DE19734354A1 - Internal combustion engine fuel injection system - Google Patents

Internal combustion engine fuel injection system

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Abstract

A jetting pump (1) supplies fuel from a reservoir (2) to a jetting reservoir (3). A fuel injector (5) connected through a fuel feeder (4) to the jetting reservoir injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. Between the jetting reservoir and an injection nozzle (7) a modulating device controls the cycle of fuel amounts to be injected, fitted with a modulating valve with an adjustable opening area.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine according to the Preamble of claim 1.

Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, die eine Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstoffvorrat in einen Hochdruckspeicher und einen über eine Kraftstoffzuführungsleitung an den Hochdruckspeicher angeschlossenen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine während des Einspritzvorgangs aufweisen, wobei der Kraftstoffinjektor eine über einen Kraftstoffkanal mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagte Einspritzdüse enthält, finden bei Dieselmotoren zunehmend Verwendung. Derartige über einen Hochdruckspeicher (Common Rail) verfügende Kraftstoffeinspritzsysteme haben den großen Vorteil, daß der Einspritzvorgang in Bezug auf Einspritzbeginn, Einspritzdauer und dabei eingespritzter Kraftstoffmenge sehr genau an den jeweiligen Drehzahl und Lastzustand der Brennkraftmaschine angepaßt werden kann. Ein hohes Potential, um Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine zu mindern, besteht in der Formung des Einspritzverlaufs in Bezug auf die während des Einspritzvorgangs pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge. Dies wird beispielsweise in MTZ 57 (1996) S. 336-340 dargestellt. Fuel injection systems for internal combustion engines, especially diesel engines, the one High pressure pump to deliver fuel from a fuel supply to one High-pressure accumulator and one via a fuel supply line to the High-pressure accumulator connected fuel injector for injecting the fuel into have the combustion chamber of the internal combustion engine during the injection process, wherein the fuel injector with the fuel to be injected via a fuel channel contains injected injector are increasingly used in diesel engines. Such a high-pressure accumulator (common rail) Fuel injection systems have the great advantage of being related to the injection process on the start of injection, injection duration and the amount of fuel injected very precisely the respective speed and load condition of the internal combustion engine can be adapted. There is great potential to reduce pollutant emissions from the internal combustion engine in the formation of the injection course in relation to the pro during the injection process Unit of time injected fuel quantity. This is described, for example, in MTZ 57 (1996) S. 336-340.  

Bei den heutigen Common Rail-Einspritzsystemen wird während des Einspritzvorgangs, nachdem eine Phase des Einspritzbeginns mit steil ansteigendem Kraftstoffstrom abgeschlossen ist, während des eigentlichen Einspritzvorgangs Kraftstoff mit einem nahezu konstanten Massenstrom eingespritzt. Zur Minderung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine ist es aber wünschenswert, den eigentlichen Einspritzvorgang so zu gestalten, daß sich ein ansteigender Massenstromverlauf für den einzuspritzenden Kraftstoff einstellt.With today's common rail injection systems, during the injection process, after a phase of the start of injection with a steeply increasing fuel flow is completed during the actual fuel injection process with an almost constant mass flow injected. To reduce pollutant emissions However, it is desirable for the internal combustion engine to do the actual injection process in this way shape that an increasing mass flow curve for the injected Fuel.

Die Gestaltung des Einspritzverlaufs ist Gegenstand vielfältiger Entwicklungen. Aus der DE 196 12 721 A1 ist beispielsweise ein Speichereinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher von einem Mechanismus Gebrauch gemacht wird, der es gestattet, eine Voreinspritzung zu realisieren, bei der eine geringe Kraftstoffmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, gefolgt von einer dann mit möglichst großem Druck eingespritzten Kraftstoffhauptmenge. Dieser Mechanismus umfaßt eine Kombination einer Rückströmdrossel mit einem in einem Zylinder angeordneten Kolben. Die Rückströmdrossel ist über eine Bypassleitung in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens in dem Zylinder umgehbar, so daß dem Kraftstoff wahlweise ein über die Rückströmdrossel führender Strömungsweg und ein Strömungsweg über die Bypassleitung zur Verfügung steht. Während der Voreinspritzung wird der Kolben von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt und verschoben, wobei der von dem Kolben verdrängte Kraftstoff als Voreinspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Nach der Verschiebung des Kolbens gibt dessen rückseitiges Ende die Bypassleitung frei, über welche dann die Haupteinspritzmenge unter Umgehung der Drossel unter vollem Druck eingespritzt wird. Weiterhin ist aus der DE 43 41 545 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Kraftstoffinjektoren eine mit einem hydraulischen Dämpfungsraum zusammenwirkende Drosselstrecke aufweisen, welche bei der Öffnungsbewegung eines den Kraftstoffinjektor steuernden Ventilgliedes zu Beginn des Einspritzvorgangs den Dämpfungsraum gedrosselt entlastet, so daß die Einspritzmenge allmählich ansteigt.The design of the injection process is the subject of diverse developments. From the DE 196 12 721 A1 is, for example, a storage injection system for a Internal combustion engine is known, in which use is made of a mechanism which allows a pre-injection to be carried out in which a low Amount of fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, followed by a main fuel quantity then injected with the greatest possible pressure. This Mechanism includes a combination of a backflow restrictor and one in one Cylinder arranged pistons. The return flow restrictor is in via a bypass line Dependent on the position of the piston in the cylinder, so that the Fuel optionally a flow path leading via the backflow throttle and a Flow path via the bypass line is available. During the pre-injection the piston is acted upon by fuel under high pressure and shifted, the fuel displaced by the piston as a pilot injection quantity in the Combustion chamber of the internal combustion engine is injected. After moving the piston releases the rear end of the bypass line, via which the Main injection quantity is injected bypassing the throttle under full pressure. Furthermore, DE 43 41 545 A1 describes a fuel injection device for Internal combustion engines are known in which the fuel injectors are one with one have hydraulic damping chamber interacting throttle section, which at the opening movement of a valve member controlling the fuel injector at the beginning the injection process throttled the damping chamber relieved, so that the injection quantity gradually increases.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruckspeicher für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche es gestattet einen ansteigenden Massenstromverlauf für die einzuspritzende Kraftstoffmenge zu realisieren.The object of the invention is a fuel injection system with a high pressure accumulator to create an internal combustion engine which allows an increasing To realize mass flow for the amount of fuel to be injected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Kraftstoffeinspritzsystem gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by what is stated in claim 1 Fuel injection system solved. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, das eine Hochdruckpumpe zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstoffvorrat in einen Hochdruckspeicher und einen über eine Kraftstoffzuführungsleitung an den Hochdruckspeicher angeschlossenen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs aufweist. Der Kraftstoffinjektor enthält eine über einen Kraftstoffkanal mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagte Einspritzdüse. Gemäß der Erfindung ist eine in den Weg des Kraftstoffs zwischen Hochdruckspeicher und Einspritzdüse geschaltete steuerbare Modulationseinrichtung zur zeitabhängigen Steuerung der während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffmenge vorgesehen. Es findet somit eine funktionelle Trennung bezüglich der Steuerung der Einspritzmenge und dem Öffnen der Einspritzquerschnitte statt.The invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine, in particular a diesel engine that has a high pressure pump to deliver the fuel from a fuel supply to a high-pressure accumulator and one via a Fuel supply line to the fuel injector connected to the high-pressure accumulator for injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine during a Injection process has. The fuel injector contains one via a fuel channel injector loaded with the fuel to be injected. According to the invention one in the way of fuel between the high pressure accumulator and the injector switched controllable modulation device for time-dependent control of the during the amount of fuel injected. So it finds one functional separation regarding the control of the injection quantity and the opening of the Injection cross sections instead.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Modulationseinrichtung durch ein Modulationsventil mit steuerbarem Durchgangsquerschnitt gebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the modulation device is formed by a modulation valve with a controllable passage cross section.

