EP0688950B1 - Fuel injection system - Google Patents
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- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
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- F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
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- F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
- F02M2200/28—Details of throttles in fuel-injection apparatus
Definitions
- the invention is based on a fuel injection system the genus of claim 1.
- a fuel injection pump a distributor injection pump is provided, with a back and forth driven and at the same time rotating pump piston which rotates during its and its pump stroke one of several injection lines, which each lead to a fuel injector, supplied with fuel brought up to injection pressure.
- a pressure valve is provided for each of these spray lines, that with high-pressure fuel delivery through the fuel injector opens in the conveying direction at the end the injection closes and also a pressure control valve has, which is suitable for pressure waves between the pressure valve and remove the fuel injector and in a desired constant pressure during this area to keep the injection breaks.
- WO 90/08 296 there is also a fuel injection valve known with which triggered by the high pressure funding a fuel injection pump a pre and a Main injection is to be realized. Doing is inside of the fuel injection valve, an escape piston is provided, counter to the fuel high pressure supplied the force of a preloaded spring by a certain amount can be deflected. Parallel to this alternative piston is the pressurization of the valve needle of the fuel injector provided by the fed Fuel pressure against the force of a preloaded valve spring releases an injection opening at the start of injection.
- the valve spring is also the return spring of the Compensating piston.
- the known fuel injection valve also has a damping space on the back of the valve needle on that via a throttle connection with which the spring receiving fuel-filled space is connected. This Space is under low pressure, e.g. B. that of the pre-feed pump the fuel injection pump or the return pressure.
- the Throttle point between the damping chamber and the fuel-filled Space is designed so that the valve needle initially a relatively large throttle cross section in their Release starting or closing position, but then this Throttle cross section during the opening movement of the valve needle is reduced, so that an increasing damping effect or an increasing restoring force on the valve needle takes effect.
- the there in connection with the control of the The pre-injection design is said to be exact Allow separation between pre and main injection under Consideration of the dynamic behavior of the evasive piston, which is also the opening behavior of the Valve needle affected.
- the object of the invention is in a generic Fuel injection pump these disadvantages with their impact to avoid the injection accuracy. This The object is achieved by the features of the license plate of claim 1 solved.
- the solution according to the invention causes pressure surges on the switching movements of the electrically controlled valve and the dynamics of the valve needle of the would affect fuel injector, thereby reducing that the valve needle quickly increases the pressure or the control of the start of injection by closing the relief of the pump workspace by means of of the electrically controlled valve responds, but that as a result, the movement of the valve needle is advantageous Way is controlled.
- the valve needle performs an even stroke movement through, through the throttle opening or through the this outflowing fuel is controlled.
- FIG. 1 shows a basic illustration of a Fuel injection pump controlled by a solenoid valve 2 shows a longitudinal section through the middle Part of a first embodiment of a fuel injection valve as part of the fuel injection system according to the invention
- Figure 3 shows a first embodiment of the part of the fuel injection valve essential to the invention a second embodiment according to Figure 2 and Figure 4 of the part essential to the invention on the fuel injector.
- the solution according to the invention is based on a distributor injection pump realizable, as shown schematically in FIG. 1 is shown. It is a distributor injection pump the axial piston type, even if the object the invention also in other fuel injection pumps is usable such.
- the type shown in Figure 1 is a pump piston 1 provided, which moves in a cylinder bore 2 and is rotatably arranged and there on the front Pump work room 10 includes.
- the pump piston is there with a cam 6, the axially downward Has cams, e.g. B. via a spring, not shown coupled.
- the cam disc is not rotating by one drive shaft shown further driven in a known manner, the cam disc under the influence of the spring on a known axially fixed roller ring expires and in consequently the pump piston into a reciprocating pump and sucking movement.
- Fuel displaced under high pressure the pump piston comes with one of several injection lines 7 via a distributor groove 8 in the lateral surface of the pump piston in connection.
- the distributor groove is thereby continuously via a longitudinal channel 9 with the pump work space connected.
- the injection line runs through a pressure valve 12 to a fuel injection valve 3, the respective Cylinder is assigned to an internal combustion engine.
- the pump work space 10 is supplied with fuel via a suction line 15, which is separated from a suction space 17, which is essentially only shown in dashed lines, and enclosed within the housing of the fuel injection pump is supplied.
- the suction chamber receives fuel from a fuel feed pump 18, which is synchronous with the fuel injection pump, e.g. B. driven by the drive shaft and therefore fuel in speed-dependent quantities promotes in the suction chamber.
- a fuel feed pump 18 is usually the pressure in the suction chamber controlled speed-dependent, if with the help of this Pressure additional functions of the fuel injection pump controlled should be.
- An overflow throttle 22 flows continuously Fuel back to the reservoir 23, so that for cooling of the injection pump or degassing achieved thereby of the suction chamber is taken care of.
- the suction line 15 leads via a check valve 16 in the pump work space, wherein the check valve opens towards the pump work area.
- an electrically controlled one Valve 24 is provided which has a bypass line 21 controls to the pressure valve 16 and with its help when opening the valve a connection between the pump work space 10 and suction chamber 17 is made and when the valve is closed the pump work space 10 is closed. That as a solenoid valve symbolized electrically controlled valve 24 is controlled by a control device 25 according to operating parameters controlled in a manner known per se.
- FIG 2 is the fuel injector only indicated in Figure 1 shown in parts in section.
- the fuel injector In the fuel valve is via a feed hole 27 in the housing 26th the fuel injector is supplied with fuel after that via a pressure channel 28 to a pressure chamber 29 becomes.
- the valve needle is in a longitudinal bore 37 guided and protrudes with its rear 38 in a damping room 39, the boundary wall opposite the rear 38 forms a stop 40 for the valve needle.
