EP1187986A2 - Injector for a common-rail fuel injection system with slide-controlled inlet and direct coupling of control piston and injector pin - Google Patents

Injector for a common-rail fuel injection system with slide-controlled inlet and direct coupling of control piston and injector pin

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Publication number
EP1187986A2
EP1187986A2 EP00993733A EP00993733A EP1187986A2 EP 1187986 A2 EP1187986 A2 EP 1187986A2 EP 00993733 A EP00993733 A EP 00993733A EP 00993733 A EP00993733 A EP 00993733A EP 1187986 A2 EP1187986 A2 EP 1187986A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control piston
injector
nozzle needle
control
slide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00993733A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Buck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1187986A2 publication Critical patent/EP1187986A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • 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
    • F02M45/04—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 with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • the invention is based on an injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle having a nozzle needle and with a control chamber divided into three sections by a control piston, the first section and the second section being hydraulically connected via an inlet throttle arranged in the control piston Are connected and the second section is hydraulically connected to a high pressure connection and the third section to an inlet channel.
  • the object of the invention is to further improve this known injector, in particular to increase the design options for the course of the pre-injection and main injection.
  • the security against leaks in the combustion chamber of the internal combustion engine should be increased.
  • an injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle having a nozzle needle, with one by a control piston in three Sections divided control chamber, the first section and the second section being hydraulically connected via an inlet throttle arranged in the control piston, the second section being hydraulically connected to a high-pressure connection and the third section being connected to an inlet channel, and wherein the stroke of the nozzle needle and the stroke of the suer piston are coupled together.
  • the coupling of the control piston and nozzle needle enables pre-injections with a reduced injection pressure and extremely small pre-injection quantities.
  • By suitably controlling the solenoid valve of the injector small strokes of the control piston can be achieved. Since the stroke of the nozzle needle cannot be greater than the stroke of the control piston due to the coupling of the control piston and nozzle needle, it is thus also possible to restrict the stroke of the nozzle needle.
  • control piston is arranged in an axially displaceable manner in a guide bore, and that the nozzle needle is arranged in a for
  • Guide bore coaxial bore is axially displaceable and that the coupling of the control piston and nozzle needle takes place via a valve piston. Due to the coaxial arrangement of the control piston and nozzle needle, the coupling forces can be transmitted directly and easily. If necessary, the distance between the control piston and the nozzle needle can be bridged using a valve piston.
  • valve pistons and control pistons or nozzle needles and Control piston made in one piece, so that the number of components is reduced and misalignments avoided.
  • control piston has two grooves, that the control piston between the grooves is designed as a slide, and that the slide, when the injection nozzle is closed, has extensive hydraulic separation with a control edge of the guide bore
  • the high-pressure connection and inlet channel have the effect that, with a small stroke of the control piston, the fuel is throttled between the control edge and the spool, thus reducing the injection pressure.
  • This and the resulting low injection quantity result in further design options with regard to the injection process.
  • Pre-injection take place. This is possible in particular if the pressure in the inlet channel and in the pressure chamber of the injection nozzle drops so much during the pre-injection that the hydraulic force acting on the first end face of the valve piston is greater than that on the
  • Cross-sectional change of the nozzle needle is acting force.
  • the hydraulic separation of the high-pressure connection and the inlet channel is structurally determined by the overlap of the slide and the control edge and the fit between the slide and the guide bore, so that a further degree of freedom can be used when coordinating the injector.
  • Another variant provides for one against the housing of the injector and the nozzle needle supporting closing spring is present, so that even if there is no fuel jerk the injector is always closed securely.
  • the closing spring can contribute to the nozzle needle automatically closing again after the solenoid valve has been actuated once, by increasing the hydraulic closing force.
  • an auxiliary spring acting on the control piston is present and / or that the inlet channel, in conjunction with the fuel contained in it, serves as a pressure accumulator, so that it is ensured, in particular in the case of the main injection, that the control piston is one executes such a large stroke that there is no longer any overlap between the spool and the control edge and the injector's injection nozzle is thus subjected to the full pressure of the fuel. This enables the injector to be opened quickly and a large amount of fuel can be injected in a short time.
  • FIG. 1 shows a cross section through an injector according to the invention with the solenoid valve closed
  • Fig. 2 shows the control room of an injector according to the invention with the solenoid valve open. Description of the embodiments
  • a high-pressure connection 1 supplies a control chamber 3 with fuel, not shown in FIGS. 1 and 2.
  • An injection nozzle 7 is also supplied with fuel via the control chamber 3 and an inlet duct 5.
  • the control chamber 3 is radially delimited by a guide bore 9.
  • An axially displaceable control piston 11 is present in the guide bore 9.
  • the control piston divides the control chamber 3 into three sections 13, 15 and 17.
