EP1125054B1 - Fuel injection method and device - Google Patents
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- EP1125054B1 EP1125054B1 EP00954391A EP00954391A EP1125054B1 EP 1125054 B1 EP1125054 B1 EP 1125054B1 EP 00954391 A EP00954391 A EP 00954391A EP 00954391 A EP00954391 A EP 00954391A EP 1125054 B1 EP1125054 B1 EP 1125054B1
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- F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
Definitions
- the invention relates to a method and a device for carrying out a Fuel injection
- the fuel injection according to the invention can be performed both stroke-controlled and pressure-controlled.
- a hubae horrte Kraftstoffeinsoritzung that the opening and closing of the injection port by means of a displaceable valve member due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle chamber and in a control chamber.
- a pressure reduction within the control chamber causes a stroke of the valve member.
- an actuator actuator, actuator
- the valve member In a pressure-controlled Kraftscherinsoritzung according to the invention, the valve member is moved against the pressure prevailing in the nozzle chamber of an injector fuel pressure against the action of a closing force (spring), so that the injection port for injection of fuel from the nozzle chamber is released into the cylinder.
- injection pressure The pressure with which fuel exits the nozzle chamber into a cylinder of an internal combustion engine
- system pressure is understood to mean the pressure below which fuel is available or stored in the fuel injector.
- a stroke-controlled injection is for example by DE 196 19 523 A1 known.
- the achievable injection pressure is here through the pressure storage space (rail) and the high pressure pump limited to about 1600 to 1800 bar.
- a pressure booster unit is possible, as they For example, from US 5,143,291 or US 5,522,545 is known.
- the disadvantage of this pressure-translated systems lies in a lack of flexibility of injection and a poor quantity tolerance in the metering of small amounts of fuel.
- JP 08277762 A In a fuel injection device described in JP 08277762 A are for Increasing the flexibility of the injection and the metering accuracy of the pilot injection two pressure accumulator spaces provided with different pressures. These two Pressure accumulator rooms require a high manufacturing cost and high Production costs, wherein the maximum injection pressure continues through the fuel pump and the accumulator space is limited.
- Inventive developments are in the Claims 2 to 7 contain.
- the pre and post injection with one opposite the main injection lower injection pressure can be carried out reproducibly. It is a high injection pressure at a low pressure in the central pressure storage space realizable.
- the high pressure generation of the fuel takes place directly in the area of the injection (Metering) instead, so that the efficiency as a result of a smaller High-pressure volume increased.
- the use of engine oil to control the Pressure booster unit of one embodiment ensures increased safety the implementation of the procedure.
- the injection pressure can be at another Embodiment hydraulically generated during the mechanical means of a High pressure pump generated portion stored in the accumulator room and not to Injection is used. It comes due to the low pressure to a reduced Load the high-pressure pump, because this only for filling the accumulator space not but is used for injection itself.
- a fuel injection device 1 promotes a volume-controlled fuel pump 2 fuel 3 from a reservoir 4 via a feed line 5 in a central pressure storage chamber 6 (common rail).
- a plurality of pressure lines 7 corresponding to the number of individual cylinders lead to the individual injectors 8.
- the pressure line 11 can be connected either by means of a valve unit 10 for pressure transmission control (3/2-way valve) to the pressure line 7 or connected to a leakage line 12.
- a system pressure of about 200 bar to 1000 bar can be stored, which is further amplified by means of the pressure booster unit 9.
- the pressure means 17 can with the help of the valve unit 10 and the pressure line 7 at one end be pressurized.
- a differential space 17 ' is by means of the leakage line 15th depressurized, so that the pressure medium 17 to reduce the volume of a Pressure chamber 13 can be moved.
- the pressure medium 17 is in Compression direction moves, so that in the pressure chamber 13 compressed fuel (first Injection pressure) a control chamber 19 and a nozzle chamber 20 can be supplied.
- One Check valve 14 prevents the return of compressed fuel in the Pressure storage chamber 6. By means of a suitable area ratio in a primary chamber 13 'and the pressure chamber 13 can be generated in this way a second higher pressure become.
- throttling within one of the valves 10 or 29 may be during the injection variable injection pressure and thus a shaping of the injection curve by a Cross-sectional control can be achieved, the pressure in the control chamber 19 at a Control of the cross section of the valve 29 is affected, and thus throttling the Injection pressure at the valve sealing surface 22 via the valve member 21 is achieved.
- piezo actuators as well also fast magnetic actuators conceivable.
- pressure line 18 In a communicating with the pressure chamber 13 in communication pressure line 18 builds up Pressure, which is also present in the control chamber 19 and the nozzle chamber 20.
- the injection takes place via a fuel metering with the help of a in a guide bore axially slidable piston-shaped valve member 21 with a conical valve sealing surface 22 at its one end, with which it has a valve seat on the injector housing Injector unit 8 interacts.
- At the valve seat surface of the injector are Injection openings provided.
