Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Hochdruck-Kraftstoff in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors. Aus der JP 2002 054522 A ist ein Kraftstoffinjektor mit zwei separaten Steuerkammern zur Auslösung der Bewegungen von zwei separaten Ventilkörpern bekannt. The invention relates to a fuel injector for injecting high-pressure fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. From the JP 2002 054522 A a fuel injector with two separate control chambers for triggering the movements of two separate valve bodies is known.
Die DE 199 32 548 B4 offenbart einen Kraftstoffinjektor mit einem Injektionsventil und einem Überlaufventil, die jeweils über separate Aktuatoren betrieben werden. Wenn der Injektor mit einem positiven Strom beaufschlagt wird, wird nur eines der Ventile aktiviert, wird der Injektor hingegen mit einem negativen Strom beaufschlagt, werden beide Ventile gleichzeitig aktiviert. The DE 199 32 548 B4 discloses a fuel injector with an injection valve and an overflow valve, each operated via separate actuators. If the injector is supplied with a positive current, only one of the valves is activated, however, if the injector is supplied with a negative current, both valves are activated simultaneously.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftstoffinjektor aufzuzeigen, der mit einem veränderlichen Injektionsratenprofil betrieben werden kann und eine verbesserte Steuerbarkeit aufweist. It is an object of the present invention to provide a fuel injector which can be operated with a variable injection rate profile and has improved controllability.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den jeweiligen eigenständigen Ansprüchen. The invention solves this problem with the features in the respective independent claims.
Gegenstand dieser Offenbarung ist ein Kraftstoffinjektor mit einem verschieblich angeordneten Ventilkörper. Der Injektor weist (genau) einen Ventilkörper auf, der (genau) einen Ventilsitzbereich öffnen oder verschließen kann, um eine Kraftstoffinjektion auszuführen oder zu beenden. Der Ventilsitzbereich ist also zum Öffnen und Schließen einer Kraftstoffpassage zu den ein oder mehreren Injektionsöffnungen des Injektors ausgebildet. Der Ventilkörper hat ein distales Ende, das zu der mindestens einen Injektionsöffnung des Injektors weist. Er hat ferner ein demgegenüber liegendes dorsales Ende. Die Bewegung des Ventilkörpers wird durch eine Kraft bewirkt, die über eine Druckdifferenz zwischen einem am distalen Ende wirkenden Kraftstoff-Druck und einem am dorsalen Ende wirkenden Steuerdruck beeinflussbar ist. Der Steuerdruck wird durch ein Fluid in einer Steuerkammer aufgebracht. Auf den Ventilkörper wirkt ferner eine Federkraft in einer Verschlussrichtung. Ein solcher Kraftstoffinjektor ist in der Praxis bekannt und wird als Servo-Ventil-Injektor bezeichnet. Subject of this disclosure is a fuel injector with a slidably disposed valve body. The injector has (exactly) a valve body that can open (or close) a valve seat area to complete or stop fuel injection. The valve seat area is thus designed to open and close a fuel passage to the one or more injection openings of the injector. The valve body has a distal end facing the at least one injection port of the injector. He also has a lying opposite dorsal end. The movement of the valve body is effected by a force which can be influenced via a pressure difference between a fuel pressure acting on the distal end and a control pressure acting on the dorsal end. The control pressure is applied by a fluid in a control chamber. On the valve body also acts a spring force in a closing direction. Such a fuel injector is known in the art and is referred to as a servo-valve injector.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Injektor zwei separat zu öffnende oder zu schließende Entlastungspassagen auf, die beide mit der einen Steuerkammer am dorsalen Ende des einen Ventilkörpers verbunden sind. Die Steuerkammer kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Im Fall einer mehrteiligen Steuerkammer stehen alle Kammerteile in Kontakt mit demselben Ventilkörper. Durch das separate Öffnen der Entlastungspassagen kann die Druckabfallrate in der Steuerkammer beeinflusst werden, wodurch ein Öffnungsverhalten des Ventilkörpers beinflussbar ist. Wenn der Steuerdruck in der Steuerkammer schnell abfällt, bewegt sich der Ventilkörper vergleichsweise schneller in einer Öffnungsrichtung, sodass ein steiler Anstieg der Injektionsrate erreicht wird. Wenn der Steuerdruck in der Steuerkammer hingegen vergleichsweise langsam abfällt, wird eine langsamere Bewegung des Ventilkörpers in einer Öffnungsrichtung erreicht, was zu einem flacheren Anstieg der Injektionsrate führt. According to a first aspect of the present invention, the injector has two relief passages to be separately opened or closed, both of which are connected to the one control chamber at the dorsal end of the one valve body. The control chamber may be formed in one or more parts. In the case of a multi-part control chamber all chamber parts are in contact with the same valve body. By separately opening the discharge passages, the pressure drop rate in the control chamber can be influenced, whereby an opening behavior of the valve body can be influenced. When the control pressure in the control chamber drops rapidly, the valve body moves comparatively faster in an opening direction, so that a steep increase in the injection rate is achieved. On the other hand, when the control pressure in the control chamber drops comparatively slowly, a slower movement of the valve body in an opening direction is achieved, resulting in a flatter increase in the injection rate.
Gemäß einem weiteren eigenständigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist der Injektor zwei elektrische Aktuatoren mit jeweils zwei Versorgungsleitungen auf. Diese Versorgungsleitungen sind über eine Dioden-Schaltung mit zwei Haupt-Steckerleitungen (auch Haupt-Kontaktleitungen oder Haupt-Anschlussleitungen genannt) des Injektors verbunden und die Dioden-Schaltung leitet einen Stromfluss in den Haupt-Steckerleitungen in einer ersten Stromrichtung (plus) nur zu dem ersten Aktuator. Sie leitet einen Stromfluss in der entgegengesetzten Stromrichtung (minus) nur zu dem zweiten Aktuator. In beiden Varianten ist der Stromfluss zu dem jeweils anderen Aktuator gesperrt. Durch einen solchen Injektor mit einer solchen Dioden-Schaltung wird ein besonders einfaches Wechseln zwischen zwei Haupt-Betriebszuständen geschaffen. An einem Steckerkontakt (Steck-Kontakt/Stecker-Anschluss) des Injektors müssen nur zwei Haupt-Steckerleitungen zugeführt werden. Hierdurch kann der Stecker des Injektors besonders klein bauen, was Vorteile für die Montage des Injektors bringt. In another independent aspect of the present disclosure, the injector includes two electrical actuators each having two supply lines. These supply lines are connected via a diode circuit with two main plug lines (also called main contact lines or main connection lines) of the injector and the diode circuit conducts a current flow in the main plug lines in a first current direction (plus) only to the first actuator. It conducts a current flow in the opposite current direction (minus) only to the second actuator. In both variants, the current flow to the respective other actuator is blocked. By such an injector with such a diode circuit, a particularly simple switching between two main operating states is created. At a plug contact (plug contact / plug connection) of the injector, only two main plug lines have to be supplied. This allows the connector of the injector to build very small, which brings advantages for the installation of the injector.
Ein passendes Steuergerät für einen solchen Injektor kann ebenfalls mit einfachen Mitteln adaptiert werden, um das Ansteuern der zwei Betriebszustände des Injektors zu ermöglichen. Hierfür kann beispielsweise ein Spannungsinverter in der Treiberschaltung hinzugefügt werden. A suitable control device for such an injector can also be adapted with simple means to enable the driving of the two operating states of the injector. For this purpose, for example, a voltage inverter can be added in the driver circuit.
Gemäß einem weiteren eigenständigen Aspekt der Offenbarung kann die Steuerkammer des Injektors in zwei oder mehr Kammerteile unterteilt sein, deren jeweilige Steuerdrücke auf denselben Ventilkörper einwirken. Jeder Kammerteil ist mit einer separaten Entlastungspassage verbunden. Durch die Unterteilung der Steuerkammer in mehrere Kammerteile können die jeweiligen Steuerdrücke mit separat wählbaren Wirkflächen auf das dorsale Ende des Ventilkörpers einwirken. Durch die Wahl des Flächenverhältnisses wird eine weitere Beeinflussbarkeit für die Erzeugung der den Ventilkörper bewegenden Kraft geschaffen. According to another independent aspect of the disclosure, the control chamber of the injector may be divided into two or more chamber parts, the respective control pressures of which act on the same valve body. Each chamber part is connected to a separate discharge passage. By dividing the control chamber into several chamber parts, the respective control pressures can act with separately selectable active surfaces on the dorsal end of the valve body. By choosing the area ratio, a further influenceability for the generation of the valve body moving force is created.
Das Öffnen und Schließen der Entlastungspassagen kann durch hydraulische Schaltmittel erfolgen, die über die Aktuatoren betrieben werden. Es können separate (Ein-Wege-)Schaltmittel vorgesehen sein, wobei jeder Entlastungspassage ein separates hydraulisches Schaltmittel zugewiesen ist. Alternativ kann ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel vorgesehen sein, das mehrere Schaltpositionen aufweist und dazu ausgebildet ist, mehrere Entlastungspassagen, insbesondere genau zwei Entlastungspassagen, selektiv oder kombiniert zu öffnen bzw. zu schließen. The opening and closing of the relief passages can be done by hydraulic switching means, which are operated via the actuators. There may be separate (one-way) switching means are provided, each discharge passage is assigned a separate hydraulic switching means. Alternatively, a hydraulic multi-way switching means may be provided which has a plurality of switching positions and is designed to open or close a plurality of relief passages, in particular exactly two relief passages, selectively or in combination.
Die vorgenannten Aspekte können jeweils in Alleinstellung oder in Kombination zur Lösung der Aufgabe genutzt werden. The aforementioned aspects can each be used alone or in combination to solve the problem.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen des offenbarungsgemäßen Kraftstoffinjektors angeben. In the subclaims, further advantageous embodiments of the disclosed fuel injector are given.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen: The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. Show it:
1A: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors im Querschnitt mit einer einteiligen Steuerkammer und einer darin angeordneten ersten Variante einer Steuerplatte sowie mit einer Dioden-Schaltung; 1A a first embodiment of a fuel injector in cross section with a one-piece control chamber and a first variant of a control plate arranged therein and with a diode circuit;
1B: Eine Detailansicht einer zweiten Variante einer Steuerplatte; 1B : A detail view of a second variant of a control plate;
2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors im Querschnitt; 2 a second embodiment of a fuel injector in cross section;
3: zwei unterschiedliche Injektionsratenprofile bei einer Aktuierung gemäß dem ersten oder dem zweiten Betriebszustand des Injektors; 3 two different injection rate profiles at an actuation according to the first or the second operating state of the injector;
4: verschiedene Diagramme zur Verdeutlichung von möglichen Unterschieden zwischen zwei Betriebszuständen des Aktuators; 4 different diagrams to illustrate possible differences between two operating states of the actuator;
5A bis 5C: Vergleichsdarstellungen zur Erläuterung einer hydraulischen Erzeugung der Bewegung des Ventilkörpers; 5A to 5C : Comparative views for explaining a hydraulic generation of the movement of the valve body;
6: Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors mit einem hydraulischen Mehrwege-Schaltmittel; 6 A third embodiment of a fuel injector with a hydraulic multi-way switching means;
7: Diagramme zur Verdeutlichung des Betriebs des Kraftstoffinjektors aus 6; 7 : Diagrams to illustrate the operation of the fuel injector off 6 ;
8: Ein Diagramm in Analogie zu 5A bis 5C zur Verdeutlichung der Bewegung des Ventilkörpers bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6. 8th : A diagram in analogy to 5A to 5C to illustrate the movement of the valve body in the embodiment according to 6 ,
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff der eigenständigen Ansprüche. Ein solcher Kraftstoffinjektor (100) ist beispielhaft in den 1A, 1B und 2 in einem ersten und einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, auf das weiter unten eingegangen wird. The invention relates to a fuel injector according to the preamble of the independent claims. Such a fuel injector ( 100 ) is exemplary in the 1A . 1B and 2 shown in a first and a second embodiment. In 6 is shown a further embodiment, which will be discussed below.
Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 1A, 1B und 2 weist einen Korpus (132) auf, in oder an dem die weiteren Bestandteile des Injektors angeordnet sind. Der konstruktive Aufbau des Korpus (132) kann im Übrigen beliebig gewählt werden. The fuel injector ( 100 ) according to 1A . 1B and 2 has a body ( 132 ), in or on which the further components of the injector are arranged. The constructive structure of the body ( 132 ) can otherwise be chosen arbitrarily.
Der Kraftstoffinjektor wird bevorzugt in einem Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt. In einem solchen Versorgungssystem wird bevorzugt Kraftstoff in einem Tank (nicht dargestellt) gespeichert und über ein oder mehrere Pumpen, beispielsweise eine Niederdruck-Pumpe und eine Hochdruck-Pumpe (beide nicht dargestellt) zu einem Akkumulator gefördert und dort zwischengespeichert. Ein solcher Akkumulator kann bevorzugt eine Common-Rail (nicht dargestellt) sein. Von dem Akkumulator werden ein oder mehrere Kraftstoffinjektoren (100) gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Hochdruck-Kraftstoff versorgt. Ein Hochdruck-Niveau gemäß der vorliegenden Offenbarung meint einen Betriebsdruck für die Kraftstoffeinspritzung mit einem Maximaldruck bis zu 2000 bar oder 3000 bar. The fuel injector is preferably used in a fuel supply system of an internal combustion engine. In such a supply system, fuel is preferably stored in a tank (not shown) and conveyed via one or more pumps, for example a low-pressure pump and a high-pressure pump (both not shown) to an accumulator and temporarily stored there. Such an accumulator may preferably be a common rail (not shown). From the accumulator one or more fuel injectors ( 100 ) are supplied with high pressure fuel according to the present disclosure. A high-pressure level according to the present disclosure means an operating pressure for the fuel injection with a maximum pressure up to 2000 bar or 3000 bar.
Der Versorgungsdruck (P_H) liegt an einem Eingang des Kraftstoffinjektors (100) an. Der aus dem Akkumulator zugeführte Hochdruck-Kraftstoff wird innerhalb des Kraftstoffinjektors (100) über eine Hochdruck-Kraftstoffpassage (108) zu einem distalen Ende (Einspritzende) des Injektors (100) geführt. The supply pressure (P_H) is located at an input of the fuel injector ( 100 ) at. The high-pressure fuel supplied from the accumulator is (within the fuel injector ( 100 ) via a high-pressure fuel passage ( 108 ) to a distal end (injection end) of the injector ( 100 ) guided.
Der Ventilkörper (102) ist dazu ausgebildet, einen Kraftstofffluss von der Hochdruck-Passage (108) zu einer oder mehreren Injektionsöffnungen (120) freizugeben oder zu unterbrechen. Hierzu kann der Ventilkörper (102) mit einem Ventilsitzbereich (122) zusammenwirken. Wenn der Ventilkörper (102) an dem Ventilsitzbereich (122) dichtend anliegt, wird der Kraftstofffluss unterbrochen. Wenn der Ventilkörper (102) von dem Ventilsitzbereich (122) abgehoben wird, wird ein Kraftstofffluss ermöglicht. Zwischen dem Ventilkörper (102) und dem Ventilsitzbereich (122) wird in Abhängigkeit von der Hubhöhe des Ventilkörpers (102) (ein Drosseleffekt erzeugt. Von diesem Drosseleffekt hängt die Ausbildung einer Injektionsrate (q) ab. Die Drosselung kann zwischen einem vollständigen Verschließen (Drosselung = unendlich groß) und einem vollständigen Freigeben (Drosselung = Null) über der Zeit variieren. Die Variation der Drosselung hängt von der momentanen Hubhöhe des Ventilkörpers ab. Die momentane Hubhöhe des Ventilkörpers resultiert aus dessen Bewegung und die Bewegung des Ventilkörpers (102) wird über den Steuerdruck (P_C) bzw. die Steuerdrücke (P_C1, P_C2) in der ein- oder mehrteiligen Steuerkammer (110, 111a, 111b) gesteuert. The valve body ( 102 ) is adapted to control a fuel flow from the high pressure passage ( 108 ) to one or more injection ports ( 120 ) to release or interrupt. For this purpose, the valve body ( 102 ) with a valve seat area ( 122 ) interact. When the valve body ( 102 ) at the valve seat area ( 122 ) sealingly rests, the fuel flow is interrupted. When the valve body ( 102 ) from the valve seat area ( 122 ) is lifted, a fuel flow is enabled. Between the valve body ( 102 ) and the valve seat area ( 122 ) is dependent on the lift height of the valve body ( 102 The throttling can vary between a complete closure (restriction = infinitely large) and a complete release (restriction = zero) over time The variation of the restriction depends on the current lift height of the valve body. The instantaneous lift height of the valve body results from its movement and the movement of the valve body (FIG. 102 ) via the control pressure (P_C) or the control pressures (P_C1, P_C2) in the one- or multi-part control chamber ( 110 . 111 . 111b ) controlled.
Wenn die Drosselung des Kraftstoffflusses nur allmählich zurückgeht, weil sich der Ventilkörper (102) verhältnismäßig langsam in einer Öffnungsrichtung bewegt, bildet sich der Kraftstofffluss von der Hochdruck-Passage (108) zu den ein oder mehreren Injektionsöffnungen (122) nur verhältnismäßig langsam aus und es wird ein flacher Anstieg des Injektionsratenverlaufs (q) erzeugt. Ein solcher Verlauf ist in dem linken Diagramm von 3 dargestellt. Wenn der Ventilkörper (102) hingegen verhältnismäßig schnell angehoben wird, geht die Drosselung des Kraftstoffflusses schnell zurück und es entsteht ein steiler Anstieg des Injektionsratenverlaufs (q), wie beispielsweise im rechten Diagramm von 3 dargestellt. If the throttling of the fuel flow decreases only gradually, because the valve body ( 102 ) moves relatively slowly in an opening direction, the fuel flow from the high-pressure passage ( 108 ) to the one or more injection ports ( 122 ) is only relatively slow and a flat increase in the injection rate curve (q) is produced. Such a course is in the left diagram of 3 shown. When the valve body ( 102 On the other hand, the throttling of the fuel flow rapidly decreases and a steep increase of the injection rate curve (q) occurs, as in the right diagram of FIG 3 shown.
Der Ventilkörper (102) weist ein distales Ende (104) auf, an dem der Ventilkörper (102) mit dem Ventilsitzbereich (122) zusammenwirken kann. Das gegenüberliegende dorsale Ende (106) steht mit einer Steuerkammer (110) in Kontakt. Der Ventilkörper (102) wird bevorzugt durch eine Feder mit einer elastischen Kraft in einer Schließrichtung beaufschlagt, d. h. mit einer Kraftrichtung zum distalen Ende hin. Ob und mit welcher Geschwindigkeit sich der Ventilkörper (102) in der Schließrichtung (d. h. zum distalen Ende hin) oder in der Öffnungsrichtung (d. h. zum dorsalen Ende (106) hin) bewegt, hängt maßgeblich von den Kräften ab, die durch den Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) und einen Kraftsoff-Druck (P_H) am Ventilsitzbereich (122) bzw. am distalen Ende (104) auf den Ventilkörper (102) ausgewirkt werden. The valve body ( 102 ) has a distal end ( 104 ), on which the valve body ( 102 ) with the valve seat area ( 122 ) can work together. The opposite dorsal end ( 106 ) communicates with a control chamber ( 110 ) in contact. The valve body ( 102 ) is preferably urged by a spring with an elastic force in a closing direction, ie with a force towards the distal end. Whether and at which speed the valve body ( 102 ) in the closing direction (ie towards the distal end) or in the opening direction (ie to the dorsal end ( 106 )), depends significantly on the forces, which by the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) and a force-off pressure (P_H) at the valve seat area (FIG. 122 ) or at the distal end ( 104 ) on the valve body ( 102 ).
Für die in Öffnungsrichtung und in Schließrichtung wirkenden Kräfte sind die jeweiligen Drücke am distalen Ende (104) und am dorsalen Ende (106) sowie die distale Wirkfläche (A_dis) und die dorsale Wirkfläche (A_dor) maßgeblich. For the forces acting in the opening direction and in the closing direction, the respective pressures at the distal end ( 104 ) and at the dorsal end ( 106 ) as well as the distal effective area (A_dis) and the dorsal effective area (A_dor).
Der in 1A und 1B dargestellte Kraftstoffinjektor (100) weist eine einteilige (ungeteilte) Steuerkammer (110) am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) auf. Die Steuerkammer (110) kann über eine Nachfüll-Passage (114) mit Hochdruck Kraftstoff gefüllt werden. Die Nachfüll-Passage (114) verbindet hierbei die Steuerkammer (110) mit der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). In der Nachfüll-Passage (114) kann ein Drosselelement (Nachfüll-Drossel 144, in 1A nicht dargestellt) angeordnet sein, das ein Nachfließen von Kraftstoff in die Steuerkammer (110) beschränkt. Von der Steuerkammer (110) führen zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) über zwei hydraulische Schaltmittel (119a, 119b) zu einer Niederdruck-Passage (148). Die hydraulischen Schaltmittel (119a, 119b) sind hier jeweils als Ein-Wege-Ventile ausgebildet und werden über je einen separaten Aktuator (118a, 118b) betätigt. The in 1A and 1B illustrated fuel injector ( 100 ) has a one-piece (undivided) control chamber ( 110 ) at the dorsal end ( 106 ) of the valve body ( 102 ) on. The control chamber ( 110 ) can be refilled via a refill passage ( 114 ) are filled with high pressure fuel. The refill passage ( 114 ) connects the control chamber ( 110 ) with the high-pressure fuel passage ( 108 ). In the refill passage ( 114 ), a throttle element (refill throttle 144 , in 1A not shown), which is a subsequent flow of fuel into the control chamber ( 110 ). From the control chamber ( 110 ) lead two relief passages ( 116a . 116b ) via two hydraulic switching means ( 119a . 119b ) to a low pressure passage ( 148 ). The hydraulic switching means ( 119a . 119b ) are each designed here as one-way valves and are each provided with a separate actuator ( 118a . 118b ).
