DE19834763A1 - In line fuel control valve for fuel injector has a two stage opening action with a limited amount of fuel injected prior to the main injection pulse - Google Patents

In line fuel control valve for fuel injector has a two stage opening action with a limited amount of fuel injected prior to the main injection pulse

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Abstract

An in line fuel control valve (1) is fitted between the fuel pump and the separate injectors of an IC engine. It operates in a mechanical-hydraulic manner and requires no external servo force. The valve has a limited flow duct (11) to provide a progressively increasing small fuel flow followed by the full valve open setting for the main fuel pulse. Two control springs and two valve elements are fitted in line, with the limited fuel flow duct through the main valve element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe-Leitung-Düse-Vor­ richtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung verbundenen Einspritzdüse.The present invention relates to a pump-line-nozzle-before Direction for supplying fuel to a combustion chamber a direct injection internal combustion engine a pump unit for building up an injection pressure and for injecting the fuel into the combustion chamber by means of one with the pump unit High pressure line connected injector.

Derartige Pumpe-Leitung-Düse (PLD)-Einspritzsysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das PLD-System ist ein modular aufgebautes, zeitgesteuertes Einzelpumpen-Ein­ spritzsystem. Jeder Motorzylinder wird von einem eigenen PLD-System versorgt. Die Einspritzdüse wird mittels eines Düsenhalters in den Zylinderkopf eingebaut. Die Pumpeneinheit wird entweder direkt über Stößel oder indirekt über Kipphebel von der Motor-Nockenwelle angetrieben. Die Hochdruckleitung zwischen Pumpeneinheit und Einspritzdüse gibt einen konstruktiven Freiraum für die Anordnung der Nockenwelle im Motorblock oder Zylinderkopf. Jede Pumpeneinheit weist eine elektrisch angesteuerte Steuereinheit auf, die üblicherweise als Magnetventil ausgebildet ist. Das Magnetventil steuert kennfeldabhängig exakt den Einspritzbeginn und die Einspritzmenge. Such pump-line-nozzle (PLD) injection systems are known from the prior art. The PLD system is a modular, time-controlled single pump on spray system. Each engine cylinder is made of its own PLD system supplied. The injection nozzle is by means of a Nozzle holder built into the cylinder head. The Pump unit is either directly via tappet or indirectly via rocker arm from the engine camshaft driven. The high pressure line between the pump unit and the injector gives constructive freedom for the Arrangement of the camshaft in the engine block or cylinder head. Each pump unit has an electrically controlled one Control unit, usually as a solenoid valve is trained. The solenoid valve controls depending on the map exactly the start of injection and the injection quantity.  

Der zeitliche Verlauf der Einspritzmenge an Kraftstoff, die während eines Einspritzvorgangs in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, hat einen nahezu rechteckigen Verlauf. Vor dem Einspritzvorgang wird kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt. Zu Beginn des Einspritzvorgangs steigt die Einspritzmenge steil an. Vom Anfang des Einspritzvorgangs bis zum Ende des Einspritzvorgangs wird eine nahezu konstante Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt. Nach dem Einspritzvorgang wird wieder kein Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt, der Verlauf der Einspritzmenge fällt steil ab und hat wieder den Wert Null.The time course of the amount of fuel injected during an injection into the combustion chamber injected has an almost rectangular shape. No fuel is injected into the fuel tank before the injection process Combustion chamber injected. At the beginning of The injection process increases the injection quantity steeply. From Start of injection until the end of The injection process becomes an almost constant amount Fuel injected into the combustion chamber. After this No more fuel is injected into the injection process Injected combustion chamber, the course of the The injection quantity drops sharply and has the value zero again.

Der zeitliche Verlauf des Drucks im Verbrennungsraum während eines Einspritzvorgangs weist einen in etwa sinusförmigen Verlauf auf. Der Druckverlauf steigt bereits vor dem Einspritzvorgang von Null langsam an, erreicht während des Einspritzvorgangs seinen größten Wert und fällt nach dem Einspritzvorgang wieder auf den Wert Null ab. Aufgrund des abrupten Anstiegs der Einspritzmenge zu Beginn eines Einspritzvorgangs, was einen starken Druckabfall zur Folge hat, und der anschließenden Kompensation dieses Druckabfalls, weist der sinusförmige Druckverlauf, insbesondere zu Beginn des Einspritzvorgangs, zahlreiche Druckspitzen auf. Diese Druckspitzen erzeugen in nachteilhafter Weise ein starkes Verbrennungsgeräusch.The time course of the pressure in the combustion chamber during an injection process has one sinusoidal course. The pressure curve is already increasing before the injection process from zero slowly, reached during the injection process its greatest value and falls after the injection process to zero again. Because of the abrupt increase in the injection quantity at the beginning an injection process, which leads to a strong pressure drop Consequence, and the subsequent compensation of this Pressure drop, the sinusoidal pressure curve shows especially at the beginning of the injection process, numerous Pressure peaks on. These pressure peaks generate in disadvantageously a strong combustion noise.

