel 3 durch eine zweite Schließfeder 12 in Schließrichtung belastet.The first nozzle needle 2 is via a first closing spring 11 , the second nozzle needle 3 by a second closing spring 12 loaded in the closing direction.
Sowohl die erste Düsennadel 2 als auch die zweite Düsennadel 3 ist axial geteilt ausgeführt und weist jeweils einen düsenkuppenseitigen Teil 2a bzw. 3a und einen schließfederseitigen Teil 2b bzw. 3b auf, auf welchen die erste bzw. zweite Schließfeder 11, 12 einwirkt. Die beiden Teile 2a, 2b bzw. 3a, 3b der ersten bzw. zweiten Düsennadel 2, 3 weisen jeweils im Bereich der ersten bzw. zweiten Teilungsebene 13 bzw. 14, die im wesentlichen normal auf die Düsennadelachse 15 verläuft, jeweils zueinander gerichtete, bombierte Druckangriffsflächen 16a, 16b bzw. 17a, 17b auf. Im Bereich der Teilungsebenen 13, 14 sind im Düsenkörper 8 ringförmige Druckräume 18, 19 angeordnet. In den ersten Druckraum 18 mündet eine erste Druckleitung 20 und in den zweiten Druckraum 19 mündet eine zweite Druckleitung 21. Zur Druckbeaufschlagung der ersten Druckangriffsflächen 16a, 16b der ersten Düsennadel 2 weist die zweite Düsennadel 3 im Bereich des ersten Druckraumes 18 radiale Verbindungsöffnungen 22 auf. Both the first nozzle needle 2 as well as the second nozzle needle 3 is executed axially divided and each has a nozzle bowl side part 2a respectively. 3a and a closing spring side part 2 B respectively. 3b on, on which the first and second closing spring 11 . 12 acts. The two parts 2a . 2 B respectively. 3a . 3b the first and second nozzle needle 2 . 3 each have in the area of the first and second division level 13 respectively. 14 that is essentially normal to the nozzle needle axis 15 runs, each directed to each other, cambered pressure application surfaces 16a . 16b respectively. 17a . 17b on. In the area of graduation levels 13 . 14 are in the nozzle body 8th annular pressure chambers 18 . 19 arranged. In the first pressure room 18 opens a first pressure line 20 and in the second pressure chamber 19 opens a second pressure line 21 , For pressurizing the first pressure application surfaces 16a . 16b the first nozzle needle 2 has the second nozzle needle 3 in the area of the first pressure chamber 18 radial connection openings 22 on.
Die erste und die zweite Druckleitung 20, 21 gehen von einem als 3/3-Wege Ventil ausgeführtem Steuerventil 23 aus, welches mit der Hochdruckleitung 10 verbunden ist. Das Steuerventil 23 weist zwei Spulen 24, 25 und einen Steuerschieber 26 auf, auf welchen zwei gleich starke Federn 27, 28 beidseits einwirken. Über die Federn 27, 28 wird der Steuerschieber 26 in der in 2 dargestellten Mittelstellung gehalten. In dieser Mittelstellung ist die Strömungsverbindung zwischen der ersten Druckleitung 20 bzw. der zweiten Druckleitung 21 mit der Hochdruckleitung 10 unterbrochen. Bei Auslenkung des Steuerschiebers 26 in eine der beiden Endstellungen wird entweder die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 10 und der ersten Druckleitung 20 oder die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 10 und der zweiten Druckleitung 21 freigegeben. Dadurch kann genügend schnell zwischen den beiden Druckleitungen 20 und 21 umgeschaltet werden. Da der Schaltvorgang jeweils zwischen zwei Einspritzungen stattfindet, braucht der Steuerschieber nicht unbedingt als schnellschaltendes Ventil ausgebildet sein. Unabhängig von der Stellung des Steuerschiebers 26 ist die Einspritzleitung 9 stets mit der Hochdruckleitung 10 verbunden.The first and the second pressure line 20 . 21 go from a designed as a 3/3-way valve control valve 23 out, which with the high pressure line 10 connected is. The control valve 23 has two coils 24 . 25 and a spool 26 on which two equally strong springs 27 . 28 act on both sides. About the springs 27 . 28 becomes the spool 26 in the in 2 held middle position held. In this middle position, the flow connection between the first pressure line 20 or the second pressure line 21 with the high pressure line 10 interrupted. At deflection of the spool 26 in one of the two end positions is either the connection between the high pressure line 10 and the first pressure line 20 or the connection between the high pressure line 10 and the second pressure line 21 Approved. This allows enough speed between the two pressure lines 20 and 21 be switched. Since the switching process takes place between two injections, the spool need not necessarily be designed as fast-switching valve. Regardless of the position of the spool valve 26 is the injection line 9 always with the high pressure line 10 connected.