Über die Entlastungspassagen (116a, 116b) kann Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) entweichen. Die Entlastungspassagen (116a, 116b) können gemäß den Ausführungsbeispielen der 1A, 1B und 2 jeweils durch einen separaten Aktuator (118a, 118b) geöffnet oder verschlossen werden, d.h. bei Aktivierung des ersten Aktuators (118a) wird ausschließlich die erste Entlastungspassage (116a) freigegeben und bei Aktivierung des zweiten Aktuators wird ausschließlich die zweite Entlastungspassage (116b) freigegeben. Wenn einer der Aktuatoren (118a, 118b) aktiviert wird, um die entsprechende Entlastungspassage (116a, 116b) zu öffnen, kann der Kraftstoff aus der Entlastungspassage (116a, 116b) zur Niederdruck-Passage (148) hin fließen. Die Niederdruck-Passage (148) ist bevorzugt über ein Rückführrohr mit dem Kraftstofftank verbunden. About the relief passages ( 116a . 116b ) can remove fuel from the control chamber ( 110 ) escape. The relief passages ( 116a . 116b ) can according to the embodiments of the 1A . 1B and 2 each by a separate actuator ( 118a . 118b ) are opened or closed, ie upon activation of the first actuator ( 118a ), only the first discharge passage ( 116a ) and upon activation of the second actuator only the second discharge passage ( 116b ) Approved. If one of the actuators ( 118a . 118b ) is activated to the corresponding discharge passage ( 116a . 116b ), the fuel from the discharge passage ( 116a . 116b ) to the low-pressure passage ( 148 ) flow. The low-pressure passage ( 148 ) is preferably connected via a return pipe to the fuel tank.
Die Entlastungspassagen (116a, 116b) weisen bevorzugt unterschiedliche Drosselwirkungen auf. Hierdurch wird erreicht, dass beim Öffnen der einen Entlastungspassage (116a) der Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) mit einer anderen Geschwindigkeit entweichen kann, als wenn die andere Entlastungspassage (116b) geöffnet wird. Die Drosselwirkungen können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. The relief passages ( 116a . 116b ) preferably have different throttling effects. This ensures that when opening the one discharge passage ( 116a ) the fuel from the Control chamber ( 110 ) can escape at a different rate than when the other discharge passage ( 116b ) is opened. The throttling effects can be generated in different ways.
Bei dem in 1A gezeigten Beispiel hat die Entlastungspassage (116a) eine größere Länge und einen geringeren Querschnitt als die Entlastungspassage (116b). Durch eine solche konstruktive Gestaltung der Passagenform hat die erste Entlastungspassage (116a) eine höhere Drosselwirkung, sodass ein Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) beim Öffnen der ersten Entlastungspassage (116a) langsamer erfolgt, als wenn die zweite Entlastungspassage (116b) geöffnet wird. Alternativ kann die Anordnung und Ausbildung der Entlastungspassagen anders gewählt werden. At the in 1A example shown has the discharge passage ( 116a ) has a greater length and a smaller cross section than the relief passage ( 116b ). By such a constructive design of the passage form has the first discharge passage ( 116a ), a higher throttling effect, so that a drop in the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) when opening the first discharge passage ( 116a ) is slower than when the second discharge passage ( 116b ) is opened. Alternatively, the arrangement and design of the relief passages can be chosen differently.
Eine einstellbare Drosselwirkung kann durch das konstruktive Vorsehen von Entlastungsdrosseln geschaffen werden. Solche Entlastungsdrosseln können als separate konstruktive Elemente (in 1A nicht dargestellt) in einer Entlastungspassage (116a, 116b) angeordnet sein. Alternativ können eine oder mehrere Entlastungsdrosseln in eine Steuerplatte (112) integriert sein. In 1A ist eine Steuerplatte (112) mit zwei Durchgangsöffnungen (117a, 117b) dargestellt. Die erste Durchgangsöffnung (117a) bildet eine Entlastungsdrossel (146a) für die erste Entlastungspassage und die zweite Durchgangsöffnung (117b) bildet eine Entlastungsdrossel für die zweite Entlastungspassage (116b). Bevorzugt ist die Steuerplatte (112) so ausgebildet, dass jede Durchgangsöffnung (117a, 117b) in Strömungsrichtung vor der korrespondierenden Einflussöffnung der jeweiligen Entlastungspassage (116a, 116b) angeordnet ist. An adjustable throttling effect can be provided by constructing relief throttles. Such relief throttles can be used as separate structural elements (in 1A not shown) in a discharge passage ( 116a . 116b ) can be arranged. Alternatively, one or more relief throttles may be placed in a control plate ( 112 ) be integrated. In 1A is a control plate ( 112 ) with two through openings ( 117a . 117b ). The first through-hole ( 117a ) forms a relief throttle ( 146a ) for the first discharge passage and the second passage opening ( 117b ) forms a relief throttle for the second discharge passage ( 116b ). Preferably, the control plate ( 112 ) is formed so that each passage opening ( 117a . 117b ) in the flow direction before the corresponding influence opening of the respective discharge passage ( 116a . 116b ) is arranged.
1B zeigt eine alternative Ausbildung einer Steuerplatte (112). Diese weist nur eine (großflächige) Durchgangsöffnung (117) auf, welche eine einheitliche geringe Drosselwirkung hervorruft. Stattdessen sind in den Entlastungspassagen (116a, 116b) separate Entlastungsdrosseln (146a, 146b) durch konstruktive Maßnahmen gebildet. 1B shows an alternative embodiment of a control plate ( 112 ). This has only one (large-scale) passage opening ( 117 ), which causes a uniform low throttle effect. Instead, in the discharge passages ( 116a . 116b ) separate relief throttles ( 146a . 146b ) formed by constructive measures.
In der Steuerkammer (110) gemäß 1A und 1B ist genau eine Steuerplatte (112) angeordnet. Die Steuerplatte (112) dient dazu, ein Rückfließen von Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) in die Nachfüll-Passage (114) bzw. von der Nachfüll-Passage (114) in die Steuerkammer (110) zu unterbinden. Die Steuerplatte (112) wird bevorzugt über eine Feder oder ein anderes elastisches Element auf eine Öffnung der Nachfüll-Passage (114) aufgedrückt, um diese zu verschließen. Die Steuerplatte (112) ist beispielsweise eine ringförmige Scheibe, die eine korrespondierende ringförmige Zuflussöffnung der Nachfüll-Passage (114) dichtend überdecken kann. Wenn der Differenzdruck zwischen der Steuerkammer (110) und dem Zuflussbereich zu den Entlastungspassagen (116a und/oder 116b) zu gering wird (unter einen Grenzdruck abfällt), wird die Steuerplatte (112) infolge des höheren in der Nachfüll-Passage (114) vorliegenden Drucks angehoben, sodass Kraftstoff aus der Nachfüll-Passage (114) in die Steuerkammer (110) nachfließen kann. Wenn der Differenzdruck zwischen der Hochdruckpassage (108) bzw. der Nachfüllpassage (114) und der Steuerkammer (110) bzw. dem Zuflussbereich zu den Entlastungspassagen (116a und/oder 116b) gegenüber der Federkraft zu gering wird (unter einen Grenzdruck abfällt), verschließt die Steuerplatte (112) die Öffnung der Nachfüll-Passage (114), sodass das Nachfließen von Kraftstoff verhindert oder beendet wird. In the control chamber ( 110 ) according to 1A and 1B is exactly one control plate ( 112 ) arranged. The control plate ( 112 ) serves to a backflow of fuel from the control chamber ( 110 ) in the refill passage ( 114 ) or from the refill passage ( 114 ) into the control chamber ( 110 ) to prevent. The control plate ( 112 ) is preferably via a spring or other elastic element to an opening of the refill passage ( 114 ) to close them. The control plate ( 112 ) is, for example, an annular disc having a corresponding annular inflow opening of the refill passage ( 114 ) can cover. When the differential pressure between the control chamber ( 110 ) and the inflow area to the relief passages ( 116a and or 116b ) is too low (falls below a threshold pressure), the control plate ( 112 ) due to the higher in the refill passage ( 114 ) pressure is increased so that fuel from the refill passage ( 114 ) into the control chamber ( 110 ) can flow. When the differential pressure between the high pressure passage ( 108 ) or refill passage ( 114 ) and the control chamber ( 110 ) or the inflow area to the relief passages ( 116a and or 116b ) is too low compared to the spring force (falls below a limiting pressure), closes the control plate ( 112 ) the opening of the refill passage ( 114 ), so that the flow of fuel is prevented or terminated.
Solange mindestens eine Entlastungspassage (116a, 116b) geöffnet ist, fließt Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) zu der Niederdruckpassage (148) hin ab, sodass der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) abfällt und der Ventilkörper (102) in der Öffnungsrichtung bewegt wird. Durch den Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) verringert sich eine Abstützkraft am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102). Am distalen Ende (104) liegt hingegen ein durch den Hochdruck-Kraftstoff ausgewirkter Druck (P_H) bzw. eine daraus resultierende Kraft in Öffnungsrichtung an, die im Wesentlichen gleich bleibt. Der am distalen Ende (104) wirkende Druck entspricht im Wesentlichen dem Versorgungsdruck (P_H) und somit dem Common-Rail-Druck bzw. dem Einspritzdruck. Im Vergleich zu dem Abfall des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer bleibt der Versorgungsdruck (P_H) während einer Bewegung des Ventilkörpers (102) im Wesentlichen konstant, sodass durch die Druckdifferenz zwischen dem distalen Ende (104) und dem dorsalen Ende (106) eine Kraft in Öffnungsrichtung bewirkt wird, die ein Abheben des Ventilkörpers (102) vom Ventilsitz (122) hervorruft. As long as at least one relief passage ( 116a . 116b ), fuel flows out of the control chamber ( 110 ) to the low pressure passage ( 148 ), so that the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) drops off and the valve body ( 102 ) is moved in the opening direction. By the drop in the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) a supporting force at the dorsal end decreases ( 106 ) of the valve body ( 102 ). At the distal end ( 104 ), on the other hand, there is a pressure (P_H) which is acted upon by the high-pressure fuel, or a resultant force in the opening direction which remains essentially the same. The at the distal end ( 104 ) acting pressure substantially corresponds to the supply pressure (P_H) and thus the common rail pressure or the injection pressure. Compared to the drop in the control pressure (P_C) in the control chamber, the supply pressure (P_H) remains during a movement of the valve body (FIG. 102 ) is substantially constant, so that the pressure difference between the distal end ( 104 ) and the dorsal end ( 106 ) causes a force in the opening direction, the lifting of the valve body ( 102 ) from the valve seat ( 122 ).
Wenn beide Entlastungspassagen (116a, 116b) verschlossen sind, kann kein Kraftstoff mehr aus der Steuerkammer (110) entweichen, sodass infolge eines Nachfließens von Kraftstoff über die Nachfüll-Passage (114) der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) (wieder) ansteigt. Durch den Anstieg des Steuerdrucks (P_C) in der Steuerkammer (110) wird eine am dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) wirkende Abstützkraft (wieder) aufgebaut, die eine Bewegung des Ventilkörpers (102) in der Verschlussrichtung, d. h. zum Ventilsitz (122) hin bewirkt. If both relief passages ( 116a . 116b ) are closed, can no longer fuel from the control chamber ( 110 ), so that as a result of a subsequent flow of fuel through the refill passage ( 114 ) the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) (again) increases. By the increase of the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) one at the dorsal end ( 106 ) of the valve body ( 102 ) supporting force (re) constructed, the movement of the valve body ( 102 ) in the closing direction, ie to the valve seat ( 122 ) causes.