Um diese Druckspitzen zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, vor dem eigentlichen Einspritzvorgang eine geringe Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum einzuspritzen. Durch das Steuern von Zeitpunkt und Kraftstoffmenge der Voreinspritzung kann das Verhalten von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bezüglich einer Reduzierung des Geräusch- und Abgasniveaus, in vorteilhafter Weise beeinflußt werden. Das Steuern der Voreinspritzung erfolgt nach dem Stand der Technik durch die elektrische Steuereinheit, die dafür entsprechend ausgebildet sein muß.To reduce these pressure peaks, it is from a standing start known in the art, before the actual injection process a small amount of fuel in the combustion chamber to inject. By controlling the time and The amount of fuel in the pre-injection can change the behavior of direct injection internal combustion engines, especially with regard to a reduction in noise and Exhaust gas levels can be influenced in an advantageous manner. The The pilot injection is controlled according to the state of the  Technology by the electrical control unit that is responsible for it must be trained accordingly.

Der Zeitpunkt der Voreinspritzung kann so gewählt werden, daß die Voreinspritzung unmittelbar vor dem Einspritzvorgang erfolgt und die voreingespritzte Kraftstoffmenge ein Teil der Kraftstoffmenge ist, die während des eigentlichen Einspritzvorgangs eingespritzt wird. Durch eine derartige Voreinspritzung bleibt die Einspritzmenge des eigentlichen Einspritzvorgangs konstant. Der Verlauf der Einspritzmenge steigt zu Beginn des Einspritzvorgangs aber nicht mehr abrupt, sondern zweistufig an, nämlich zunächst auf den Wert der Voreinspritzung und dann erst auf den Wert des eigentlichen Einspritzvorgangs. Der Verlauf der Einspritzmenge weist nunmehr einen stiefelförmigen Verlauf auf, weshalb bei einer derartigen Voreinspritzung auch von einer "Boot-Injection" gesprochen wird. Aufgrund des zweistufigen Anstiegs der Einspritzmenge können die Druckspitzen zu Beginn des Einspritzvorgangs entscheidend reduziert werden.The timing of the pre-injection can be selected that the pilot injection immediately before Injection takes place and the pre-injected Amount of fuel is part of the amount of fuel that injected during the actual injection process becomes. With such a pre-injection, the Injection quantity of the actual injection process constant. The course of the injection quantity increases at the beginning of Injection process no longer abruptly, but in two stages, namely first on the value of Pre-injection and only then to the value of the actual one Injection process. The course of the injection quantity shows now a boot-shaped course, which is why such a pre-injection from one "Boot Injection" is spoken. Because of the two-tier The increase in the injection quantity can increase the pressure peaks Start of the injection process can be significantly reduced.

Bei dem Stand der Technik hat es sich als nachtteilig erwiesen, daß eine Voreinspritzung nur bei solchen Verbrennungskraftmaschinen mit PLD-System möglich ist, deren Steuereinheit entsprechend ausgebildet ist. Um eine ältere, bereits im Einsatz befindliche Verbrennungskraftmaschine mit PLD-System, die nicht die Möglichkeit einer Voreinspritzung bietet, so umzurüsten, daß eine Voreinspritzung möglich ist, muß nach dem Stand der Technik die gesamte alte Steuereinheit gegen eine neue Steuereinheit, die eine entsprechende Ansteuerung der Pumpeneinheit ermöglicht, ausgetauscht werden. Ein solcher Austausch ist jedoch sehr zeit- und kostenaufwendig und wird deshalb in der Praxis kaum durchgeführt.In the prior art, it has turned out to be a night division proved that a pre-injection only with such Internal combustion engines with PLD system is possible whose control unit is designed accordingly. To one older, already in use Internal combustion engine with PLD system that is not the Offers the possibility of a pre-injection, according to the state that a pre-injection is possible the entire old control unit against a new one Control unit that controls the Pump unit allows to be replaced. Such a However, exchange is very time consuming and costly is therefore hardly carried out in practice.

Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit möglichst einfachen Mitteln eine Voreinspritzung, insbesondere eine Boot-Injection, ermöglicht wird.From the aforementioned disadvantages of the prior art  there is the object of the present invention, a Pump-line-nozzle device of the type mentioned to further develop that with as simple as possible A pre-injection, in particular one Boot injection.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, daß in der Hochdruckleitung zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse Mittel angeordnet sind, die vor der eigentlichen Haupteinspritzung das Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff ermöglichen.To achieve this object, the invention suggests from the pump-line-nozzle device at the beginning mentioned type before that in the high pressure line between the Pump unit and the injector means are arranged the injection before the main injection allow a small amount of fuel.

Solche Mittel können ohne großen Zeitaufwand auch nachträglich in der Hochdruckleitung von PLD-Systemen angeordnet werden. Es bedarf keiner Erweiterung der Steuereinheit oder gar eines Austauschs der gesamten Steuereinheit. Vielmehr können sämtliche Komponenten (Pumpeneinheit, Hochdruckleitung, Einspritzdüse) eines herkömmlichen PLD-Systems weiterhin verwendet werden; sie werden lediglich ergänzt durch die Mittel, die eine Voreinspritzung ermöglichen.Such means can also be done without much time subsequently in the high pressure line of PLD systems to be ordered. There is no need to expand the Control unit or even an exchange of the whole Control unit. Rather, all components can (Pump unit, high pressure line, injection nozzle) one conventional PLD systems continue to be used; she are only supplemented by the means one Allow pre-injection.

