EP1593839B1 - Fuel injector for combustion engines with a multi-stage control valve - Google Patents
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- EP1593839B1 EP1593839B1 EP05101342A EP05101342A EP1593839B1 EP 1593839 B1 EP1593839 B1 EP 1593839B1 EP 05101342 A EP05101342 A EP 05101342A EP 05101342 A EP05101342 A EP 05101342A EP 1593839 B1 EP1593839 B1 EP 1593839B1
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- F02M2200/304—Fuel-injection apparatus having mechanical parts, the movement of which is damped using hydraulic means
Definitions
- both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used.
- fuel injection systems come next pump-nozzle units, pump-line-nozzle units and accumulator injection systems (common rail) are used.
- Storage injection systems advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the internal combustion engine. In order to achieve high specific performance and to reduce the emissions of the internal combustion engine, the highest possible injection pressure is generally required.
- DE 101 23 915.6 relates to a fuel injection device. This is used on an internal combustion engine.
- the combustion chambers of the internal combustion engine are each supplied with fuel via fuel injectors.
- the fuel injectors are acted upon by a high pressure source, further comprising the fuel injection device according to the DE 101 23 915.6 known solution a pressure booster having a movable pressure booster piston which separates a connectable to the high pressure source chamber from a connected to the fuel injector high-pressure chamber.
- the fuel pressure in the high pressure space can be varied by filling a back space of the pressure booster with fuel or by emptying this back space of fuel.
- the fuel injector comprises a movable closing piston for opening or closing the injection openings of the fuel injector facing the combustion chamber.
- the closing piston protrudes into a closing pressure chamber, so that it can be acted upon by fuel pressure. As a result, a force acting on the closing piston in the closing direction is achieved.
- the closing pressure chamber and another room are shared by a common Workspace formed, with all parts of the working space are permanently connected to each other for the exchange of fuel.
- the fuel injection device comprises a high pressure accumulator, a pressure booster and a metering valve.
- the pressure booster comprises a working space and a control space, which are separated from each other by axially movable pistons.
- a pressure change in the control chamber of the pressure booster results in a pressure change in a compression space, which acts on a fuel inlet via a nozzle chamber.
- the nozzle chamber surrounds an injection valve member, which may be formed, for example, as a nozzle needle.
- a nozzle spring chamber which acts upon the injection valve member can be filled from the compression space of the pressure booster via a line which contains an inlet throttle point.
- the nozzle spring chamber is connected to a space of the pressure booster via a line containing an outlet throttle point.
- a device for injecting fuel comprises a fuel injector, which via a high-pressure source with under high pressure fuel can be acted upon and actuated via a metering valve.
- the injection valve member is associated with a independently movable from this damping element, which limits a damping chamber.
- the damping element has at least one overflow channel for connecting the damping chamber to a further hydraulic space.
- control valve is designed as a 3/2-way valve and controls a relatively large sudwininenge the pressure booster.
- Servo valves are used in particular for this purpose.
- a disadvantage of the illustrated drive variants of fuel injectors with only one valve is the lack of flexibility with regard to the shaping of the injection pressure curve (guessing) in comparison to fuel injectors with two independent actuators.
- a servo-control valve which permits a shaping of the injection pressure curve at the fuel injector by different opening speeds of the valve member of the servo-control valve.
- Different opening speeds of the valve member e.g. of a servo piston of a servo control valve may be connected via a multi-stage control valve within the servo loop, e.g. be realized via a 3/3-solenoid valve.
- the amount of fuel to be injected in each case into the combustion chamber of the internal combustion engine i. the injection rate can be adjusted via the engine control unit of the internal combustion engine.
- the flexibility, i. the shaping of the injection pressure curve (rate shaping) can thereby be increased and thus the injection can be optimally adapted to the respective requirements of an internal combustion engine.
- the invention proposes to use a three-stage 3/3-control valve to control the servo loop of a fuel injector actuated servo control valve.
- a three-stage 3/3-control valve to control the servo loop of a fuel injector actuated servo control valve.
- different flow restrictor cross sections can be released, via which different Abêtvolumina can be removed, which allow different opening speeds of the valve member in the form of a servo valve piston.
