EP1534950A1 - Fuel injection device - Google Patents

Fuel injection device

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Publication number
EP1534950A1
EP1534950A1 EP03727168A EP03727168A EP1534950A1 EP 1534950 A1 EP1534950 A1 EP 1534950A1 EP 03727168 A EP03727168 A EP 03727168A EP 03727168 A EP03727168 A EP 03727168A EP 1534950 A1 EP1534950 A1 EP 1534950A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
injector
injection
nozzle
fuel
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Withdrawn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
EP03727168A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Christoph Magel
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 EP1534950A1 publication Critical patent/EP1534950A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20—Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • 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
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • 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
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of patent claim 1.
  • Fuel injection device can be designed both stroke-controlled and pressure-controlled.
  • a stroke-controlled fuel injection device is understood to mean that the opening and closing of the injection opening takes place with the aid of a displaceable nozzle needle due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle chamber and in a control chamber.
  • a pressure drop within the control room causes the nozzle needle to lift.
  • the nozzle needle can be deflected by an actuator (actuator, actuator).
  • the pressure prevailing in the nozzle space of an injector causes the nozzle needle to be moved against the action of a closing force (spring), so that the injection opening is released for an injection of fuel from the nozzle space into the cylinder.
  • the pressure at which fuel exits the nozzle chamber into a cylinder is referred to as the injection pressure, while a system pressure is understood to mean the pressure under which fuel is available or is stored within the fuel injection device.
  • Fuel metering means supplying fuel to the nozzle chamber by means of a metering valve. With a combined fuel metering, a common valve is used to to measure different injection pressures.
  • the injection pump and the injector form one unit. Such a unit is installed in the cylinder head for each cylinder and is driven by the engine camshaft either directly via a tappet or indirectly via rocker arms.
  • PLD pump-line-nozzle system
  • a high-pressure line leads to the nozzle area or nozzle holder.
  • a stroke-controlled injector can be used to improve the functionality of a PDE / PLD injection system.
  • a multiple injection pre-main, post-injection
  • An enlarged cam and pump stroke is therefore required to represent a multiple injection.
  • Post-injection is actuated under high pressure, excessive pressure increases occur which can destroy the injection system. Post-injection is therefore only possible with a low injection pressure.
  • there is no injection possible outside the cam delivery area which is important for a far-reaching post-injection for exhaust gas aftertreatment systems.
  • the injector area is designed as a local pressure accumulator, the stored fuel of which is used for injection and for the hydraulic closing of the nozzle needle. Further developments of the invention are contained in claims 2 to 4.
  • a check valve after the pump element prevents the high-pressure chamber of the injector from relaxing after the delivery has ended.
  • the stored high pressure can then be used for further injections.
  • Both post-injection directly after the main injection under high pressure and a widely offset post-injection can be implemented. It is also possible to carry out the pre-injection of the subsequent cycle from the local pressure accumulator. These multiple injections can thus take place outside the cam delivery area, which offers constructive advantages by reducing the delivery area.
  • Relaxation via a pressure-maintaining valve is also possible. This maintains a specific, precisely defined residual pressure until the next injection cycle, which e.g. can be used for a pre-injection.
  • the local pressure accumulator is made large enough, it can also be used for a boot phase.
  • the local pressure accumulator in the injector also enables a hydraulic closing force on the nozzle needle, so that it is not pressed on by the combustion during the increase in the cylinder pressure. This hydraulic closing force enables the closing spring force on the nozzle to be reduced or eliminated, which has constructive advantages.
  • Fuel injection devices are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows:
  • Fig. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a first
  • Fuel injection device; Fig. 2 is a hydraulic circuit diagram of a second
  • FIG. 3 shows a hydraulic circuit diagram of a third fuel injection device
  • Fig. 4 shows a first pressure curve and a needle stroke
  • Fig. 5 shows a second pressure curve and a needle stroke
  • a pump-nozzle unit (PDE) or a pump-line-nozzle system (PLD) is assigned to each cylinder.
  • Each pump-nozzle unit is composed of a pump element 1 and an injector 2.
  • One pump-nozzle unit is installed in a cylinder head for each engine cylinder.
  • the pump element 1 is driven either directly via a tappet or indirectly via a rocker arm from an engine camshaft.
  • Electronic control devices allow the amount of fuel injected (injection process) to be specifically influenced.