- Within the nozzle space 20 is one in the opening direction of the valve member 21 facing pressure surface exposed to the pressure prevailing there, the is supplied via the pressure line 18 to the nozzle chamber 20.
- Coaxial with a valve spring 23 further engages the valve member 21 to a pressure piece 24 which, with its valve sealing surface 22 facing away from end 25 the control chamber 19 limited.
- the control room 19 has from Fuel pressure port forth an inlet with a first throttle 26 and a drain to a pressure relief line 27 with a second throttle 28 passing through a 2/2-way valve 29 is controlled.
- the nozzle chamber 20 is placed over an annular gap between the valve member 21 and the Guide bore continues to the valve seat surface of the injector. About the pressure in the Control chamber 19, the pressure member 24 is pressurized in the closing direction.
- the pressure in the control chamber 19 be degraded, so that in the sequence in the opening direction on the valve member 21st acting pressure force in the nozzle chamber 20 acting in the closing direction on the valve member 20 Pressure force exceeds.
- the valve sealing surface 22 lifts off the valve seat surface and fuel is injected. In this case, the pressure relief process of the control chamber 19 and Thus, the stroke control of the valve member 21 via the dimensioning of the throttle 26 and affect the throttle 28.
- the end of the injection is achieved by pressing (closing) the 2/2-way valve again 29 introduced, which decouples the control chamber 19 again from the pressure relief line 27, so that in the control chamber 19, a pressure builds up again, the pressure piece 24 in Can move closing direction.
- the valve units are powered by electromagnets for opening or closing or Switching operated.
- the electromagnets are controlled by a control unit, the various operating parameters (engine speed, .%) of the supplied Monitor and process internal combustion engine.
- piezo-actuator elements instead of the solenoid-controlled valve units, piezo-actuator elements (actuator, Actuator) are used, the necessary temperature compensation and possibly a have required force or displacement ratio.
- the pressure booster unit 9 is arranged in a modification of the fuel injection device 1 outside of the injector 8 and now in the region of the pressure storage chamber 6.
- the size of the injector 8 decreases.
- the valve 10 can be arranged on the pressure storage space and the pressure booster unit can be arranged on the injector.
- the pressure storage space 6 for controlling the pressure booster unit 9 is filled via the delivery line 45 and the pump 42 with engine oil or another suitable pressure fluid 43 from a reservoir 44.
- the low pressure side 16 of the pressure means 17 can either be pressurized via the pressure line 47 or connected to a leakage line 48. The switching is achieved by the 3/2-way valve 10.
- the pressure chamber 13 is via the check valve 14 with fuel from another Reservoir filled or can with the help of a feed pump - as shown - with a low pre-feed pressure.
- the injection takes place as in FIG. 1 described.
- the second system pressure can be generated using a pressure-limiting valve in the form of a check valve 50 in the area of the pressure booster unit ( FIG. 4 ).
- the check valve 50 opens at a pressure of about 300 bar.
- the pressure chamber 13 is filled with the aid of a fuel pump from a reservoir via the check valve 14 with fuel.
- the pressure chamber 13 remains at a low stroke of the first returned and then moved in the direction of the bottom of the pressure chamber 13 pressure medium 17 connected to the check valve 50, so that the pressure in the pressure chamber 13 is limited to 300 bar to fuel this pressure the pressure chamber 20 and the control room 19 zuzu dining.
- the check valve 14 prevents the return of compressed fuel in the direction of the fuel pump second
- a pressure-controlled fuel injection device 51 is shown in FIG .
- a high-pressure pump 52 delivers fuel 53 from a reservoir 54 via a feed line 55 into a pressure storage chamber 56 storing the fuel 53 at a pressure of 300 to 800 bar, which is connected to individual injectors 58 via individual pressure lines 57.
- the injection pressure of each injector 58 is generated by a pressure transmission unit 59 arranged within each injector 58.
- a valve unit 60 (3/2-way valve)
- the injection pressure controlled realized.
- a valve member 61 may move away from the valve seat surface 63 of the injector housing against the closing force of a compression spring 62 when a nozzle space 64 is filled with pressurized fuel.
- the pressure booster unit 59 is connected to a leakage line 66.
- a pressure chamber 67 can be filled via a check valve 68.
- valve 60 By a continuous cross-sectional control of the valve 60 may (as in Fig. 1) a Injection molding can be realized.
- multi-stage valves can also by different throttle positions different injection pressure levels be achieved.
- actuators here piezo plate or magnetic actuators are conceivable.
- the pressure booster unit 59 and the valve unit 60 are located outside the injector 58 in the region of the pressure storage chamber 56 in the case of a pressure-controlled fuel injection device 51.
- the pressure generation and amplification of the fuel 74 supplied from a reservoir are realized with engine oil as the pressure fluid 72.
- the pressure booster unit 73 acts as a coupling element between the fuel supply and the pressure fluid supply.