  • the first section 13 of the control chamber 3 is axially defined by a first end face 18 of the control piston 11
  • first section 13 of the control chamber 3 is hydraulically connected to the second section 15 of the control chamber 3 via an inlet throttle 19.
  • the inlet throttle 19 can be designed as a groove or as a bore.
  • the first section 13 is connected to a fuel return, also not shown, via an outlet throttle 21, which can be opened by a ball 22 controlled by a solenoid valve (not shown).
  • the control piston 11 has two grooves 23, 25, which radially limit the second section 15 and the third section 17 of the control chamber 3.
  • a slide 27 is arranged between the grooves 23, 25.
  • a valve piston 33 which acts on a nozzle needle 31 of the injection nozzle 7, adjoins the second end face 29 of the control piston 11.
  • the nozzle needle 31 prevents the fuel under pressure from flowing between the injections into the combustion chamber, not shown. This is done in that the nozzle needle 31 is in a nozzle needle seat 34 is pressed and seals the inlet channel 5 against the combustion chamber.
  • the nozzle needle 31 has a cross-sectional change 35 from a larger diameter 37 to a smaller diameter 39. With its larger diameter 37, the nozzle needle 31 is guided in a housing 41 of the injector. The change in cross section 35 delimits a pressure space 43 of the injection nozzle 7.
  • the slide 27 separates the third section 17 of the control chamber 3 and thus also the inlet duct 5 coming from the third section 17 of the control chamber 3 from the high-pressure connection 1.
  • the overlap 45 of the slide 27 and a control edge 47 of the guide bore 9 is selected so that, even in this position of the slide 27, a certain leakage occurs between the injections and thus the same pressure prevails in the pressure chamber 43 as in the high pressure connection 1.
  • the flow restrictor 21 When the flow restrictor 21 is opened by the Solenoid valve controlled and the ball 22 is lifted from a ball seat 51, the pressure in the first section 13 of the control chamber 3 drops, since the inlet throttle 19 prevents complete pressure equalization between the inlet channel 5 and the first section 13 of the valve control chamber 3. As a result, the hydraulic force acting on the first end face 18 also drops. As soon as this hydraulic force is less than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35, the nozzle needle 31 lifts off the nozzle needle seat 34 and thus opens the injection nozzle 7, so that fuel is injected into the combustion chamber.
  • the opening speed of the nozzle needle 31 is determined, among other things, by the flow difference between the inlet throttle 19 and the outlet throttle 21.
  • a pre-injection with a low injection pressure and a small injection quantity can also be brought about.
  • the force of the closing spring 49 and the hydraulic force acting on the first end face 18 must be greater than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35.
  • the pressure in pressure chamber 43 can drop so far that the above-mentioned condition occurs. This results in additional options for the design of the course of the main injection and the pre-injection.
  • a pre-injection with a single activation of the Solenoid valve can be reached.
  • the main injection takes place in the position of the control piston 9 shown in FIG. 2.
  • the elasticity of the inlet channel 5 is to be selected appropriately.
  • auxiliary spring 53 can also be provided.
  • the auxiliary spring 53 acts on the second end face 29 of the control piston 9 and supports the opening of the injection nozzle 7.
  • Another advantage of this injector is that the overlap 45 between the slide 27 and the control edge 47 when the injector 7 is closed leaks between the nozzle needle 31 and the nozzle needle seat 34, for example by small chips or the like. greatly reduced. This means increased security against a faulty, permanent one.
  • the outlet throttle 21 is closed by the ball 22 in a manner not explained in detail.
  • the valve control chamber 3 builds up in the first section 13 About the inlet throttle 19 again approximately the pressure prevailing in the high-pressure connection 1.
  • This pressure exerts a hydraulic force on the nozzle needle 31 via the first end face 18 of the control piston 9 via the valve piston 33.
  • the nozzle needle 31 closes. Because of the first end face 18 of the control piston 9, which is significantly larger compared to the annular surface of the cross-sectional change 35, the closing movement takes place very quickly and with great force.
  • control quantity required in addition to the fuel quantity injected into the combustion chamber reaches the inlet throttle 19, the control chamber 3 and the outlet throttle 21 in the
  • Fuel return In addition to the control quantity, there is also a leak at the nozzle needle guide.
  • the control and leakage quantities can be up to 50 mm / stroke. They are also discharged back into the fuel return, not shown, via the outlet throttle 21.

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Abstract

The invention relates to a common rail injector that allows for a high flexibility in controlling the course of the pre-injection and main injection. The inventive injector is also characterized by an improved safety from leakages into the combustion chamber during a stationary period.

