EP1458969A1 - Fuel injection system for internal combustion engines - Google Patents

Fuel injection system for internal combustion engines

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Publication number
EP1458969A1
EP1458969A1 EP02764531A EP02764531A EP1458969A1 EP 1458969 A1 EP1458969 A1 EP 1458969A1 EP 02764531 A EP02764531 A EP 02764531A EP 02764531 A EP02764531 A EP 02764531A EP 1458969 A1 EP1458969 A1 EP 1458969A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve needle
chamber
spring
pressure
fuel injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02764531A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Detlev Potz
Thomas Kuegler
Predrag Nunic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1458969A1 publication Critical patent/EP1458969A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/023—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive mechanical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • F02M45/04—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts with a small initial part, e.g. initial part for partial load and initial and main part for full load
    • F02M45/08—Injectors peculiar thereto
    • F02M45/086—Having more than one injection-valve controlling discharge orifices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/46—Valves, e.g. injectors, with concentric valve bodies

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection system for internal combustion engines, as it corresponds to the preamble of claim 1.
  • a fuel injection system is known in which a pump piston is arranged to be longitudinally movable in a piston bore.
  • the pump piston is driven by the internal combustion engine and displaces fuel into a pump work space during its delivery movement. During its stroke movement opposite to the delivery movement, the pump piston sucks fuel from an inlet chamber into the pump work chamber at low pressure.
  • a valve needle is arranged to be longitudinally displaceable, the valve needle cooperating with a valve seat formed at the combustion chamber end of the bore and thereby controlling the opening of an injection opening row formed in the valve seat by the valve needle lifting off the valve seat during its opening stroke movement and thus fuel from a pressure chamber of the row of injection openings connected to the pump work chamber.
  • the valve needle experiences an opening force directed away from the valve seat due to the pressure in the pressure chamber and a force in a spring chamber closing spring arranged under pretension a closing force opposing the opening force.
  • the ratio of the opening and closing force allows the valve needle to be controlled in its longitudinal movement, so that the row of injection openings can be opened and closed in a targeted manner via the pressure in the pressure chamber.
  • the known fuel injection system has the disadvantage that the entire injection cross section is always opened when the fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. As a result, the injection rate is very high, so that the injection of very small amounts of fuel requires a very short opening time and therefore very precise timing of the valve needle, which is not always possible with the required precision. As a result, an ideal injection is not guaranteed at every operating point of the internal combustion engine.
  • the fuel injection system according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that, controlled by the pressure in the pressure chamber, either the entire injection cross-section can be opened or only part of the injection cross-section over which the fuel is injected, in particular at part load of the internal combustion engine.
  • the valve needle is designed as an outer valve needle and has a longitudinal bore in which a further inner valve needle is guided so as to be longitudinally displaceable.
  • the inner valve needle also interacts with the valve seat and controls the opening of a further, inner row of injection openings.
  • the inner valve needle is acted upon by the closing force of an inner closing spring, which in the closed position Valve seat holds.
  • the fuel pressure of the pressure chamber also acts on the inner valve needle, and as a result experiences a hydraulic force which is opposite to the closing force as the opening force.
  • the pressure or the pressure is designed as an outer valve needle and has a longitudinal bore in which a further inner valve needle is guided so as to be longitudinally displaceable.
  • the inner valve needle also interacts with
  • the pressure curve in the pressure chamber can be controlled in this way, whether only the outer valve needle or cascade first lift the outer valve needle and then the inner valve needle from the valve seat. There is always a low pressure both in the outer spring chamber and in the inner spring chamber.
  • both the outer spring chamber and the inner spring chamber are each connected to the inlet chamber via a connecting bore. Since there is always only a low fuel pressure in the inlet chamber, this also ensures that no high pressure can occur in both spring chambers. So that remains
  • Closing force on the two valve needles constant and additional control of these closing forces is not necessary. It is particularly advantageous if a throttle is arranged in the connecting bores. As a result, pressure fluctuations that can occur in the inlet space are only passed on to the spring spaces with a certain amount of damping, so that there are no undesirable pressure conditions there.
  • the outer closing spring is supported on the outer valve needle via a spring plate, the spring plate being guided in the outer spring chamber with only a slight lateral play.
  • the annular space remaining between the wall of the spring chamber and the spring plate is filled with an unpressurized fuel return system connected and therefore always depressurized.
  • This configuration makes it possible to exert an additional closing force on the outer valve needle for a short time by briefly increasing the pressure in the inlet space and thus also in the outer spring space, so that it closes faster at the end of the injection.
  • the entire spring plate acts as a hydraulically effective piston when an additional closing force is generated on the outer valve needle, and part of it is not compensated by fuel pressure in the annular space.
  • an additional closing force can also be applied to the inner valve needle.
  • the inner valve needle is connected via a piston rod to a piston which is guided in the inner spring chamber with little lateral play.
  • a brief increase in pressure in the inner spring chamber results in an additional closing force on the inner valve needle.
  • the annular space which is formed between the piston rod and the central bore of the spring plate, is connected to the annular space through a transverse bore formed in the spring plate and is therefore also depressurized. As a result, fuel that gets between the two valve needles is discharged into the fuel return system.
  • the inner valve needle is shorter than the outer valve needle.
  • the piston rod protrudes with part of its length into the longitudinal bore of the outer valve needle and lies there against the end face of the inner valve needle.
  • the inner valve needle can be guided closely in the longitudinal bore of the outer valve needle, whereas the piston rod has a relatively large amount of play can have in the longitudinal bore of the outer valve needle.
  • the guided length is shorter, the inner valve needle can be manufactured more easily and therefore more cost-effectively, and on the other hand, the force of the inner closing spring can be adjusted in a simple manner via the length of the piston rod without changes to the valve needle would be necessary.
  • a control valve is arranged in the connection of the inlet to the pump work space, which preferably controls the connection electrically. If the control valve is open as long as there is still a certain pressure in the pump work space, this pressure relaxes in the inlet space and, if there is a connection to the spring space, also in the spring space, so that there is a brief pressure increase, which is one causes additional force on the inner or outer valve needle. In this way, the closing movement of the valve needles can be accelerated in an advantageous manner.
  • FIG. 1 shows a fuel injection system in longitudinal section in the installed position in the cylinder head of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the injection valve
  • FIG. 3 shows an enlargement of FIG. 2 in the area of the valve seat
  • FIG. 4 shows an enlargement of FIG. 2 in the area of the spring plate
  • Figure 5 is an enlargement of Figure 2 in the area of the inner spring space
  • FIG. 6 shows two diagrams which show the time course of the valve needle stroke and the injection rate during an injection cycle.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection system according to the invention in the installed position in an internal combustion engine, which is only partially shown.
  • the internal combustion engine has a cylinder head 1 with a receiving opening 4, in which a fuel injection system is arranged, which has a housing 2.
  • the housing 2 comprises an injection valve 30 and a pump body 12, in which a pump piston 16 is arranged to be slowly displaceable in a piston bore 14.
  • the internal combustion engine drives a cam 8, which exerts a longitudinal force on the pump piston 16 via a rocker arm 10, so that it executes a longitudinal movement in the piston bore 14 in time with the cam rotation.
  • the pump body 12 is connected to the injection valve 30, which has a first valve body 32, a second valve body 34, an intermediate disk 36 and a nozzle body 38.
  • first valve body 32 and the second valve body 34 are designed as one component.
  • the injection valve 30 is held together by a clamping nut 25 and clamped against the pump body 12, the clamping nut 25 partially surrounding the nozzle body 38 and the washer 36, the first valve body 32 and the second valve body 34.
  • an inlet channel 3 is formed, which is shown in cross section in FIG. There is always fuel in the inlet channel 3 with a certain low pressure, which generally does not exceed a few 100 kPa.
  • the inlet duct 3 is connected to the receiving opening 4, so that the injection valve is surrounded by fuel.
  • the clamping nut 25 has a perforation 26 through which fuel from the inlet channel 3 can flow into an inlet space 28 formed between the first valve body 32 and the second valve body 34 on the one hand and the clamping nut 25 on the other hand. From the inlet around 28, the fuel flows via an inlet channel 22, which is formed in the pump body 12, to a control valve 20, which is designed here as an electrically operated solenoid valve.
  • the control valve 20 has a piston-shaped valve member 21 which is moved by an electromagnet and which, depending on its longitudinal position, opens and closes the connection of the inlet channel 22 to the connecting channel 24. When the control valve 20 is in the open position, the inlet channel 22 is connected to a connecting channel likewise formed in the pump body 12
  • FIG. 2 shows an enlargement of the injection valve 30 and the exact course of the high-pressure channel 40.
  • the outer valve needle 44 has a likewise conical valve sealing surface 43 at its combustion chamber end, which comes into contact with the valve seat 48 in the closed position of the outer valve needle 44.
  • the outer valve needle 44 has a longitudinal bore 53 in which an inner valve needle 46 is arranged to be longitudinally displaceable.
  • the inner valve needle 46 is here shorter than the outer valve needle 44, so that the inner valve needle 46 does not reach the intermediate disk 36 when it is in contact with the valve seat 48.
  • the inner valve needle 46 has a conical valve sealing surface 45, which comes into contact with the valve seat 48 in the closed position.
  • valve sealing surface 45 of the inner valve needle 46 has as a partial surface a pressure surface 145 which is acted upon by the fuel pressure of the pressure chamber 41 when the outer valve needle 44 is open, so that this results in an opening force on the inner valve needle 46 which is directed away from the valve seat 48 , In the same way, pressurizing the pressure shoulder 47 results in an opening force directed away from the valve seat 48 on the outer valve needle 44.
  • An outer spring chamber 54 is formed in the second valve body 34 and is connected to the bore 42 via a central opening 37 formed in the intermediate disk 36.
  • Figure 4 shows an enlargement of Figure 2 in this area.
  • a spring plate 50 is arranged in the central opening 37, on which an outer closing spring 52 arranged in the outer spring chamber 54 is supported on the combustion chamber side.
  • a stop disk 58 is arranged in the outer spring chamber 54, on which the outer one
  • Closing spring 52 supported with a spacer 56 facing away from the combustion chamber.
  • the outer closing spring 52 is designed as a helical compression spring and is arranged under prestress in the outer spring chamber 54. The bias of the outer closing spring 52 results in a
  • the spring plate 50 has a central bore 51 in which a piston rod 61 is arranged.
