DE4236882C1 - IC engine fuel injection system with high pump pressure - uses electromagnetically operated three=way valve in fuel path to each fuel injection jet. - Google Patents

IC engine fuel injection system with high pump pressure - uses electromagnetically operated three=way valve in fuel path to each fuel injection jet.

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Abstract

The fuel injection system uses a high-pressure pump (2) and a number of electromagnetic fuel injection devices (5) with a common fuel supply line (4). Each fuel injection device has an electromagnetically-operated three-way valve (14) in the fuel path, with a valve element provided by a double piston shaft having a collar between the pistons on the set needle and the electromagnet side controlling a high pressure and low pressure connection. A high pressure space is defined between the piston on the electromagnet side and the collar and a low pressure space is defined between the collar and the piston on the jet needle sides with a choke between the low pressure space and a vent line provided by a transverse bore in the double piston shaft. USE/ADVANTAGE - Simplified mfr and assembly with rapid closure of fuel injection jet needles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Einspritzdüsen mit Magnetventilsteuerung, nach den im Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a fuel injection system with a High pressure pump and a common supply line for everyone Injectors with solenoid valve control, according to those in the upper area handle of claim 1 specified features.

Eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage ist aus der US-PS 3 777 977 bekannt, bei der eine Hochdruckpumpe ständig Kraftstoff in eine für alle Einspritzdüsen einer luftverdichtenden Einspritz­ brennkraftmaschine vorgesehene gemeinsame Versorgungsleitung (Common Rail) unter hohem Druck fördert. Dieser hohe Druck wird u. a. über ein von einem Elektromagneten gesteuertes 3-Wegeventil auf die Rückseite der Düsennadel geleitet, die bei stromlosem Elektromagneten federkraftunterstützt in Schließlage so lange gehalten wird, bis der Elektromagnet für eine Einspritzung akti­ viert und über das 3-Wegeventil die Rückseite der Düsennadel entlastet wird. Der Ventilkörper besteht aus einem Doppelkolben­ schaft mit an seinen Schaftenden angeordneten und in einer zy­ lindrischen Ausnehmung im Ventilgehäuse elektromagnetseitigen und düsennadelseitigen Kolben, zwischen denen und gegenüber die­ sen eine vergrößerte, die Hochdruckverbindung und die Nieder­ druckzeichnung steuernde Verdickung vorgesehen ist. Der düsenna­ delseitige Kolben ist mit Anflächungen für die Hochdruckverbin­ dung zur Düsennadelrückseite sowie mit zahlreichen hochdruck- und niederdruckseitigen Leitungen als Längs-, Radial- und Ring­ leitungen versehen. Such a fuel injection system is known from US Pat. No. 3,777,977 known in which a high pressure pump constantly fuel in one for all injectors of an air-compressing injection Internal supply line provided internal combustion engine (Common Rail) under high pressure. This high pressure will u. a. via a 3-way valve controlled by an electromagnet directed to the back of the nozzle needle, which when de-energized Electromagnets are spring-assisted in the closed position for so long is held until the electromagnet is active for an injection fourth and the 3-way valve the back of the nozzle needle is relieved. The valve body consists of a double piston shaft with arranged at its shaft ends and in a zy cylindrical recess in the valve housing on the electromagnetic side and nozzle needle-side pistons, between which and opposite the an enlarged, the high pressure connection and the low print drawing controlling thickening is provided. The Nozzle Piston on the side is with flats for the high pressure connection extension to the back of the nozzle needle and with numerous high pressure and lines on the low-pressure side as longitudinal, radial and ring lines provided.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine gattungsgemä­ ße magnetventilgesteuerte Einspritzdüse den Fertigungs- und Mon­ tageaufwand zu verringern sowie ein schnelles Schließen der Dü­ sennadel zu ermöglichen.The invention is based, for a generic ß solenoid valve controlled injection nozzle the manufacturing and Mon to reduce the daily workload and to quickly close the nozzle to enable sennadel.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale.To solve the problem serve the in the characterizing part of the patent pronounced 1 specified characteristics.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen verringert sich die Bau­ teilevielfalt mit dem Vorteil eines reduzierten Fertigungsauf­ wandes und Montageaufwandes. Durch die im Ventilkörper besonders gelegene Drossel ergibt sich eine ungedrosselte Hochdruckverbin­ dung, durch die ein unverzögertes Befüllen der Düsennadelrück­ seite und damit ein erwünschtes rasches Schließen der Nadel er­ reicht wird.The construction is reduced by the measures according to the invention variety of parts with the advantage of reduced production wall and assembly effort. Because of the special in the valve body throttle located there results in an unthrottled high pressure connection dung, through which an immediate filling of the nozzle needle back side and thus a desired rapid closing of the needle is enough.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing represents and described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer magnetventilgesteuerten Einspritzdüse sowie einer gemeinsamen Versorgungsleitung für alle Einspritzdüsen in schematischer Darstellung, Fig. 1 shows a fuel injection system with a high pressure pump and a solenoid valve controlled injection nozzle and a common supply line for all injection nozzles in a schematic representation;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung ein auf der Rückseite einer Einspritzdüse angeordnetes 3-Wegeventil in Ruhelage, Fig. 2 is an enlarged view of a valve disposed on the back of an injector 3-way valve in the rest position,