Description

Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit schiebergesteuertem Zulaufkanal und direkter Kopplung von Steuerkolben und DüsennadelInjector for a common-rail fuel injection system with slide-controlled inlet channel and direct coupling of the control piston and nozzle needle
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Injektor für ein Common- Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse und mit einem von einem Steuerkolben in drei Abschnitte unterteilten Steuerraum, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über eine im Steuerkolben angeordnete Zulaufdrossel hydraulisch in Verbindung stehen und wobei der zweite Abschnitt mit einem Hochdruckanschluss und der dritte Abschnitt mit einem Zulaufkanal hydraulisch in Verbindung steht.The invention is based on an injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle having a nozzle needle and with a control chamber divided into three sections by a control piston, the first section and the second section being hydraulically connected via an inlet throttle arranged in the control piston Are connected and the second section is hydraulically connected to a high pressure connection and the third section to an inlet channel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Injektor weiter zu verbessern, insbesondere die Gestaltungsmöglichkεiten beim Verlauf von Vor- und Haupteinspritzung zu vergrößern. Außerdem sollte die Sicherheit gegen Leckagen in dem Brennraum der Brennkraftmaschine erhöht werden.The object of the invention is to further improve this known injector, in particular to increase the design options for the course of the pre-injection and main injection. In addition, the security against leaks in the combustion chamber of the internal combustion engine should be increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Injektor für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel aufweisenden Einspritzdüse, mit einem von einem Steuerkolben in drei Abschnitte unterteilten Steuerraum, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt über eine im Steuerkolben angeordnete Zulaufdrossel hydraulisch in Verbindung stehen, wobei der zweite Abschnitt mit einem Hochdruckanschluss und der dritte Abschnitt mit einem Zulaufkanal hydraulisch in Verbindung steht und wobei der Hub der Düsennadel und der Hub des Sreuerkolbens miteinander gekoppelt sind.This object is achieved according to the invention by an injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle having a nozzle needle, with one by a control piston in three Sections divided control chamber, the first section and the second section being hydraulically connected via an inlet throttle arranged in the control piston, the second section being hydraulically connected to a high-pressure connection and the third section being connected to an inlet channel, and wherein the stroke of the nozzle needle and the stroke of the suer piston are coupled together.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Durch die Kopplung von Steuerkolben und Düsennadel sind Voreinspritzungen mit verringertem Einspritzdruck und äußerst kleinen Voreinspritzmengen möglich. Durch geeignetes Ansteuern des Magnetventils des Injektors können kleine Hübe des Steuerkolbens realisiert werden. Da durch die Kopplung von Steuerkolben und Düsennadel der Hub der Düsennadel nicht größer als der Hub des Steuerkolbens sein kann, ist es somit auch möglich, den Hub der Düsennadel zu beschränken .The coupling of the control piston and nozzle needle enables pre-injections with a reduced injection pressure and extremely small pre-injection quantities. By suitably controlling the solenoid valve of the injector, small strokes of the control piston can be achieved. Since the stroke of the nozzle needle cannot be greater than the stroke of the control piston due to the coupling of the control piston and nozzle needle, it is thus also possible to restrict the stroke of the nozzle needle.
Bei einer Variante der Erfndung ist vorgesehen, dass der Steuerkolben in einer Führungsbohrung axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Düsennadel in einer zurIn a variant of the invention, it is provided that the control piston is arranged in an axially displaceable manner in a guide bore, and that the nozzle needle is arranged in a for
Führungsbohrung koaxial verlaufenden Bohrung axial verschiebbar angeordnet ist und dass die Kopplung von Steuerkolben und Düsennadel über einen Ventilkolben erfolgt . Durch die koaxiale Anordnung von Steuerkolben und Düsennadel können die Kopplungskräfte direkt und auf einfache Weise übertragen werden. Erforderlichenfalls kann mit Hilfe eines Ventilkolbens kann der Abstand zwischen Steuerkolben und Düsennadel überbrückt werden.Guide bore coaxial bore is axially displaceable and that the coupling of the control piston and nozzle needle takes place via a valve piston. Due to the coaxial arrangement of the control piston and nozzle needle, the coupling forces can be transmitted directly and easily. If necessary, the distance between the control piston and the nozzle needle can be bridged using a valve piston.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind Ventilkolben und Steuerkolben oder Düsennadel und Steuerkolben einstückig ausgeführt, so dass die Zahl der Bauteile verringert wird und Fluchtungsfehler vermieden werden .In another embodiment of the invention, valve pistons and control pistons or nozzle needles and Control piston made in one piece, so that the number of components is reduced and misalignments avoided.
Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Steuerkolben zwei Nuten aufweist, dass der Steuerkolben zwischen den Nuten als Schieber ausgestaltet ist und dass der Schieber bei geschlossener Einspritzdüse mit einer Steuerkante der Führungsbohrung eine weitgehende hydraulische Trennung vonIn further embodiments of the invention, it is provided that the control piston has two grooves, that the control piston between the grooves is designed as a slide, and that the slide, when the injection nozzle is closed, has extensive hydraulic separation with a control edge of the guide bore
Hochdruckanschluss und Zulaufkanal bewirkt, so dass bei einem kleinen Hub des Steuerkolbens eine Drosselung des Kraftstoffs zwischen Steuerkante und Schieber erfolgt und somit der Einspritzdruck reduziert wird. Dadurch und aus der daraus resultierenden geringen Einspritzmenge ergeben sich weitere Gestaltungsmöglichkeiten bezüglich des Einspritzverlaufs .The high-pressure connection and inlet channel have the effect that, with a small stroke of the control piston, the fuel is throttled between the control edge and the spool, thus reducing the injection pressure. This and the resulting low injection quantity result in further design options with regard to the injection process.