  • the piston rod 61 here lies with its end facing the combustion chamber on the inner valve needle 46 and, with its end facing away from the combustion chamber, extends through the outer closing spring 52 into an inner spring chamber 64, which is formed away from the combustion chamber and faces the outer spring chamber 54 in the first valve body 32 and in FIG. 5 is shown in detail.
  • an inner closing spring 62 is arranged under pressure, whereby between the inner Closing spring 62 and the base of the inner spring chamber 64, a shim 66 is provided.
  • the inner closing spring 62 is also arranged under compressive prestress, so that an in
  • the piston rod 61 also penetrates the stop disk 58 and the piston rod 61. The movement of the piston rod 61 and thus also of the inner valve needle 46 from
  • the combustion chamber is delimited by a collar 57 formed on the piston rod 61, which comes into contact with the stop disk 58 after the entire needle stroke has been traveled through.
  • the outer spring chamber 54 has a connecting bore 68 on its wall, which connects the outer spring chamber 54 to the inlet chamber 28.
  • the inner spring chamber 64 has a connecting bore 67 on its wall, which connects the inner spring chamber 64 to the inlet chamber 28. Since there is always a low pressure in the inlet space 28, no higher pressure can build up either in the outer spring space 54 or in the inner spring space 64; generally the pressure does not exceed a few 100 kPa.
  • the spring plate 50 is guided in the outer spring space 54 with very little play.
  • an annular space 74 is formed in the intermediate disk 36 between the wall of the central opening 37 and the spring plate 50.
  • a return channel 76 is formed in the intermediate plate 36, in the second valve body 34 and in the first valve body 32, which connects the annular space 74 to a return channel 5 formed in the cylinder head 1, which is part of a fuel return system and always is depressurized, so that the annular channel 74 also always remains depressurized.
  • a transverse channel 78 is formed in the spring plate 50, which connects the central bore 51 to the annular space 74 .
  • Fuel that gets between the outer valve needle 44 and the inner valve needle 46 due to the high pressure in the pressure chamber 41 flows, driven by the pressure difference between the outer spring chamber 54 and the pressure chamber 41, between the two valve needles 44, 46 in the direction of the outer spring chamber 54 and thus passes between the piston rod 61 and the central bore 51 of the spring plate 50. From there, the fuel flows through the transverse bore 78 into the annular space 74 and from there into the return duct 5. Thus, a fuel feed from the pressure chamber 41 prevented in the outer spring chamber 54.
  • the fuel injection system works as follows:
  • the rocker arm 10 is actuated by rotating the cam 8 of the internal combustion engine.
  • the pump piston 16, which is initially in its end position facing away from the combustion chamber, is now pressed in the direction of the combustion chamber by the rocker arm 10, so that the fuel from the pump work chamber 18 is ousted.
  • the control valve 20 is opened, so that the fuel is pumped out of the pump work chamber 18 via the connecting duct 24 and the inlet duct 22 into the inlet chamber 18. Due to the large volume, only a slightly higher fuel pressure builds up in the pump work space 18. If an injection is to take place, the control valve 20 closes the connection of the connecting duct 24 to the inlet duct 22.
  • the pump piston 16 compresses the fuel in the pump working chamber 18, so that a high fuel pressure builds up there.
  • the fuel is conducted via the recess 29 formed in the end face of the first valve body 32 into the high-pressure channel 40 and from there into the pressure chamber 41 of the nozzle body 38.
  • the increasing pressure in the pressure chamber 41 results in a hydraulic force on the pressure shoulder 47 of the outer one Valve needle 44 and on parts of its valve sealing surface 43.
  • the outer valve needle 44 moves away from the valve seat 48 and releases the outer row of injection openings 70.
  • the fuel under pressure in the pressure chamber 41 flows between the valve sealing surface 43 and the valve seat 48 and is injected through the outer row of injection openings 70 into the combustion chamber of the internal combustion engine. Since the outer row of injection openings 70 represents only a part, for example 30% to 50%, of the entire injection cross section, the injection also takes place only with a part of the maximum possible injection rate.
  • the inner valve needle 46 initially remains closed, ie in contact with the valve seat 48, since the pressure surface 145 of the inner valve needle 46 is only acted upon by the fuel pressure of the pressure chamber 41 after the outer valve needle 44 has been lifted off the valve seat 48.
  • the fuel pressure in the pressure chamber 41 continues to rise until the hydraulic force on the pressure surface 145 the inner valve needle 46 exceeds the force of the inner closing spring 62.
  • the ratio of the hydraulically effective area of the pressure surface 145 to the force of the inner closing spring 62 is significantly smaller than that of the outer valve needle 44, so that the inner valve needle 46 only opens at a significantly higher pressure in the pressure chamber 41 than the outer valve needle 44.
  • the control valve 20 opens the connection of the connecting duct 24 to the inlet duct 22.
  • the pump working chamber 18 is connected again to the inlet chamber 28, so that the pressure in the pump working chamber 18 drops very quickly.
  • the pressure in the high-pressure channel 40 and thus also in the pressure chamber 41 also drops, so that the hydraulic force on the outer valve needle 44 or the inner valve needle 46 drops rapidly. Since the force of the inner closing spring 62 or the outer closing spring 52 is again greater than the hydraulic forces on the valve needles 44, 46, they slide back into their closed position, that is to say in contact with the valve seat 48, and thus close the rows of injection openings 70. 73.
  • the pump piston 16 which has meanwhile reached its lower reversal point, is now moved in the opposite direction again, so that fuel now flows from the inlet chamber 28 via the connecting duct 24 and the inlet duct 22 to the pump working chamber 18 until the pump piston 16 has reached its upper reverse position. From there, the injection cycle begins again.
  • the control valve 20 is opened to terminate the fuel injection into the combustion chamber of the internal combustion engine, the fuel in the pump work chamber 18 relaxes in the inlet chamber 28. This results in a brief pressure increase in the inlet chamber 28, which increases via the connection bore 67 or the connection bore 68 in the interior Spring chamber 64 or the outer spring chamber 54 continues.
  • the brief pressure increase in the spring chambers 54, 64 results in a hydraulic force on the piston 60 or the spring plate 50.
  • This force acts in the same direction as the force of the closing springs 62, 52 and thus leads to an accelerated closing of the two valve needles 44, 46. It can also be provided that the piston is arranged in the inner spring chamber 64 with a relatively large amount of play. In this case, the hydraulic force on the piston 60 only acts weakened, but this may be sufficient under certain circumstances.
  • a throttle 167, 168 is arranged in each of the connecting bores 67, 68, the throttle effect of which ensures that pressure oscillations in the spring spaces 54, 64 cannot occur. Due to the large volume of the inlet chamber 28 and its connection to the inlet channel 3 in the cylinder head 1, the pressure surge in the inlet chamber 28 is reduced very quickly, so that the brief pressure increase in the
  • Spring spaces 54, 64 is only of short duration and a constant low fuel pressure, which corresponds to the pressure in the inlet channel 3, is established again. So that the hydraulic force on the spring plate 50 is not partially compensated again by a corresponding pressure increase in the annular space 74, the spring plate 50 is guided in the outer spring space 54 with only slight play.
  • the return channel 76 ensures that the annular space 74 is depressurized and the brief pressure increase in the outer spring space 54 can thus have its full effect on the spring plate 50.
  • control valve 20 is closed again after the outer valve needle 44 has lifted off the valve seat 48, before the pressure increase in the pressure chamber 41 is sufficient to also move the inner valve needle 46 from its closed position. Due to the pressure drop in the pressure chamber 41, the outer valve needle 44 slides back into its closed position on the valve seat 48, and the inner valve needle 46 remains in its closed position. Since the outer valve needle 44 is guided on the inner valve needle 46, this pre-injection results in an exact guidance of the outer valve needle 44 and thus a very uniform injection through all injection openings of the outer row of injection openings 70.
  • FIG. 6 illustrates the course of the needle stroke h and the injection rate R over the course of an injection cycle.
  • the needle stroke h is plotted in the upper diagram, the needle stroke of the outer valve needle 44 being shown as a dotted line and the needle stroke of the inner valve needle 46 as a solid line.
  • An injection cycle is shown, which is divided into a pilot injection and a main injection.
  • the first closing of the control valve 20 results in a needle stroke of the outer valve needle 44 and thus an opening of approximately half of the available injection cross-section, namely the outer row of injection openings 70.
  • the injection rate R shown in the lower diagram increases briefly until the one with here P designated pilot injection is ended again by opening the control valve 20. After a certain time comes it by re-closing the control valve 20 for the main injection.
  • the outer valve needle 44 first opens, so that its stroke h increases accordingly, which leads to a so-called boot injection, which is denoted by B in the lower diagram.
  • the injection rate R thus increases, but only approximately up to half of its maximum value.
  • the inner valve needle 46 also opens and travels to its maximum stroke.
  • the injection rate R rises to a maximum value at which it remains until the injection as a whole is ended by opening the control valve 20.
  • the stroke of both valve needles 44, 46 drops again to zero and thus the injection rate R.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a fuel injection system with a housing (2), in which a pump piston (16) is arranged to move longitudinally, which forces fuel from a pump working chamber (18) into a pressure chamber (41). An outer valve needle (44) is arranged in a drilling (42) to move longitudinally and co-operates with a valve seat embodied at the combustion chamber side end of the drilling (42) to control the opening of a outer row of injection openings (70). The outer valve needle (44) is subject to an opening force, directed away from the valve seat (48) as a result of the pressure in the pressure chamber (41) and a closing force through the force of an outer closing spring (52), arranged in an outer spring chamber (54). An inner valve needle (46) runs longitudinally within the outer valve needle (44), which also co-operates with the valve seat (48) to control an inner row of injection holes (72). The inner valve needle (46) is first subject to an opening force after the lifting of the outer valve needle (44) from the valve seat (48), due to the pressure in the pressure chamber (41) and a closing force due to the force of an inner closing spring (62), arranged in an inner spring chamber (64), whereby a permanent low pressure exists in the outer spring chamber (54) and also the inner spring chamber (64).