Die erfindungsgemäße PLD-Vorrichtung bietet in vorteilhafter Weise unter Verwendung von Komponenten herkömmlicher PLD-Systeme, die Möglichkeit einer Voreinspritzung, insbesondere einer Boot-Injection.The PLD device according to the invention offers in advantageously using components conventional PLD systems, the possibility of a Pre-injection, especially a boot injection.

Die Mittel, die eine Voreinspritzung ermöglichen, sind vorzugsweise als eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung ausgebildet. Das hat den Vorteil, daß es zum Ansteuern der Mittel keines zusätzlichen elektronischen Steuergeräts bedarf. Die Mittel werden vielmehr von dem durch die Hochdruckleitung fließenden Kraftstoff unmittelbar angesteuert. Eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung ist besonders robust und arbeitet sicher und zuverlässig. Sie eignet sich deshalb insbesondere für den Einsatz in PLD-Systemen von Nutzkraftwagen.The means that enable pre-injection are preferably as a hydraulic mechanical device educated. This has the advantage that it is used to control the Means no additional electronic control unit requirement. Rather, the means are from that through the High pressure line fuel flowing immediately controlled. A hydraulic-mechanical device is particularly robust and works safely and reliably. she  is therefore particularly suitable for use in PLD systems of commercial vehicles.

Vorteilhafterweise steigt beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung vor der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung die Durchflußmenge des Kraftstoffs durch die Vorrichtung zweistufig an. Durch den zweistufigen Anstieg wird ein zu abrupter Anstieg der Einspritzmenge verhindert, wodurch die Spitzen des Druckverlaufs entscheidend reduziert werden können. Grundsätzlich ist auch ein Anstieg der Durchflußmenge in mehr als zwei Stufen denkbar. Dadurch kann ein noch sanfterer Anstieg der Einspritzmenge und ein Druckverlauf mit noch weniger Druckspitzen erreicht werden.The build-up of an injection pressure advantageously increases in the high pressure line before the hydraulic-mechanical Device the flow of fuel through the Device in two stages. Due to the two-step increase a too abrupt increase in the injection quantity is prevented, making the peaks of the pressure curve crucial can be reduced. Basically there is also an increase the flow rate is conceivable in more than two stages. Thereby can an even smoother increase in injection quantity and a Pressure curve can be achieved with even fewer pressure peaks.

Vorzugsweise weist die hydraulisch-mechanische Vorrichtung eine Drosselbohrung auf, durch die der Kraftstoff in einer ersten Stufe bei einem niedrigen Einspritzdruck strömt. Parallel zu der Drosselbohrung ist ein Ventil in der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung angeordnet. In einer zweiten Stufe strömt der Kraftstoff bei einem hohen Einspritzdruck durch die Drosselbohrung und durch das geöffnete Ventil. Dadurch wird auf einfache Weise ein zweistufiger Anstieg der Durchflußmenge erzielt.The hydraulic-mechanical device preferably has a throttle bore through which the fuel in a first stage flows at a low injection pressure. There is a valve in the parallel to the throttle bore arranged hydraulic-mechanical device. In a second stage, the fuel flows at a high Injection pressure through the throttle bore and through the open valve. This will easily two-stage increase in flow rate achieved.

Vorteilhafterweise baut sich der Einspritzdruck nach der eigentlichen Haupteinspritzung über die Drosselbohrung und das geöffnete Ventil der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung ab. Das hat den Vorteil, daß der Einspritzdruck nach dem Schließen der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung rasch abgebaut werden kann.The injection pressure advantageously builds up after the actual main injection via the throttle bore and the opened valve of the hydraulic-mechanical Device. This has the advantage that the injection pressure after closing the hydraulic-mechanical device can be dismantled quickly.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die hydraulisch-mechanische Vorrichtung ein Gehäuse mit einer axialen Durchlaßbohrung und einer ersten Ausnehmung aufweist, in der ein erster Ventilkörper mit einer zweiten Ausnehmung axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper mit der Drosselbohrung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung ein erstes Federelement, das sich an dem ersten Ventilkörper und dem Gehäuse abstützt, und in der zweiten Ausnehmung ein zweites Federelement, das sich an dem zweiten Ventilkörper und dem ersten Ventilkörper abstützt, angeordnet ist, und wobei an dem Gehause in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper ein Anschlag ausgebildet ist.According to an advantageous development of the invention suggested that the hydraulic-mechanical device a housing with an axial bore and a has a first recess in which a first valve body  arranged axially displaceable with a second recess is in which a second valve body with the throttle bore is axially displaceable, being in the first Recess a first spring element, which is located on the first Valve body and the housing supports, and in the second Recess a second spring element, which is located on the second Supports valve body and the first valve body, is arranged, and being on the housing in an axial Distance to the second valve body a stop is trained.

Der erste Ventilkörper wird durch das erste Federelement in Richtung der Pumpeneinheit gedrückt. Der zweite Ventilkörper wird durch das zweite Federelement in Richtung der Einspritzdüse gegen einen Ventilsitz, der in dem ersten Ventilkörper ausgebildet ist, gedrückt. Das Ventil ist geschlossen. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung kann lediglich durch die Drosselbohrung durch die hydraulisch­ mechanische Vorrichtung zu der Einspritzdüse strömen.The first valve body is in through the first spring element Direction of the pump unit pressed. The second Valve body is directed by the second spring element the injector against a valve seat that is in the first Valve body is formed, pressed. The valve is closed. The fuel in the high pressure line can only through the throttle bore through the hydraulic Flow mechanical device to the injector.