Durch geeignete Abstimmung des Injektors kann mit einer einmaligen Ansteuerung des Magnetventils eineAppropriate tuning of the injector can be used to activate the solenoid valve once
Voreinspritzung erfolgen. Dies ist insbeondere dann möglich, wenn der Druck im Zulaufkanal und im Druckraum der Einspritzdüse während der Voreinspritzung so stark absinkt, dass die auf die erste Stirnfläche des Ventilkolbens wirkende hydraulische Kraft größer als die auf diePre-injection take place. This is possible in particular if the pressure in the inlet channel and in the pressure chamber of the injection nozzle drops so much during the pre-injection that the hydraulic force acting on the first end face of the valve piston is greater than that on the
Querschnittsänderung der Düsennadel wirkende Kraf ist .Cross-sectional change of the nozzle needle is acting force.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss und Zulaufkanal durch die Überdeckung von Schieber und Steuerkante und die Passung zwischen Schieber und Führungsbohrung konstruktiv festgelegt, so dass bei der Abstimmung des Injektors ein weiterer Freiheitsgrad genutzt werden kann.In a further embodiment of the invention, the hydraulic separation of the high-pressure connection and the inlet channel is structurally determined by the overlap of the slide and the control edge and the fit between the slide and the guide bore, so that a further degree of freedom can be used when coordinating the injector.
Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, dass eine sich gegen das Gehäuse des Injektors und die Düsennadel abstützende Schließfeder vorhanden ist, so dass auch be fehlendem Kraftstoff ruck der Injektor stets sicher geschlossen wird. Außerdem kann die Schließfeder dazu beitragen, dass die Düsennadel nach einmaligem Ansteuern des Magnetventils selbsttätig wieder schließt, indem sie die hydraulische Schließkraft verstärkt.Another variant provides for one against the housing of the injector and the nozzle needle supporting closing spring is present, so that even if there is no fuel jerk the injector is always closed securely. In addition, the closing spring can contribute to the nozzle needle automatically closing again after the solenoid valve has been actuated once, by increasing the hydraulic closing force.
Bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass eine auf den Steuerkolben wirkende Hilfsfeder vorhanden ist oder/und dass der Zulaufkanal in Verbindung mit dem in ihm befindlichen Kraftstoff als Druckspeicher dient, so dass, insbesondere bei der Haupteinspritzung, sichergestellt ist, dass der Steuerkolben einen so großen Hub ausführt, dass keine Überdeckung zwischen Schieber und Steuerkante mehr vorhanden ist und somit die Einspritzdüse des Injektors mit dem vollen Druck des Kraftstoffs beaufschlagt wird. Dadurch wird ein schnelles Öffnen der Einspritzdüse ermöglicht und es kann in kurzer Zeit eine große Kraftstoffmenge eingespritzt werden.In other configurations of the invention, it is provided that an auxiliary spring acting on the control piston is present and / or that the inlet channel, in conjunction with the fuel contained in it, serves as a pressure accumulator, so that it is ensured, in particular in the case of the main injection, that the control piston is one executes such a large stroke that there is no longer any overlap between the spool and the control edge and the injector's injection nozzle is thus subjected to the full pressure of the fuel. This enables the injector to be opened quickly and a large amount of fuel can be injected in a short time.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description, the drawing and the claims.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung isr in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the object of the invention is shown in the drawing and described in more detail below. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Injektor mit geschlossenem Magnetventil; und1 shows a cross section through an injector according to the invention with the solenoid valve closed; and
Fig. 2 den Steuerraum eines erfindungsgemäßen Injektors bei geöffnetem Magnetventil . Beschreibung der AusführungsbeispieleFig. 2 shows the control room of an injector according to the invention with the solenoid valve open. Description of the embodiments
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Injektor dargestellt. Ein Hochdruckanschluss 1 versorgt einen Steuerraum 3 mit in Fig. 1 und 2 nicht dargestelltem Kraftstoff. Über den Steuerraum 3 und einen Zulaufkanal 5 wird auch eine Einspritzdüse 7 mit Kraftstoff versorg: .1 shows an injector according to the invention. A high-pressure connection 1 supplies a control chamber 3 with fuel, not shown in FIGS. 1 and 2. An injection nozzle 7 is also supplied with fuel via the control chamber 3 and an inlet duct 5.
Der Steuerraum 3 wird von einer Führungsbohrung 9 radial begrenzt. In der Führungsbohrung 9 ist ein axial verschiebbarer Steuerkolben 11 vorhanden. Der Steuerkolben teilt den Steuerraum 3 in drei Abschnitte 13, 15 und 17.The control chamber 3 is radially delimited by a guide bore 9. An axially displaceable control piston 11 is present in the guide bore 9. The control piston divides the control chamber 3 into three sections 13, 15 and 17.
Der erste Abschnitt 13 des Steuerraums 3 wird von einer ersten Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 in axialerThe first section 13 of the control chamber 3 is axially defined by a first end face 18 of the control piston 11
Richtung begrenzt. Außerdem ist der erste Abschnitt 13 des Steuerraums 3 ist über eine Zulaufdrossel 19 mit dem zweiten Abschnitt 15 des Steuerraums 3 hydraulisch verbunden. Die Zulaufdrossel 19 kann als Nut oder als Bohrung ausgeführt werden. Über eine Ablaufdrossel 21, die durch eine von einem nicht dargestellten Magnetventil gesteuerte Kugel 22 geöffnet werden kann, ist der erste Abschnitt 13 mit einem ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf verbunden.Direction limited. In addition, the first section 13 of the control chamber 3 is hydraulically connected to the second section 15 of the control chamber 3 via an inlet throttle 19. The inlet throttle 19 can be designed as a groove or as a bore. The first section 13 is connected to a fuel return, also not shown, via an outlet throttle 21, which can be opened by a ball 22 controlled by a solenoid valve (not shown).
Der Steuerkolben 11 weist zwei Nuten 23, 25 auf, welche den zweiten Abschnitt 15 und den dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 radial begrenzen. Zwischen den Nuten 23, 25 ist ein Schieber 27 angeordnet.The control piston 11 has two grooves 23, 25, which radially limit the second section 15 and the third section 17 of the control chamber 3. A slide 27 is arranged between the grooves 23, 25.
An der zweiten Stirnfläche 29 des Steuerkolbens 11 schließt ein auf eine Düsennadel 31 der Einspritzdüse 7 wirkender Ventilkolben 33 an. Die Düsennadel 31 verhindert, dass der unter Druck stehende Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den nicht dargestellten Brennraum fließt. Dies geschieht dadurch, dass die Düsennadel 31 in einen Düsennadelsitz 34 gepresst wird und den Zulaufkanal 5 gegen den Brennraum abdichtet .A valve piston 33, which acts on a nozzle needle 31 of the injection nozzle 7, adjoins the second end face 29 of the control piston 11. The nozzle needle 31 prevents the fuel under pressure from flowing between the injections into the combustion chamber, not shown. This is done in that the nozzle needle 31 is in a nozzle needle seat 34 is pressed and seals the inlet channel 5 against the combustion chamber.
Die Düsennadel 31 weist eine Querschnittsänderung 35 von einem größeren Durchmesser 37 auf einen kleineren Durchmesser 39 auf. Mit ihrem größeren Durchmesser 37 ist die Düsennadel 31 in einem Gehäuse 41 des Injektors geführt. Die Querschnittsänderung 35 begrenzt einen Druckraum 43 der Einspritzdüse 7.The nozzle needle 31 has a cross-sectional change 35 from a larger diameter 37 to a smaller diameter 39. With its larger diameter 37, the nozzle needle 31 is guided in a housing 41 of the injector. The change in cross section 35 delimits a pressure space 43 of the injection nozzle 7.
In der in Fig. 1 dargestellten Position trennt der Schieber 27 den dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 und somit auch den von dem dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 angehenden Zulaufkanal 5 vom Hochdruckanschluss 1. Die Überdeckung 45 von Schieber 27 und einer Steuerkante 47 der Führungsbohrung 9 ist so gewählt, dass auch in dieser Stellung des Schiebers 27 zwischen den Einspritzungen eine gewisse Leckage auftritt und somit im Druckraum 43 der gleiche Druck wie im Hochdruckanschluss 1 herrscht.In the position shown in FIG. 1, the slide 27 separates the third section 17 of the control chamber 3 and thus also the inlet duct 5 coming from the third section 17 of the control chamber 3 from the high-pressure connection 1. The overlap 45 of the slide 27 and a control edge 47 of the guide bore 9 is selected so that, even in this position of the slide 27, a certain leakage occurs between the injections and thus the same pressure prevails in the pressure chamber 43 as in the high pressure connection 1.