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 dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Aus der Schrift DE 197 52 834 AI ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem in einer Kolbenbohrung ein Pumpkolben längsbeweglich angeordnet ist. Der Pumpkolben wird durch die Brennkraftmaschine angetrieben und verdrängt bei seiner Förderbewegung Kraftstoff auf einen Pumpenarbeitsraum. Bei seiner der Förderbewegung entgegengesetzten Hubbewegung saugt der Pumpkolben Kraftstoff aus einem Zulaufraum mit geringem Druck in den Pumpenarbeits- raum. In einer im Gehäuse ausgebildeten Bohrung ist eine Ventilnadel längsverschiebbar angeordnet, wobei die Ventilnadel mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt und dadurch die Öffnung einer im Ventilsitz ausgebildeten Einspritzöffnungsreihe steuert, indem die Ventilnadel bei ihrer Öffnungshubbewegung vom Ventilsitz abhebt und so Kraftstoff aus einem mit dem Pumpenarbeitsraum verbundenen Druckraum der Einspritzöff- nungsreihe zuström . Die Ventilnadel erfährt hierbei durch den Druck im Druckraum eine vom Ventilsitz weggerichtete Öffnungskraft und durch die Kraft einer in einem Federraum unter Vorspannung angeordneten Schließfeder eine der Öffnungskraft entgegengerichtete Schließkraft. Durch das Verhältnis der Öffnungs- und Schließkraft lässt sich die Ventilnadel in ihre Längsbewegung steuern, so dass die Ein- spritzöffnungsreihe gezielt über den Druck im Druckraum auf- und zugesteuert werden kann.The invention is based on a fuel injection system for internal combustion engines, as it corresponds to the preamble of claim 1. From the document DE 197 52 834 AI a fuel injection system is known in which a pump piston is arranged to be longitudinally movable in a piston bore. The pump piston is driven by the internal combustion engine and displaces fuel into a pump work space during its delivery movement. During its stroke movement opposite to the delivery movement, the pump piston sucks fuel from an inlet chamber into the pump work chamber at low pressure. In a bore formed in the housing, a valve needle is arranged to be longitudinally displaceable, the valve needle cooperating with a valve seat formed at the combustion chamber end of the bore and thereby controlling the opening of an injection opening row formed in the valve seat by the valve needle lifting off the valve seat during its opening stroke movement and thus fuel from a pressure chamber of the row of injection openings connected to the pump work chamber. The valve needle experiences an opening force directed away from the valve seat due to the pressure in the pressure chamber and a force in a spring chamber closing spring arranged under pretension a closing force opposing the opening force. The ratio of the opening and closing force allows the valve needle to be controlled in its longitudinal movement, so that the row of injection openings can be opened and closed in a targeted manner via the pressure in the pressure chamber.
Das bekannte Kraftstoffeinspritzsystem weist hierbei den Nachteil auf, dass bei der Einspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraf maschine stets der gesamte Ein- spritzquerschnitt aufgesteuert wird. Dadurch ist die Einspritzrate sehr hoch, so dass die Einspritzung von sehr kleinen Kraftstoffmengen eine sehr kurze Öffnungsdauer notwendig macht und damit eine sehr präzise zeitliche Steuerung der Ventilnadel, was nicht immer mit der erforderlichen Präzision möglich ist. Dadurch ist nicht bei jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine ideale Einspritzung gewährleistet .The known fuel injection system has the disadvantage that the entire injection cross section is always opened when the fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. As a result, the injection rate is very high, so that the injection of very small amounts of fuel requires a very short opening time and therefore very precise timing of the valve needle, which is not always possible with the required precision. As a result, an ideal injection is not guaranteed at every operating point of the internal combustion engine.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass gesteuert durch den Druck im Druckraum entweder der gesamte Einspritzquerschnitt aufgesteuert werden kann oder nur ein Teil des Einspritzquerschnitts, über den insbesondere bei Teillast der Brennkraftmaschine der Kraftstoff eingespritzt wird. Hierzu ist die Ventilnadel als äußere Ventilnadel ausgebildet und weist ei- ne Längsbohrung auf, in der eine weitere innere Ventilnadel längsverschiebbar geführt ist. Die innere Ventilnadel wirkt ebenfalls mit dem Ventilsitz zusammen und steuert dabei die Öffnung einer weiteren, inneren Einspritzöffnungsreihe . Die innere Ventilnadel wird durch die Schließkraft einer inneren Schließfeder beaufschlagt, die diese in Schließstellung am Ventilsitz hält. Nach dem Abheben der äußeren Ventilnadel vom Ventilsitz wird auch innere Ventilnadel vom Kraftstoffdruck des Druckraums beaufschlagt und erfährt dadurch eine hydraulische Kraft, die als Öffnungskraft der Schließkraft entgegengerichtet ist. Über den Druck beziehungsweise denThe fuel injection system according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that, controlled by the pressure in the pressure chamber, either the entire injection cross-section can be opened or only part of the injection cross-section over which the fuel is injected, in particular at part load of the internal combustion engine. For this purpose, the valve needle is designed as an outer valve needle and has a longitudinal bore in which a further inner valve needle is guided so as to be longitudinally displaceable. The inner valve needle also interacts with the valve seat and controls the opening of a further, inner row of injection openings. The inner valve needle is acted upon by the closing force of an inner closing spring, which in the closed position Valve seat holds. After the outer valve needle has been lifted off the valve seat, the fuel pressure of the pressure chamber also acts on the inner valve needle, and as a result experiences a hydraulic force which is opposite to the closing force as the opening force. About the pressure or the
Druckverlauf im Druckraum lässt sich so steuern, ob nur die äußere Ventilnadel oder kaskadisch erst die äußere Ventilnadel und danach auch die innere Ventilnadel vom Ventilsitz abheben. Sowohl im äußeren Federraum als auch im inneren Fe- derraum herrscht dabei stets ein niedriger Druck.The pressure curve in the pressure chamber can be controlled in this way, whether only the outer valve needle or cascade first lift the outer valve needle and then the inner valve needle from the valve seat. There is always a low pressure both in the outer spring chamber and in the inner spring chamber.
Durch vorteilhafte Ausgestaltungen lässt sich der Gegenstand der Erfindung weiter entwickeln.The subject matter of the invention can be further developed by advantageous configurations.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl der äußere Federraum als auch der innere Federraum über jeweils eine Verbindungsbohrung mit dem Zulaufräum verbunden. Da im Zulaufraum stets nur ein geringer Kraf stoffdruck herrscht, ist somit ebenfalls sichergestellt, dass in beiden Federräu- men kein hoher Druck auftreten kann. Somit bleibt dieIn an advantageous embodiment, both the outer spring chamber and the inner spring chamber are each connected to the inlet chamber via a connecting bore. Since there is always only a low fuel pressure in the inlet chamber, this also ensures that no high pressure can occur in both spring chambers. So that remains
Schließkraft auf die beiden Ventilnadeln konstant und eine zusätzliche Steuerung dieser Schließkräfte ist nicht notwendig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in den Verbindungs- bohrungen eine Drossel angeordnet ist. Hierdurch werden Druckschwankungen, die im Zulaufräum auftreten können, nur mit einer gewissen Dämpfung in die Federräume weitergeleitet, so dass es dort zu keinen unerwünschten Druckzuständen kommt .Closing force on the two valve needles constant and additional control of these closing forces is not necessary. It is particularly advantageous if a throttle is arranged in the connecting bores. As a result, pressure fluctuations that can occur in the inlet space are only passed on to the spring spaces with a certain amount of damping, so that there are no undesirable pressure conditions there.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung stützt sich die äußere Schließfeder über einen Federteller an der äußeren Ventilnadel ab, wobei der Federteller im äußeren Federraum mit einem nur geringem seitlichen Spiel geführt ist. Der zwischen der Wand des Federraums und dem Federteller verbleibende Ringraum ist mit einem drucklosen Kraftstoff- rücklaufSystem verbunden und dadurch stets drucklos. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, durch eine kurzzeitige Druckerhöhung im Zulaufräum und damit auch im äußeren Federraum kurzzeitig eine zusätzliche Schließkraft auf die äußere Ven- tilnadel auszuüben, so dass diese am Ende der Einspritzung beschleunigt schließt. Durch die Verbindung des Ringraums mit dem drucklosen KraftstoffrücklaufSystem wirkt der gesamte Federteller als hydraulisch wirksamer Kolben bei der Erzeugung einer zusätzlichen Schließkraft auf die äußere Ven- tilnadel, und es wird nicht ein Teil durch Kraftstoffdruck im Ringraum kompensiert.In a further advantageous embodiment, the outer closing spring is supported on the outer valve needle via a spring plate, the spring plate being guided in the outer spring chamber with only a slight lateral play. The annular space remaining between the wall of the spring chamber and the spring plate is filled with an unpressurized fuel return system connected and therefore always depressurized. This configuration makes it possible to exert an additional closing force on the outer valve needle for a short time by briefly increasing the pressure in the inlet space and thus also in the outer spring space, so that it closes faster at the end of the injection. By connecting the annular space to the unpressurized fuel return system, the entire spring plate acts as a hydraulically effective piston when an additional closing force is generated on the outer valve needle, and part of it is not compensated by fuel pressure in the annular space.