Der in 1A u. 1B dargestellte Kraftstoffinjektor (100) weist zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) auf, denen jeweils genau ein Aktuator (118a, 118b) zugeordnet ist. Der Kraftstoffinjektor (100) hat zwei Betriebszustände zur Auslösung einer Kraftstoffinjektion. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Betriebszustand des Kraftstoffinjektors (100) nur der erste Aktuator (118a) aktiviert wird, um die erste Entlastungspassage (116a) zu öffnen, während in einem zweiten Betriebszustand nur der zweite Aktuator (118b) aktiviert wird, um die zweite Entlastungspassage (116b) zu öffnen. In einem solchen Fall kann eine besonders einfache Ansteuerung des Kraftstoffinjektors (100) mit genau zwei Aktivierungszuständen erreicht werden. The in 1A u. 1B illustrated fuel injector ( 100 ) has two relief passages ( 116a . 116b ), to each of which exactly one actuator ( 118a . 118b ) assigned. The fuel injector ( 100 ) has two operating states for triggering a fuel injection. It is preferably provided that in a first operating state of the fuel injector ( 100 ) only the first actuator ( 118a ) is activated to the first discharge passage ( 116a ), while in a second operating state only the second actuator ( 118b ) is activated to the second discharge passage ( 116b ) to open. In such a case, a particularly simple control of the fuel injector ( 100 ) can be achieved with exactly two activation states.
Die Aktuatoren (118a, 118b) können beliebig ausgebildet sein. Sie sind bevorzugt als elektrische Aktuatoren, insbesondre als Schaltventile mit einer Magnetspule (Magnetventil) ausgebildet. Solche Magnetventile sind jeweils in 1A dargestellt. Ein Magnetventil weist eine Magnetspule auf, die einen Anker anziehen kann, der mit einem Ventilelement verbunden ist. Das Ventilelement wird über eine Feder auf eine hintere (dorsalseitige) Öffnung einer Entlastungspassage (116a, 116b) aufgedrückt, um diese zu verschließen. Das Ventilelement bildet zusammen mit der hinteren (dorsalseitigen) Öffnung einer Entlastungspassage ein hydraulisches Schaltmittel (119a, 119b) Wenn die Magnetspule bestromt wird, zieht sie den Anker entgegen der Federkraft an, sodass das Ventilelement von der Öffnung abgehoben wird und die entsprechende Entlastungspassage (116a, 116b) geöffnet wird. Mit anderen Worten wird durch das Aktivieren eines Aktuators (118a, 118b) ein hydraulisches Schaltmittel (119a, 119b) geöffnet. Wenn die Aktivierung des Aktuators (118a, 118b) beendet wird, wird das hydraulische Schaltmittel (119a, 119b) wieder verschlossen. The actuators ( 118a . 118b ) can be configured as desired. They are preferably designed as electric actuators, in particular as switching valves with a magnetic coil (solenoid valve). Such solenoid valves are each in 1A shown. A solenoid valve has a solenoid which can attract an armature connected to a valve member. The valve element is urged by a spring onto a rear (dorsal side) opening of a discharge passage ( 116a . 116b ) to close them. The valve element forms, together with the rear (dorsal side) opening of a discharge passage, a hydraulic switching means ( 119a . 119b ) When the solenoid is energized, it attracts the armature against the spring force, so that the valve element is lifted off the opening and the corresponding relief passage ( 116a . 116b ) is opened. In other words, activating an actuator ( 118a . 118b ) a hydraulic switching means ( 119a . 119b ) open. When the activation of the actuator ( 118a . 118b ), the hydraulic switching means ( 119a . 119b ) closed again.
Der erste Aktuator (118a) gemäß 1 weist eine erste und eine zweite Versorgungsleitung (138a, 138b) auf. Ebenso weist der zweite Aktuator (118b) zwei Versorgungsleitungen auf, die hier als dritte und vierte Versorgungsleitung (140a, 140b) bezeichnet sind. Die Versorgungsleitungen (138a, 138b, 140a, 140b) der zwei Aktuatoren (118a, 118b) sind bevorzugt über eine Dioden-Schaltung (126) mit zwei Haupt-Steckerleitungen (134, 136) des Kraftstoffinjektors (100) verbunden. Die Dioden-Schaltung (126) kann beliebig aufgebaut sein. Sie beinhaltet bevorzugt eine erste Eingangsdiode (128) und eine zweite Eingangsdiode (130). Die beiden Dioden (128, 130) sind bevorzugt jeweils mit der ersten und dritten Versorgungsleitung, d. h. mit jeweils einer zuführenden Versorgungsleitung (138a, 140a) der beiden Aktuatoren (118a, 118b) verbunden. Die Dioden (128, 130) sind dabei gegensinnig geschaltet, sodass ein Stromfluss in einer ersten Stromrichtung (plus) in der ersten Haupt-Steckerleitung (134) nur durch die erste Versorgungsleitung (138a) zu dem ersten Aktuator (118a) geleitet wird, während die zweite Diode (130) sperrt und den Strom nicht zu der dritten Versorgungsleitung (140a) durchlässt und somit auch nicht zu dem zweiten Aktuator (118b). Bei einem Stromfluss in einer entgegengesetzten Stromrichtung (minus) in der Haupt-Steckerleitung (134) wird hingegen die zweite Diode (130) durchlässig, sodass der Strom zu dem zweiten Aktuator (118b) geleitet wird, während die erste Diode (128) sperrt. Eine Energiequelle (142) (beispielsweise Treiberschaltung in einer elektronischen Steuereinheit) ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Treiberstrom aufzubringen, der entweder in einer ersten Stromrichtung (Plus) oder einer zweiten entgegen gerichteten Stromrichtung (Minus) fließen kann, um entweder den ersten oder den zweiten Aktuator (118a, 118b) zu betreiben. The first actuator ( 118a ) according to 1 has a first and a second supply line ( 138a . 138b ) on. Likewise, the second actuator ( 118b ) two supply lines, here as the third and fourth supply line ( 140a . 140b ) are designated. The supply lines ( 138a . 138b . 140a . 140b ) of the two actuators ( 118a . 118b ) are preferably via a diode circuit ( 126 ) with two main connector cables ( 134 . 136 ) of the fuel injector ( 100 ) connected. The diode circuit ( 126 ) can be constructed arbitrarily. It preferably includes a first input diode ( 128 ) and a second input diode ( 130 ). The two diodes ( 128 . 130 ) are preferably in each case connected to the first and third supply line, ie in each case with an incoming supply line ( 138a . 140a ) of the two actuators ( 118a . 118b ) connected. The diodes ( 128 . 130 ) are connected in opposite directions, so that a current flow in a first current direction (plus) in the first main connector line ( 134 ) only through the first supply line ( 138a ) to the first actuator ( 118a ), while the second diode ( 130 ) and does not block the power to the third supply line ( 140a ) and thus not to the second actuator ( 118b ). In the case of a current flow in an opposite current direction (minus) in the main plug line ( 134 ), the second diode ( 130 ) so that the current to the second actuator ( 118b ), while the first diode ( 128 ) locks. An energy source ( 142 ) (for example driver circuit in an electronic control unit) is preferably designed to apply a drive current which can flow either in a first current direction (plus) or in a second opposite current direction (minus) to connect either the first or the second actuator ( 118a . 118b ) to operate.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Kraftstoffinjektors (100). Dieser weist eine mehrteilige Steuerkammer (110) auf, die in dem dargestellten Beispiel in zwei Kammerteile (111a, 111b) unterteilt ist. Beide Kammerteile (111a, 111b) stehen mit dem dorsalen Ende (106) des Ventilkörpers (102) in Kontakt. In jedem der Steuerkammerteile (111a, 111b) ist bevorzugt eine jeweilige Steuerplatte (113a, 113b) angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der erste Steuerkammerteil (111a) eine Ringform auf und ist konzentrisch über einer Mittelachse des Ventilkörpers (102) angeordnet. Sie wird im Weiteren als äußere Steuerkammer (111a) bezeichnet. Der zweite Steuerkammerteil (111b) hat eine zylindrische Form und wird im Weiteren als innere Steuerkammer (111b) bezeichnet. Ein erster Trennkörper (115a) separiert die äußere Steuerkammer (111a) von umliegenden Teilen, insbesondere von der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). Zwischen der inneren und der äußeren Steuerkammer (111a, 111b) ist ein zweiter Trennkörper (115b) angeordnet, der die Kammerteile (111a, 111b) untereinander sowie ggfs. von der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108) separiert. 2 shows an alternative embodiment of a fuel injector ( 100 ). This has a multipart control chamber ( 110 ), which in the example shown in two chamber parts ( 111 . 111b ) is divided. Both chamber parts ( 111 . 111b ) stand with the dorsal end ( 106 ) of the valve body ( 102 ) in contact. In each of the control chamber parts ( 111 . 111b ) is preferably a respective control plate ( 113a . 113b ) arranged. In the embodiment shown, the first control chamber part ( 111 ) has a ring shape and is concentric about a central axis of the valve body ( 102 ) arranged. It will be referred to as outer control chamber ( 111 ) designated. The second control chamber part ( 111b ) has a cylindrical shape and is hereinafter referred to as inner control chamber ( 111b ) designated. A first separating body ( 115a ) separates the outer control chamber ( 111 ) of surrounding parts, in particular of the high-pressure fuel passage ( 108 ). Between the inner and the outer control chamber ( 111 . 111b ) is a second separating body ( 115b ) arranged the chamber parts ( 111 . 111b ) with each other and, if necessary, from the high-pressure fuel passage ( 108 ) separated.
Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 2 weist ebenfalls zwei Entlastungspassagen (116a, 116b) auf. Die erste Entlastungspassage (116a) ist mit der äußeren Steuerkammer (111a) verbunden. Die äußere Steuerkammer (111a) kann über einen eigenen Teil der Nachfüll-Passage (114) mit Hochdruckkraftstoff versorgt werden. In der äußeren Steuerkammer (111a) ist eine äußere Steuerplatte (113a) angeordnet, die die Öffnung des jeweiligen Teils der Nachfüll-Passage (114) dichtend überdecken kann. The fuel injector ( 100 ) according to 2 also has two relief passages ( 116a . 116b ) on. The first discharge passage ( 116a ) is connected to the outer control chamber ( 111 ) connected. The outer control chamber ( 111 ) can have its own part of the refill passage ( 114 ) are supplied with high-pressure fuel. In the outer control chamber ( 111 ) is an outer control plate ( 113a ), the opening of the respective part of the refill passage ( 114 ) can cover.
Die innere Steuerkammer (111b) ist mit der zweiten Entlastungspassage (116b) verbunden und weist ebenfalls eine (innere) Steuerplatte (113b) auf, die eine jeweilige Zuflussöffnung eines entsprechenden Teils der Nachfüll-Passage (114) überdecken kann. The inner control chamber ( 111b ) is with the second discharge passage ( 116b ) and also has an (inner) control plate ( 113b ) having a respective inflow opening of a corresponding part of the refill passage ( 114 ) can cover.