Bei geschlossener Ablaufdrossel 21 herrscht im gesamten Injektor der gleiche Druck. Weil die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 größer als die Ringfläche der Querschnittsänderung 35 ist, ist die auf die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 11 wirkende hydraulische Kraft größer als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft und die Düsennadel 31 wird in den Düsennadelsitz 34 gepresst. Wenn die nicht dargestellte Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems nicht angetrieben wird, weil der Motor steht, dann presst eine auf die Düsennadel 31 wirkende Schließfeder 49 die Düsennadel 31 in den Düsennadelsitz 34 und schließt damit die Einspritzdüse 7 bzw. den Injektor. Die Schließfeder 49 stützt sich gegen das Gehäuse 41 des Injektors ab.When the outlet throttle 21 is closed, the same pressure prevails in the entire injector. Because the first end face 18 of the control piston 11 is larger than the annular area of the cross-sectional change 35, the hydraulic force acting on the first end face 18 of the control piston 11 is greater than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35, and the nozzle needle 31 is pressed into the nozzle needle seat 34 , If the high-pressure pump (not shown) of the fuel injection system is not driven because the engine is stopped, a closing spring 49 acting on the nozzle needle 31 presses the nozzle needle 31 into the nozzle needle seat 34 and thus closes the injection nozzle 7 or the injector. The closing spring 49 is supported against the housing 41 of the injector.
Wenn die Ablaufdrossel 21 geöffnet wird, indem das Magnetventil angesteuert und die Kugel 22 von einem Kugelsitz 51 abgehoben wird, sinkt der Druck im ersten Abschnitt 13 des Steuerraums 3, da die Zulaufdrossel 19 einen vollständigen Druckausgleich zwischen Zulaufkanal 5 und erstem Abschnitt 13 des Ventilsteuerrraum 3 verhindert. In Folge dessen sinkt auch die auf die erste Stirnfläche 18 wirkende hydraulische Kraf . Sobald diese hydraulische Kraft kleiner als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft ist, hebt die Düsennadel 31 vom Düsennadelsitz 34 ab und öffnet somit die Einspritzdüse 7, so dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 31 wird unter anderem vom Durchflussunterschied zwischen der Zulaufdrossel 19 und der Ablaufdrossel 21 bestimmt.When the flow restrictor 21 is opened by the Solenoid valve controlled and the ball 22 is lifted from a ball seat 51, the pressure in the first section 13 of the control chamber 3 drops, since the inlet throttle 19 prevents complete pressure equalization between the inlet channel 5 and the first section 13 of the valve control chamber 3. As a result, the hydraulic force acting on the first end face 18 also drops. As soon as this hydraulic force is less than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35, the nozzle needle 31 lifts off the nozzle needle seat 34 and thus opens the injection nozzle 7, so that fuel is injected into the combustion chamber. The opening speed of the nozzle needle 31 is determined, among other things, by the flow difference between the inlet throttle 19 and the outlet throttle 21.
Solange der Hub des Steuerkolbens 11 kleiner als die Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 ist, findet im Bereich des Schiebers 27 ein Druckabbau vom zweiten Abschnitt 15 zum dritten Abschnitt 17 des Steuerraums 3 statt. Dies hat zur Folge, dass die Einspritzung in den Brennraum mit reduziertem Einspritzdruck stattfindet.As long as the stroke of the control piston 11 is smaller than the overlap 45 between the slide 27 and the control edge 47, a pressure reduction from the second section 15 to the third section 17 of the control chamber 3 takes place in the area of the slide 27. The consequence of this is that the injection into the combustion chamber takes place with a reduced injection pressure.
Durch eine geeignete Auslegung des Injektors kann auch eine Voreinspritzung mit geringem Einspritzdruck und geringer Einspritzmenge herbeigeführt werden. Um dies zu erreichen müssen die Kraft der Schließfeder 49 und die auf die erste Stirnfläche 18 wirkende hydraulische Kraft größer sein als die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft. Durch die Drosselung zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 kann der Druck im Druckraum 43 so weit absinken, dass die o. g. Bedingung eintritt. Damit ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten bei der Gestaltung des Verlaufs der Haupteinspritzung und der Voreinspritzung . Außerdem kann bei geeigneter hydraulischer Auslegung eine Voreinspritzung mit einer einmaligen Ansteuerung des Magnetventils erreicht werden.By means of a suitable design of the injector, a pre-injection with a low injection pressure and a small injection quantity can also be brought about. In order to achieve this, the force of the closing spring 49 and the hydraulic force acting on the first end face 18 must be greater than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35. By throttling between slide 27 and control edge 47, the pressure in pressure chamber 43 can drop so far that the above-mentioned condition occurs. This results in additional options for the design of the course of the main injection and the pre-injection. In addition, with a suitable hydraulic design, a pre-injection with a single activation of the Solenoid valve can be reached.