Der erste Ventilkörper ist in der ersten Ausnehmung entgegen der Kraft des ersten Federelements mitsamt dem zweiten Ventilkörper in Richtung der Einspritzdüse axial verschiebbar. Sobald der erste Ventilkörper über den axialen Abstand zwischen dem zweiten Ventilkörper und dem Anschlag am Gehäuse hinaus axial verschoben wird, wird der zweite Ventilkörper durch den Anschlag entgegen der Kraft des zweiten Federelements von dem Ventilsitz abgehoben und das Ventil ist geöffnet. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung kann nun durch die Drosselbohrung und durch den geöffneten Ventilsitz durch die hydraulisch­ mechanische Vorrichtung zu der Einspritzdüse strömen.The first valve body is in the first recess against the force of the first spring element together with the second valve body axially in the direction of the injection nozzle slidable. As soon as the first valve body over the axial distance between the second valve body and the Stop on the housing is moved axially, the second valve body by the stop against the force the second spring element is lifted off the valve seat and the valve is open. The fuel in the High pressure line can now through the throttle bore and through the open valve seat through the hydraulic Flow mechanical device to the injector.

Vorteilhafterweise ist das erste Federelement als eine Druckfeder und/oder das zweite Federelement als eine Druckfeder ausgebildet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Federelemente alternativ als Zugfedern auszubilden.The first spring element is advantageously as one Compression spring and / or the second spring element as one Compression spring formed. However, it is also an alternative  possible, the spring elements alternatively as tension springs to train.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Ventilkörper durch einen hohen Einspritzdruck in der Hochdruckleitung entgegen der Kraft des ersten Federelements um den axialen Abstand in die Richtung der Einspritzdüse verschiebbar und ist dann entgegen der Kraft des ersten und des zweiten Federelements verschiebbar.According to an advantageous development of the invention the first valve body due to a high injection pressure in the high pressure line against the force of the first Spring element by the axial distance in the direction of Injector can be moved and is then counter to the force of the first and the second spring element slidably.

Die hydraulisch-mechanische Vorrichtung ist vorzugsweise in der Hochdruckleitung klemmend befestigt. Um hydraulisch­ mechanische Vorrichtung in der Hochdruckleitung anzubringen, muß einfach die Hochdruckleitung an einer bestimmten Stelle durchtrennt werden. Die Vorrichtung wird dann klemmend mit den Enden der aufgetrennten Hochdruckleitung verbunden. Die Klemmverbindungen können bei Bedarf zusätzlich gesichert werden, bspw. durch Klebstoff, einen Sicherungsring oder einen Spannring.The hydraulic mechanical device is preferably in the high-pressure line is clamped. To hydraulic mechanical device in the high pressure line to attach, the high-pressure line must simply on one certain place. The device will then pinching with the ends of the cut High pressure line connected. The clamp connections can if necessary, be additionally secured, for example by Glue, a locking ring or a clamping ring.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch Mittel zur Erzeugung einer Voreinspritzung bei Pumpe-Leitung-Düse-Vor­ richtungen zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung verbundenen Einspritzdüse.The present invention also relates to means for Generation of a pre-injection at pump-line-nozzle-pre directions of fuel supply in one Combustion chamber of a direct injection Internal combustion engine with a pump unit for Building up an injection pressure and for injecting the Fuel into the combustion chamber by means of a Pump unit connected via a high pressure line Injector.

Um mit möglichst einfachen Mitteln eine Voreinspritzung, insbesondere eine Boot-Injection, zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Mittel in der Hochdruckleitung zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse angeordnet sind. In order to make a pre-injection with the simplest possible means, in particular to enable a boot injection the invention proposes that the means in the high pressure line arranged between the pump unit and the injection nozzle are.  

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Mittel als eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung ausgebildet.According to an advantageous development of the invention are the means as a hydraulic-mechanical Device trained.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mittels einer Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung verbundenen Einspritzdüse, wobei im Rahmen einer Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Menge Kraftstoff eingespritzt wird.The present invention also relates to a method for injecting fuel into a combustion chamber a direct injection internal combustion engine by means of a pump-line-nozzle device with a Pump unit for building up an injection pressure and Inject the fuel into the combustion chamber one with the pump unit via a high pressure line connected injector, being part of a Pre-injection before the main injection small amount of fuel is injected.

Um mit möglichst einfachen Mitteln eine Voreinspritzung, insbesondere eine Boot-Injection, zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Voreinspritzung in der Hochdruckleitung zwischen Pumpeneinheit und Einspritzdüse erzeugt wird.In order to make a pre-injection with the simplest possible means, in particular to enable a boot injection the invention before that the pre-injection in the High pressure line between pump unit and injector is produced.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Voreinspritzung auf hydraulisch-mechanischem Weg erzeugt.According to an advantageous development of the The method according to the invention is based on the pilot injection generated hydraulic-mechanical way.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pumpe-Leitung-Düse-Systems wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention Pump-line-nozzle system is described below using the Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung eines PLD-Systems mit geschlossenem Ventil; Fig. 1 is a hydraulic-mechanical device of a PLD system with the valve closed;

Fig. 2 die hydraulisch-mechanische Vorrichtung aus Fig. 1 mit geöffnetem Ventil; und FIG. 2 shows the hydraulic-mechanical device from FIG. 1 with the valve open; and

Fig. 3 den Verlauf der Einspritzmenge der erfindungsgemäßen PLD-Vorrichtung. Figure 3 shows the profile of the injection quantity of the present invention. PLD device.