Die ersten und zweiten Einspritzöffnungen 4, 5 befinden sich jeweils übereinander (Galerieanordnung) und sind jeweils für die halbe Vollastmenge, also für den gleichen Durchfluss ausgelegt. Bei Vollast sind sowohl die ersten als auch die zweiten Einspritzöffnungen 4, 5 geöffnet. Dabei befindet sich der Steuerschieber 26 des Steuerventils 23 in seiner mittleren Stellung, so dass die Druckleitungen 20 und 21 geschlossen sind. Dadurch werden beide Düsennadeln 2, 3 durch den auf die Ringflächen 29 und 30 wirkenden Einspritzdruck entgegen der Kraft der Schließfedern 11 und 12 gehoben. Die zweite Düsennadel 3 weist dafür im Bereich der Düsenkuppe 6 Übertrittsöffnungen 31 auf, welche einen die zweite Düsennadel 3 umgebenden Ringraum 32 mit einem zwischen erster und zweiter Düsennadel 2, 3 ausgebildeten Ringraum 33 verbinden. Im Vollastbetrieb sind die Spulen 24, 25 des Steuerventiles 23 deaktiviert, so dass der Steuerschieber 26 durch die Federn 27 und 28 in seiner Mittelstellung gehalten wird. Die Bewegungsachse 26' des Steuerschiebers 26 ist dabei platzsparend etwa normal zur Injektorachse 15 angeordnet.The first and second injection openings 4 . 5 are each one above the other (gallery) and are each designed for half full load, so for the same flow. At full load, both the first and the second injection ports 4 . 5 open. This is the spool 26 of the control valve 23 in its middle position, so that the pressure lines 20 and 21 are closed. This will both nozzle needles 2 . 3 through the on the ring surfaces 29 and 30 acting injection pressure against the force of the closing springs 11 and 12 lifted. The second nozzle needle 3 points for it in the area of the nozzle dome 6 Transfer openings 31 on, which one the second nozzle needle 3 surrounding annulus 32 with one between the first and second nozzle needle 2 . 3 trained annulus 33 connect. In full load operation are the coils 24 . 25 of the control valve 23 disabled, leaving the spool 26 through the springs 27 and 28 held in its middle position. The movement axis 26 ' of the spool 26 is space-saving approximately normal to the injector axis 15 arranged.
Im Teillastbetrieb dagegen werden die Spulen 24 und 25 abwechselnd mit Strom beaufschlagt. Der Wechsel erfolgt nach jeder Einspritzung oder nach einer vordefinierten Anzahl an Einspritzungen. Dadurch wird der Steuerschieber 26 abwechselnd entgegen der Kraft der Federn 27, 28 in seine beiden Endstellungen gezogen. In einer Endstellung wird die Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckleitung 10 und der ersten Druckleitung 20 freigegeben, die zweite Druckleitung 21 bleibt geschlossen. Der Druckraum 18 wird somit über die Druckleitung 20 mit Druck beaufschlagt. Da die mit dem Druckraum 18 über die Öffnungen 22 strömungsverbundenen Druckangriffsflächen 16a, 16b der beiden Teile 2a, 2b der ersten Düsennadel 2 größer sind als die in Öffnungsrichtung wirkende Ringfläche 29 der ersten Düsennadel 2, ergibt sich eine Resultierende, welche in Schließrichtung auf die Düsennadel 2 wirkt. Gleichzeitig wirkt auf den der Düsenkuppe 6 abgewandten Teil 2b eine Kraft entgegen der Schließkraft der Schließfeder 11, welche den Teil 2b in 1 nach oben drückt. Die erste Düsennadel 2 wird somit geschlossen gehalten, während die zweite Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Schließfeder 12 durch den Einspritzdruck geöffnet wird.In partial load operation, on the other hand, the coils 24 and 25 alternately energized. The change occurs after each injection or after a predefined number of injections. This will be the spool 26 alternately against the force of the springs 27 . 28 pulled into its two end positions. In an end position, the flow connection between the high pressure line 10 and the first pressure line 20 released, the second pressure line 21 stays closed. The pressure room 18 is thus via the pressure line 20 pressurized. As with the pressure room 18 over the openings 22 flow-connected pressure application surfaces 16a . 16b the two parts 2a . 2 B the first nozzle needle 2 are larger than the annular surface acting in the opening direction 29 the first nozzle needle 2 , results in a resultant, which in the closing direction on the nozzle needle 2 acts. At the same time acts on the nozzle tip 6 remote part 2 B a force against the closing force of the closing spring 11 which the part 2 B in 1 pushes up. The first nozzle needle 2 is thus kept closed, while the second nozzle needle 3 against the force of the closing spring 12 is opened by the injection pressure.
Bei Umschalten des Steuerventils 23 wird die erste Druckleitung 20 geschlossen und die zweite Druckleitung 21 mit der Hochdruckleitung 10 verbunden. Dabei wird der zweite Druckraum 19 in analoger Weise mit Druck beaufschlagt. Da die Druckangriffsfläche 17a des Teiles 3a der zweiten Düsennadel 3 größer ist als die in Öffnungsrichtung wirkende Ringfläche 30, wird die zweite Düsennadel 3 geschlossen gehalten. Der auf die Druckangriffsfläche 17b wirkende Druck lenkt den der Spitzenkuppe 6 abgewendeten Teil 3b der zweiten Düsennadel 3 entgegen der Kraft der Schließfeder 12 in 1 nach oben aus. Es kann somit nur die erste Düsennadel 2 durch den Einspritzdruck geöffnet werden.When switching the control valve 23 becomes the first pressure line 20 closed and the second pressure line 21 with the high pressure line 10 connected. This is the second pressure chamber 19 applied in an analogous manner with pressure. Because the pressure application area 17a of the part 3a the second nozzle needle 3 greater than the ring area acting in the opening direction 30 , becomes the second nozzle needle 3 kept closed. The on the pressure attack surface 17b Acting pressure directs the tip of the tip 6 averted part 3b the second nozzle needle 3 against the force of the closing spring 12 in 1 upwards. It can thus only the first nozzle needle 2 be opened by the injection pressure.
Durch fortwährendes Umschalten des Steuerventiles 23 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen werden im Teillastbetrieb die Düsennadeln 2, 3 abwechselnd betätigt, so dass längere Stillstandszeiten von nicht betätigten Düsennadeln 2, 3 während des Betriebes und somit die Verkokung der entsprechenden Einspritzöffnungen 4, 5 wirksam vermieden wird.By continuous switching of the control valve 23 between two successive injections, the nozzle needles are in part-load operation 2 . 3 operated alternately, allowing longer downtime of non-actuated nozzle needles 2 . 3 during operation and thus the coking of the corresponding injection openings 4 . 5 effectively avoided.