- the Pressure pin 48 on a recess 50 which in Figure 3 in a Plane along the axis 51 of the valve needle a trapezoidal Has course. 3 shows the valve needle in their starting position, correspondingly closed injection bores shown.
- the recess 50 connects due to their shape, the damping space 39 with the fuel-filled Room 43.
- the connection opening is in this embodiment also designed so that it is fuel-filled Room 43 narrows like a funnel and thus forms a throttle lip 53 at the transition to the damping chamber, which together with the recess 50 the cross section of a Throttle opening 54 forms.
- connection opening is a Bore is, this bore between the pressure-filled space 43 and damping chamber to be designed as a stepped bore on the damping chamber side, so that the throttle lip 53 initially has a paragraph follows and only then does the transition to stop 40 take place.
- FIG. 4 A second embodiment is shown in FIG. 4.
- the connection opening is again designed as a stepped bore and has no throttle lip in the present case.
- the to the damping room facing edge 58 forms here together with the Recess 151 running with the stroke of the valve needle changing throttle cross section.
- the throttle cross section can be changed by appropriate Design of the recess 50 and 150 also a graded reduction of the throttle cross section can be achieved. It is essential that at the start of the stroke of the valve needle a largest Cross-section as an overflow cross-section between the damping chamber 39 and space 43 is present, which has a relief bore 59 can be relieved and also through this hole be supplied with fuel under low pressure can. This fuel can return the Fuel injection pump, the suction chamber or a leak line be removed. Leak fuel also emerges from the pressure chamber 59 on the guidance of the valve needle into the damping space 39 a so that it is always filled with fuel.
- the initially low throttling of the discharge of the Damping chamber 39 basically causes a controlled Lifting the valve needle when pressurized by injection pressure on her pressure shoulder 32 so that there is none uncontrolled pressure drop in the pressure chamber 29 comes.
- the mass flow takes the square root of the injection pressure, i.e. degressive to. This makes the dependence on pressure surges during the opening movement the valve needle decreases and the injection result to a large extent independent of uncontrollable dynamic Stroke fluctuations in the injection system caused by sudden loading and unloading of the system over the electrically controlled valve arise. It becomes the injection accuracy significantly increased in connection with the Possibility, amount and time of the pre-injection depending to control many parameters.
- valve needle closes quickly after the end of the spray and the pre-injection period or the main injection ended exactly will.
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Description
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die DE-A-36 44 257 bekannten System ist als Kraftstoffeinspritzpumpe eine Verteilereinspritzpumpe vorgesehen, mit einem hin- und hergehend angetriebenen und zugleich rotierenden Pumpenkolben, der bei seiner Drehbewegung und seinem Pumpenhub jeweils eine von mehreren Einspritzleitungen, die zu je einem Kraftstoffeinspritzventil führen, mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoff versorgt. In diesen Spritzleitungen ist jeweils ein Druckventil vorgesehen, das bei Kraftstoffhochdruckförderung durch die Kraftstoffeinspritzdüse in Förderrichtung öffnet, bei Beendigung der Einspritzung schließt und zudem ein Druckhalteventil aufweist, das geeignet ist, Druckwellen zwischen dem Druckventil und dem Kraftstoffeinspritzventil abzubauen und in diesem Bereich einen angestrebten konstanten Standdruck während der Einspritzpausen zu halten. Dies ist eine bekannte Maßnahme, die regelmäßig dazu dient, daß mit dem konstantgehaltenen Standdruck in den Einspritzpausen immer gleiche Volumina notwendig sind, um in dem Bereich zwischen Druckventil und Kraftstoffeinspritzventil die dort vorhandene Kraftstoffmenge zum Beginn der Hochdruckeinspritzung auf das notwendige Druckniveau anzuheben. Diese Kraftstoffmengen können bei unterschiedlichen Restdrücken in diesem angesprochenen Bereich sehr unterschiedlich sein, so daß die dann tatsächlich zur Einspritzung gelangende und an der Kraftstoffeinspritzpumpe zugemessene Hochdruckeinspritzmenge unterschiedlich ist und es somit zu Einspritzmengenstreuungen kommt. Dies wird regelmäßig durch das beschriebene bekannte als Gleichdruckventil bezeichnete Druckventil vermieden. Ähnliche Wirkungen können mit sogenannten Gleichraumventilen erzielt werden, die im Moment des Schließens des Schließglieds des Druckventils dem Leitungssystem zwischen Druckventil und Kraftstoffeinspritzventil eine vorgegebene Kraftstoffentlastungsmenge entziehen. Damit wird auch der Restdruck bzw. der Standdruck auf einen bestimmten Wert gebracht, der unterhalb des Einspritzdruckes liegt, so daß zwischen Kraftstoffeinspritzventil und Druckventil nach Beendigung der Hochdruckeinspritzung hin- und herlaufende Druckwellen nicht zu einem Nachspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine führen kann.The invention is based on a fuel injection system the genus of claim 1. With such a known from DE-A-36 44 257 system is as a fuel injection pump a distributor injection pump is provided, with a back and forth driven and at the same time rotating pump piston which rotates during its and its pump stroke one of several injection lines, which each lead to a fuel injector, supplied with fuel brought up to injection pressure. In a pressure valve is provided for each of these spray lines, that with high-pressure fuel delivery through the fuel injector opens in the conveying direction at the end the injection closes and also a pressure control valve has, which is suitable for pressure waves between the pressure valve and remove the fuel injector and in a desired constant pressure during this area to keep the injection breaks. This is a well known one Measure that regularly serves to keep the constant Stand pressure in the injection breaks always the same volumes are necessary to in the area between pressure valve and fuel injection valve the amount of fuel present there at the start of high pressure injection on the necessary To raise the pressure level. These amounts of fuel can at different residual pressures mentioned in this Range can be very different, so that then actually for injection and at the fuel injection pump metered high pressure injection quantity different is and thus there are scattered injection quantities. This is regularly described by what is known as Avoid pressure valve designated pressure valve. Similar Effects can be achieved with so-called common-space valves be the moment the closing member closes of the pressure valve the line system between pressure valve and Fuel injection valve a predetermined amount of fuel relief revoke. The residual pressure or the standing pressure brought to a certain value, the below of the injection pressure, so that between the fuel injection valve and pressure valve after completion of the High pressure injection back and forth pressure waves not to inject fuel into the combustion chamber Internal combustion engine can lead.
