EP1421272A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen

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EP1421272A1
EP1421272A1 EP02760079A EP02760079A EP1421272A1 EP 1421272 A1 EP1421272 A1 EP 1421272A1 EP 02760079 A EP02760079 A EP 02760079A EP 02760079 A EP02760079 A EP 02760079A EP 1421272 A1 EP1421272 A1 EP 1421272A1
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valve
pressure
fuel
injection
chamber
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    • F02M63/0049—Combined valve units, e.g. for controlling pumping chamber and injection valve

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of claim 1.
  • control chamber is connected via a 2/2-way valve can be connected to a relief line.
  • Another 2/2-way valve is used to activate a pressure intensifier, which generates a high injection pressure.
  • the fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the common valve body can be actuated by a single actuator and thus a valve body and an actuator can be saved.
  • the valve for controlling the pressure prevailing in the control chamber is preferably designed as a slide valve and the valve for switching the injection pressure as a seat valve.
  • FIG. 1 shows the essential components of an inventive moderate fuel injection device with a 4/3 control valve for controlling the injection process
  • Fig. 2 is a diagram for that shown in Fig. 1
  • Fuel injector on the time axis indicates the stroke (H) of the valve body of the 4/3 control valve, the injection pressure (P) and the stroke (h) of the valve member of the injection valve.
  • the fuel injection device 1 for internal combustion engines shown in FIG. 1 comprises a high-pressure accumulator 2 (common rail) in which fuel is stored at a fuel pressure Pl.
  • the fuel is discharged from the high-pressure accumulator 2 via pressure lines 3 and injection lines 4 to the individual injection valves (injectors) 5 projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied, only one of which is shown in FIG. 1.
  • a piston-shaped valve member (nozzle needle) 7 with a conical valve sealing surface 8 is displaceably mounted in an axial guide bore 6 of the injection valve 5, which is pressed by a closing spring 9 against a conical valve seat surface 10 of the valve housing and closes the injection openings 11 provided there.
  • the injection line 4 opens in the injection valve 5 into an annular nozzle chamber 12, from which an annular gap extending between the guide bore 6 and the valve member 7 extends up to Valve seat surface 10 leads.
  • the valve member 7 has a first control surface 13 designed as a pressure shoulder, on which the fuel supplied via the injection line 4 acts on the valve member 7 in the opening direction (ie inwards).
  • control chamber 15 is connected to the injection line 4 via a Z throttle 16 and via an A throttle 17 and a
  • Slider valve 18 can be connected to a relief line (leak oil) 19.
  • the second control surface 14 is larger than the first control surface 13, so that when the slide valve 18 is closed, ie at the same pressure in the nozzle chamber 12 and in the control chamber 15, the valve member 7 closes the injection openings 11.
  • the inlet throttle 16 is smaller than the A-throttle '17 so that degrades opened slide valve 18 of the pressure prevailing in the control chamber 15 pressure on the discharge line 19 and above an opening pressure P s, the valve member 7 by the pressure prevailing in the nozzle chamber 12 pressure against the effect of the closing spring 9 is turned on.
  • a local pressure transmission unit 20 is provided with a transmission piston 22 which is axially displaceable against the action of a return spring 21 and which delimits a primary chamber 23 on the primary side, a secondary chamber 24 on the secondary side and a pressure chamber 25 on the pressure side.
  • the primary chamber 23 is connected directly, the secondary chamber 24 via a throttle 26 and the pressure chamber 25 via a check valve 27 to the pressure line 3, the injection line 4 from the Pressure chamber 25 goes off.
  • the secondary chamber 24 can be connected to the relief line 19 via a seat valve 28.
  • the transmission piston 22 is displaced in the compression direction and the fuel in the pressure chamber 25 is compressed to a higher fuel pressure in accordance with the piston cross-sectional ratio in the primary and pressure chambers 23, 25.
  • the check valve 27 prevents the backflow of compressed fuel back into the pressure line 3.
  • the slide valve 18 and the seat valve 28 are combined to form a 4/3 control valve 29 with a common valve body 30.
  • the valve body 30 is slidably mounted in an axial guide bore 31 of the valve housing and axially adjustable by means of a piezoelectric actuator 32.
  • the slide valve 18 has, on the input side, a lower annular space 33, which is provided in the wall of the guide bore 29 and into which the line leading from the control space 15 opens.
  • the slide valve 18 On the output side, the slide valve 18 has a lower annular space 34, which is provided on the valve body 30 and opens towards the annular space 33.
  • the lower annular space 34 of the valve body 30 Via a transverse bore 35 and a longitudinal bore 36 of the valve body 30, the lower annular space 34 of the valve body 30 is connected to the relief line 19 leading from the guide bore 29 on the end face.