- a second system pressure is achieved by throttling within a valve cross-section of a valve unit 75 (see also the description of FIGS. 1 to 6).
- FIG. 8 shows a pressure-controlled fuel injection device 81 with a use of a pressure limitation of the fuel compressed in the pressure chamber 82 (see also the analog stroke-controlled variant of FIG. 4).
- the pressure in the pressure chamber 82 of the pressure booster 84 is limited to about 300 bar, because the pressure chamber 82 is connected via a check valve with a leakage line 87.
- this pressure limiting path closes and the full injection pressure is generated.
- valve unit 86 This allows a low pressure pilot injection by a separate actuation a valve unit 86.
- a valve unit 86 In a main injection can also be a boot injection produce.
- the valve unit 86 can by magnetic actuators (in throttling in the range of Valve seat surface must be formed a path control of the solenoid valve) directly or hydraulically supported or controlled (control piston and control chamber). Also by the use of a piezo actuator, an injection course forming (Bootinjetechnisch) are realized in the main injection. This also applies to all Embodiments of the invention.
- Fig. 9 relates to a pressure-controlled fuel injector 91 with an injection nozzle modified from those shown so far.
- fuel or alternatively engine oil is conveyed into a pressure storage space at a pressure of about 300 to about 800 bar.
- the injection pressure is generated locally for each cylinder via a pressure booster unit.
- the pressure booster unit also acts as a coupler.
- a 3/2-way valve 92 with a cross-sectional control or a piezoelectric actuator the injection pressure controlled realized.
- the low pressure side of the pressure booster unit is on leak oil and can be filled via a check valve 93.
- a second injection pressure can be formed.
- a Vario or Vario register nozzle is used instead of the blind hole or seat hole nozzles already shown in the preceding figures.
- the available opening cross-section of the nozzle holes is variable.
- the course of injection can be better adapted to the requirements of the engine.
- a Vario register nozzle several nozzle rows can be opened step by step.
- the control for the hydraulic stroke stop 94 of the nozzle can take place simultaneously both within the injector 95 and centrally for all injectors.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung,The invention relates to a method and a device for carrying out a Fuel injection,
Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzung gemäß der Erfindung kann sowohl hubgesteuert als auch druckgesteuert durchgeführt werden. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer hubaesteuerten Kraftstoffeinsoritzung verstanden, daß das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe eines verschieblichen Ventilglieds aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoffdrücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgt. Eine Druckabsenkung innerhalb des Steuerraums bewirkt einen Hub des Ventilglieds. Alternativ kann das Auslenken des Ventilglieds durch ein Stellglied (Aktor, Aktuator) erfolgen. Bei einer druckaesteuerten Kraftstoffeinsoritzung gemäß der Erfindung wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoffdruck das Ventilglied gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt, so daß die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z.B. eine Führungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckniveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.For a better understanding of the description and the claims, some terms are explained below: The fuel injection according to the invention can be performed both stroke-controlled and pressure-controlled. In the context of the invention is meant a hubaesteuerte Kraftstoffeinsoritzung that the opening and closing of the injection port by means of a displaceable valve member due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle chamber and in a control chamber. A pressure reduction within the control chamber causes a stroke of the valve member. Alternatively, the deflection of the valve member by an actuator (actuator, actuator) take place. In a pressure-controlled Kraftstoffeinsoritzung according to the invention, the valve member is moved against the pressure prevailing in the nozzle chamber of an injector fuel pressure against the action of a closing force (spring), so that the injection port for injection of fuel from the nozzle chamber is released into the cylinder. The pressure with which fuel exits the nozzle chamber into a cylinder of an internal combustion engine is referred to as injection pressure , while a system pressure is understood to mean the pressure below which fuel is available or stored in the fuel injector. Fuel metering means to provide a defined amount of fuel for injection. Leakage is understood to mean an amount of fuel that arises during operation of the fuel injection device (eg a pilot leakage ), is not used for injection and is conveyed back to the fuel tank. The pressure level of this leakage may have a steady state pressure, with the fuel subsequently being expanded to the pressure level of the fuel tank.
Eine hubgesteuerte Einspritzung ist beispielsweise durch die DE 196 19 523 A1 bekanntgeworden. Der erreichbare Einspritzdruck ist hier durch den Druckspeicherraum (rail) und die Hochdruckpumpe auf ca. 1600 bis 1800 bar begrenzt.A stroke-controlled injection is for example by DE 196 19 523 A1 known. The achievable injection pressure is here through the pressure storage space (rail) and the high pressure pump limited to about 1600 to 1800 bar.
Zur Erhöhung des Einspritzdruckes ist eine Druckübersetzungseinheit möglich, wie sie beispielsweise aus der US 5,143,291 oder der US 5,522,545 bekannt ist. Der Nachteil dieser druckübersetzten Systeme liegt in einer mangelnden Flexibilität der Einspritzung und einer schlechten Mengentoleranz bei der Zumessung kleiner Kraftstoffmengen.To increase the injection pressure, a pressure booster unit is possible, as they For example, from US 5,143,291 or US 5,522,545 is known. The disadvantage of this pressure-translated systems lies in a lack of flexibility of injection and a poor quantity tolerance in the metering of small amounts of fuel.