Diese Ausführungsform wird vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, daß das Modulationsventil einen Ventilsitz und einen in Bezug auf den Ventilsitz verschiebbaren Ventilnadelkörper zur Erzeugung eines variablen Durchgangsquerschnitts zwischen Ventilsitz und Ventilnadelkörper in Abhängigkeit von der Lage des Ventilnadelkörpers und eine Verstelleinrichtung zur Verschiebung des Ventilnadelkörpers gegenüber dem Ventilsitz enthält. This embodiment is advantageously developed in that the Modulation valve a valve seat and a displaceable with respect to the valve seat Valve needle body for generating a variable passage cross section between Valve seat and valve needle body depending on the position of the valve needle body and an adjusting device for displacing the valve needle body relative to the Valve seat contains.  

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Verstelleinrichtung einen mit dem Ventilnadelkörper verbundenen, beidseitig von Kraftstoff beaufschlagten Kolben enthält, welcher den Ventilnadelkörper aufgrund einer Druckdifferenz des an seinen beiden Seiten anstehenden Kraftstoffdrucks verschiebt.An advantageous development of this embodiment is that the Adjustment device connected to the valve needle body on both sides of Fueled piston contains the valve needle body due to a Pressure difference of the fuel pressure present on both sides shifts.

Diese Ausführungsform ist vorteilhafterweise so ausgestaltet, daß auf der Vorderseite des beidseitig wirkenden Kolbens ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in Öffnungsrichtung des Modulationsventils beaufschlagter erster Druckraum und auf der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens ein von Kraftstoff in Schließrichtung beaufschlagter zweiter Druckraum vorgesehen sind, und daß ein mit einer Drosselstelle versehener Ablaufkanal zur Entlastung des zweiten Druckraums während der Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils vorgesehen ist.This embodiment is advantageously designed so that on the front of the Piston acting on both sides is a fuel under high pressure Opening direction of the modulation valve acted upon first pressure chamber and on the Rear of the piston acting on both sides of fuel in the closing direction acted upon second pressure chamber are provided, and that one with a throttle point provided drain channel to relieve the second pressure chamber during the Displacement of the piston acting on both sides in the sense of opening the Modulation valve is provided.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Ausführungsform besteht darin, daß das Modulationsventil eine auf den Ventilnadelkörper im Sinne einer Verschiebung in Schließrichtung des Modulationsventils einwirkende Feder enthält.An advantageous embodiment of this embodiment is that the Modulation valve one on the valve needle body in the sense of a shift in Includes spring acting direction of the modulation valve.

Der zweite Druckraum ist vorteilhafterweise mit einem Zulaufkanal zur Zuführung von Kraftstoff zu dem zweiten Druckraum versehen, der ein nur in Richtung eines Zustroms von Kraftstoff zu dem zweiten Druckraum bei einer Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens in Schließrichtung des Modulationsventils durchgängiges Rückschlagventil aufweist.The second pressure chamber is advantageously with an inlet channel for the supply of Provide fuel to the second pressure chamber, which is only in the direction of an inflow of fuel to the second pressure chamber in the event of a shift on both sides acting piston in the closing direction of the modulation valve Check valve has.

Zur Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens in der Schließrichtung des Modulationsventils ist der zweite Druckraum vorzugsweise mit Leckagekraftstoff des Kraftstoffinjektors beaufschlagbar.To move the piston acting on both sides in the closing direction of the Modulation valve, the second pressure chamber is preferably with leakage fuel Fuel injector can be acted upon.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Modulationsventil in den zur Einspritzdüse führenden Kraftstoffkanal des Kraftstoffinjektors eingefügt. According to one embodiment of the invention, the modulation valve is in the Injector leading fuel channel of the fuel injector inserted.  

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß der zweite Druckraum einen Zulaufkanal zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff im Sinne eines Schließens des Modulationsventils aufweist, und daß eine Modulationssteuerventileinrichtung zum wahlweisen Öffnen des Ablaufkanals zur Entlastung des zweiten Druckraums über die Drosselstelle im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils und zum Öffnen des Zulaufkanals zur Beaufschlagung des zweiten Druckraums im Sinne eines Schließens des Modulationsventils vorgesehen ist.According to an alternative embodiment of the invention, it is provided that the second Pressure chamber an inlet channel for supplying fuel under high pressure in the sense of closing the modulation valve, and that a Modulation control valve device for optional opening of the drain channel for Relief of the second pressure chamber via the throttle point in the sense of opening the Modulation valve and to open the inlet channel to act on the second Pressure chamber in the sense of closing the modulation valve is provided.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Modulationssteuerventileinrichtung vorteilhafterweise durch ein abwechselnd den Zulaufkanal und den Ablaufkanal freigebendes Magnetventil gebildet.In this embodiment of the invention, the modulation control valve device is advantageously by alternating the inlet channel and the outlet channel releasing solenoid valve formed.

Alternativ hierzu kann die Modulationssteuerventileinrichtung zur Steuerung durch das Injektorsteuerventil mit diesem gekoppelt sein.Alternatively, the modulation control valve device can be controlled by the Injector control valve to be coupled with this.

Bei der vorstehend genannten alternativen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, daß der beidseitig wirksame Kolben auf seiner dem zweiten Druckraum zugewandten Seite einen größeren wirksamen Querschnitt als auf der dem ersten Druckraum zugewandten Seite aufweist.In the alternative embodiment of the invention mentioned above, it is advantageous that the bilaterally effective piston on its side facing the second pressure chamber a larger effective cross section than that facing the first pressure chamber Side.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein beidseitig wirkender Kolben mit einem ersten und einem zweiten Druckraum und ein mit einer Drosselstelle versehener Ablaufkanal zur Entlastung des zweiten Druckraums während der Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils vorgesehen sind, ist es von Vorteil, wenn die Drosselstelle so bemessen ist, daß das Modulationsventil im wesentlichen während der gesamten Zeitdauer des Einspritzintervalls zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende zunehmend geöffnet wird.In the aforementioned embodiments of the invention, in which a bilateral acting piston with a first and a second pressure chamber and one with a Throttle point provided drain channel to relieve the second pressure chamber during the Displacement of the piston acting on both sides in the sense of opening the Modulation valve are provided, it is advantageous if the throttle point dimensioned so is that the modulation valve essentially during the entire period of Injection interval between the start of injection and the end of injection is increasingly opened.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Verstelleinrichtung durch ein piezoelektrisch betätigtes Element gebildet ist, welches den Ventilnadelkörper in Abhängigkeit von einer an das piezoelektrisch betätigte Element angelegten Steuerspannung verschiebt, und daß eine Steuereinheit zur Erzeugung der Steuerspannung vorgesehen ist.According to a further embodiment of the invention it is provided that the Adjustment device is formed by a piezoelectrically actuated element, which the  Valve needle body depending on one of the piezoelectrically actuated element applied control voltage shifts, and that a control unit for generating the Control voltage is provided.

Bei dieser Ausführungsform wird die Steuerspannung an der Steuereinheit so geregelt, daß das piezoelektrische Element das Modulationsventil im Laufe des Einspritzvorgangs zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende zunehmend öffnet.In this embodiment, the control voltage on the control unit is regulated so that the piezoelectric element the modulation valve in the course of the injection process between the start of injection and the end of injection increasingly opens.