Die in 3 gezeigte Einspritzeinrichtung weist eine als Doppelnadeldüse ausgeführte Einspritzdüse 101 mit einer ersten Düsennadel 102 und einer zweiten Düsennadel 103 auf, wobei beide Düsennadeln 102, 103 nebeneinander parallel angeordnet sind. Die Düsennadelachsen 102', 103' sind voneinander beabstandet. Die erste Düsennadel 102 steuert erste Einspritzöffnungen 104 und die zweite Düsennadel 103 steuert zweite Einspritzöffnungen 105 an, welche jeweils in einer Düsenkuppe 106a, 106b angeordnet sind. In einem die beiden Düsennadeln 102, 103 jeweils umgebenden Ringraum 107a, 107b des Düsenkörpers 108 mündet eine Einspritzleitung 109 ein, welche dauernd mit einer von einer nicht weiter dargestellten Pumpe kommenden Hochdruckleitung 110 in Strömungsverbindung steht. In the 3 shown injection device has a designed as a double needle nozzle injection nozzle 101 with a first nozzle needle 102 and a second nozzle needle 103 on, with both nozzle needles 102 . 103 are arranged side by side in parallel. The nozzle needle axes 102 ' . 103 ' are spaced from each other. The first nozzle needle 102 controls first injection openings 104 and the second nozzle needle 103 controls second injection openings 105 on, each in a nozzle 106a . 106b are arranged. In one the two nozzle needles 102 . 103 each surrounding annulus 107a . 107b of the nozzle body 108 opens an injection line 109 a, which constantly with a coming from a pump not shown high-pressure line 110 is in flow communication.
Die erste Düsennadel 102 als auch die zweite Düsennadel 103 wird durch eine gemeinsame Schließfeder 111 in Schließrichtung belastet.The first nozzle needle 102 as well as the second nozzle needle 103 is by a common closing spring 111 loaded in the closing direction.
Sowohl die erste Düsennadel 102 als auch die zweite Düsennadel 103 ist axial geteilt ausgeführt und weist jeweils einen düsenkuppenseitigen Teil 102a bzw. 103a und einen schließfederseitigen Teil 102b bzw. 103b auf, auf welchen die gemeinsame Schließfeder 111 einwirkt. Die beiden Teile 102a, 102b bzw. 103a, 103b der ersten bzw. zweiten Düsennadel 102, 103 weisen jeweils im Bereich der ersten bzw. zweiten Teilungsebene 113 bzw. 114, die im wesentlichen normal auf die Düsennadelachsen 102', 103' verläuft, jeweils zueinander gerichtete, teilweise bombierte oder kegelsegmentförmige Druckangriffsflächen 116a, 116b bzw. 117a, 117b auf. Im Bereich der Teilungsebenen 113, 114 sind im Düsenkörper 108 Druckräume 118, 119 angeordnet. In den ersten Druckraum 118 mündet eine erste Druckleitung 120 und in den zweiten Druckraum 119 mündet eine zweite Druckleitung 121.Both the first nozzle needle 102 as well as the second nozzle needle 103 is executed axially divided and each has a nozzle bowl side part 102 respectively. 103a and a closing spring side part 102b respectively. 103b on which the common closing spring 111 acts. The two parts 102 . 102b respectively. 103a . 103b the first and second nozzle needle 102 . 103 each have in the area of the first and second division level 113 respectively. 114 that is essentially normal to the nozzle needle axes 102 ' . 103 ' runs, each directed to each other, partially cambered or cone segment-shaped pressure application surfaces 116a . 116b respectively. 117a . 117b on. In the area of graduation levels 113 . 114 are in the nozzle body 108 pressure chambers 118 . 119 arranged. In the first pressure room 118 opens a first pressure line 120 and in the second pressure chamber 119 opens a second pressure line 121 ,
Die erste und die zweite Druckleitung 120, 121 gehen von einem als 3/3-Wege Ventil ausgeführtem Steuerventil 123 aus, welches mit der Hochdruckleitung 110 verbunden ist. Das Steuerventil 123 weist zwei Spulen 124, 125 und einen Steuerschieber 126 auf, auf welchen zwei gleich starke Federn 127, 128 beidseits einwirken. An Stelle durch Spulen 124, 125 kann die Auslenkung des Steuerschiebers 126 aber auch hydraulikgesteuert, beispielsweise nach dem Servoprinzip, oder auch pneumatisch erfolgen. Über die Federn 127, 128 wird der Steuerschieber 126 in der in 1 dargestellten Mittelstellung gehalten. In dieser Mittelstellung ist die Strömungsverbindung zwischen der ersten Druckleitung 120 bzw. der zweiten Druckleitung 121 mit der Hochdruckleitung 110 unterbrochen. Bei Auslenkung des Steuerschiebers 126 in eine der beiden Endstellungen wird entweder die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 110 und der ersten Druckleitung 120 oder die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 110 und der zweiten Druckleitung 121 freigegeben. Dadurch kann genügend schnell zwischen den beiden Druckleitungen 120 und 121 umgeschaltet werden. Da der Schaltvorgang jeweils zwischen zwei Einspritzungen stattfindet, braucht der Steuerschieber 126 nicht unbedingt als schnellstschaltendes Ventil ausgebildet sein. Unabhängig von der Stellung des Steuerschiebers 126 ist die Einspritzleitung 109 stets mit der Hochdruckleitung 110 verbunden.The first and the second pressure line 120 . 121 go from a designed as a 3/3-way valve control valve 123 out, which with the high pressure line 110 connected is. The control valve 123 has two coils 124 . 125 and a spool 126 on which two equally strong springs 127 . 128 act on both sides. In place by coils 124 . 125 can the deflection of the spool 126 but also hydraulically controlled, for example, according to the servo principle, or pneumatically done. About the springs 127 . 128 becomes the spool 126 in the in 1 held middle position held. In this middle position, the flow connection between the first pressure line 120 or the second pressure line 121 with the high pressure line 110 interrupted. At deflection of the spool 126 in one of the two end positions is either the connection between the high pressure line 110 and the first pressure line 120 or the connection between the high pressure line 110 and the second pressure line 121 Approved. This allows enough speed between the two pressure lines 120 and 121 be switched. Since the switching takes place between two injections, the spool needs 126 not necessarily be designed as Schnellstschaltendes valve. Regardless of the position of the spool valve 126 is the injection line 109 always with the high pressure line 110 connected.