Bei einer in der JP 08277762 A beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind zur Erhöhung der Flexibilität der Einspritzung und der Zumeßgenauigkeit der Voreinspritzung zwei Druckspeicherräume mit unterschiedlichen Drücken vorgesehen. Diese beiden Druckspeicherräume erfordern einen hohen Fertigungsaufwand und hohe Herstellungskosten, wobei der maximale Einspritzdruck weiterhin durch die Kraftstoffpumpe und den Druckspeicherraum begrenzt ist.In a fuel injection device described in JP 08277762 A are for Increasing the flexibility of the injection and the metering accuracy of the pilot injection two pressure accumulator spaces provided with different pressures. These two Pressure accumulator rooms require a high manufacturing cost and high Production costs, wherein the maximum injection pressure continues through the fuel pump and the accumulator space is limited.
Aus der Druckschrift US 5,423,484 ist ein System mit einer Kraftstoffeinspritzung mit einer Hochdruckpumpe und einem Druckspeicherraum zur Erzeugung und Speicherung eines ersten Systemdrucks mit einer Druckübersetzungseinheit, mittels derer während der Einspritzung ein höherer Einspritzdruck erzeugt wird, bekannt. Die Formung des Einspritzdrucks erfolgt durch Absteuerung über ein Druckbegrenzungsventil oder einen Ausweichkolben.From the document US 5,423,484 is a system with a Fuel injection with a high pressure pump and a pressure storage room to Generation and storage of a first system pressure with a Pressure booster unit, by means of which during the injection a higher Injection pressure is generated, known. The shaping of the injection pressure is carried out by Absteuerung via a pressure relief valve or a bypass piston.
Zur besseren Dosiermöglichkeit der Einspritzung und Durchführung schneller Schaltzeiten
wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß
Patentanspruch 8 vorgeschlagen. Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den
Patentansprüchen 2 bis 7 enthalten. Die Vor- und Nacheinspritzung mit einem gegenüber
der Haupteinspritzung geringerem Einspritzdruck kann reproduzierbar durchgeführt werden.
Es ist ein hoher Einspritzdruck bei einem geringen Druck im zentralen Druckspeicherraum
realisierbar. Die Hochdruckerzeugung des Kraftstoff findet direkt im Bereich der Einspritzung
(Zumessung) statt, so daß sich der Wirkungsgrad in Folge eines kleineren
Hochdruckvolumens erhöht. Die Verwendung von Motoröl zur Ansteuerung der
Druckübersetzungseinheit einer Ausführungsform gewährleistet eine erhöhte Sicherheit bei
der Durchführung des Verfahrens. Der Einspritzdruck kann bei einer anderen
Ausführungsform hydraulisch erzeugt werden, während der mechanisch mittels einer
Hochdruckpumpe erzeugte Anteil im Druckspeicherraum gespeichert und nicht zur
Einspritzung verwendet wird. Es kommt auf Grund des geringen Drucks zu einer reduzierten
Belastung der Hochdruckpumpe, weil diese nur zur Befüllung des Druckspeicherraums nicht
aber zur Einspritzung an sich herangezogen wird.For better dosing of the injection and implementation of fast switching times
According to the invention, a method according to
Acht Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erste hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
- Fig. 2
- eine zweite hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
- Fig. 3
- eine dritte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung eines separaten Druckfluids;
- Fig. 4
- eine vierte hubgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung einer Druckbegrenzung in der Druckübersetzungseinheit;
- Fig. 5
- eine erste druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
- Fig. 6
- eine zweite druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;
- Fig. 7
- eine dritte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung eines separaten Druckfluids;
- Fig. 8
- eine vierte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Verwendung einer Druckbegrenzung in der Druckübersetzungseinheit.
- Fig. 9
- eine fünfte druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Vario-Einspritzdüse
- Fig. 1
- a first stroke-controlled fuel injection device;
- Fig. 2
- a second stroke-controlled fuel injection device;
- Fig. 3
- a third stroke-controlled fuel injector using a separate pressurized fluid;
- Fig. 4
- a fourth stroke-controlled fuel injection device using a pressure limitation in the pressure booster unit;
- Fig. 5
- a first pressure-controlled fuel injection device;
- Fig. 6
- a second pressure controlled fuel injector;
- Fig. 7
- a third pressure controlled fuel injector using a separate pressurized fluid;
- Fig. 8
- a fourth pressure-controlled fuel injection device with use of a pressure limiting in the pressure booster unit.