In ähnlicher Art und Weise lässt sich auch eine zusätzliche Schließkraft auf die innere Ventilnadel aufbringen. Hierzu ist die innere Ventilnadel über eine Kolbenstange mit einem Kolben verbunden, der im inneren Federraum mit nur geringem seitlichem Spiel geführt ist. Auch hier ergibt sich durch einen kurzzeitig erhöhten Druck im inneren Federraum eine zusätzliche Schließkraft auf die innere Ventilnadel. Bei dieser Konstruktion ist es besonders vorteilhaft, wenn durch eine im Federteller ausgebildete Querbohrung der Ringraum, der zwischen der Kolbenstange und der zentralen Bohrung des Federtellers gebildet ist, mit dem Ringraum in Verbindung steht und dadurch ebenfalls drucklos ist. Dadurch wird Kraftstoff, der zwischen die beiden Ventilnadeln gerät, in das Kraftstoffrücklaufsystem abgeleitet.In a similar manner, an additional closing force can also be applied to the inner valve needle. For this purpose, the inner valve needle is connected via a piston rod to a piston which is guided in the inner spring chamber with little lateral play. Here, too, a brief increase in pressure in the inner spring chamber results in an additional closing force on the inner valve needle. In this construction, it is particularly advantageous if the annular space, which is formed between the piston rod and the central bore of the spring plate, is connected to the annular space through a transverse bore formed in the spring plate and is therefore also depressurized. As a result, fuel that gets between the two valve needles is discharged into the fuel return system.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die innere Ventilnadel kürzer ausge- bildet als die äußere Ventilnadel. Die Kolbenstange ragt dadurch mit einem Teil ihrer Länge in die Längsbohrung der äußeren Ventilnadel hinein und liegt dort an der Stirnfläche der inneren Ventilnadel an. Die innere Ventilnadel kann dabei eng in der Längsbohrung der äußeren Ventilnadel geführt werden, wohingegen die Kolbenstange ein relativ großes Spiel in der Längsbohrung der äußeren Ventilnadel aufweisen kann. Zum einen lässt sich so die innere Ventilnadel, da die geführte Länge kürzer ist, einfacher und damit kostengünstiger herstellen, andererseits lässt sich über die Länge der Kol- benstange die Kraft der inneren Schließfeder in einfacher Art und Weise einstellen, ohne dass Änderungen an der Ventilnadel notwendig wären.In a further advantageous embodiment of the subject of the invention, the inner valve needle is shorter than the outer valve needle. As a result, the piston rod protrudes with part of its length into the longitudinal bore of the outer valve needle and lies there against the end face of the inner valve needle. The inner valve needle can be guided closely in the longitudinal bore of the outer valve needle, whereas the piston rod has a relatively large amount of play can have in the longitudinal bore of the outer valve needle. On the one hand, since the guided length is shorter, the inner valve needle can be manufactured more easily and therefore more cost-effectively, and on the other hand, the force of the inner closing spring can be adjusted in a simple manner via the length of the piston rod without changes to the valve needle would be necessary.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Verbindung des Zulauf aums zum Pumpenarbeitsraum ein Steuerventil angeordnet, das die Verbindung vorzugsweise elektrisch steuert. Ist das Steuerventil geöffnet, solange im Pumpenarbeitsraum noch ein gewisser Druck vorhanden ist, so entspannt sich dieser Druck in den Zulaufräum und bei vor- handener Verbindung zu den Federräumen auch in die Federräume hinein, so dass es dort zu einer kurzzeitigen Druckerhöhung kommt, die eine zusätzliche Kraft auf die innere beziehungsweise die äußere Ventilnadel bewirkt. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Schließbewegung der Ventilnadeln beschleunigen.In a further advantageous embodiment, a control valve is arranged in the connection of the inlet to the pump work space, which preferably controls the connection electrically. If the control valve is open as long as there is still a certain pressure in the pump work space, this pressure relaxes in the inlet space and, if there is a connection to the spring space, also in the spring space, so that there is a brief pressure increase, which is one causes additional force on the inner or outer valve needle. In this way, the closing movement of the valve needles can be accelerated in an advantageous manner.
Weitere Vorteil und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar .Further advantages and advantageous refinements of the subject matter of the invention can be found in the description and the drawing.
Zeichnungdrawing
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Kraf stoffeinspritzsystems dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment of the fuel injection system according to the invention is shown. It shows
Figur 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem im Längsschnitt in Einbaulage im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Einspritzventils, Figur 3 eine Vergrößerung von Figur 2 im Bereich des Ventilsitzes ,1 shows a fuel injection system in longitudinal section in the installed position in the cylinder head of an internal combustion engine, FIG. 2 shows an enlarged illustration of the injection valve, FIG. 3 shows an enlargement of FIG. 2 in the area of the valve seat,
Figur 4 eine Vergrößerung von Figur 2 im Bereich des Federtellers ,FIG. 4 shows an enlargement of FIG. 2 in the area of the spring plate,
Figur 5 eine Vergrößerung von Figur 2 im Bereich des inneren Federraums undFigure 5 is an enlargement of Figure 2 in the area of the inner spring space and
Figur 6 zwei Diagramme, die den zeitlichen Verlauf des Ventilnadelshubs und der Einspritzrate während eines Ein- spritzzyklus zeigen.FIG. 6 shows two diagrams which show the time course of the valve needle stroke and the injection rate during an injection cycle.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem in Einbaulage in einer Brennkraft- maschine, die nur teilweise dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine weist einen Zylinderkopf 1 mit einer Aufnahmeöff- nung 4 auf, in der ein Kraftstoffeinspritzsystem angeordnet ist, das ein Gehäuse 2 aufweist. Das Gehäuse 2 umfasst ein Einspritzventil 30 und einen Pumpenkörper 12, in dem in ei- ner Kolbenbohrung 14 ein Pumpkolben 16 langsverschiebbar angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine treibt einen Nocken 8 an, der über einen Kipphebel 10 eine Längskraft auf den Pumpkolben 16 ausübt, so dass dieser im Takt der Nockenumdrehung in der Kolbenbohrung 14 eine Längsbewegung ausführt. Der Pumpenkörper 12 ist mit dem Einspritzventil 30 verbunden, das einen ersten Ventilkörper 32, einen zweiten Ventil - körper 34, eine Zwischenscheibe 36 und einen Düsenkörper 38 aufweist. Es kann hierbei auch vorgesehen sein, dass der erste Ventilkörper 32 und der zweite Ventilkörper 34 als ein Bauteil ausgeführt sind. Das Einspritzventil 30 wird dabei von einer Spannmutter 25 zusammengehalten und gegen den Pumpenkörper 12 verspannt, wobei die Spannmutter 25 den Düsen- körper 38 zum Teil und die Zwischenscheibe 36, den ersten Ventilkörper 32 und den zweiten Ventilkörper 34 ganz umgibt. Im Zylinderkopf 1 ist ein Zulaufkanal 3 ausgebildet, der in der Figur 1 im Querschnitt dargestellt ist. Im Zulaufkanal 3 befindet sich stets Kraftstoff mit einem gewissen niedrigen Druck, der in der Regel über einige 100 kPa nicht hinaus- geht. Der Zulaufkanai 3 ist mit der Aufnahmeöffnung 4 verbunden, so dass das Einspritzventil von Kraftstoff umgeben ist. Die Spannmutter 25 weist eine Perforation 26 auf, durch die Kraftstoff aus dem Zulaufkanal 3 in einen zwischen dem ersten Ventilkörper 32 und dem zweiten Ventilkörper 34 ei- nerseits und der Spannmutter 25 andererseits ausgebildeten Zulaufräum 28 einfließen kann. Aus dem Zulaufr um 28 fließt der Kraftstoff über einen Zulaufkanal 22, der im Pumpenkörper 12 ausgebildet ist, zu einem Steuerventil 20, das hier als elektrisch betriebenes Magnetventil ausgebildet ist. Das Steuerventil 20 weist ein durch einen Elektromagneten bewegtes kolbenförmiges Ventilglied 21 auf, das je nach seiner Längsstellung die Verbindung des Zulaufkanals 22 mit dem Verbindungskanal 24 öffnet und schließt. Bei offener Stellung des Steuerventils 20 wird der Zulaufkanal 22 mit einem ebenfalls im Pumpenkörper 12 ausgebildeten VerbindungskanalFIG. 1 shows a longitudinal section through a fuel injection system according to the invention in the installed position in an internal combustion engine, which is only partially shown. The internal combustion engine has a cylinder head 1 with a receiving opening 4, in which a fuel injection system is arranged, which has a housing 2. The housing 2 comprises an injection valve 30 and a pump body 12, in which a pump piston 16 is arranged to be slowly displaceable in a piston bore 14. The internal combustion engine drives a cam 8, which exerts a longitudinal force on the pump piston 16 via a rocker arm 10, so that it executes a longitudinal movement in the piston bore 14 in time with the cam rotation. The pump body 12 is connected to the injection valve 30, which has a first valve body 32, a second valve body 34, an intermediate disk 36 and a nozzle body 38. It can also be provided here that the first valve body 32 and the second valve body 34 are designed as one component. The injection valve 30 is held together by a clamping nut 25 and clamped against the pump body 12, the clamping nut 25 partially surrounding the nozzle body 38 and the washer 36, the first valve body 32 and the second valve body 34. In the cylinder head 1, an inlet channel 3 is formed, which is shown in cross section in FIG. There is always fuel in the inlet channel 3 with a certain low pressure, which generally does not exceed a few 100 kPa. The inlet duct 3 is connected to the receiving opening 4, so that the injection valve is surrounded by fuel. The clamping nut 25 has a perforation 26 through which fuel from the inlet channel 3 can flow into an inlet space 28 formed between the first valve body 32 and the second valve body 34 on the one hand and the clamping nut 25 on the other hand. From the inlet around 28, the fuel flows via an inlet channel 22, which is formed in the pump body 12, to a control valve 20, which is designed here as an electrically operated solenoid valve. The control valve 20 has a piston-shaped valve member 21 which is moved by an electromagnet and which, depending on its longitudinal position, opens and closes the connection of the inlet channel 22 to the connecting channel 24. When the control valve 20 is in the open position, the inlet channel 22 is connected to a connecting channel likewise formed in the pump body 12
24 verbunden, der in den Pumpenarbeitsraum 18 mündet. Bewegt sich der Pumpkoiben 16 bei seiner Hubbewegung vom Einspritzventil 30 weg, so wird Kraftstoff aus dem Zulaufräum 28 über den Zulaufkanal 22 und den Verbindungskanal 24 in den Pum- penarbeitsraum 18 geleitet. Der Pumpenarbeitsraum 18 ist darüber hinaus mit einem im ersten Ventilkörper 32, dem zweiten Ventilkörper 34, der Zwischenscheibe 36 und dem Düsenkörper 38 ausgebildeten Hochdruckkanal 40 verbunden, wobei die Verbindung durch eine an der Stirnseite des ersten Ventilkörpers 32 ausgebildete Ausnehmung 29 zustande kommt. Figur 2 zeigt eine Vergrößerung des Einspritzventils 30 und den genauen Verlauf des Hochdruckkanals 40.24 connected, which opens into the pump work space 18. If the pump piston 16 moves away from the injection valve 30 during its stroke movement, fuel is conducted from the inlet space 28 via the inlet channel 22 and the connecting channel 24 into the pump work chamber 18. The pump work chamber 18 is also connected to a high-pressure channel 40 formed in the first valve body 32, the second valve body 34, the intermediate disk 36 and the nozzle body 38, the connection being established by a recess 29 formed on the end face of the first valve body 32. FIG. 2 shows an enlargement of the injection valve 30 and the exact course of the high-pressure channel 40.