Bei einer solchen, durch ein piezoelektrisch betätigtes Element gebildeten Verstelleinrichtung ist es von Vorteil, den Ventilnadelkörper und den Ventilsitz so auszubilden, daß ein kleiner Verstellweg des piezoelektrisch betätigten Elements ausreicht, um das Modulationsventil vollständig zu öffnen.In such a case, formed by a piezoelectrically actuated element It is advantageous to adjust the valve needle body and the valve seat in this way form that a small adjustment path of the piezoelectrically actuated element is sufficient, to fully open the modulation valve.

Die erfindungsgemäße Modulationseinrichtung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die Kraftstoffmenge im Sinne einer zunehmenden Erhöhung der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge gesteuert wird.The modulation device according to the invention is advantageously designed such that the amount of fuel in the sense of an increasing increase per unit of time injected fuel quantity is controlled.

Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge während eines zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende liegenden Zeitintervalls ansteigend, z. B. linear erhöht wird.It is particularly advantageous here if the injected per unit of time Amount of fuel during a period between the start of injection and the end of injection Time interval increasing, e.g. B. is increased linearly.

Das Modulationsventil ist vorteilhafterweise zwischen einem minimalen Öffnungsquerschnitt, der jedoch größer als Null ist, und einem maximalen Öffnungsquerschnitt steuerbar.The modulation valve is advantageously between a minimum Opening cross-section, which is however greater than zero, and a maximum Controllable opening cross-section.

Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, das Modulationsventil so auszubilden, daß es Mittel aufweist, um den Ventilnadelkörper bei minimalem Öffnungsquerschnitt um ein kleines, definiertes Maß von dem Ventilsitz des Modulationsventils abzuheben. It is particularly advantageous here to design the modulation valve so that it Has means around a around the valve needle body with a minimal opening cross-section small, defined dimension from the valve seat of the modulation valve.  

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1a eine schematische Blockdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine mit einem Hochdruckspeicher (Common Rail), bei dem die erfindungsgemäße Modulationseinrichtung eingesetzt wird; Figure 1a is a schematic block diagram of a fuel injection system for an internal combustion engine with a high-pressure accumulator (common rail), in which the modulation device according to the invention is used.

Fig. 1b eine schematische Darstellung eines Einspritzinjektors (Ganser-Prinzip); FIG. 1b is a schematic representation of a Einspritzinjektors (Ganser principle);

Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Modulationseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 is a schematic cross-sectional view of a modulator device for a fuel injection system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the invention;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Modulationseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a modulator device for a fuel injection system for an internal combustion engine according to a second embodiment of the invention. and

Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Modulationseinrichtung für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und Fig. 4 is a schematic cross-sectional view of a modulator device for a fuel injection system for an internal combustion engine according to a third embodiment of the invention; and

Fig. 5 zwei Zeitdiagramme, die den während Einspritzvorgängen eingespritzten Massenstrom an Kraftstoff für (a) den Einspritzvorgang bei einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruckspeicher und (b) einen Einspritzvorgang bei einem Kraftstoffeinspritzsystem mit Hochdruckspeicher gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 5 shows two time diagrams illustrating the injection process in a fuel injection system with high-pressure accumulator according to show the fuel injected during injection events mass flow of fuel for (a) in a conventional fuel injection system with high-pressure reservoir, and (b) an injection process of the present invention.

Fig. 1a zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine, wie es für Dieselmotoren Anwendung findet. Eine Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat 2 zu einem Hochdruckspeicher 3, der nach Art eines ölelastischen Hochdruckspeichers arbeitet und mehrere jeweils über eine Kraftstoffzuführungsleitung 4 an den Hochdruckspeicher 3 angeschlossene Kraftstoffinjektoren 5 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt (Common- Rail-System). Die Kraftstoffinjektoren 5 dienen zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs, der nach Einspritzbeginn, Einspritzende und Menge des eingespritzten Kraftstoffs genau definiert ist und durch eine in Fig. 1a nicht gezeigte Steuereinheit in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere Drehzahl und Belastung der Brennkraftmaschine gesteuert wird. Jeder Kraftstoffinjektor 5 enthält eine Einspritzdüse 7, die über einen Kraftstoffkanal 6 mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Der Kraftstoffinjektor 5 verfügt über ein Steuerventil 9, welches als an sich im Stande der Technik bekanntes 3/2-Wegeventil oder als 2/2-Wege-Servoventil ausgebildet ist. Fig. 1a shows a schematic block diagram of a fuel injection system for an internal combustion engine, as it is used for diesel engines. A high pressure pump 1 pumps fuel from a fuel reservoir 2 to a high-pressure accumulator 3, which operates in the manner of an oil-elastic high-pressure accumulator and a plurality of in each case connected to the high-pressure accumulator 3 via a fuel supply conduit 4 fuel injectors 5 with under high pressure fuel supplied (common rail system). The fuel injectors 5 serve to inject the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine during an injection process, which is precisely defined after the start of injection, end of injection and quantity of the injected fuel and by a control unit (not shown in FIG. 1a) depending on the operating state of the internal combustion engine, in particular the speed and Load of the internal combustion engine is controlled. Each fuel injector 5 contains an injection nozzle 7 , which is acted upon by the fuel to be injected via a fuel channel 6 . The fuel injector 5 has a control valve 9 , which is designed as a 3/2-way valve known per se in the prior art or as a 2/2-way servo valve.

In den Fig. 1a und 1b sind zwei unterschiedliche Typen von Injektoren dargestellt, auf die die Erfindung jeweils anwendbar ist. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Injektoren beschränkt. Der in Fig. 1b dargestellte Injektor ist vom Typ "Ganser" und besitzt zur Steuerung der Einspritzung zwei Magnetventile 9a und 9b. Zur Einspritzung findet eine Druckentlastung des mit den Ventilen 9a und 9b verbundenen Steuerraums statt.Two different types shown in FIGS. 1a and 1b are shown of injectors, to which the invention is applicable in each case. In principle, however, the invention is not restricted to these injectors. The injector shown in Fig. 1b is of the "Ganser" type and has two solenoid valves 9 a and 9 b for controlling the injection. For injection, the pressure in the control chamber connected to the valves 9 a and 9 b is relieved.

Gemäß der Erfindung ist in den Weg des Kraftstoffs zwischen Hochdruckspeicher 3 und Einspritzdüse 7, also in die Kraftstoffzuführungsleitung 4 oder vorzugsweise in den Kraftstoffkanal 6 eine steuerbare Modulationseinrichtung geschaltet, welche der zeitabhängigen Steuerung der während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffmenge dient. Darunter soll eine Steuerung der während des eigentlichen Einspritzvorgangs zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende eingespritzten Kraftstoffstroms, d. h. Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit, verstanden werden. Fig. 5a) zeigt in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit des Massenstroms des bei einem Einspritzvorgang eingespritzten Kraftstoffs in Abhängigkeit von der Zeit, wie sie bei einem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Hochdruckspeicher vorliegt. Nach dem mit I bezeichneten Einspritzbeginn, der ersten Phase des Einspritzvorgangs, in welcher der Massenstrom von Null ansteigt und die durch den Öffnungsvorgang der Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors und Trägheitskräfte des Kraftstoffs geprägt ist, nimmt der Kraftstoffstrom in der mit II bezeichneten Phase des eigentlichen Einspritzvorgangs einen im wesentlichen konstanten Wert an. Während des mit III bezeichneten Einspritzendes, der Schlußphase des Einspritzvorgangs, während der die Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors schließt, geht der Massenstrom dann wieder auf Null zurück. Wie bereits eingangs festgestellt wurde, ist ein Einspritzvorgang mit praktisch konstantem Massenstrom nicht vorteilhaft in Bezug auf eine Verminderung der Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine.According to the invention, a controllable modulation device is connected in the path of the fuel between the high-pressure accumulator 3 and the injection nozzle 7 , that is to say in the fuel supply line 4 or preferably in the fuel channel 6 , which is used for time-dependent control of the fuel quantity injected during the injection process. This is to be understood as a control of the fuel flow injected during the actual injection process between the start of injection and the end of injection, ie the amount of fuel per unit of time. FIG. 5a), the dependence of the mass flow shows in a graphical representation of the injected at an injection process fuel in function of time as present in a conventional fuel injection system with a high-pressure accumulator. After the start of injection marked I, the first phase of the injection process, in which the mass flow increases from zero and which is characterized by the opening process of the injector of the fuel injector and inertial forces of the fuel, the fuel flow in the phase marked II of the actual injection process takes an im substantially constant value. During the injection end designated III, the final phase of the injection process, during which the fuel injector nozzle closes, the mass flow then drops back to zero. As already stated at the beginning, an injection process with a practically constant mass flow is not advantageous in terms of reducing the pollutant emissions of the internal combustion engine.

