EP1252432B1 - Directly controlled fuel injection device for a reciprocating internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- common rail systems formed fuel injectors for a reciprocating internal combustion engine with Direct fuel injection consist essentially of a Nozzle part with injector, one injector having closing nozzle needle, the pressurization through the fuel to be injected via a servo-hydraulic system is movable in the open position.
- the required Form is via the high-pressure part of the fuel supply, d. H. taken off the common rail.
- the injection pressure can be influenced very flexibly and via the control of a servo valve and
- the nozzle needle can be injection time and injection duration also set with high flexibility.
- the invention is based on the object, a fuel injection device for a direct fuel injection which makes it possible during the respective injection time to vary the injection quantity, d. H. the injection rate to shape.
- a fuel injection device for a reciprocating internal combustion engine with a nozzle part with injection nozzle, which has a pressure chamber, in the a nozzle needle closing the injection nozzle is guided, when pressurized by the fuel to be injected is movable in the open position, wherein the pressure chamber via a connection channel with a control part in connection stands, which has a valve chamber into which the connecting channel on the one hand and one with the fuel supply connected high-pressure channel on the other hand opens and in the a valve body acting as a piston system is guided, the by a valve spring on a valve seat in the closed position is held, and with an actuator connected to the valve body is in operative connection and this when activated moved into predetermined opening positions and a corresponding Flow from the high-pressure channel into the connecting channel releases, as well as with a compensation piston of the above Pressure in the connecting channel in the opposite direction to the force effect of the actuator can be acted upon.
- the nozzle part designed so that when pressurized the Nozzle needle the passage cross-section to the nozzle openings as completely as possible, with intermediate positions are not provided.
- the control of the volume flow takes place via the valve body provided in the control part, the Hub by a corresponding control of the actuator can be varied.
- the valve body is in this case preferably designed as a seat valve to the tightness in the closed Condition.
- the actuator is here Appropriately designed so that he is in relation to his Adjusting travel proportional to the applied job energy is trained.
- electrical Actuators that are voltage-proportional with respect to their travel are formed adjusting, as for example given by so-called solid state actuators are.
- solid state actuators come here in particular piezoelectric Actuators but also magneto-strictive actuators into consideration. Also electromagnetically working actuators can be used.
- the arrangement of a in its diameter correspondingly sized compensating piston advantageous, over the pressure in the connecting channel is acted upon the nozzle part and accordingly against the force of the actuator acts. This results in a so-called Pressure feedback, the good controllability of from the high pressure side in the connecting channel flowing volume flow and thus allows a good shaping of the injection rate.
- Valve body on a side facing away from the actuator end with a Compensating piston is provided, which exceeds the pressure in the connecting channel can be acted upon.
- control part a to the low pressure side of the fuel supply opening Relief valve has, which the connection channel is assigned, and the activation of the actuator closes.
- control part has a pressure divider, the one with the high-pressure channel on the one hand and a piston system forming valve body with compensating piston on the other communicates and the over the actuator is adjustable.
- Fig. 1 is a fuel injection device in the form of a flow chart for direct injection of the fuel in the individual cylinders of a reciprocating internal combustion engine shown.
- the fuel injector has a fuel supply 1, essentially by a fuel tank 2, a high pressure pump 3 and a high pressure chamber 4, the so-called common rail.
- Each cylinder of the reciprocating internal combustion engine is equipped with a nozzle part 5, which via a connecting channel 6, a Control part 7 and a high pressure passage 8 with the fuel supply 1 communicates.
- the control part 7 is also available with a motor controller not shown here in connection, by acting as the control valve Control part 7 can be controlled so that the injection time the connection between high-pressure channel 8 and connecting channel 6 is opened and the high pressure Fuel can act on the nozzle part 5.
- the special one Functionality will be described in more detail below.
- the nozzle part 5 is essentially formed by a nozzle needle 9, which is guided in a pressure chamber 10, in which Connecting channel 6 opens.
- the nozzle needle 9 has a needle tip 11 on, with a corresponding seat 12 of the Injector 13 cooperates and acts as a valve.
- the injector 13 is provided with corresponding nozzle openings 14.
- the closing spring 16 is arranged in a leakage space 18, the via a leakage line 19 with the low pressure line 17th is in communication, so that the accumulating in the leakage chamber 18 Leakage amounts are derived in the fuel tank 2 can.
- the actuator 20 is preferably designed to be in relative to its travel proportional to the applied Job-setting energy is designed.
- the control part 7 for example, as a throttle valve so given the opportunity that from the high pressure channel. 8 in the connecting channel 6 effluent flow through corresponding adjustment of the opening cross-section in the control part 7 to influence.
- a pressurization designed as an injection valve nozzle part 5 in the illustrated schematic example completely opens, can via a corresponding change in the setting of the control section 7 of the nozzle part 5 supplied volume flow during the opening duration of the injection nozzle 13 can be varied.
- control part 7 Structure and function of the control part 7 will be described below of different embodiments explained in more detail become.
- the actuator 20 is advantageous as a so-called solid state actuator educated.
- a piezoelectric is preferred working actuator used in relation to its travel or, because of its mechanical compliance, its adjusting force proportional to the voltage is trained.
- a piezoelectric actuator it is also possible to use a magnetostrictive actuator, the current-proportional adjusting with respect to its travel is trained.
- solid state actuators by a high switching speed, good controllability the Stellweges and also large Stell rule excel and
- directly or possibly via a hydraulic Stroke translation acting on the control part in the control part 7 also results in only short opening times for as Injector valve formed nozzle part 5 the possibility of targeted shaping of the injection rate, d. H. a targeted Change in during the opening time of the injector introduced into the combustion chamber of the cylinder concerned Volume flow.
- Fig. 2 shows an embodiment shown in the nozzle part. 5 and control part 7 with actuator 20 designed as a unit are.
- the description of this embodiment is also the above-indicated specifics in the training to remove the control part 7.
- Reference numerals used in FIG. 1 are also shown in FIG. 2 taken over, so that reference can be made.
- FIG. 2 there is the overall arrangement from a carrier body constructed in several parts for reasons of production, by a coaxial assignment of nozzle part 5, Control part 7 and actuator 20 is marked.
- the control part 7 has a valve arrangement 21.0 with a Valve chamber 21.1, in the high-pressure channel 8 on the one hand and the connecting channel 6 on the other side.
- the valve room 21.1 is provided with a valve seat 22 to which a formed as a piston system valve body 23 via a valve spring 24 held with its valve member 23.1 in the closed position is, so that the high pressure passage 8 with respect to the connecting channel 6 is locked.
- the for the valve spring 24th required space is connected to the leakage line 19.
- the sections 23.1, 23.2, 23.3 and 23.4 have here partly different diameters.
- the piezoelectric actuator 20 is in essentially formed by a stack of piezoelectric Body 20.1, with a not shown here, controllable Voltage source are connected and the one end supported on a housing part 20.2 and the other end on a Act transfer piston 20.3.
- the transmission piston 20.3 is associated with a hydraulic chamber 20.4, which in itself known manner with a liquid, here with fuel, is filled.
- the hydraulic chamber 20.4 is a pressure piston 23.1 associated with the valve body 23 in connection stands. If the piezoelectric body 20.1 with a voltage is applied, then the transfer piston 20.3 in Direction advanced to the hydraulic chamber 20.4 and then is under the action of contained in the hydraulic chamber 20.4 Fluid also the pressure piston 23.1 moved. Thereby, that the pressure piston 23.1 has a smaller diameter as the transmission piston 20.3, this results in a Stroke translation, d. H. according to the diameter ratio the valve body 23 via a relative to the voltage proportional Extension of the piezoelectric body 20.1 moved accordingly longer way.
- the change in length of the piezoelectric body 20.1 takes place voltage proportional, so that according to the applied Voltage of the valve body 23 with its valve member 23.1 From the valve seat 22 lifts and thus a corresponding Flow cross-section releases, so that from the high-pressure channel 8 in the connecting channel 6 a throttling between the valve seat 22 and valve part 23.1 corresponding volume flow can pass, which then raises the nozzle needle 9 and the Injector 13 releases.
- the valve part 23.1 approved opening cross section and according to the Duration of opening then enters fuel through the nozzle openings 14 in the combustion chamber of the cylinder in question.
- Becomes reset the voltage on the piezoelectric body 20.1 is the valve member 23.1 on the valve seat via the valve spring 24 22 pressed and thus inhibited the fuel supply.