Die ersten und zweiten Einspritzöffnungen 104, 105 und sind jeweils für die halbe Volllastmenge, also für den gleichen Durchfluss ausgelegt. Bei Volllast sind sowohl die ersten als auch die zweiten Einspritzöffnungen 104, 105 geöffnet. Dabei befindet sich der Steuerschieber 126 des Steuerventils 123 in seiner mittleren Stellung, so dass die Druckleitungen 120 und 121 geschlossen sind. Dadurch werden beide Düsennadeln 102, 103 durch den auf die Ringflächen 129 und 130 wirkenden Einspritzdruck entgegen der Kraft der Schließfeder 111 gehoben. Im Volllastbetrieb sind die Spulen 124, 125 des Steuerventiles 123 deaktiviert, so dass der Steuerschieber 126 durch die Federn 127 und 128 in seiner Mittelstellung gehalten wird. Die Bewegungsachse 126' des Steuerschiebers 126 ist dabei platzsparend etwa normal zu den Düsennadelachsen 102', 103' angeordnet.The first and second injection openings 104 . 105 and are each designed for half full load, so for the same flow. At full load, both the first and the second injection openings 104 . 105 open. This is the spool 126 of the control valve 123 in its middle position, so that the pressure lines 120 and 121 are closed. This will both nozzle needles 102 . 103 through the on the ring surfaces 129 and 130 acting injection pressure against the force of the closing spring 111 lifted. In full load operation are the coils 124 . 125 of the control valve 123 disabled, leaving the spool 126 through the springs 127 and 128 held in its middle position. The movement axis 126 ' of the spool 126 is space-saving about normal to the nozzle needle axes 102 ' . 103 ' arranged.
Im Teillastbetrieb dagegen werden die Spulen 124 und 125 abwechselnd mit Strom beaufschlagt. Der Wechsel erfolgt nach jeder Einspritzung oder nach einer vordefinierten Anzahl an Einspritzungen. Dadurch wird der Steuerschieber 126 abwechselnd entgegen der Kraft der Federn 127, 128 in seine beiden Endstellungen gezogen. In einer Endstellung wird die Strömungsverbindung zwischen der Hochdruckleitung 110 und der ersten Druckleitung 120 freigegeben, die zweite Druckleitung 121 bleibt geschlossen. Der Druckraum 118 wird somit über die Druckleitung 120 mit Druck beaufschlagt. Da die mit dem Druckraum 118 strömungsverbundenen Druckangriffsflächen 116a, 116b der beiden Teile 102a, 102b der ersten Düsennadel 102 größer sind als die in Öffnungsrichtung wirkende Ringfläche 129 der ersten Düsennadel 102, ergibt sich eine Resultierende, welche in Schließrichtung auf die Düsennadel 102 wirkt. Gleichzeitig wirkt auf den der Düsenkuppe 106 abgewandten Teil 102b eine Kraft entgegen der Schließkraft der Schließfeder 111, welche den Teil 102b in 1 nach oben drückt. Die erste Düsennadel 102 wird somit geschlossen gehalten, während die zweite Düsennadel 103 entgegen der Kraft der Schließfeder 111 durch den Einspritzdruck geöffnet wird.In partial load operation, on the other hand, the coils 124 and 125 alternately energized. The change occurs after each injection or after a predefined number of injections. This will be the spool 126 alternately against the force of the springs 127 . 128 pulled into its two end positions. In an end position, the flow connection between the high pressure line 110 and the first pressure line 120 released, the second pressure line 121 stays closed. The pressure room 118 is thus via the pressure line 120 pressurized. As with the pressure room 118 flow-connected pressure application surfaces 116a . 116b the two parts 102 . 102b the first nozzle needle 102 are larger than the annular surface acting in the opening direction 129 the first nozzle needle 102 , results in a resultant, which in the closing direction on the nozzle needle 102 acts. At the same time acts on the nozzle tip 106 remote part 102b a force against the closing force of the closing spring 111 which the part 102b in 1 pushes up. The first nozzle needle 102 is thus kept closed, while the second nozzle needle 103 against the force of the closing spring 111 is opened by the injection pressure.
Bei Umschalten des Steuerventils 123 wird die erste Druckleitung 120 geschlossen und die zweite Druckleitung 121 mit der Hochdruckleitung 110 verbunden. Dabei wird der zweite Druckraum 119 in analoger Weise mit Druck beaufschlagt. Da die Druckangriffsfläche 117a des Teiles 103 der zweiten Düsennadel 103 größer ist als die in Öffnungsrichtung wirkende Ringfläche 130, wird die zweite Düsennadel 103 geschlossen gehalten. Der auf die Druckangriffsfläche 117b wirkende Druck lenkt den der Spitzenkuppe 106b abgewendeten Teil 103b der zweiten Düsennadel 103 entgegen der Kraft der Schließfeder 111 in 1 nach oben aus. Es kann somit nur die erste Düsennadel 102 durch den Einspritzdruck geöffnet werden.When switching the control valve 123 becomes the first pressure line 120 closed and the second pressure line 121 with the high pressure line 110 connected. This is the second pressure chamber 119 applied in an analogous manner with pressure. Because the Pressure area 117a of the part 103 the second nozzle needle 103 greater than the ring area acting in the opening direction 130 , becomes the second nozzle needle 103 kept closed. The on the pressure attack surface 117b Acting pressure directs the tip of the tip 106b averted part 103b the second nozzle needle 103 against the force of the closing spring 111 in 1 upwards. It can thus only the first nozzle needle 102 be opened by the injection pressure.