  • a low-pressure pump 4 delivers fuel 5 from a storage tank 6 via a delivery line 7 to the pump elements 1.
  • a control valve 8 is used to fill a pump chamber of the pump element 1. The high-pressure generation takes place with closing of the control valve 8 during the cam lift.
  • the injector 2 via a check valve 9.
  • the injection takes place via a fuel metering with the aid of a nozzle needle 10 which is axially displaceable in a guide bore.
  • a nozzle chamber 11 and a control chamber 12 are formed.
  • a pressure surface pointing in the opening direction of the nozzle needle 10 is exposed to the pressure prevailing there, which is supplied to the nozzle space 11 via a pressure line 13.
  • a tappet Coaxial with a compression spring, a tappet also acts on the nozzle needle 10 and, with its end face facing away from the valve sealing surface, delimits the control chamber 12.
  • the control chamber 12 has an inlet with a throttle from the fuel pressure connection and an outlet to a pressure relief line 14, which is controlled by a valve unit 15.
  • the tappet is pressurized in the closing direction by the pressure in the control chamber 12.
  • valve unit 14 When the valve unit 14 is actuated, the pressure in the control chamber 12 can be reduced, so that the pressure force acting in the opening direction on the nozzle needle 10 in the nozzle chamber 11 subsequently exceeds the pressure force acting on the nozzle needle 10 in the closing direction.
  • the valve sealing surface lifts off the valve seat surface and fuel is injected.
  • the end of the injection is initiated by actuating (closing) the valve unit 14 again, which decouples the control chamber 12 from a leakage line 14, so that a pressure builds up again in the control chamber 14 which can move the nozzle needle 10 in the closing direction.
  • the check valve 9 has the effect that the pressure in the injector 2 does not suddenly release after the delivery of the pump element 1 has ended. The pressure will only drop slightly until the check valve 9 is closed. The entire volume behind the check valve 9 (volume of the injector 2 and the feed line 13) thus acts as local Pressure accumulator for injector 2. The nozzle remains closed due to the hydraulically controlled injector 2. With the help of the stored pressure, further injections can take place.
  • This local pressure accumulator is particularly suitable for small injection quantities, as are typically the case with post-injection and pre-injection.
  • a throttle 16 is connected in parallel to the check valve 9. This is dimensioned so that the pressure in the local pressure accumulator slowly decreases and is relaxed to the low pressure level in the pump chamber until the next injection cycle.
  • valve 15 for the connection of the control chamber 12 is arranged in the inlet. If the valve 15 is open, a control pressure results in the control chamber 12 due to the throttle 18 and the nozzle remains closed. If the valve 15 is closed, the control chamber 12 relaxes via a throttle 18 and the nozzle opens. In this variant, the throttle 18 simultaneously takes over the task of slowly relieving the pressure on the local storage unit until the next injection, since when the injector 2 is closed, a fuel flow is present via the throttle 18.
  • FIG. 3 illustrates a further embodiment by means of a fuel injection device 18.
  • the throttle 16 is in turn provided parallel to the check valve 9, which slowly reduce the pressure in the injector area after the injection.
  • the throttle 16 is now a pressure maintaining valve 19 connected in series. This means that the pressure is reduced only up to a precisely defined stand pressure p (s) (eg 300 bar) in the line. This then results in a defined pressure level in the local pressure storage space, which can be used for further injections can. This is preferably a pre-injection. But it is also possible to implement the boot phase of a main injection from this pressure accumulator. In addition, the hydraulic efficiency of the system is increased because the injector area is no longer fully relaxed
  • Fig. 4 schematically shows a possible time variation of the pressure P in the injector (P I N J) and the pump element (PPDE), and the needle stroke H at a forward (VE), main (HE), post injection (NE) - Cycle.
  • the pump delivery range F is also entered.
  • FIG. 5 schematically shows a possible temporal pressure curve P in the injector (P INJ ) and the needle stroke H for a pre (VE), main (HE), post-injection (NE) cycle and remote post-injection (ANE).
  • P INJ injector
  • VE pre
  • HE main
  • NE post-injection
  • ANE remote post-injection
  • a pump element and a hydraulically controlled nozzle are provided for each cylinder.
  • the principle of the local pressure accumulator with stroke-controlled injector can in principle be used with any pressure-controlled injection system, for example also with a distributor injection system.