Fig. 2 zeigt eine steuerbare Modulationseinrichtung des erfindungsgemäßen Hochdruckspeicher-Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Modulationsventil verfügt über einen Ventilnadelkörper 12, welcher gegenüber einem Ventilsitz 11 in axialer Richtung verschiebbar ist. In Abhängigkeit von der Lage des Ventilnadelkörpers 12 wird zwischen diesem und dem Ventilsitz 11 ein variabler Durchgangsquerschnitt erzeugt. Dieser liegt im Weg des der Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors zuzuführenden Kraftstoffs von einem Kraftstoffzulauf 106 zu einem Kraftstoffablauf 107. Der Ventilnadelkörper 12 ist mit einem beidseitig von Kraftstoff beaufschlagbaren Kolben 14 verbunden, welcher in einer Zylinderbohrung 14a verschiebbar gelagert ist. Auf der Vorderseite des beidseitig wirkenden Kolbens 14 befindet sich ein erster Druckraum 15, welcher von dem unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird, der von dem Kraftstoffzulauf 106 kommt. Durch diesen Kraftstoff wird der erste Druckraum 15 im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils 10 beaufschlagt. Auf der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens 14 befindet sich ein zweiter Druckraum 16, welcher von Kraftstoff in Richtung eines Schließens des Modulationsventils 10 beaufschlagt wird. Dieser wird in Form von Leckkraftstoff des Kraftstoffinjektors über einen Leckkraftstoffzulauf 101 dem zweiten Druckraum 16 zugeführt. Ein in dem Leckkraftstoffzulauf 101 vorgesehenes Rückschlagventil 102 ist nur in Richtung des Zustroms des Leckkraftstoffes durchgängig. Über einen Ablaufkanal 18 ist der zweite Druckraum 16 mit einem Leckkraftstoffablauf 105 verbunden. Der Ablaufkanal 18 dient der Entlastung des zweiten Druckraums 16, wobei in dem Ablaufkanal 18 eine Drosselstelle 17 vorgesehen ist. Zwischen dem Leckkraftstoffablauf 105 und dem zweiten Druckraum 16 ist ein weiterer Leckkraftstoffzulauf 103 mit einem Rückschlagventil 104 vorgesehen, welches ähnlich dem Rückschlagventil 102 in Richtung eines Strömens von Leckkraftstoff in den zweiten Druckraum 16 durchgängig ist. Eine an der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens 14 angreifende Feder 19 bewirkt eine Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens 14 und damit des Modulationsventils 10 in Schließrichtung. Fig. 2 shows a controllable modulation means of the high pressure storage fuel injection system according to a first embodiment of the invention. A modulation valve, designated as a whole by reference number 10 , has a valve needle body 12 which can be displaced in the axial direction relative to a valve seat 11 . Depending on the position of the valve needle body 12 , a variable passage cross section is generated between the latter and the valve seat 11 . This lies in the path of the fuel to be fed to the injection nozzle of the fuel injector from a fuel inlet 106 to a fuel outlet 107 . The valve needle body 12 is connected to a piston 14 which can be acted upon by fuel on both sides and which is displaceably mounted in a cylinder bore 14 a. On the front of the piston 14 acting on both sides there is a first pressure chamber 15 , which is acted upon by the fuel under high pressure, which comes from the fuel inlet 106 . This fuel acts on the first pressure chamber 15 in the sense of opening the modulation valve 10 . On the rear of the piston 14 acting on both sides there is a second pressure chamber 16 which is acted upon by fuel in the direction of closing the modulation valve 10 . This is supplied to the second pressure chamber 16 in the form of leak fuel of the fuel injector via a leak fuel inlet 101 . A check valve 102 provided in the leak fuel inlet 101 is only permeable in the direction of the inflow of the leak fuel. The second pressure chamber 16 is connected to a leak fuel outlet 105 via an outlet channel 18 . The drain channel 18 serves to relieve the second pressure chamber 16 , a throttle point 17 being provided in the drain channel 18 . Between the leak fuel outlet 105 and the second pressure chamber 16 there is a further leak fuel inlet 103 with a check valve 104 , which is similar to the check valve 102 in the direction of a flow of leak fuel into the second pressure chamber 16 . A spring 19 acting on the rear side of the piston 14 acting on both sides causes a displacement of the piston 14 acting on both sides and thus of the modulation valve 10 in the closing direction.

Der beidseitig wirkende Kolben 14 ist in der Zylinderbohrung 14a so gelagert, daß sich in Schließstellung des Modulationsventils eine mit A bezeichnete minimale Öffnung zwischen Ventilnadelkörper 12 und Ventilsitz 11 ergibt.The double-acting piston 14 is mounted in the cylinder bore 14 a so that in the closed position of the modulation valve there is a minimal opening designated A between the valve needle body 12 and valve seat 11 .