Im Düsenkörper 38 ist eine Bohrung 42 ausgebildet, die eine Längsachse 49 aufweist und in der eine äußere Ventilnadel 44 längsverschiebbar angeordnet ist. Die äußere Ventilnadel 44 wird hierbei in einem brennraumabgewandten Abschnitt in der Bohrung 42 dichtend geführt und verjüngt sich dem Brennraum zu unter Bildung einer Druckschulter 47. Zwischen der äuße- ren Ventilnadel 44 und der Wand der Bohrung 42 ist ein ring- kanalförmiger Druckraum 41 ausgebildet, der sich auf Höhe der Druckschulter 47 radial erweitert, wobei der Hochdruckkanal 40 in diese radiale Erweiterung des Druckraums 41 mündet. Am brennraumseitigen Ende ist die Bohrung 42 durch ei- nen konischen Ventilsitz 48 begrenzt, in dem zwei Einspritzöffnungsreihen 70, 72 ausgebildet sind. Figur 3 zeigt eine Vergrößerung von Figur 2 im Bereich des Ventilsitzes 38. Die äußere Einspritzöffnungsreihe 70 ist hierbei stromaufwärts zur zweiten Einspritzöffnungsreihe 72 ausgebildet, wobei jede Einspritzöffnungsreihe 70, 72 wenigstens zweiA bore 42 is formed in the nozzle body 38, which has a longitudinal axis 49 and in which an outer valve needle 44 is arranged to be longitudinally displaceable. The outer valve needle 44 is sealingly guided in the bore 42 away from the combustion chamber and tapers towards the combustion chamber to form a pressure shoulder 47. An annular channel-shaped pressure chamber 41 is formed between the outer valve needle 44 and the wall of the bore 42. which widens radially at the level of the pressure shoulder 47, the high-pressure channel 40 opening into this radial expansion of the pressure space 41. At the end on the combustion chamber side, the bore 42 is delimited by a conical valve seat 48 in which two rows of injection openings 70, 72 are formed. FIG. 3 shows an enlargement of FIG. 2 in the area of the valve seat 38. The outer row of injection openings 70 is here upstream of the second row of injection openings 72, each row of injection openings 70, 72 having at least two
Einspritzöffnungen umfasst, die bezüglich der Längsachse 49 in der Bohrung 42 auf derselben Höhe angeordnet sind. Die äußere Ventilnadel 44 weist an ihrem brennraumseitigen Ende eine ebenfalls konische Ventildichtfläche 43 auf, die in Schließstellung der äußeren Ventilnadel 44 am Ventilsitz 48 zur Anlage kommt. Durch Abheben der Ventildichtfläche 43 vom Ventilsitz 48 wird der Druckraum 41 mit der äußeren Einspritzöffnungsreihe 70 verbunden, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 41 durch die äußere Einspritzöffnungsreihe 70 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.Includes injection openings which are arranged in the bore 42 at the same height with respect to the longitudinal axis 49. The outer valve needle 44 has a likewise conical valve sealing surface 43 at its combustion chamber end, which comes into contact with the valve seat 48 in the closed position of the outer valve needle 44. By lifting the valve sealing surface 43 from the valve seat 48, the pressure chamber 41 is connected to the outer row of injection openings 70, so that fuel is injected from the pressure chamber 41 through the outer row of injection openings 70 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Die äußere Ventilnadel 44 weist eine Längsbohrung 53 auf, in der eine innere Ventilnadel 46 längsverschiebbar angeordnet ist. Die innere Ventilnadel 46 ist hierbei kürzer ausgebil- det als die äußere Ventilnadel 44, so dass die innere Ventilnadel 46 bei Anlage am Ventilsitz 48 nicht bis zur Zwischenscheibe 36 reicht. An ihrem brennraumseitigen Ende weist die innere Ventilnadel 46 eine konische Ventildichtfläche 45 auf, die in Schließstellung am Ventilsitz 48 zur Anlage kommt. Bei Anlage der inneren Ventilnadel 46 am Ven- tilsitz 48 kann durch die Längsbewegung der äußeren Ventilnadel 44 nur Kraftstoff der äußeren Einspritzöffnungsreihe 70 zufließen, nicht jedoch der inneren Einspritzöffnungsreihe 72. Nur wenn sowohl die äußere Ventilnadel 44 als auch die innere Ventilnadel 46 vom Ventilsitz 48 abgehoben haben, fließt der Kraftstoff aus dem Druckraum 41 beiden Einspritzöffnungsreihen 70, 72 zu. Die Ventildichtfläche 45 der inneren Ventilnadel 46 weist als Teilfläche eine Druckfläche 145 auf, die bei geöffneter äußerer Ventilnadel 44 vom Kraft- stoffdruck des Druckraums 41 beaufschlagt ist, so dass sich dadurch eine Öffnungskraf auf die innere Ventilnadel 46 ergibt, die vom Ventilsitz 48 weggerichtet ist. In gleicher Weise ergibt sich durch Druckbeaufschlagung der Druckschulter 47 eine vom Ventilsitz 48 weggerichtete Öffnungskraft auf die äußere Ventilnadel 44.The outer valve needle 44 has a longitudinal bore 53 in which an inner valve needle 46 is arranged to be longitudinally displaceable. The inner valve needle 46 is here shorter than the outer valve needle 44, so that the inner valve needle 46 does not reach the intermediate disk 36 when it is in contact with the valve seat 48. At its end on the combustion chamber side, the inner valve needle 46 has a conical valve sealing surface 45, which comes into contact with the valve seat 48 in the closed position. When the inner valve needle 46 is in contact with the Due to the longitudinal movement of the outer valve needle 44, only fuel can flow to the outer row of injection openings 70, but not to the inner row of injection openings 72. Only when both the outer valve needle 44 and the inner valve needle 46 have lifted off the valve seat 48 does the fuel flow out of the pressure chamber 41 two rows of injection openings 70, 72 to. The valve sealing surface 45 of the inner valve needle 46 has as a partial surface a pressure surface 145 which is acted upon by the fuel pressure of the pressure chamber 41 when the outer valve needle 44 is open, so that this results in an opening force on the inner valve needle 46 which is directed away from the valve seat 48 , In the same way, pressurizing the pressure shoulder 47 results in an opening force directed away from the valve seat 48 on the outer valve needle 44.
Im zweiten Ventilkörper 34 ist ein äußerer Federraum 54 ausgebildet, der über eine in der Zwischenscheibe 36 ausgebildete zentrale Öffnung 37 mit der Bohrung 42 verbunden ist . Figur 4 zeigt eine Vergrößerung von Figur 2 in diesem Bereich. In der zentralen Öffnung 37 ist ein Federteller 50 angeordnet, an dem sich brennraumseitig eine im äußeren Federraum 54 angeordnete äußere Schließfeder 52 abstützt. Am brennraumabgewandten Ende ist im äußeren Federraum 54 eine Anschlagscheibe 58 angeordnet, an der sich die äußereAn outer spring chamber 54 is formed in the second valve body 34 and is connected to the bore 42 via a central opening 37 formed in the intermediate disk 36. Figure 4 shows an enlargement of Figure 2 in this area. A spring plate 50 is arranged in the central opening 37, on which an outer closing spring 52 arranged in the outer spring chamber 54 is supported on the combustion chamber side. At the end facing away from the combustion chamber, a stop disk 58 is arranged in the outer spring chamber 54, on which the outer one
Schließfeder 52 unter Zwischenlage einer Ausgleichscheibe 56 brennraumabgewandt abstützt. Die äußere Schließfeder 52 ist hierbei als Schraubendruckfeder ausgebildet und ist unter Vorspannung im äußeren Federraum 54 angeordnet . Durch die Vorspannung der äußeren Schließfeder 52 ergibt sich eineClosing spring 52 supported with a spacer 56 facing away from the combustion chamber. The outer closing spring 52 is designed as a helical compression spring and is arranged under prestress in the outer spring chamber 54. The bias of the outer closing spring 52 results in a
Schließkraft auf die äußere Ventilnadel 44, die diese in Richtung des Ventilsitzes 48 drückt.Closing force on the outer valve needle 44, which pushes it in the direction of the valve seat 48.
Der Federteller 50 weist eine zentrale Bohrung 51 auf, in der eine Kolbenstange 61 angeordnet ist. Die Kolbenstange 61 liegt hierbei mit ihrem brennraumzugewandten Ende an der inneren Ventilnadel 46 an und ragt mit ihrem brennraumabge- wandten Ende die äußere Schließfeder 52 durchdringend bis in einen inneren Federraum 64, der brennraumabgewandt zum äuße- ren Federraum 54 im ersten Ventilkörper 32 ausgebildet ist und in Figur 5 detailliert gezeigt ist . An ihrem brennraum- abgewandten Ende liegt die Kolbenstange 61 an einem Kolben 60 an, der im inneren Federraum 64 geführt ist und zwischen welchem Kolben 60 und der brennraumabgewand en Grundfläche des inneren Federraums 64 eine innere Schließfeder 62 unter Druckvorspannung angeordnet ist, wobei zwischen der inneren Schließfeder 62 und der Grundfläche des inneren Federraums 64 eine Einstellscheibe 66 vorgesehen ist. Die innere Schließfeder 62 ist ebenfalls unter Druckvorspannung ange - ordnet, so dass sich über die Kolbenstange 61 eine inThe spring plate 50 has a central bore 51 in which a piston rod 61 is arranged. The piston rod 61 here lies with its end facing the combustion chamber on the inner valve needle 46 and, with its end facing away from the combustion chamber, extends through the outer closing spring 52 into an inner spring chamber 64, which is formed away from the combustion chamber and faces the outer spring chamber 54 in the first valve body 32 and in FIG. 5 is shown in detail. At its end facing away from the combustion chamber, the piston rod 61 bears against a piston 60 which is guided in the inner spring chamber 64 and between which piston 60 and the base surface of the inner spring chamber 64 facing away from the combustion chamber, an inner closing spring 62 is arranged under pressure, whereby between the inner Closing spring 62 and the base of the inner spring chamber 64, a shim 66 is provided. The inner closing spring 62 is also arranged under compressive prestress, so that an in
Schließrichtung wirkende Kraft auf die innere Ventilnadel 46 ergibt, die diese in Richtung des Ventilsitzes 48 drückt. Die Kolbenstange 61 durchdringt hierbei auch die Anschlag- scheibe 58 und die Kolbenstange 61. Die Bewegung der Kolben- Stange 61 und damit auch der inneren Ventilnadel 46 vomForce acting in the closing direction on the inner valve needle 46, which pushes it in the direction of the valve seat 48. The piston rod 61 also penetrates the stop disk 58 and the piston rod 61. The movement of the piston rod 61 and thus also of the inner valve needle 46 from
Brennraum weg wird durch einen an der Kolbenstange 61 ausgebildeten Kragen 57 begrenzt, der nach Durchfahren des des gesamten Nadelhubs an der Anschlagscheibe 58 zur Anlage kommt .The combustion chamber is delimited by a collar 57 formed on the piston rod 61, which comes into contact with the stop disk 58 after the entire needle stroke has been traveled through.