Wenn der Hub des des Steuerkolbens 11 größer als die Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 ist, ist der dritte Abschnitt 17 des Steuerraums 3 direkt mit dem Hochdruckanschluss 1 verbunden und es findet kein Druckabbau durch den Schieber 27 und die Steuerkante 47 statt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Auf eine vollständige Darstellung des Injektors in Fig. 2 wurde verzichtet; es wird vielmehr auf Fig. 1 verwiesen.If the stroke of the control piston 11 is greater than the overlap 45 between the slide 27 and the control edge 47, the third section 17 of the control chamber 3 is connected directly to the high-pressure connection 1 and there is no pressure reduction by the slide 27 and the control edge 47. This state is shown in Fig. 2. A complete representation of the injector in FIG. 2 has been dispensed with; rather, reference is made to FIG. 1.
In der in Fig. 2 dargestellten Position des Steuεrkolbens 9 findet die Haupteinspritzung statt. Um sicherzustellen, dass der Steuerkolben 9 in diese Position gelangt, ist die Elastizität des Zulaufkanals 5 geeignet zu wählen. DieThe main injection takes place in the position of the control piston 9 shown in FIG. 2. In order to ensure that the control piston 9 reaches this position, the elasticity of the inlet channel 5 is to be selected appropriately. The
Elastizität des Zulaufkanals 5 verhindert ein zu starkes Absinken des Drucks im Druckraum 43 am Anfang der Einspritzung, die zum - in diesem Fall vorzeitigen - Schließen der Einspritzdüse 7 führen würde. Zusätzlich oder alternativ kann auch noch eine Hilfsfeder 53 vorgesehen werden. Die Hilfsfeder 53 wirkt auf die zweite Stirnfläche 29 des Steuerkolbens 9 und unterstützt die Öffnung der Einspritzdüse 7.Elasticity of the inlet channel 5 prevents the pressure in the pressure chamber 43 from dropping too sharply at the start of the injection, which would lead to the injection nozzle 7 being closed, in this case prematurely. Additionally or alternatively, an auxiliary spring 53 can also be provided. The auxiliary spring 53 acts on the second end face 29 of the control piston 9 and supports the opening of the injection nozzle 7.
Ein weiterer Vorteil dieses Injektors besteht darin, dass die Überdeckung 45 zwischen Schieber 27 und Steuerkante 47 bei geschlossener Einspritzdüse 7 Leckagen zwischen Düsennadel 31 und Düsennadelsitz 34, beispielsweise durch kleine Späne od. dgl . stark reduziert. Damit ist eine erhöhte Sicherheit gegen einen fehlerhaften, permanenter.Another advantage of this injector is that the overlap 45 between the slide 27 and the control edge 47 when the injector 7 is closed leaks between the nozzle needle 31 and the nozzle needle seat 34, for example by small chips or the like. greatly reduced. This means increased security against a faulty, permanent one.
Kraftstoffström in den Brennraum gegeben (innere Leckage) .Fuel flow into the combustion chamber (internal leakage).
Um die Einspritzung zu beenden, wird die Ablaufdrossel 21 durch die Kugel 22 in nicht näher erläuterter Weise verschlossen. Durch das Verschließen der Ablaufdrossel 21 baut sich im ersten Abschnitt 13 des Ventilsteuerraums 3 über die Zulaufdrossel 19 wieder annähernd der im Hochdruckanschluss 1 herrschende Druck auf . Dieser Druck übt über die erste Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 9 über den Ventilkolben 33 eine hydraulische Kraft auf die Düsennadel 31 aus. Sobald diese hydraulische Kraft die auf die Querschnittsänderung 35 wirkende hydraulische Kraft überschreitet, schließt die Düsennadel 31. Wegen der im Vergleich zu der Ringfläche der Querschnittsänderung 35 deutlich größeren ersten Stirnfläche 18 des Steuerkolbens 9 erfolgt die Schließbewegung sehr schnell und mit großer Kraft .To end the injection, the outlet throttle 21 is closed by the ball 22 in a manner not explained in detail. By closing the flow restrictor 21, the valve control chamber 3 builds up in the first section 13 About the inlet throttle 19 again approximately the pressure prevailing in the high-pressure connection 1. This pressure exerts a hydraulic force on the nozzle needle 31 via the first end face 18 of the control piston 9 via the valve piston 33. As soon as this hydraulic force exceeds the hydraulic force acting on the cross-sectional change 35, the nozzle needle 31 closes. Because of the first end face 18 of the control piston 9, which is significantly larger compared to the annular surface of the cross-sectional change 35, the closing movement takes place very quickly and with great force.
Die indirekte Ansteuerung der Düsennadel 31 über ein hydraulisches Kraf verstärkersystem ist notwendig, weil die zu einem schnellen Öffnen der Düsennadel 31 benötigten Kräfte mit dem Magnetventil nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zu der in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffmenge benötigte sogenannte "Steuermenge" gelangt über die Zulaufdrossel 19, den Steuerraum 3 und die Ablaufdrossel 21 in denThe indirect control of the nozzle needle 31 via a hydraulic power amplifier system is necessary because the forces required to open the nozzle needle 31 quickly cannot be generated directly with the solenoid valve. The so-called "control quantity" required in addition to the fuel quantity injected into the combustion chamber reaches the inlet throttle 19, the control chamber 3 and the outlet throttle 21 in the
Kraftstoffrücklauf . Zusätzlich zur Steuεrmenge entsteht auch noch an der Düsennadelführung eine Leckage. Die Steuer- und die Leckagemengen können bis zu 50 mm-/Hub betragen. Sie werden ebenfalls über die Ablaufdrossel 21 wieder in den nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf abgeführt .Fuel return. In addition to the control quantity, there is also a leak at the nozzle needle guide. The control and leakage quantities can be up to 50 mm / stroke. They are also discharged back into the fuel return, not shown, via the outlet throttle 21.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All the features shown in the description, the following claims and the drawing can be essential to the invention both individually and in any combination with one another.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Injektor für ein Common-Rail-Kraftsto feinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer eine Düsennadel (31) aufweisenden Einspritzdüse (7) und mit einem von einem Steuerkolben (11) in drei Abschnitte (13, 15, 17) unterteilten Steuerraum (3), wobei der erste Abschnitt (13) und der zweite Abschnitt (15) über eine im Steuerkolben (11) angeordnete Zulaufdrossel (19) hydraulisch in Verbindung stehen, wobei der zweite Abschnitt (15) mit einem Hochdruckanschluss (1) und der dritte Abschnitt (17) mit einem Zulaufkanal (5) hydraulisch in Verbindung steht, ddurch gekennzeichnet, dass der Hub der Düsennadel (31) und der Hub des Steuerkolbens (11) miteinander gekoppelt sind.1. injector for a common rail fuel injection system for internal combustion engines with an injection nozzle (7) having a nozzle needle (31) and with a control chamber (3) divided into three sections (13, 15, 17) by a control piston (11), the first section (13) and the second section (15) being hydraulically connected via an inlet throttle (19) arranged in the control piston (11), the second section (15) having a high-pressure connection (1) and the third section (17 ) is hydraulically connected to an inlet channel (5), characterized in that the stroke of the nozzle needle (31) and the stroke of the control piston (11) are coupled to one another.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (11) in einer Führungsbohrung (9) axial verschiebbar angeordnet ist, dass die Düsennadel (31) in einer zur Führungsbohrung (9) koaxial verlaufenden Bohrung axial verschiebbar angeordnet ist, und dass die Kopplung von Steuerkolben (11) und Düsennadel (31) über einen Ventilkolben (33) erfolgt.2. Injector according to claim 1, characterized in that the control piston (11) is arranged axially displaceably in a guide bore (9), that the nozzle needle (31) is arranged axially displaceably in a bore which runs coaxially to the guide bore (9), and that the control piston (11) and nozzle needle (31) are coupled via a valve piston (33).
3. Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilkolben (33) und Steuerkolben (11) oder Düsennadel3. Injector according to claim 2, characterized in that valve piston (33) and control piston (11) or nozzle needle
(31) einstückig ausgeführt sind.(31) are made in one piece.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (11) zwei Nuten (23, 25) aufweist, und dass der Steuerkolben (11) zwischen den Nuten (23, 25) als Schieber (27) ausgestaltet ist .4. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the control piston (11) two Has grooves (23, 25), and that the control piston (11) between the grooves (23, 25) is designed as a slide (27).
5. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (27) bei geschlossener Einspritzdüse (7) mit einer Steuerkante (47) der Führungsbohrung (9) eine weitgehende hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss (1) und Zulaufkanal (5) bewirkt.5. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the slide (27) with a closed injection nozzle (7) with a control edge (47) of the guide bore (9) brings about an extensive hydraulic separation of the high pressure connection (1) and the inlet channel (5) ,
6. Injektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Trennung von Hochdruckanschluss (1) und Zulaufkanal (5) durch die Überdeckung (45) von Schieber (27) und Steuerkante (47) und die Passung zwischen Schieber (27) und Führungsbohrung (9) konstruktiv festgelegt wird.6. Injector according to claim 5, characterized in that the hydraulic separation of the high pressure connection (1) and inlet channel (5) by the overlap (45) of the slide (27) and control edge (47) and the fit between the slide (27) and the guide bore (9) is determined constructively.
7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich gegen das Gehäuse (41) des Injektors und die Düsennadel (31) abstützende Schließfeder (49) vorhanden ist.7. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that a closing spring (49) is provided which is supported against the housing (41) of the injector and the nozzle needle (31).
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Steuerkolben (11) wirkende Hilfsfeder (53) vorhanden ist.8. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that an auxiliary spring (53) acting on the control piston (11) is present.
9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulaufkanal (5) in Verbindung mit dem in ihm befindlichen Kraftstoff als Druckspeicher dient. 9. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet channel (5) in conjunction with the fuel located in it serves as a pressure accumulator.
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