- a shaping of the injection pressure can be represented with these different opening speeds.
- only one actuator is used in each case, for example a piezoelectric actuator or a solenoid valve per fuel injector, so that the manufacturing effort is limited. Also remains to be carried out at the control unit of the internal combustion engine modification effort low, since only one output stage per fuel injector, the corresponding number of cylinders to be supplied with fuel cylinders of the internal combustion engine, low.
- multi-stage control valves can be used solenoid valves or piezo valves, as well as valves that allow a continuous cross-sectional control.
- Figure 1 shows a first embodiment of a fuel injector containing a fuel injector with a multi-stage configured valve for controlling.
- a fuel injector 3 containing a pressure booster 5 is connected via a high-pressure line 2 to a pressure accumulator 1 (common rail).
- the fuel injector 3 comprises a preferably multi-part injector housing 4, in which a pressure booster 5 is received.
- the pressure booster 5 comprises a first piston part 6, which is acted upon by a restoring spring 7.
- the return spring 7 is based on an example annular configured stop 10, which is received in a working chamber 8 of the booster 5.
- the working space 8 of the pressure booster 5 is permanently connected to the pressure accumulator 1 (common rail) and is acted upon by the pressure prevailing in the accumulator 1 system pressure level.
- About the first piston part 6 of the working space 8 and a differential pressure chamber 9 (rear space) of the pressure booster 5 are separated from each other.
- the differential pressure chamber 9 is depressurized via a control line 11.
- Pressure amplifier 5 also includes a compression chamber 12, which is acted upon via an end face 14 of a second piston part 13 of the pressure booster 5. According to the pressure transmission ratio, which occurs depending on the design of the booster 5, the volume of fuel received in the compression chamber 12 is compressed to a higher pressure. From the compression chamber 12 of the booster 5 branches off a nozzle chamber inlet 23, which acts on a nozzle chamber 24 of the fuel injector 3 with a correspondingly the transmission ratio of the booster 5 achievable higher pressure level.
- a damping piston 19 whose one end face an opposite end face of an example formed in one piece, as Nozzle needle provided injection valve member 18 acted upon.
- the damping piston 19 comprises a bore 20 in which a second throttle point 21 is formed.
- the damping piston 19 is acted upon by a spring 22, which is supported on a surface of the pressure chamber 17.
- the nozzle chamber inlet 23 extending from the compression chamber 12 of the pressure intensifier 5 to the nozzle chamber 24 acts on the nozzle chamber 24 with a fuel volume under increased pressure.
- a pressure stage 25 is formed on it.
- fuel at elevated pressure level acts on the pressure stage 25 of the integrally formed injection valve member 18, for example, an acting in the opening direction hydraulic force.
- the control line 11 for pressure relief of the differential pressure chamber 9 (back space) of the pressure booster 5 opens into a control valve 32 of a multi-stage valve 30, which is arranged in the upper region of the fuel injector 3.
- the control line 11 opens into a first hydraulic chamber 33 of the control valve 32.
- a flat seat 38 is formed on the servo valve piston 35.
- the flat seat 38 in the lower region of the servo valve piston 35 closes a first control edge 36.
- a second control edge 37 is formed in the housing 42 of the control valve 32.
- a second hydraulic chamber 34 which is connected to a branch 40 of the high-pressure line 2.
- a pressure chamber 39 In the upper region of the housing 42 is a pressure chamber 39. This is a third throttle 41 upstream, which leads away from the branch 40 of the high-pressure line 2.
- a low-pressure space is arranged in the housing 42 of the control valve 32 below the first control edge 36, which is released or closed by the servo valve piston 35 according to its position. From this space, a first return 43 extends into the low pressure region of a fuel injection system, not shown here.
- a conduit in which a fifth throttle body 56 is formed From the pressure chamber 39 of the control valve 32 extends a conduit in which a fifth throttle body 56 is formed.
- This line runs parallel to the branch 40 from the high-pressure line 2, which opens at a fourth control edge 54 in the housing 50 of the actuating valve 31.
- a further flat seat 52 At the lower end of a further flat seat 52 is formed, which releases a third control edge 53 and closes.