- Fig. 9
- a fifth pressure controlled fuel injector with a Vario injector
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 fördert eine mengengeregelte Kraftstoffpumpe 2 Kraftstoff 3
aus einem Vorratsbehälter 4 über eine Förderleitung 5 in einen zentralen
Druckspeicherraum 6 (Common-Rail). Ausgehend von dem Druckspeicherraum 6 führen
mehrere, der Anzahl einzelner Zylinder entsprechende Druckleitungen 7 zu den einzelnen
Injektoren 8. Innerhalb jedem der in den Brennraum der zu versorgenden
Brennkraftmaschine ragenden Injektoren 8 (Einspritzvorrichtung) - In der Fig. 1 ist lediglich
einer der Injektoren 8 eingezeichnet - ist eine Druckübersetzungseinheit 9 angeordnet. Die
Druckleitung 11 kann mit Hilfe einer Ventileinheit 10 zur Druckübersetzungsansteuerung
(3/2-Wege-Ventil) entweder an die Druckleitung 7 angeschlossen werden oder mit einer
Leckageleitung 12 verbunden werden. In dem Druckspeicherraum 6 kann ein Systemdruck
von ca. 200 bar bis 1000 bar gespeichert werden, der mittels der Druckübersetzungseinheit
9 weiter verstärkt wird.In the illustrated in Fig. 1 the first embodiment of a
Das Druckmittel 17 kann mit Hilfe der Ventileinheit 10 und der Druckleitung 7 einenends
druckbeaufschlagt werden. Ein Differenzraum 17' ist mittels der Leckageleitung 15
druckentlastet, so daß das Druckmittel 17 zur Verringerung des Volumens einer
Druckkammer 13 verschoben werden kann. Das Druckmittel 17 wird in
Kompressionsrichtung bewegt, so daß in der Druckkammer 13 verdichteter Kraftstoff (erster
Einspritzdruck) einem Steuerraum 19 und einem Düsenraum 20 zugeführt werden kann. Ein
Rückschlagventil 14 verhindert den Rückfluß komprimierten Kraftstoffs in den
Druckspeicherraum 6. Mittels eines geeigneten Flächenverhältnisses in einer Primärkammer
13' und der Druckkammer 13 kann auf diese Weise ein zweiter höherer Druck erzeugt
werden. Wird die Primärkammer 13' mit Hilfe der Ventileinheit 10 an die Leckageleitung 12
angeschlossen, so erfolgt die Rückstellung des Druckmittels 17 und die Wiederbefüllung der
Druckkammer 13. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Druckkammer 13 und der
Primärkammer 13' öffnet das Rückschlagventil 14, so daß die Druckkammer 13 unter
Raildruck (Druck des Druckspeicherraums 6) steht und das Druckmittel 17 hydraulisch
können eine oder mehrere Federn in den Räumen 13, 13' und 17' angeordnet sein.The pressure means 17 can with the help of the
Durch Drosselung innerhalb eines der Ventile 10 oder 29 kann ein während der Einspritzung
variabler Einspritzdruck und somit eine Formung des Einspritzverlaufs durch eine
Querschnittssteuerung erreicht werden, wobei der Druck im Steuerraum 19 bei einer
Steuerung des Querschnitts des Ventils 29 beeinflußt wird, und somit eine Drosselung des
Einspritzdrucks an der Ventildichtfläche 22 über das Ventilglied 21 erreicht wird. Zur
Realisierung einer kontinuierlichen Querschnittssteuerung sind sowohl Piezoaktoren als
auch schnelle Magnetaktoren denkbar. Durch Ausführung mehrstufiger Ventile können statt
einer kontinuierlichen Formung des Einspritzdrucks mehrere unterschiedliche
Einspritzdruckniveaus während der Einspritzung durch verschiedene Drosselstellungen
erzeugt werden.By throttling within one of the
In einer mit der Druckkammer 13 in Verbindung stehenden Druckleitung 18 baut sich ein
Druck auf, der auch im Steuerraum 19 und im Düsenraum 20 ansteht. Die Einspritzung
erfolgt über eine Kraftstoff-Zumessung mit Hilfe eines in einer Führungsbohrung axial
verschiebbaren kolbenförmigen Ventilglieds 21 mit einer konischen Ventildichtfläche 22 an
seinem einen Ende, mit der es mit einer Ventilsitzfläche am Injektorgehäuse der
Injektoreinheit 8 zusammenwirkt. An der Ventilsitzfläche des Injektorgehäuses sind
Einspritzöffnungen vorgesehen. Innerhalb des Düsenraums 20 ist eine in Öffnungsrichtung
des Ventilglieds 21 weisende Druckfläche dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, der
über die Druckleitung 18 dem Düsenraum 20 zugeführt wird. Koaxial zu einer Ventilfeder 23
greift ferner an dem Ventilglied 21 ein Druckstück 24 an, das mit seiner der Ventildichtfläche
22 abgewandten Stirnseite 25 den Steuerraum 19 begrenzt. Der Steuerraum 19 hat vom
Kraftstoffdruckanschluß her einen Zulauf mit einer ersten Drossel 26 und einen Ablauf zu