Durch fortwährendes Umschalten des Steuerventiles 123 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen werden im Teillastbetrieb die Düsennadeln 102, 103 abwechselnd betätigt, so dass längere Stillstandszeiten von nicht betätigten Düsennadeln 102, 103 während des Betriebes und somit die Verkokung der entsprechenden Einspritzöffnungen 104, 105 wirksam vermieden wird.By continuous switching of the control valve 123 between two successive injections, the nozzle needles are in part-load operation 102 . 103 operated alternately, allowing longer downtime of non-actuated nozzle needles 102 . 103 during operation and thus the coking of the corresponding injection openings 104 . 105 effectively avoided.
Die Mündungen 104' der Einspritzöffnungen 104 in den Brennraum der ersten Düsenkuppe 106a und die Mündungen 105' der Einspritzöffnungen 105 der zweiten Düsenkuppe 106b sind jeweils in voneinander beabstandeten Normalebenen 104a bzw. 105a auf die Düsennadelachsen 102', 103' angeordnet. Der Abstand zwischen den Normalebenen 104a, 105a ist mit a bezeichnet. Dieser Abstand bewirkt, dass sich die Strahlen der ersten und zweiten Einspritzöffnungen 104, 105 bei Volllast nicht gegenseitig behindern, also nicht aufeinandertreffen. Vorteilhafterweise sind beide Düsenkuppen 106a, 106b mit der gleichen Lochanzahl, vorzugsweise 3, ausgeführt, wodurch sich das in 3 abgebildete Strahlenbild ergibt.The mouths 104 ' injection ports 104 into the combustion chamber of the first nozzle tip 106a and the mouths 105 ' injection ports 105 the second nozzle tip 106b are each in spaced-apart normal planes 104a respectively. 105a on the nozzle needle axes 102 ' . 103 ' arranged. The distance between the normal planes 104a . 105a is denoted by a. This distance causes the rays of the first and second injection openings 104 . 105 at full load do not interfere with each other, so do not clash. Advantageously, both nozzle tips 106a . 106b with the same number of holes, preferably 3 , executed, whereby the in 3 results in the illustrated ray image.
Die Schließfeder 111 wirkt über den Kippteil 111a auf beide Düsennadeln 102, 103, und zwar auf die oberen Teile 102b und 103b der Düsennadeln. Dadurch wird auch bei unterschiedlichen Nadelhüben der beiden Düsennadeln 102, 103 eine gleichmäßige Kraftverteilung zufolge der Schließfeder 111 bewirkt. Um zu vermeiden, dass bei Schwenkbewegungen des Kippteiles 111a Querkräfte in die Teile 102b, 103b geleitet werden, welche die Nadelführungen 102b' und 103b' beschädigen könnten, sind zwischen dem Kippteil 111a und dem Teil 102b bzw. 103b jeweils zylindrische Wälzkörper 140 bzw. 141 angeordnet. Im Vergleich zu kugelförmigen Walzkörpern haben die zylindrischen Wälzkörper 140, 141 den Vorteil, dass die Kräfte durch Linienkontakt und nicht durch Punktkontakt übertragen werden.The closing spring 111 acts on the tipping part 111 on both nozzle needles 102 . 103 , on the upper parts 102b and 103b the nozzle needles. As a result, even with different needle strokes of the two nozzle needles 102 . 103 a uniform distribution of force due to the closing spring 111 causes. To avoid that during pivoting movements of the tilting part 111 Transverse forces in the parts 102b . 103b which are the needle guides 102b ' and 103b ' could damage between the tipping part 111 and the part 102b respectively. 103b each cylindrical rolling elements 140 respectively. 141 arranged. Compared to spherical rolling elements have the cylindrical rolling elements 140 . 141 the advantage that the forces are transmitted by line contact and not by point contact.
Die Einspritzeinrichtung in der aus 6 ersichtlichen Ausführung weist eine als Doppelnadeldüse ausgeführte Einspritzdüse 201 mit einer ersten Düsennadel 202 und einer zweiten Düsennadel 203 auf, wobei beide Düsennadeln 202, 203 nebeneinander parallel angeordnet sind. Die Düsennadelachsen 202', 203' sind voneinander beabstandet. Die erste Düsennadel 202 steuert erste Einspritzöffnungen 204 und die zweite Düsennadel 203 steuert zweite Einspritzöffnungen 205 an, welche jeweils in einer Düsenkuppe 206a, 206b angeordnet sind. In jeden der beiden Düsennadeln 202, 203 jeweils umgebenden Ringraum 207a, 207b des Düsenkörpers 208 mündet jeweils eine Einspritzleitung 209a, 209b ein, welche über je ein Steuerventil 223a, 223b mit einer von einer nicht weiter dargestellten Pumpe kommenden Hochdruckleitung 210, 210a, 210b in Strömungsverbindung steht.The injector in the off 6 apparent embodiment has a designed as a double needle nozzle injection nozzle 201 with a first nozzle needle 202 and a second nozzle needle 203 on, with both nozzle needles 202 . 203 are arranged side by side in parallel. The nozzle needle axes 202 ' . 203 ' are spaced from each other. The first nozzle needle 202 controls first injection openings 204 and the second nozzle needle 203 controls second injection openings 205 on, each in a nozzle 206a . 206b are arranged. In each of the two nozzle needles 202 . 203 each surrounding annulus 207a . 207b of the nozzle body 208 each opens an injection line 209a . 209b one, each with a control valve 223a . 223b with a coming from a pump not shown high-pressure line 210 . 210a . 210b is in flow communication.