Vorteilhaft ist es ferner auch bei einer unterteilten Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung pro Arbeitstakt des jeweiligen zu versorgenden Zylinders der Brennkraftmaschine ebenfalls für einen gut gesteuerten Standdruck in den Einspritzpausen zu sorgen.It is also advantageous in the case of a divided fuel injection with a pre-injection and a main injection per work cycle of the respective to be supplied Cylinder of the internal combustion engine also for a well controlled one Stand pressure in the injection breaks.
Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem zur Einbringung von Vorund Haupteinspritzmengen, die gemäß Gattung des Patentanspruchs mittels eines elektrisch gesteuerten Ventils gesteuert werden, ergibt sich weiterhin der Nachteil, daß beim Öffnen und Schließen des elektrisch gesteuerten Ventils erhebliche Druckstöße im Leitungssystem entstehen. Die elektrisch gesteuerten Ventile, meist Magnetventile, sind dabei so ausgelegt, daß sie auch bei hohen Drehzahlen schnell genug kurzzeitig öffnen und schließen mit hoher Stellgeschwindigkeit, um die für die Voreinspritzung auch bei hohen Drehzahlen notwendigen kleinen Kraftstoffeinspritzmengen im definierten Abstand zur Haupteinspritzung steuern zu können. Das bedingt hohe Schaltgeschwindigkeiten der elektrisch gesteuerten Ventile, was die genannten Druckstöße hervorruft. Besonders wirken sich solche Druckstöße dann bei niedrigen Drehzahlen aus und insbesondere im Bereich zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, da hier zeitlich gesehen wenig Möglichkeit besteht, hin- und herlaufende Druckwellen zu kompensieren. Diese Druckstöße, die bezüglich ihrer Höhe zum jeweiligen Einspritzbeginn von Vor- oder Haupteinspritzung wirksam sind, beeinflussen das Öffnen bzw. Schließen des Einspritzventils. Besonders kritisch ist dabei das Öffnen des Einspritzventils, da bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen der effektive Kraftstoffeinspritzbeginn die Verbrennung in der Brennkraftmaschine steuert und maßgeblich für Leistung, Geräusch der Brennkraftmaschine und Abgasemission ist. Maßgeblich ist ferner bei Brennkraftmaschinen, die für die Versorgung von Vor- und Haupteinspritzung vorgesehen sind, die Einspritzrate und deren Verlauf bei der Voreinspritzung. Ferner soll die voreingespritzte Menge zum Beginn der Haupteinspritzung vollständig umgesetzt sein, so daß auch dem Einspritzbeginn bei der Haupteinspritzung zu diesem Zwecke eine wesentliche Bedeutung zukommt. Diese Zusammenhänge werden wesentlich von dem Öffnungsverhalten der Ventilnadel des Einspritzventils beeinflußt. Diese druckgesteuerte Ventilnadel reagiert wesentlich auf die verschiedensten Druckverhältnisse, die aufgrund der Kraftstoffhochdruckförderung einerseits und aufgrund der Steuerung dieser Kraftstoffhochdruckförderung durch elektrisch gesteuerte Ventile eintreten. In a fuel injection system for the introduction of advance and Main injection quantities, according to the preamble of the claim controlled by an electrically controlled valve are, there is still the disadvantage that when Opening and closing the electrically controlled valve considerable Pressure surges occur in the pipe system. The electric controlled valves, mostly solenoid valves, are included designed to be fast enough even at high speeds open and close briefly at high actuating speed, for pre-injection even at high speeds necessary small fuel injection quantities in the defined To control the distance to the main injection. This requires high switching speeds of the electrically controlled Valves, which causes the pressure surges mentioned. Such pressure surges are particularly effective at low pressure Speeds from and especially in the area between the pre-injection and the main injection, as seen here in time there is little possibility of back and forth pressure waves to compensate. These pressure surges related to their Height at the respective start of pre-injection or main injection are effective, influence the opening or Closing the injector. It is particularly critical opening the injector, as with auto-igniting Internal combustion engines the effective start of fuel injection controls the combustion in the internal combustion engine and significantly for performance, noise of the internal combustion engine and Is exhaust gas emission. In the case of internal combustion engines, for the supply of pre and main injection are provided, the injection rate and its course during pre-injection. Furthermore, the pre-injected Quantity fully implemented at the start of the main injection be, so that the start of injection with the main injection essential for this purpose. These correlations are essential to the opening behavior the valve needle of the injector. This pressure-controlled valve needle reacts significantly the most diverse pressure ratios, due to the High-pressure fuel delivery on the one hand and due to the Control of this high-pressure fuel delivery by electrical controlled valves enter.