- Below the flat seat 52 is a low-pressure side hydraulic chamber from which a return 62 extends to a low-pressure region of a fuel injection system not shown here.
- a fourth throttle body 55 is formed in the branch 40 of the high pressure line 2, which extends within the housing 50 of the control valve 31, a fourth throttle body 55 is formed.
- the housing 50 of the control valve 31 further comprises a hydraulic space 57 which is separated from the second return 62 via the further flat seat 52 in cooperation with the first control edge 53.
- an armature 58 is provided above the housing 50 of the control valve 31, which cooperates with a magnetic coil 60.
- the actuation valve 31 can also be actuated via a piezoactuator, not shown in FIG.
- the armature 58 of the actuation valve 31 is acted upon by a closing spring 59.
- a further spring element 61 which biases a stop for the armature 58 of the actuating valve 31 and serves as a stroke limiter or damping device during energization of the solenoid 60 for insulating the bruise of the armature 58 extends.
- Figure 2 shows the stroke 70 of the valve member 51 of the actuating valve 31, plotted against the time axis at different energization.
- a first Bestromungsclude 71 a first stroke of the valve member 51 is set, starting at a drive time 73, in which the solenoid 60 or a piezoelectric actuator of the actuating valve 31 is energized.
- the stroke which covers the valve member 51 of the actuating valve 31 when energized with a second Bestromungsulate 72 is also shown. In the latter case, the valve member 51 of the actuating valve 31 returns a maximum stroke.
- the valve member 51 of the actuating valve 31 When the solenoid 60 is energized with a first, relatively low current level 71, the valve member 51 of the actuating valve 31 is placed in a first, middle switching position. In this state, the armature 58 is located on a magnetic coil 60 surrounding, biased by the other spring 61, for example, annular stop. In this switching position, the fifth throttle point 56 is released, wherein the fourth throttle point 55 remains closed. The further flat seat 52 is open, so that the volume of fuel contained in the hydraulic space 57 can flow into the second return to the low-pressure region of the fuel injection system. This results in a pressure relief of the pressure chamber 39 by means of control valve 32. The servo valve piston 35 opens and in turn releases the flat seat 38. As a result, the fuel supply contained in the differential pressure chamber 9 (rear space) of the pressure booster 5 flows via the second hydraulic chamber 33 into the first return line 43 onto the low-pressure side of the fuel injection system.
- the servo valve piston 35 opens slowly, so that a delayed, slow pressure builds up in the compression chamber 12, which sets a slow opening of the injection valve member 18, which can be embodied in one piece, for example, via the nozzle chamber inlet 23 and the nozzle chamber 24. Accordingly, the injection openings 26 are opened only slowly in the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine, so that one in FIG. 4 during the injection at the nozzle, indicated by reference numeral 91.
- the solenoid coil 60 of the actuation valve 31 is acted on by a second, higher current level 72, then a stroke profile 95 of the valve member 51 of the actuation valve 31 is established (see FIG. In this case, the valve member 51 is placed in a further, second switching position, in which the armature 58, which is connected to the valve member 51, against the action of the closing spring 59 continues in a vertical upward direction, so that both the fourth orifice 55th as well as the fifth throttle point 56 are released.
- the release of the fifth throttle body 56 is carried out by opening the further flat seat 52 at the third control edge 53, whereas the release of the fourth throttle body 55 is achieved by a successful in the vertical direction ascending the valve member 51 with annular groove of the actuating valve 31.
- a control volume flows via the two open throttling points 55, 56 acting as outlet throttle into the second return line 62 to the low-pressure side of the fuel injection system. Due to this, a faster pressure reduction occurs in the pressure chamber 39, which contributes to a faster opening of the servo valve piston 35 with a high opening speed into the pressure chamber 39.
- FIG. 4 shows the pressure curve at the injection nozzle.
- the resulting Hubverage 93 of the injection valve member 18 are shown in the representation of Figure 5.
- the stroke of the injection valve member 18 when energizing the solenoid 60 and the piezoelectric actuator with a first, lower current level 71 is indicated by reference numeral 94 and has a compared to the energization of the solenoid 60 and the piezoelectric actuator of the actuating valve 31 with a second higher current level 72, flatter rise on.