- a compensation piston 25 arranged, the smaller diameter has as the valve member 23.2.
- the compensation piston 25 can, as shown, connected to the valve body or be separated from the valve body. This compensation piston 25th is through a branch line 26 of the connection channel 6 through the pressure prevailing in the connecting channel 6 pressure applied. This results in a force feedback via the pressure in Closing direction of the valve body 23, ie against the force of the actuator 20.
- valve body 23 not exclusively by the valve spring 24 against the force of the actuator 20 acts, but by the force feedback it is ensured that the valve body 23 during its longitudinal movement both in the opening direction as well as in the closing direction without play and without delay every change in length of the actuator adapts and thus a Energy-dependent in the case of a piezoelectric actuator voltage dependent, length change exactly to the movement of the Valve body 23 can be transferred. oscillatory movements are suppressed.
- the degree of force feedback can be dimensioned. With a large degree of feedback, the controllability becomes better, but requires stronger actuators.
- This force feedback allows, instead of a piezoelectric Actuator a simple electromagnetic Use actuator in which the force is proportional to the Energy supply is and thus also a defined admission the injection nozzle is possible.
- a tension spring 20.5 is, is in the idle state, the pressure piston 23.1 via a Tension spring 20.5 acting on the relief valve 27 as Ball pressed and this held in the closed position.
- Fig. 3 is a modified embodiment of the basis 2 described control part 7. Same Components are identified by like reference numerals.
- the structure of the embodiment acc. Fig. 3 corresponds substantially the structure described with reference to FIG.
- the valve body 23rd is integrally formed and actuator side of the pressure piston 23.1 firmly connected to the valve body 23.
- the pressure piston 23.1 has a smaller diameter than the piston parts 23.2 and 23.3.
- a relief valve 27 provided a hydraulic seat valve whose piston part 27.1 presses a valve needle 27.2 on its sealing seat, so that the connecting line 6 with respect to the low-pressure channel 17th is locked.
- the valve Upon actuation of the valve is on the Pressure build-up in the hydraulic chamber 20.4 the closing force of the relief valve 27 pressure proportional increases and so the relief valve 27 reliable against the injection pressure in Connecting channel 6 held in the closed position.
- FIG. 4 shows a further embodiment of the control part 7 shown.
- the structure essentially corresponds to the structure the embodiment described with reference to FIG. 3, so that can be referenced. The difference is here only in that no separate relief valve is provided, but that the valve body 23 in the area his serving as a pressure piston 23.1 end as a relief valve 27 is designed and designed for this purpose as a slide valve is. As is apparent from the enlarged view in FIG.
- valve body 23 is serving as a pressure piston 23.1 end of the valve body 23 at its end facing the valve chamber 21 Tapered shaped or with a sloping plane or groove and in such a way that in the closed position of Valve body 23, the actuator-side end of the cone part 27.4 in a communicating with the low pressure passage 17 Annulus 27.5 projects and in this case a passage cross-section leaves free.
- the actuator 20 If the actuator 20 is de-energized, then moves the valve body 23 under the force of the closing spring 24 and the pressurization via the compensation piston 25 in the direction of the valve seat 22. In this case, then the Passage cross section at the annular space 27.5 released, so that the pressure in the connecting channel 6 can be reduced.
- the order is here dimensioned so that the release of the passage cross-section to the annulus 27.5 virtually simultaneously with the seating of the locking part 23.2 on the valve seat 22nd is released.
- Fig. 3 of the Relief valve 27 can by appropriate dimensioning the pressure reduction at the injection valve are guided so that a vapor bubble formation is avoided. In the described in Fig. 4 Embodiment, this can be achieved by an additional, reached on line 17 connected pressure relief valve become.
- control part 7 can be used in the same way as described with reference to FIG. 2, namely as a structural unit combined with a nozzle part 5. It is also possible, as shown in the schematic diagram. Fig. 1 can be seen is, for all types of the control part 7 an arrangement to meet, in which the control part 7 separated from the nozzle part 5 is arranged. Accordingly, in the schematic Presentation acc. Fig. 1 leading to the control part 7 Branch line 26 indicated by dash-dotted lines.
- Fig. 6 is the valve assembly 21.0 upstream of a so-called pressure divider 30.
- Fig. 7 is on an enlarged scale an embodiment of the pressure divider 30 is shown.
- the pressure divider consists essentially of a piston body 31, with its upper end with the actuator 20 is in operative connection (arrow 20 in Fig. 7) and the at its lower end via a spring plate 32 a return spring 33 is supported.
- the piston body 31 is with a valve body 34 provided with a first valve seat 35.1 cooperates. In depressurized state of the Valve body 34 by the return spring 33 to the first Valve seat 35.1 pressed.
- valve body 34 is facing on its return spring 33 Side assigned a second valve seat 35.2, the connects the annular space 37 with the outflow space 39, and the Valve body 34 closes the more, the further he moves in Direction of the arrow 20 moves.
- the valve body forms 34 with the valve seats 35.1 and 35.2 a 3/2-way proportional valve with 100% negative coverage.
- valve seat 35.2 Depending on the diameter of the Valve seat 35.2 takes place a feedback of the pressure in the annular space 37 on the actuator 20 so that an electromagnetic Actuator can be used.
- the valve seat 35.2 can be designed as a flat seat to meet the requirements to minimize the manufacturing accuracy.
- the valve body 34 is associated with a first annular space 36, in which opens a branch 8.1 of the high-pressure line and by the closed position defined by the valve seat 35.1 is completed.
- the valve body 34 is in one second annular space 37 arranged, which via an overflow line 8.2 is in communication with a pressure chamber 38, the through the valve body 23 on its return spring 24th the opposite side is limited.
- the valve body 34 is further in the region of the return spring 33, an outflow space 39 is assigned, the via a discharge line 40 with the low-pressure channel 17 is connected.
- the pressure chamber 38 is connected via a line to a pressure chamber 41 in connection, the piston part 27.1 of the relief valve 27 is assigned.
- the injection pressure can be modulated during the injection be controlled by the actuator 20 just so far, that he the valve body 34 in a position between the two Valve seats 35.1 and 35.2 moves in the annular space 37th and thus also in the space 38 sets the pressure, as Injection pressure is desired.
- the pressure in the annular space 3 is also in the pressure chamber 41 on the piston body 27.1 of the relief valve 27, so that this pressure, the closing spring 27.3 in the closing direction supporting the valve body 27.2 works.
- valve body 34 When the actuator 20 is deactivated, the valve body 34 is seated of the pressure divider 30 on its valve seat 35.1, so that the pressure chambers 41 and 38 are depressurized and thus the Valve arrangement 21.0 closes.
- the still in the connection channel 6 Pending pressure can be through the line 17.1 and the relief valve 27 are degraded very quickly, so that the valve spring 16, the nozzle needle 9 very quickly in the closed position brings, wherein the valve spring 27.3 is designed so that the fastest possible pressure reduction, on the other but a residual pressure remains so that vapor bubbles are formed is avoided.
- the embodiment acc. Fig. 8 is with respect to the control part 7 identically constructed in the function as the above Embodiment acc. Figs. 6 and 7.
- the difference only consists in that the piston body 31 of the Pressure divider 30 at its the return spring 33 facing End is provided with a compensation piston 42, the over one of the overflow 8.2 branching branch line with the partial pressure can be acted upon and so a pressure feedback can be done. This allows the pressure divider 30 in the direction of the arrow via an electromagnetic actuator to press.
- Fig. 9 corresponds substantially the above-described structure gem.
- the control part 7 is modified only in such a way that the pressure chamber 41 of the relief valve via a throttle 43rd is directly connected to the low pressure passage 17 and the Pressure divider 30 here are designed as a 2/2-way valve can.
- Fig. 10 is an embodiment of the injection valve with an openable in two stages nozzle needle 9 shown.
- the Nozzle needle 9 is supported by a first soft Closing spring 16.1 on the housing.
- a sliding body Provided 16.3, which turned away with his the nozzle needle 9 Side on a second harder closing spring 16.2 supported.
- the sliding body 16.3 has a support extension 16.4 on, in the closed position of the nozzle needle 9 by a small Dimension a before the end of the piston body 15 of the nozzle needle 9 ends.
- FIG. 11 a modification of the embodiment is gem.
- FIG. 10 is shown.
- the supports Closing spring 16 on a bypass piston 16.5 on his the closing spring averted side has a pressure chamber 16.6, via a throttle 16.7 to the connecting channel. 6 connected.