Die Entlastungspassagen (116a, 116b), hydraulischen Schaltmittel (119a, 119b) sowie die Aktuatoren (118a, 118b) in 2 können gemäß den zu 1A und 1B genannten Varianten ausgebildet sein. The relief passages ( 116a . 116b ), hydraulic switching means ( 119a . 119b ) as well as the actuators ( 118a . 118b ) in 2 can according to the 1A and 1B be designed variants.
In den 5A bis 5C sind die hydraulischen Beziehungen an dem Ventilkörper (102) verdeutlicht. 5A zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Ventilkörper (102), der mit einer einteiligen Steuerkammer (110) an seinem dorsalen Ende (106) in Verbindung steht. Diese Steuerkammer (110) weist eine einzelne Entlastungspassage (116) auf, die über einen einzelnen Aktuator (118) freigegeben werden kann. Eine dorsale Wirkfläche (A_dor) dieses Ventilkörpers (102) ist im oberen Bereich der 5A dargestellt und eine distale Wirkfläche (A_dis) im unteren Bereich. In the 5A to 5C are the hydraulic relationships on the valve body ( 102 ) illustrates. 5A shows a known from the prior art valve body ( 102 ) equipped with a one-piece control chamber ( 110 ) at its dorsal end ( 106 ). This control chamber ( 110 ) has a single discharge passage ( 116 ) via a single actuator ( 118 ) can be released. A dorsal effective area (A_dor) of this valve body ( 102 ) is at the top of the 5A represented and a distal effective area (A_dis) in the lower area.
Im Vergleich hierzu zeigt 5B einen Kraftstoffinjektor (100) mit einem Ventilkörper (102) in Analogie zu der Ausführungsform aus 1A/1B und 5C zeigt einen Kraftstoffinjektor (100) in Analogie zu der Ausführungsform aus 2. In comparison shows 5B a fuel injector ( 100 ) with a valve body ( 102 ) in analogy to the embodiment 1A / 1B and 5C shows a fuel injector ( 100 ) in analogy to the embodiment 2 ,
In den 5A bis 5C sind hydraulische Schaltmittel (119, 119a, 119b) dargestellt, wobei hier die konstruktive Ausbildung dieser Schaltmittel beliebig sein kann. Die 5A bis 5C verdeutlichen vielmehr die Druckverhältnisse und Schalt-Operationen, die eine Bewegung des Ventilkörpers (102) hervorrufen. Die durch das erste Schaltmittel (119a) gemäß 5B hervorgerufene Funktion wird in 1A bspw. durch das Zusammenwirken des ersten Aktuators (118a) mit der Steuerplatte (112) erreicht, während die Funktion des zweiten Schaltmittels (119b) durch ein Zusammenwirken des zweiten Aktuators (118b) mit der Steuerplatte (112) erreicht wird. Im Folgenden wird die hydraulische Funktion unabhängig von der konstruktiven Umsetzung beschrieben. In the 5A to 5C are hydraulic switching means ( 119 . 119a . 119b ), in which case the structural design of this switching means can be arbitrary. The 5A to 5C rather clarify the pressure conditions and switching operations that involve movement of the valve body ( 102 ) cause. The information provided by the first switching means ( 119a ) according to 5B created function is in 1A For example, by the interaction of the first actuator ( 118a ) with the control plate ( 112 ), while the function of the second switching means ( 119b ) by an interaction of the second actuator ( 118b ) with the control plate ( 112 ) is achieved. In the following, the hydraulic function will be described independently of the design implementation.
Bei dem Kraftstoffinjektor (100) gemäß 5B wird eine Beeinflussbarkeit des Öffnungsbehaltens des Ventilkörpers (102) durch die unterschiedlichen Drosselwirkungen der beiden Entlastungspassagen (116a, 116b) erreicht. Die erste Entlastungspassage (116a) weist eine erste Entlastungsdrossel (146a) auf und wird über einen ersten Aktuator (118a) geöffnet und geschlossen. Die zweite Entlastungspassage (116b) weist eine zweite Entlastungsdrossel (146b) auf und wird über einen zweiten Aktuator (118b) geöffnet und geschlossen. Die Steuerkammer (110) wird von einer (Druck-)Quelle mit Hochdruck (H) versorgt und zwar über die Nachfüll-Passage (114), in der eine Nachfüll-Drossel (144) angeordnet ist. Die Steuerkammer (110) wird andererseits zu einer Niederdrucksenke (L) hin entleert. Das hydraulische Schaltmittel (119a) kann die Steuerkammer (110) hydraulisch mit dem Quelle (H) oder mit einer (Druck-)Senke (L) verbinden und bewirkt, dass sich der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) gemäß der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) verringert oder gemäß der Drosselwirkung der Nachfüll-Drossel (144) erhöht. Das hydraulische Schaltmittel (119b) kann ebenfalls die Steuerkammer (110) mit der Quelle (H) oder mit der Senke (L) verbinden, und einen der zweiten Entlastungsdrossel (146b) entsprechenden Druckabfall bzw. einen der Nachfüll-Drossel (114) entsprechenden Druckanstieg bewirken. In the fuel injector ( 100 ) according to 5B an influenceability of the opening retention of the valve body ( 102 ) due to the different throttling effects of the two relief passages ( 116a . 116b ) reached. The first discharge passage ( 116a ) has a first discharge throttle ( 146a ) and is via a first actuator ( 118a ) opened and closed. The second discharge passage ( 116b ) has a second discharge throttle ( 146b ) and is via a second actuator ( 118b ) opened and closed. The control chamber ( 110 ) is supplied by a (pressure) source with high pressure (H) via the refill passage ( 114 ), in which a refill throttle ( 144 ) is arranged. The control chamber ( 110 ), on the other hand, is discharged to a low-pressure sink (L). The hydraulic switching means ( 119a ), the control chamber ( 110 ) hydraulically with the source (H) or with a (pressure) depression (L) and causes the pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) according to the throttling effect of the first relief throttle ( 146a ) or according to the throttle effect of the refill throttle ( 144 ) elevated. The hydraulic switching means ( 119b ) can also control the control chamber ( 110 ) with the source (H) or with the sink (L), and one of the second discharge throttle ( 146b ) corresponding pressure drop or one of the refill throttle ( 114 ) cause corresponding increase in pressure.
Wenn die am distalen Ende (104) des Ventilkörpers (102) angreifende Kraft in Öffnungsrichtung größer ist als die am dorsalen Ende (106) angreifenden Kräfte in Schließrichtung, wird der Ventilkörper (102) vom Ventilsitzbereich (122) angehoben, sodass Kraftstoff um den Ventilkörper (102) herum und ggf. über ein Sackloch (124) zu den Injektionsöffnungen (120) strömen kann. Wenn der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) verhältnismäßig langsam abfällt, weil beispielsweise die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, während die zweite Entlastungspassage (116b) geschlossen ist, wird eine flach ansteigende Kraftstoffinjektionsrate (q) gemäß dem linken Diagramm von 3 erreicht. Wenn hingegen der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer (110) verhältnismäßig schnell abfällt, beispielsweise weil nur die zweite Entlastungspassage (116b) geöffnet wird, führt dies zu einer schnellen Bewegung des Ventilkörpers (102) und somit zu einem steilen Anstieg der Kraftstoffinjektionsrate (q), gemäß dem rechten Diagramm von 3. If the at the distal end ( 104 ) of the valve body ( 102 ) acting force in the opening direction is greater than that at the dorsal end ( 106 ) acting forces in the closing direction, the valve body ( 102 ) from the valve seat area ( 122 ), so that fuel around the valve body ( 102 ) and possibly a blind hole ( 124 ) to the injection openings ( 120 ) can flow. When the pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) drops relatively slowly because, for example, the first discharge passage ( 116a ), while the second discharge passage ( 116b ) is closed, a flat rising fuel injection rate (q) according to the left graph of FIG 3 reached. If, however, the control pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) drops relatively quickly, for example, because only the second discharge passage ( 116b ), this leads to a rapid movement of the valve body ( 102 ) and thus to a steep increase in the fuel injection rate (q), according to the right graph of 3 ,
Die in 5C dargestellte Unterteilung der Steuerkammer (110) in einen ersten Steuerkammerteil (111a) und einen zweiten Steuerkammerteil (111b) bringt eine zusätzliche Möglichkeit zur Beeinflussung des Bewegungsverhaltens des Ventilkörpers (102). Der ersten Steuerkammer (111a) ist eine erste dorsale Wirkfläche (A_d1) zugeordnet und dem zweiten Steuerkammerteil (111b) ist eine zweite dorsale Wirkfläche (A_d2) zugeordnet. In the 5C illustrated subdivision of the control chamber ( 110 ) in a first control chamber part ( 111 ) and a second control chamber part ( 111b ) brings an additional possibility for influencing the movement behavior of the valve body ( 102 ). The first control chamber ( 111 ) is assigned a first dorsal effective area (A_d1) and the second control chamber part ( 111b ) is assigned a second dorsal effective area (A_d2).
Durch die Unterteilung der Steuerkammer in zwei oder mehr Kammerteile (111a, 111b) wird neben der Möglichkeit zum schnelleren oder langsameren Abbau eines Steuerdrucks (P_C1, P_C2) in den Kammerteilen (111a, 111b) gemäß den Drosselwirkungen der Entlastungsdrosseln (146a, 146b) die Größe der jeweiligen dorsalen Wirkfläche (A_d1, A_d2) als Beeinflussungsfaktor genutzt. By dividing the control chamber into two or more chamber parts ( 111 . 111b ) is in addition to the possibility for faster or slower degradation of a control pressure (P_C1, P_C2) in the chamber parts ( 111 . 111b ) according to the throttling effects of the relief throttles ( 146a . 146b ) used the size of the respective dorsal effective area (A_d1, A_d2) as an influencing factor.