In Fig. 1 ist eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Eine solche Vorrichtung 1 ist Bestandteil einer erfindungsgemäßen Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkt eingespritzen Verbrennungskraftmaschinen. Das PLD-System weist auf einer Pumpenseite 2 eine Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks (nicht dargestellt) und auf einer Düsenseite 4 eine mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung 3 verbundene Einspritzdüse (nicht dargestellt) auf. Der Kraftstoff wird mittels der Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingespritzt.In Fig. 1, a hydraulic-mechanical device is identified in its entirety with the reference number 1 . Such a device 1 is part of a pump-line-nozzle device according to the invention for supplying fuel to a combustion chamber of directly injected internal combustion engines. The PLD system has a pump unit 2 for building up an injection pressure (not shown) on a pump side 2 and an injection nozzle (not shown) connected to the pump unit via a high-pressure line 3 on a nozzle side 4 . The fuel is injected into the combustion chamber by means of the injection nozzle.

Die hydraulisch-mechanische Vorrichtung 1 ist in der Hochdruckleitung 3 angeordnet. Sie ermöglicht vor der eigentlichen Haupteinspritzung das Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff in den Verbrennungsraum. Sie weist ein Gehäuse 5 mit einer axialen Durchlassbohrung 6 und einer ersten Ausnehmung 7 auf. In der ersten Ausnehmung 7 ist ein erster Ventilkörper 8 mit einer zweiten Ausnehmung 9 axial verschiebbar angeordnet. In der zweiten Ausnehmung 9 ist ein zweiter Ventilkörper 10 mit einer Drosselbohrung 11 axial verschiebbar angeordnet. In der ersten Ausnehmung 7 ist ein erstes Federelement 12 angeordnet, das sich an dem ersten Ventilkörper 8 und dem Gehäuse 5 abstützt. In der zweiten Ausnehmung 9 ist ein zweites Federelement 13, das sich an dem zweiten Ventilkörper 10 und dem ersten Ventilkörper 8 abstützt, angeordnet. An dem Gehäuse 5 ist in einem axialen Abstand h1 zu dem zweiten Ventilkörper 10 ein Anschlag 14 ausgebildet.The hydraulic-mechanical device 1 is arranged in the high-pressure line 3 . It allows a small amount of fuel to be injected into the combustion chamber before the main injection. It has a housing 5 with an axial passage bore 6 and a first recess 7 . A first valve body 8 with a second recess 9 is arranged axially displaceably in the first recess 7 . In the second recess 9 , a second valve body 10 with a throttle bore 11 is axially displaceable. A first spring element 12 , which is supported on the first valve body 8 and the housing 5, is arranged in the first recess 7 . A second spring element 13 , which is supported on the second valve body 10 and the first valve body 8 , is arranged in the second recess 9 . A stop 14 is formed on the housing 5 at an axial distance h 1 from the second valve body 10 .

Der erste Ventilkörper 8 wird durch das erste Federelement 12 in Richtung der Pumpeneinheit gedrückt. Der zweite Ventilkörper 10 wird durch das zweite Federelement 13 in Richtung der Einspritzdüse gegen einen Ventilsitz 15, der in dem ersten Ventilkörper 8 ausgebildet ist, gedrückt. Das Ventil ist geschlossen. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung 3 kann lediglich durch die Drosselbohrung 11 durch die hydraulisch-mechanische Vorrichtung 1 zu der Einspritzdüse strömen.The first valve body 8 is pressed by the first spring element 12 in the direction of the pump unit. The second valve body 10 is pressed by the second spring element 13 in the direction of the injection nozzle against a valve seat 15 which is formed in the first valve body 8 . The valve is closed. The fuel in the high-pressure line 3 can only flow through the throttle bore 11 through the hydraulic-mechanical device 1 to the injection nozzle.

In Fig. 2 ist die hydraulisch-mechanische Vorrichtung 1 mit geöffnetem Ventil dargestellt. In Fig. 2 werden für übereinstimmende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der erste Ventilkörper 8 ist in der ersten Ausnehmung 7 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 mitsamt dem zweiten Ventilkörper 10 in Richtung der Einspritzdüse axial verschiebbar. Sobald der erste Ventilkörper 8 über den axialen Abstand h1 zwischen dem zweiten Ventilkörper 10 und dem Anschlag 14 hinaus axial verschoben wird, wird der zweite Ventilkörper 10 durch den Anschlag 14 entgegen der Kraft des zweiten Federelements 13 und dem Hub h2 von dem Ventilsitz 15 abgehoben, und das Ventil ist geöffnet. Der Kraftstoff in der Hochdruckleitung 3 kann nun durch die Drosselbohrung 11 und durch den geöffneten Ventilsitz 15 durch die hydraulisch-mechanische Vorrichtung zu der Einspritzdüse strömen.In FIG. 2, the hydraulic-mechanical device 1 is shown with the valve open. In Fig. 2 the same reference numerals are used for matching components. The first valve body 8 is axially displaceable in the first recess 7 against the force of the first spring element 12 together with the second valve body 10 in the direction of the injection nozzle. As soon as the first valve body 8 is axially displaced beyond the axial distance h 1 between the second valve body 10 and the stop 14 , the second valve body 10 is moved by the stop 14 against the force of the second spring element 13 and the stroke h 2 from the valve seat 15 lifted off and the valve is open. The fuel in the high-pressure line 3 can now flow through the throttle bore 11 and through the opened valve seat 15 through the hydraulic-mechanical device to the injection nozzle.