Durch die WO 90/08 296 ist weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, mit dem ausgelöst durch die Hochdruckförderung einer Kraftstoffeinspritzpumpe eine Vor- und eine Haupteinspritzung verwirklicht werden soll. Dabei ist innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils ein Ausweichkolben vorgesehen, der vom zugeführten Kraftstoffhochdruck entgegen der Kraft einer vorgespannten Feder um einen bestimmten Betrag ausgelenkt werden kann. Parallel zu diesem Ausweichkolben ist die Druckbeaufschlagung der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen, die durch den zugeführten Kraftstoffdruck entgegen der Kraft einer vorgespannten Ventilfeder eine Einspritzöffnung bei Einspritzbeginn freigibt. Die Ventilfeder ist zugleich auch die Rückstellfeder des Ausgleichkolbens. Somit erzielt man bei dieser bekannten Lösung und bei entsprechender Auslegung der Feder mit Beginn der Hochdruckförderung der Kraftstoffpumpe zunächst eine Einspritzung, der dann ein Ausweichen des Ausweichkolbens folgt. Diese Ausweichbewegung entzieht dem zugeführten Kraftstoff ein bestimmtes Volumen, so daß der Druck der Ventilnadel unter den Öffnungsdruck absinkt, zumal die Vorspannung der Feder durch die Bewegung des Ausweichkolbens erhöht wurde. Bis zu einer weiteren Drucksteigerung durch die weitere Förderung der Kraftstoffeinspritzpumpe bleibt die Ventilnadel dann in Schließstellung und öffnet dann die Einspritzöffnungen zur Durchführung der Haupteinspritzung. Diese Steuerung von Vor- und Haupteinspritzung ist stark von der Dynamik und den vorgegebenen bauseitigen Parametern abhängig. Es kommt häufig zu Störungen des Einspritzverlaufes. Manchmal weicht der Ausweichkolben zu spät aus, so daß die Voreinspritzmenge ungewünscht erhöht wird, manchmal beginnt die Voreinspritzung zu spät, so daß im Verhältnis zur Haupteinspritzung eine zu geringe Voreinspritzmenge eingespritzt wird, und es kann auch vorkommen, daß die Unterbrechung zwischen Vor- und Haupteinspritzung nicht ausreichend ausgeprägt ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist ferner noch auf der Rückseite der Ventilnadel einen Dämpfungsraum auf, der über eine Drosselverbindung mit dem die Feder aufnehmenden kraftstoffgefüllten Raum verbunden ist. Dieser Raum steht unter geringem Druck, z. B. dem der Vorförderpumpe der Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. dem Rücklaufdruck. Die Drosselstelle zwischen dem Dämpfungsraum und dem kraftstoffgefülltem Raum ist dabei so ausgebildet, daß die Ventilnadel zunächst einen relativ großen Drosselquerschnitt in ihrer Ausgangs- bzw. Schließstellung freigibt, dann aber diesen Drosselquerschnitt im Laufe der Öffnungsbewegung der Ventilnadel reduziert wird, so daß ein zunehmender Dämpfungseffekt oder eine zunehmende Rückstellkraft auf die Ventilnadel wirksam wird. Die dort im Zusammenhang mit der Steuerung der Voreinspritzung ausgeführte Konstruktion soll eine exakte Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung ermöglichen unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des Ausweichkolbens, der zugleich auch das Öffnungsverhalten der Ventilnadel beeinflußt. Durch die Drosselöffnung wird die Öffnungsbewegung der Ventilnadel gebremst, so daß durch die Volumenentnahme der Ventilnadel beim Öffnen der Ventilnadel zum Beginn der Voreinspritzung keine zu große Druckabsenkungsgeschwindigkeit beim auf die Ventilnadel wirkenden Kraftstoffdruck auftritt. Dies ist besonders im Bereich der niedrigen Drehzahl wirksam, wo die Kraftstofförderrate der Kraftstoffeinspritzpumpe geringer ist und somit nicht schnell genug ein durch das Öffnen der Ventilnadel hervorgerufener Druckabfall kompensiert werden kann. Diese Maßnahme ist insbesondere auch bedeutsam für die Auslösung der Ausweichbewegung des die Unterbrechung zwischen Vor- und Haupteinspritzung erzeugenden Ausweichkolbens.Through WO 90/08 296 there is also a fuel injection valve known with which triggered by the high pressure funding a fuel injection pump a pre and a Main injection is to be realized. Doing is inside of the fuel injection valve, an escape piston is provided, counter to the fuel high pressure supplied the force of a preloaded spring by a certain amount can be deflected. Parallel to this alternative piston is the pressurization of the valve needle of the fuel injector provided by the fed Fuel pressure against the force of a preloaded valve spring releases an injection opening at the start of injection. The valve spring is also the return spring of the Compensating piston. Thus, one obtains with this known solution and with the appropriate design of the spring at the beginning the high pressure delivery of the fuel pump first Injection, which then evades the evasive piston follows. This evasive movement withdraws the supplied Fuel a certain volume so that the pressure of the valve needle drops below the opening pressure, especially since the preload the spring increased by the movement of the evasive piston has been. Until a further increase in pressure by the further Delivery of the fuel injection pump remains the valve needle then in the closed position and then opens the injection openings to carry out the main injection. This control of pre and main injection is strong of depending on the dynamics and the given on-site parameters. The injection process is often disrupted. Sometimes the evasive piston dodges too late, so that the Pre-injection quantity is increased undesirably, sometimes begins the pilot injection is too late, so that in relation to the main injection too little pre-injection quantity injected and it may also happen that the interruption between Pre and main injection not sufficiently pronounced is. The known fuel injection valve also has a damping space on the back of the valve needle on that via a throttle connection with which the spring receiving fuel-filled space is connected. This Space is under low pressure, e.g. B. that of the pre-feed pump the fuel injection pump or the return pressure. The Throttle point between the damping chamber and the fuel-filled Space is designed so that the valve needle initially a relatively large throttle cross section in their Release starting or closing position, but then this Throttle cross section during the opening movement of the valve needle is reduced, so that an increasing damping effect or an increasing restoring force on the valve needle takes effect. The there in connection with the control of the The pre-injection design is said to be exact Allow separation between pre and main injection under Consideration of the dynamic behavior of the evasive piston, which is also the opening behavior of the Valve needle affected. Through the throttle opening Opening movement of the valve needle braked so that the Volume removal of the valve needle when opening the valve needle at the beginning of the pre-injection, the pressure drop rate is not too high when acting on the valve needle Fuel pressure occurs. This is particularly true in the area of low speed effective where the fuel delivery rate of the Fuel injection pump is lower and therefore not quickly enough a caused by opening the valve needle Pressure drop can be compensated. This measure is particularly important for triggering the evasive movement the interruption between the pre-injection and the main injection generating alternative piston.