Wenn bei der Ausführung gemäß 2 bzw. 5C durch das erste hydraulische Schaltmittel (119a) die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, fällt der Steuerdruck (P_C1) im ersten Kammerteil (111a) entsprechend der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) ab. Hierdurch wird ein Teil der in Schließrichtung des Ventilkörpers (102) wirkenden Kraft reduziert, wodurch eine Bewegung des Ventilkörpers (102) ausgelöst wird. Durch die Bewegung des Ventilkörpers (102) kann der in dem zweiten Steuerkammerteil (111b) eingeschlossene Kraftstoff weiter komprimiert werden, was zu einem relativen Anstieg des Steuerdrucks (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil (111b) führen kann. Damit der Anstieg des Steuerdrucks (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil keine beschränkende Wirkung entfaltet, ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Steuerkammerteil (111b) mit einem Entlastungsventil verbunden ist, das bei Überschreiten eines Grenzdrucks bzw. eines Grenz-Differenzdrucks öffnet, um überschüssigen Kraftstoff aus dem zweiten Steuerkammerteil (111b) abzulassen. Dasselbe gilt umgekehrt für den Fall, dass der Druck (P_C2) im zweiten Steuerkammerteil (111b) durch Öffnen der zweiten Entlastungspassage (116b) reduziert wird, wobei der Druck (P_C1) im ersten Kammerteil (111a) ansteigen kann. Demzufolge ist bevorzugt auch der erste Kammerteil (111a) mit einem Entlastungsventil verbunden. Die Entlastungsventile können beliebig ausgebildet sein. If in the execution according to 2 respectively. 5C by the first hydraulic switching means ( 119a ) the first relief passage ( 116a ) is opened, the control pressure (P_C1) falls in the first chamber part ( 111 ) according to the throttling action of the first relief throttle ( 146a ). As a result, a part of the closing direction of the valve body ( 102 ) acting force, whereby a movement of the valve body ( 102 ) is triggered. By the movement of the valve body ( 102 ) can in the second control chamber part ( 111b ) are compressed further, resulting in a relative increase of the control pressure (P_C2) in the second control chamber part ( 111b ) can lead. So that the increase of the control pressure (P_C2) in the second control chamber part does not have a limiting effect, it is preferably provided that the second control chamber part (FIG. 111b ) is connected to a relief valve which opens when a limit pressure or a limit differential pressure is exceeded, to excess fuel from the second control chamber part ( 111b ) to let go. The same applies vice versa for the case where the pressure (P_C2) in the second control chamber part (P_C2) 111b ) by opening the second discharge passage ( 116b ), wherein the pressure (P_C1) in the first chamber part ( 111 ) can increase. Accordingly, the first chamber part ( 111 ) connected to a relief valve. The relief valves can be designed as desired.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Entlastungsventil zum Ablassen von überschüssigem Kraftstoff aus der ersten (äußeren) Steuerkammer (111a) durch den ersten Trennkörper (115a) gebildet, der die äußere Steuerkammer (111a) von der Hochdruck-Passage (108) trennt. Zur Erläuterung wird auf 2 Bezug genommen. Wenn der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) infolge einer Bewegung des Ventilkörpers (102) ansteigt, entsteht eine Druckdifferenz zwischen der äußeren Steuerkammer (111a) und der Hochdruckpassage (108). Der Steuerdruck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ist infolge der Öffnung der zweiten Entlastungspassage (116b) geringer als der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a). Der erste Trennkörper (115a) kann bevorzugt als federnd gelagerter Ventilzylinder ausgebildet sein, der bei einem Druckgefälle nach außen hin öffnet, d. h. bei einem höheren Druck in der äußeren Steuerkammer (111a) als in der Hochdruck-Passage (108). Hierdurch kann überschüssiger Kraftstoff aus der äußeren Steuerkammer (111a) zur Hochdruck-Passage (108) hin abgelassen werden. According to a preferred embodiment, a relief valve for discharging excess fuel from the first (outer) control chamber ( 111 ) through the first separating body ( 115a ) forming the outer control chamber ( 111 ) from the high pressure passage ( 108 ) separates. For explanation will be on 2 Referenced. When the control pressure (P_C1) in the outer control chamber ( 111 ) due to movement of the valve body ( 102 ), a pressure difference arises between the outer control chamber ( 111 ) and the high pressure passage ( 108 ). The control pressure (P_C2) in the inner control chamber ( 111b ) is due to the opening of the second discharge passage ( 116b ) lower than the control pressure (P_C1) in the outer control chamber ( 111 ). The first separating body ( 115a ) may preferably be formed as a spring-mounted valve cylinder which opens at a pressure gradient to the outside, ie at a higher pressure in the outer control chamber ( 111 ) than in the high-pressure passage ( 108 ). This allows excess fuel from the outer control chamber ( 111 ) for high-pressure passage ( 108 ) are drained.
Ein Entlastungsventil für die innere Steuerkammer (111b) kann bevorzugt durch eine bewegliche Lagerung des zweiten Trennkörpers (115b) erreicht werden, der zwischen der äußeren und der inneren Steuerkammer (111a, 111b) angeordnet ist. Der zweite Trennkörper (115b) kann entsprechend ebenfalls als verschieblich gelagerter Ringkörper ausgebildet sein. Der Trennkörper öffnet bei einem Druckgefälle zwischen der inneren Steuerkammer (111b) und der Hochdruck-Kraftstoffpassage (108). Wenn der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) abfällt, beispielsweise weil die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird, kann somit der überschüssige Kraftstoff aus der inneren Steuerkammer (111b) über das Entlastungsventil entweichen, das durch den zweiten Trennkörper (115b) gebildet ist. A relief valve for the inner control chamber ( 111b ) can preferably by a movable mounting of the second separating body ( 115b ) between the outer and the inner control chamber ( 111 . 111b ) is arranged. The second separating body ( 115b ) may also be designed as displaceably mounted ring body accordingly. The separating body opens at a pressure gradient between the inner control chamber ( 111b ) and the high-pressure fuel passage ( 108 ). When the control pressure (P_C1) in the outer control chamber ( 111 ), for example because the first discharge passage ( 116a ) is opened, thus the excess fuel from the inner control chamber ( 111b ) escape via the relief valve, which through the second separating body ( 115b ) is formed.
4 zeigt Vergleichsdiagramme, mit denen die Unterschiede zwischen den zwei Betriebszuständen des Kraftstoffinjektors (100) gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 bzw. 5C nachvollzogen werden können. 4 2 shows comparison diagrams with which the differences between the two operating states of the fuel injector (FIG. 100 ) according to the embodiment of 2 respectively. 5C can be reconstructed.
In der linken Hälfte von 4 sind Änderungen infolge der Öffnung der ersten Entlastungspassage (116a) mittels des ersten Aktuators (118a) aufgezeigt. In der rechten Hälfte von 4 sind entsprechende Diagramme für eine Öffnung der zweiten Entlastungspassage (116b) mittels des zweiten Aktuators (118b) dargestellt. In the left half of 4 are changes due to the opening of the first discharge passage ( 116a ) by means of the first actuator ( 118a ). In the right half of 4 are corresponding diagrams for opening the second discharge passage ( 116b ) by means of the second actuator ( 118b ).
Das oberste Diagramm von 4 zeigt den Verlauf eines Stromflusses bzw. einer Erregungsspannung, der über die Haupt-Steckerleitungen (134, 136) an dem Injektor (100) angelegt wird. In den mittleren Diagrammen sind Verläufe der Steuerdrücke (P_C1, P_C2) in der inneren Steuerkammer (111a) und der äußeren Steuerkammer (111b) dargestellt. Die unteren Diagramme zeigen Schaltzustände (S_1, S_2) der Entlastungsventile, die durch den ersten Trennkörper (115a) und den zweiten Trennkörper (115b) oder in sonstiger Weise gebildet sind. The top diagram of 4 shows the course of a current flow or an excitation voltage, which via the main connector cables ( 134 . 136 ) on the injector ( 100 ) is created. In the middle diagrams are curves of the control pressures (P_C1, P_C2) in the inner control chamber ( 111 ) and the outer control chamber ( 111b ). The lower diagrams show switching states (S_1, S_2) of the relief valves passing through the first separator body (S_1, S_2). 115a ) and the second separating body ( 115b ) or formed in any other way.
Wenn in den Haupt-Steckerleitungen (134) ein Stromfluss in einer ersten Stromrichtung erfolgt, bzw. ein Potenzial in einer ersten Richtung angelegt wird (positiv), wird nur der erste Aktuator (118a) betrieben, sodass die erste Entlastungspassage (116a) geöffnet wird. Hierdurch fällt der Steuerdruck (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) gemäß der Drosselwirkung der ersten Entlastungsdrossel (146a) ab. Der Ventilkörper (102) bewegt sich, sodass der Druck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ansteigt. Sobald die Druckdifferenz zwischen dem Steuerdruck (P_C2) und dem Versorgungsdruck (P_H) einen Schwellenwert überschritten hat, ändert sich der Schaltzustand (S_2) des Entlastungsventils für die innere Steuerkammer (111b) von geschlossen zu offen, sodass der überschüssige Kraftstoff entweichen kann. If in the main plug lines ( 134 ) is a current flow in a first current direction, or a potential in a first direction is applied (positive), only the first actuator ( 118a ), so that the first discharge passage ( 116a ) is opened. As a result, the control pressure (P_C1) in the outer control chamber ( 111 ) according to the throttling effect of the first relief throttle ( 146a ). The valve body ( 102 ) moves so that the pressure (P_C2) in the inner control chamber ( 111b ) increases. As soon as the pressure difference between the control pressure (P_C2) and the supply pressure (P_H) has exceeded a threshold value, the switching state (S_2) of the relief valve for the inner control chamber ( 111b ) from closed to open, allowing the excess fuel to escape.
Wenn ein Stromfluss bzw. ein Potenzial in der Gegenrichtung (negativ) erzeugt wird, wird nur der zweite Aktuator (118b) betätigt, der die zweite Entlastungspassage (116b) öffnet. Hierdurch fällt der Steuerdruck (P_C2) in der inneren Steuerkammer (111b) ab und es wird eine Bewegung des Ventilkörpers (102) erzeugt, die einen Anstieg des Drucks (P_C1) in der äußeren Steuerkammer (111a) bewirkt. Wenn die durch die Druckänderungen hervorgerufene Druckdifferenz einen Schwellenwert überschreitet, ändert sich der Schaltzustand (S_1) des ersten Entlastungsventils, sodass überschüssiger Kraftstoff aus der äußeren Steuerkammer (111a) entweichen kann. If a current flow or a potential in the opposite direction (negative) is generated, only the second actuator ( 118b ), the second discharge passage ( 116b ) opens. As a result, the control pressure (P_C2) in the inner control chamber ( 111b ) and there is a movement of the valve body ( 102 ), which causes an increase in the pressure (P_C1) in the outer control chamber ( 111 ) causes. When the pressure difference caused by the pressure changes exceeds a threshold value, the switching state (S_1) of the first relief valve changes, so that excess fuel from the outer control chamber ( 111 ) can escape.
6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors (100) mit zwei Entlastungspassagen (116a, 116b). Dieser verfügt in dem dargestellten Beispiel über eine einteilige Steuerkammer (110), in der eine Steuerplatte (112) mit einer einzelnen Durchgangsöffnung (117) angeordnet ist. Alternativ kann der Injektor (100) eine mehrteilige Steuerkammer (100,111a, 111b) oder eine Steuerplatte (112) mit zwei oder mehr Durchgangsöffnungen (117a, 117b) aufweisen, wie bereits oben zu 1A, 1B und 2 beschrieben. 6 shows a third embodiment of a fuel injector ( 100 ) with two relief passages ( 116a . 116b ). This has in the illustrated example of a one-piece control chamber ( 110 ), in which a control plate ( 112 ) with a single passage opening ( 117 ) is arranged. Alternatively, the injector ( 100 ) a multipart control chamber ( 100 , 111a, 111b ) or a control plate ( 112 ) with two or more passage openings ( 117a . 117b ), as already above 1A . 1B and 2 described.