Durch den zweistufigen Anstieg der Einspritzmenge wird verhindert, dass es aufgrund eines abrupten Anstiegs der Einspritzmenge zu Beginn des Einspritzvorgangs im Druckverlauf zu großen Druckspitzen kommt. Der erste Ventilkörper 8 wird durch einen hohen Einspritzdruck in der Hochdruckleitung 3 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 um den axialen Abstand h1 in die Richtung der Einspritzdüse verschoben. Sobald der Einspritzdruck einen bestimmten Wert übersteigt, wird der erste Ventilkörper 8 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 und des zweiten Federelements 13 um den Hub h2 verschoben.The two-stage increase in the injection quantity prevents large pressure peaks occurring in the pressure curve due to an abrupt increase in the injection quantity at the beginning of the injection process. The first valve body 8 is displaced by a high injection pressure in the high-pressure line 3 against the force of the first spring element 12 by the axial distance h 1 in the direction of the injection nozzle. As soon as the injection pressure exceeds a certain value, the first valve body 8 is displaced by the stroke h 2 against the force of the first spring element 12 and the second spring element 13 .

Nach der eigentlichen Haupteinspritzung baut sich der Einspritzdruck über die Drosselbohrung 11 und den geöffneten Ventilsitz 15 der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung 1 ab.After the actual main injection, the injection pressure decreases via the throttle bore 11 and the opened valve seat 15 of the hydraulic-mechanical device 1 .

Das erste Federelement 12 und das zweite Federelement 13 sind beide als Druckfedern ausgebildet. Die hydraulisch­ mechanische Vorrichtung 1 ist in der Hochdruckleitung 3 mittels Klemmverbindungen befestigt. Die Klemmverbindungen können bei Bedarf zusätzlich gesichert werden, beispielsweise durch Klebstoff, einen Sicherungsring oder einen Spannring.The first spring element 12 and the second spring element 13 are both designed as compression springs. The hydraulic mechanical device 1 is fastened in the high pressure line 3 by means of clamp connections. If necessary, the clamp connections can be additionally secured, for example with adhesive, a locking ring or a clamping ring.

In Fig. 3 ist der Verlauf der Einspritzmenge q1 in einem Diagramm über der Zeit t aufgetragen. Ein Anstieg des Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung 3 zum Zeitpunkt t0 führt auch zu einem Anstieg der Durchflussmenge qein durch die hydraulisch-mechanische Vorrichtung 1. Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 ist der Ventilsitz 15 in der Vorrichtung 1 geschlossen, so dass die gesamte Durchflussmenge qein durch die Drosselbohrung 11 strömt. Von dem Zeitpunkt t0 an wird der erste Ventilkörper 8 entgegen der Kraft des ersten Federelements 12 in Richtung Einspritzdüse verschoben bis er nach dem Hub h1 zum Zeitpunkt t1 den Anschlag 14 erreicht. Bis zum Erreichen des Öffnungsdrucks des Ventilkörpers 10 bleibt die Durchflussmenge qein konstant. Ein weiterer Anstieg des Einspritzdruckes führt nun dazu, dass der erste Ventilkörper 8 weiter in Richtung Einspritzdüse 4 verschoben wird und dass gleichzeitig der zweite Ventilkörper 10 in Richtung der Pumpeneinheit 2 verschoben wird. Dadurch wird der Ventilsitz 15 zwischen dem ersten Ventilkörper 8 und dem zweiten Ventilkörper 10 geöffnet und die Durchflussmenge qein kann außer durch die Drosselbohrung 11 nun auch durch den geöffneten Ventilsitz 15 durch die Vorrichtung 1 strömen, bis zum Zeitpunkt t2 nach dem Hub h3 = h1 + h2 die maximale Durchflussmenge q2 erreicht ist. Vom Zeitpunkt t2 wird die Vorrichtung 1 von der maximalen Durchflussmenge q2 durchströmt, bis zum Zeitpunkt t3 die gewünschte Kraftstoffmenge in den Verbrennungsraum eingespritzt worden ist und die hydraulisch-mechanische Vorrichtung 1 wieder geschlossen wird.In Fig. 3 the course of the injection quantity q 1 in a diagram over the time t. An increase of the injection pressure in the high pressure line 3 at the time t 0 also leads to an increase of the flow rate q through the hydraulic-mechanical device. 1 From time t 0 to time t 1, the valve seat 15 is closed in the apparatus 1 so that Q is the total flow rate of a flow through the throttle bore. 11 From the time t 0 on, the first valve body 8 is displaced against the force of the first spring element 12 in the direction of the injection nozzle until it reaches the stop 14 after the stroke h 1 at the time t 1 . The flow rate q a remains constant until the opening pressure of the valve body 10 is reached. A further increase in the injection pressure now leads to the fact that the first valve body 8 is displaced further in the direction of the injector 4 and that at the same time the second valve body 10 is displaced in the direction of the pump unit 2 . Thereby, the valve seat 15 is opened between the first valve body 8 and the second valve body 10 and the flow rate Q a can except through the throttle bore 11 is now also flow through the open valve seat 15 by the device 1 to the time t 2 after the stroke h 3 = h 1 + h 2 the maximum flow q 2 has been reached. The maximum flow rate q 2 flows through the device 1 from the time t 2 until the desired amount of fuel has been injected into the combustion chamber and the hydraulic-mechanical device 1 is closed again at the time t 3 .