Abstract

A fuel injection device (3) in an internal combustion engine, comprising the following elements according to the number of cylinders: at least one local pump element (1) of a pump unit associated with each injector (2) or a pump line nozzle system for compressing the fuel. The injector (2) and or the feed line to the injector (2) form a local pressure accumulation chamber.

Description

Kraftstoffeinspritzeinrichtung Fuel injection system
B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injection device according to the preamble of patent claim 1.
Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: DieTo better understand the description and the claims, some terms are explained below: The
Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl hubgesteuert als auch druckgesteuert ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass das Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung mit Hilfe einer verschieblichen Düsennadel aufgrund des hydraulischen Zusammenwirkens der Kraftstoff drücke in einem Düsenraum und in einem Steuerraum erfolgt. Eine Druckabsenkung innerhalb des Steuerraums bewirkt einen Hub der Düsennadel. Alternativ kann das Auslenken der Düsennadel durch ein Stellglied (Aktor, Aktuator) erfolgen. Bei einer druckqesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung wird durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoff druck die Düsennadel gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt, so dass die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Systemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, dem Düsenraum Kraftstoff mittels eines Zumessventils zuzuleiten. Bei einer kombinierten Kraftstoffzumessung wird ein gemeinsames Ventil genutzt, um verschiedene Einspritzdrücke zuzumessen. Bei der Pumpe-Düse-Einheit (PDE) bilden die Einspritzpumpe und der Injektor eine Einheit. Pro Zylinder wird eine derartige Einheit in den Zylinderkopf eingebaut und entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von der Motornockenwelle angetrieben. Das Pumpe-Leitung-Düse-System (PLD) arbeitet nach dem gleichen Verfahren. Eine Hochdruckleitung führt hier zum Düsenraum oder Düsenhalter.Fuel injection device according to the invention can be designed both stroke-controlled and pressure-controlled. In the context of the invention, a stroke-controlled fuel injection device is understood to mean that the opening and closing of the injection opening takes place with the aid of a displaceable nozzle needle due to the hydraulic interaction of the fuel pressures in a nozzle chamber and in a control chamber. A pressure drop within the control room causes the nozzle needle to lift. Alternatively, the nozzle needle can be deflected by an actuator (actuator, actuator). In a pressure-controlled fuel injection device according to the invention, the pressure prevailing in the nozzle space of an injector causes the nozzle needle to be moved against the action of a closing force (spring), so that the injection opening is released for an injection of fuel from the nozzle space into the cylinder. The pressure at which fuel exits the nozzle chamber into a cylinder is referred to as the injection pressure, while a system pressure is understood to mean the pressure under which fuel is available or is stored within the fuel injection device. Fuel metering means supplying fuel to the nozzle chamber by means of a metering valve. With a combined fuel metering, a common valve is used to to measure different injection pressures. In the pump-nozzle unit (PDE), the injection pump and the injector form one unit. Such a unit is installed in the cylinder head for each cylinder and is driven by the engine camshaft either directly via a tappet or indirectly via rocker arms. The pump-line-nozzle system (PLD) works according to the same procedure. A high-pressure line leads to the nozzle area or nozzle holder.
Zur Einbringung von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren sind sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme bekannt. Zur Reduzierung der Emissionen ist ein möglichst hoher maximaler Einspritzdruck und ein linearer Druckanstieg günstig. Daher werden heute oftmals PDE/PLD Systeme eingesetzt, die einen hohen Einspritzdruck erlauben.Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems are known for introducing fuel into direct-injection diesel engines. To reduce emissions, the highest possible maximum injection pressure and a linear pressure increase are favorable. Therefore, PDE / PLD systems are often used today that allow a high injection pressure.
Weiterhin hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Einspritzdruck von der Drehzahl und Last des Motors unabhängig ist und im Kennfeld variabel eingestellt werden kann. Ebenso ist eine Mehrfacheinspritzung vorteilhaft. Deshalb verwenden andere Motorenhersteller Common Rail Systeme (CRS).It has also proven to be advantageous if the injection pressure is independent of the speed and load of the engine and can be set variably in the map. Multiple injection is also advantageous. That is why other engine manufacturers use Common Rail Systems (CRS).