Fig. 3 das 3-Wegeventil in Arbeitslage. Fig. 3 shows the 3-way valve in the working position.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage 1 gemäß Fig. 1 besteht aus einer Hochdruckpumpe als bedarfsgeregelte Kolbenpumpe 2, die von einem einfachen Spiralnocken 3 betätigt wird, sowie aus einem Ein­ spritzleitungssystem mit gemeinsamer Versorgungsleitung 4 für alle Einspritzdüsen 5. Jede Einspritzdüse 5 ist magnetventilge­ steuert und durch eine elektronische Steuereinheit 6 ansteuerbar und enthält einen mit der Versorgungsleitung 4 stets verbundenen Zulaufkanal 7, der in üblicher Weise in eine die Düsennadel 8 umgebende Druckkammer 9 einmündet.A fuel injection system 1 according to Fig. 1 consists of a high-pressure pump as a demand-controlled piston pump 2, which is actuated by a simple spiral cam 3, and of a piping system An injection with a common supply line 4 for all the injectors. 5 Each injection nozzle 5 is controlled by solenoid valves and can be controlled by an electronic control unit 6 and contains an inlet channel 7 which is always connected to the supply line 4 and which opens in a conventional manner into a pressure chamber 9 surrounding the nozzle needle 8 .

Die im Düsenkörper 16 geführte Düsennadel 8 wird durch eine im Federraum 10 geführte Schließfeder 11 über einen Federteller 12 auf ihren Ventilsitz 13 gedrückt. Zwischen dem Federraum 10 und dem Zulaufkanal 7 ist eine Hochdruckverbindung unter Zwischen­ schaltung eines 3-Wegeventiles 14 vorgesehen, das von einem Elektromagneten 15 wegesteuernd betätigbar ist.The nozzle needle 8 guided in the nozzle body 16 is pressed onto its valve seat 13 by a closing spring 11 guided in the spring chamber 10 via a spring plate 12 . Between the spring chamber 10 and the inlet channel 7 , a high-pressure connection with the interposition of a 3-way valve 14 is provided, which can be actuated by a solenoid 15 .

In Fig. 2 ist lediglich der obere bzw. rückwärtige Teil der Ein­ spritzdüse 5 gezeigt, bei dem ein Ventilgehäuse 18 aus einem Ge­ häuseunterteil 19, welches den einspritzdüsenseitigen Federraum 10 aufnimmt, und einem Gehäuseoberteil 20 mit Kopfteil 21 und Rückstellfeder 22 und dem Elektromagneten 15 besteht.In Fig. 2, only the upper or rear part of an injection nozzle 5 is shown, in which a valve housing 18 from a Ge housing lower part 19 , which receives the injector-side spring chamber 10 , and an upper housing part 20 with head part 21 and return spring 22 and the electromagnet 15th consists.

Der Ventilkörper des 3-Wegeventiles 14 besteht gemäß Fig. 2 und 3 aus einem Doppelkolbenschaft 14a, der an seinem oberen und un­ teren Schaftende jeweils einen Kolben 27, 28 aufweist. Zwischen beiden Kolben 27, 28 befindet sich eine bundartige Verdickung 29 als beidseitig wirkendes Ventil in einer einen Druckraum 36 bildenden zylindrischen Erweiterung im Gehäuseoberteil 20. Die Verdickung 29 ist beidseitig mit kegelförmigen Sitzflächen 30, 31 für entsprechende als Sitz­ kegel 32, 33 ausgebildete Ventilsitze im Gehäuseoberteil 20 ver­ sehen. In die als Druckraum 36 ausgebildete Erweiterung mündet ein von dem Federraum 10 ausgehender Leitungsabschnitt 35.The valve body of the 3-way valve 14 is shown in FIGS. 2 and 3 from a double piston shaft 14 a, each having a piston 27 , 28 at its upper and lower shaft end. Between the two pistons 27 , 28 there is a collar-like thickening 29 as a valve acting on both sides in a cylindrical extension forming a pressure chamber 36 in the upper housing part 20 . The thickening 29 is seen on both sides with conical seat surfaces 30 , 31 for corresponding cone 32 , 33 designed as valve seats in the housing upper part 20 ver. A line section 35 extending from the spring chamber 10 opens into the extension designed as a pressure chamber 36 .