- the stroke profile of the injection valve member 18 is indicated by reference numeral 95 in the illustration according to FIG.
- the multi-stage valve 30 In the deactivated state of rest, the multi-stage valve 30 is closed. Thus, the flat seat 38 of the control valve 32 is also closed, so that the differential pressure chamber 9 (back space) of the pressure booster 5 and the control line 11 are separated from the first return 43 in the low pressure region of the fuel injector. Pressure amplifier 5 is pressure balanced in this state, so that no pressure gain takes place by this.
- the differential pressure chamber 9 (back space) is depressurized by the multi-stage valve 30. This is done by energizing the solenoid 60, whereupon the valve member 51 rises and the further flat seat 52 releases. Via the opened, further flat seat 52, the control volume, which is present via the branch 40 and the fourth throttle point 56, flows into the second low-pressure-side return 62. Due to the resulting pressure relief of the pressure chamber 31, the servo valve piston 35 opens and releases the flat seat 38, so that fuel flows from the differential pressure chamber 9 via the control line 11 in the first return 43 to the low pressure side of the fuel injection system.
- the pressure in the compression chamber 12 increases sharply and is guided in accordance with the transmission ratio of the booster 5 through the nozzle chamber inlet 23 into the nozzle chamber 24.
- a force acting in the opening direction hydraulic force builds up, so that the injection openings 26 are released in the combustion chamber end of the fuel injector 3 and fuel can be injected into it.
- the actuation valve 31 is deactivated, i. the energization of the solenoid 60 and a piezoelectric actuator canceled.
- the closing spring 59 places the valve member 51 in its closed position, so that the further flat seat 52 is closed.
- the servo valve piston 35 is placed with its flat seat 38 in its closed position.
- the first control edge 36 is above the low-pressure side hydraulic space, from which the first return 43 is fed to the low pressure region of the fuel injection system, closed and the piston parts 6, 13 of the pressure booster 5 move back to its rest position. Because of this, the pressure in the pressure chamber 24 drops, the hydraulic force acting there in the opening direction breaks down, so that the injection valve member 18 moves through the pressure relief of the pressure chamber 17 in its closed position, supported by the spring 22nd
- the achievable injection forms which can be set via the different energization levels 71, 72 of the solenoid coil 60 or of a piezoactuator of the actuation valve 31 can be varied within a map via a control device assigned to the internal combustion engine.
- the opening speeds of the multi-stage valve 30 can be adapted to the particular operating conditions of the self-igniting internal combustion engine. If a slow movement of the servo valve piston 35 of the control valve 32 or a slow movement of the valve member 51 of the actuating valve 31 is ensured, in particular, small injection quantities can be reproducibly represented, which are required for pilot injections of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
- FIG. 6 shows a further embodiment of the fuel injector shown in FIG.
- the mode of operation of the fuel injector 3 shown in FIG. 6 substantially corresponds to the mode of operation of the fuel injector 3 shown in FIG. 1, which reference is made to avoid repetition.
- the multi-stage valve 30 illustrated in FIG. 1 and in particular the actuating valve 31 has a modification. While in the embodiment according to FIG. 1 the valve member 51 has a sliding seal closing the fourth control edge 54, the valve member 51 is provided with a valve seat 100 in the illustration according to FIG.
- the valve seat 100 which may be formed on the housing side on the housing 50 of the actuating valve 31, cooperates with a conical surface 102 of the valve member 51.
- the conical surface 102 of the valve member 51 cooperates with a seat edge 101.
- the embodiment of the actuation valve 31 with a valve seat 100 advantageously allows the achievement of a high sealing effect, which is not always achievable with small strokes on a slide seal, as shown in FIG.
- Denoted by reference numeral 103 is a low pressure space from which the return 62 extends into the low pressure region of the fuel supply system.
- the switching functions are therefore reversed.
- the middle switching position of the valve member 51 serving as a drain throttle throttling points 55 and 56 are opened so that the servo valve piston 35 opens quickly, which sets a rapid pressure build-up at the beginning of the injection.
- the upper switching position ie when energizing the solenoid 60 or a piezoelectric actuator of the actuating valve 31 with a higher current level
- the fifth throttle point 56 is opened, whereas the fourth throttle point 55 is closed.