Zu Beginn des Einspritzvorgangs befindet sich der Modulationsnadelkörper 12 in Nullstellung, in welcher der Ventilnadelkörper 12 um das Maß A aus dem Ventilsitz 11 angehoben ist. Diese Mindestöffnung A des Modulationsventils stellt sicher, daß am Beginn des Einspritzvorgangs der Kraftstoffdruck nur auf ein solches Maß abgedrosselt wird, welches noch ein zuverlässiges und schnelles Öffnen der Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors gestattet. Während des weiteren Verlaufs des Einspritzvorgangs kommt die Drosselwirkung des Durchgangsquerschnitts zwischen Ventilnadelkörper 12 und Ventilsitz 11 zunehmend zum Tragen; der Druck des Kraftstoffs vom Hochdruckspeicher 3 wird gedrosselt und während des weiteren Einspritzvorgangs wird der Ventilnadelkörper 12 aufgrund des in dem ersten Druckraum 15 auf den Kolben 14 einwirkenden Kraftstoffdrucks zunehmend angehoben. Bei der sich dabei ergebenden Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens 14 wird Kraftstoff aus dem zweiten Druckraum 16 durch den Ablaufkanal 18 verdrängt, wobei die Drosselstelle 17 bewirkt, daß die Verschiebung des Kolbens 14 und damit das Anheben des Ventilnadelkörpers 12 über die gesamte Dauer des eigentlichen Einspritzvorgangs erfolgt. Am Ende des Einspritzvorgangs liegt dann an der Einspritzdüse der volle Druck des Kraftstoffs an. Am Ende des Einspritzvorgangs, wenn durch das Steuerventil des Kraftstoffinjektors die Kraftstoffzufuhr über den Kraftstoffzulaufkanal 106 unterbrochen wird, fällt der Druck in dem ersten Druckraum 15 ab und der Düsennadelkörper 12 wird durch die Wirkung der Feder 19 in ihre Nullstellung zurückgebracht. Der Einspritzvorgang kann dann von Neuem beginnen. Diese Einrichtung ist in besonderer Weise zur Anwendung bei einem Injektor nach Fig. 1a im Kraftstoffkanal 6 geeignet, wo der Kraftstoffdruck nach Beendigung der Einspritzung abfällt.At the beginning of the injection event is the modulation needle body 12 in zero position in which the valve needle body is raised by the dimension A of the valve seat 11 12th This minimum opening A of the modulation valve ensures that, at the start of the injection process, the fuel pressure is throttled only to a level which still permits reliable and quick opening of the fuel injector's injection nozzle. During the further course of the injection process, the throttling effect of the passage cross section between valve needle body 12 and valve seat 11 becomes increasingly important; the pressure of the fuel from the high-pressure accumulator 3 is throttled, and during the further injection process the valve needle body 12 is increasingly raised due to the fuel pressure acting on the piston 14 in the first pressure chamber 15 . During the resulting displacement of the piston 14 acting on both sides, fuel is displaced from the second pressure chamber 16 through the outlet channel 18 , the throttle point 17 causing the displacement of the piston 14 and thus the lifting of the valve needle body 12 over the entire duration of the actual injection process he follows. At the end of the injection process, the full pressure of the fuel is then applied to the injection nozzle. At the end of the injection process, when the fuel supply via the fuel supply channel 106 is interrupted by the control valve of the fuel injector, the pressure in the first pressure chamber 15 drops and the nozzle needle body 12 is returned to its zero position by the action of the spring 19 . The injection process can then start again. This device is particularly suitable for use with an injector according to FIG. 1a in the fuel channel 6 , where the fuel pressure drops after the end of the injection.

Fig. 5b) zeigt den zeitlichen Verlauf des Massenstroms des Kraftstoffs beim Einspritzvorgang, wie er durch das erfindungsgemäße Modulationsventil erzeugt wird. Während des Einspritzbeginns I steigt der Massenstrom auf einen Anfangswert des eigentlichen Einspritzvorgangs II an und erhöht sich dann während des letzteren zunehmend auf einen Endwert unmittelbar vor Beginn des Einspritzendes III. Wie ein Vergleich mit Fig. 5a) zeigt, kann der Massenstrom zu Beginn des eigentlichen Einspritzvorgangs II kleiner und zum Ende des eigentlichen Einspritzvorgangs II größer als im Falle des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystems sein. Wie Fig. 5b) zeigt, steigt der Massenstrom des erfindungsgemäßen Modulationsventils während des eigentlichen Einspritzvorgangs II beispielsweise linear mit der Zeit an. Fig. 5b) shows the time course of the mass flow of the fuel during the injection process, as produced by the inventive modulation valve. During the start of injection I, the mass flow rises to an initial value of the actual injection process II and then increases during the latter to an end value immediately before the end of injection III. As a comparison with FIG. 5a) shows, the mass flow can be smaller at the beginning of the actual injection process II and larger at the end of the actual injection process II than in the case of the conventional fuel injection system. As FIG. 5 b) shows, the mass flow of the modulation valve according to the invention increases linearly over time, for example, during the actual injection process II.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Modulationsventils. Dieses Modulationsventil ist in besonderer Weise zur Anwendung in einem Kraftstoffkanal geeignet, in dem der Kraftstoffdruck auch in den Einspritzpausen nicht abgesenkt wird, wie im Kraftstoffkanal 6 des Injektors nach Fig. 1b oder in der Kraftstoffzuführungsleitung 4 der Injektoren nach den Fig. 1a und 1b. Das Modulationsventil 20 enthält einen Ventilnadelkörper 22, welcher zusammen mit einem Ventilsitz 21 einen variablen Durchgangsquerschnitt bildet, welcher den Durchgang zwischen einem Kraftstoffzulaufkanal 206 und einem Kraftstoffablaufkanal 207 begrenzt. Der durch den Kraftstoffzulaufkanal 206 und den Kraftstoffablaufkanal 207 gebildete Kraftstoffweg befindet sich zwischen dem Hochdruckspeicher 3 und der Einspritzdüse 7 des Kraftstoffeinspritzsystems und zwar entweder in der Kraftstoffzuführungsleitung 4 oder vorzugsweise in dem Kraftstoffkanal 6 des Injektors nach Fig. 1b. Der Ventilnadelkörper 22 ist mit einem beidseitig wirkendem Kolben 24 verbunden, welcher in einer Zylinderbohrung 24a verschiebbar angeordnet ist. Auf der Vorderseite des beidseitig wirkenden Kolbens 24a befindet sich ein erster Druckraum 25, welcher von dem über den Kraftstoffzulaufkanal 206 zuströmenden Kraftstoff beaufschlagt wird, auf der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens 24 befindet sich ein zweiter Druckraum 26, welcher von Kraftstoff beaufschlagt wird, der über einen Zulaufkanal 203 zuführbar ist. Die Leitung 29 dient zur Entlüftung. Weiterhin ist der zweite Druckraum 26 mit einem Kraftstoffablaufkanal 28 verbunden, über welchen der zweite Druckraum 26 entlastbar ist. Eine Modulationsventilsteuereinrichtung 204 z. B. ein 4/2- oder 3/2-Wegeventil ist für das wahlweise Öffnen des Ablaufkanals 28 zur Entlastung des zweiten Druckraums 26 über eine in dem Ablaufkanal 28 oder im Ventilkörper vorgesehene Drosselstelle 27 und zum Öffnen des Zulaufkanals 203 zur Beaufschlagung des zweiten Druckraums 26 vorgesehen. Der Zulaufkanal 203 ist vorzugsweise mit einer Quelle des von dem Hochdruckspeicher 3 unter hohem Druck gelieferten Kraftstoffs verbunden. Fig. 3 shows a second embodiment of the modulation valve according to the invention. This modulation valve is particularly suitable for use in a fuel channel in which the fuel pressure is not reduced even during the injection breaks, such as in the fuel channel 6 of the injector according to FIG. 1b or in the fuel supply line 4 of the injectors according to FIGS. 1a and 1b. The modulation valve 20 contains a valve needle body 22 which, together with a valve seat 21, forms a variable passage cross section which delimits the passage between a fuel inlet channel 206 and a fuel outlet channel 207 . The fuel path formed by the fuel inlet channel 206 and the fuel outlet channel 207 is located between the high-pressure accumulator 3 and the injection nozzle 7 of the fuel injection system, either in the fuel supply line 4 or preferably in the fuel channel 6 of the injector according to FIG. 1b. The valve needle body 22 is connected to a piston 24 acting on both sides, which is slidably arranged in a cylinder bore 24 a. On the front of the bilaterally acting piston 24 a there is a first pressure chamber 25 , which is acted upon by the fuel flowing through the fuel inlet channel 206 , on the rear of the bilaterally acting piston 24 there is a second pressure chamber 26 , which is acted upon by fuel that can be supplied via an inlet channel 203 . The line 29 is used for ventilation. Furthermore, the second pressure chamber 26 is connected to a fuel drain channel 28 , via which the second pressure chamber 26 can be relieved. A modulation valve control device 204 e.g. B. is a 4/2 or 3/2-way valve for the optional opening of the outlet channel 28 to relieve the second pressure chamber 26 via a throttle point 27 provided in the outlet channel 28 or in the valve body and for opening the inlet channel 203 to act on the second pressure chamber 26 provided. The inlet channel 203 is preferably connected to a source of the fuel supplied by the high pressure accumulator 3 under high pressure.