Zum Schließen der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung 1 wird der Einspritzdruck über die Einspritzdüse 4 abgebaut und durch die Pumpeneinheit 2 heruntergefahren. Dadurch entsteht auf der Pumpenseite 2 der Vorrichtung 1 ein geringerer Druck als auf der Düsenseite 4. Der erste Ventilkörper 8 wird aufgrund dieser Druckdifferenz schlagartig zurückgefahren, bis er auf einen Anschlag 17 des Gehäuses 5 trifft. Der zweite Ventilkörper 10 bleibt aufgrund der Druckdifferenz weiter in der zurückgefahrenen Stellung, so dass der Druck auf der Düsenseite 4 der Vorrichtung 1 über den geöffneten Ventilsitz 15 und die Drosselbohrung 11 rasch abgebaut werden kann und der Verlauf der Durchflussmenge qein nach dem Zeitpunkt t3 steil auf den Wert 0 abfällt. Der Bewegungsimpuls zum Schließen der Vorrichtung 1 wird durch das erste Federelement 12 unterstützt.To close the hydraulic-mechanical device 1 , the injection pressure is reduced via the injection nozzle 4 and shut down by the pump unit 2 . This creates a lower pressure on the pump side 2 of the device 1 than on the nozzle side 4 . The first valve body 8 is suddenly retracted due to this pressure difference until it hits a stop 17 of the housing 5 . The second valve body 10 remains in the retracted position due to the pressure difference, so that the pressure on the nozzle side 4 of the device 1 can be rapidly reduced via the opened valve seat 15 and the throttle bore 11 and the flow rate q a after the time t 3 drops sharply to the value 0. The movement impulse for closing the device 1 is supported by the first spring element 12 .

Claims (14)

1. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung (3) verbundenen Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hochdruckleitung (3) zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse Mittel angeordnet sind, die vor der eigentlichen Haupteinspritzung das Einspritzen einer geringen Menge Kraftstoff ermöglichen.1. Pump-line-nozzle device for supplying fuel to a combustion chamber of a direct-injection internal combustion engine with a pump unit for building up an injection pressure and for injecting the fuel into the combustion chamber by means of an injection nozzle connected to the pump unit via a high-pressure line ( 3 ), characterized in that Means are arranged in the high-pressure line ( 3 ) between the pump unit and the injection nozzle, which allow the injection of a small amount of fuel before the actual main injection. 2. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung (1) ausgebildet sind.2. Pump-line-nozzle device according to claim 1, characterized in that the means are designed as a hydraulic-mechanical device ( 1 ). 3. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufbau eines Einspritzdrucks in der Hochdruckleitung (3) vor der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung (1) die Durchflußmenge des Kraftstoffs durch die Vorrichtung (1) zweistufig ansteigt.3. Pump-line-nozzle device according to claim 2, characterized in that when building up an injection pressure in the high pressure line ( 3 ) before the hydraulic-mechanical device ( 1 ) the flow rate of the fuel through the device ( 1 ) increases in two stages. 4. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch-mechanische Vorrichtung (1) eine Drosselbohrung (11) aufweist, durch die der Kraftstoff in einer ersten Stufe bei einem niedrigen Einspritzdruck strömt, daß parallel zu der Drosselbohrung (11) in der hydraulisch-mechanischen Vorrichtung ein Ventil angeordnet ist, und daß der Kraftstoff in einer zweiten Stufe bei einem hohen Einspritzdruck durch die Drosselbohrung (11) und durch den geöffneten Ventilsitz (15) strömt.4. Pump-line-nozzle device according to claim 3, characterized in that the hydraulic-mechanical device ( 1 ) has a throttle bore ( 11 ) through which the fuel flows in a first stage at a low injection pressure that parallel to the Throttle bore ( 11 ) in the hydraulic-mechanical device, a valve is arranged, and that the fuel flows in a second stage at a high injection pressure through the throttle bore ( 11 ) and through the open valve seat ( 15 ). 5. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einspritzdruck nach der eigentlichen Haupteinspritzung über die Drosselbohrung (11) und den geöffnete Ventilsitz (15) der hydraulisch­ mechanischen Vorrichtung (1) abbaut.5. Pump-line-nozzle device according to claim 4, characterized in that the injection pressure decreases after the actual main injection via the throttle bore ( 11 ) and the open valve seat ( 15 ) of the hydraulic mechanical device ( 1 ). 6. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch-mechanische Vorrichtung (1) ein Gehäuse (5) mit einer axialen Durchlaßbohrung (6) und einer ersten Ausnehmung (7) aufweist, in der ein erster Ventilkörper (8) mit einer zweiten Ausnehmung (9) axial verschiebbar angeordnet ist, in der ein zweiter Ventilkörper (10) mit der Drosselbohrung (11) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Ausnehmung (7) ein erstes Federelement (12), das sich an dem ersten Ventilkörper (8) und dem Gehäuse (5) abstützt, und in der zweiten Ausnehmung (9) ein zweites Federelement (13), das sich an dem zweiten Ventilkörper (10) und dem ersten Ventilkörper (8) abstützt, angeordnet ist, und wobei an dem Gehäuse (5) in einem axialen Abstand zu dem zweiten Ventilkörper (10) ein Anschlag (14) ausgebildet ist.6. Pump-line-nozzle device according to claim 5, characterized in that the hydraulic-mechanical device ( 1 ) has a housing ( 5 ) with an axial passage bore ( 6 ) and a first recess ( 7 ) in which a first Valve body ( 8 ) with a second recess ( 9 ) is arranged to be axially displaceable, in which a second valve body ( 10 ) with the throttle bore ( 11 ) is arranged to be axially displaceable, a first spring element ( 12 ) in the first recess ( 7 ), which is supported on the first valve body ( 8 ) and the housing ( 5 ), and in the second recess ( 9 ) a second spring element ( 13 ) which is supported on the second valve body ( 10 ) and the first valve body ( 8 ), is arranged, and wherein a stop ( 14 ) is formed on the housing ( 5 ) at an axial distance from the second valve body ( 10 ). 7. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (12) als eine Druckfeder ausgebildet ist.7. Pump-line-nozzle device according to claim 6, characterized in that the first spring element ( 12 ) is designed as a compression spring. 8. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federelement (13) als eine Druckfeder ausgebildet ist. 8. Pump-line-nozzle device according to claim 6 or 7, characterized in that the second spring element ( 13 ) is designed as a compression spring. 9. Pumpe-Leitung-Düse System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilkörper (8) durch einen hohen Einspritzdruck in der Hochdruckleitung (3) entgegen der Kraft des ersten Federelements (12) um den axialen Abstand in die Richtung der Einspritzdüse verschiebbar ist und dann entgegen der Kraft des ersten Federelements (12) und des zweiten Federelements (13) verschiebbar ist.9. Pump-line-nozzle system according to one of claims 6 to 8, characterized in that the first valve body ( 8 ) by a high injection pressure in the high pressure line ( 3 ) against the force of the first spring element ( 12 ) by the axial distance in the direction of the injection nozzle is displaceable and can then be displaced against the force of the first spring element ( 12 ) and the second spring element ( 13 ). 10. Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulisch-mechanische Vorrichtung (1) in der Hochdruckleitung (3) klemmend befestigt ist.10. Pump-line-nozzle device according to one of claims 2 to 9, characterized in that the hydraulic-mechanical device ( 1 ) in the high pressure line ( 3 ) is fixed by clamping. 11. Mittel zur Erzeugung einer Voreinspritzung bei Pumpe-Leitung-Düse-Vorrichtungen zur Kraftstoffzufuhr in einem Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung (3) verbundenen Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel in der Hochdruckleitung zwischen der Pumpeneinheit und der Einspritzdüse angeordnet sind.11. Means for generating a pre-injection in pump-line-nozzle devices for supplying fuel in a combustion chamber of a direct-injection internal combustion engine with a pump unit for building up an injection pressure and for injecting the fuel into the combustion chamber by means of a connection to the pump unit via a high-pressure line ( 3 ) Injection nozzle, characterized in that the means are arranged in the high pressure line between the pump unit and the injection nozzle. 12. Mittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie als eine hydraulisch-mechanische Vorrichtung (1) ausgebildet sind.12. Means according to claim 11, characterized in that they are designed as a hydraulic-mechanical device ( 1 ). 13. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum einer direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschine mittels einer Pumpe-Leitung-Düse-Vor­ richtung mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum mittels einer mit der Pumpeneinheit über eine Hochdruckleitung (3) verbundenen Einspritzdüse, wobei im Rahmen einer Voreinspritzung vor der eigentlichen Haupteinspritzung eine geringe Menge Kraftstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzung in der Hochdruckleitung (3) zwischen Pumpeneinheit und Einspritzdüse erzeugt wird.13. A method for injecting fuel into a combustion chamber of a direct-injection internal combustion engine by means of a pump-line-nozzle device with a pump unit for building up an injection pressure and for injecting the fuel into the combustion chamber by means of a connection to the pump unit via a high-pressure line ( 3 ) Injection nozzle, a small amount of fuel being injected before the actual main injection as part of a pre-injection, characterized in that the pre-injection is generated in the high-pressure line ( 3 ) between the pump unit and the injection nozzle. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Voreinspritzung auf hydraulisch-mechanischem Wege erzeugt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the pre-injection by hydraulic-mechanical means is produced.
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