Bei der gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe wird im Gegensatz dazu die Unterteilung zwischen Vor- und Haupteinspritzung allein durch das Magnetventil zu gezielten Zeitpunkten gesteuert. Hier treten andere, bereits eingangs beschriebene Nachteile aufgrund der schnellen Schaltbewegungen des elektrischen Steuerventils mit starken Druckstößen auf. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe diese Nachteile mit ihrer Auswirkung auf die Einspritzgenauigkeit zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.In contrast to the generic fuel injection pump plus the subdivision between pre and main injection solely through the solenoid valve at specific times controlled. This is where other, already described, occur Disadvantages due to the fast switching movements of the electrical control valve with strong pressure surges. The object of the invention is in a generic Fuel injection pump these disadvantages with their impact to avoid the injection accuracy. This The object is achieved by the features of the license plate of claim 1 solved.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden Druckstöße, die auf die Schaltbewegungen des elektrisch gesteuerten Ventils zurückzuführen sind, und die die Dynamik der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils beeinflussen würden, dadurch gemindert, daß die Ventilnadel zwar schnell auf eine Erhöhung des Druckes bzw. auf die Steuerung des Einspritzbeginns durch Schließen der Entlastung des Pumpenarbeitsraumes mittels des elektrisch gesteuerten Ventils anspricht, daß aber in der Folge die Bewegung der Ventilnadel in vorteilhafter Weise kontrolliert wird. Durch die zunehmende Verringerung des Q uerschnitts der Drosselöffnung bei Auslenkung der Ventilnadel wird deren Bewegung im wesentlichen unabhängig von unterschiedlichen Druckaufbaugeschwindigkeiten bzw. Druckstößen. Die Ventilnadel führt eine gleichmäßige Hubbewegung durch, die durch die Drosselöffnung bzw. durch den an dieser ausströmenden Kraftstoff gesteuert wird. Umgekehrt, wenn zur Beendigung der Voreinspritzung der Pumpenarbeitsraum über das elektrisch gesteuert Ventil schnell entlastet wird und daraus resultierenden Druckwellen zwischen Kraftstoffeinspritzpumpe und Kraftstoffeinspritzventil auftreten, wird ab Beginn der Umkehrung der Bewegung der Ventilnadel in Richtung Schließstellung infolge Hohlraumbildung im Dämpfungsraum praktisch keine Drosselung wirksam sein, so daß die erwünschte schnelle Schließbewegung der Ventilnadel erreicht wird. Im Zusammenhang mit dem schnellschaltenden elektrisch gesteuerten Ventil ergeben sich somit neue Vorteile und positive Auswirkungen auf das Steuerergebnis des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung angegeben, denen vorteilhafte Anpassungen an die Gegebenheiten des jeweiligen Einspritzsystems und dessen Dynamik möglich sind.The solution according to the invention causes pressure surges on the switching movements of the electrically controlled valve and the dynamics of the valve needle of the Would affect fuel injector, thereby reducing that the valve needle quickly increases the pressure or the control of the start of injection by closing the relief of the pump workspace by means of of the electrically controlled valve responds, but that as a result, the movement of the valve needle is advantageous Way is controlled. By the increasing decrease the cross section of the throttle opening when the Valve needle movement is essentially independent of different pressure build-up speeds or Pressure surges. The valve needle performs an even stroke movement through, through the throttle opening or through the this outflowing fuel is controlled. Vice versa, if to stop the pre-injection of the pump work space Relieved quickly via the electrically controlled valve and resulting pressure waves between the fuel injection pump and fuel injector occur will start moving the valve needle in Direction of the closed position due to the formation of cavities in the damping space practically no throttling will be effective, so that the desired rapid closing movement of the valve needle is achieved becomes. In connection with the fast switching Electrically controlled valve thus offers new advantages and positive effects on the tax result of the fuel injection system according to the invention. In the subclaims are advantageous developments of the invention Solution indicated that advantageous adjustments to the conditions of the respective injection system and whose dynamics are possible.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die von einem Magnetventil gesteuert wird, Figur 2 einen Längsschnitt durch den mittleren Teil eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils als Teil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungswesentlichen Teils des Kraftstoffeinspritzventils gemäß Figur 2 und Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungswesentlichen Teils am Kraftstoffeinspritzventil.Two embodiments of the invention are in the drawing in connection with the description below explained. FIG. 1 shows a basic illustration of a Fuel injection pump controlled by a solenoid valve 2 shows a longitudinal section through the middle Part of a first embodiment of a fuel injection valve as part of the fuel injection system according to the invention, Figure 3 shows a first embodiment of the part of the fuel injection valve essential to the invention a second embodiment according to Figure 2 and Figure 4 of the part essential to the invention on the fuel injector.