- the servo valve piston 35 of the control valve 33 opens slower, so that sets a delayed pressure build-up at the beginning of the injection.
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Description
Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen mit Kraftstoff können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme (Common Rail) zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.To supply combustion chambers of self-igniting internal combustion engines with fuel, both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems can be used. As fuel injection systems come next pump-nozzle units, pump-line-nozzle units and accumulator injection systems (common rail) are used. Storage injection systems advantageously make it possible to adapt the injection pressure to the load and speed of the internal combustion engine. In order to achieve high specific performance and to reduce the emissions of the internal combustion engine, the highest possible injection pressure is generally required.
DE 101 23 915.6 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren jeweils mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt, ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der aus DE 101 23 915.6 bekannten Lösung einen Druckverstärker, der einen beweglichen Druckverstärkerkolben aufweist, welcher einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum trennt. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum lässt sich durch Befüllen eines Rückraums des Druckübersetzers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren dieses Rückraums von Kraftstoff variieren.DE 101 23 915.6 relates to a fuel injection device. This is used on an internal combustion engine. The combustion chambers of the internal combustion engine are each supplied with fuel via fuel injectors. The fuel injectors are acted upon by a high pressure source, further comprising the fuel injection device according to the
Der Kraftstoffinjektor umfasst einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Verschließen der dem Brennraum zuweisenden Einspritzöffnungen des Kraftstoffinjektors. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so dass dieser mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine den Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzielt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraums permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.The fuel injector comprises a movable closing piston for opening or closing the injection openings of the fuel injector facing the combustion chamber. The closing piston protrudes into a closing pressure chamber, so that it can be acted upon by fuel pressure. As a result, a force acting on the closing piston in the closing direction is achieved. The closing pressure chamber and another room are shared by a common Workspace formed, with all parts of the working space are permanently connected to each other for the exchange of fuel.
Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des Druckverstärkers über den Rückraum erreicht werden, dass die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum klein gehalten werden kann. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraums entlastet und nicht bis auf Leckagedruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein schnellerer Druckabbau bis auf das Systemdruckniveau erfolgen, so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden seitlichen Abstände verkürzt werden können. Bei druckgesteuerten Einspritzsystemen mit Druckverstärker tritt das Problem auf, dass die Stabilität der in den Brennraum einzuspritzenden Einspritzmengen, besonders die Darstellung sehr kleiner Einspritzmengen wie z.B. bei der Voreinspritzung gefordert, nicht gewährleistet werden kann. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass ein Einspritzventilglied bei druckgesteuerten Einspritzsystemen sehr schnell öffnet. Daher können sich sehr kleine Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils stark auf die Einspritzmenge auswirken. Man hat versucht, diesem Problem dadurch abzuhelfen, einen separaten Nadelhubdämpferkolben, der einen Dämpfungsraum begrenzt und in einer hochdruckdichten Spielpassung geführt werden muss, einzusetzen. Diese Lösung gestattet zwar eine Reduzierung der Nadelöffnungsgeschwindigkeit, andererseits werden durch diese Lösung der konstruktive Aufwand und damit die Kosten des Einspritzsystems sehr stark erhöht.With this solution can be achieved by controlling the booster over the rear space that the drive losses in the high-pressure fuel system compared to a control via a temporarily connected to the high-pressure fuel source working space can be kept small. Furthermore, the high-pressure space is relieved only up to the pressure level of the high pressure accumulator and not up to leakage pressure level. On the one hand this improves the hydraulic efficiency, on the other hand, a faster pressure reduction can take place up to the system pressure level, so that the lateral distances lying between the injection phases can be shortened. In pressure-controlled injection systems with pressure booster the problem arises that the stability of the injected into the combustion chamber injection quantities, especially the representation of very small injection quantities such. required in the pre-injection, can not be guaranteed. This is mainly due to the fact that an injection valve member opens very quickly in pressure-controlled injection systems. Therefore, very small variations in the driving time of the control valve can greatly affect the injection quantity. Attempts have been made to remedy this problem by employing a separate needle stroke damper piston, which defines a damping space and must be guided in a high pressure tight clearance fit. Although this solution allows a reduction in the needle opening speed, on the other hand, the design effort and thus the cost of the injection system are greatly increased by this solution.