Zur Verbesserung der Funktionalität eines PDE/PLD Einspritzsystems kann ein hub gesteuerter Injektor eingesetzt werden. Dadurch kann im Förderbereich des Nockens eine Mehrfacheinspritzung (Vor,- Haupt-, Nacheinspritzung) dargestellt werden. Zur Darstellung einer Mehrfacheinspritzung ist demnach ein vergrößerter Nocken- und Pumpenhub erforderlich. Zudem treten beim Ansteuern einer Nacheinspritzung unter hohem Druck starke Drucküberhöhungen auf, die das Einspritzsystem zerstören können. Daher ist eine Nacheinspritzung nur bei niederem Einspritzdruck möglich. Außerdem ist keine Einspritzung außerhalb des Nockenförderbereiches möglich, was für eine weit abgesetzte Nacheinspritzung für Abgasnachbehandlungssysteme wichtig ist.A stroke-controlled injector can be used to improve the functionality of a PDE / PLD injection system. As a result, a multiple injection (pre-main, post-injection) can be represented in the delivery area of the cam. An enlarged cam and pump stroke is therefore required to represent a multiple injection. In addition, when a post-injection is actuated under high pressure, excessive pressure increases occur which can destroy the injection system. Post-injection is therefore only possible with a low injection pressure. In addition, there is no injection possible outside the cam delivery area, which is important for a far-reaching post-injection for exhaust gas aftertreatment systems.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Zur Beseitigung dieser Problematik wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Dabei wird der Injektorbereich als lokaler Druckspeicher ausgebildet, dessen gespeicherter Kraftstoff zur Einspritzung und zum hydraulischen Schließen der Düsennadel genutzt wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 enthalten. Ein Rückschlagventil nach dem Pumpenelement verhindert, dass sich der Hochdruckraum des Injektors nach Beendigung der Förderung entspannt. Der gespeicherte Hochdruck kann dann für weitere Einspritzungen genutzt werden. Dabei kann sowohl eine Nacheinspritzung direkt nach der Haupteinspritzung unter hohem Druck realisiert werden, wie auch eine weit abgesetzte Nacheinspritzung. Es ist auch möglich, die Voreinspritzung vom nachfolgenden Zyklus aus dem lokalen Druckspeicher zu realisieren. Damit können diese Mehrfacheinspritzungen außerhalb des Nockenförderbereiches erfolgen, was konstruktive Vorteile durch eine Verkleinerung des Förderbereiches bietet.To eliminate this problem, a fuel injection device according to claim 1 is proposed. The injector area is designed as a local pressure accumulator, the stored fuel of which is used for injection and for the hydraulic closing of the nozzle needle. Further developments of the invention are contained in claims 2 to 4. A check valve after the pump element prevents the high-pressure chamber of the injector from relaxing after the delivery has ended. The stored high pressure can then be used for further injections. Both post-injection directly after the main injection under high pressure and a widely offset post-injection can be implemented. It is also possible to carry out the pre-injection of the subsequent cycle from the local pressure accumulator. These multiple injections can thus take place outside the cam delivery area, which offers constructive advantages by reducing the delivery area.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich zwischen Haupt und Nacheinspritzung. Die beim hydraulischen Nadelschließen erzeugten Druckspitzen von mehreren hundert bar können vollständig unterdrückt werden. Dies erreicht man durch eine geeignete Ansteuerung von Nadelschließen und Druckaufbau im Pumpenelement. Der Druckaufbau wird dabei nur gerade solange angesteuert, dass der Einspritzdruck für die Haupteinspritzung erzeugt wird. Mit dem hydraulischen Schließen der Düsennadel wird auch der Druckaufbau beendet. Der lokalen Druckspeicher kann über eine Drossel langsam entspannt werden, um für jeden Einspritzzyklus eine definierten Ausgangszustand zu gewährleisten.Another advantage arises between main and post-injection. The pressure peaks of several hundred bar generated during hydraulic needle closing can be completely suppressed. This is achieved by a suitable control of needle closures and pressure build-up in the pump element. The pressure build-up is only activated for as long as the injection pressure is generated for the main injection. With the hydraulic closing of the nozzle needle, the pressure build-up is also ended. The local pressure accumulator can be slowly released via a throttle to ensure a defined initial state for each injection cycle.
Ebenso ist eine Entspannung über ein Druckhalteventil möglich. Dadurch bleibt ein bestimmter, gen au definierter Restdruck bis zum nächsten Einspritz-Zyklus erhalten, der z.B. für eine Voreinspritzung verwendet werden kann.Relaxation via a pressure-maintaining valve is also possible. This maintains a specific, precisely defined residual pressure until the next injection cycle, which e.g. can be used for a pre-injection.