einer Druckentlastungsleitung 27 mit einer zweiten Drossel 28, die durch ein 2/2-Wege-Ventil
29 gesteuert wird.In a communicating with the
Der Düsenraum 20 setzt sich über einen Ringspalt zwischen dem Ventilglied 21 und der
Führungsbohrung bis an die Ventilsitzfläche des Injektorgehäuses fort. Über den Druck im
Steuerraum 19 wird das Druckstück 24 in Schließrichtung druckbeaufschlagt.The
Bei Betätigung (Öffnen) des 2/2-Wege-Ventils 29 kann der Druck im Steuerraum 19
abgebaut werden, so daß in der Folge die in Öffnungsrichtung auf das Ventilglied 21
wirkende Druckkraft im Düsenraum 20 die in Schließrichtung auf das Ventilglied 20 wirkende
Druckkraft übersteigt. Die Ventildichtfläche 22 hebt von der Ventilsitzfläche ab und Kraftstoff
wird eingespritzt. Dabei läßt sich der Druckentlastungsvorgang des Steuerraums 19 und
somit die Hubsteuerung des Ventilglieds 21 über die Dimensionierung der Drossel 26 und
der Drossel 28 beeinflussen.Upon actuation (opening) of the 2/2-
Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) des 2/2-Wege-Ventils
29 eingeleitet, das den Steuerraum 19 wieder von der Druckentlastungsleitung 27 abkoppelt,
so daß sich im Steuerraum 19 wieder ein Druck aufbaut, der das Druckstück 24 in
Schließrichtung bewegen kann.The end of the injection is achieved by pressing (closing) the 2/2-way valve again
29 introduced, which decouples the
Die Ventileinheiten werden von Elektromagneten zum Öffnen oder Schließen bzw. Umschalten betätigt. Die Elektromagnete werden von einem Steuergerät angesteuert, das verschiedene Betriebsparameter (Motordrehzahl, ....) der zu versorgenden Brennkraftmaschine überwachen und verarbeiten kann.The valve units are powered by electromagnets for opening or closing or Switching operated. The electromagnets are controlled by a control unit, the various operating parameters (engine speed, ....) of the supplied Monitor and process internal combustion engine.
An Stelle der magnetgesteuerten Ventileinheiten können auch Piezostellelemente (Aktuator, Aktor) verwendet werden, die einen notwendigen Temperaturausgleich und evtl. eine erforderliche Kraft- bzw. Wegübersetzung besitzen.Instead of the solenoid-controlled valve units, piezo-actuator elements (actuator, Actuator) are used, the necessary temperature compensation and possibly a have required force or displacement ratio.
Nachfolgend werden in der Beschreibung zu den Figuren 2 bis 8 lediglich Unterschiede zur Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Figur 1 behandelt. Identische Bauteile werden nicht näher erläutert.Hereinafter, only differences in the description of the figures 2 to 8 Fuel injection device treated according to Figure 1. Identical components will not be closer explained.
Aus der Figur 2 ist ersichtlich, daß die Druckübersetzungseinheit 9 bei einer Abänderung
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 außerhalb des Injektors 8 und nunmehr im Bereich des
Druckspeicherraums 6 angeordnet ist. Die Baugröße des Injektors 8 verringert sich. Das
Ventil 10 kann am Druckspeicherraum und die Druckübersetzungseinheit kann am Injektor
angeordnet sein.From the figure 2 it can be seen that the
Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Figur 3 wird der Druckspeicherraum 6 zur
Ansteuerung der Druckübersetzungseinheit 9 über die Förderleitung 45 und die Pumpe 42
mit Motoröl oder einem anderen geeigneten Druckfluid 43 aus einem Vorratsbehälter 44
befüllt. Die Niederdruckseite 16 des Druckmittels 17 kann entweder über die Druckleitung 47
druckbeaufschlagt werden oder an eine Leckageleitung 48 angeschlossen werden. Die
Umschaltung ist durch das 3/2-Wege-Ventil 10 erreichbar.In the case of the fuel injection device according to FIG. 3 , the
Die Druckkammer 13 ist über das Rückschlagventil 14 mit Kraftstoff aus einem weiteren
Vorratsbehälter befüllbar oder kann mit Hilfe einer Vorförderpumpe - wie dargestellt - mit
einem geringen Vorförderdruck erfolgen. Die Einspritzung erfolgt wie zu Figur 1
beschrieben.The
Alternativ zur Drosselung des Kraftstoff im Bereich der Kraftstoffzumessung kann der zweite
Systemdruck unter Verwendung eines Druckbegrenzungsventils in Gestalt eines
Rückschlagventils 50 im Bereich der Druckübersetzungseinheit erzeugt werden (Figur 4).
