DE102005042652A1 - Fuel injection device for internal combustion engines with an integrated pressure booster - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brenn- und Kraftmaschinen mit einem von einer Kraftstoffhochdruckquelle (21) versorgten Einspritzmodul (3), einer zwischen der Kraftstoffhochdruckquelle (21) und dem Einspritzmodul (3) angeordneten Druckübersetzungseinrichtung (2) und einem Betätigungselement (4) zum Steuern der Druckübersetzungseinrichtung. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, um Leckageverluste zu vermeiden, ein 3/2-Schieber/Schieber-Ventil (25) mit einem Proportionalmagnetventil (21) zu kombinieren. Damit wird das Proportionalmagnetventil (21) entgegen seiner ursprünglichen Auslegung als Schaltventil benutzt. Durch die Verwendung des Proportionalmagnetventils (21) kann der Schieber (26) des Schieberventils (25) über einen weg von mehr als 3 mm verstellt werden, so dass große Verstellwege möglich werden und ausreichend Überdeckungslängen vorhanden sind, um so akzeptable Leckagewerte zu erreichen.The invention relates to a fuel injection device for internal combustion engines with an injection module (3) supplied by a high-pressure fuel source (21), a pressure booster device (2) arranged between the high-pressure fuel source (21) and the injection module (3) and an actuating element (4) to control the pressure booster. According to the invention, in order to avoid leakage losses, a 3/2 slide / slide valve (25) is combined with a proportional solenoid valve (21). Thus, contrary to its original design, the proportional solenoid valve (21) is used as a switching valve. By using the proportional solenoid valve (21), the slide (26) of the slide valve (25) can be adjusted over a distance of more than 3 mm, so that large adjustment paths are possible and sufficient overlap lengths are available to achieve acceptable leakage values.
Description
Technisches Gebiettechnical area
Zur Einbringung von Kraftstoff in Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Einspritzsysteme, die einen Kraftstoffhochdruckspeicher umfassen, haben den Vorteil, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. Zur Reduzierung der entstehenden Emission und zur Erzielung einer hohen spezifischen Leistung der Brennstoffbrennkraftmaschine ist ein hoher Einspritzdruck notwendig. Da das durch Hochdruckkraftstoffpumpen im Hochdruckspeicher erreichbare Druckniveau aus Festigkeitsgründen in der Regel begrenzt ist, kann zur weiteren Drucksteigerung bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit einem Hochdruckspeicherraum ein Druckverstärker dem Kraftstoffinjektor zugeordnet werden.to Introduction of fuel in combustion chambers of internal combustion engines can used both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems become. Injection systems that use a high-pressure fuel storage have the advantage that the injection pressure to load and Speed of the internal combustion engine can be adjusted. To reduce of the resulting issue and to achieve a high specific Performance of the fuel internal combustion engine is a high injection pressure necessary. Since that by high-pressure fuel pumps in the high-pressure accumulator achievable pressure level for strength reasons usually limited is, can for further pressure increase in fuel injectors with a high-pressure reservoir a pressure booster the fuel injector be assigned.
Aus
der
Aus
der
Aus dem Stand der Technik ist ferner zur Betätigung der Druckübersetzungseinrichtung ein 2/2-Magnetventil bekannt, das die Verstellung eines Druckkolbens innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung bewirkt. Die Verstellgeschwindigkeit selbst wird über den Öffnungsquerschnitt des Magnetventils bestimmt. Hieraus ergeben sich wiederum die entsprechende Aktivierungszeit für den Druckverstärker und hieraus ist auch wiederum erkennbar, dass das Magnetventil einen großen Einfluss auf die darstellbare Mengengenauigkeit hat.Out The prior art is also for actuating the pressure booster device a 2/2 solenoid valve is known, which is the adjustment of a pressure piston within the pressure intensifier causes. The adjustment speed itself is over the opening cross-section of the solenoid valve determined. This in turn results in the corresponding Activation time for the pressure amplifier and from this it is again recognizable that the solenoid valve a huge Has an influence on the reproducible quantity accuracy.
Um zu bewirken, dass die Druckübersetzungseinrichtung in ihre Ausgangsstellung verfahren wird, wird das Magnetventil geschlossen und der Arbeitsraum auf Raildruckniveau gebracht. Die Druckfläche innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung ist größer als die Druckfläche am gegenüberliegenden Ende der Druckübersetzungseinrichtung. Durch diese Druckstufe wird eine schnelle Rückstellung des Steuerkolbens innerhalb der Druckübersetzungseinrichtung bewirkt.Around to cause the pressure intensifier device is moved to its initial position, the solenoid valve is closed and the workspace brought to rail pressure level. The printing area inside the pressure intensifier device is bigger than the printing surface at the opposite End of the pressure booster device. By this pressure level is a quick return of the control piston within the pressure intensifier causes.
Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the state of the technique
Die aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung der Druckverstärkung weist jedoch erhebliche Nachteile auf.The From the prior art known training of pressure amplification has however, considerable disadvantages.
Die Ausbildung und Konstruktion des besagten 2/2-Magnetventils ist aufgrund dessen, dass ein exakt eingeschliffener Hub-Toleranzbereich von ±2,5 μm vorhanden sein muss, sehr aufwändig. Wird diese Toleranz nicht erreicht, so differieren die entsprechenden Mengengenauigkeiten des Injektors. Zudem ist bei dem Injektor selbst darauf zu achten, dass die Nadelführung und auch der Ventilnadelsitz innerhalb des Injektors ein geringes Spiel in einer Größenordnung von 1,5 μm aufweist, um Leckagemengen klein zu halten. Zu hohe Leckagemengen bewirken, dass der Gesamtwirkungsgrad des Einspritzsystems gering wird.The design and construction of the said 2/2 solenoid valve is very complex due to the fact that a precisely ground stroke tolerance range of ± 2.5 μm must be present. If this tolerance is not achieved, the corresponding quantity accuracies of the injector differ. In addition, care must be taken in the injector itself that the needle guide and the valve needle seat within the injector a ge ring game has a size of 1.5 microns to keep leakage quantities small. Excessively high leakage quantities cause the overall efficiency of the injection system to become low.
Auch der Ansteuerkolben selbst der bekannten Druckübersetzungseinrichtung muss passgenau im Bereich mit einem kleinen Spiel in der Größenordnung 1,5 μm hergestellt werden, um die Leckagemenge gering zu halten, denn bei jeder Verstellung des Steuerkolbens wird das aus dem Steuerkolbendurchmesser und dem Hub resultierende Volumen verdrängt. Hinzuzurechnen ist, dass innerhalb der Zeit, in der das Magnetventil geöffnet ist, über eine Drossel ein Bypass zu einem sogenannte Niederdruckkreislauf geschaltet ist. Bei dieser Konstruktion fällt in der Regel eine Leckagemenge in Höhe von 60 l pro Stunde an. Dies entspricht ca. 10% der Gesamtrailentnahmemenge.Also the control piston itself of the known pressure booster device must perfectly fitting in the field with a small game of the order of magnitude 1.5 μm produced in order to keep the amount of leakage low, because with every adjustment of the control piston is the from the control piston diameter and the Hub resulting volume displaced. It should be added that within the time in which the solenoid valve open is over a choke a bypass to a so-called low pressure circuit is switched. In this construction usually falls a leakage amount in height of 60 liters per hour. This corresponds to approx. 10% of the total trailer withdrawal amount.
Ferner tritt überall dort Leckage auf, bei denen ein sehr großes Druckgefälle herrscht.Further occurs everywhere there leakage, where there is a very large pressure gradient.
Des Weiteren bedingt die aus dem Stand der Technik bekannte Konstruktion eine sogenannte koaxiale Anordnung von Magnetventil und Steuerkolben, bezogen auf die Injektorachse des Einspritzmoduls. Diese einzelnen Segmente des Injektors werden bei der Montage mit einer Kraft von ca. 50 KN vorgespannt. Durch die großen Kräfte treten Verformungen im Bereich sämtlicher Führungen auf, wobei, um ein Verklemmen einzelner Bauteile zu verhindern, ist es notwendig, ein entsprechendes Spiel vorzuhalten. Hierdurch werden jedoch entgegen des höheren Wirkungsgrades die Leckagemengen erhöht.Of Further requires the known from the prior art construction a so-called coaxial arrangement of solenoid valve and control piston, relative to the injector axis of the injection module. These individual Segments of the injector are used during assembly with a force of preloaded approx. 50 KN. Due to the large forces occur deformations in the Area of all guides on, in order to prevent jamming of individual components, it is necessary to provide a suitable game. hereby but will be against the higher Efficiency increases the leakage quantities.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Kraftstoffeinspritzung mit einer Druckübersetzungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik derart weiter zu bilden, dass die Leckagemengen zumindest zum Teil reduziert werden.Therefore the object of the invention is a fuel injection with a pressure booster device according to the state the technique to further develop so that the leakage quantities at least for Part be reduced.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Zur Erreichung einer optimierten Ausgabe von Kraftstoff über den Injektor muss die Aktivierung des Druckverstärkers zu einem genau definierten Zeitpunkt erfolgen. Der Zeitpunkt ist in erster Linie davon abhängig, wie hoch die Verstellgeschwindigkeit des Schieberventils ist, der wiederum durch den Öffnungsquerschnitt des Magnetventils beeinflusst wird.to Achieving an optimized output of fuel over the Injector must be the activation of the booster to a well-defined Timing. The timing depends primarily on how high is the adjustment speed of the slide valve, in turn through the opening cross-section of the Solenoid valve is influenced.