Der äußere Federraum 54 weist an seiner Wand eine Verbindungsbohrung 68 auf, die den äußeren Federraum 54 mit dem Zulaufräum 28 verbindet. In gleicher Weise weist der innere Federraum 64 an dessen Wand eine Verbindungsbohrung 67 auf, die den inneren Federraum 64 mit dem Zulaufräum 28 verbindet. Da im Zulaufräum 28 stets ein niedriger Druck herrscht, kann sich auch sowohl im äußeren Federraum 54 als auch im inneren Federraum 64 nur kein höherer Druck aufbauen; im allgemeinen übersteigt der Druck einige 100 kPa nicht. Der Federteller 50 ist im äußeren Federraum 54 mit nur sehr geringem Spiel geführt. In der Zwischenscheibe 36 ist hingegen zwischen der Wand der zentralen Öffnung 37 und dem Federteller 50 ein Ringraum 74 gebildet. Um den Ringraum 74 stets drucklos zu halten, ist in der Zwischenscheibe 36, im zweiten Ventilkörper 34 und dem ersten Ventilkörper 32 ein Rücklaufkanal 76 ausgebildet, der den Ringraum 74 mit einem im Zylinderkopf 1 ausgebildeten Rücklaufkanal 5 verbindet, der Teil eines KraftstoffrücklaufSystems ist und stets drucklos ist, so dass auch der Ringkanal 74 stets ebenso drucklos bleibt. Um auch den Kraftstoff, der aus den Druckraum 41 zwischen die innere Ventilnadel 46 und die äußere Ventilnadel 44 gerät, in den Rücklauf anal 5 abzuleiten, ist im Federteller 50 ein Querkanal 78 ausgebildet, der die zen- trale Bohrung 51 mit dem Ringraum 74 verbindet. Kraftstoff, der aufgrund des hohen Drucks im Druckraum 41 zwischen die äußere Ventilnadel 44 und die innere Ventilnadel 46 gerät, fließt, angetrieben durch die Druckdifferenz zwischen dem äußeren Federraum 54 und dem Druckraum 41, zwischen den bei- den Ventilnadeln 44, 46 in Richtung des äußeren Federraums 54 und gelangt so zwischen die Kolbenstange 61 und die zentrale Bohrung 51 des Federtellers 50. Von dort fließt der Kraftstoff durch die Querbohrung 78 in den Ringraum 74 und von dort in den Rücklaufkanal 5. So wird ein Kraf stoffzu- lauf aus dem Druckraum 41 in den äußeren Federraum 54 verhindert .The outer spring chamber 54 has a connecting bore 68 on its wall, which connects the outer spring chamber 54 to the inlet chamber 28. In the same way, the inner spring chamber 64 has a connecting bore 67 on its wall, which connects the inner spring chamber 64 to the inlet chamber 28. Since there is always a low pressure in the inlet space 28, no higher pressure can build up either in the outer spring space 54 or in the inner spring space 64; generally the pressure does not exceed a few 100 kPa. The spring plate 50 is guided in the outer spring space 54 with very little play. In contrast, an annular space 74 is formed in the intermediate disk 36 between the wall of the central opening 37 and the spring plate 50. In order to keep the annular space 74 always depressurized, a return channel 76 is formed in the intermediate plate 36, in the second valve body 34 and in the first valve body 32, which connects the annular space 74 to a return channel 5 formed in the cylinder head 1, which is part of a fuel return system and always is depressurized, so that the annular channel 74 also always remains depressurized. In order to also divert the fuel that comes from the pressure chamber 41 between the inner valve needle 46 and the outer valve needle 44 into the return line 5, a transverse channel 78 is formed in the spring plate 50, which connects the central bore 51 to the annular space 74 , Fuel that gets between the outer valve needle 44 and the inner valve needle 46 due to the high pressure in the pressure chamber 41 flows, driven by the pressure difference between the outer spring chamber 54 and the pressure chamber 41, between the two valve needles 44, 46 in the direction of the outer spring chamber 54 and thus passes between the piston rod 61 and the central bore 51 of the spring plate 50. From there, the fuel flows through the transverse bore 78 into the annular space 74 and from there into the return duct 5. Thus, a fuel feed from the pressure chamber 41 prevented in the outer spring chamber 54.
Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems ist wie folgt:The fuel injection system works as follows:
Durch Rotation des Nockens 8 der Brennkraftmaschine wird der Kipphebel 10 betätigt. Der Pumpkolben 16, der sich anfangs in seiner brennraumabgewandten Endstellung befindet, wird nun durch den Kipphebel 10 in Richtung des Brennraums ge- drückt, so dass der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 verdrängt wird. Zu Beginn des Einspritzzyklus ist das Steuerventil 20 geöffnet, so dass der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 18 über den Verbindungskanal 24 und den Zulauf - kanal 22 in den Zulaufräum 18 gefördert wird. Im Pumpenar- beitsraum 18 baut sich dadurch aufgrund des großen Volumens nur ein geringfügig höherer Kraftstoffdruck auf. Soll eine Einspritzung erfolgen, so schließt das Steuerventil 20 die Verbindung des Verbindungskanals 24 mit dem Zulaufkanal 22. Der Pumpkolben 16 komprimiert den Kraftstoff im Pumpen- arbeitsraum 18, so dass sich dort ein hoher Kraftstoffdruck aufbaut. Der Kraftstoff wird über die in der Stirnseite des ersten Ventilkörpers 32 ausgebildete Ausnehmung 29 in den Hochdruckkanal 40 geleitet und gelangt von dort in den Druckraum 41 des Düsenkörpers 38. Durch den steigenden Druck im Druckraum 41 ergibt sich eine hydraulische Kraft auf die Druckschulter 47 der äußeren Ventilnadel 44 und auf Teile ihrer Ventildichtfläche 43. Sobald die hydraulische Kraft auf die Druckschulter 47 die Schließkraft der äußeren Schließfeder 53 übersteigt, bewegt sich die äußere Ventilna- del 44 vom Ventilsitz 48 weg und gibt die äußere Einspritzöffnungsreihe 70 frei. Der unter Druck stehende Kraftstoff im Druckraum 41 fließt zwischen der Ventildichtfläche 43 und dem Ventilsitz 48 hindurch und wird durch die äußere Einspritzöffnungsreihe 70 in den Brennraum der Brennkraftma- schine eingespritzt. Da die äußere Einspritzöffnungsreihe 70 nur einen Teil, beispielsweise 30 % bis 50 %, des gesamten Einspritzquerschnitts darstellt, erfolgt die Einspritzung auch nur mit einem Teil der maximal möglichen Einspritzrate. Die innere Ventilnadel 46 bleibt vorerst geschlossen, d.h. in Anlage am Ventilsitz 48, da die Druckfläche 145 der inneren Ventilnadel 46 erst nach Abheben der äußeren Ventilnadel 44 vom Ventilsitz 48 mit dem Kraftstoffdruck des Druckraums 41 beaufschlagt wird. Bleibt das Steuerventil 20 geöffnet, so steigt der Kraftstoffdruck im Druckraum 41 weiter an, so lange, bis die hydraulische Kraft auf die Druckfläche 145 der inneren Ventilnadel 46 die Kraft der inneren Schließfeder 62 übersteigt. Das Verhältnis der hydraulisch wirksamen Fläche der Druckfläche 145 zur Kraft der inneren Schließfeder 62 ist deutlich kleiner als bei der äußeren Ventilnadel 44, so dass die innere Ventilnadel 46 erst bei einem wesentlich höheren Druck im Druckraum 41 öffnet als die äußere Ventilnadel 44. Sobald auch die innere Ventilnadel 46 vom Ventilsitz 48 abgehoben hat, fließt Kraftstoff aus dem Druckraum 41 zur inneren Einspritzöffnungsreihe 72 und wird von dort in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt. Das Einspritzventil 30 ist jetzt mit dem gesamten Einspritzquerschnitt geöffnet und spritzt den Kraftstoff mit dem maximal zur Verfügung stehenden Einspritzdruck in den Brennraum der Brennkraftmaschine ein. Soll die Einspritzung des Kraftstoffs beendet werden, so öffnet das Steuerventil 20 die Verbindung des Verbindungskanals 24 zum Zulaufkanal 22. Hierdurch wird der Pumpenarbeitsraum 18 erneut mit dem Zulaufraum 28 verbunden, so dass der Druck im Pumpenarbeits- raum 18 sehr schnell abfällt. Dadurch sinkt auch der Druck im Hochdruckkanal 40 und damit auch im Druckraum 41, so dass die hydraulische Kraft auf die äußere Ventilnadel 44 beziehungsweise die innere Ventilnadel 46 rasch abfällt. Da die Kraft der inneren Schließfeder 62 beziehungsweise der äußeren Schließfeder 52 jetzt wieder größer ist als die hydrau- lischen Kräfte auf die Ventilnadeln 44, 46, gleiten diese zurück in ihre Schließstellung, also in Anlage am Ventilsitz 48, und verschließen so die Einspritzöffnungsreihen 70, 73. Der Pumpkolben 16, der mittlerweile an seinem unteren Umkehrpunkt angelangt ist, wird nun wieder in die entgegenge- setzte Richtung bewegt, so dass jetzt Kraftstoff aus dem Zulaufraum 28 über den Verbindungskanal 24 und den Zulaufkanal 22 dem Pumpenarbeitsraum 18 zufließt, bis der Pumpkolben 16 seine obere Umkehrposition erreicht hat. Von dort beginnt der Einspritzzyklus erneut. Beim Öffnen des Steuerventils 20 zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum der Brennkraf maschine entspannt sich der Kraftstoff im Pumpenarbeitsraum 18 in den Zulaufräum 28. Dadurch ergibt sich im Zulaufraum 28 ein kurzzeitiger Druckanstieg, der sich über die Verbindungsbohrung 67 beziehungsweise die Verbindungsbohrung 68 in den inneren Federraum 64 beziehungsweise den äußeren Federraum 54 fortsetzt. Durch den kurzzeitigen Druckanstieg in den Federräumen 54, 64 ergibt sich eine hydraulische Kraft auf den Kolben 60 beziehungsweise den Federteller 50. Diese Kraft wirkt in derselben Richtung wie die Kraft der Schließfedern 62, 52 und führt so zu einem beschleunigten Schließen der beiden Ventilnadeln 44, 46. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kolben mit relativ großem Spiel im inneren Feder- räum 64 angeordnet ist. Die hydraulische Kraft auf den Kolben 60 wirkt in diesem Fall nur abgeschwächt, was aber unter Umständen ausreichend sein kann.The rocker arm 10 is actuated by rotating the cam 8 of the internal combustion engine. The pump piston 16, which is initially in its end position facing away from the combustion chamber, is now pressed in the direction of the combustion chamber by the rocker arm 10, so that the fuel from the pump work chamber 18 is ousted. At the beginning of the injection cycle, the control valve 20 is opened, so that the fuel is pumped out of the pump work chamber 18 via the connecting duct 24 and the inlet duct 22 into the inlet chamber 18. Due to the large volume, only a slightly higher fuel pressure builds up in the pump work space 18. If an injection is to take place, the control valve 20 closes the connection of the connecting duct 24 to the inlet duct 22. The pump piston 16 compresses the fuel in the pump working chamber 18, so that a high fuel pressure builds up there. The fuel is conducted via the recess 29 formed in the end face of the first valve body 32 into the high-pressure channel 40 and from there into the pressure chamber 41 of the nozzle body 38. The increasing pressure in the pressure chamber 41 results in a hydraulic force on the pressure shoulder 47 of the outer one Valve needle 44 and on parts of its valve sealing surface 43. As soon as the hydraulic force on the pressure shoulder 47 exceeds the closing force of the outer closing spring 53, the outer valve needle 44 moves away from the valve seat 48 and releases the outer row of injection openings 70. The fuel under pressure in the pressure chamber 41 flows between the valve sealing surface 43 and the valve seat 48 and is injected through the outer row of injection openings 70 into the combustion chamber of the internal combustion engine. Since the outer row of injection openings 70 represents only a part, for example 30% to 50%, of the entire injection cross section, the injection also takes place only with a part of the maximum possible injection rate. The inner valve needle 46 initially remains closed, ie in contact with the valve seat 48, since the pressure surface 145 of the inner valve needle 46 is only acted upon by the fuel pressure of the pressure chamber 41 after the outer valve needle 44 has been lifted off the valve seat 48. If the control valve 20 remains open, the fuel pressure in the pressure chamber 41 continues to rise until the hydraulic force on the pressure surface 145 the inner valve needle 46 exceeds the force of the inner closing spring 62. The ratio of the hydraulically effective area of the pressure surface 145 to the force of the inner closing spring 62 is significantly smaller than that of the outer valve needle 44, so that the inner valve needle 46 only opens at a significantly higher pressure in the pressure chamber 41 than the outer valve needle 44. As soon as the inner valve needle 46 has lifted off the valve seat 48, fuel flows from the pressure chamber 41 to the inner row of injection openings 72 and is injected from there into the combustion chamber of the internal combustion engine. The injection valve 30 is now open with the entire injection cross section and injects the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine with the maximum available injection pressure. If the injection of the fuel is to be ended, the control valve 20 opens the connection of the connecting duct 24 to the inlet duct 22. As a result, the pump working chamber 18 is connected again to the inlet chamber 28, so that the pressure in the pump working chamber 18 drops very quickly. As a result, the pressure in the high-pressure channel 40 and thus also in the pressure chamber 41 also drops, so that the hydraulic force on the outer valve needle 44 or the inner valve needle 46 drops rapidly. Since the force of the inner closing spring 62 or the outer closing spring 52 is again greater than the hydraulic forces on the valve needles 44, 46, they slide back into their closed position, that is to say in contact with the valve seat 48, and thus close the rows of injection openings 70. 73. The pump piston 16, which has meanwhile reached its lower reversal point, is now moved in the opposite direction again, so that fuel now flows from the inlet chamber 28 via the connecting duct 24 and the inlet duct 22 to the pump working chamber 18 until the pump piston 16 has reached its upper reverse position. From there, the injection cycle begins again. When the control valve 20 is opened to terminate the fuel injection into the combustion chamber of the internal combustion engine, the fuel in the pump work chamber 18 relaxes in the inlet chamber 28. This results in a brief pressure increase in the inlet chamber 28, which increases via the connection bore 67 or the connection bore 68 in the interior Spring chamber 64 or the outer spring chamber 54 continues. The brief pressure increase in the spring chambers 54, 64 results in a hydraulic force on the piston 60 or the spring plate 50. This force acts in the same direction as the force of the closing springs 62, 52 and thus leads to an accelerated closing of the two valve needles 44, 46. It can also be provided that the piston is arranged in the inner spring chamber 64 with a relatively large amount of play. In this case, the hydraulic force on the piston 60 only acts weakened, but this may be sufficient under certain circumstances.
In den Verbindungsbohrungen 67, 68 ist jeweils eine Drossel 167, 168 angeordnet, durch deren Drosselwirkung sichergestellt ist, dass es nicht zu Druckschwingungen in den Federräumen 54, 64 kommen kann. Aufgrund des großen Volumens des Zulaufraums 28 und seiner Verbindung zum Zulaufkanal 3 im Zylinderkopf 1 baut sich der Druckstoß im Zulaufräum 28 sehr rasch ab, so dass auch der kurzzeitige Druckanstieg in denA throttle 167, 168 is arranged in each of the connecting bores 67, 68, the throttle effect of which ensures that pressure oscillations in the spring spaces 54, 64 cannot occur. Due to the large volume of the inlet chamber 28 and its connection to the inlet channel 3 in the cylinder head 1, the pressure surge in the inlet chamber 28 is reduced very quickly, so that the brief pressure increase in the
Federräumen 54, 64 nur von kurzer Dauer ist und sich alsbald wieder ein konstant niedriger Kraftstoffdruck, der dem Druck im Zulaufkanal 3 entspricht, einstellt. Damit die hydraulische Kraft auf den Federteller 50 nicht teilweise wieder durch einen entsprechenden Druckanstieg im Ringraum 74 kompensiert wird, ist der Federteller 50 mit nur geringem Spiel im äußeren Federraum 54 geführt. Durch den Rücklaufkanal 76 ist gewährleistet, dass der Ringraum 74 drucklos ist und der kurzzeitige Druckanstieg im äußeren Federraum 54 so seine volle Wirkung auf den Federteller 50 entfalten kann. Neben dem Einspritzen durch beide Einspritzöffnungsreihen 70, 72 kann es auch vorgesehen sein, nur der äußeren Einspritzöffnungsreihe 70 Kraftstoff zuzuleiten, beispiels- weise, um eine kleine Kraftstoffmenge in einer Piloteinspritzung vor der Hauptmenge des Kraftstoffs einzuspritzen. Hierzu wird das Steuerventil 20, nachdem die äußere Ventilnadel 44 vom Ventilsitz 48 abgehoben hat, wieder geschlossen, noch ehe der Druckanstieg im Druckraum 41 ausreicht, auch die innere Ventilnadel 46 aus ihrer Schließstellung zu bewegen. Durch den einsetzenden Druckabfall im Druckraum 41 gleitet die äußere Ventilnadel 44 wieder zurück in ihre Schließstellung am Ventilsitz 48, und die innere Ventilnadel 46 verbleibt dabei in ihrer Schließstellung. Da die äußere Ventilnadel 44 auf der inneren Ventilnadel 46 geführt ist, ergibt sich bei dieser Voreinspritzung eine exakte Führung der äußeren Ventilnadel 44 und damit eine sehr gleichmäßige Einspritzung durch sämtliche Einspritzöffnungen der äußeren Einspritzöffnungsreihe 70.Spring spaces 54, 64 is only of short duration and a constant low fuel pressure, which corresponds to the pressure in the inlet channel 3, is established again. So that the hydraulic force on the spring plate 50 is not partially compensated again by a corresponding pressure increase in the annular space 74, the spring plate 50 is guided in the outer spring space 54 with only slight play. The return channel 76 ensures that the annular space 74 is depressurized and the brief pressure increase in the outer spring space 54 can thus have its full effect on the spring plate 50. In addition to the injection through both rows of injection openings 70, 72, provision can also be made for fuel to be supplied only to the outer row of injection openings 70, for example in order to inject a small amount of fuel in a pilot injection before the main amount of fuel. For this purpose, the control valve 20 is closed again after the outer valve needle 44 has lifted off the valve seat 48, before the pressure increase in the pressure chamber 41 is sufficient to also move the inner valve needle 46 from its closed position. Due to the pressure drop in the pressure chamber 41, the outer valve needle 44 slides back into its closed position on the valve seat 48, and the inner valve needle 46 remains in its closed position. Since the outer valve needle 44 is guided on the inner valve needle 46, this pre-injection results in an exact guidance of the outer valve needle 44 and thus a very uniform injection through all injection openings of the outer row of injection openings 70.