Das Rückschlagventil 50 öffnet bei einem Druck von ca. 300 bar. Die Druckkammer 13 wird
mit Hilfe einer Kraftstoffpumpe aus einem Vorratsbehälter über das Rückschlagventil 14 mit
Kraftstoff befüllt. Hier bleibt die Druckkammer 13 bei geringem Hub des zunächst zurück
gestellten und dann in Richtung des Bodens der Druckkammer 13 bewegten Druckmittels 17
mit dem Rückschlagventil 50 verbunden, so daß der Druck in der Druckkammer 13 auf 300
bar begrenzt wird, um Kraftstoff dieses Druckes dem Druckraum 20 und dem Steuerraum 19
zuzuleiten. Das Rückschlagventil 14 verhindert den Rückfluß von verdichtetem Kraftstoff in
Richtung Kraftstoffpumpe 2.As an alternative to throttling the fuel in the area of the fuel metering, the second system pressure can be generated using a pressure-limiting valve in the form of a
Bei größerem Hub des Druckmittels 17 infolge der Druckbeaufschlagung des Druckmittels
17 mit einem Fluid aus dem Druckspeicherraum 6 wird der Zugang der Druckkammer 13 zur
Leckageleitung 49 verschlossen, so daß ein höherer Einspritzdruck erreicht wird. Bei der
Haupteinspritzung läßt sich damit eine sog. "Boot-Injection" durchführen, sowie eine
Voreinspritzung bei geringem Druck.With a larger stroke of the
In Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ist in der Figur 5 eine
druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 51 dargestellt. Wiederum fördert eine
Hochdruckpumpe 52 Kraftstoff 53 aus einem Vorratsbehälter 54 über eine Förderleitung 55
in einen den Kraftstoff 53 mit einem Druck von 300 bis 800 bar speichernden
Druckspeicherraum 56, der über einzelne Druckleitungen 57 mit einzelnen injektoren 58
verbunden ist. Ausgehend von dem Druckspeicherraum 56 wird der Einspritzdruck jedes
Injektors 58 durch eine innerhalb jedes Injektors 58 angeordnete Druckübersetzungseinheit
59 erzeugt. Mittels einer Ventileinheit 60 (3/2-Wege-Ventils) wird die Einspritzung
druckgesteuert realisiert. Ein Ventilglied 61 kann sich gegen die Schließkraft einer
Druckfeder 62 von der Ventilsitzfläche 63 des injektorgehäuses weg bewegen, wenn ein
Düsenraum 64 mit unter entsprechendem Druck stehendem Kraftstoff befüllt ist. Im
unbestromten Zustand der Ventileinheit 60 ist die Druckübersetzungseinheit 59 an eine
Leckageleitung 66 angeschlossen. Eine Druckkammer 67 kann über ein Rückschlagventil 68
befüllt werden. In a modification of the preceding embodiments, a pressure-controlled
Durch eine kontinuierliche Querschnittssteuerung des Ventils 60 kann (wie bei Fig. 1) eine
Einspritzverlaufsformung realisiert werden. Bei Verwendung mehrstufiger Ventile können
ebenfalls durch unterschiedliche Drosselstellungen verschiedene Einspritzdruckniveaus
erreicht werden. Als Aktoren sind hier ebenfalls Piezosteller oder Magnetaktoren denkbar.By a continuous cross-sectional control of the
In der Figur 6 befinden sich die Druckübersetzungseinheit 59 und die Ventileinheit 60 bei
einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 51 außerhalb des Injektors 58 im
Bereich des Druckspeicherraums 56.In FIG. 6 , the
Bei dem Ausführungsbeispiel einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 71
gemäß Figur 7 wird die Druckerzeugung und Verstärkung des aus einem Vorratsbehälter
zugeführten Kraftstoffs 74 mit einem Motoröl als Druckfluid 72 realisiert. Die
Druckübersetzungseinheit 73 wirkt als Kopplungselement zwischen der Kraftstoffzuführung
und der Druckfluidzuführung. Ein zweiter Systemdruck wird über eine Drosselung innerhalb
eines Ventilquerschnitts einer Ventileinheit 75 erreicht (siehe auch die Beschreibung zu den
Fign. 1 bis 6).In the exemplary embodiment of a pressure-controlled
Figur 8 zeigt eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 81 mit einer Verwendung
einer Druckbegrenzung des in der Druckkammer 82 verdichteten Kraftstoffs (siehe auch die
analoge hubgesteuerte Variante der Figur 4). Bei geringem Hub des Druckmittels 83 wird
der Druck in der Druckkammer 82 der Druckübersetzungseinheit 84 auf ca. 300 bar
begrenzt, weil die Druckkammer 82 über ein Rückschlagventil mit einer Leckageleitung 87
verbunden ist. Bei weiterer Bewegung des Druckmittels 83 in Pfeilrichtung 85 schließt dieser
Druckbegrenzungspfad, und es wird der volle Einspritzdruck erzeugt. FIG. 8 shows a pressure-controlled
Dies ermöglicht eine Voreinspritzung mit geringem Druck durch eine separate Betätigung
einer Ventileinheit 86. Bei einer Haupteinspritzung läßt sich zusätzlich eine Boot-Injektion
erzeugen. Die Ventileinheit 86 kann durch Magnetaktuatoren (bei Drosselung im Bereich der
Ventilsitzfläche muß eine Wegsteuerung des Magnetventils ausgebildet sein) direkt oder
hydraulisch unterstützt bzw. angesteuert werden (Steuerkolben und Steuerraum). Auch
durch die Verwendung eines Piezo-Aktors kann eine Einspritzverlaufsformung
(Bootinjektion) bei der Haupteinspritzung realisiert werden. Dies gilt ebenso für sämtliche
Ausführungsformen der Erfindung.This allows a low pressure pilot injection by a separate actuation
a
Fig. 9 betrifft eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung 91 mit einer zu den bisher
gezeigten Ausführungsbeispielen geänderten Einspritzdüse. Wiederum wird über eine
Kraftstoffpumpe Kraftstoff oder alternativ Motoröl in einen Druckspeicherraum mit einem
Druck von ca. 300 bis ca. 800 bar gefördert. Ausgehend von diesem Druckspeicherraum
wird lokal für jeden Zylinder der Einspritzdruck über eine Druckübersetzungseinheit erzeugt.