Der Kraftstoffinjektor (100) gemäß 6 ist dazu ausgebildet, das Öffnen und Schließen der Entlastungspassagen (116a, 116b) über ein integriertes Schaltmittel zu bewirken. Er weist hierzu ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel (119c) auf, das im vorliegenden Beispiel durch ein Drei-Wege-Ventil (150) mit einem dorsalen Ventilbereich und einem distalen Ventilbereich gebildet ist. Das Drei-Wege-Ventil (150) ist in einer Ventilkammer (152) angeordnet, die in Strömungsrichtung zwischen den Entlastungspassagen (116a, 116b) und der Niederdruck-Passage (148) angeordnet ist. Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) münden in die Ventilkammer (152). Mit anderen Worten sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) mit demselben hydraulischen Mehrwege-Schaltmittel (119c) verbunden. The fuel injector ( 100 ) according to 6 is adapted to open and close the relief passages ( 116a . 116b ) via an integrated switching means. He has for this purpose a hydraulic multi-way switching means ( 119c ), which in the present example by a three-way valve ( 150 ) is formed with a dorsal valve region and a distal valve region. The three-way valve ( 150 ) is in a valve chamber ( 152 ) arranged in the flow direction between the relief passages ( 116a . 116b ) and the low-pressure passage ( 148 ) is arranged. Both relief passages ( 116a . 116b ) open into the valve chamber ( 152 ). In other words, both relief passages ( 116a . 116b ) with the same hydraulic multi-way switching means ( 119c ) connected.
Am dorsalen Ende der Ventilkammer (152) (dorsaler Ventilbereich) kann das Drei-Wege-Ventil einen dorsalen Ventilsitz (151a) verschließen und am distalen Ende der Ventilkammer (152) (distaler Ventilbereich) kann es einen distalen Ventilsitz (151b) verschließen. At the dorsal end of the valve chamber ( 152 ) (dorsal valve area), the three-way valve may have a dorsal valve seat ( 151a ) and at the distal end of the valve chamber ( 152 ) (distal valve area), it may have a distal valve seat ( 151b ) close.
Wenn der distale Ventilsitz (151b) verschlossen wird, ist die zweite Entlastungspassage (116b) verschlossen, während die erste Entlastungspassage (116a) hydraulisch leitend mit der Niederdruck-Passage (148) verbunden ist. Wenn der dorsale Ventilsitz (151a) verschlossen wird, sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) von der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch getrennt. Wenn das Drei-Wege-Ventil in einer Mittelstellung ist, d.h. wenn weder der distal Ventilsitz(151a) noch der dorsale Ventilsitz (151b) verschlossen sind, sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) mit der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch verbunden. When the distal valve seat ( 151b ) is closed, the second discharge passage ( 116b ), while the first discharge passage ( 116a ) hydraulically conductive with the low pressure passage ( 148 ) connected is. When the dorsal valve seat ( 151a ), both relief passages ( 116a . 116b ) from the low pressure passage ( 148 ) hydraulically isolated. When the three-way valve is in a middle position, ie when neither the distal valve seat ( 151a ) nor the dorsal valve seat ( 151b ) are closed, both discharge passages ( 116a . 116b ) with the low pressure passage ( 148 ) hydraulically connected.
Mit anderen Worten hat das hydraulische Mehrwege-Schaltmittel (119c) in der Ausführung gemäß 6 drei mögliche Schaltzustände:
- • Dorsales Anliegen: Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geschlossen – Keine Injektion.
- • Mittelposition: Beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geöffnet – Steiler Injektionsratenverlauf.
- • Distales Anliegen: Nur erste Entlastungspassage (116a) geöffnet – flacher Injektionsratenverlauf.
In other words, the multi-way hydraulic switching means ( 119c ) in the embodiment according to 6 three possible switching states: - • Dorsal concerns: Both relief passages ( 116a . 116b ) closed - No injection.
- • Middle position: Both relief passages ( 116a . 116b ) - Steep injection rate history.
- • Distal concerns: only first discharge passage ( 116a ) - flat rate of injection.
Das Drei-Wege-Ventil (150) wird über einen Aktuator (118c) mit variablem Hub (x) betrieben. Hierfür eignet sich beispielsweise ein Piezo-Stack. Alternativ kann ein Magnetventil genutzt werden, das mit unterschiedlichen Energiemengen beaufschlagbar ist, um verschiedene Hublängen (x) zu bewirken. The three-way valve ( 150 ) is controlled by an actuator ( 118c ) with variable stroke (x) operated. For this example, a piezo stack is suitable. Alternatively, a solenoid valve can be used, which can be acted upon with different amounts of energy to cause different stroke lengths (x).
7 verdeutlicht die möglichen Betriebszustände des Kraftstoffinjektors (100) anhand von Diagrammen. Im oberen Diagramm ist der Verlauf einer Energiebeaufschlagung mit zwei unterschiedlichen Stromstärken/Erregerspannungen dargestellt. Wenn der Aktuator (118c) mit einer hohen Energie (Spannung U/Stromstärke I) beaufschlagt wird (linke Seite in 7), erzeugt dieser eine große Hublänge (x), wodurch das Drei-Wege-Ventil (150) in die distale Endlage verschoben wird. Hierdurch wird nur die erste Entlastungspassage (116a) mit der Niederdruck-Passage (148) hydraulisch verbunden, während die zweite Entlastungspassage (116b) verschlossen wird. Der Steuerdruck (P_C) in der Steuerkammer fällt infolge der vergleichsweise großen Drosselwirkung langsam ab, sodass sich ein flacher Anstieg der Injektionsrate (q) zu Beginn einer Injektion ergibt. 7 illustrates the possible operating states of the fuel injector ( 100 ) based on diagrams. The upper diagram shows the course of an energy application with two different current strengths / exciter voltages. When the actuator ( 118c ) with a high energy (voltage U / current I) is applied (left side in 7 ), this creates a large stroke length (x), which makes the three-way valve ( 150 ) is moved to the distal end position. As a result, only the first discharge passage ( 116a ) with the low pressure passage ( 148 ), while the second relief passage ( 116b ) is closed. The control pressure (P_C) in the control chamber slowly drops as a result of the comparatively large throttle effect, resulting in a flat increase in the injection rate (q) at the beginning of an injection.
Wenn der Aktuator (118c) mit einer kleineren Energiemenge (Spannung/Stromstärke) beaufschlagt wird (rechte Seite in 7), erzeugt dieser eine geringere Hublänge (x), sodass das Drei-Wege-Ventil (150) in eine Mittelposition gebracht wird. Dann sind beide Entlastungspassagen (116a, 116b) geöffnet und der Steuerdruck (P_C) fällt infolge der geringen Drosselwirkung schnell ab, sodass sich ein steiler Verlauf der Injektionsrate (q) ergibt. When the actuator ( 118c ) is applied with a smaller amount of energy (voltage / current) (right side in 7 ), this produces a smaller stroke length (x), so that the three-way valve ( 150 ) is brought into a middle position. Then both relief passages ( 116a . 116b ) and the control pressure (P_C) drops rapidly due to the small throttle effect, resulting in a steep course of the injection rate (q).
8 zeigt ein hydraulisches Schaubild zur Verdeutlichung der Bewegungen des Ventilkörpers (102). Es entspricht im Wesentlichen den Darstellungen aus 5A bis 5C, auf deren zugehörige Beschreibung verwiesen wird. In 8 ist ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel (119c) dargestellt. Die Funktion dieses Mehrwege-Schaltmittels (119c) wird beispielsweise durch ein Zusammenwirken des Drei-Wege-Ventils (150, 152) mit der Steuerplatte (112) erreicht. 8th shows a hydraulic diagram to illustrate the movements of the valve body ( 102 ). It essentially corresponds to the illustrations 5A to 5C , whose description is referenced. In 8th is a hydraulic multi-way switching means ( 119c ). The function of this multi-way switching means ( 119c ) is, for example, by an interaction of the three-way valve ( 150 . 152 ) with the control plate ( 112 ) reached.
Das Dreiwege-Schaltmittel (119c) ist dazu ausgebildet, entweder beide Entlastungspassagen zu öffnen, um die Steuerkammer (110) bei einer schwachen Drosselwirkung mit der Senke (L) zu verbinden; oder nur eine Entlastungspassage (116a) zu öffnen, um die Steuerkammer bei einer größeren Drosselwirkung mit der Senke (L) zu verbinden; oder beide Entlastungspassagen (116a, 116b) zu verschließen und über die Nachfüll-Passage (144) eine Verbindung zwischen der Quelle (H) und der Steuerkammer (110) zu schaffen. Der Druck (P_C) in der Steuerkammer (110) ändert sich in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des hydraulischen Mehrwege-Schaltmittels (119c) und den Drosselwirkungen der jeweils geöffneten Passagen (116a, 116b, 114). The three-way switching means ( 119c ) is adapted either to open both discharge passages to the control chamber ( 110 ) to connect to the sink (L) at a weak throttle effect; or only one discharge passage ( 116a ) to connect the control chamber with the sink (L) at a larger throttle effect; or both relief passages ( 116a . 116b ) and via the refill passage ( 144 ) a connection between the source (H) and the control chamber ( 110 ) to accomplish. The pressure (P_C) in the control chamber ( 110 ) changes depending on the switching state of the multi-way hydraulic switching means (FIG. 119c ) and the throttling effects of the respective opened passages ( 116a . 116b . 114 ).
Abwandlungen des Kraftstoffinjektors gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die zu den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten oder beschriebenen Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden. Modifications of the fuel injector according to the present disclosure are possible in various ways. In particular, the features shown or described with respect to the individual embodiments can be combined with one another in any desired manner, replaced with one another, supplemented or omitted.
Ein Kraftstoffinjektor mit einer ungeteilten (einteiligen) Steuerkammer kann auch mit drei oder mehr Entlastungspassagen verbunden sein, die entsprechend weitere Einflussmöglichkeiten für die Vorgabe eines Injektionsratenprofils ermöglichen. Bevorzugt kann jede Entlastungspassage durch einen separaten Aktuator geöffnet und geschlossen werden. Eine Beeinflussung des Druckabfalls in der Steuerkammer bzw. in den Steuerkammerteilen kann auch dadurch geschaffen werden, dass entweder nur eine Entlastungspassage oder eine Kombination von mehreren Entlastungspassagen geöffnet werden, wobei durch den Fachmann alternative Ausbildungsformen für ein hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel vorgesehen werden können. Es können zwei oder mehr Aktuatoren ausschließlich alternativ oder in Kombination betätigt werden, um separate Einweg-Schaltmittel oder ein Mehrwege-Schaltmittel zu betätigen. A fuel injector with an undivided (one-piece) control chamber may also be connected to three or more relief passages, which accordingly allow further influence possibilities for the specification of an injection rate profile. Preferably, each relief passage can be opened and closed by a separate actuator. Influencing the pressure drop in the control chamber or in the control chamber parts can also be achieved by opening either only one relief passage or a combination of several relief passages, whereby alternative embodiments for a hydraulic multi-way switching means can be provided by the person skilled in the art. Two or more actuators may be actuated solely alternatively or in combination to operate separate one-way switching means or a multi-way switching means.