Wird der lokale Druckspeicher groß genug ausgebildet, kann er ebenfalls für eine Bootphase verwendet werden. Der lokale Druckspeicher im Injektor ermöglicht auch eine hydraulische Schließkraft auf die Düsennadel, so dass diese während des Anstiegs des Zylinderdruckes durch die Verbrennung nicht aufgedrückt wird. Durch diese hydraulische Schließkraft ist es möglich, die schließende Federkraft auf die Düse zu verkleinern oder entfallen zu lassen, was konstruktive Vorteile bringt.If the local pressure accumulator is made large enough, it can also be used for a boot phase. The local pressure accumulator in the injector also enables a hydraulic closing force on the nozzle needle, so that it is not pressed on by the combustion during the increase in the cylinder pressure. This hydraulic closing force enables the closing spring force on the nozzle to be reduced or eliminated, which has constructive advantages.
Zeichnungdrawing
Drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßenThree embodiments of the invention
Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt:Fuel injection devices are shown in the schematic drawing and are explained in the following description. It shows:
Fig. 1 einen Hydraulikschaltplan einer erstenFig. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a first
Kraftstoffeinspritzeinrichtung; Fig. 2 einen Hydraulikschaltplan einer zweitenFuel injection device; Fig. 2 is a hydraulic circuit diagram of a second
Kraftstoffeinspritzeinrichtung;Fuel injection device;
Fig. 3 einen Hydraulikschaltplan einer dritten Kraftstoffeinspritzeinrichtung;3 shows a hydraulic circuit diagram of a third fuel injection device;
Fig. 4 einen ersten Druckverlauf und Nadelhub einerFig. 4 shows a first pressure curve and a needle stroke
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 1;Fuel injection device according to Fig. 1;
Fig. 5 einen zweiten Druckverlauf und Nadelhub einerFig. 5 shows a second pressure curve and a needle stroke
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Fig. 3.3.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Jedem Zylinder ist eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder ein Pumpe-Leitung- Düse-System (PLD) zugeordnet. Jede Pumpe-Düse-Einheit setzt sich aus einem Pumpenelement 1 und einem Injektor 2 zusammen. Pro Motorzylinder wird eine Pumpe-Düse-Einheit in einen Zylinderkopf eingebaut. Das Pumpenelement 1 wird entweder direkt über einen Stößel oder indirekt über Kipphebel von einer Motornockenwelle angetrieben. Elektronische Regeleinrichtungen gestatten es, die Menge eingespritzten Kraftstoffs (Einspritzverlauf) gezielt zu beeinflussen. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer hubgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 3 fördert eine Niederdruckpumpe 4 Kraftstoff 5 aus einem Vorratstank 6 über eine Förderleitung 7 zu den Pumpenelementen 1. Ein Steuerventil 8 dient der Befüllung eines Pumpenraums des Pumpenelements 1. Die Hochdruckerzeugung erfolgt unter Schließen des Steuerventils 8 während des Nockenhubs. Damit beginnt der Druckaufbau und der unter Druck stehende Kraftstoff wird über ein Rückschlagventil 9 zum Injektor 2 geleitet.A pump-nozzle unit (PDE) or a pump-line-nozzle system (PLD) is assigned to each cylinder. Each pump-nozzle unit is composed of a pump element 1 and an injector 2. One pump-nozzle unit is installed in a cylinder head for each engine cylinder. The pump element 1 is driven either directly via a tappet or indirectly via a rocker arm from an engine camshaft. Electronic control devices allow the amount of fuel injected (injection process) to be specifically influenced. In the first exemplary embodiment of a stroke-controlled fuel injection device 3 shown in FIG. 1, a low-pressure pump 4 delivers fuel 5 from a storage tank 6 via a delivery line 7 to the pump elements 1. A control valve 8 is used to fill a pump chamber of the pump element 1. The high-pressure generation takes place with closing of the control valve 8 during the cam lift. In order to begins to build up pressure and the fuel under pressure is passed to the injector 2 via a check valve 9.