Zu Beginn des Einspritzvorgangs befindet sich der Ventilnadelkörper 22 in seiner Nullstellung, bei der er um ein geringes Maß aus dem Ventilsitz 21 angehoben ist. Die Nullstellung wird durch einen Anschlag des Ventilnadelkörpers 22 sichergestellt. Damit ist die Mindestöffnung zwischen Ventilnadelkörper 22 und Ventilsitz 21 immer vorhanden. Der dadurch freigegebene Mindestdurchgangsquerschnitt stellt sicher, daß zu Beginn des Einspritzvorgangs der Druck des von dem Hochdruckspeicher 3 kommenden Kraftstoffs nur auf ein solches Maß abgedrosselt wird, welches noch ein zuverlässiges und schnelles Öffnen der Einspritzdüse 7 des Kraftstoffeinspritzsystems sicherstellt. Die Modulationssteuerventileinrichtung 204 wird zu Beginn des Einspritzvorgangs so geschaltet, daß der zweite Druckraum 26 über den Kraftstoffablaufkanal 28 und die Drosselstelle 27 freigegeben wird, etwa zur Leckagemenge des Kraftstoffeinspritzsystems. Während des weiteren Verlaufs des Einspritzvorgangs kommt die Drosselwirkung des Durchgangsquerschnitts zwischen dem Ventilnadelkörper 22 und dem Ventilsitz 21 zunehmend zum Tragen. Der Druck des über den Kraftstoffzulaufkanal 206 zugeführten Kraftstoffs wird soweit gedrosselt, daß an der Einspritzdüse 7 ein niedrigerer Druck als im Hochdruckspeicher 3 vorliegt. Während des weiteren Einspritzvorgangs wird der Ventilnadelkörper 22 aufgrund des vom ersten Druckraum 25 auf den beidseitig wirkenden Kolben einwirkenden Kraftstoffs zunehmend angehoben. Dabei wird aus dem zweiten Druckraum 26 Kraftstoff über den Ablaufkanal 28 und die Drosselstelle 27 verdrängt, wobei die Drosselstelle 27 so bemessen ist, daß dieser Vorgang im wesentlichen über die gesamte Dauer des eigentlichen Einspritzvorgangs II, vergleiche Fig. 5b), andauert. Am Ende des Einspritzvorgangs wird der Ablauf 28 durch die Modulationssteuerventileinrichtung 204 wieder geschlossen. Die Modulationssteuerventileinrichtung 204 kann durch ein abwechselnd den Zulaufkanal 203 und den Ablaufkanal 28 freigegebenes Magnetventil gebildet sein, alternativ kann die Modulationssteuerventileinrichtung 204 auch direkt durch das Injektorsteuerventil des Kraftstoffinjektors gesteuert werden. Der zeitliche Verlauf des Kraftstoffmassenstroms bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht dem in Fig. 5b) gezeigten.At the beginning of the injection process, the valve needle body 22 is in its zero position, in which it is lifted out of the valve seat 21 by a small amount. The zero position is ensured by a stop of the valve needle body 22 . The minimum opening between valve needle body 22 and valve seat 21 is thus always present. The minimum passage cross-section thereby released ensures that at the beginning of the injection process the pressure of the fuel coming from the high-pressure accumulator 3 is throttled only to such an extent that it still ensures reliable and quick opening of the injection nozzle 7 of the fuel injection system. The modulation control valve device 204 is switched at the beginning of the injection process in such a way that the second pressure chamber 26 is released via the fuel outlet channel 28 and the throttle point 27 , for example for the leakage quantity of the fuel injection system. During the further course of the injection process, the throttling effect of the passage cross section between the valve needle body 22 and the valve seat 21 becomes increasingly apparent. The pressure of the fuel supplied via the fuel inlet channel 206 is throttled to such an extent that a lower pressure is present at the injection nozzle 7 than in the high-pressure accumulator 3 . During the further injection process, the valve needle body 22 is increasingly raised due to the fuel acting from the first pressure chamber 25 on the piston acting on both sides. In this case, fuel is displaced from the second pressure chamber 26 via the outlet channel 28 and the throttle point 27 , the throttle point 27 being dimensioned such that this process lasts essentially over the entire duration of the actual injection process II, see FIG. 5b). At the end of the injection process, the sequence 28 is closed again by the modulation control valve device 204 . The modulation control valve device 204 can be formed by a solenoid valve which is alternately released to the inlet channel 203 and the outlet channel 28 , alternatively the modulation control valve device 204 can also be controlled directly by the injector control valve of the fuel injector. The time course of the fuel mass flow in the embodiment of the invention shown in FIG. 3 corresponds to that shown in FIG. 5b).

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Modulationseinrichtung in Form eines Modulationsventils 30, das sowohl beim Injektor nach Fig. 1a als auch beim Injektor nach Fig. 1b zur Anwendung kommen kann. Ein Ventilnadelkörper 32 bildet zusammen mit einem Ventilsitz 31 einen variablen Durchgangsquerschnitt, welcher durch einen Anschlag auf ein Mindestmaß A in Nullstellung des Modulationsventils begrenzt ist. Der durch das Modulationsventil freigegebene Durchgangsquerschnitt begrenzt den Durchgang von Kraftstoff von einem Kraftstoffzulaufkanal 306 zu einem Kraftstoffablaufkanal 307, welche zusammen im Weg des Kraftstoffs zur Kraftstoffeinspritzdüse 7 des Kraftstoffinjektors liegen. Eine Verstelleinrichtung zur Steuerung des Ventilnadelkörpers 32 ist durch ein piezoelektrisch betätigtes Element 33 gebildet, welches den Ventilnadelkörper 32 in Abhängigkeit von einer an das piezoelektrisch betätigte Element 33 angelegten Steuerspannung verschiebt. Diese Steuerspannung wird durch eine in der Fig. 4 nicht gezeigte Steuereinheit erzeugt. Die Steuereinheit erzeugt die Steuerspannung in einer solchen Weise, daß das piezoelektrische Element das Modulationsventil 30 im Laufe des eigentlichen Einspritzvorgangs II zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende zunehmend öffnet, vergleiche 5b), wobei ein zeitlicher Verlauf des Kraftstoffmassenstroms realisiert wird, wie er dort dargestellt ist. FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the modulation device according to the invention in the form of a modulation valve 30 , which can be used both in the injector according to FIG. 1a and in the injector according to FIG. 1b. A valve needle body 32 , together with a valve seat 31, forms a variable passage cross section, which is limited to a minimum dimension A in the zero position of the modulation valve by a stop. The passage cross-section released by the modulation valve limits the passage of fuel from a fuel inlet duct 306 to a fuel outlet duct 307 , which together lie in the path of the fuel to the fuel injector 7 of the fuel injector. An adjusting device for controlling the valve needle body 32 is formed by a piezoelectrically actuated element 33 , which displaces the valve needle body 32 as a function of a control voltage applied to the piezoelectrically actuated element 33 . This control voltage is generated by a control unit, not shown in FIG. 4. The control unit generates the control voltage in such a way that the piezoelectric element opens the modulation valve 30 increasingly in the course of the actual injection process II between the start of injection and the end of injection, see FIG. 5b), a time course of the fuel mass flow being realized as shown there.