  • the slide valve 18 blocks when at a stroke H 2 of the valve body 30, the control edge 37 of the annular space 34 passes over the upper sealing edge 38 of the annular space 33.
  • the seat valve 28 On the inlet side, the seat valve 28 has an upper annular space 39 provided in the wall of the guide bore 29 with a conical valve seat surface 40, into which the line leading from the secondary chamber 24 opens.
  • the valve body 30 has a conical valve sealing surface 41 which interacts with the valve seat surface 40 and widens downward to form an annular space 42 from which the relief line 19 branches off.
  • Fig. 2 is the timing of the
  • the start of the injection process is initiated at time t0 by a stroke H x of the valve body 30, so that the seat valve 28 opens and the slide valve 18 remains open.
  • the secondary chamber 24 is relieved of pressure, and a higher fuel pressure builds up in the pressure chamber 25 and thus also in the nozzle chamber 12. If the opening pressure P s is reached in the nozzle chamber 12 at the time t1, the valve member 7 opens against the action of the closing spring 9 and is controlled to maximum Stroke h max controlled so that the injection takes place with the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber 12.
  • the maximum injection pressure P ma ⁇ results from the piston cross-sectional ratio in the primary and pressure chamber 23, 25.
  • the valve body 30 is opened and the seat valve 28 is closed by returning the valve body 30 to its starting position.
  • the control chamber 15 is again relieved of pressure and the valve member 7 opens in a stroke-controlled manner so that post-injection takes place with the fuel pressure prevailing in the injection chamber 12, for example with Pm a /.
  • the injection process ends at time t4 when the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber 12 becomes lower than the opening pressure P s . Because the secondary chamber 24 is no longer relieved of pressure, the transmission piston 22 is pressed into its starting position by the return spring 21 and the pressure chamber 25 is filled with fuel from the pressure accumulator 2.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftmaschinen umfasst mehrere jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehene Einspritzventile (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7), das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschliessrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein erstes Ventil (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks und ein zweites Ventil (28) zum Schalten des Einspritzdruckes aufweist. Erfindungsgemäss ist für beide Ventile (18, 28) ein gemeinsamer Ventilkörper (30) vorgesehen, wobei der zum Schliessen des ersten Ventils (18) erforderliche Hub (H2) des Ventilkörpers (30) grösser als der zum Öffnen des zweiten Ventils (18) erforderliche Hub (H1) ist.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung- für Brennkraftmaschinen
Beschreibung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art (DE 199 10 970 AI) ist der Steuerraum über ein 2/2-We- geventil mit einer Entlastungsleitung verbindbar. Ein anderes 2/2-Wegeventil dient zur Aktivierung eines Druckübersetzers, mit dem ein hoher Einspritzdruck erzeugt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der gemeinsame Ventilkörper von einem einzigen Stellantrieb betätigbar ist und so ein Ventilkörper und ein Stellantrieb eingespart werden können.
Vorzugsweise ist das Ventil zum Steuern des im Steuerraum herrschenden Drucks als Schieberventil und das Ventil zum Schalten des Einspritzdruckes als Sitzventil ausgebildet.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen:
Fig. 1 die wesentlichen Komponenten einer erfindungsge- mäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 4/3-Steuerventil zum Steuern des Einspritzvorgangs ; und
Fig. 2 ein Diagramm, das für die in Fig. 1 dargestellte
Kraftstoffeinspritzvorrichtung über die Zeitachse den Hub (H) des Ventilkδrpers des 4/3-Steuerventils, den Einspritzdruck (P) und den Hub (h) des Ventilglieds des Einspritzventils angibt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 für Brennkraftmaschinen umfaßt einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail) , in dem Kraftstoff unter einem Kraftstoffdruck Pl gelagert ist. Vom Hochdruckspeicher 2 wird der Kraftstoff jeweils über Druckleitungen 3 und Einspritzleitungen 4 zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versor- genden Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen (Injektoren) 5 abgeführt, von denen in Fig. 1 nur eines gezeigt ist .