Die Einspritzung erfolgt über eine Kraftstoff-Zumessung mit Hilfe einer in einer Führungsbohrung axial verschiebbaren Düsennadel 10. Es sind ein Düsenraum 11 und ein Steuerraum 12 ausgebildet. Innerhalb des Düsenraums 11 ist eine in Öffnungsrichtung der Düsennadel 10 weisende Druckfläche dem dort herrschenden Druck ausgesetzt, der über eine Druckleitung 13 dem Düsenraum 11 zugeführt wird. Koaxial zu einer Druckfeder greift ferner an der Düsennadel 10 ein Stößel an, der mit seiner der Ventildichtfläche abgewandten Stirnseite den Steuerraum 12 begrenzt. Der Steuerraum 12 hat vom Kraftstoffdruckanschluss her einen Zulauf mit einer Drossel und einen Ablauf zu einer Druckentlastungsleitung 14, der durch eine Ventileinheit 15 gesteuert wird. Über den Druck im Steuerraum 12 wird der Stößel in Schließrichtung druckbeaufschlagt. Bei Betätigung der Ventileinheit 14 kann der Druck im Steuerraum 12 abgebaut werden, so dass in der Folge die in Öffnungsrichtung auf die Düsennadel 10 wirkende Druckkraft im Düsenraum 11 die in Schließrichtung auf die Düsennadel 10 wirkenden Druckkraft übersteigt. Die Ventildichtfläche hebt von der Ventilsitzfläche ab und Kraftstoff wird eingespritzt. Das Ende der Einspritzung wird durch erneutes Betätigen (Schließen) der Ventileinheit 14 eingeleitet, das den Steuerraum 12 wieder von einer Leckageleitung 14 abkoppelt, so dass sich im Steuerraum 14 wieder ein Druck aufbaut, der die Düsennadel 10 in Schließrichtung bewegen kann.The injection takes place via a fuel metering with the aid of a nozzle needle 10 which is axially displaceable in a guide bore. A nozzle chamber 11 and a control chamber 12 are formed. Within the nozzle space 11, a pressure surface pointing in the opening direction of the nozzle needle 10 is exposed to the pressure prevailing there, which is supplied to the nozzle space 11 via a pressure line 13. Coaxial with a compression spring, a tappet also acts on the nozzle needle 10 and, with its end face facing away from the valve sealing surface, delimits the control chamber 12. The control chamber 12 has an inlet with a throttle from the fuel pressure connection and an outlet to a pressure relief line 14, which is controlled by a valve unit 15. The tappet is pressurized in the closing direction by the pressure in the control chamber 12. When the valve unit 14 is actuated, the pressure in the control chamber 12 can be reduced, so that the pressure force acting in the opening direction on the nozzle needle 10 in the nozzle chamber 11 subsequently exceeds the pressure force acting on the nozzle needle 10 in the closing direction. The valve sealing surface lifts off the valve seat surface and fuel is injected. The end of the injection is initiated by actuating (closing) the valve unit 14 again, which decouples the control chamber 12 from a leakage line 14, so that a pressure builds up again in the control chamber 14 which can move the nozzle needle 10 in the closing direction.
Das Rückschlagventil 9 bewirkt, dass sich der Druck im Injektor 2 nach dem Beenden der Förderung des Pumpenelementes 1 nicht schlagartig entspannt. Der Druck wird lediglich etwas abfallen bis das Rückschlagventil 9 geschlossen ist. Das gesamte Volumen hinter dem Rückschlagventil 9 (Volumen des Injektors 2 und der Zuleitung 13) wirkt somit als lokaler Druckspeicher für den Injektor 2. Durch den hydraulisch gesteuerten Injektor 2 bleibt die Düse geschlossen. Mit Hilfe des gespeicherten Drucks können weitere Einspritzungen erfolgen. Speziell eignet sich dieser lokale Druckspeicher für kleine Einspritzmengen, wie sie bei einer Nacheinspritzung und einer Voreinsprftzung typischerweise vorliegen. Um den Druck im Injektorbereich bis zur nächsten Einspritzung auf ein definiertes Niveau einzustellen und somit Toleranzprobleme zu vermeiden, ist parallel zum Rückschlagventil 9 eine Drossel 16 geschaltet. Diese ist so dimensioniert, dass sich der Druck im lokalen Druckspeicher langsam abbaut und bis zum nächsten Einspritzzyklus auf das Niederdruckniveau ,im Pumpenraum entspannt ist.The check valve 9 has the effect that the pressure in the injector 2 does not suddenly release after the delivery of the pump element 1 has ended. The pressure will only drop slightly until the check valve 9 is closed. The entire volume behind the check valve 9 (volume of the injector 2 and the feed line 13) thus acts as local Pressure accumulator for injector 2. The nozzle remains closed due to the hydraulically controlled injector 2. With the help of the stored pressure, further injections can take place. This local pressure accumulator is particularly suitable for small injection quantities, as are typically the case with post-injection and pre-injection. In order to set the pressure in the injector area to a defined level until the next injection and thus to avoid tolerance problems, a throttle 16 is connected in parallel to the check valve 9. This is dimensioned so that the pressure in the local pressure accumulator slowly decreases and is relaxed to the low pressure level in the pump chamber until the next injection cycle.