Die erfindungsgemäße Lösung ist anhand einer Verteilereinspritzpumpe
realisierbar, wie sie schematisch in der Figur 1
dargestellt ist. Es handelt sich dort um eine Verteilereinspritzpumpe
der Axialkolbenbauart, wenn auch der Gegenstand
der Erfindung auch bei anderen Kraftstoffeinspritzpumpen
verwendbar ist, wie z. B. Verteilereinspritzpumpen der Radialkolbenpumpenbauart
oder Einzelpumpen mit nur einem Pumpenkolben
zur Versorgung eines einzelnen Zylinders einer
Brennkraftmaschine oder Reihenpumpen. Bei der Verteilereinspritzpumpe
der in Figur 1 gezeigten Art ist ein Pumpenkolben
1 vorgesehen, der in einer Zylinderbohrung 2 verschieb-
und verdrehbar angeordnet ist und dort stirnseitig einen
Pumpenarbeitsraum 10 einschließt. Der Pumpenkolben ist dabei
mit einer Nockenscheibe 6, die axial nach unten weisende
Nocken aufweist, z. B. über eine nicht weiter gezeigte Feder
gekoppelt. Die Nockenscheibe wird rotierend von einer nicht
weiter gezeigten Antriebswelle in bekannter Weise angetrieben,
wobei die Nockenscheibe unter Einfluß der Feder auf einem
bekannten axial feststehenden Rollenring abläuft und in
der Folge den Pumpenkolben in eine hin- und hergehende Pumpen-
und ansaugende Bewegung versetzt. Bei seiner Drehbewegung
in Zuordnung zu einem Pumpenförderhub, bei dem aus dem
Pumpenarbeitsraum 10 Kraftstoff unter Hochdruck verdrängt
wird, kommt der Pumpenkolben mit einer von mehreren Einspritzleitungen
7 über eine Verteilernut 8 in der Mantelfläche
des Pumpenkolbens in Verbindung. Die Verteilernut ist
dabei über einen Längskanal 9 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum
verbunden. Die Einspritzleitung führt über ein Druckventil
12 zu einem Kraftstoffeinspritzventil 3, das dem jeweiligen
Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist.The solution according to the invention is based on a distributor injection pump
realizable, as shown schematically in FIG. 1
is shown. It is a distributor injection pump
the axial piston type, even if the object
the invention also in other fuel injection pumps
is usable such. B. radial piston pump type injection pumps
or single pumps with only one pump piston
to supply a single cylinder
Internal combustion engine or in-line pumps. With the distributor injection pump
The type shown in Figure 1 is a pump piston
1 provided, which moves in a cylinder bore 2
and is rotatably arranged and there on the front
Die Versorgung des Pumpenarbeitsraumes 10 mit Kraftstoff erfolgt
über eine Saugleitung 15, die von einem Saugraum 17,
der im wesentlichen nur noch gestrichelt dargestellt ist,
und innerhalb des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzpumpe eingeschlossen
ist, versorgt. Der Saugraum erhält Kraftstoff
von einer Kraftstofförderpumpe 18, die synchron zur Kraftstoffeinspritzpumpe,
z. B. von der Antriebswelle her, angetrieben
wird und somit Kraftstoff in drehzahlabhängigen Mengen
in den Saugraum fördert. Mit Hilfe eines zusätzlichen
Drucksteuerventils 19 wird der Druck im Saugraum üblicherweise
drehzahlabhängig gesteuert, wenn mit Hilfe dieses
Drucks Zusatzfunktionen der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert
werden sollen. Über eine Überlaufdrossel 22 fließt beständig
Kraftstoff zum Vorratsbehälter 23 zurück, so daß für
eine dadurch erzielte Kühlung der Einspritzpumpe bzw. Entgasung
des Saugraumes gesorgt ist. Die Saugleitung 15 führt
über ein Rückschlagventil 16 in den Pumpenarbeitsraum, wobei
das Rückschlagventil in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnet.
Parallel zu diesem Rückschlagventil ist ein elektrisch gesteuertes
Ventil 24 vorgesehen, das eine Bypassleitung 21
zum Druckventil 16 steuert und mit dessen Hilfe beim Öffnen
des Ventils eine Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum 10
und Saugraum 17 hergestellt ist und beim Schließen des Ventils
der Pumpenarbeitsraum 10 verschlossen ist. Das als Magnetventil
symbolisierte elektrisch gesteuerte Ventil 24
wird von einer Steuereinrichtung 25 entsprechend Betriebsparametern
in an sich bekannter Weise gesteuert.The
Mit Hilfe dieses elektrisch gesteuerten Ventils, das z. B.
beim Saughub des Pumpenkolbens zusätzlich zum Rückschlagventil
16 Kraftstoff dem Pumpenarbeitsraum zuleitet, wird der
Beginn der Hochdruckförderung des Pumpenkolbens derart gesteuert,
daß mit Hilfe dieses Ventils auch der Spritzbeginn
gesteuert wird. Beim Verschließen baut sich im Pumpenarbeitsraum
10 Einspritzdruck auf, der über Längskanal 9 und
die Verteilernut 8 einer der Einspritzleitungen 7 zugeführt
wird. Mit dem Wiederöffnen des elektrisch gesteuerten Ventils
wird diese Hochdruckförderung unterbrochen, so daß die
Schließzeit des Ventils den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge
bestimmt. Weiterhin kann durch dieses Ventil
auch eine Voreinspritzung realisiert werden, indem es zu Beginn
der Voreinspritzung geschlossen, nach Zumessung der
Voreinspritzmenge wieder geöffnet, nach einer Pause über den
Förderbeginn der Haupteinspritzmenge wieder geschlossen und
zur Beendigung der Haupteinspritzung wieder geöffnet wird. With the help of this electrically controlled valve, the z. B.