Ein weiterer Leitungsabschnitt 37, der von dem Zulaufkanal 7 abzweigt, mündet in einen unterhalb des obenliegenden Kolbens 27 beginnenden und am Sitzkegel 32 endenden ringförmigen Hochdruck­ zwischenraum 38. Somit ergibt sich eine Kraftstoffverbindung von der Versorgungsleitung 4 über den Zulaufkanal 7 zur Druckkammer 9 der Düsennadel 8 einerseits und über den Leitungsabschnitt 37, Hochdruckzwischenraum 38, Druckraum 36, Leitungsabschnitt 35 in den Federraum 10 andererseits. Ein zweiter ringförmiger Zwi­ schenraum als Entlastungszwischenraum 39 erstreckt sich von dem Sitzkegel 33 bis zum untenliegenden Kolben 28. Dieser Zwischen­ raum 39 ist mit einem Entlastungskanal 40 unter Zwischenschal­ tung einer Drossel 41 verbunden. Eine Bohrungsanordnung ist im Ventilkörper unterhalb der Verdickung 29 vorgesehen und setzt sich aus einer Querbohrung 41a zwischen der Verdickung und dem untenliegenden Kolben 28 und einer von dieser ausgehenden Zen­ tralbohrung 41b im untenliegenden Kolben 28 zusammen, die mit dem Entlastungskanal 40 in Verbindung steht. Die Drossel 41 ist durch die Bohrungsanordnung selbst gebildet.Another line section 37 , which branches off from the inlet channel 7 , opens into an annular high pressure space 38, which begins below the piston 27 above and ends at the seat cone 32 . This results in a fuel connection from the supply line 4 via the inlet channel 7 to the pressure chamber 9 of the nozzle needle 8 on the one hand and via the line section 37 , high-pressure intermediate space 38 , pressure chamber 36 , line section 35 into the spring chamber 10 on the other hand. A second annular inter mediate space as a relief space 39 extends from the seat cone 33 to the piston 28 below. This intermediate space 39 is connected to a relief channel 40 with the interposition of a throttle 41 . A bore arrangement is provided in the valve body below the thickening 29 and is composed of a transverse bore 41 a between the thickening and the piston 28 located underneath and an outgoing central bore 41 b in the piston 28 located below, which is connected to the relief channel 40 . The throttle 41 is formed by the bore arrangement itself.

Bei dieser Ausführung ist der Druckraum 36 lediglich im Gehäu­ seoberteil 20 des Ventilgehäuses 18 vorgesehen und der untere Ventilsitz durch einen in das Gehäuseoberteil 20 fest eingesetz­ ten Ring 42 gebildet.In this embodiment, the pressure chamber 36 is only provided in the upper part 20 of the valve housing 18 and the lower valve seat is formed by a ring 42 inserted into the upper part 20 of the housing.

Wirkungsweise der Kraftstoffeinspritzanlage:Mode of operation of the fuel injection system:

Hochdruck wird von der nockenbetätigten Kolbenpumpe 2 erzeugt, die niederdruckseitig über ein einfaches Magnetventil 50 gesteu­ ert wird. Der Antrieb des Nockens erfolgt mit einem Vielfachen der Nockenwellendrehzahl. Der Hochdruck wird über die gemeinsame Versorgungsleitung 4 in die Druckkammer 9 der Düse 5 sowie in den Federraum 10 auf die rückwärtige Seite der Düsennadel 8 ge­ leitet, die von Ihrem Ventilsitz 13 nicht abheben kann, da sie durch kleine hydraulische Kräfte und durch die Federkraft der Schließfeder 11 auf ihren Ventilsitz 13 gedrückt wird.High pressure is generated by the cam-actuated piston pump 2 , which is controlled on the low pressure side via a simple solenoid valve 50 . The cam is driven at a multiple of the camshaft speed. The high pressure is on the common supply line 4 in the pressure chamber 9 of the nozzle 5 and in the spring chamber 10 leads to the rear side of the nozzle needle 8 ge, which can not stand out from your valve seat 13 , because of small hydraulic forces and the spring force of the Closing spring 11 is pressed onto its valve seat 13 .