In einer axialen Führungsbohrung 6 des Einspritzventils 5 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 7 mit einer konischen Ventildichtfläche 8 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 9 gegen eine konische Ventilsitzfläche 10 des Ventilgehäuses gedrückt wird und die dort vorgesehenen Einspritzöffnungen 11 verschließt . Die Einspritzleitung 4 mündet im Einspritzventil 5 in einen ringförmigen Düsenraum 12, von dem ein zwischen Führungs- bohrung 6 und Ventilglied 7 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 10 führt. Das Ventilglied 7 hat im Bereich des Düsenraumes 12 eine als Druckschulter ausgebildete erste Steuerfläche 13, an welcher der über die Einspritzleitung 4 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn (d.h. nach innen) am Ventilglied 7 angreift. Die der Ventildichtfläche 8 abgewandte Stirnseite des Ventilglieds 7 bildet eine zweite Steuerfläche 14, die einen Steuerraum 15 begrenzt und in Ventilschließrichtung wirkt. Der Steuerraum 15 ist über eine Z-Drossel 16 mit der Einspritzlei- tung 4 verbunden sowie über eine A-Drossel 17 und ein
Schieberventil 18 mit einer Entlastungsleitung (Lecköl) 19 verbindbar. Die zweite Steuerfläche 14 ist größer als die erste Steuerfläche 13, so daß bei geschlossenem Schieberventil 18, d.h. bei gleichem Druck im Düsenraum 12 und im Steuerraum 15, das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 verschließt. Die Z-Drossel 16 ist kleiner als die A-Drossel '17, so daß bei geöffnetem Schieberventil 18 der im Steuerraum 15 herrschende Druck über die Entlastungsleitung 19 abgebaut wird und oberhalb eines Öffnungsdruckes Ps das Ventilglied 7 durch den im Düsenraum 12 herrschenden Druck gegen die Wirkung der Schließfeder 9 aufgesteuert wird.
Für jedes Einspritzventil 5 ist eine lokale Drucküberset- zungseinheit 20 mit einem gegen die Wirkung einer Rückstellfeder 21 axial verschiebbaren Übersetzungskolben 22 vorgesehen, welcher primärseitig eine Primärkammer 23, se- kundärseitig eine Sekundärkammer 24 und druckseitig eine Druckkammer 25 begrenzt. Die Primärkammer 23 ist direkt, die Sekundärkammer 24 über eine Drossel 26 und die Druckkammer 25 über ein Rückschlagventil 27 mit der Druckleitung 3 verbunden, wobei die Einspritzleitung 4 von der Druckkammer 25 abgeht. Über ein Sitzventil 28 ist die Sekundärkammer 24 mit der Entlastungsleitung 19 verbindbar. Bei geschlossenem Schaltventil 28 herrscht in allen drei Kammern 23, 24, 25 der Kraftstoffdruck Pl des Druckspei- chers 2, so daß der Übersetzungskolben 22 durch die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangslage gedrückt ist. Wird durch Öffnen des Sitzventils 28 die Sekundärkammer 24 druckentlastet, wird der Übersetzungskolben 22 in Kompressionsrichtung verschoben und dadurch entsprechend dem Kol- benquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 23, 25 der in der Druckkammer 25 befindliche Kraftstoff auf einen höheren Kraftstoffdruck komprimiert. Das Rückschlagventil 27 verhindert dabei den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff zurück in die Druckleitung 3.
Das Schieberventil 18 und das Sitzventil 28 sind zu einem 4/3 -Steuerventil 29 mit einem gemeinsamen Ventilkörper 30 zusammengefaßt. Der Ventilkörper 30 ist in einer axialen Führungsbohrung 31 des Ventilgehäuses verschiebbar gela- gert und mittels eines piezoelektrischen Stellantriebs 32 axial verstellbar.
Das Schieberventil 18 weist eingangsseitig einen in der Wand der Führungsbohrung 29 vorgesehenen, unteren Ringraum 33 auf, in den die vom Steuerraum 15 abgehende Leitung mündet. Ausgangsseitig weist das Schieberventil 18 einen am Ventilkörper 30 vorgesehenen, unteren Ringraum 34 auf, der sich zum Ringraum 33 hin öffnet. Über eine Querbohrung 35 und eine Längsbohrung 36 des Ventilkörpers 30 ist der untere Ringraum 34 des Ventilkörpers 30 mit der stirnseitig von der Führungsbohrung 29 abgehenden Entlastungsleitung 19 verbunden. Das Schieberventil 18 sperrt, wenn bei einem Hub H2 des Ventilkörpers 30 die Steuerkante 37 des Ringraums 34 die obere Dichtkante 38 des Ringraums 33 überfährt.
Das Sitzventil 28 weist eingangsseitig einen in der Wand der Führungsbohrung 29 vorgesehenen, oberen Ringraum 39 mit einer konischen Ventilsitzfläche 40 auf, in den die von der Sekundärkammer 24 abgehende Leitung mündet. Der Ventilkörper 30 hat eine mit der Ventilsitzfläche 40 zu- sammenwirkende konische Ventildichtfläche 41, die sich nach unten zu einem Ringraum 42 erweitert, von dem die Entlastungsleitung 19 abgeht.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung des 4/3-Steu- erventils 29 ist das Schieberventil 18 geöffnet, so daß der Steuerraum 15 druckentlastet ist, und das Sitzventil 28 geschlossen, so daß die Sekundärkammer 24 nicht druckentlastet ist. Der zum Öffnen des Sitzventils 28 erforderliche Hub Hj. des Ventilkörpers 30 ist kleiner als der zum Schließen des Schieberventils 18 erforderliche Hub H2.