Zu Beginn des Einspritzvorgangs befindet sich der Ventilnadelkörper 32 in seiner Nullstellung, so daß dieser um das Maß A von dem Ventilsitz 31 angehoben ist. Diese Mindestöffnung A des Modulationssteuerventils stellt sicher, daß zu Beginn des Einspritzvorgangs der Kraftstoffdruck nur auf ein solches Maß gedrosselt wird, daß die Einspritzdüse noch zuverlässig und schnell öffnet. Während des weiteren Verlaufs des Einspritzvorgangs kommt die Drosselwirkung des Durchgangsquerschnitts zwischen dem Ventilnadelkörper 32 und dem Ventilsitz 31 zum Tragen. Während des Einspritzvorgangs wird der Ventilnadelkörper 32 mittels des piezoelektrisch betätigten Elements 33 zunehmend angehoben, wobei dieses Anheben über die gesamte Dauer des eigentlichen Einspritzvorgangs II erfolgt. Am Ende des Einspritzvorgangs liegt der volle Kraftstoffdruck an der Einspritzdüse an, es ergibt sich ein Verlauf des Kraftstoffmassenstroms, wie er in Fig. 5b) dargestellt ist. Der Ventilnadelkörper 32 und der Ventilsitz 31 sind so ausgebildet, daß ein kleiner Verstellweg des piezoelektrische betätigten Elements 33 ausreicht, um den vollständigen Durchgangsquerschnitt des Modulationsventils herbeizuführen. Am Ende des Einspritzvorgangs wird der Ventilnadelkörper 32 mittels des piezoelektrischen Elements 33 in seine Nullstellung zurückgeführt, worauf der Einspritzvorgang dann wieder von vorn beginnen kann.At the beginning of the injection process, the valve needle body 32 is in its zero position, so that it is raised by the dimension A from the valve seat 31 . This minimum opening A of the modulation control valve ensures that at the beginning of the injection process the fuel pressure is throttled only to such an extent that the injection nozzle opens reliably and quickly. During the further course of the injection process, the throttling effect of the passage cross section between the valve needle body 32 and the valve seat 31 comes into play. During the injection process, the valve needle body 32 is increasingly raised by means of the piezoelectrically actuated element 33 , this lifting taking place over the entire duration of the actual injection process II. At the end of the injection process, the full fuel pressure is applied to the injection nozzle, and there is a profile of the fuel mass flow, as shown in FIG. 5b). The valve needle body 32 and the valve seat 31 are designed such that a small adjustment path of the piezoelectric actuated element 33 is sufficient to bring about the complete passage cross section of the modulation valve. At the end of the injection process, the valve needle body 32 is returned to its zero position by means of the piezoelectric element 33 , whereupon the injection process can then start again.

Claims (21)