- a pressure-dependent dynamic guidance of the opening movement of the nozzle needle 9 possible.
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Abstract
Description
Als sogenannte Common-Rail-Systeme ausgebildete Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung bestehen im wesentlichen aus einem Düsenteil mit Einspritzdüse, der eine die Einspritzdüse verschließende Düsennadel aufweist, die bei Druckbeaufschlagung durch den einzuspritzenden Kraftstoff über eine Servohydraulik in Öffnungsstellung bewegbar ist. Der erforderliche Vordruck wird über den Hochdruckteil der Kraftstoffversorgung, d. h. den Common-Rail abgenommen. Über die Druckvorgabe im Common-Rail läßt sich sehr flexibel der Einspritzdruck beeinflussen und über die Ansteuerung eines Servoventils und damit der Düsennadel lassen sich Einspritzzeitpunkt und Einspritzdauer ebenfalls mit hoher Flexibilität einstellen.As so-called common rail systems formed fuel injectors for a reciprocating internal combustion engine with Direct fuel injection consist essentially of a Nozzle part with injector, one injector having closing nozzle needle, the pressurization through the fuel to be injected via a servo-hydraulic system is movable in the open position. The required Form is via the high-pressure part of the fuel supply, d. H. taken off the common rail. About the print preset In the common rail, the injection pressure can be influenced very flexibly and via the control of a servo valve and Thus, the nozzle needle can be injection time and injection duration also set with high flexibility.
Will man jedoch mit den vorbekannten Systemen nicht nur die Einspritzmenge durch eine entsprechende Steuerung der Öffnungszeit bemessen sondern will man auch die Einspritzrate formen, d. h. die Einspritzmenge je Zeiteinheit während der Öffnungszeit variieren, so muß der Hub der Düsennadel gesteuert werden. Hierbei wird aber die hydraulische Energie des fliessenden Kraftstoffs unmittelbar vor dem Einspritzloch der Einspritzdüse durch die sogenannte Sitzdrosselung, die vor allem bei geringerem Nadelhub auftritt, in Turbulenzen umgesetzt, da der sich hubabhängig ändernde freie Strömungsquerschnitt zwischen der Düsennadel und dem Düsennadelsitz als Drossel wirkt. Die hierbei auftretende erhöhte Turbulenz des fliessenden Kraftstoffs im Bereich des Einspritzlochs beeinflußt die Gemischbildung, so daß sich keine "echte" Ratensteuerung ergibt. Dies ist bei der Kraftstoffdirekteinspritzung, d. h. beim Einspritzen des Kraftstoffs unmittelbar in den Zylinderraum nachteilig. Als Folge vorbeschriebenen Turbulenzerhöhung ist bei kleinen Einspritzmengen beispielsweise Einspritzmengen beispielsweise ein düsennahes Brennen der eingespritzten Kraftstoffmenge festgestellt worden, durch das der Ablauf des Verbrennungsprozesses nachteilig beeinflußt wird.However, if you want with the previously known systems not only the Injection amount by a corresponding control of the opening time but you also want the injection rate shapes, d. H. the injection quantity per unit time during the Opening time vary, so the stroke of the nozzle needle must be controlled become. Here, however, the hydraulic energy of the flowing fuel immediately before the injection hole of the Injection nozzle by the so-called seat throttling, the front everything occurs at a smaller needle stroke, converted into turbulence, because of the stroke-dependent changing free flow cross-section between the nozzle needle and the nozzle needle seat as Throttle acts. The resulting increased turbulence of the flowing fuel in the injection hole influenced the mixture formation, so that there is no "real" rate control results. This is in direct fuel injection, d. H. when injecting the fuel directly into the cylinder space disadvantageous. As a consequence, above-described turbulence increase is for small injection quantities, for example Injection quantities, for example, a near-jet burning the injected fuel quantity has been determined by the the course of the combustion process adversely affected becomes.
Aus US-A-5,526,791, DE-A-43 41 546 und DE-U-297 17 649 sind Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bekannt, die jeweils einen Ventilkörper aufweisen, der durch einen aktivierten Aktuator in Öffnungsstellung verschiebbar ist und den Kraftstoffzufluß unter Hochdruck freigibt. Wird der Aktuator inaktiviert, schiebt eine Rückstellfeder den Ventilkörper in die Schließstellung zurück.From US-A-5,526,791, DE-A-43 41 546 and DE-U-297 17 649 are Fuel injectors known, each one Valve body, which by an activated actuator is displaceable in the open position and the fuel flow releases under high pressure. If the actuator is disabled, a return spring pushes the valve body in the closed position back.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Kraftstoffdirekteinspritzung zu schaffen, die es ermöglicht, während der jeweiligen Einspritzzeit die Einspritzmenge zu variieren, d. h. die Einspritzrate zu formen.The invention is based on the object, a fuel injection device for a direct fuel injection which makes it possible during the respective injection time to vary the injection quantity, d. H. the injection rate to shape.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Düsenteil mit Einspritzdüse, der einen Druckraum aufweist, in dem eine die Einspritzdüse verschließende Düsennadel geführt ist, die bei Druckbeaufschlagung durch den einzuspritzenden Kraftstoff in Öffnungsstellung bewegbar ist, wobei der Druckraum über einen Verbindungskanal mit einem Steuerteil in Verbindung steht, der einen Ventilraum aufweist, in den der Verbindungskanal einerseits und ein mit der Kraftstoffversorgung verbundener Hochdruckkanal andererseits einmündet und in dem ein als Kolbensystem wirkender Ventilkörper geführt ist, der durch eine Ventilfeder auf einen Ventilsitz in Schließstellung gehalten wird, und mit einem Aktuator, der mit dem Ventilkörper in Wirkverbindung steht und diesen bei Aktivierung in vorgebbare Öffnungsstellungen bewegt und einen entsprechenden Durchfluß vom Hochdruckkanal in den Verbindungskanal freigibt, sowie mit einem Kompensationskolben der über den Druck im Verbindungskanal in Gegenrichtung zur Kraftwirkung des Aktuators beaufschlagbar ist.This object is achieved by a fuel injection device for a reciprocating internal combustion engine with a nozzle part with injection nozzle, which has a pressure chamber, in the a nozzle needle closing the injection nozzle is guided, when pressurized by the fuel to be injected is movable in the open position, wherein the pressure chamber via a connection channel with a control part in connection stands, which has a valve chamber into which the connecting channel on the one hand and one with the fuel supply connected high-pressure channel on the other hand opens and in the a valve body acting as a piston system is guided, the by a valve spring on a valve seat in the closed position is held, and with an actuator connected to the valve body is in operative connection and this when activated moved into predetermined opening positions and a corresponding Flow from the high-pressure channel into the connecting channel releases, as well as with a compensation piston of the above Pressure in the connecting channel in the opposite direction to the force effect of the actuator can be acted upon.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der Düsenteil so ausgebildet, daß bei Druckbeaufschlagung die Düsennadel den Durchtrittsquerschnitt zu den Düsenöffnungen möglichst vollständig freigibt, wobei Zwischenstellungen nicht vorgesehen sind. Die Steuerung des Volumenstroms erfolgt über den im Steuerteil vorgesehenen Ventilkörper, dessen Hub durch eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators variiert werden kann. Der Ventilkörper ist hierbei vorzugsweise als Sitzventil ausgebildet, um die Dichtigkeit im geschlossenen Zustand zu gewährleisten. Der Aktuator ist hierbei Zweckmäßig so ausgebildet, daß er in bezug auf seinen Stellweg proportional zur aufgebrachten Stellenergie verstellend ausgebildet ist. Hierzu eignen sich insbesondere elektrische Aktuatoren, die in bezug auf ihren Stellweg spannungsproportional verstellend ausgebildet sind, wie sie beispielsweise durch sogenannte Festkörperaktuatoren gegeben sind. Als Festkörperaktuatoren kommen hier insbesondere piezo-elektrische Aktuatoren aber auch magneto-striktive Aktuatoren in Betracht. Auch elektromagnetisch arbeitende Aktuatoren können eingesetzt werden. Hierbei ist die Anordnung eines in seinem Durchmesser entsprechend bemessenen Kompensationskolbens vorteilhaft, der über den Druck im Verbindungskanal zum Düsenteil beaufschlagbar ist und der dementsprechend gegen die Kraft des Aktuators wirkt. Damit ergibt sich eine sogenannte Druckrückkopplung, die eine gute Regelbarkeit des von der Hochdruckseite in der Verbindungskanal fließenden Volumenstroms und damit eine gute Formung der Einspritzrate ermöglicht.In the fuel injection device according to the invention the nozzle part designed so that when pressurized the Nozzle needle the passage cross-section to the nozzle openings as completely as possible, with intermediate positions are not provided. The control of the volume flow takes place via the valve body provided in the control part, the Hub by a corresponding control of the actuator can be varied. The valve body is in this case preferably designed as a seat valve to the tightness in the closed Condition. The actuator is here Appropriately designed so that he is in relation to his Adjusting travel proportional to the applied job energy is trained. For this purpose, in particular electrical Actuators that are voltage-proportional with respect to their travel are formed adjusting, as for example given by so-called solid state actuators are. As solid state actuators come here in particular piezoelectric Actuators but also magneto-strictive actuators into consideration. Also electromagnetically working actuators can be used. Here, the arrangement of a in its diameter correspondingly sized compensating piston advantageous, over the pressure in the connecting channel is acted upon the nozzle part and accordingly against the force of the actuator acts. This results in a so-called Pressure feedback, the good controllability of from the high pressure side in the connecting channel flowing volume flow and thus allows a good shaping of the injection rate.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn in einer Ausgestaltung der Ventilkörper an einem dem Aktuator abgekehrten Ende mit einem Kompensationskolben versehen ist, der über den Druck im Verbindungskanal beaufschlagbar ist.It is particularly useful if in one embodiment of Valve body on a side facing away from the actuator end with a Compensating piston is provided, which exceeds the pressure in the connecting channel can be acted upon.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Steuerteil ein zur Niederdruckseite der Kraftstoffversorgung öffnendes Entlastungsventil aufweist, das dem Verbindungskanal zugeordnet ist, und das bei Aktivierung des Aktuators schließt. Durch die Anordnung eines derartigen Entlastungsventils ist dafür Sorge getragen, daß unmittelbar beim Aufsetzen des Ventilkörpers im Steuerteil auf seinem Ventilsitz der Druck im Verbindungskanal zum Düsenteil schnell abgebaut wird, so daß auch die Düsennadel sehr schnell in ihre Schließstellung geführt wird.In an embodiment of the invention, it is provided that the control part a to the low pressure side of the fuel supply opening Relief valve has, which the connection channel is assigned, and the activation of the actuator closes. By the arrangement of such a relief valve Care is taken to ensure that immediately when putting on of the valve body in the control part on its valve seat the pressure in the connecting channel to the nozzle part degraded quickly is, so that the nozzle needle very quickly in her Closed position is performed.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Steuerteil einen Druckteiler aufweist, der mit dem Hochdruckkanal einerseits und dem ein Kolbensystem bildenden Ventilkörper mit Kompensationskolben andererseits in Verbindung steht und der über den Aktuator stellbar ist. Durch die Anordnung eines derartigen Druckteilers im Steuerteil ist es möglich, den jeweils gewünschten Einspritzdruck dynamisch einzustellen. Je nach Ausgestaltung kann die Anordnung so getroffen werden, daß sich je nach Art des verwendeten Aktuators über den Stellweg des Aktuators oder über die Kraft des Aktuators der Einspritzdruck vor einer druckgesteuerten Einspritzdüse einstellen läßt.In a particularly advantageous embodiment of the invention further provided that the control part has a pressure divider, the one with the high-pressure channel on the one hand and a piston system forming valve body with compensating piston on the other communicates and the over the actuator is adjustable. By the arrangement of such a pressure divider in the control section it is possible to choose the one you want Set injection pressure dynamically. Depending on the design the arrangement can be made so that depending on the type of the actuator used via the travel of the actuator or via the force of the actuator, the injection pressure before a set pressure-controlled injection nozzle.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.Further features and embodiments of the invention are the Claims and the following description of exemplary embodiments refer to.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Schaltschema einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
- Fig. 2
- ein Ausführungsbeispiel für ein Kraftstoffeinspritzventil mit Düsenteil und Steuerteil,
- Fig. 3
- eine abgewandelte Ausführungsform des Steuerteils,
- Fig. 4
- eine weitere Abwandlung des Steuerteils,
- Fig. 5
- in größerem Maßstab das Detail A in Fig. 4,
- Fig. 6
- eine abgewandelte Ausführungsform mit einem in den Steuerteil integrierten Druckteiler,
- Fig. 7
- den Druckteiler gem. Fig. 6 in größerem Maßstab,
- Fig. 8
- eine Ausführungsform des Druckteilers mit Stützkolben,
- Fig. 9
- eine Ausführungsform des Druckteilers mit hydraulischem Wegübersetzer,
- Fig. 10
- eine Ausgestaltung der Kraftstoffeinspritzdüse mit einer Zwei-Feder-Abstützung,
- Fig. 11
- eine Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse mit Ausweichkolben.
- Fig. 1
- a schematic diagram of a fuel injection device,
- Fig. 2
- an embodiment of a fuel injection valve with nozzle part and control part,
- Fig. 3
- a modified embodiment of the control part,
- Fig. 4
- a further modification of the control part,
- Fig. 5
- on a larger scale, the detail A in Fig. 4,
- Fig. 6
- a modified embodiment with an integrated in the control part pressure divider,
- Fig. 7
- the pressure divider acc. 6 on a larger scale,
- Fig. 8
- an embodiment of the pressure divider with support piston,
- Fig. 9
- an embodiment of the pressure divider with hydraulic path translator,
- Fig. 10
- an embodiment of the fuel injection nozzle with a two-spring support,
- Fig. 11
- an embodiment of the fuel injector with bypass piston.
In Fig. 1 ist in Form eines Fließschemas eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zur Direkteinspritzung des Kraftstoffs in
die einzelnen Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine dargestellt.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine Kraftstoffversorgung
1 auf, die im wesentlichen durch einen Kraftstofftank
2, eine Hochdruckpumpe 3 und einen Hochdruckraum 4,
dem sogenannten Common Rail, gebildet wird.In Fig. 1 is a fuel injection device in the form of a flow chart
for direct injection of the fuel in
the individual cylinders of a reciprocating internal combustion engine shown.
The fuel injector has a fuel supply
1, essentially by a
Jeder Zylinder der Kolbenbrennkraftmaschine ist mit einem Düsenteil
5 versehen, der über einen Verbindungskanal 6, ein
Steuerteil 7 und einen Hochdruckkanal 8 mit der Kraftstoffversorgung
1 in Verbindung steht. Der Steuerteil 7 steht außerdem
mit einer hier nicht näher dargestellten Motorsteuerung
in Verbindung, durch die der als Steuerventil wirkende
Steuerteil 7 so angesteuert werden kann, daß zum Einspritzzeitpunkt
die Verbindung zwischen Hochdruckkanal 8 und Verbindungskanal
6 geöffnet wird und der unter Hochdruck stehende
Kraftstoff den Düsenteil 5 beaufschlagen kann. Die spezielle
Funktionsweise wird nachstehend noch näher beschrieben.Each cylinder of the reciprocating internal combustion engine is equipped with a
Der Düsenteil 5 wird im wesentlichen gebildet durch eine Düsennadel
9, die in einem Druckraum 10 geführt ist, in den der
Verbindungskanal 6 einmündet. Die Düsennadel 9 weist eine Nadelspitze
11 auf, die mit einem entsprechenden Sitz 12 der
Einspritzdüse 13 zusammenwirkt und als Ventil wirkt. Die Einspritzdüse
13 ist mit entsprechenden Düsenöffnungen 14 versehen.
Auf der der Nadelspitze 11 abgekehrten Seite ist die Düsennadel
9 mit einem Kolbenkörper 15 versehen, auf den eine
Schließfeder 16 in Schließrichtung einwirkt. Wird über den
Steuerteil 7 die Verbindung zwischen Hochdruckkanal 8 und
Verbindungskanal 6 geöffnet und der Druckraum 10 und damit
der Kolbenkörper 15 mit Druck beaufschlagt, dann hebt die Düsennadel
9 von ihrem Ventilsitz 12 ab, so daß der Kraftstoff
aus dem Druckraum 10 durch die Düsenöffnungen 14 in den
Brennraum des betreffenden Zylinders der Kolbenbrennkraftmaschine
als feiner Nebel austreten kann. Sobald über den Steuerteil
7 die Verbindung zum Hochdruckraum 4 verschlossen
wird, wird über die Schließfeder 16 die Düsennadel 9 wieder
auf ihren Ventilsitz gedrückt und die Kraftstoffzufuhr beendet.The
Beim Rückführen des Steuerteils 7 in seine Schließstellung
wird eine Verbindung zwischen dem Verbindungskanal 6 und einem
Niederdruckkanal 17 geöffnet, so daß der Druckraum 10
druckentlastet wird und die Düsennadel schnell in ihrer
Schließstellung zurückgeführt werden kann. Der als Einspritzventil
wirkende Düsenteil 5 ist bei dem Ausführungsbeispiel
so konzipiert, daß er bei Druckbeaufschlagung die Einspritzdüse
13 vollständig öffnet und bei Druckentlastung schließt,
so daß entsprechend der Ansteuerung über den Steuerteil 7 ein
zeitgenaues Öffnen und Schließen der Einspritzdüse gewährleistet
ist. Bei der in Fig. 10 dargestellten Anordnung von zwei
Schließfedern 16.1 und 16.2 mit unterschiedlicher Federsteifigkeit
ist zu erreichen, daß die Düsennadel 9 druckabhängig
zwei Öffnungsstellungen einnehmen kann.When returning the
Die Schließfeder 16 ist in einem Leckageraum 18 angeordnet,
der über eine Leckageleitung 19 mit der Niederdruckleitung 17
in Verbindung steht, so daß die sich im Leckageraum 18 ansammelnden
Leckagemengen in den Kraftstofftank 2 abgeleitet werden
können.The closing
Der Aktuator 20 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß er in
bezug auf seinen Stellweg proportional zur aufgebrachten
Stellenergie verstellend ausgebildet ist. Bei einer Ausbildung
des Steuerteils 7 beispielsweise als Drosselventil ist
damit die Möglichkeit gegeben, den aus dem Hochdruckkanal 8
in den Verbindungskanal 6 abströmenden Volumenstrom durch
entsprechende Einstellung des Öffnungsquerschnittes im Steuerteil
7 zu beeinflussen. Da bei einer Druckbeaufschlagung
das als Einspritzventil ausgebildete Düsenteil 5 bei dem dargestellten
schematischen Beispiel vollständig öffnet, kann
über eine entsprechende Änderung der Einstellung des Steuerteils
7 der dem Düsenteil 5 zugeführte Volumenstrom während
der Öffnungsdauer der Einspritzdüse 13 variiert werden.The
Aufbau und Funktion des Steuerteils 7 werden nachstehend anhand
von verschiedenen Ausführungsbeispielen noch näher erläutert
werden.Structure and function of the
Der Aktuator 20 wird vorteilhaft als sogenannter Festkörperaktuator
ausgebildet. Hierbei wird bevorzugt ein piezoelektrisch
arbeitender Aktuator eingesetzt, der in bezug auf
seinen Stellweg bzw., aufgrund seiner mechanischen Nachgiebigkeit,
seine Stellkraft spannungsproportional verstellend
ausgebildet ist. Anstelle eines piezo-elektrischen Aktuator
ist auch der Einsatz eines magneto-striktiven Aktuators möglich,
der in bezug auf seinen Stellweg stromproportional verstellend
ausgebildet ist. Da derartige Festkörperaktuatoren
sich durch eine hohe Schaltgeschwindigkeit, gute Regelbarkeit
des Stellweges und auch große Stellkräfte auszeichnen und
darüber hinaus direkt oder ggf. über eine hydraulische
Hubübersetzung auf den Stellteil im Steuerteil 7 einwirken,
ergibt sich auch bei nur kurzen Öffnungszeiten für den als
Einspritzventil ausgebildeten Düsenteil 5 die Möglichkeit einer
gezielten Formung der Einspritzrate, d. h. einer gezielten
Veränderung des während der Öffnungszeit des Einspritzventils
in den Brennraum des betreffenden Zylinders eingeführten
Volumenstroms.The
Während es grundsätzlich möglich ist, den Düsenteil 5 und den
Steuerteil 7 als getrennte Baueinheiten einzusetzen, ist in
Fig. 2 eine Ausführungsform dargestellt, bei der Düsenteil 5
und Steuerteil 7 mit Aktuator 20 als Baueinheit ausgeführt
sind. Der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels sind auch
die vorstehend angedeuteten Besonderheiten in der Ausbildung
des Steuerteils 7 zu entnehmen. Für bereits beschriebene Bauelemente
in Fig. 1 verwendete Bezugszeichen sind auch in Fig.
2 übernommen, so daß hierauf verwiesen werden kann.While it is possible in principle, the
Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, besteht die Gesamtanordnung
aus einem aus Fertigungsgründen mehrteilig aufgebauten Trägerkörper,
der durch eine koaxiale Zuordnung von Düsenteil 5,
Steuerteil 7 und Aktuator 20 gekennzeichnet ist.As can be seen from Fig. 2, there is the overall arrangement
from a carrier body constructed in several parts for reasons of production,
by a coaxial assignment of
Der Steuerteil 7 weist eine Ventilanordnung 21.0 mit einem
Ventilraum 21.1 auf, in den der Hochdruckkanal 8 einerseits
und der Verbindungskanal 6 andererseits einmünden. Der Ventilraum
21.1 ist mit einem Ventilsitz 22 versehen, an dem ein
als Kolbensystem ausgebildeter Ventilkörper 23 über eine Ventilfeder
24 mit seinem Ventilteil 23.1 in Schließstellung gehalten
wird, so daß der Hochdruckkanal 8 gegenüber dem Verbindungskanal
6 abgesperrt ist. Der für die Ventilfeder 24
erforderliche Bauraum ist mit der Leckageleitung 19 verbunden.
Die Teilbereiche 23.1, 23.2, 23.3 sowie 23.4 weisen
hierbei zum Teil unterschiedliche Durchmesser auf.The
Auf der der Ventilfeder 24 abgekehrten Seite wirkt auf den
Ventilkörper 23 der Aktuator 20 ein, der bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als piezo-elektrischer Aktuator
ausgebildet ist. Der piezo-elektrische Aktuator 20 wird im
wesentlichen gebildet durch einen Stapel piezo-elektrischer
Körper 20.1, die mit einer hier nicht dargestellten, steuerbaren
Spannungsquelle verbunden sind und die sich einenends
auf einem Gehäuseteil 20.2 abstützen und anderenends auf einen
Übertragungskolben 20.3 einwirken. Dem Übertragungskolben
20.3 ist ein Hydraulikraum 20.4 zugeordnet, der in an sich
bekannter Weise mit einer Flüssigkeit, hier mit Kraftstoff,
gefüllt ist. On the side facing away from the
Steuerteilseitig ist dem Hydraulikraum 20.4 ein Druckkolben
23.1 zugeordnet, der mit dem Ventilkörper 23 in Verbindung
steht. Wird der piezo-elektrische Körper 20.1 mit einer Spannung
beaufschlagt, dann wird der Übertragungskolben 20.3 in
Richtung auf den Hydraulikraum 20.4 vorgeschoben und dann
wird unter Einwirkung der im Hydraulikraum 20.4 enthaltenen
Flüssigkeit auch der Druckkolben 23.1 verschoben. Dadurch,
daß der Druckkolben 23.1 einen kleineren Durchmesser aufweist
als der Übertragungskolben 20.3, ergibt sich somit eine
Hubübersetzung, d. h. entsprechend dem Durchmesserverhältnis
wird der Ventilkörper 23 über einen gegenüber der spannungsproportionalen
Verlängerung des piezo-elektrischen Körpers
20.1 entsprechend längeren Weg verschoben.Control part side, the hydraulic chamber 20.4 is a pressure piston
23.1 associated with the
Die Längenänderung des piezo-elektrischen Körpers 20.1 erfolgt
spannungsproportional, so daß entsprechend der angelegten
Spannung der Ventilkörper 23 mit seinem Ventilteil 23.1
vom Ventilsitz 22 abhebt und damit einen entsprechenden
Durchflußquerschnitt freigibt, so daß aus dem Hochdruckkanal
8 in den Verbindungskanal 6 ein der Drosselung zwischen Ventilsitz
22 und Ventilteil 23.1 entsprechender Volumenstrom
übertreten kann, der dann die Düsennadel 9 anhebt und die
Einspritzdüse 13 freigibt. Entsprechend dem am Ventilteil
23.1 freigegebenen Öffnungsquerschnitt und entsprechend der
Dauer der Öffnung tritt dann Kraftstoff über die Düsenöffnungen
14 in den Brennraum des betreffenden Zylinders ein. Wird
die Spannung am piezo-elektrischen Körper 20.1 zurückgesetzt,
wird über die Ventilfeder 24 der Ventilteil 23.1 auf den Ventilsitz
22 gepreßt und somit die Kraftstoffzufuhr unterbunden.The change in length of the piezoelectric body 20.1 takes place
voltage proportional, so that according to the applied
Voltage of the
Am düsenseitigen Ende des Ventilkörpers 23 ist ein Kompensationskolben
25 angeordnet, der einen geringeren Durchmesser
aufweist als der Ventilteil 23.2. Der Kompensationskolben 25
kann, wie dargestellt, mit dem Ventilkörper verbunden oder
vom Ventilkörper getrennt sein. Dieser Kompensationskolben 25
wird über eine Zweigleitung 26 des Verbindungskanals 6 durch
den im Verbindungskanal 6 herrschenden Druck beaufschlagt.