In Fig. 2 ist in einem Diagramm der zeitliche Ablauf des
Einspritzvorgangs aufgetragen.
Der Beginn des Einspritzvorgangs wird zum Zeitpunkt tO durch einen Hub Hx des Ventilkörpers 30 eingeleitet, so daß das Sitzventil 28 öffnet und das Schieberventil 18 geöffnet bleibt. Die Sekundärkammer 24 wird druckentlastet, und in der Druckkammer 25 und damit auch im Düsenraum 12 baut sich ein höherer Kraftstoffdruck auf. Wenn zum Zeitpunkt tl im Düsenraum 12 der Öffnungsdruck Ps erreicht wird, öffnet das Ventilglied 7 gegen die Wirkung der Schließfeder 9 druckgesteuert und wird auf maximalen Hub hmax aufgesteuert, so daß die Einspritzung mit dem im Düsenraum 12 herrschenden Kraftstoffdruck erfolgt. Der maximale Einspritzdruck Pmaχ ergibt sich aus dem Kolbenquerschnittsverhältnis in Primär- und Druckkammer 23, 25. Zum Zeitpunkt t2 , zu dem der im Düsenraum 12 herrschende Druck noch höher als der Öffnungsdruck Ps ist, wird durch einen Hub H2 des Ventilkörpers 30 das Schieberventil 18 geschlossen. Der Steuerraum 15 ist nicht mehr druckentlastet, und der Druck im Steuerraum 15 steigt an, so daß das Ventilglied 7 die Einspritzöffnungen 11 hubgesteuert verschließt .
Zum Zeitpunkt t3 werden durch Zurückstellen des Ventilkörpers 30 in seine Ausgangsstellung das Schieberventil 18 geöffnet und das Sitzventil 28 geschlossen. Der Steuerraum 15 ist wieder druckentlastet, und das Ventilglied 7 öffnet hubgesteuert, so daß eine Nacheinspritzung mit dem in der Einspritzkammer 12 herrschenden Kraftstoffdruck, z.B. mit Pma / erfolgt. Der Einspritzvorgang ist zum Zeitpunkt t4 beendet, wenn der im Düsenraum 12 herrschende Kraftstoffdruck kleiner als der Öffnungsdruck Ps wird. Aufgrund der nicht mehr druckentlasteten Sekundärkammer 24 wird der Übersetzungskolben 22 durch die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangslage gedrückt und die Druckkammer 25 mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 2 gefüllt.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung (1) für Brennkraftma- schinen, mit mehreren jeweils in einer Einspritzleitung (4) des Kraftstoffs vorgesehenen Einspritzventilen (5), wobei jedes Einspritzventil (5) einen Düsenraum (12) und einen Steuerraum (15), die beide mit der Einspritzleitung (4) verbunden sind, ein die Einspritzöffnungen (11) des Düsenraums (12) steuerndes Ventilglied (7) , das über eine im Düsenraum (12) befindliche, in Ventilöffnungsrichtung wirkende erste Steuerfläche (13) und über eine im Steuerraum (15) befindliche, in Ventilschließrichtung wirkende zweite Steuerfläche (14) betätigbar ist, ein erstes
Ventil (18) zum Steuern des im Steuerraum (15) herrschenden Drucks und ein zweites Ventil (28) zum Schalten des Einspritzdruckes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Ventile (18, 28) ein gemeinsamer Ventilkörper (30) vorgesehen ist und daß der zum Schließen des ersten Ventils (18) erforderliche Hub (H2) des Ventilkörpers (30) größer als der zum Öffnen des zweiten Ventils (18) erforderliche Hub (Hx) ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18) als Schieberventil ausgebildet ist.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (28) als Sitzventil ausgebildet ist.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der für den Ventilkörper (30) vorgesehene Stellantrieb als piezoelektrischer Stellantrieb (32) ausgebildet ist .
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein tieferer Kraftstoffdruck (Pl) in einem zentralen Druckspeicher (2) gespeichert ist.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzleitung (4) sowohl über ein Rückschlagventil (27) mit einem tieferen Kraftstoffdruck (Pl) als auch mit der Druckkammer (25) eines durch das zweite Ventil (28) aktivierbaren Druckübersetzungs- kolbens (22) verbunden ist.-
EP02760079A 2001-08-22 2002-07-05 Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP1421272B1 (de)

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DE10141110 2001-08-22
PCT/DE2002/002463 WO2003018995A1 (de) 2001-08-22 2002-07-05 Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen

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Publication Number Publication Date
EP1421272A1 true EP1421272A1 (de) 2004-05-26
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