Aus DE 102 29 418 ist eine Einrichtung zur Dämpfung des Nadelhubs am Kraftstoffinjektor bekannt. Gemäß dieser Lösung umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen Hochdruckspeicherraum, einen Druckübersetzer und ein Zumessventil. Der Druckübersetzer umfasst einen Arbeitsraum und einen Steuerraum, die voneinander durch axial bewegbare Kolben getrennt sind. Eine Druckänderung im Steuerraum des Druckübersetzers hat eine Druckänderung in einem Kompressionsraum zur Folge, der über einen Kraftstoffzulauf einen Düsenraum beaufschlagt. Der Düsenraum umgibt ein Einspritzventilglied, welches zum Beispiel als Düsennadel ausgebildet sein kann. Ein das Einspritzventilglied beaufschlagender Düsenfederraum ist hochdruckseitig über eine eine Zulaufdrosselstelle enthaltene Leitung vom Kompressionsraum des Druckübersetzers befüllbar. Ablaufseitig ist der Düsenfederraum über eine eine Ablaufdrosselstelle enthaltende Leitung mit einem Raum des Druckübersetzers verbunden.From DE 102 29 418 a device for damping the Nadelhubs the fuel injector is known. According to this solution, the fuel injection device comprises a high pressure accumulator, a pressure booster and a metering valve. The pressure booster comprises a working space and a control space, which are separated from each other by axially movable pistons. A pressure change in the control chamber of the pressure booster results in a pressure change in a compression space, which acts on a fuel inlet via a nozzle chamber. The nozzle chamber surrounds an injection valve member, which may be formed, for example, as a nozzle needle. A nozzle spring chamber which acts upon the injection valve member can be filled from the compression space of the pressure booster via a line which contains an inlet throttle point. On the outlet side, the nozzle spring chamber is connected to a space of the pressure booster via a line containing an outlet throttle point.
Aus DE 102 29 415 ist ebenfalls eine Einrichtung zur Nadelhubdämpfung an druckgesteuerten Kraftstoffinjektoren bekannt. Gemäß dieser Lösung umfasst eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff einen Kraftstoffinjektor, der über eine Hochdruckquelle mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar und über ein Zumessventil betätigbar ist. Dem Einspritzventilglied ist ein von diesem unabhängig bewegbares Dämpfungselement zugeordnet, welches einen Dämpfungsraum begrenzt. Das Dämpfungselement weist mindestens einen Überströmkanal zur Verbindung des Dämpfungsraums mit einem weiteren hydraulischen Raum auf.From DE 102 29 415 a device for Nadelhubdämpfung to pressure-controlled fuel injectors is also known. According to this solution, a device for injecting fuel comprises a fuel injector, which via a high-pressure source with under high pressure fuel can be acted upon and actuated via a metering valve. The injection valve member is associated with a independently movable from this damping element, which limits a damping chamber. The damping element has at least one overflow channel for connecting the damping chamber to a further hydraulic space.
Bei den aus DE 102 29 418 bzw. DE 102 29 415 bekannten Lösungen ist das Steuerventil als 3/2-Wege-Ventil ausgebildet und steuert eine relativ große Rücklaufinenge des Druckverstärkers. Hierzu werden insbesondere Servoventile eingesetzt. Nachteilig an den dargestellten Ansteuervarianten von Kraftstoffinjektoren mit nur einem Ventil ist die fehlende Flexibilität hinsichtlich der Formung des Einspritzdruckverlaufs (Rateshaping) im Vergleich zu Kraftstoffinjektoren mit zwei voneinander unabhängigen Aktoren.In the solutions known from DE 102 29 418 and DE 102 29 415, the control valve is designed as a 3/2-way valve and controls a relatively large Rücklaufinenge the pressure booster. Servo valves are used in particular for this purpose. A disadvantage of the illustrated drive variants of fuel injectors with only one valve is the lack of flexibility with regard to the shaping of the injection pressure curve (guessing) in comparison to fuel injectors with two independent actuators.