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einer Hochdruckpumpe (1) zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstoffvorrat (2) in einen Hochdruckspeicher (3) und einem über eine Kraftstoffzuführungsleitung (4) an den Hochdruckspeicher (3) angeschlossenen Kraftstoffinjektor (5) zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine während eines Einspritzvorgangs, wobei der Kraftstoffinjektor (5) eine über einen Kraftstoffkanal (6) mit dem einzuspritzenden Kraftstoff beaufschlagte, die Einspritzlöcher enthaltende Einspritzdüse (7) enthält, gekennzeichnet durch eine in den Weg des Kraftstoffs zwischen Hochdruckspeicher (3) und Einspritzdüse (7) geschaltete steuerbare Modulationseinrichtung zur zeitabhängigen Steuerung der während des Einspritzvorgangs eingespritzten Kraftstoffmenge.1. Fuel injection system for an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a high-pressure pump ( 1 ) for delivering fuel from a fuel supply ( 2 ) into a high-pressure accumulator ( 3 ) and a fuel injector ( 4 ) connected to the high-pressure accumulator ( 3 ) via a fuel supply line ( 4 ). 5 ) for injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine during an injection process, the fuel injector ( 5 ) containing an injection nozzle ( 7 ) containing the injection holes via a fuel channel ( 6 ), characterized by an injection nozzle in the path of Controllable modulation device connected between the high-pressure accumulator ( 3 ) and the injection nozzle ( 7 ) for time-dependent control of the fuel quantity injected during the injection process. 2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung durch ein Modulationsventil (10; 20; 30) mit steuerbarem Durchgangsquerschnitt gebildet ist.2. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the modulation device is formed by a modulation valve ( 10 ; 20 ; 30 ) with a controllable passage cross section. 3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationsventil (10; 20; 30) einen Ventilsitz (11; 21; 31) und einen in Bezug auf den Ventilsitz (11; 21; 31) verschiebbaren Ventilnadelkörper (12; 22; 32) zur Erzeugung eines variablen Durchgangsquerschnitts zwischen Ventilsitz (11; 21; 31) und Ventilnadelkörper (12; 22; 32) in Abhängigkeit von der Lage des Ventilnadelkörpers (12; 22; 32) und eine Verstelleinrichtung (13; 23; 33) zur Verschiebung des Ventilnadelkörpers (12; 22; 32) gegenüber dem Ventilsitz (11; 21; 31) enthält.3. The fuel injection system according to claim 2, characterized in that the modulating valve (10; 20; 30) a valve seat (11; 21; 31) and a in relation to the valve seat (11; 21; 31) displaceable valve needle body (12; 22; 32 ) for generating a variable passage cross section between the valve seat ( 11 ; 21 ; 31 ) and valve needle body ( 12 ; 22 ; 32 ) depending on the position of the valve needle body ( 12 ; 22 ; 32 ) and an adjusting device ( 13 ; 23 ; 33 ) Displacement of the valve needle body ( 12 ; 22 ; 32 ) relative to the valve seat ( 11 ; 21 ; 31 ) contains. 4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (13; 23) einen mit dem Ventilnadelkörper (12; 22) verbundenen, beidseitig von Kraftstoff beaufschlagten Kolben (14; 24) enthält, welcher den Ventilnadelkörper (12; 22) aufgrund einer resultierenden Kraftdifferenz der an seinen beiden Seiten wirkenden Druckkräfte verschiebt.4. A fuel injection system according to claim 3, characterized in that the adjusting device ( 13 ; 23 ) contains a piston ( 14 ; 24 ) connected to the valve needle body ( 12 ; 22 ) and acted on on both sides by fuel, which causes the valve needle body ( 12 ; 22 ) a resulting difference in force of the pressure forces acting on both sides. 5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Vorderseite des beidseitig wirkenden Kolbens (14; 24) ein von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff in Öffnungsrichtung des Modulationsventils (10; 20) beaufschlagter erster Druckraum (15; 25) und auf der Rückseite des beidseitig wirkenden Kolbens (14; 24) ein von Kraftstoff in Schließrichtung beaufschlagter zweiter Druckraum (16; 26) vorgesehen sind, und daß ein mit einer Drosselstelle (17; 27) versehener Ablaufkanal (18; 28) zur Entlastung des zweiten Druckraums (16; 26) während der Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens (14; 24) im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils (10; 20) vorgesehen ist.5. Fuel injection system according to claim 4, characterized in that on the front of the bilaterally acting piston ( 14 ; 24 ) a high pressure fuel in the opening direction of the modulation valve ( 10 ; 20 ) acted upon first pressure chamber ( 15 ; 25 ) and on the On the back of the piston ( 14 ; 24 ) acting on both sides, a second pressure chamber ( 16 ; 26 ) acted upon by fuel in the closing direction is provided, and that an outlet channel ( 18 ; 28 ) provided with a throttle point ( 17 ; 27 ) to relieve the second pressure chamber 16 ; 26 ) is provided during the displacement of the piston ( 14 ; 24 ) acting on both sides in the sense of opening the modulation valve ( 10 ; 20 ). 6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationsventil (10) eine auf den Ventilnadelkörper (12) im Sinne einer Verschiebung in Schließrichtung des Modulationsventils (10) einwirkende Feder (19) enthält.6. Fuel injection system according to claim 5, characterized in that the modulation valve ( 10 ) on the valve needle body ( 12 ) in the sense of a displacement in the closing direction of the modulation valve ( 10 ) acting spring ( 19 ). 7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (16) mit einem Zulaufkanal (101) zur Zuführung von Kraftstoff zu dem zweiten Druckraum (16) versehen ist, der ein nur in Richtung eines Zustroms von Kraftstoff zu dem zweiten Druckraum (16) bei einer Verschiebung des beidseitig wirkenden Kolbens (14) in Schließrichtung des Modulationsventils (10) durchgängiges Rückschlagventil (102) aufweist.7. Fuel injection system according to claim 5 or 6, characterized in that the second pressure chamber ( 16 ) with an inlet channel ( 101 ) for supplying fuel to the second pressure chamber ( 16 ) is provided, which is only in the direction of an inflow of fuel to the second pressure chamber ( 16 ) in the event of a displacement of the piston ( 14 ) acting on both sides in the closing direction of the modulation valve ( 10 ) has a non-return valve ( 102 ). 8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (16) mit Leckkraftstoff des Kraftstoffinjektors (5) beaufschlagbar ist.8. Fuel injection system according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the second pressure chamber ( 16 ) with leak fuel of the fuel injector ( 5 ) can be acted upon. 9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationsventil (10) in den zur Einspritzdüse (7) führenden Kraftstoffkanal (6) eingefügt ist.9. Fuel injection system according to claim 6, 7 or 8, characterized in that the modulation valve ( 10 ) is inserted into the fuel channel ( 6 ) leading to the injection nozzle ( 7 ). 10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (26) einen Zulaufkanal (203) zur Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff im Sinne eines Schließens des Modulationsventils (20) aufweist, und daß eine Modulationssteuerventileinrichtung (204) zum wahlweisen Öffnen des Ablaufkanals (28) zur Entlastung des zweiten Druckraums (26) über die Drosselstelle (27) im Sinne eines Öffnens des Modulationsventils (20) und zum Öffnen des Zulaufkanals (203) zur Beaufschlagung des zweiten Druckraums (26) im Sinne eines Schließens des Modulationsventils (20) vorgesehen ist.10. Fuel injection system according to claim 5, characterized in that the second pressure chamber ( 26 ) has an inlet channel ( 203 ) for supplying fuel under high pressure in the sense of closing the modulation valve ( 20 ), and that a modulation control valve device ( 204 ) for optional Opening the drain channel ( 28 ) to relieve the second pressure chamber ( 26 ) via the throttle point ( 27 ) in the sense of opening the modulation valve ( 20 ) and to open the inlet channel ( 203 ) to act on the second pressure chamber ( 26 ) in the sense of closing the Modulation valve ( 20 ) is provided. 11. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationssteuerventileinrichtung (204) durch ein abwechselnd den Zulaufkanal (203) und den Ablaufkanal (28) freigebendes Magnetventil gebildet ist.11. Fuel injection system according to claim 10, characterized in that the modulation control valve device ( 204 ) is formed by an alternating solenoid valve releasing the inlet channel ( 203 ) and the outlet channel ( 28 ). 12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationssteuerventileinrichtung (204) zur Steuerung durch das Injektorsteuerventil mit diesem gekoppelt ist.12. The fuel injection system according to claim 10, characterized in that the modulation control valve device ( 204 ) for control by the injector control valve is coupled to the latter. 13. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der beidseitig wirksame Kolben (24) auf seiner dem zweiten Druckraum (26) zugewandten Seite einen größeren wirksamen Querschnitt als auf der dem ersten Druckraum (25) zugewandten Seite aufweist.13. Fuel injection system according to claim 10, 11 or 12, characterized in that the bilaterally effective piston ( 24 ) on its side facing the second pressure chamber ( 26 ) has a larger effective cross-section than on the side facing the first pressure chamber ( 25 ). 14. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (17; 27) so bemessen ist, daß das Modulationsventil (10; 20) im wesentlichen während der gesamten Zeitdauer des Einspritzintervalls zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende zunehmend geöffnet wird.14. Fuel injection system according to one of claims 5 to 13, characterized in that the throttle point ( 17 ; 27 ) is dimensioned such that the modulation valve ( 10 ; 20 ) is increasingly opened substantially during the entire duration of the injection interval between the start of injection and the end of injection. 15. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (33) durch ein piezoelektrisch betätigtes Element gebildet ist, welches den Ventilnadelkörper (32) in Abhängigkeit von einer an das piezoelektrisch betätigte Element angelegten Steuerspannung verschiebt, und daß eine Steuereinheit zur Erzeugung der Steuerspannung vorgesehen ist.15. Fuel injection system according to claim 3, characterized in that the adjusting device ( 33 ) is formed by a piezoelectrically actuated element which displaces the valve needle body ( 32 ) in dependence on a control voltage applied to the piezoelectrically actuated element, and in that a control unit for generating the Control voltage is provided. 16. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit die Steuerspannung so erzeugt, daß das piezoelektrische Element das Modulationsventil (30) im Laufe des Einspritzvorgangs zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende zunehmend öffnet.16. Fuel injection system according to claim 15, characterized in that the control unit generates the control voltage so that the piezoelectric element opens the modulation valve ( 30 ) increasingly in the course of the injection process between the start of injection and the end of injection. 17. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilnadelkörper (32) und Ventilsitz (31) so ausgebildet sind, daß ein kleiner Verstellweg des piezoelektrisch betätigten Elements ausreicht, um das Modulationsventil (30) vollständig zu öffnen.17. Fuel injection system according to claim 15 or 16, characterized in that the valve needle body ( 32 ) and valve seat ( 31 ) are designed so that a small adjustment path of the piezo-electrically actuated element is sufficient to fully open the modulation valve ( 30 ). 18. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung (10; 20; 30) die Kraftstoffmenge im Sinne einer zunehmenden Erhöhung der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge steuert. 18. Fuel injection system according to one of claims 1 to 17, characterized in that the modulation device ( 10 ; 20 ; 30 ) controls the amount of fuel in the sense of an increasing increase in the amount of fuel injected per unit time. 19. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge während eines zwischen Einspritzbeginn und Einspritzende liegenden Zeitintervalls z. B. linear erhöht wird.19. Fuel injection system according to claim 18, characterized in that the pro Unit of time injected fuel quantity during between the start of injection and End of injection lying time interval z. B. is increased linearly. 20. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationsventil (10; 20; 30) zwischen einem minimalen Öffnungsquerschnitt, der jedoch größer als Null ist, und einem maximalen Öffnungsquerschnitt steuerbar ist.20. Fuel injection system according to one of claims 2 to 19, characterized in that the modulation valve ( 10 ; 20 ; 30 ) is controllable between a minimum opening cross section, which is, however, greater than zero, and a maximum opening cross section. 21. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 20 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationsventil (10; 20; 30) Mittel aufweist, um den Ventilnadelkörper (12; 22; 32) bei minimalem Öffnungsquerschnitt um ein kleines, definiertes Maß von dem Ventilsitz (11; 21; 31) des Modulationsventils (10; 20; 30) abzuheben.21. Fuel injection system according to claim 20 in connection with one of claims 3 to 18, characterized in that the modulation valve ( 10 ; 20 ; 30 ) has means to the valve needle body ( 12 ; 22 ; 32 ) with a minimal opening cross section by a small, defined Lift the dimension from the valve seat ( 11 ; 21 ; 31 ) of the modulation valve ( 10 ; 20 ; 30 ).
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