Kerngedanke der Erfindung ist es somit, die direkte Positionierung des Schieberventils über ein Proportionalmagnetventil schaltbar zu machen.core idea Thus, the invention is the direct positioning of the slide valve via a Proportional solenoid valve to make switchable.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist es, dass auf ein handelsübliches Proportionalmagnetventil, das zudem kostengünstig herstellbar ist, zurückgegriffen werden kann, das unmittelbar und direkt ein Schieberventil über einen Stößel positioniert. Das Schieberventil kann nun druckausgeglichen ausgeführt werden, wodurch eine Rückstellung über eine Feder möglich ist. Eine kostenintensive Doppelführung ist nun nicht mehr erforderlich.one The main advantages of the invention is that on a commercial Proportional solenoid valve, which is also inexpensive to produce, resorted to can directly and directly a slide valve over a Plunger positioned. The slide valve can now be pressure balanced, creating a provision over a Spring possible is. A costly double guide is no longer required.
Ein wesentlicher weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der direkten Positionierung des Schieberventils über das Proportionalmagnetventil eine sogenannte Steuermenge entfällt. Dies sind in der Regel bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für Brennkraftmaschinen ca. 60 bis 70 Liter pro Stunde. Im Vergleich zum Stand der Technik werden die Leckagemengen gemäß aufgezeigter Werte nachstehend reduziert. Der Grund hierfür ist zum einen der Entfall einer permanenten Leckagestelle einer Magnetventilnadelführung und zum anderen die Verlängerung der Überdeckungslängen der Steuerkolbenführung der Übersetzungseinrichtung. Die höheren Leckagemengen im Zustand ‘Druckverstärker’ aktiv werden überkompensiert.One Another major advantage is that due to the direct positioning of the slide valve over the proportional solenoid valve eliminates a so-called control amount. This are usually in fuel injectors for internal combustion engines about 60 to 70 liters per hour. Compared to the state of the art the leakages are shown in accordance with Values are reduced below. The reason for this is on the one hand the omission a permanent leakage point of a solenoid valve needle guide and on the other hand the extension the overlap lengths of the Control piston guide the translation device. The higher leakage quantities active in the 'pressure booster' state are overcompensated.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Aktivierungszeitpunkt des Druckverstärkers erkannt werden und eventuelle Abweichungen korrigiert werden können. Da das Proportionalmagnetventil über das Schieberventil direkt positioniert wird, ergeben sich die Möglichkeiten der sogenannten BIP-Erkennung. Schlägt der Steuerkolben am Anschlag auf, so führt dies zu einer schlagartigen Reduzierung der Magnetventilankergeschwindigkeit. Diese wiederum bewirkt eine ebenso schlagartige Änderung der Magnetventilinduktivität. Diese Änderung der Induktivität kann von einem Steuergerät anhand beispielsweise eines Spannungssignals ausgewertet werden.One Another significant advantage of the invention is that the activation time of the booster can be detected and eventual Deviations can be corrected. Since the proportional solenoid valve over the slide valve is positioned directly, the possibilities arise the so-called GDP recognition. beats the control piston on the stop, so this leads to a sudden Reduction of solenoid valve speed. These in turn causes an equally abrupt change in the solenoid valve inductance. This change the inductance can be from a controller be evaluated using, for example, a voltage signal.
Das Proportionalmagnetventil wird somit gegen seine ursprüngliche Auslegung als Schaltventil benutzt. Durch die Verwendung eines Proportionalmagnetventils kann der Steuerschieber über einen Weg von mehr als 3 mm verstellt werden. Dieser große Verstellweg ermöglicht ausreichende Überdeckungslängen an den Führungen, so dass akzeptable Leckagewerte erreicht werden können.The Proportional solenoid valve is thus against its original Design used as a switching valve. By using a proportional solenoid valve can the spool over a path of more than 3 mm can be adjusted. This large adjustment allows sufficient overlap lengths to the Guides, so that acceptable leakage levels can be achieved.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Zeichnung, der Beschreibung sowie den Ansprüchen hervor.Further advantageous embodiments will become apparent from the following drawing, the description and the claims out.
Zeichnungdrawing
Es zeigt:It shows:
Beschreibung eines AusführungsbeispielsDescription of an embodiment
Die
in
Der
Arbeitsraum
Von
dem Hochdruckraum
Bei
Druckentlastung des Steuerraumes
Das
Einspritzmodul
Das
Betätigungselement
Die
von dem Hochdruckspeicherraum
Funktionsweisefunctionality
Bei
dem in
Wird
das Proportionalmagnetventil
Somit
ist das Proportionalmagnetventil
Ferner
wird dadurch der wesentliche Vorteil erreicht, dass eine entsprechende
Steuermenge an Fluid nicht mehr notwendig ist, um die Druckübersetzungseinrichtung
Claims (6)
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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |