EP1339977A1 - Fuel-injection system for internal combustion engines - Google Patents

Fuel-injection system for internal combustion engines

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EP1339977A1
EP1339977A1 EP01997639A EP01997639A EP1339977A1 EP 1339977 A1 EP1339977 A1 EP 1339977A1 EP 01997639 A EP01997639 A EP 01997639A EP 01997639 A EP01997639 A EP 01997639A EP 1339977 A1 EP1339977 A1 EP 1339977A1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
chamber
fuel
low
Prior art date
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EP01997639A
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German (de)
French (fr)
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EP1339977B1 (en
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Detlev Potz
Thomas Kuegler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP1339977B1 publication Critical patent/EP1339977B1/en
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    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • a fuel injection system for internal combustion engines, as is known from published patent application DE 41 15 477 AI.
  • a fuel injection system which comprises a fuel injection valve which has a valve body.
  • a bore is formed in the valve body in which a hollow needle is guided.
  • the hollow needle has a pressure shoulder and, at the level of the pressure shoulder, is surrounded by a pressure space formed by a radial expansion of the bore and connected to a high-pressure fuel source.
  • the hollow needle has one at its combustion chamber end
  • the hollow needle is acted upon by a spring in the direction of the valve seat with a closing force and thus remains in the closed position when it is depressurized in the pressure chamber, in which it covers a first row of injection openings formed in the valve seat.
  • An inner needle is guided in the hollow needle, which likewise has a sealing surface at its end on the combustion chamber side and bears against the valve seat.
  • the inner needle is also pressed by a spring in the direction of the valve seat and thus remains in contact with the valve seat when no injection of fuel is to take place and thus closes a second row of injection openings which are also formed on the valve seat and which are downstream to the first row of injection ports are arranged.
  • the inner needle merges into a piston rod, which connects the inner needle in the axial direction to a piston which delimits a control chamber, in such a way that a force on the piston and thus on the piston is caused by a corresponding pressure in the control chamber can also be generated on the inner needle in the closing direction via the piston rod.
  • the fuel pressure which is fed into the pressure chamber in the event of an injection, can also be conducted into the control chamber via an actuating device, so that a high fuel pressure is present there.
  • the control chamber separates the control chamber from the high-pressure line, so that it is relieved into a leakage oil chamber. Only the lower force of the closing spring now acts on the inner needle, so that at a correspondingly high pressure in the pressure chamber the hollow needle first moves into the open position and then the hydraulic force on the pressure surface of the inner needle also moves the inner needle in the opening direction and so on opens the second row of injection ports.
  • the control pressure which is also used for the injection
  • each fuel injection valve of the fuel injection system has a control chamber which can be connected to a low-pressure collection chamber.
  • the control chamber is delimited by a piston which controls the injection cross section of the fuel injection valve depending on the pressure in the control chamber, so that the injection cross section can be controlled via the connection of the low pressure collection chamber to the control chamber by means of a pressure which is low in comparison to the pressure in the high pressure collection chamber.
  • the low-pressure accumulation chamber is supplied with fuel by the fuel pressure in the fuel injection valve.
  • the high-pressure valve connects the pressure space formed in the valve body to the low-pressure collection space, while the connection to the high-pressure collection space is interrupted.
  • the high-pressure collection space is connected to the pressure space of the fuel injection valve, while the connection to the low-pressure collection space is interrupted.
  • the full injection pressure of the high-pressure accumulation chamber is present in the pressure chamber, ie the high-pressure valve is in its second position. If the injection is to be ended, the high-pressure valve switches and the high-pressure fuel in the pressure chamber is discharged into the low-pressure accumulator. As a result, a fuel pressure is built up there, which is maintained at a predetermined level by means of a pressure maintaining valve. In this way, a predetermined fuel pressure level can be maintained in the low-pressure accumulation space without the need for a separate pressure source, for example in the form of an additional fuel pump.
  • Low-pressure collection space are given in the control room or the control room can be relieved in a fuel tank. Because of the relatively low pressure in the low-pressure accumulation chamber, the control valve with which the control chamber is actuated can be designed as a low-pressure valve, which is far less complex than a control valve for very high fuel pressures. It is also sufficient if all the lines from the low-pressure collection space are designed only for this low pressure.
  • the control room can also and the piston guided therein is correspondingly less expensive to manufacture.
  • a pressure-maintaining valve is arranged in the leak oil line, via which the low-pressure valve can be connected to the control chamber.
  • a certain fuel pressure which is however lower than the pressure in the low-pressure accumulation chamber, is always maintained in the control chamber.
  • This residual pressure in the control chamber can serve as a so-called oil spring, which always exerts a closing force on the corresponding valve needle via the hydraulic force on the piston. There is therefore no need for a closing spring which is normally required to always apply a closing force to the valve needle which is connected to the piston.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a fuel injection system together with a fuel injection valve in longitudinal section
  • Figure 2 is an enlarged view in the seat area of the fuel injector
  • FIG. 3 shows an enlarged illustration of a further exemplary embodiment of the fuel injection system in the area of the low-pressure valve. Description of the embodiment
  • a fuel injection system for internal combustion engines is shown schematically in FIG. 1, a fuel injection valve 15 being shown in longitudinal section and the other components of the fuel injection system in a schematic illustration.
  • fuel is supplied to a high-pressure pump 5 via a fuel line 3, and from there is further supplied to a high-pressure collection space 7 via the fuel line 3.
  • Control device ensures that a predetermined high fuel pressure level is always maintained in the high-pressure collecting space 7.
  • High-pressure lines 9 lead from the high-pressure collecting space 7 and can each be connected to a fuel injection valve 15. Only one of these fuel injection valves 15 is shown in FIG.
  • the high-pressure line 9 is connected to a high-pressure valve 11, which is designed as a 3/2-way valve.
  • the high-pressure line 9 leads from the high-pressure valve 11 to the fuel injection valve 15
  • Fuel injection valve 15 has a housing 16, which consists of a valve holding body 17, an intermediate disk 20 and a valve body 22, the valve body 22 being clamped against the valve holding body 17 in the axial direction with the intermediate disk 20 being interposed by means of a clamping nut 25.
  • a bore 30 is formed in the valve body 22, in which a valve needle in the form of a hollow needle 35 is guided so as to be longitudinally displaceable.
  • a valve seat 46 is formed, in which two rows of injection openings 41, 42 offset in the axial direction are formed.
  • a row of injection openings 41, 42 here consists of a plurality of injection openings, which are preferably arranged uniformly distributed over the circumference of the valve body 22.
  • Figure 2 shows an enlarged view of Figure 1 in the area of the valve seat 46.
  • the hollow needle 35 is sealingly guided in a section facing away from the combustion chamber in the bore 30 and tapers towards the combustion chamber to form a pressure shoulder 39 which serves as a pressure surface.
  • the hollow needle 35 merges into an outer sealing surface 45, which is essentially conical, so that at the transition from the outer surface of the hollow needle 35 to the sealing surface 45, an outer sealing edge 43 is formed, which in the closed position of the hollow needle 35 on the valve seat 46 is present.
  • a radial expansion of the bore 30 forms a pressure chamber 32 in the valve body 22, which, surrounding the hollow needle 35, continues to the valve seat 46.
  • the pressure chamber 32 can be connected to the high-pressure collecting chamber 7 via an inlet channel 18 running in the valve body 22, the intermediate disk 20 and the valve holding body 17 via the high-pressure line 9.
  • the first row of the injection openings 41 in the valve seat 46 is arranged such that the sealing edge 43 of the hollow needle 35 seals the first row of the injection openings 41 against the pressure chamber 32, so that when the hollow needle 35 is in contact with the valve seat 46, no fuel is injected.
  • the hollow needle 35 rests on a spring plate 50 which is arranged in a central opening 33 formed in the intermediate disk 20.
  • the central opening 33 has a smaller diameter at the transition of the valve body 22 to the intermediate disk 20 than the bore 30, so that a stop shoulder is formed on the intermediate disk 20, which serves as a stroke stop for the hollow needle 35 during its opening stroke movement.
  • the spring plate 33 protrudes into a spring chamber 52 formed in the valve holding body 17, in which a closing spring 55 is arranged under pressure prestress.
  • the closing spring 55 is supported on a support ring 57 facing away from the combustion chamber and with its end facing the combustion chamber on the spring plate 50, so that a closing force is exerted on the hollow needle 35 in the direction of the valve seat 46 by the bias of the closing spring 55.
  • the spring chamber 52 has a leak oil connection 53, to which a leak oil line 65 is connected, so that the spring chamber 52 is always connected to the fuel tank 1 and is therefore depressurized.
  • a valve needle in the form of an inner needle 37 is guided in a longitudinally displaceable manner and has a conical pressure surface 48 on its end facing the combustion chamber, which is delimited by a sealing edge 44.
  • the sealing edge 44 rests on the valve seat 46 and thus closes the second row of the injection openings 42 against the pressure chamber 32.
  • the inner needle 37 merges into a piston rod 61 which passes through the spring plate 50 and the spring chamber 52 protrudes into a control space 62 which is formed in the valve holding body 17 and faces away from the spring space 52.
  • a piston 60 is slidably arranged, which is sealingly guided in the control chamber 62 and is cup-shaped.
  • the piston 60 is connected to the piston rod 61 so that it moves in the longitudinal direction synchronously with the inner needle 37.
  • a closing spring 64 Arranged in the control chamber 62 is a closing spring 64, which has a compressive prestress and acts on the inner needle 37 in the closing direction in addition to the hydraulic force generated by the pressure prevailing in the control chamber 62.
  • the fuel injection system also has a low-pressure accumulation space 72, in which a predetermined fuel pressure level is maintained which is significantly below the fuel pressure level of the high-pressure accumulation space 7. For example, there is a pressure in the low-pressure collecting space 72 of at most about one fifth of the pressure in the high-pressure collecting space 7, which can be more than 100 MPa.
  • Each high-pressure valve 11 has a control line 70 leading into the low-pressure collection space 72, so that the high-pressure valve 11, as a 3/2-way valve, connects or separates the high-pressure line 9 from the high-pressure collection chamber 7, the high-pressure line 9 to the fuel injection valve 15 and the control line 70.
  • the high pressure valve 11 can be operated in two switch positions. In the first position, which is shown in FIG.
  • the high-pressure valve 11 connects the high-pressure line 9 coming from the pressure chamber 32 of the fuel injection valve 15 to the control line 70, while the connection to the high-pressure collection chamber 7 is closed.
  • the high-pressure collecting space 7 is connected via the high-pressure line 9 to the pressure space 32 of the fuel injection valve 15, while the control line 70 is closed.
  • the first position of the high pressure valve 11 corresponds to the position in which no fuel is to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, while the second position is switched during the injection of fuel.
  • the low-pressure accumulator 72 is connected to the fuel tank 1 via a leak oil line 76, a pressure-maintaining valve 74 being arranged in the leak oil line 76, so that a predetermined fuel pressure level is always maintained in the low-pressure accumulator 72.
  • a control line 80 leads from the low-pressure collecting space 72 to a low-pressure valve 78, which is designed as a 3/2-way valve. After the low pressure valve 78, the control line 80 divides in accordance with the number of fuel injection valves and opens into the control chamber 62 of the respective fuel injection valve 15.
  • a leak oil line 82 which is connected to the fuel tank 1, also opens into the low pressure valve 78. In the first position of the low-pressure valve 78, which is shown in FIG.
  • the fuel injection system works as follows: In part-load operation of the internal combustion engine, only relatively little fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. For a given injection pressure, only part of the total injection cross section should therefore be opened.
  • the low-pressure valve 78 is moved into the second position, so that the low-pressure collecting space 72 is connected to the control chamber 62 of all fuel injection valves 15, so that a hydraulic force is exerted on the piston 60 and the piston rod 61 and thus the inner needle 37 is pressed in the closed position .
  • the high-pressure valve 11 is moved into the second position, so that the high-pressure collecting space 7 is connected to the pressure space 32 via the high-pressure line 9 and the inlet channel 18.
  • the high-pressure valve 11 is moved back into the first position, so that the connection to the high-pressure collection space 7 is interrupted.
  • the pressure chamber 32 is now connected via the inlet 18 and the high-pressure line 9 to the control line 70 and thus to the low-pressure collection chamber 72.
  • the residual pressure in the pressure chamber 32 is now released into the low-pressure accumulator 72, so that there is an exhaust flow into the low-pressure chamber 72, which increases the fuel pressure there.
  • the pressure-maintaining valve 74 opens, and fuel flows back from the low-pressure accumulation space 72 into the fuel tank 1.
  • Pressure in the pressure chamber 32 also reduces the hydraulic force on the pressure shoulder 39, and due to the force of the closing spring 55, the hollow needle 35 is pressed back into the closed position and the injection openings 41 are closed again. Due to the high pressure difference between
  • Leakage oil flows occurring in the pressure chamber 32 and the spring chamber 52 and flowing into the spring chamber 52 are discharged via the leakage oil line 65, so that the fuel pressure level of the fuel tank 1 is maintained in the spring chamber 52. If the internal combustion engine is to be operated at full load, both rows of injection openings 41, 42 are opened. For this purpose, the low pressure valve 78 is switched to the first position, so that the control chamber 62 is now relieved of pressure via the control line 80 and the leak oil line 82.
  • the first part of the injection follows as described above wrote in partial load operation, but now, after the hollow needle 35 has moved into the open position, the inner needle 37 is also moved into the open position by pressurizing the pressure surface 48, so that the second row of injection openings 42 are also released and fuel from the pressure chamber 32 through the entire injection cross-section is injected. In this operating mode, only the force of the closing spring 64 acts on the inner needle 37, so that the hydraulic pressure on the pressure surface 48 is now sufficient for an opening stroke movement.
  • the injection ends as described above by switching the high-pressure valve 11.
  • FIG. 3 A further exemplary embodiment of the fuel injection system is shown in FIG. 3, only a section in the region of the low-pressure valve 78 being shown here.
  • low-pressure valve 78 operates as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, but here a pressure hold valve 84 is arranged in the leakage oil line 82.
  • the control chamber 62 In the first position of the low-pressure valve 78, which is shown in FIG. 3, the control chamber 62 is not completely relieved of pressure, but a residual pressure remains, which is determined by the pressure-maintaining valve 84.
  • this hydraulic residual pressure exerts a force on the piston 60 which corresponds to the force of the closing spring 64, so that the closing spring 64 can be omitted.
  • a so-called oil spring is used instead of the closing spring 64.
  • the low-pressure accumulator 72 is supplied with fuel in sufficient pressure exclusively via the control flow of the fuel injection valves 15.
  • Another fuel pressure source for example in the form of an additional fuel pump, can thus be dispensed with. Since all fuel injection valves 15 of the internal combustion engine are connected to the low-pressure collecting space 72, the operating mode, al so determine part-load or full-load operation for all fuel injection valves 15 synchronously by switching the low-pressure valve 78 accordingly.

Abstract

The invention relates to a fuel-injection system for internal combustion engines comprising a high-pressure accumulator (7), which contains fuel under high-pressure and at least one fuel-injection valve (15) that is connected to the high-pressure accumulator (7). The fuel-injection valve (15) is used to inject the pressurised fuel through injection openings (41, 42) into a combustion chamber of the internal combustion engine. The fuel-injection valve (15) has a control chamber (62), which is delimited by a piston (60) that can be displaced longitudinally and which co-operates with the fuel-injection valve (15), in such a way that the injection cross-section of the fuel-injection valve (15) is controlled depending on the hydraulic pressure in the control chamber (62). The system is also provided with a low-pressure accumulator (72), which can be connected to the control chamber (62). A predetermined fuel pressure that is lower than that of the high-pressure accumulator (7) is maintained in the low-pressure accumulator (72).

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für BrennkraftmaschinenFuel injection system for internal combustion engines
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen aus, wie es aus der Offenlegungsschrift DE 41 15 477 AI bekannt ist. In dieser Schrift wird ein Kraftstoffeinspritzsystem gezeigt, das ein Kraftstoffein- spritzventil umfaßt, welches einen Ventilkörper aufweist. Im Ventilkörper ist eine Bohrung ausgebildet, in der eine Hohlnadel geführt ist . Die Hohlnadel weist eine Druckschulter auf und ist auf Höhe der Druckschulter von einem durch eine radiale Erweiterung der Bohrung gebildeten Druckraum umgeben, der mit einer Kraftstoffhochdruckquelle verbunden ist. Die Hohlnadel weist an ihrem brennraumseitigen Ende eineThe invention is based on a fuel injection system for internal combustion engines, as is known from published patent application DE 41 15 477 AI. In this document, a fuel injection system is shown which comprises a fuel injection valve which has a valve body. A bore is formed in the valve body in which a hollow needle is guided. The hollow needle has a pressure shoulder and, at the level of the pressure shoulder, is surrounded by a pressure space formed by a radial expansion of the bore and connected to a high-pressure fuel source. The hollow needle has one at its combustion chamber end
Dichtfläche auf, die an einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz anliegt. Die Hohlnadel wird von einer Feder in Richtung des Ventilsitzes mit einer Schließkraft beaufschlagt und verharrt so bei drucklosem Zu- stand im Druckraum in der Schließstellung, in der sie eine erste Reihe von Einspritzöffnungen, die im Ventilsitz ausgebildet ist, verdeckt. In der Hohlnadel ist eine Innennadel geführt, die ebenfalls an ihrem brennraumseitigen Ende eine Dichtflache aufweist und am Ventilsitz anliegt . Die Innenna- del wird hierbei ebenfalls von einer Feder in Richtung auf den Ventilsitz gedrückt und verbleibt so, wenn keine Einspritzung von Kraftstoff stattfinden soll, in Anlage am Ventilsitz und verschließt so eine zweite Reihe von Einspritzöffnungen, die ebenfalls am Ventilsitz ausgebildet sind und die stromabwärts zu der ersten Reihe von Einspritzöffnungen angeordnet sind. Die Innennadel geht an ihrem brennraumabge- wandten Ende in eine Kolbenstange über, die die Innennadel in axialer Richtung mit einem Kolben verbindet, der einen Steuerraum begrenzt, in der Art, daß durch einen entspre- chenden Druck im Steuerraum eine Kraft auf den Kolben und damit über die Kolbenstange auch auf die Innennadel in Schließrichtung erzeugt werden kann. Über eine Stelleinrichtung kann der Kraftstoffdruck, der im Falle einer Einspritzung in den Druckraum geleitet wird, auch in den Steuerraum geleitet werden, so daß dort ein hoher Kraftstoffdruck anliegt. Ist dies der Fall, so wird die Innennadel mit einer hohen Kraft in Schließstellung beaufschlagt, so daß durch den Kraftstoffdruck im Druckraum nur die Hohlnadel durch die Kraft auf die Druckfläche entgegen der Schließkraft in Öff- nungsrichtung bewegt wird und die erste Reihe von Einspritzöffnungen freigibt . Eine am brennraumseitigen Ende der Innennadel ausgebildete Druckfläche wird zwar jetzt vom Kraft- stoffhochdruck des Druckraums beaufschlagt, jedoch wirkt dieser hydraulischen Öffnungskraft die hydraulische Kraft des Steuerraums entgegen, so daß die Innennadel in Schließstellung verharrt . Da in dieser Betriebsart nur ein Teil der Einspritzöffnungen aufgesteuert wird, ergibt sich eine Einspritzung mit geringem Querschnitt, so daß nur eine geringe Menge eingespritzt wird, jedoch mit entsprechend hohem Kraftstoffdruck. Soll eine Einspritzung mit dem vollen Einspritzquerschnitt erfolgen, so wird über die Steuereinrichtung der Steuerraum von der Hochdruckleitung getrennt, so daß er in einen Leckölraum entlastet wird. Auf die Innennadel wirkt jetzt nur noch die geringere Kraft der Schließfe- der, so daß bei einem entsprechend hohen Druck im Druckraum zuerst die Hohlnadel in Öffnungsstellung fährt und anschließend durch die hydraulische Kraft auf die Druckfläche der Innennadel auch die Innennadel in Öffnungsrichtung verfährt und so auch die zweite Reihe von Einspritzöffnungen frei- gibt. Bei dem bekannten Kraftstoffeinspritzsystem tritt jedoch der Nachteil auf, daß als Steuerdruck ausschließlich der Hochdruck, der auch für die Einspritzung verwendet wird, zur Verfügung steht . Hierdurch müssen der Steuerraum und alle dorthin führenden Leitungen und die Stelleinrichtung entsprechend hochdrucktauglich ausgebildet werden. Bei den heute üblichen Einspritzsystemen, die einen Hochdrucksammeiraum benutzen, ein sogenanntes „common rail", betragen die Ein- spritzdrücke zum Teil deutlich über 100 MPa, so daß an die Mechanik der Stelleinrichtung, des Steuerraums und des dort geführten Kolbens hohe Anforderungen gestellt werden, was diese Einrichtungen auf endig und entsprechend teuer macht . Außerdem ergeben sich Pumpverluste beim Entlasten des Steu- erraums . Zudem muß pro Einspritzventil ein Steuerventil für den Druck im Steuerraum vorhanden sein.Sealing surface, which rests on a valve seat formed on the combustion chamber end of the bore. The hollow needle is acted upon by a spring in the direction of the valve seat with a closing force and thus remains in the closed position when it is depressurized in the pressure chamber, in which it covers a first row of injection openings formed in the valve seat. An inner needle is guided in the hollow needle, which likewise has a sealing surface at its end on the combustion chamber side and bears against the valve seat. The inner needle is also pressed by a spring in the direction of the valve seat and thus remains in contact with the valve seat when no injection of fuel is to take place and thus closes a second row of injection openings which are also formed on the valve seat and which are downstream to the first row of injection ports are arranged. At its end facing away from the combustion chamber, the inner needle merges into a piston rod, which connects the inner needle in the axial direction to a piston which delimits a control chamber, in such a way that a force on the piston and thus on the piston is caused by a corresponding pressure in the control chamber can also be generated on the inner needle in the closing direction via the piston rod. The fuel pressure, which is fed into the pressure chamber in the event of an injection, can also be conducted into the control chamber via an actuating device, so that a high fuel pressure is present there. If this is the case, a high force is applied to the inner needle in the closed position, so that due to the fuel pressure in the pressure chamber, only the hollow needle is moved in the opening direction against the closing force by the force on the pressure surface and opens the first row of injection openings. A pressure surface formed on the combustion chamber end of the inner needle is now acted upon by the high pressure fuel in the pressure chamber, but this hydraulic opening force is counteracted by the hydraulic force of the control chamber, so that the inner needle remains in the closed position. Since only a part of the injection openings is opened in this operating mode, there is an injection with a small cross-section, so that only a small amount is injected, but with a correspondingly high fuel pressure. If an injection is to take place with the full injection cross-section, the control chamber separates the control chamber from the high-pressure line, so that it is relieved into a leakage oil chamber. Only the lower force of the closing spring now acts on the inner needle, so that at a correspondingly high pressure in the pressure chamber the hollow needle first moves into the open position and then the hydraulic force on the pressure surface of the inner needle also moves the inner needle in the opening direction and so on opens the second row of injection ports. In the known fuel injection system, however, there is the disadvantage that only the high pressure, which is also used for the injection, is available as the control pressure. As a result, the control room and all lines leading there and the actuating device must be designed to be suitable for high pressure. In today's common injection systems, which use a high-pressure accumulation chamber, a so-called "common rail", the injection pressures are in some cases well over 100 MPa, so that high demands are placed on the mechanics of the actuating device, the control chamber and the piston guided there. what makes these devices finite and correspondingly expensive. In addition, there are pumping losses when the control chamber is relieved. In addition, there must be one control valve for the pressure in the control chamber per injection valve.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß jedes Kraftstoffeinspritzventil des Kraft- sto feinspritzsystems einen Steuerraum aufweist, der mit einem Niederdrucksammeiraum verbindbar ist . Der Steuerraum wird durch einen Kolben begrenzt, der abhängig vom Druck im Steuerraum den Ξinspritzquerschnitt des Kraftstoffeinspritzventils steuert, so daß sich über die Verbindung des Niederdrucksammeiraums mit dem Steuerraum mittels eines im Vergleich zum Druck im Hochdrucksammeiraum niedrigem Druck der Einspritzquerschnitt steuern läßt.The fuel injection system according to the invention with the characterizing features of patent claim 1 has the advantage that each fuel injection valve of the fuel injection system has a control chamber which can be connected to a low-pressure collection chamber. The control chamber is delimited by a piston which controls the injection cross section of the fuel injection valve depending on the pressure in the control chamber, so that the injection cross section can be controlled via the connection of the low pressure collection chamber to the control chamber by means of a pressure which is low in comparison to the pressure in the high pressure collection chamber.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung wird der Niederdrucksammeiraum durch den Kraft- stoffdruck im Kraftstoffeinspritzventil mit Kraftstoff ver- sorgt. Hierdurch ist zwischen dem Hochdrucksammeiraum, der den Kraftstoff mit Einspritzdruck liefert, dem Kraftstoff- einspritzventil und dem Niederdrucksammeiraum ein Hochdruckventil angeordnet, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. In einer ersten Stellung verbindet das Hochdruckventil den im Ventilkörper ausgebildeten Druckraum mit dem Niederdrucksammeiraum, während die Verbindung zum Hochdrucksammeiraum unterbrochen ist . In einer zweiten Stellung des Hochdruckventils wird der Hochdrucksammelräum mit dem Druckraum des Kraftstoffeinspritzventils verbunden, während die Verbindung zum Niederdrucksammeiraum unterbrochen ist. Während einer Einspritzung liegt der volle Einspritzdruck des Hochdrucksammeiraums im Druckraum an, d.h. das Hochdruckventil befindet sich in seiner zweiten Stellung. Soll die Einspritzung beendet werden, so schaltet das Hochdruckventil, und die Entlastung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs im Druckraum erfolgt in den Niederdrucksammeiraum. Hierdurch wird dort ein Kraftstoffdruck aufgebaut, der mittels eines Druckhalteventils auf einem vorgegebenen Niveau gehalten wird. Auf diese Weise kann ein vorgegebenes Kraftstoffdruck- niveau im Niederdrucksammeiraum gehalten werden, ohne daß eine separate Druckquelle erforderlich wäre, beispielsweise in Form einer zusätzlichen Kraftstoffpumpe.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the low-pressure accumulation chamber is supplied with fuel by the fuel pressure in the fuel injection valve. As a result, between the high-pressure collection space, the supplies the fuel with injection pressure, the fuel injection valve and the low-pressure accumulator arranged a high-pressure valve, which is designed as a 3/2-way valve. In a first position, the high-pressure valve connects the pressure space formed in the valve body to the low-pressure collection space, while the connection to the high-pressure collection space is interrupted. In a second position of the high-pressure valve, the high-pressure collection space is connected to the pressure space of the fuel injection valve, while the connection to the low-pressure collection space is interrupted. During an injection, the full injection pressure of the high-pressure accumulation chamber is present in the pressure chamber, ie the high-pressure valve is in its second position. If the injection is to be ended, the high-pressure valve switches and the high-pressure fuel in the pressure chamber is discharged into the low-pressure accumulator. As a result, a fuel pressure is built up there, which is maintained at a predetermined level by means of a pressure maintaining valve. In this way, a predetermined fuel pressure level can be maintained in the low-pressure accumulation space without the need for a separate pressure source, for example in the form of an additional fuel pump.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan- des der Erfindung kann über ein Steuerventil der Druck desIn a further advantageous embodiment of the object of the invention, the pressure of the
Niederdrucksammeiraums in den Steuerraum gegeben werden oder es kann der Steuerraum in einen Kraftstoffbehälter entlastet werden. Aufgrund des relativ geringen Drucks im Niederdrucksammeiraum kann das Steuerventil, mit dem der Steuerraum an- gesteuert wird, als Niederdruckventil ausgeführt sein, was weit weniger aufwendig ist als ein Steuerventil für sehr hohe Kraftstoffdrücke. Ebenso ist es ausreichend, wenn alle Leitungen vom Niederdrucksammeiraum lediglich auf diesen niedrigen Druck ausgelegt sind. Ebenso kann der Steuerraum und der darin geführte Kolben entsprechend weniger aufwendig gefertigt sein.Low-pressure collection space are given in the control room or the control room can be relieved in a fuel tank. Because of the relatively low pressure in the low-pressure accumulation chamber, the control valve with which the control chamber is actuated can be designed as a low-pressure valve, which is far less complex than a control valve for very high fuel pressures. It is also sufficient if all the lines from the low-pressure collection space are designed only for this low pressure. The control room can also and the piston guided therein is correspondingly less expensive to manufacture.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstan- des der Erfindung ist in der Leckölleitung, über die das Niederdruckventil mit dem Steuerraum verbindbar ist, ein Druckhalteventil angeordnet . Auf diese Weise bleibt stets ein gewisser Kraftstoffdruck, der jedoch niedriger ist als der Druck im Niederdrucksammeiraum, im Steuerraum erhalten. Dieser Restdruck im Steuerraum kann als sogenannte Ölfeder dienen, die stets über die hydraulische Kraft auf den Kolben eine Schließkraft auf die entsprechende Ventilnadel ausübt. Es kann somit auf eine Schließfeder verzichtet werden, die normalerweise benötigt wird, die Ventilnadel, die mit dem Kolben verbunden ist, stets mit einer Schließkraft zu beaufschlagen.In a further advantageous embodiment of the object of the invention, a pressure-maintaining valve is arranged in the leak oil line, via which the low-pressure valve can be connected to the control chamber. In this way, a certain fuel pressure, which is however lower than the pressure in the low-pressure accumulation chamber, is always maintained in the control chamber. This residual pressure in the control chamber can serve as a so-called oil spring, which always exerts a closing force on the corresponding valve needle via the hydraulic force on the piston. There is therefore no need for a closing spring which is normally required to always apply a closing force to the valve needle which is connected to the piston.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the subject matter of the invention can be found in the description, the drawing and the claims.
Zeichnungdrawing
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt. Es zeigt Figur 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem im schematischen Aufbau zusammen mit einem Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt,An exemplary embodiment of the fuel injection system according to the invention is shown in the drawing. 1 shows a schematic diagram of a fuel injection system together with a fuel injection valve in longitudinal section,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung im Sitzbereich des Kraftstoffeinspritzventils undFigure 2 is an enlarged view in the seat area of the fuel injector and
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines weiteren Aus- führungsbeispiels des Kraftstoffeinspritzsystems im Bereich des Niederdruckventils . Beschreibung des AusführungsbeispielsFIG. 3 shows an enlarged illustration of a further exemplary embodiment of the fuel injection system in the area of the low-pressure valve. Description of the embodiment
In Figur 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen schematisch dargestellt, wobei ein Kraftstoffein- spritzventil 15 im Längsschnitt gezeigt ist und die übrigen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems in schematischer Darstellung. Aus einem Kraftstoffbehälter 1 wird über eine Kraftstoffleitung 3 Kraftstoff einer Hochdruckpumpe 5 zugeführt und von dieser über die Kraftstoffleitung 3 weiter ei- nem Hochdrucksammeiraum 7 zugeführt . Durch eine in derA fuel injection system for internal combustion engines is shown schematically in FIG. 1, a fuel injection valve 15 being shown in longitudinal section and the other components of the fuel injection system in a schematic illustration. From a fuel tank 1, fuel is supplied to a high-pressure pump 5 via a fuel line 3, and from there is further supplied to a high-pressure collection space 7 via the fuel line 3. By one in the
Zeichnung nicht dargestellte Regeleinrichtung ist sichergestellt, daß im Hochdrucksammeiraum 7 stets ein vorgegebenes hohes Kraftstoffdruckniveau aufrechterhalten bleibt. Vom Hochdrucksammeiraum 7 führen Hochdruckleitungen 9 ab, die jeweils mit einem Kraftstoffeinspritzventil 15 verbindbar sind. Von diesen Kraftstoffeinspritzventilen 15 ist in der Figur 1 nur eines gezeigt . Die Hochdruckleitung 9 ist mit einem Hochdruckventil 11 verbunden, das als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Vom Hochdruckventil 11 führt die Hochdruck- leitung 9 weiter zum Kraftstoffeinspritzventil 15. DasControl device, not shown, ensures that a predetermined high fuel pressure level is always maintained in the high-pressure collecting space 7. High-pressure lines 9 lead from the high-pressure collecting space 7 and can each be connected to a fuel injection valve 15. Only one of these fuel injection valves 15 is shown in FIG. The high-pressure line 9 is connected to a high-pressure valve 11, which is designed as a 3/2-way valve. The high-pressure line 9 leads from the high-pressure valve 11 to the fuel injection valve 15
Kraftstoffeinspritzventil 15 weist ein Gehäuse 16 auf, das aus einem Ventilhaltekörper 17, einer Zwischenscheibe 20 und einem Ventilkörper 22 besteht, wobei der Ventilkörper 22 unter Zwischenlage der Zwischenscheibe 20 mittels einer Spann- mutter 25 in axialer Richtung gegen den Ventilhaltekörper 17 verspannt ist. Im Ventilkörper 22 ist eine Bohrung 30 ausgebildet, in der eine Ventilnadel in Form einer Hohlnadel 35 längsverschiebbar geführt ist . Am brennraumseitigen Ende der Bohrung 30 ist ein Ventilsitz 46 ausgebildet, in dem zwei in axialer Richtung zueinander versetzte Reihen von Ein- spritzöffnungen 41, 42 ausgebildet sind. Eine Reihe von Einspritzöffnungen 41, 42 besteht hierbei aus mehreren Einspritzöffnungen, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Ventilkörpers 22 verteilt angeordnet sind. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung von Figur 1 im Bereich des Ventilsitzes 46. Die Hohlnadel 35 ist in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 30 dichtend geführt und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 39, die als Druckfläche dient. Am brennraum- seitigen Ende geht die Hohlnadel 35 in eine äußere Dichtfläche 45 über, die im wesentlichen konisch ausgebildet ist, so daß am Übergang der Außenmantelfläche der Hohlnadel 35 zur Dichtfläche 45 eine äußere Dichtkante 43 ausgebildet ist, die in Schließstellung der Hohlnadel 35 am Ventilsitz 46 an- liegt. Auf Höhe der Druckschulter 39 ist durch eine radiale Erweiterung der Bohrung 30 ein Druckraum 32 im Ventilkörper 22 ausgebildet, der sich, die Hohlnadel 35 umgebend, bis zum Ventilsitz 46 fortsetzt. Der Druckraum 32 ist über einen im Ventilkörper 22, der Zwischenscheibe 20 und dem Ventilhalte- körper 17 verlaufenden Zulaufkanal 18 über die Hochdruckleitung 9 mit dem Hochdrucksammeiraum 7 verbindbar. Die erste Reihe der Einspritzöffnungen 41 im Ventilsitz 46 ist so angeordnet, daß die Dichtkante 43 der Hohlnadel 35 die erste Reihe der Einspritzöffnungen 41 gegen den Druckraum 32 ab- dichtet, so daß bei Anlage der Hohlnadel 35 am Ventilsitz 46 keine Einspritzung von Kraftstoff erfolgt .Fuel injection valve 15 has a housing 16, which consists of a valve holding body 17, an intermediate disk 20 and a valve body 22, the valve body 22 being clamped against the valve holding body 17 in the axial direction with the intermediate disk 20 being interposed by means of a clamping nut 25. A bore 30 is formed in the valve body 22, in which a valve needle in the form of a hollow needle 35 is guided so as to be longitudinally displaceable. At the end of the bore 30 on the combustion chamber side, a valve seat 46 is formed, in which two rows of injection openings 41, 42 offset in the axial direction are formed. A row of injection openings 41, 42 here consists of a plurality of injection openings, which are preferably arranged uniformly distributed over the circumference of the valve body 22. Figure 2 shows an enlarged view of Figure 1 in the area of the valve seat 46. The hollow needle 35 is sealingly guided in a section facing away from the combustion chamber in the bore 30 and tapers towards the combustion chamber to form a pressure shoulder 39 which serves as a pressure surface. At the end on the combustion chamber side, the hollow needle 35 merges into an outer sealing surface 45, which is essentially conical, so that at the transition from the outer surface of the hollow needle 35 to the sealing surface 45, an outer sealing edge 43 is formed, which in the closed position of the hollow needle 35 on the valve seat 46 is present. At the level of the pressure shoulder 39, a radial expansion of the bore 30 forms a pressure chamber 32 in the valve body 22, which, surrounding the hollow needle 35, continues to the valve seat 46. The pressure chamber 32 can be connected to the high-pressure collecting chamber 7 via an inlet channel 18 running in the valve body 22, the intermediate disk 20 and the valve holding body 17 via the high-pressure line 9. The first row of the injection openings 41 in the valve seat 46 is arranged such that the sealing edge 43 of the hollow needle 35 seals the first row of the injection openings 41 against the pressure chamber 32, so that when the hollow needle 35 is in contact with the valve seat 46, no fuel is injected.
An ihrem brennraumabgewandten Ende liegt die Hohlnadel 35 an einem Federteller 50 an, der in einer in der Zwischenscheibe 20 ausgebildeten zentralen Öffnung 33 angeordnet ist. Die zentrale Öffnung 33 weist hierbei am Übergang des Ventilkörpers 22 zur Zwischenscheibe 20 einen geringeren Durchmesser auf als die Bohrung 30, so daß an der Zwischenscheibe 20 eine Anschlagschulter gebildet wird, die als Hubanschlag für die Hohlnadel 35 bei deren Öffnungshubbewegung dient. Der Federteller 33 ragt bis in einen im Ventilhaltekörper 17 ausgebildeten Federraum 52, in dem eine Schließfeder 55 unter Druckvorspannung angeordnet ist . Die Schließfeder 55 stützt sich hierbei brennraumabgewandt an einem Stützring 57 ab und mit ihrem brennraumzugewandten Ende am Federteller 50, so daß durch die Vorspannung der Schließfeder 55 eine Schließkraft auf die Hohlnadel 35 in Richtung auf den Ventilsitz 46 ausgeübt wird. Der Federraum 52 weist einen Leckölanschluß 53 auf, an den eine Leckölleitung 65 ange- schlössen ist, so daß der Federraum 52 stets mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden und damit drucklos ist .At its end facing away from the combustion chamber, the hollow needle 35 rests on a spring plate 50 which is arranged in a central opening 33 formed in the intermediate disk 20. The central opening 33 has a smaller diameter at the transition of the valve body 22 to the intermediate disk 20 than the bore 30, so that a stop shoulder is formed on the intermediate disk 20, which serves as a stroke stop for the hollow needle 35 during its opening stroke movement. The spring plate 33 protrudes into a spring chamber 52 formed in the valve holding body 17, in which a closing spring 55 is arranged under pressure prestress. The closing spring 55 is supported on a support ring 57 facing away from the combustion chamber and with its end facing the combustion chamber on the spring plate 50, so that a closing force is exerted on the hollow needle 35 in the direction of the valve seat 46 by the bias of the closing spring 55. The spring chamber 52 has a leak oil connection 53, to which a leak oil line 65 is connected, so that the spring chamber 52 is always connected to the fuel tank 1 and is therefore depressurized.
In der Hohlnadel 35 ist eine Ventilnadel in Form einer Innennadel 37 längsverschiebbar geführt, die an ihrem brenn- raumzugewandten Ende eine konische Druckfläche 48 aufweist, die von einer Dichtkante 44 begrenzt wird. In Schließstellung der Innennadel 37 liegt die Dichtkante 44 am Ventilsitz 46 an und verschließt so die zweite Reihe der Einspritzöffnungen 42 gegen den Druckraum 32. Die Innennadel 37 geht an ihrem brennraumabgewandten Ende in eine Kolbenstange 61 über, die durch den Federteller 50 und den Federraum 52 bis in einen brennraumabgewandt zum Federraum 52 im Ventilhaltekörper 17 ausgebildeten Steuerraum 62 ragt . Im Steuerraum 62 ist ein Kolben 60 verschiebbar angeordnet, der dichtend im Steuerraum 62 geführt ist und becherförmig ausgeführt ist. Der Kolben 60 ist mit der Kolbenstange 61 verbunden, so daß er sich synchron mit der Innennadel 37 in Längsrichtung bewegt. Im Steuerraum 62 ist eine Schließfeder 64 angeordnet, die eine Druckvorspannung aufweist und die Innennadel 37 zu- sätzlich zu der hydraulischen Kraft, die durch den im Steuerraum 62 herrschenden Druck erzeugt wird, in Schließrichtung beaufschlagt .In the hollow needle 35, a valve needle in the form of an inner needle 37 is guided in a longitudinally displaceable manner and has a conical pressure surface 48 on its end facing the combustion chamber, which is delimited by a sealing edge 44. In the closed position of the inner needle 37, the sealing edge 44 rests on the valve seat 46 and thus closes the second row of the injection openings 42 against the pressure chamber 32. At its end remote from the combustion chamber, the inner needle 37 merges into a piston rod 61 which passes through the spring plate 50 and the spring chamber 52 protrudes into a control space 62 which is formed in the valve holding body 17 and faces away from the spring space 52. In the control chamber 62, a piston 60 is slidably arranged, which is sealingly guided in the control chamber 62 and is cup-shaped. The piston 60 is connected to the piston rod 61 so that it moves in the longitudinal direction synchronously with the inner needle 37. Arranged in the control chamber 62 is a closing spring 64, which has a compressive prestress and acts on the inner needle 37 in the closing direction in addition to the hydraulic force generated by the pressure prevailing in the control chamber 62.
Das Kraftstoffeinspritzsystem weist darüber hinaus einen Niederdrucksammeiraum 72 auf, in dem ein vorgegebenes Kraft- Stoffdruckniveau aufrechterhalten wird, das deutlich unter dem Kraftstoffdruckniveau des Hochdrucksammeiraums 7 liegt . Beispielsweise herrscht im Niederdrucksammeiraum 72 ein Druck von höchstens etwa einem Fünftel des Drucks im Hoch- drucksammelräum 7, der mehr als 100 MPa betragen kann. Von jedem Hochdruckventil 11 führt eine Absteuerleitung 70 in den Niederdrucksammeiraum 72, so daß das Hochdruckventil 11 als 3/2-Wegeventil die Hochdruckleitung 9 vom Hochdrucksam- melraum 7, die Hochdruckleitung 9 zum Kraftstoffeinspritz- ventil 15 und die Absteuerleitung 70 miteinander verbindet beziehungsweise trenn . Das Hochdruckventil 11 kann in zwei Schaltstellungen gefahren werden. In der ersten Stellung, die in Figur 1 dargestellt ist, verbindet das Hochdruckventil 11 die vom Druckraum 32 des Kraftstoffeinspritzventils 15 kommende Hochdruckleitung 9 mit der Absteuerleitung 70, während die Verbindung zum Hochdrucksammeiraum 7 verschlossen wird. In der zweiten Stellung des Hochdruckventils 11 wird der Hochdrucksammelräum 7 über die Hochdruckleitung 9 mit dem Druckraum 32 des Kraftstoffeinspritzventils 15 ver- bunden, während die Absteuerleitung 70 verschlossen wird. Die erste Stellung des Hochdruckventils 11 entspricht der Stellung, in der kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, während die zweite Stellung während der Einspritzung von Kraftstoff geschaltet wird.The fuel injection system also has a low-pressure accumulation space 72, in which a predetermined fuel pressure level is maintained which is significantly below the fuel pressure level of the high-pressure accumulation space 7. For example, there is a pressure in the low-pressure collecting space 72 of at most about one fifth of the pressure in the high-pressure collecting space 7, which can be more than 100 MPa. Of Each high-pressure valve 11 has a control line 70 leading into the low-pressure collection space 72, so that the high-pressure valve 11, as a 3/2-way valve, connects or separates the high-pressure line 9 from the high-pressure collection chamber 7, the high-pressure line 9 to the fuel injection valve 15 and the control line 70. The high pressure valve 11 can be operated in two switch positions. In the first position, which is shown in FIG. 1, the high-pressure valve 11 connects the high-pressure line 9 coming from the pressure chamber 32 of the fuel injection valve 15 to the control line 70, while the connection to the high-pressure collection chamber 7 is closed. In the second position of the high-pressure valve 11, the high-pressure collecting space 7 is connected via the high-pressure line 9 to the pressure space 32 of the fuel injection valve 15, while the control line 70 is closed. The first position of the high pressure valve 11 corresponds to the position in which no fuel is to be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, while the second position is switched during the injection of fuel.
Der Niederdrucksammeiraum 72 ist über eine Leckölleitung 76 mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden, wobei in der Leckölleitung 76 ein Druckhalteventil 74 angeordnet ist, so daß im Niederdrucksammeiraum 72 stets ein vorgegebenes Kraftstoffdruckniveau aufrechterhalten wird. Vom Niederdrucksammeiraum 72 führt eine Steuerleitung 80 zu einem Niederdruckventil 78, das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist. Nach dem Niederdruckventil 78 teilt sich die Steuerleitung 80 entsprechend der Anzahl der Kraftstoffeinspritzventile und mündet in den Steuerraum 62 des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventils 15. Ins Niederdruckventil 78 mündet darüber hinaus eine Leckölleitung 82, die mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden ist. In der ersten Stellung des Niederdruckventils 78, welche in der Figur 1 dargestellt ist, wird die vom Steuerraum 62 kom- mende Steuerleitung 80 mit der Leckölleitung 82 verbunden, während die vom Niederdrucksammeiraum 72 kommende Steuerleitung 80 verschlossen wird. Hierdurch wird der Steuerraum 62 mit dem Kraftstoffbehälter 1 verbunden und damit drucklos geschaltet. In der zweiten Stellung des Niederdruckventils 78 wird der Niederdrucksammeiraum 72 mit dem Steuerraum 62 über die Steuerleitung 80 verbunden, während die Leckölleitung 82 verschlossen wird. Hierdurch liegt im Steuerraum 62 der Kraftstoffdruck des Niederdrucksammeiraums 72 an. Für jedes Kraftstoffeinspritzventil 15 muß im erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ein Hochdruckventil 11 vorhanden sein, jedoch ist für das gesamte Kraf stoffeinspritzsystem nur ein Niederdruckventil 78 nötig.The low-pressure accumulator 72 is connected to the fuel tank 1 via a leak oil line 76, a pressure-maintaining valve 74 being arranged in the leak oil line 76, so that a predetermined fuel pressure level is always maintained in the low-pressure accumulator 72. A control line 80 leads from the low-pressure collecting space 72 to a low-pressure valve 78, which is designed as a 3/2-way valve. After the low pressure valve 78, the control line 80 divides in accordance with the number of fuel injection valves and opens into the control chamber 62 of the respective fuel injection valve 15. A leak oil line 82, which is connected to the fuel tank 1, also opens into the low pressure valve 78. In the first position of the low-pressure valve 78, which is shown in FIG. mende control line 80 connected to the drain line 82, while the control line 80 coming from the low-pressure collection chamber 72 is closed. As a result, the control chamber 62 is connected to the fuel tank 1 and is therefore depressurized. In the second position of the low-pressure valve 78, the low-pressure collection space 72 is connected to the control space 62 via the control line 80, while the leak oil line 82 is closed. As a result, the fuel pressure of the low-pressure accumulator 72 is present in the control chamber 62. For each fuel injection valve 15, a high-pressure valve 11 must be present in the fuel injection system according to the invention, but only one low-pressure valve 78 is necessary for the entire fuel injection system.
Das Kraftstoffeinspritzsystem arbeitet wie folgt: Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine wird nur relativ wenig Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Bei gegebenem Einspritzdruck soll somit nur ein Teil des gesamten Einspritzquerschnitts aufgesteuert werden. Hierzu wird das Niederdruckventil 78 in die zweite Position gefahren, so daß der Niederdrucksammeiraum 72 mit dem Steuerraum 62 sämtlicher Kraftstoffeinspritzventile 15 verbunden ist, so daß eine hydraulische Kraft auf den Kolben 60 ausgeübt wird und die Kolbenstange 61 und damit die Innennadel 37 in Schließstellung gepreßt wird. Zu Beginn der Einspritzung wird das Hochdruckventil 11 in die zweite Position gefahren, so daß der Hochdrucksammelräum 7 über die Hochdruckleitung 9 und den Zulaufkanal 18 mit dem Druckraum 32 verbunden wird. Dadurch fließt Kraftstoff unter hohem Druck in den Druckraum 32 und übt eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39 der Hohlnadel 35 aus. Sobald diese hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39 die Kraft der Schließfeder 55 übersteigt, bewegt sich die Hohlnadel 35 vom Ventilsitz 46 weg und hebt mit der Dichtkante 43 vom Ventilsitz 46 ab. Hier- durch wird der Druckraum 32 mit der ersten Reihe der Ein- spritzöffnungen 41 verbunden und Kraftstoff wird durch diese in den Brennraum der Brennkraf maschine eingespritzt . Da jetzt auch die Druckfläche 48 mit dem Kraftstoffdruck beaufschlagt wird, ergibt sich auch eine hydraulische Kraft auf die Innennadel 37 in Öffnungsrichtung. Jedoch wird diese hydraulische Kraft durch den Kraftstoffdruck im Steuerraum 62 kompensiert, so daß die Innennadel 37 in Schließstellung verharrt . Soll die Einspritzung beendet werden, wird das Hochdruckventil 11 in die erste Position zurückgefahren, so daß die Verbindung zum Hochdrucksammeiraum 7 unterbrochen wird. Der Druckraum 32 wird nun über den Zulauf anal 18 und die Hochdruckleitung 9 mit der Absteuerleitung 70 und damit mit dem Niederdrucksammeiraum 72 verbunden. Der Restdruck im Druckraum 32 wird nun in den Niederdrucksammeiraum 72 entla- stet, so daß sich ein Absteuerstrom in den Niederdruckraum 72 ergibt, der dort den Kraftstoffdruck erhöht. Sobald der Kraftstoffdruck im Niederdrucksammeiraum 72 ein vorgegebenes Niveau überschreitet, öffnet das Druckhalteventil 74, und Kraftstoff strömt aus dem Niederdrucksammeiraum 72 in den Kraftstoffbehälter 1 zurück. Durch den jetzt abfallendenThe fuel injection system works as follows: In part-load operation of the internal combustion engine, only relatively little fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. For a given injection pressure, only part of the total injection cross section should therefore be opened. For this purpose, the low-pressure valve 78 is moved into the second position, so that the low-pressure collecting space 72 is connected to the control chamber 62 of all fuel injection valves 15, so that a hydraulic force is exerted on the piston 60 and the piston rod 61 and thus the inner needle 37 is pressed in the closed position , At the beginning of the injection, the high-pressure valve 11 is moved into the second position, so that the high-pressure collecting space 7 is connected to the pressure space 32 via the high-pressure line 9 and the inlet channel 18. As a result, fuel flows under high pressure into the pressure chamber 32 and exerts a hydraulic force on the pressure shoulder 39 of the hollow needle 35. As soon as this hydraulic force on the pressure shoulder 39 exceeds the force of the closing spring 55, the hollow needle 35 moves away from the valve seat 46 and lifts off with the sealing edge 43 from the valve seat 46. As a result, the pressure chamber 32 with the first row of the spray openings 41 connected and fuel is injected through them into the combustion chamber of the internal combustion engine. Since the pressure surface 48 is now also subjected to the fuel pressure, there is also a hydraulic force on the inner needle 37 in the opening direction. However, this hydraulic force is compensated for by the fuel pressure in the control chamber 62, so that the inner needle 37 remains in the closed position. If the injection is to be ended, the high-pressure valve 11 is moved back into the first position, so that the connection to the high-pressure collection space 7 is interrupted. The pressure chamber 32 is now connected via the inlet 18 and the high-pressure line 9 to the control line 70 and thus to the low-pressure collection chamber 72. The residual pressure in the pressure chamber 32 is now released into the low-pressure accumulator 72, so that there is an exhaust flow into the low-pressure chamber 72, which increases the fuel pressure there. As soon as the fuel pressure in the low-pressure accumulation space 72 exceeds a predetermined level, the pressure-maintaining valve 74 opens, and fuel flows back from the low-pressure accumulation space 72 into the fuel tank 1. By the now falling
Druck im Druckraum 32 vermindert sich auch die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 39, und bedingt durch die Kraft der Schließfeder 55 wird die Hohlnadel 35 zurück in die Schließstellung gepreßt und die Einspritzöffnungen 41 wieder verschlossen. Die durch die hohe Druckdifferenz zwischenPressure in the pressure chamber 32 also reduces the hydraulic force on the pressure shoulder 39, and due to the force of the closing spring 55, the hollow needle 35 is pressed back into the closed position and the injection openings 41 are closed again. Due to the high pressure difference between
Druckraum 32 und Federraum 52 auftretenden Leckölströme, die dem Federraum 52 zufließen, werden hierbei über die Leckölleitung 65 abgeführt, so daß im Federraum 52 das Kraftstoff- druckniveau des Kraftstoffbehälters 1 aufrechterhalten bleibt. Soll die Brennkraftmaschine mit Vollast betrieben werden, so werden beide Reihen von Einspritzöffnungen 41, 42 aufgesteuert . Hierfür wird das Niederdruckventil 78 in die erste Stellung geschaltet, so daß der Steuerraum 62 nun über die Steuerleitung 80 und die Leckölleitung 82 druckentlastet ist. Der erste Teil der Einspritzung folgt wie oben be- schrieben im Teillastbetrieb, jedoch wird nun, nachdem die Hohlnadel 35 in Öffnungsstellung gefahren ist, durch Druckbeaufschlagung der Druckfläche 48 auch die Innennadel 37 in Öffnungsstellung gefahren, so daß auch die zweite Reihe Ein- Spritzöffnungen 42 freigegeben werden und Kraftstoff aus dem Druckraum 32 durch den gesamten Einspritzquerschnitt eingespritzt wird. In dieser Betriebsart wirkt auf die Innennadel 37 nur die Kraft der Schließfeder 64, so daß der hydraulische Druck auf die Druckfläche 48 für eine Öffnungshubbewe- gung nun ausreicht. Das Ende der Einspritzung erfolgt wie oben beschrieben durch das Schalten des Hochdruckventils 11.Leakage oil flows occurring in the pressure chamber 32 and the spring chamber 52 and flowing into the spring chamber 52 are discharged via the leakage oil line 65, so that the fuel pressure level of the fuel tank 1 is maintained in the spring chamber 52. If the internal combustion engine is to be operated at full load, both rows of injection openings 41, 42 are opened. For this purpose, the low pressure valve 78 is switched to the first position, so that the control chamber 62 is now relieved of pressure via the control line 80 and the leak oil line 82. The first part of the injection follows as described above wrote in partial load operation, but now, after the hollow needle 35 has moved into the open position, the inner needle 37 is also moved into the open position by pressurizing the pressure surface 48, so that the second row of injection openings 42 are also released and fuel from the pressure chamber 32 through the entire injection cross-section is injected. In this operating mode, only the force of the closing spring 64 acts on the inner needle 37, so that the hydraulic pressure on the pressure surface 48 is now sufficient for an opening stroke movement. The injection ends as described above by switching the high-pressure valve 11.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kraftstoffeinspritzsystems gezeigt, wobei hier nur ein Ausschnitt im Bereich des Niederdruckventils 78 dargestellt ist. DasA further exemplary embodiment of the fuel injection system is shown in FIG. 3, only a section in the region of the low-pressure valve 78 being shown here. The
Niederdruckventil 78 arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch ist hier in der Leckölleitung 82 ein Druckhaiteventil 84 angeordnet. In der ersten Stellung des Niederdruckventils 78, die in der Figur 3 dargestellt ist, wird der Steuerraum 62 nicht vollständig druckentlastet, sondern es bleibt ein Restdruck bestehen, der vom Druckhalteventil 84 bestimmt wird. Durch eine geeignete Auslegung kann man erreichen, daß dieser hydraulische Restdruck eine Kraft auf den Kolben 60 ausübt, der der Kraft der Schließfeder 64 entspricht, so daß die Schließfeder 64 entfallen kann. Anstatt der Schließfeder 64 wird also eine sogenannte Ölfeder eingesetzt .In this exemplary embodiment, low-pressure valve 78 operates as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, but here a pressure hold valve 84 is arranged in the leakage oil line 82. In the first position of the low-pressure valve 78, which is shown in FIG. 3, the control chamber 62 is not completely relieved of pressure, but a residual pressure remains, which is determined by the pressure-maintaining valve 84. By a suitable design it can be achieved that this hydraulic residual pressure exerts a force on the piston 60 which corresponds to the force of the closing spring 64, so that the closing spring 64 can be omitted. Instead of the closing spring 64, a so-called oil spring is used.
Der Niederdrucksammeiraum 72 wird ausschließlich über den Absteuerstrom der Kraftstoffeinspritzventile 15 mit Kraftstoff in ausreichendem Druck versorgt. Eine weitere Kraftstoffdruckquelle, etwa in Form einer zusätzlichen Kraftstoffpumpe, kann somit entfallen. Da alle Kraftstoffeinspritzventile 15 der Brennkraftmaschine mit dem Niederdruck- sammelraum 72 verbunden sind, läßt sich die Betriebsart, al- so Teillast- oder Vollastbetrieb, für alle Kraftstoffeinspritzventile 15 synchron durch entsprechendes Schalten des Niederdruckventils 78 bestimmen. The low-pressure accumulator 72 is supplied with fuel in sufficient pressure exclusively via the control flow of the fuel injection valves 15. Another fuel pressure source, for example in the form of an additional fuel pump, can thus be dispensed with. Since all fuel injection valves 15 of the internal combustion engine are connected to the low-pressure collecting space 72, the operating mode, al so determine part-load or full-load operation for all fuel injection valves 15 synchronously by switching the low-pressure valve 78 accordingly.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Hochdrucksammeiraum (7) , in dem Kraftstoff unter hohem Druck gehalten wird, und mit wenigstens einem Kraft- stoffeinspritzventil (15) , das mit dem Hochdrucksammei - räum (7) verbunden ist und durch das der unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch Einspritzöffnungen (41, 42) , die einen Einspritzquerschnitt bilden, in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann, und mit einem Steuerräum (62) , der durch einen längsverschiebbaren Kolben (60) begrenzt wird und mit dem Kraftstoffeinspritzventil (15) wirkverbunden ist, so daß der Einspritzquerschnitt des Kraftstoffeinspritzventils (15) abhängig vom hydraulischen Druck im Steuerraum (62) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Niederdrucksammeiraum (72) mit dem Steuerraum (62) verbindbar ist, wobei im Niederdrucksammeiraum (72) ein vorgegebener Kraftstoffdruck aufrecht erhalten wird, der niedriger ist als der im Hochdrucksammeiraum (7) . 1. Fuel injection system for internal combustion engines with a high-pressure collection space (7), in which fuel is kept under high pressure, and with at least one fuel injection valve (15), which is connected to the high-pressure collection space (7) and through which the under high pressure standing fuel through injection openings (41, 42), which form an injection cross section, can be injected into a combustion chamber of the internal combustion engine, and with a control chamber (62), which is delimited by a longitudinally displaceable piston (60) and is operatively connected to the fuel injection valve (15) is so that the injection cross section of the fuel injection valve (15) is controlled as a function of the hydraulic pressure in the control chamber (62), characterized in that a low-pressure collection chamber (72) can be connected to the control chamber (62), with a predetermined fuel pressure in the low-pressure collection chamber (72) is maintained, which is lower than that in the high-pressure collection space (7).
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als ein Kraftstoffeinspritzventil (15) im Kraftstoffeinspritzsystem vorhanden ist, wobei für jedes Kraftstoffeinspritzventil (15) ein Steuerraum (62) vorhanden ist, der mit dem Niederdrucksammeiraum (72) verbunden ist.2. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that more than one fuel injection valve (15) is present in the fuel injection system, wherein for each fuel injection valve (15) there is a control chamber (62) which is connected to the low-pressure collection chamber (72).
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Einspritzöffnungen (41; 42) wenigstens eine Ventilnadel (35; 37) in einer Bohrung (30) des Kraftstoffeinspritzventils (15) entgegen einer Schließkraft längsverschiebbar angeordnet ist und eine Druckfläche (39; 48) aufweist, die in einem mit dem Hochdrucksammeiraum (7) verbindbaren Druckraum (32) angeordnet ist, so daß die Ventilnadel (35; 37) durch den Druck im Druckraum (32) entgegen der Schließkraft längs- verschiebbar ist, wobei die Ventilnadel (35; 37) mit dem3. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that for controlling the injection openings (41; 42) at least one valve needle (35; 37) in a bore (30) of the fuel injection valve (15) is arranged to be longitudinally displaceable against a closing force and has a pressure surface (39; 48) which is arranged in a pressure chamber (32) which can be connected to the high-pressure collecting chamber (7), so that the valve needle (35; 37) can be displaced longitudinally against the closing force by the pressure in the pressure chamber (32) , wherein the valve needle (35; 37) with the
Kolben (60) verbunden ist.Piston (60) is connected.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventilnadeln (35; 37) im Kraft- stoffeinspritzventil (15) angeordnet sind, wobei eine Ventilnadel als Hohlnadel (35) ausgebildet ist und eine4. Fuel injection system according to claim 3, characterized in that two valve needles (35; 37) in the fuel injection valve (15) are arranged, wherein a valve needle is designed as a hollow needle (35) and one
Ventilnadel als eine in der Hohlnadel (35) geführte Innennadel (37) , wobei eine der Ventilnadeln (35; 37) mit dem Kolben (60) verbunden ist.Valve needle as an inner needle (37) guided in the hollow needle (35), one of the valve needles (35; 37) being connected to the piston (60).
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Hohlnadel (35) und die Innennadel5. Fuel injection system according to claim 4, characterized in that the hollow needle (35) and the inner needle
(37) jeweils nur einen Teil der Einspritzöffnungen (41, 42) steuern.(37) only control a part of the injection openings (41, 42).
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilnadel (35; 37) über eine Kolbenstange (61) mit dem Kolben (60) verbunden ist.6. Fuel injection system according to claim 4, characterized in that a valve needle (35; 37) via a piston rod (61) with the piston (60) is connected.
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdrucksammeiraum (7) , der Nie- derdrucksammelraum (72) und der Druckraum (32) so mit einem Hochdruckventil (11) verbunden sind, daß in einer er- sten Stellung des Hochdruckventils (11) der Hochdrucksamme1räum (7) mit dem Druckraum (32) verbunden ist während die Verbindung zum Niederdrucksammeiraum (72) verschlossen ist, und in einer zweiten Stellung des Hochdruckventils (11) der Niederdrucksammeiraum (72) mit dem Druck- räum (32) verbunden ist, während die Verbindung zum Hochdrucksammelräum (7) verschlossen ist.7. Fuel injection system according to claim 3, characterized in that the high-pressure accumulation chamber (7), the low-pressure accumulation chamber (72) and the pressure chamber (32) are connected to a high-pressure valve (11) in such a way that in a first position of the high-pressure valve ( 11) the high-pressure chamber (7) is connected to the pressure chamber (32) while the connection to the low-pressure chamber (72) is closed, and in a second position of the high-pressure valve (11) the low-pressure chamber (72) is connected to the pressure chamber (32) is, while the connection to the high-pressure collecting space (7) is closed.
8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdrucksammeiraum (72) , ein druckloser Kraftstoffbehälter (1) und der Steuerraum (62) so mittels eines Niederdruckventils (78) verbunden sind, daß in einer ersten Stellung des Niederdruckventils (78) der Kraftstoffbehälter (1) mit dem Steuerraum (62) verbunden ist, während die Verbindung zum Niederdrucksammei- räum (72) verschlossen ist, und in einer zweiten Stellung des Niederdruckventils (78) der Niederdrucksammeiraum8. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the low-pressure accumulation chamber (72), a pressure-free fuel tank (1) and the control chamber (62) are connected by means of a low-pressure valve (78), that in a first position of the low-pressure valve (78) the fuel tank (1) is connected to the control chamber (62) while the connection to the low-pressure collecting chamber (72) is closed, and in a second position of the low-pressure valve (78) the low-pressure collecting chamber
(72) mit dem Steuerraum (62) verbunden ist, während die Verbindung zum Kraftstoffbehälter (1) verschlossen ist. (72) is connected to the control chamber (62), while the connection to the fuel tank (1) is closed.
9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter (1) mit dem Nie- derdruckventil (78) über eine Leckölleitung (82) verbunden ist, in welcher Leckölleitung (82) ein Druckhalteventil (84) angeordnet ist, so daß der Kraftstoffdruck im Steuerraum (62) in der ersten Stellung des Niederdruckventils (78) einen vorgegebenen Druck nicht überschrei- tet.9. Fuel injection system according to claim 8, characterized in that the fuel tank (1) is connected to the low pressure valve (78) via a leak oil line (82), in which leak oil line (82) a pressure maintaining valve (84) is arranged, so that the Fuel pressure in the control chamber (62) in the first position of the low pressure valve (78) does not exceed a predetermined pressure.
10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdrucksammeiraum (72) über ein Druckhalteventil (74) mit dem Kraftstoffbehälter (1) verbunden ist, so daß ein vorgegebenes Druckniveau im Nie- derdrucksammelraum (72) nicht überschritten wird.10. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the low-pressure accumulation space (72) is connected to the fuel tank (1) via a pressure-maintaining valve (74), so that a predetermined pressure level in the low-pressure accumulation space (72) is not exceeded.
11. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffdruck im Niederdrucksammeiraum (72) stets weniger als etwa ein Fünftel des Kraftstoffdrucks im Hochdrucksammeiraum (7) beträgt. 11. Fuel injection system according to claim 10, characterized in that the fuel pressure in the low-pressure accumulation space (72) is always less than about one fifth of the fuel pressure in the high-pressure accumulation space (7).
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