Dadurch ergibt sich eine Kraftrückkopplung über den Druck in
Schließrichtung des Ventilkörpers 23, also gegen die Kraft
des Aktuators 20. Hierdurch wird bewirkt, daß der Ventilkörper
23 nicht ausschließlich durch die Ventilfeder 24 gegen
die Kraft des Aktuators 20 wirkt, sondern durch die Kraftrückkopplung
ist sichergestellt, daß sich der Ventilkörper
23 während seiner Längsbewegung sowohl in Öffnungsrichtung
als auch in Schließrichtung spielfrei und ohne Verzögerung
jeder Längenänderung des Aktuators anpaßt und somit eine
energieabhängige im Falle eines piezo-elektrischen Aktuators
spannungsabhängige, Längenänderung exakt auf die Bewegung des
Ventilkörpers 23 übertragen werden kann. Schwingungsbewegungen
werden unterdrückt. Durch die Abstimmung der verschiedenen,
der Druckbeaufschlagung ausgesetzten Durchmesser bzw.
Flächen, so der Durchmesser der Führungsteile 23.3 und 23.4
des Ventilkörpers und dem Durchmesser des Kompensationskolbens
25, läßt sich der Grad der Kraftrückkopplung dimensionieren.
Bei einem großen Rückkoppelgrad wird die Regelbarkeit
besser, erfordert aber kräftigere Aktuatoren.At the nozzle-side end of the
Diese Kraftrückkopplung erlaubt es, anstelle eines piezo-elektrischen Aktuators einen einfachen elektromagnetischen Aktuator einzusetzen, bei dem die Stellkraft proportional zur Energieeinspeisung ist und damit auch eine definierte Beaufschlagung der Einspritzdüse möglich ist.This force feedback allows, instead of a piezoelectric Actuator a simple electromagnetic Use actuator in which the force is proportional to the Energy supply is and thus also a defined admission the injection nozzle is possible.
Der Niederdruckkanal 17, der sich mit einer Teillänge 17.1 im
Ventilkörper 23 fortsetzt und den Niederdruckkanal 17 mit dem
Verbindungskanal 6 verbindet, ist mit einem Entlastungsventil
27 versehen, das hier als einfaches Kugelventil dargestellt
ist. Da zwischen dem Übertragungskolben 20.3 und dem Druckkolben
23.1 im Hydraulikraum 20.4 eine Spannfeder 20.5 angeordnet
ist, wird im Ruhezustand der Druckkolben 23.1 über eine
Spannfeder 20.5 auf die als Entlastungsventil 27 wirkende
Kugel aufgepreßt und diese so in Schließstellung gehalten. The low-
Wird der Aktuator 20 beaufschlagt und der Ventilkörper 23 in
Öffnungsstellung verschoben (Pfeil 28), wird das Entlastungsventil
27 in Schließstellung gehalten. Beim Abschalten der
elektrischen Spannung am Aktuator 20 verkürzt dieser schlagartig
seine Länge, so daß aufgrund der Trägheit-und des im
Verbindungskanal 6 anstehenden Einspritzdruckes der Übertragungskolben
23.1 von der Kugel angehoben wird und so der
Durchtrittsquerschnitt freigegeben wird. Damit kann sich der
im Verbindungskanal 6 noch anstehende Einspritzdruck über den
Niederdruckkanal 17 zum Kraftstofftank 2 hin schnell abbauen
abbauen, so daß auch die Düsennadel 9 über die Schließfeder
16 zeitgenau in Schließstellung gebracht wird.If the
Durch eine entsprechende Abstimmung des Entlastungsventils kann erreicht werden, daß der Druck vor der Düse nicht vollständig abgebaut wird, sondern ein Restdruck verbleibt, wodurch eine Dampfblasenbildung vermieden wird.By an appropriate vote of the relief valve can be achieved that the pressure in front of the nozzle is not complete is degraded, but a residual pressure remains, thereby a vapor bubble formation is avoided.
In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des anhand
von Fig. 2 beschriebenen Steuerteils 7 dargestellt. Gleiche
Bauelementen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Aufbau der Ausführungsform gem. Fig. 3 entspricht im wesentlichen
dem anhand von Fig. 2 beschriebenen Aufbau. Der
Unterschied besteht zum einen darin, daß der Ventilkörper 23
einstückig ausgebildet ist und aktuatorseitig der Druckkolben
23.1 fest mit dem Ventilkörper 23 verbunden. Der Druckkolben
23.1 weist einen kleineren Durchmesser auf als die Kolbenteile
23.2 und 23.3.In Fig. 3 is a modified embodiment of the
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 ist als Entlastungsventil
27 ein hydraulisches Sitzventil vorgesehen, dessen Kolbenteil
27.1 eine Ventilnadel 27.2 auf ihren Dichtsitz preßt, so daß
die Verbindungsleitung 6 gegenüber dem Niederdruckkanal 17
abgesperrt ist. Bei Betätigung des Ventils wird über den
Druckaufbau im Hydraulikraum 20.4 die Schließkraft des Entlastungsventil
27 druckproportional erhöht und so das Entlastungsventil
27 zuverlässig gegenüber dem Einspritzdruck im
Verbindungskanal 6 in Schließstellung gehalten. Wird der Aktuator
spannungslos gesetzt und verkürzt seine Länge, dann
reicht der Druckabbau im Hydraulikraum 20.4 einerseits und
der noch unter Einspritzdruck stehende Kraftstoff im Verbindungskanal
6 aus, um das Entlastungsventil 27 kurzfristig gegen
die Kraft einer als Tellerfeder ausgebildeten Schließfeder
27.3 zu öffnen, um so auch den Druckabbau im Verbindungskanal
6 über den Niederdruckkanal 17 zu gewährleisten.In the embodiment according to. Fig. 3 is a
In Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltung des Steuerteils 7
dargestellt. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem Aufbau
der anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform, so daß
hierauf verwiesen werden kann. Der Unterschied besteht hierbei
lediglich darin, daß kein gesondertes Entlastungsventil
vorgesehen ist, sondern daß der Ventilkörper 23 im Bereich
seines als Druckkolben 23.1 dienenden Endes als Entlastungsventil
27 konzipiert ist und hierzu als Schieberventil ausgebildet
ist. Wie aus der vergrößerten Darstellung in Fig. 5 zu
ersehen, ist das als Druckkolben 23.1 dienende Ende des Ventilkörpers
23 an seinem dem Ventilraum 21 zugekehrten Ende
konisch zulaufend geformt oder mit einer schrägen Planfläche
oder Nut versehen und zwar so, daß in Schließstellung des
Ventilkörpers 23 das aktuatorseitige Ende des Konusteils 27.4
in einen mit dem Niederdruckkanal 17 in Verbindung stehenden
Ringraum 27.5 hineinragt und hierbei einen Durchtrittsquerschnitt
freiläßt.FIG. 4 shows a further embodiment of the
Sobald über den Aktuator 20 der Ventilkörper 23 in Öffnungsstellung
(Pfeil 28) verschoben wird, wird der Ringraum 27.5
gegenüber dem Ventilraum 21 abgeschlossen, so daß sich entsprechend
der Öffnung des Durchtrittsquerschnittes am Ventilsitz
22 Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal 8 in den Verbindungskanal
6 überströmen kann und hierbei den Einspritzdruck
aufbaut.Once on the
Wird der Aktuator 20 spannungsfrei gesetzt, dann bewegt sich
der Ventilkörper 23 unter der Kraftwirkung der Schließfeder
24 und der Druckbeaufschlagung über den Kompensationskolben
25 in Richtung auf den Ventilsitz 22. Hierbei wird dann der
Durchtrittsquerschnitt am Ringraum 27.5 freigegeben, so daß
der Druck im Verbindungskanal 6 abgebaut werden kann. Die Anordnung
ist hierbei so bemessen, daß die Freigabe des Durchtrittsquerschnitts
zum Ringraum 27.5 praktisch gleichzeitig
mit dem Aufsitzen des Sperrteils 23.2 auf dem Ventilsitz 22
freigegeben wird.If the
Auch bei der von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform des
Entlastungsventils 27 kann durch entsprechende Dimensionierung
der Druckabbau am Einspritzventil so geführt werden, daß
eine Dampfblasenbildung vermieden wird. Bei der in Fig. 4 beschriebenen
Ausführungsform kann dies durch ein zusätzliches,
an Leitung 17 angeschlossenes Druckbegrenzungsventil erreicht
werden.Also in the embodiment described by Fig. 3 of the
Die anhand von Fig. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen
des Steuerteils 7 können in gleicher Weise eingesetzt werden,
wie dies anhand von Fig. 2 beschrieben ist, nämlich als Baueinheit
kombiniert mit einem Düsenteil 5. Es ist aber auch
möglich, wie dies aus der Prinzipdarstellung gem. Fig. 1 erkennbar
ist, für alle Bauformen des Steuerteils 7 eine Anordnung
zu treffen, bei der der Steuerteil 7 vom Düsenteil 5 getrennt
angeordnet ist. Dementsprechend ist in der schematischen
Darstellung gem. Fig. 1 die zum Steuerteil 7 führende
Zweigleitung 26 strichpunktiert angedeutet.The embodiments described with reference to FIGS. 3 and 4
the
In den nachfolgenden Figuren 6 bis 9 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Einspritzdüse gem. Fig. 2 in Form eines Fließbildes dargestellt, wobei nur die funktionswesentlichen Teile in Einzelheiten wiedergegeben sind. Gleiche Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf die vorstehende Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele sowohl hinsichtlich des Aufbaus als auch hinsichtlich der Funktion verwiesen werden kann. In the following figures 6 to 9 is a modified Embodiment of the injection nozzle acc. Fig. 2 in the form of a Flow diagram shown, with only the functionally essential Parts are reproduced in detail. Same components are again provided with the same reference numerals, so that on the above description of the other embodiments both in terms of structure and in terms of Function can be referenced.