Die erste Düsennadel 202 als auch die zweite Düsennadel 203 wird durch eine gemeinsame Schließfeder 211 in Schließrichtung belastet.The first nozzle needle 202 as well as the second nozzle needle 203 is by a common closing spring 211 loaded in the closing direction.
In jeder der beiden Einspritzleitungen 209a, 209b ist jeweils ein Steuerventil 223a, 223b angeordnet, über welches die Einspritzleitung 209a, 209b mit der Hochdruckleitung 210, 210a, 210b strömungsverbunden ist. Jedes Steuerventil 223a, 223b weist eine Ventilnadel 226a, 226b auf, welche in der Schließstellung des Steuerventiles 223a, 223b auf einem Ventilsitz 231a, 231b aufliegt. Jede Ventilnadel 226a, 226b ist von einem Ringraum 232a, 232b umgeben, in welchen eine Hochdruckleitung 210a, 210b einmündet. Die Hochdruckleitungen 210a, 210b gehen von der gemeinsamen Hochdruckleitung 210 aus. Im Bereich des Ringraumes 232a, 232b weist jede Ventilnadel 226a, 226b eine durch einen Absatz gebildete ringförmige Druckangriffsfläche 233a, 233b für den über die Hochdruckleitung 210a, 210b in den Ringraum 232a, 232b zugeführten Kraftstoff auf, wodurch bei Druckbeaufschlagung der Hochdruckleitung 210 eine hydraulisch bewirkte Öffnungskraft auf die Ventilnadeln 226a, 226b einwirkt.In each of the two injection lines 209a . 209b is each a control valve 223a . 223b arranged over which the injection line 209a . 209b with the high pressure line 210 . 210a . 210b fluidly connected. Each control valve 223a . 223b has a valve needle 226a . 226b on, which in the closed position of the control valve 223a . 223b on a valve seat 231 . 231b rests. Every valve needle 226a . 226b is from an annulus 232a . 232b surrounded, in which a high-pressure line 210a . 210b opens. The high pressure lines 210a . 210b go from the common high pressure line 210 out. In the area of the annulus 232a . 232b points each valve needle 226a . 226b a formed by a shoulder annular pressure application surface 233a . 233b for the over the high pressure line 210a . 210b in the annulus 232a . 232b supplied fuel, whereby upon pressurization of the high-pressure line 210 a hydraulically induced opening force on the valve pins 226a . 226b acts.
Die Steuerventile 223a, 223b sind im Ausführungsbeispiel als Magnetventile ausgeführt. Genauso ist es denkbar, als Steuerventile 223a, 223b piezoelektrische Ventile zu verwenden.The control valves 223a . 223b are executed in the embodiment as solenoid valves. Likewise, it is conceivable as control valves 223a . 223b to use piezoelectric valves.
Mit Bezugszeichen 234a und 234b sind fest mit den Ventilnadeln 226a und 226b verbundene Anker bezeichnet, welche bei Strombeaufschlagung der Spulen 224a, 224b entgegen der Öffnungsrichtung angezogen werden, wodurch auf die Ventilnadel 226a, 226b eine in Schließrichtung wirkende Haltekraft einwirkt, welche die Ventilnadeln 226a, 226b auf ihren Ventilsitz 231a, 231b drückt. Die Haltekraft muss dabei mindestens so groß sein, dass die Ventilnadel 226a, 226b nicht durch die Öffnungskraft zufolge des Kraftstoffdruckes in der Hochdruckleitung 210 vom Ventilsitz 231a, 231b angehoben werden kann.With reference number 234a and 234b are stuck with the valve pins 226a and 226b connected armature, which when current is applied to the coils 224a . 224b be attracted against the opening direction, causing the valve needle 226a . 226b acting in the closing direction holding force acts, which the valve needles 226a . 226b on her valve seat 231 . 231b suppressed. The holding force must be at least as large that the valve needle 226a . 226b not by the opening force due to the fuel pressure in the high pressure line 210 from the valve seat 231 . 231b can be raised.
Auf jede der Ventilnadeln 226a, 226b wirkt weiters eine durch eine Feder 227a, 227b gebildete geringe Schließkraft entgegen der Öffnungsrichtung ein, welche die Ventilnadel 226a, 226b bei Druckentlastung der Hochdruckleitungen 210, 210a, 210b auch bei stromloser Spule 224a, 224b in die Schließstellung bewegt. Da im drucklosen Zustand keine wesentlichen Öffnungskräfte entgegenwirken, können die Federn 227a, 227b relativ klein dimensioniert und auf einen bestimmten Öffnungsdruck ausgelegt sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der notwendige Öffnungsdruck durch den Kraftstoff für das deaktivierte Steuerventil 223a, 223b geringer ist als der Öffnungsdruck für die Düsennadel 202, 203.On each of the valve pins 226a . 226b further acts by a spring 227a . 227b formed low closing force against the opening direction, which the valve needle 226a . 226b at pressure relief of the high pressure lines 210 . 210a . 210b also with currentless coil 224a . 224b moved to the closed position. Since no significant opening forces counteract the pressure-free state, the springs can 227a . 227b relatively small dimensions and designed for a specific opening pressure. It is advantageous if the necessary opening pressure by the fuel for the deactivated control valve 223a . 223b less than the opening pressure for the nozzle needle 202 . 203 ,
Die beiden Steuerventile 223a und 223b sind vorteilhafterweise gleich dimensioniert. Die Spulen 224a, 224b der Steuerventile 223a, 223b werden nur im Zeitbereich des Einspritzvorganges mit Strom beaufschlagt. Die Ventilnadel 226a, 226b der mit Strom beaufschlagten Spule 224a, 224b wird auf ihrem Ventilsitz 231a, 231b gehalten. Wenn eine der beiden Spulen 224a, 224b stromlos ist oder stromlos geschalten wird, kann der Kraftstoffdruck im Ringraum 232a, 232b die jeweilige Ventilnadel 226a, 226b abheben und somit eine Strömungsverbindung zwischen der Einspritzleitung 209a, 209b und der Hochdruckleitung 210 herstellen, wodurch im Ringraum 207a, 207b der jeweiligen Düsennadel 202, 203 der Einspritzdruck herrscht und auf die Ringflächen 229, 230 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 202, 203 entgegen der Kraft der Schließfeder 211 einwirkt und die jeweilige Düsennadel 202, 203 öffnet und somit die Einspritzung durch die Einspritzöffnungen 204 oder 205 einleitet.The two control valves 223a and 223b are advantageously the same size. The spools 224a . 224b the control valves 223a . 223b are energized only in the time domain of the injection process. The valve needle 226a . 226b the energized coil 224a . 224b gets on her valve seat 231 . 231b held. If one of the two coils 224a . 224b is de-energized or de-energized, can the fuel pressure in the annulus 232a . 232b the respective valve needle 226a . 226b lift off and thus a flow connection between the injection line 209a . 209b and the high pressure line 210 produce, thereby in the annulus 207a . 207b the respective nozzle needle 202 . 203 the injection pressure prevails and on the ring surfaces 229 . 230 in the opening direction of the nozzle needle 202 . 203 against the force of the closing spring 211 interacts and the respective nozzle needle 202 . 203 opens and thus the injection through the injection openings 204 or 205 initiates.
Werden die Spulen 224a, 224b beider Steuerventile 223a, 223b stromlos geschalten, kann die Einspritzung über beide Düsennadeln 202, 203 sowohl durch die ersten Einspritzöffnungen 204, als auch durch die zweiten Einspritzöffnungen 205 erfolgen. Dies ist beispielsweise im Volllastbetrieb sinnvoll. Bei Volllast werden somit sowohl die ersten, als auch die zweiten Einspritzöffnungen 204, 205 gleichzeitig geöffnet. Durch die Deaktivierung der Spulen 224a, 224b können die Ventilnadeln 226a, 226b der Steuerventile 223a, 223b gleichzeitig in ihre Öffnungsstellung gehoben werden, so dass die Einspritzleitungen 209a, 209b mit der Hochdruckleitung 210 strömungsverbunden sind. Dadurch werden beide Düsennadeln 202, 203 durch den auf die Ringflächen 229 und 230 wirkenden Einspritzdruck entgegen der Kraft der Schließfeder 211 angehoben.Be the coils 224a . 224b both control valves 223a . 223b de-energized, the injection can be via both nozzle needles 202 . 203 both through the first injection openings 204 , as well as through the second injection ports 205 respectively. This is useful, for example, in full load operation. At full load thus both the first, and the second injection openings 204 . 205 open at the same time. By deactivating the coils 224a . 224b can the valve needles 226a . 226b the control valves 223a . 223b be lifted simultaneously into its open position, so that the injection lines 209a . 209b with the high pressure line 210 are fluidly connected. This will both nozzle needles 202 . 203 through the on the ring surfaces 229 and 230 acting injection pressure against the force of the closing spring 211 raised.
Im Teillastbetrieb dagegen werden die Spulen 224a und 224b der Steuerventile 223a, 223b abwechselnd mit Strom beaufschlagt. Der Wechsel erfolgt nach jeder Einspritzung oder nach einer vordefinierten Anzahl an Einspritzungen. Dadurch werden die Ventilnadeln 226a, 226b abwechselnd in ihrer Schließstellung gehalten bzw. – bei Deaktivierung des jeweiligen Steuerventiles 223a, 223b – durch Kraftstoffdruck in die Öffnungsstellung gehoben. Dadurch wird der Ringraum 207a, 207b der Düsennadel 202, 203 des jeweils deaktivierten Steuerventiles 223a, 223b mit der Hochdruckleitung 210 strömungsverbunden, wodurch die jeweilige Düsennadel 202, 203 durch den Kraftstoffdruck geöffnet wird. Die Düsennadel 203, 202 des aktivierten Steuerventiles 223b, 223a bleibt dagegen geschlossen, da die entsprechende Ventilnadel 226b, 226a durch die elektromagnetische Haltekraft auf ihren Ventilsitz 231b, 231a gedrückt und somit die Strömungsverbindung mit der Hochdruckleitung 210 unterbrochen bleibt.In partial load operation, on the other hand, the coils 224a and 224b the control valves 223a . 223b alternately energized. The change occurs after each injection or after a predefined number of injections. This will cause the valve pins 226a . 226b alternately held in its closed position or - upon deactivation of the respective control valve 223a . 223b - Lifted by fuel pressure in the open position. This will make the annulus 207a . 207b the nozzle needle 202 . 203 of the respective deactivated control valve 223a . 223b with the high pressure line 210 fluidly connected, whereby the respective nozzle needle 202 . 203 is opened by the fuel pressure. The nozzle needle 203 . 202 of the activated control valve 223b . 223a on the other hand, it remains closed because the corresponding valve needle 226b . 226a by the electromagnetic holding force on its valve seat 231b . 231 pressed and thus the flow connection with the high pressure line 210 is interrupted.