Zur Erhöhung der Flexibilität hinsichtlich der Formung des Einspritzdruckverlaufs (Rateshaping) von Kraftstoffinjektoren wird ein Servo-Steuerventil vorgeschlagen, welches durch unterschiedliche Öffnungsgeschwindigkeiten des Ventilglieds des Servo-Steuerventils eine Formung des Einspritzdruckverlaufs am Kraftstoffinjektor gestattet. Unterschiedliche Öffnungsgeschwindigkeiten des Ventilglieds, z.B. eines Servokolbens eines Servo-Steuerventils können über ein mehrstufiges Steuerventil innerhalb des Servokreises, so z.B. über ein 3/3-Magnetventil realisiert werden. Damit kann die jeweils in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge, d.h. die Einspritzrate über das Motorsteuergerät der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden. Die Flexibilität, d.h. die Formung des Einspritzdruckverlaufs (Rateshaping) kann dadurch erhöht werden und somit die Einspritzung optimal an die jeweiligen Erfordernisse an einer Verbrennungskraftmaschine angepasst werden.In order to increase the flexibility with regard to the shaping of the injection pressure curve (rate shaping) of fuel injectors, a servo-control valve is proposed which permits a shaping of the injection pressure curve at the fuel injector by different opening speeds of the valve member of the servo-control valve. Different opening speeds of the valve member, e.g. of a servo piston of a servo control valve may be connected via a multi-stage control valve within the servo loop, e.g. be realized via a 3/3-solenoid valve. Thus, the amount of fuel to be injected in each case into the combustion chamber of the internal combustion engine, i. the injection rate can be adjusted via the engine control unit of the internal combustion engine. The flexibility, i. the shaping of the injection pressure curve (rate shaping) can thereby be increased and thus the injection can be optimally adapted to the respective requirements of an internal combustion engine.
Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Steuerung des Servokreises eines einen Kraftstoffinjektor betätigenden Servo-Steuerventils ein dreistufiges 3/3-Steuerventil einzusetzen. Je nach Schaltstellung des dreistufigen 3/3-Steuerventils können unterschiedliche Ablaufdrosselquerschnitte freigeben werden, über welche unterschiedliche Absteuervolumina abgeführt werden können, die unterschiedliche Öffnungsgeschwindigkeiten des Ventilglieds in Gestalt eines Servoventilkolbens ermöglichen.For this purpose, the invention proposes to use a three-
Durch eine geeignete Auslegung von Steuerkanten des 3/2-Ventilglieds lässt sich mit diesen unterschiedlichen Öffnungsgeschwindigkeiten eine Formung des Einspritzdruckes darstellen. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird auch weiterhin nur jeweils ein Aktor so zum Beispiel ein Piezoaktor oder ein Magnetventil pro Kraftstoffinjektor eingesetzt, so dass sich der fertigungstechnische Aufwand in Grenzen hält. Ebenfalls bleibt der am Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine durchzuführende Modifikationsaufwand gering, da lediglich eine Endstufe pro Kraftstoffinjektor, die entsprechende Zylinderzahl der mit Kraftstoff zu versorgenden Zylinder der Verbrennungskrafmaschine vorgesehen sind, gering.By means of a suitable design of control edges of the 3/2 valve member, a shaping of the injection pressure can be represented with these different opening speeds. Following the solution proposed according to the invention, furthermore, only one actuator is used in each case, for example a piezoelectric actuator or a solenoid valve per fuel injector, so that the manufacturing effort is limited. Also remains to be carried out at the control unit of the internal combustion engine modification effort low, since only one output stage per fuel injector, the corresponding number of cylinders to be supplied with fuel cylinders of the internal combustion engine, low.
Als mehrstufige Steuerventile können dabei Magnetventile oder auch Piezoventile eingesetzt werden, ebenso wie Ventile, die eine kontinuierliche Querschnittssteuerung erlauben.As multi-stage control valves can be used solenoid valves or piezo valves, as well as valves that allow a continuous cross-sectional control.