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6 ist der Ventilanordnung
21.0 ein sogenannter Druckteiler 30 vorgeschaltet. In Fig. 7
ist in größerem Maßstab eine Ausführungsform des Druckteilers
30 dargestellt. Der Druckteiler besteht im wesentlichen aus
einem Kolbenkörper 31, der mit seinem oberen Ende mit dem Aktuator
20 in Wirkverbindung steht (Pfeil 20 in Fig. 7) und
der an seinem unteren Ende sich über einen Federteller 32 auf
einer Rückstellfeder 33 abstützt. Der Kolbenkörper 31 ist mit
einem Ventilkörper 34 versehen, der mit einem ersten Ventilsitz
35.1 zusammenwirkt. In druckentlastetem Zustand wird der
Ventilkörper 34 durch die Rückstellfeder 33 auf den ersten
Ventilsitz 35.1 gedrückt.In the embodiment according to. Fig. 6 is the valve assembly
21.0 upstream of a so-called
Dem Ventilkörper 34 ist auf seiner der Rückstellfeder 33 zugekehrten
Seite ein zweiter Ventilsitz 35.2 zugeordnet, der
den Ringraum 37 mit dem Abströmraum 39 verbindet, und den der
Ventilkörper 34 um so mehr verschließt, je weiter er sich in
Richtung des Pfeils 20 bewegt. Somit bildet der Ventilkörper
34 mit den Ventilsitzen 35.1 und 35.2 ein 3/2-Wege-Proportionalventil
mit 100% negativer Überdeckung. Durch diese
Anordnung steigt der Druck in dem Ringraum 37 annähernd
linear mit dem Stellweg des Ventilkörpers 34 von 0 bar, wenn
der Ventilkörper an dem Ventilsitz 35.1 anliegt, bis zu dem
in der Leitung 8 herrschenden Druck, wenn der Ventilkörper an
dem Ventilsitz 35.2 anliegt. Abhängig vom Durchmesser des
Ventilsitzes 35.2 erfolgt eine Rückkoppelung des Druckes in
dem Ringraum 37 auf den Aktuator 20, so daß auch ein elektromagnetischer
Aktuator eingesetzt werden kann. Der Ventilsitz
35.2 kann als Flachsitz ausgeführt sein, um die Anforderungen
an die Fertigungsgenauigkeit zu minimieren.The valve body 34 is facing on its
Dem Ventilkörper 34 ist ein erster Ringraum 36 zugeordnet, in
den eine Zweigleitung 8.1 der Hochdruckleitung einmündet und
der durch die durch den Ventilsitz 35.1 definierten Schließstellung
abgeschlossen ist. Der Ventilkörper 34 ist in einem
zweiten Ringraum 37 angeordnet, der über eine Überströmleitung
8.2 mit einem Druckraum 38 in Verbindung steht, der
durch den Ventilkörper 23 auf seiner der Rückstellfeder 24
abgekehrten Seite begrenzt wird. Der Ventilkörper 34 ist ferner
im Bereich der Rückstellfeder 33 ein Abströmraum 39 zugeordnet,
der über eine Abströmleitung 40 mit dem Niederdruckkanal
17 verbunden ist.The valve body 34 is associated with a first
Der Druckraum 38 steht über eine Leitung mit einem Druckraum
41 in Verbindung, der dem Kolbenteil 27.1 des Entlastungsventils
27 zugeordnet ist.The
Wird über einen piezo-elektrischen Aktuator der Ventilkörper
34 von seinem Ventilsitz 35.1 um das durch die Energiebeaufschlagung
vorgegebene Maß abgehoben, dann strömt aus dem
Hochdruckkanal 8 über die Anschlußleitung 8.1 Kraftstoff mit
entsprechend hohem Druck in den Ringraum 36 ein und strömt
über die Verbindungsleitung 8.2 in den Druckraum 38 über.
Hierdurch wird der Ventilkörper 23 gegen die Kraft der Rückstellfeder
24 druckproportional verschoben, und der Durchfluß
zum Verbindungskanal 6 zum Einspritzventil 5 entsprechend geöffnet.