Durch fortwährendes Umschalten zwischen den Steuerventilen 223a und 223b zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen werden im Teillastbetrieb die Düsennadeln 202, 203 abwechselnd betätigt, so dass längere Stillstandszeiten von nicht betätigten Düsennadeln 202, 203 während des Betriebes und somit die Verkokung der entsprechenden Einspritzöffnungen 204, 205 wirksam vermieden wird.By continually switching between the control valves 223a and 223b between two successive injections, the nozzle needles are in part-load operation 202 . 203 operated alternately, allowing longer downtime of non-actuated nozzle needles 202 . 203 during operation and thus the coking of the corresponding injection openings 204 . 205 effectively avoided.
Mit der beschriebenen Einspritzeinrichtung lässt sich als Zusatzfunktion auch eine als „Boot Injection” bezeichnete gestufte Einspritzung insbesondere im oberen Teillastbereich realisieren. Dabei bleibt zu Beginn der Einspritzung eines der beiden Steuerventile 223a, 223b deaktiviert. Das andere Steuerventil 223b, 223a wird durch Bestromung der Spule 224b, 224a aktiviert, sodass anfangs nur eine Düsennadel 202, 203 öffnet. Während dieser Einspritzung wird mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung auch die Spule 224b, 224a des anderen Steuerventiles 223b, 223a stromlos gemacht und somit auch das entsprechende Steuerventil 223b, 223a ebenfalls geöffnet. Dies hat zur Folge, dass auch die andere Düsennadel 203, 202 geöffnet wird und nun die Einspritzung sowohl über die ersten Einspritzöffnungen 204, als auch über die zweiten Einspritzöffnungen 205 erfolgt. Dadurch, dass die erste Einspritzphase mit einer geringeren Kraftstoffmenge erfolgt, lässt sich ein weicherer Verbrennungsverlauf realisieren, wodurch vor allem das Geräusch, aber auch die NOx-Emissionen verringert werden können.With the described injection device can be realized as an additional function also called a "boot injection" stepped injection, especially in the upper part-load range. It remains at the beginning of the injection of one of the two control valves 223a . 223b disabled. The other control valve 223b . 223a is by energizing the coil 224b . 224a activated, so initially only a nozzle needle 202 . 203 opens. During this injection, with a certain time delay also the coil 224b . 224a of the other control valve 223b . 223a de-energized and thus also the corresponding control valve 223b . 223a also open. This has the consequence that the other nozzle needle 203 . 202 is opened and now the injection both over the first injection openings 204 , as well as the second injection ports 205 he follows. The fact that the first injection phase is carried out with a smaller amount of fuel, a softer combustion process can be realized, which in particular the noise, but also the NO x emissions can be reduced.
Die Mündungen 204' der Einspritzöffnungen 204 in den Brennraum der ersten Düsenkuppe 206a und die Mündungen 205' der Einspritzöffnungen 205 der zweiten Düsenkuppe 206b sind jeweils in voneinander beabstandeten Normalebenen 204a bzw. 205a auf die Düsennadelachsen 202', 203' angeordnet. Der Abstand zwischen den Normalebenen 204a, 205a ist mit a bezeichnet. Dieser Abstand bewirkt, dass sich die Strahlen der ersten und zweiten Einspritzöffnungen 204, 205 bei Volllast nicht gegenseitig behindern, also nicht aufeinandertreffen. Vorteilhafterweise sind beide Düsenkuppen 206a, 206b mit der gleichen Lochanzahl, vorzugsweise 3, ausgeführt, wodurch sich das in 3 abgebildete Strahlenbild ergibt.The mouths 204 ' injection ports 204 into the combustion chamber of the first nozzle tip 206a and the mouths 205 ' injection ports 205 the second nozzle tip 206b are each in spaced-apart normal planes 204a respectively. 205a on the nozzle needle axes 202 ' . 203 ' arranged. The distance between the normal planes 204a . 205a is denoted by a. This distance causes the rays of the first and second injection openings 204 . 205 at full load do not interfere with each other, so do not clash. Advantageously, both nozzle tips 206a . 206b with the same number of holes, preferably 3 , executed, whereby the in 3 results in the illustrated ray image.
Im Teillastbereich wird dabei über jeweils drei Einspritzöffnungen, bei Volllastbetrieb hingegen mit der doppelten Anzahl, also über sechs Einspritzöffnungen eingespritzt.In the partial load range is injected in each case via three injection openings, in full load operation, however, with twice the number, ie six injection openings.
Die Schließfeder 211 wirkt über den Kippteil 211a auf beide Düsennadeln 202, 203. Dadurch wird auch bei unterschiedlichen Nadelhüben der beiden Düsennadeln 202, 203 eine gleichmäßige Kraftverteilung zufolge der Schließfeder 211 bewirkt. Um zu vermeiden, dass bei Schwenkbewegungen des Kippteiles 211a Querkräfte in die Düsennadeln 202, 203 geleitet werden, welche die Nadelführungen 202b' und 203b' beschädigen könnten, ist zwischen dem Kippteil 211a und der Düsennadel 202 bzw. 203 jeweils ein zylindrischer Wälzkörper 240 bzw. 241 angeordnet. Im Vergleich zu kugelförmigen Walzkörpern haben die zylindrischen Wälzkörper 240, 241 den Vorteil, dass die Kräfte durch Linienkontakt und nicht durch Punktkontakt übertragen werden.The closing spring 211 acts on the tipping part 211 on both nozzle needles 202 . 203 , As a result, even with different needle strokes of the two nozzle needles 202 . 203 a uniform distribution of force due to the closing spring 211 causes. To avoid that during pivoting movements of the tilting part 211 Transverse forces in the nozzle needles 202 . 203 which are the needle guides 202b ' and 203b ' could damage between the tipping part 211 and the nozzle needle 202 respectively. 203 in each case a cylindrical rolling element 240 respectively. 241 arranged. Compared to spherical rolling elements have the cylindrical rolling elements 240 . 241 the advantage that the forces are transmitted by line contact and not by point contact.