Aus Fig. 2 ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 17 ersichtlich, bei der das Steuerventil 15 für den Anschluss des Steuerraumes 12 im Zulauf angeordnet ist. Ist das Ventil 15 geöffnet, ergibt sich im Steuerraum 12 aufgrund der Drossel 18 ein Steuerdruck und die Düse bleibt geschlossen. Wird das Ventil 15 geschlossen, dann entspannt sich der Steuerraum 12 über eine Drossel 18 und die Düse öffnet. Die Drossel 18 übernimmt bei dieser Variante gleichzeitig die Aufgabe, den lokalen Speicher langsam bis zur nächsten Einspritzung zu entspannen, da bei geschlossenem Injektor 2 ein Kraftstoffstrom über die Drossel 18 vorhanden ist.2 shows a fuel injection device 17 in which the control valve 15 for the connection of the control chamber 12 is arranged in the inlet. If the valve 15 is open, a control pressure results in the control chamber 12 due to the throttle 18 and the nozzle remains closed. If the valve 15 is closed, the control chamber 12 relaxes via a throttle 18 and the nozzle opens. In this variant, the throttle 18 simultaneously takes over the task of slowly relieving the pressure on the local storage unit until the next injection, since when the injector 2 is closed, a fuel flow is present via the throttle 18.
Fig. 3 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 18. Dabei ist wiederum die Drossel 16 parallel zum Rückschlagventil 9 vorgesehen, die den Druck im Injektorbereich nach der Einspritzung langsam abbauen. Zusätzlich ist der Drossel 16 nun noch ein Druckhalteventil 19 in Serie geschaltet. Damit erfolgt der Druckabbau nur bis zu einem exakt definierten Standdruck p(s) (z.B. 300 bar) in der Leitung. Damit ergibt sich im lokalen Druckspeicherraum dann ein definiertes Druckniveau, das für weitere Einspritzungen genutzt werden kann. Dies ist vorzugsweise eine Voreinspritzung. Es ist aber auch möglich, die Bootphase einer Haupteinspritzung aus diesem Druckspeicher zu realisieren. Zudem wird der hydraulische Wirkungsgrad des Systems erhöht, da der Injektorbereich nicht mehr vollständig entspannt wirdFIG. 3 illustrates a further embodiment by means of a fuel injection device 18. The throttle 16 is in turn provided parallel to the check valve 9, which slowly reduce the pressure in the injector area after the injection. In addition, the throttle 16 is now a pressure maintaining valve 19 connected in series. This means that the pressure is reduced only up to a precisely defined stand pressure p (s) (eg 300 bar) in the line. This then results in a defined pressure level in the local pressure storage space, which can be used for further injections can. This is preferably a pre-injection. But it is also possible to implement the boot phase of a main injection from this pressure accumulator. In addition, the hydraulic efficiency of the system is increased because the injector area is no longer fully relaxed
Fig. 4 zeigt schematisch einen möglichen zeitlichen Verlauf des Druckes P im Injektor (PINJ) und im Pumpenelement (PPDE), sowie den Nadelhub H bei einem Vor- (VE), Haupt- (HE), Nacheinspritzungs (NE) -Zyklus. Zusätzlich ist der Pumpenförderbereich F eingetragen.Fig. 4 schematically shows a possible time variation of the pressure P in the injector (P I N J) and the pump element (PPDE), and the needle stroke H at a forward (VE), main (HE), post injection (NE) - Cycle. The pump delivery range F is also entered.