during the suction stroke of the pump piston in addition to the
In Figur 2 ist das in Figur 1 nur angedeutete Kraftstoffeinspritzventil
in Teilen im Schnitt dargestellt. Im Kraftstoffventil
wird über eine Zuführbohrung 27 im Gehäuse 26
des Kraftstoffeinspritzventils Kraftstoff zugeführt, der danach
über einen Druckkanal 28 einem Druckraum 29 zugeführt
wird. In diesen Druckraum ragt eine Ventilnadel 31 mit einer
dem Druckraum zugewandten Druckschulter 32, von der sich die
Ventilnadel mit verjüngtem Durchmesser fortsetzt und in eine
Kegelspitze 33 übergeht, mit der in einem Ventilsitz 34 mündende
Einspritzbohrungen 36 verschlossen werden, solange
sich die Ventilnadel mit ihrer Kegelspitze in Anlage am Ventilsitz
befindet. Die Ventilnadel ist in einer Längsbohrung
37 geführt und ragt mit ihrer Rückseite 38 in einen Dämpfungsraum
39, dessen der Rückseite 38 gegenüberliegende Begrenzungswand
einen Anschlag 40 für die Ventilnadel bildet.In Figure 2 is the fuel injector only indicated in Figure 1
shown in parts in section. In the fuel valve
is via a
Koaxial zur Achse der Ventilnadel führt aus dem Dämpfungsraum
40 eine Verbindungsöffnung 42 in ein innerhalb des
Kraftstoffeinspritzventils angeordneten kraftstoffgefüllten
Raum 43. In diesem kraftstoffgefüllten Raum 43 ist eine
Druckfeder 45 angeordnet, die sich gehäusefest abstützt und
andererseits an einem Federteller 46 anliegt, der durch die
vorgespannte Druckfeder auf einen Druckzapfen 48 gepreßt
wird, der durch die Verbindungöffnung 41 vom kraftstoffgefüllten
Raum in den Dämpfungsraum 39 ragt und die Kraft der
Druckfeder 45 auf die Ventilnadel 31 überträgt.Coaxial to the axis of the valve needle leads out of the damping space
40 a
Wie in den Figuren 3 und 4 größer dargestellt, weist der
Druckzapfen 48 eine Ausnehmung 50 auf, die in Figur 3 in einer
Ebene längs der Achse 51 der Ventilnadel einen trapezförmigen
Verlauf hat. In Figur 3 ist dabei die Ventilnadel
in ihrer Ausgangsstellung entsprechend verschlossenen Einspritzbohrungen
gezeigt. Die Ausnehmung 50 verbindet dabei
durch ihre Form den Dämpfungsraum 39 mit dem kraftstoffgefüllten
Raum 43. Die Verbindungsöffnung ist in diesem Ausführungsbeispiel
zudem so ausgeführt, daß sie vom kraftstoffgefüllten
Raum 43 sich trichterartig verengt und somit
am Übergang zum Dämpfungsraum eine Drossellippe 53 bildet,
die zusammen mit der Ausnehmung 50 den Querschnitt einer
Drosselöffnung 54 bildet. Für diese Ausbildung einer Drossellippe
ist es günstig, wenn die Verbindungsöffnung eine
Bohrung ist, diese Bohrung zwischen druckgefülltem Raum 43
und Dämpfungsraum dämpfungsraumseitig als Stufenbohrung auszuführen,
so daß der Drossellippe 53 zunächst noch ein Absatz
folgt und dann erst der Übergang zum Anschlag 40 erfolgt.As shown larger in Figures 3 and 4, the
In der gezeigten Stellung ist der Querschnitt der Drosselöffnung
54 am größen und wird dann infolge der Aufwärtsbewegung
der Ventilnadel mit der die Trapezform bildenden geneigten
seitlichen Begrenzungswand der Ausnehmung 50 zunehmend
reduziert.In the position shown is the cross section of the
Eine zweite Ausführungsform ist in Figur 4 dargestellt. Hier
ist die Ausnehmung 150 zur Seite des kraftstoffgefüllten
Raums 43 hin mit in einer Radialebene zur Achse 51 der Ventilnadel
liegenden Begrenzungswand 56 versehen, während die
zum Dämpfungsraum 39 weisende Begrenzungswand 57 der Ausnehmung
im schrägen Winkel zur Achse 51 verläuft. Die Verbindungsöffnung
ist wiederum als Stufenbohrung ausgeführt und
hat im vorliegenden Falle keine Drossellippe. Die zum Dämpfungsraum
weisende Kante 58 bildet hier zusammen mit der
Ausnehmung 151 den sich mit dem Hub der Ventilnadel laufend
ändernden Drosselquerschnitt.A second embodiment is shown in FIG. 4. Here
is the recess 150 to the side of the fuel-filled
Neben der in den Figuren 3 und 4 realisierten kontinuierlichen
Änderung des Drosselquerschnitts kann durch entsprechende
Ausgestaltung der Ausnehmung 50 bzw. 150 auch eine
gestufte Reduzierung des Drosselquerschnitts erzielt werden.
Wesentlich ist, daß bei Hubbeginn der Ventilnadel ein größter
Querschnitt als Überströmquerschnitt zwischen Dämpfungsraum
39 und Raum 43 vorhanden ist, der über eine Entlastungsbohrung
59 entlastbar ist und auch über diese Bohrung
mit unter geringem Druck stehenden Kraftstoff versorgt werden
kann. Dieser Kraftstoff kann dem Rücklauf der
Kraftstoffeinspritzpumpe, dem Saugraum oder einer Leckleitung
entnommen werden. Leckkraftstoff tritt auch vom Druckraum
59 über die Führung der Ventilnadel in den Dämpfungsraum
39 ein, so daß dieser stets mit Kraftstoff gefüllt ist.