Figur 6 verdeutlicht den Verlauf des Nadelhubs h und der Einspritzrate R im zeitlichen Verlauf eines Einspritzzyklus . Im oberen Diagramm ist der Nadelhub h abgetragen, wobei der Nadelhub der äußeren Ventilnadel 44 als gepunktete Linie dargestellt ist und der Nadelhub der inneren Ventilnadel 46 als durchgezogene Linie. Es ist ein Einspritzzyklus gezeigt, der in eine Piloteinspritzung und eine Haupteinspritzung untergliedert ist. Durch das erste Schließen des Steuerventils 20 ergibt sich ein Nadelhub der äußeren Ventilnadel 44 und damit ein Aufsteuern von etwa der Hälfte des zur Verfügung stehenden Einspritzquerschnitts, nämlich der äußeren Einspritzöffnungsreihe 70. Die im unteren Diagramm dargestellte Einspritzrate R steigt kurzzeitig an, bis die hier mit P bezeichnete Piloteinspritzung durch das Öffnen des Steuerven- tils 20 wieder beendet wird. Nach einer gewissen Zeit kommt es durch ein erneutes Schließen des Steuerventils 20 zur Haupteinspritzung . Auch hier öffnet zuerst die äußere Ventilnadel 44, so dass deren Hub h entsprechend ansteigt, was zu einer sogenannten Boot-Injection führt, die im unteren Diagramm mit B bezeichnet ist. Die Einspritzrate R steigt somit an, jedoch nur etwa bis zur Hälfte ihres Maximalwertes. Nach einer Zeit Δt , die sich durch das Verhältnis der Öffnungsdrücke der äußeren Ventilnadel 44 und der inneren Ventilnadel 46 bemisst, öffnet auch die innere Ventilnadel 46 und fährt bis zu ihrem Maximalhub. Dadurch steigt die Einspritzrate R an bis zu einem Maximalwert, auf dem sie verbleibt, bis durch das Öffnen des Steuerventils 20 die Einspritzung als Ganzes beendet wird. Der Hub beider Ventilnadeln 44, 46 sinkt wieder auf Null und somit auch die Ein- spritzrate R. FIG. 6 illustrates the course of the needle stroke h and the injection rate R over the course of an injection cycle. The needle stroke h is plotted in the upper diagram, the needle stroke of the outer valve needle 44 being shown as a dotted line and the needle stroke of the inner valve needle 46 as a solid line. An injection cycle is shown, which is divided into a pilot injection and a main injection. The first closing of the control valve 20 results in a needle stroke of the outer valve needle 44 and thus an opening of approximately half of the available injection cross-section, namely the outer row of injection openings 70. The injection rate R shown in the lower diagram increases briefly until the one with here P designated pilot injection is ended again by opening the control valve 20. After a certain time comes it by re-closing the control valve 20 for the main injection. Here, too, the outer valve needle 44 first opens, so that its stroke h increases accordingly, which leads to a so-called boot injection, which is denoted by B in the lower diagram. The injection rate R thus increases, but only approximately up to half of its maximum value. After a time Δt, which is measured by the ratio of the opening pressures of the outer valve needle 44 and the inner valve needle 46, the inner valve needle 46 also opens and travels to its maximum stroke. As a result, the injection rate R rises to a maximum value at which it remains until the injection as a whole is ended by opening the control valve 20. The stroke of both valve needles 44, 46 drops again to zero and thus the injection rate R.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (2) , in dem in einer Kolbenbohrung (14) ein Pumpkolben (16) längsbeweglich angeordnet ist und durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, wobei der Pumpkolben (16) bei seiner Förderbewegung Kraftstoff aus ei- nem Pumpenarbeitsraum (18) verdrängt und einem Druckraum1. Fuel injection system for internal combustion engines with a housing (2), in which a pump piston (16) is arranged to be longitudinally movable in a piston bore (14) and is driven by the internal combustion engine, the pump piston (16) during its delivery movement fuel from a pump work space (18) displaced and a pressure room
(41) zuführt, und mit einer Bohrung (42), in der eine äußere Ventilnadel (44) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die äußere Ventilnadel (44) mit einem am brennraumseitigen Ende der Bohrung (42) ausgebildeten Ventilsitz- (48) zusammenwirkt und dadurch die Öffnung einer äußeren(41) supplies, and with a bore (42) in which an outer valve needle (44) is arranged to be longitudinally displaceable, the outer valve needle (44) cooperating with a valve seat (48) formed at the combustion chamber end of the bore (42) and thereby opening an outer
Einspritzöffnungsreihe (70) steuert, indem die äußere Ventilnadel (44) bei ihrer Öffnungshubbewegung vom Ventilsitz (48) abhebt und so Kraftstoff aus dem Druckraum (41) der äußeren Einspritzöffnungsreihe (70) zuströmt, wobei die äußere Ventilnadel (44) durch den Druck imInjection opening row (70) controls by lifting the outer valve needle (44) during its opening stroke movement from the valve seat (48) and thus fuel flows from the pressure chamber (41) of the outer injection opening row (70), the outer valve needle (44) being affected by the pressure in
Druckraum (41) eine vom Ventilsitz (48) weggerichtete Öffnungskraft erfährt und durch die Kraft einer in einem äußeren Federraum (54) unter Vorspannung angeordneten äußeren Schließfeder (52) eine der Öffnungskraft entgegen- gerichtete Schließkraft, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Ventilnadel (44) eine Längsbohrung (53) ausgebildet ist, in der eine innere Ventilnadel (46) längsverschiebbar geführt ist, die ebenfalls mit dem Ventilsitz (48) zusammenwirkt und dabei die Verbindung einer im Ventilsitz (48) ausgebildeten inneren Einspritzöffnungs- reihe (72) zum Druckraum (41) steuert, wobei die innere Ventilnadel (46) erst nach Abheben der äußeren Ventilnadel (44) vom Ventilsitz (48) durch den Druck im Druckraum (41) eine Öffnungskraft erfährt, und dass auf die innere Ventilnadel (46) durch die Kraft einer in einem innerenPressure chamber (41) experiences an opening force directed away from the valve seat (48) and, due to the force of an outer closing spring (52) arranged in a prestressed manner in an outer spring chamber (54), a closing force opposed to the opening force, characterized in that in the outer valve needle ( 44) a longitudinal bore (53) is formed, in which an inner valve needle (46) is guided so as to be longitudinally displaceable, which also interacts with the valve seat (48) and thereby connects an inner injection opening formed in the valve seat (48). row (72) controls to the pressure chamber (41), the inner valve needle (46) only experiencing an opening force after the outer valve needle (44) has been lifted from the valve seat (48) by the pressure in the pressure chamber (41), and that to the inner valve needle (46) by the power of one within
Federraum (64) unter Druckvorspannung angeordneten inneren Schließfeder (62) eine der Öffnungskraft entgegengerichtete Schließkraft ausgeübt wird, und dass sowohl iτn äußeren Federraum (54) als auch im inneren Federraum (64) stets ein niedriger Druck herrscht.Spring chamber (64) arranged under compressive prestress inner closing spring (62) is exerted a closing force opposing the opening force, and that both in the outer spring chamber (54) and in the inner spring chamber (64) there is always a low pressure.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkolben (16) bei seiner der Förderbewegung entgegengesetzten Hubbewegung Kraftstoff aus einem Zulaufräum (28) mit geringem Druck ansaugt.2. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the pump piston (16) sucks in fuel from an inlet space (28) at low pressure during its stroke movement opposite the conveying movement.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Federraum (54) und der innere Federraum (64) über jeweils eine Verbindungsbohrung (67; 68) mit dem Zulaufräum (28) verbunden sind.3. Fuel injection system according to claim 2, characterized in that the outer spring chamber (54) and the inner spring chamber (64) are each connected to the inlet chamber (28) via a connecting bore (67; 68).
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass in wenigstens einer der Verbindungsbohrungen (67; 68) eine Drossel (167; 168) angeordnet ist .4. Fuel injection system according to claim 3, characterized in that a throttle (167; 168) is arranged in at least one of the connecting bores (67; 68).
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die äußere Schließfeder (52) über einen Federteller (50) an der äußeren Ventilnadel (44) abstützt und dass der Federteller (50) im äußeren Federraum (54) in einem der äußeren Ventilnadel (44) abgewandten Bereich mit nur geringem seitlichen Spiel geführt ist, und dass der zwischen dem Federteller (50) und der Wand des äußeren Federraums (54) verbleibende Ringraurti (74) mit einem drucklosen Kraftstoffrücklaufsystem verbunden ist.5. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the outer closing spring (52) is supported by a spring plate (50) on the outer valve needle (44) and that the spring plate (50) in the outer spring chamber (54) in one of the outer valve needle (44) facing away from the area with only slight lateral play, and that the ring belt remaining between the spring plate (50) and the wall of the outer spring chamber (54) (74) is connected to an unpressurized fuel return system.
6. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Ventilnadel (64) über eine Kolbenstange (61) an der inneren Schließfeder (62) abstützt, wobei die Kolbenstange (61) durch eine zentrale Bohrung (51) des Federtellers (50) hindurchragt, und mit einer Querbohrung (78) im Federteller (50) , die den Ringspalt zwischen der Wand der zentralen Bohrung (51) und der Kolbenstange (61) mit dem Ringraum (74) verbindet.6. Fuel injection system according to claim 5, characterized in that the inner valve needle (64) is supported by a piston rod (61) on the inner closing spring (62), the piston rod (61) through a central bore (51) of the spring plate (50 ) protrudes, and with a transverse bore (78) in the spring plate (50), which connects the annular gap between the wall of the central bore (51) and the piston rod (61) with the annular space (74).
7. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsdruck der äußeren Ventilnadel (41) kleiner ist als der Öffnungsdruck der inneren Ventilnadel (44) .7. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the opening pressure of the outer valve needle (41) is less than the opening pressure of the inner valve needle (44).
8. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der inneren Ventilnadel (46) kleiner ist als die Länge der äußeren Ventilnadel (44) .8. The fuel injection system according to claim 1, characterized in that the length of the inner valve needle (46) is less than the length of the outer valve needle (44).
9. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass sich die innere Ventilnadel (46) über eine Kolbenstange (61) an der inneren Schließfeder (62) abstützt, wobei die Kolbenstange (61) mit einem Teil ihrer Länge in die Längsbohrung (53) der äußeren Ventilnadel (44) hineinragt und dort an der dem Ventilsitz (48) abgewandten Stirnfläche der inneren Ventilnadel (46) anliegt .9. The fuel injection system according to claim 8, characterized in that the inner valve needle (46) is supported on the inner closing spring (62) via a piston rod (61), the piston rod (61) having part of its length in the longitudinal bore ( 53) protrudes from the outer valve needle (44) and rests there on the end face of the inner valve needle (46) facing away from the valve seat (48).
10. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (61) in der Längsbohrung (53) der äußeren Ventilnadel (44) ein größeres Spiel aufweist als die innere Ventilnadel (46) . 10. Fuel injection system according to claim 9, characterized in that the piston rod (61) in the longitudinal bore (53) of the outer valve needle (44) has a larger game than the inner valve needle (46).
11. Kraf stoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die innere Ventilnadel (46) über eine Kolbenstange (61) und einen im inneren Federraum (64) seitlich geführten Kolben (60) an der inneren Schließfeder (62) abstützt.11. Fuel injection system according to claim 1, characterized in that the inner valve needle (46) is supported on the inner closing spring (62) via a piston rod (61) and a laterally guided piston (60) in the inner spring chamber (64).
12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (60) dichtend im inneren Federraum (64) geführt ist.12. Fuel injection system according to claim 11, characterized in that the piston (60) is sealingly guided in the inner spring space (64).
13. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass in der Verbindung des Zulaufraums (28) zum Pumpenarbeitsraum (18) ein Steuerventil (20) angeordnet ist.13. The fuel injection system according to claim 1, characterized in that a control valve (20) is arranged in the connection of the inlet chamber (28) to the pump work chamber (18).
14. Kraf stoffeinspritzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (20) ein elektrisch gesteuertes Magnetventil ist. 14. Kraf fuel injection system according to claim 13, characterized in that the control valve (20) is an electrically controlled solenoid valve.
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