Fig. 5 zeigt schematisch einen möglichen zeitlichen Druckverlauf P im Injektor (PINJ) sowie den Nadelhub H bei einem Vor- (VE), Haupt- (HE), Nacheinspritzungs (NE) -Zyklus und abgesetzter Nacheinspritzung (ANE). Dargestellt ist ein Ausschnitt über 2 Einspritzzyklen. Man sieht, dass im gesamten Zeitraum zwischen den Haupt-Einspritzungen eine Einspritzung aus dem lokalen Druckspeicher möglich ist. Speziell ist eine weit abgesetzte Nacheinspritzung und eine weit vorgelagerte Voreinspritzung möglich.FIG. 5 schematically shows a possible temporal pressure curve P in the injector (P INJ ) and the needle stroke H for a pre (VE), main (HE), post-injection (NE) cycle and remote post-injection (ANE). A section of 2 injection cycles is shown. It can be seen that an injection from the local pressure accumulator is possible in the entire period between the main injections. In particular, a far-reaching post-injection and a far upstream pre-injection are possible.
Bei den dargestellten Beispielen ist für jeden Zylinder ein Pumpenelement und eine hydraulisch gesteuerte Düse vorgesehen. Das Prinzip des lokalen Druckspeichers mit hub gesteuertem Injektor ist jedoch grundsätzlich bei jedem druckgesteuerten Einspritzsystem anwendbar, so z.B. auch bei einem Verteilereinspritzsystem. BEZUGSZEICHEN LISTEIn the examples shown, a pump element and a hydraulically controlled nozzle are provided for each cylinder. However, the principle of the local pressure accumulator with stroke-controlled injector can in principle be used with any pressure-controlled injection system, for example also with a distributor injection system. REFERENCE LIST
Pumpenelementpump element
Injektorinjector
KraftstoffeinspritzeinrichtungFuel injection system
NiederdruckpumpeLow pressure pump
Kraftstofffuel
Vorratstankstorage tank
Förderleitungdelivery line
Steuerventilcontrol valve
Rückschlagventilcheck valve
Düsennadelnozzle needle
Düsenraumnozzle chamber
Steuerraumcontrol room
Druckleitungpressure line
DruckentlastungsleitungPressure relief line
Ventileinheitvalve unit
Drosselthrottle
KraftstoffeinspritzeinrichtungFuel injection system
Drosselthrottle
Druckhalteventil Pressure holding valve

Claims

PATE N TA N S P R Ü C H E PATE N TA NSPRÜ CHE
1. Kraftstoffeinspritzeinrichtung (3; 17; 18) einer Brennkraftmaschine mit je nach Anzahl der Zylinder mindestem einem lokalen, jedem Injektor (2) zugeordneten Pumpenelement (1) einer Pumpe-Düse-Einheit oder eines Pumpe-Leitung-Düse-Systems zur Verdichtung des Kraftstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (2) und/oder die Zuleitung zum Injektor (2) einen lokalen Druckspeicherraum ausbilden, dass in die Zuleitung von dem Pumpenelement (1) zum Injektor (2) ein1. Fuel injection device (3; 17; 18) of an internal combustion engine with, depending on the number of cylinders, at least one local pump element (1) assigned to each injector (2) of a pump-nozzle unit or a pump-line-nozzle system for compressing the Fuel, characterized in that the injector (2) and / or the feed line to the injector (2) form a local pressure storage space that into the feed line from the pump element (1) to the injector (2)
Rückschlagventil (9) integriert ist, dass ein Steuerventil (8) zur Hochdruckerzeugung im geschlossenen Zustand des Steuerventils (8) während des Nockenhubs vorgesehen ist, und dass eine Drossel (16; 18) zur Steuerung des Druckabbaus eines Düsenraums (11) des Injektors vorgesehen ist.Check valve (9) is integrated, that a control valve (8) is provided for generating high pressure in the closed state of the control valve (8) during the cam lift, and that a throttle (16; 18) is provided for controlling the pressure reduction in a nozzle chamber (11) of the injector is.
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drossel (16) parallel zum Rückschlagventil (9) geschaltet integriert ist.2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that a throttle (16) is integrated in parallel to the check valve (9).
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckhalteventil (19) in Serie zu der Drossel (16) geschaltet ist.3. Fuel injection device according to claim 2, characterized in that a pressure holding valve (19) is connected in series with the throttle (16).
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung von dem Pumpenelement (1) zum Injektor (2) über eine Ventileinheit (15) mit einem Steuerraum des Injektors (2) angeschlossen ist. 4. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the supply line from the pump element (1) to the injector (2) via a valve unit (15) is connected to a control chamber of the injector (2).
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