Der in dem Verbindungskanal 6 herrschende Einspritzdruck
wirkt auch auf die der Feder 24 zugewandten Seite des
Ventilkörpers 23, deren druckbelastete Fläche genauso groß
ist wie die druckbelastete Fläche der dem Raum 38 zugewandten
Seite des Ventilkörpers. Da die Kraft der Feder 24 im Vergleich
zu den anliegenden Druckkräften klein ist, öffnet der
Ventilkörper 23 immer so weit, bis die Drücke in dem Raum 38
und dem Verbindungskanal 6 gleich sind.Is the valve body via a piezoelectric actuator
34 from its valve seat 35.1 by the energization
given measure lifted, then flows out of the
High-
Aufgrund der oben beschriebenen Funktion des Druckteilers 30
kann der Einspritzdruck während der Einspritzung moduliert
werden, indem der Aktuator 20 genau soweit angesteuert wird,
daß er den Ventilkörper 34 in eine Position zwischen den beiden
Ventilsitzen 35.1 und 35.2 bewegt, die in dem Ringraum 37
und somit auch in dem Raum 38 den Druck einstellt, der als
Einspritzdruck gewünscht wird. Der Druck in dem Ringraum 3
steht ebenfalls im Druckraum 41 am Kolbenkörper 27.1 des Entlastungsventils
27 an, so daß dieser Druck die Schließfeder
27.3 in Schließrichtung unterstützend auf den Ventilkörper
27.2 wirkt.Due to the above-described function of the pressure divider 30th
the injection pressure can be modulated during the injection
be controlled by the
Wird der Aktuator 20 deaktiviert, sitzt der Ventilkörper 34
des Druckteilers 30 auf seinem Ventilsitz 35.1 auf, so daß
die Druckräume 41 und 38 druckentlastet werden und somit die
Ventilanordnung 21.0 schließt. Der im Verbindungskanal 6 noch
anstehende Druck kann über die Leitung 17.1 und das Entlastungsventil
27 sehr schnell abgebaut werden, so daß die Ventilfeder
16 die Düsennadel 9 sehr schnell in Schließstellung
bringt, wobei die Ventilfeder 27.3 so ausgelegt ist, daß zum
einen ein schnellstmöglicher Druckabbau erfolgt, zum anderen
aber ein Restdruck verbleibt, so daß eine Dampfblasenbilden
vermieden wird.When the
Die Ausführungsform gem. Fig. 8 ist hinsichtlich der Steuerteils
7 in der Funktion identisch aufgebaut wie die vorbeschriebene
Ausführungsform gem. Fig. 6 und 7. Der Unterschied
besteht lediglich darin, daß der Kolbenkörper 31 des
Druckteilers 30 an seinem der Rückstellfeder 33 zugekehrten
Ende mit einem Kompensationskolben 42 versehen ist, der über
eine von der Überströmleitung 8.2 abzweigenden Zweigleitung
mit dem Teildruck beaufschlagbar ist und so eine Druckrückkopplung
erfolgen kann. Dies erlaubt es, den Druckteiler 30
in Richtung des Pfeiles über einen elektromagnetischen Aktuator
zu betätigen.The embodiment acc. Fig. 8 is with respect to the
Die in Fig. 9 dargestellte Abwandlung entspricht im wesentlichen
dem vorbeschriebenen Aufbau gem. Fig. 6 und 7. Der Steuerteil
7 ist hierbei lediglich in der Weise abgewandelt, daß
der Druckraum 41 des Entlastungsventils über eine Drossel 43
unmittelbar mit dem Niederdruckkanal 17 verbunden ist und der
Druckteiler 30 hierbei als 2/2-Wege-Ventil ausgeführt werden
kann.The modification shown in Fig. 9 corresponds substantially
the above-described structure gem. Fig. 6 and 7. The
Bei der Ausführungsform gem. Fig. 9 wird der Druckteiler 30
über den Aktuator 20 nicht direkt beaufschlagt, sondern über
einen hydraulischen Wegübersetzer 43, wie er anhand der Ausführungsform
von Fig. 2 und 3 bereits beschrieben ist. Über
eine Speiseleitung 44 werden die unvermeidlichen Leckageverluste
im Hydraulikraum des hydraulischen Wegübersetzers ausgeglichen.
Die beschriebene Wegübersetzung kann-mit allen beschriebenen
Varianten des Einspritzsystems kombiniert werden.In the embodiment according to. 9, the pressure divider 30th
not acted upon directly by the
In Fig. 10 ist eine Ausgestaltung des Einspritzventils mit
einer in zwei Stufen öffenbaren Düsennadel 9 dargestellt. Die
Düsennadel 9 stützt sich hierbei über eine erste weiche
Schließfeder 16.1 am Gehäuse ab. Ferner ist ein Schiebekörper
16.3 vorgesehen, der sich mit seiner der Düsennadel 9 abgekehrten
Seite auf einer zweiten härteren Schließfeder 16.2
abstützt. Der Schiebekörper 16.3 weist einen Stützansatz 16.4
auf, der in Schließstellung der Düsennadel 9 um ein geringes
Maß a vor dem Ende des Kolbenkörpers 15 der Düsennadel 9 endet.In Fig. 10 is an embodiment of the injection valve with
an openable in two
Wird über den Verbindungskanal 6 der Druckraum 10 mit einem
Druck beaufschlagt, der geringer ist als die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 16.2, dann öffnet das Einspritzventil nur
um einen Hub entsprechend dem Maß a. Wenn der Druckraum 10
mit einem Druck beaufschlagt wird, der größer ist als die
Rückstellkraft der Schließfeder 16.2, dann wird die Düsennadel
9 entsprechend weit zurückgeschoben und das Einspritzventil
vollständig geöffnet.Is via the connecting
In Fig. 11 ist eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig.
10 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform stützt sich die
Schließfeder 16 auf einem Ausweichkolben 16.5, der auf seiner
der Schließfeder abgekehrten Seite einen Druckraum 16.6 aufweist,
der über eine Drossel 16.7 an den Verbindungskanal 6
angeschlossen ist. Über diese Anordnung ist eine druckabhängige
dynamische Führung der Öffnungsbewegung der Düsennadel 9
möglich. In Fig. 11, a modification of the embodiment is gem. FIG.
10 is shown. In this embodiment, the
Mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung der erfindungsgemäßen Art ist es möglich, auch bei schnelllaufenden Dieselmotoren, insbesondere Dieselmotoren für Personenkraftwagen, die unter Volllast Drehzahlen von 4.000 bis 4.500 Umdrehungen pro Minute aufweisen können und bei denen hohe Einspritzdrücke von etwa 1.500 bis 2.000 bar gegeben sind, kurze Einspritzzeiten von beispielsweise 1,5 Millisekunden zu realisieren und zwar durch eine direkte Ansteuerung des Steuerteils.With a fuel injection device of the invention It is possible, even with high-speed diesel engines, in particular diesel engines for passenger cars, the under full load speeds from 4,000 to 4,500 revolutions per Minute and where high injection pressures from about 1,500 to 2,000 bar, short injection times of 1.5 milliseconds, for example by a direct control of the control part.
Claims (14)
- A fuel injection means for an internal combustion piston engine, comprising a nozzle part (5) with an injection nozzle (13), which part has a pressure chamber (10) in which a nozzle needle (9) which closes the injection nozzle (13) is guided, which needle, when acted upon by pressure by the fuel to be injected, can be moved into the open position, the pressure chamber (10) being connected via a connecting channel (6) to a control part (7) which has a valve chamber (21) into which the connecting channel (6) on one hand and a high-pressure channel (8) connected to a fuel supply means (4) on the other hand open and in which a valve body (23) acting as a piston system is guided, which body is held in the closed position on a valve seat (22) by a valve spring (24), and comprising an actuator (20) which is in an operative connection with the valve body (23) and upon activation moves it in the opening direction and enables a flow through the high-pressure channel (8) into the connecting channel (6), and comprising a compensating piston (25; 42) which can be acted upon via the pressure in the connecting channel (6) counter to the action of force of the actuator.
- A fuel injection means according to Claim 1, characterised in that the compensating piston which can be acted upon via the pressure in the connecting channel (6) is located on the valve body (23) on its end (25) remote from the actuator (20).
- A fuel injection means according to Claim 1 or 2, characterised in that the connecting channel (6) is provided with a relief valve (27) which opens on the low-pressure side (17) of the fuel supply means (4) and which is closed when the actuator (20) is activated.
- A fuel injection means according to Claims 1 to 3, characterised in that a tension spring (20.5) is arranged between the actuator (20) and the valve body (23).
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 4, characterised in that the actuator (20) has a transmission piston (20.3) and the end of the valve body (23) facing the actuator (20) has a pressure piston (23.1) and that a hydraulic chamber (20.4) is arranged between the two pistons, the diameter of the pressure piston (23.1) being smaller than the diameter of the transmission piston (20.3).
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the diameter of the compensating piston (25), depending on the desired force feedback, is less than, equal to or greater than the diameter of the part of the piston system of the valve body (23) which acts in the opening direction when pressure is supplied.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the actuator (20) in respect of its actuated distance is designed to be proportional to the applied actuating energy.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 7, characterised in that an electric actuator (20) is provided which in respect of its actuated distance is designed to be proportional to voltage.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 7, characterised in that an electric actuator (20) is provided which in respect of its actuated distance is designed to be proportional to current.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 9, characterised in that the control part (7) has a pressure divider (30) which is connected to the high-pressure channel (6) on one hand and to the valve body (23) forming a piston system with a pressure equalisation piston (23.1; 42) acting as a compensating piston on the other hand, which piston can be acted upon by the pressure acting in the connecting channel (6) counter to the actuator force and which is adjustable via the actuator.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 10, characterised in that the pressure divider (20) is in an operative connection with the relief valve (27).
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 11, characterised in that the relief valve (27) has a valve spring (27.3) which acts in the direction of closure on a valve body (27.2), and also a piston (27.1) which can be additionally acted upon in the closing direction via the pressure divider (30).
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 12, characterised in that the pressure divider (20) is in the form of a 3/2-way valve, the two valve seats of the 3/2-way valve representing the two choke points of the pressure divider.
- A fuel injection means according to one of Claims 1 to 13, characterised in that the valve seat (35.2) of the pressure divider (20) is in the form of a flat seat.
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