Die anfänglich nur geringe Drosselung der Entlastung des
Dämpfungsraumes 39 bewirkt grundsätzlich ein kontrolliertes
Abheben der Ventilnadel bei Druckbeaufschlagung durch Einspritzdruck
auf ihre Druckschulter 32, so daß es zu keinem
unkontrollierten Druckabfall im Druckraum 29 kommt. Bei Weiterbewegung
der Ventilnadel erhöht sich mit abnehmendem
Drosselquerschnitt die Dämpfung, so daß die Ventilnadel bis
Erreichen ihres Hubanschlages eine kontrollierte, gleichmäßige
Öffnungsbewegung durchführt. Der Massenstrom nimmt mit
der Quadratwurzel des Einspritzdruckes, also degressiv zu.
Damit wird die Abhängigkeit von Druckstößen bei der Öffnungsbewegung
der Ventilnadel verringert und das Einspritzergebnis
in hohem Maße unabhängig von unkontrollierbaren dynamischen
Hubschwankungen im Einspritzsystem, die durch
schlagartige Belastung und Entlastung des Systems über das
elektrisch gesteuerte Ventil entstehen. Es wird die Einspritzgenauigkeit
wesentlich erhöht in Verbindung mit der
Möglichkeit, Menge und Zeit der Voreinspritzung in Abhängigkeit
von vielen Parametern zu steuern.In addition to the continuous one realized in FIGS. 3 and 4
The throttle cross section can be changed by appropriate
Design of the
Wird die Änderung des Drosselquerschnitts im Laufe der Öffnungsbewegung der Ventilnadel bis zu ihrem höchsten Öffnungshub bei Erreichen eines Öffnungsanschlages derart durch geeignete Ausgestaltung der Ausnehmung am Zapfen gestaltet, daß der Drosselquerschnitt zum Öffnungshubbeginn der Ventilnadel groß, dann insbesondere zunehmend verringert wird und schließlich danach wieder vergrößert wird, so erhält man zum Ende der Einspritzphase eine schnellere Öffnungsbewegung der Ventilnadel. Diese Erhöhung der Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel bewirkt dabei eine größere Einspritzrate zum Ende der Einspritzphase hin, und dies führt insgesamt zu einer Verkürzung der Einspritzdauer. Dabei kann der Drosselquerschnitt bzw. der Verbindungsquerschnitt zwischen Dämpfungsraum und kraftstoffgefülltem Raum zum Ende des Ventilnadelhubes durchaus größer sein als der Drosselquerschnitt zu Hubbeginn der Ventilnadel. In einfacher Weise sind solche Querschnitte durch Anschliffe an dem Druckzapfen verwirklichbar, die mit den beiden Begrenzungskanten einer zylindrisch ausgebildeten Verbindungsöffnung 41 zusammenwirken.Will the change in the throttle cross section in the course of the opening movement the valve needle up to its highest opening stroke when reaching an opening stop suitable design of the recess on the pin, that the throttle cross section at the beginning of the opening stroke of the valve needle large, then in particular is increasingly reduced and is then finally enlarged again, so you get to At the end of the injection phase, the opening movement of the Valve needle. This increase in the opening speed of the Valve needle causes a higher injection rate at the end the injection phase and this leads to an overall Shortening the injection period. The throttle cross section or the connection cross-section between the damping space and fuel-filled space at the end of the valve needle stroke be quite larger than the throttle cross section Start of valve needle stroke. Such are simple Cross sections can be achieved by grinding the pressure pin, the one with the two boundary edges is cylindrical trained connection opening 41 cooperate.
Die Schließbewegung der Ventilnadel ist wegen des sich
schnell vergrößernden Drosselquerschnitts und dem Wegfall
der Dämpfungswirkung des Dämpfungsraumes 39 kaum behindert,
so daß die Ventilnadel nach Spritzende schnell schließt und
die Voreinspritzperiode bzw. die Haupteinspritzung exakt beendet
werden.The closing movement of the valve needle is because of itself
rapidly increasing throttle cross section and the elimination
hardly dampens the damping effect of the damping
Claims (2)
- Fuel injection system with a fuel injection pump having a pump working space (10) and with a fuel injection valve (13) supplied from the pump working space with fuel which is brought to injection pressure, as well as with an electrically controlled valve (24), via which the pump working space (10) of the fuel injection pump is connected to a relief space (17) or closed in order to control the injection quantity and injection period and to interrupt injection between preinjection and main injection, characterized in that, for controlling at least one injection port (36), the injection valve (13) has a valve needle (31), on which fuel supplied from the pump working space (10) acts in the opening direction and which is loaded in the closing direction by a spring (45) which is arranged in a fuel-filled space (43) relieved of high pressure, and the valve needle (31) delimits, on its side facing away from the injection port (36), a damping space (39), the axial delimiting wall of which forms a stop (40) for limiting the stroke movement of the valve needle (31) and which is connected to the fuel-filled space (43) via a throttle port (54), the throttle port being formed by a connecting port (42) between the damping space and fuel-filled space and by a recess (50) on a thrust pin (48) which projects through this connecting port into the fuel-filled space, is moved by the valve needle and is loaded by the spring, and, by means of the recess moved together with the thrust pin, the cross-section of the throttle port (54) being large at the start of the stroke of the valve needle in the opening direction and being reduced in the course of the stroke movement of the valve needle.
- Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that, after a stroke phase with a reduced cross-section, the cross-section of the throttle port is increased again at the end of the stroke movement of the valve needle.
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