Findet eine Einspritzung statt, erzeugt die elektronische Steu­ ereinheit 6 einen Impuls für das elektromagnetische 3-Wegeventil 14, dessen Ventilkörper von seiner in Fig. 2 dargestellten Ruhe­ lage in die in Fig. 3 gezeigte Arbeitslage überführt wird. Die hochdruckseitige Kraftstoffverbindung wird unterbrochen und der Federraum 10 mit der Niederdruckseite verbunden. Die Rückseite der Düsennadel 8 wird entlastet und die Einspritzung in üblicher Weise über den Zulaufkanal 7 eingeleitet. Die Einspritzung ist bei unwirksamem Elektromagneten 15 beendet, wobei eine Rück­ stellfeder 22 den Ventilkörper wieder in Ruhelage überführt (Fig. 2).If an injection takes place, the electronic control unit 6 generates a pulse for the electromagnetic 3-way valve 14 , the valve body of which is shown in its rest position in FIG. 2 is transferred to the working position shown in FIG. 3. The fuel connection on the high pressure side is interrupted and the spring chamber 10 is connected to the low pressure side. The back of the nozzle needle 8 is relieved and the injection is initiated in the usual way via the inlet channel 7 . The injection is ended when the electromagnet 15 is ineffective, a return spring 22 returning the valve body to the rest position ( FIG. 2).

Der Schließvorgang der Düse ist dabei äußerst schnell, da nur die Federkraft wirkt und die dagegenwirkenden hydraulischen Druckkräfte vollständig kompensiert werden. Außerdem wirkt keine Drossel verzögernd auf den Schließvorgang, jedoch sorgt die Drossel im Ventilkörper für ein verzögertes Öffnen der Düsenna­ del in der Druckentlastungsphase, wodurch sich kleine Einspritz­ mengen bei Spritzbeginn ergeben und sich somit auch Vorein­ spritzmengen realisieren lassen.The nozzle closing process is extremely quick because only the spring force acts and the counteracting hydraulic Pressure forces are fully compensated. Besides, none works Throttle retarding the closing process, however, the Throttle in the valve body for a delayed opening of the nozzle del in the pressure relief phase, resulting in small injection quantities at the start of spraying and therefore also in advance let spray quantities be realized.

Die elektronische Steuereinheit 6 berechnet aus Betriebsparame­ tern (Drehzahl, Last, Kühlmitteltemperatur u. a.) und anhand ab­ gespeicherter Kennfelder Einspritzzeitpunkt, Einspritzdauer und Systemdruck.The electronic control unit 6 calculates from operating parameters (speed, load, coolant temperature, etc.) and on the basis of stored characteristic maps, the injection time, injection duration and system pressure.

In Fig. 1 ist noch mit 44 der Tank, mit 45 die Förderpumpe, mit 46 die das Magnetventil 50 umgehende Bypassdrossel und mit 47 das Rückschlagventil stromab des Pumpenarbeitsraumes 48 bezeich­ net.In Fig. 1 is still 44 with the tank, with 45 the feed pump, with 46 the bypass throttle bypassing the solenoid valve 50 and with 47 the check valve downstream of the pump work space 48 .

Durch das Magnetventil 50 kann die zum Pumpenelement der Hoch­ druckpumpe führende Zulaufleitung 49 in getakteter Weise gesteu­ ert werden. Es erfolgt eine teilweise Elementfüllung während des Saughubes. Die Verlustleistung der Hochdruckpumpe verringert sich, ebenso die Kosten für dieses Bauteil.The solenoid valve 50 can lead to the pump element of the high-pressure pump supply line 49 in a clocked manner. The element is partially filled during the suction stroke. The power loss of the high pressure pump is reduced, as is the cost of this component.

Claims (1)

Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer gemeinsamen Versorgungsleitung (4) für alle magnetventilgesteu­ erten Düsen, mit einem in jeder Düse angeordneten und zur Düsen­ nadel (8) führenden Zulaufkanal (7), von dem eine über einen Federraum (10) mit der Rückseite der Düsennadel (8) in Verbin­ dung stehende Steuerleitung unter Zwischenschaltung eines von einem Elektromagneten (15) gesteuerten 3-Wegeventils abzweigt, dessen in einem Ventilgehäuse (18) längsverschiebbarer und in Ruhelage federkraftunterstützt auf seinem Ventilsitz (33) auf­ liegender Ventilkörper eine Hochdruckverbindung zwischen dem Zu­ laufkanal (7) und der Rückseite der Düsennadel (8), jedoch in Arbeitslage bei aktiviertem Elektromagneten (15) eine das Öffnen der Düsennadel (8) bewirkende Niederdruckverbindung zwischen der Düsennadelrückseite und einem niederdruckseitigen Entlastungska­ nal (40) steuert, wobei der Ventilkörper aus einem Doppelkolben­ schaft (14a) mit an seinen Schaftenden angeordneten und in einer zylindrischen Ausnehmung (25, 26) im Ventilgehäuse (18) geführten elektromagnetseitigen und düsennadelseitigen Kolben (27, 28) und mit einer zwischen den Kolben (27, 28) angeordneten und gegenüber diesen durchmessermäßig vergrößerten, die Hochdruckverbindung und die Niederdruckverbindung steuernden Verdickung (29) be­ steht, und ferner zwischen der zylindrischen Ausnehmung (25) und dem Doppelkolbenschaft (14a) ein Hochdruckzwischenraum (38) ge­ bildet ist, in den ein von dem Zulaufkanal (7) abzweigender Lei­ tungsabschnitt (37) der Steuerleitung mündet, und des weiteren zwischen der zylindrischen Ausnehmung (26) und dem Doppelkolben­ schaft (14a) ein Niederdruckzwischenraum (39) gebildet ist, der mit dem Entlastungskanal (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckzwischenraum (38) von dem elektromagnetseitigen Kolben (27) und der Verdickung (29) und der Niederdruckzwischen­ raum (39) von dem düsennadelseitigen Kolben (28) und der Ver­ dickung (29) begrenzt sind, und daß zwischen Niederdruckzwi­ schenraum (39) und Entlastungskanal (40) eine Drossel (41) ange­ ordnet ist, die aus einer im Ventilkörper in dessen düsenna­ delseitigem Schaft nach der Verdickung (29) vorgesehenen Boh­ rungsanordnung besteht, welche sich aus einer im Bereich zwi­ schen der Verdickung (29) und dem düsennadelseitigen Kolben (28) angeordneten Querbohrung (41a) und einer von dieser ausgehenden und mit dem Entlastungskanal (40) verbundenen Zentralbohrung (41b) im düsennadelseitigen Kolben (28) zusammensetzt.Fuel injection system with a high-pressure pump and a common supply line ( 4 ) for all solenoid valve-controlled nozzles, with an inlet channel ( 7 ) arranged in each nozzle and leading to the nozzle needle ( 8 ), one of which via a spring chamber ( 10 ) with the rear of the nozzle needle ( 8 ) Connected control line with the interposition of a 3-way valve controlled by an electromagnet ( 15 ), whose valve body ( 18 ) is longitudinally displaceable and spring-loaded in its resting position on its valve seat ( 33 ) on a valve body lying on a high-pressure connection between the inlet channel ( 7 ) and the back of the nozzle needle ( 8 ), but in the working position when the electromagnet ( 15 ) is activated, a low-pressure connection between the nozzle needle rear and a low-pressure relief channel ( 40 ), which causes the opening of the nozzle needle ( 8 ), controls the valve body from a double piston shaft ( 14 a) arranged with at its shaft ends and in a cylindrical recess (25, 26) in the valve housing (18) guided solenoid side and nozzle-needle-side piston (27, and 28) an enlarged diameter coupled between the piston (27, 28) is arranged and with respect to these, the high-pressure connection and the low-pressure connection thickening ( 29 ) be, and further between the cylindrical recess ( 25 ) and the double piston skirt ( 14 a) a high-pressure space ( 38 ) is formed, in which a line section branching from the inlet channel ( 7 ) ( 37 ) of the control line, and further between the cylindrical recess ( 26 ) and the double piston shaft ( 14 a) a low-pressure space ( 39 ) is formed, which is connected to the relief channel ( 40 ), characterized in that the high-pressure space ( 38 ) of the electromagnetic piston ( 27 ) and the thickening ( 29 ) and the low pressure intermediate en space ( 39 ) by the nozzle needle-side piston ( 28 ) and the Ver thickening ( 29 ) are limited, and that between low pressure inter mediate space ( 39 ) and relief channel ( 40 ) a throttle ( 41 ) is arranged, which from a in the valve body in whose nozzle-side shaft after the thickening ( 29 ) provided drilling arrangement, which consists of a transverse bore ( 41 a) arranged in the area between the thickening ( 29 ) and the nozzle needle-side piston ( 28 ) and one of these outgoing and with the relief channel ( 40 ) connected central bore ( 41 b) in the nozzle needle-side piston ( 28 ).
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