Bei Motoröl als Betriebsstoff wirkt die Druckübersetzungseinheit auch als Koppler. Über ein
3/2-Wege-Ventil 92 mit einer Querschnittssteuerung oder einen Piezoaktor wird die
Einspritzung druckgesteuert realisiert. Im unbestromten Zustand liegt die Niederdruckseite
der Druckübersetzungseinheit auf Lecköl und kann über ein Rückschlagventil 93 befüllt
werden. Mittels einer Drosselung im Ventilsitz des Ventils 92 läßt sich ein zweiter
Einspritzdruck ausbilden. An Stelle der bereits in den vorhergehenden Figuren gezeigten
Sackloch- oder Sitzlochdüsen wird eine Vario- oder Vario-Registerdüse verwendet. Dabei ist
der zur Verfügung stehende Öffnungsquerschnitt der Düsenlöcher variabel. Der
Einspritzverlauf kann noch besser an die Erfordernisse des Motors angepaßt werden. Bei
einer Vario-Registerdüse können stufenweise mehrere Düsenlochreihen geöffnet werden.
Die Ansteuerung für den hydraulischen Hubanschlag 94 der Düse kann sowohl innerhalb
des Injektors 95 als auch zentral für alle Injektoren gleichzeitig erfolgen. Fig. 9 relates to a pressure-controlled
Zusätzlich zu den gezeigten Ausführungsbeispielen wäre auch die Verwendung eines Ausweichkolbens ähnlich einer Pumpen-Düse-Einheit (PDE) denkbar.In addition to the embodiments shown, the use of a Alternative piston similar to a pump-nozzle unit (PDE) conceivable.
Claims (8)
- Method for carrying out fuel injection by means of a high-pressure pump (2; 52) and a pressure reservoir area (6; 56) for production and storage of a first system pressure, in which this system pressure is not used for injection, but a higher injection pressure is produced by means of a pressure step-up unit (9; 59; 73; 84) during the injection process, characterized in that the injection pressure is reduced in order to shape the injection profile, and the shaping of the injection pressure being produced by means of a controllable valve cross section of a value unit (10; 60; 75; 86; 92) which controls the pressure step-up unit.
- Method according to Claim 1, characterized in that the pressure step-up unit (9; 59; 73; 84) is arranged at any desired point between the pressure reservoir area (6; 56) and a nozzle area (20; 64) of an injector (8; 58).
- Method according to Claim 2, characterized in that the pressure step-up unit (9; 59; 73; 84) is integrated in the injector (8; 58; 95).
- Method according to Claim 2, characterized in that the pressure step-up unit (9; 59; 73; 84) is arranged on the pressure reservoir area (6; 56), or is integrated in the pressure reservoir area (6; 56).
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that a medium which is not the same as the fuel, preferably an engine oil, is used as the pressure fluid (43; 72) for operation of the pressure step-up unit (9; 73).
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injection is carried out on a travel-controlled basis.
- Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the fuel injection is carried out on a pressure-controlled basis.
- Apparatus for fuel injection, in order to carry out the method according to one of the preceding claims, having a high-pressure pump and a pressure reservoir area for production and storage of a first system pressure, having a pressure step-up unit (9; 59; 73; 84) by means of which a higher injection pressure can be produced during the injection process and the injection pressure can be reduced in order to form the injection profile, and having a valve unit (10; 60; 75; 86; 92) for controlling the pressure step-up unit, in which the injection pressure is shaped by means of a controllable valve cross section of a valve unit.
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