Der Düsenbereich eines Kraftstoffinjektors (100) kann beliebig ausgebildet sein. Es kann entweder in Analogie zu 1 ein Düsenbereich vorgesehen sein, bei dem eine oder mehrere Injektionsöffnungen (120) direkt von einem distalen Bereich (104) des Ventilkörpers (102) überdeckt werden. Alternativ und bevorzugt sind ein oder mehrere Injektionsöffnungen (120) mit einem Sackloch (124) verbunden, das in dem Korpus (132) stromabwärts von dem Ventilsitzbereich (122) vorgesehen ist. In einem solchen Fall überdeckt der distale Bereich (104) des Ventilkörpers (102) nicht direkt die ein oder mehreren Injektionsöffnungen (120), sondern verschließt einen ringförmigen Spalt, der stromaufwärts zu dem Sackloch (124) angeordnet ist. Der Vorteil einer solchen Düsenausbildung liegt in einer besser kontrollierbaren Drosselwirkung des Kraftstofffluss und somit einer genaueren Beinflussbarkeit des Injektionsratenverlaufs. Alternativ können beliebige andere Formen von Injektordüsen verwendet werden. The nozzle area of a fuel injector ( 100 ) can be configured arbitrarily. It can either be analogous to 1 a nozzle area may be provided in which one or more injection openings ( 120 ) directly from a distal area ( 104 ) of the valve body ( 102 ) are covered. Alternatively and preferably, one or more injection openings ( 120 ) with a blind hole ( 124 ), which is in the body ( 132 ) downstream of the valve seat area (FIG. 122 ) is provided. In such a case, the distal area covers ( 104 ) of the valve body ( 102 ) not directly the one or more injection ports ( 120 ) but closes an annular gap upstream of the blind hole (FIG. 124 ) is arranged. The advantage of such a nozzle design lies in a better controllable throttling effect of the fuel flow and thus a more accurate Beinflussbarkeit the injection rate curve. Alternatively, any other forms of injector nozzles may be used.
Anstelle der in den Figuren gezeigten Magnetventile (118a, 118b) können beliebige andere elektrisch aktuierbare Aktuatoren eingesetzt werden. Anstelle der dargestellten Steuerplatten (112, 113a, 113b) können beliebige andere Formen von Ventilen verwendet werden, um ein Rückfließen von Kraftstoff aus der Steuerkammer (110) in die Nachfüll-Passage (114) zu unterbinden. Die verschiedenen Drosselwirkungen der Entlastungspassagen (116a, 116b) bzw. der Entlastungsdrosseln (146a, 146b) können auf beliebige konstruktive Weise erreicht werden. Insbesondere kann eine beliebige Kombination der aufgezeigten Formen von ein- oder mehrteiligen Steuerkammern (100, 111a, 111b), von Steuerplatten (112) mit einer oder mehreren Durchflussöffnungen (117, 117a, 117b) sowie von durch separate Konstruktionselemente gebildeten Drosseln (144, 146a, 146b) vorgesehen werden. Instead of the solenoid valves shown in the figures ( 118a . 118b ) Any other electrically actuatable actuators can be used. Instead of the illustrated control plates ( 112 . 113a . 113b ), any other forms of valves may be used to prevent backflow of fuel from the control chamber (FIG. 110 ) in the refill passage ( 114 ) to prevent. The different throttling effects of the relief passages ( 116a . 116b ) or the relief throttles ( 146a . 146b ) can be achieved in any constructive way. In particular, any combination of the indicated forms of single or multi-part control chambers ( 100 . 111 . 111b ), of control plates ( 112 ) with one or more flow openings ( 117 . 117a . 117b ) and chokes formed by separate structural elements ( 144 . 146a . 146b ).
Die offenbarte Dioden-Schaltung (126) kann durch eine beliebige andere Schaltung ersetzt werden, die zu demselben Ergebnis führt. Alternativ können die in den Ausführungsbeispielen aufgezeigten Kraftstoffinjektoren ohne eine Dioden-Schaltung betrieben werden und die Aktuatoren (118a, 118b) können jeweils mit einer separaten Treiberschaltung betrieben werden. The disclosed diode circuit ( 126 ) can be replaced by any other circuit that gives the same result. Alternatively, the fuel injectors shown in the exemplary embodiments can be operated without a diode circuit and the actuators ( 118a . 118b ) can each be operated with a separate driver circuit.
Entlastungsventile für den ersten und den zweiten Steuerkammerteil (111a, 111b) können auch durch separat anzuordnende Ventile, insbesondere durch Druckbegrenzungsventile gebildet werden, die ein Ablassen von überschüssigem Kraftstoff zur Niederdruck-Passage (148) hin ermöglichen. Hierfür können ggf. separate zusätzliche Kraftstoffpassagen vorgesehen werden, an denen die Entlastungsventile angeordnet sind. BEZUGSZEICHENLISTE 100 Injektor/Kraftstoffinjektor Injector/fuel injector
102 Ventilkörper Valve body
104 Distales Ende Distal ende
106 Drosales Ende Drosal end
108 Hochdruck-Kraftstoffpassage High pressure fuel passage
110 Steuerkammer Control chamber
111a Erster Kammerteil First chamber part
111b Zweiter Kammerteil Second chamber part
112 Steuerplatte Control plate
113a Inner Steuerplatte Inner control plate
113b Äußere Steuerplatte Outer control plate
114 Nachfüll-Passage Refill passage
115a Erster Trennkörper First separation body
115b Zweiter Trennkörper Second separation body
116 Entlastungspassage Depressurization passage
116a Erste Entlastungspassage First depressurization passage
116b Zweite Entlastungspassage Second depressurization passage
117 Durchgangsöffnung Passage orifice
117a Durchgangsöffnung Passage orifice
117b Durchgangsöffnung Passage orifice
118 Aktuator Actuator
118a Erster Aktuator/erste Magnetventil First actuator/first solenoid valve
118b Zweiter Aktuator/zweites Magnetventil Second actuator/second solenoid valve
118c Aktuator mit variablem Hub/Piezo-Stack Actuator with variable lift/piezo stack
119 Hydraulisches Schaltmittel Hydraulic switching means
119a Hydraulisches Schaltmitte (nider. Drosselung) Hydraulic switching means (low restriction)
119b Hydraulisches Schaltmittel (hohe Drosselung) Hydraulic switching means (high restriction)
119c Hydraulisches Mehrwege-Schaltmittel Hydraulic multi-way switching means
120 Injektionsöffnung Injection orifice
122 Ventilsitzbereich Valve seat area
124 Sackloch Sack hole
126 Dioden-Schaltung Diode circuitry
128 Erste Eingangsdiode First Inlet-Diode
130 Zweite Eingangsdiode Second Inlet-Diode
132 Korpus Body
134 Haupt-Steckerleitung (+) Main connector conduit (+)
136 Haupt-Steckerleitung (–) Main connector conduit (–)
138a Erste Versorgungsleitung (+) First supply conduit (+)
138b Zweite Versorgungsleitung (–) Second supply conduit (–)
140a Dritte Versorgungsleitung (+) Third supply conduit (+)
140b Vierte Versorgungsleitung (–) Forth supply conduit (–)
142 Energiequelle Energy source
144 Nachfüll-Drossel Refill restrictor
146a Erste Entlastungsdrossel First depressurization restrictor
146b Zweite Entlastungsdrossel Second depressurization restrictor
148 Niederdruck-Passage/Rückführleitung Low pressure passage/Drain line
150 Drei-Wege-Ventil Three way valve
151a Dorsaler Ventilsitz Dorsal valve seat
151b Distal Ventilsitz Distal valve seat
152 Ventilkammer Valve chamber
A_dor Dorsale Wirkfläche Dorsal effective area
A_d1 Erster dorsaler Wirkflächenteil First dorsal effective area part
A_d2 Zweiter dorsaler Wirkflächenteil Second dorsal effective area part
A_dis Distale Wirkfläche Distal effective area
H Hochdruck/Quelle High pressure/Source
L Niederdruck/Drain Low pressure/Drain
P_N Düsendruck Nozzle pressure
P_C Steuerdruck Control pressure
P_C1 Steuerdruck in erstem Kammerteil Control pressure in first chamber part
P_C2 Steuerdruck in zweitem Kammerteil Control pressure in second chamber part
P_H Speisedruck(Hochdruck-Niveau) Supply pressure (high pressure level)
q Injektionsrate Injection rate
S_1 Schaltzustand erstes Entlastungsventil Status of first decompression valve
S_2 Schaltzustand zweites Entlastungsventil Status of second decompression valve
t Zeit Time
Relief valves for the first and the second control chamber part ( 111 . 111b ) can also be formed by valves to be arranged separately, in particular by pressure relief valves, which allow a discharge of excess fuel to the low-pressure passage ( 148 ). For this purpose, separate additional fuel passages may be provided if necessary, on which the relief valves are arranged. LIST OF REFERENCE NUMBERS 100 Injector / fuel injector Injector / fuel injector
102 valve body Valve body
104 Distal end Distal end
106 Drosale end Drosal end
108 High-pressure fuel passage High pressure fuel passage
110 control chamber Control chamber
111 First chamber part First chamber part
111b Second chamber part Second chamber part
112 control plate Control plate
113a Inner control plate Inner control plate
113b Outer control panel Outer control plate
114 Refill Passage Refill passage
115a First separator First separation body
115b Second separating body Second separation body
116 relief passage Depressurization passage
116a First relief passage First depressurization passage
116b Second relief passage Second depressurization passage
117 Through opening Passage orifice
117a Through opening Passage orifice
117b Through opening Passage orifice
118 actuator Actuator
118a First actuator / first solenoid valve First actuator / first solenoid valve
118b Second actuator / second solenoid valve Second actuator / second solenoid valve
118c Actuator with variable stroke / piezo stack Actuator with variable lift / piezo stack
119 Hydraulic switching means Hydraulic switching means
119a Hydraulic switching center (throttling) Hydraulic switching means (low restriction)
119b Hydraulic switching means (high throttling) Hydraulic switching means (high restriction)
119c Hydraulic multi-way switching device Hydraulic multi-way switching means
120 injection port Injection orifice
122 Valve seat area Valve seat area
124 blind Sack hole
126 Diode circuit Diode circuitry
128 First input diode First Inlet diode
130 Second input diode Second Inlet diode
132 corpus body
134 Main plug line (+) Main connector conduit (+)
136 Main plug line (-) Main connector conduit (-)
138a First supply line (+) First supply conduit (+)
138b Second supply line (-) Second supply conduit (-)
140a Third supply line (+) Third supply conduit (+)
140b Fourth supply line (-) Forth supply conduit (-)
142 energy Energy source
144 Refill throttle Refill restrictor
146a First relief throttle First depressurization restrictor
146b Second relief throttle Second depressurization restrictor
148 Low pressure passage / return line Low pressure passage / drain line
150 Three-way valve Three way valve
151a Dorsal valve seat Dorsal valve seat
151b Distal valve seat Distal valve seat
152 valve chamber Valve chamber
A_dor Dorsal effective area Dorsal effective area
A_d1 First dorsal surface part First dorsal effective area part
A_d2 Second dorsal surface part Second dorsal effective area part
A_dis Distal effective area Distal effective area
H High pressure / source High pressure / Source
L Low pressure / drain Low pressure / drain
P_N nozzle pressure Nozzle pressure
P_C control pressure Control pressure
P_C1 Control pressure in the first chamber part Control pressure in first chamber part
P_C2 Control pressure in second chamber part Control pressure in second chamber part
P_H Feed pressure (high pressure level) Supply pressure (high pressure level)
q injection rate Injection rate
S_1 Switching state first relief valve Status of first decompression valve
S_2 Switching state second relief valve Status of second decompression valve
t Time Time
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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JP 2002054522 A [0001] JP 2002054522 A [0001]
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DE 19932548 B4 [0002] DE 19932548 B4 [0002]