Anhand der Zeichnung wird die Erfmdung nachstehend eingehender beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigt:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Kraftstoffinjektors mit einem Servoventil, dessen Servokreis über ein 3/3-Magnetventil gesteuert wird,
Figur 2- Ansteuervarianten des 3/3-Magnetventils mit unterschiedlichen Ansteuerströmen,
Figur 3- sich gemäß des Ansteuerstromniveaus aus
Figur 2 einstellende Hübe des Ventilglieds, Figur 4- sich entsprechend der Hubverläufe einstellende Düsendrücke,
Figur 5- sich einstellende Hubbewegungen des Einspritzventilglieds und
Figur 6- eine weitere Ausführungsvariante des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors, wobei das Magnetventil anstelle eines Schiebers mit einem Sitz-Sitz-Ventil versehen ist.
- FIG. 1
- a schematic representation of an embodiment of a fuel injector with a servo valve whose servo circuit is controlled by a 3/3-way solenoid valve,
- FIG. 2
- Control variants of the 3/3-solenoid valve with different drive currents,
- FIG. 3
- according to the Ansteuerstromniveaus from Figure 2 adjusting strokes of the valve member,
- FIG. 4
- according to the Hubverläufe adjusting nozzle pressures,
- FIG. 5
- adjusting strokes of the injection valve member and
- FIG. 6
- a further embodiment of the fuel injector shown in Figure 1, wherein the solenoid valve is provided instead of a slide with a seat-seat valve.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines einen Druckverstärker enthaltenden Kraftstoffinjektors mit einem mehrstufig konfigurierten Ventil zur Ansteuerung.Figure 1 shows a first embodiment of a fuel injector containing a fuel injector with a multi-stage configured valve for controlling.
Der Darstellung gemäß Figur 1 ist entnehmbar, dass ein einen Druckverstärker 5 enthaltender Kraftstoffinjektor 3 über eine Hochdruckleitung 2 mit einem Druckspeicher 1 (Common Rail) in Verbindung steht. Der Kraftstoffinjektor 3 umfasst ein vorzugsweise mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 4, in welchem ein Druckverstärker 5 aufgenommen ist. Der Druckverstärker 5 umfasst ein erstes Kolbenteil 6, welches durch eine Rückstellfeder 7 beaufschlagt ist. Die Rückstellfeder 7 stützt sich auf einen beispielsweise ringförmig konfigurierten Anschlag 10 ab, der in einem Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 aufgenommen ist. Der Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 steht permanent mit dem Druckspeicher 1 (Common Rail) in Verbindung und ist mit dem im Druckspeicher 1 herrschenden Systemdruckniveau beaufschlagt. Über das erste Kolbenteil 6 sind der Arbeitsraum 8 und ein Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 voneinander getrennt. Der Differenzdruckraum 9 ist über eine Steuerleitung 11 druckentlastbar.It can be seen from the illustration according to FIG. 1 that a
Druckverstärker 5 umfasst darüber hinaus einen Kompressionsraum 12, der über eine Stimfläche 14 eines zweiten Kolbenteils 13 des Druckverstärkers 5 beaufschlagt ist. Entsprechend des Druckübersetzungsverhältnisses, welches sich je nach Auslegung des Druckverstärkers 5 einstellt, wird das im Kompressionsraum 12 aufgenommene Kraftstoffvolumen auf einen höheren Druck verdichtet. Vom Kompressionsraum 12 des Druckverstärkers 5 zweigt ein Düsenraumzulauf 23 ab, der einen Düsenraum 24 des Kraftstoffinjektors 3 mit einem entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 5 erreichbaren höheren Druckniveau beaufschlagt.
Vom Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 erstreckt sich eine Überströmleitung 15, in welcher eine erste Drosselstelle 16 ausgebildet ist zu einem Druckraum 17. Im Druckraum 17 befindet sich ein Dämpfungskolben 19, dessen eine Stirnseite eine gegenüber liegende Stirnseite eines beispielsweise einteilig ausbildbaren, als Düsennadel beschaffenen Einspritzventilglieds 18 beaufschlagt. Der Dämpfungskolben 19 umfasst eine Bohrung 20, in welchem eine zweite Drosselstelle 21 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist der Dämpfungskolben 19 von einer Feder 22 beaufschlagt, die sich an einer Fläche des Druckraums 17 abstützt.From the differential pressure chamber 9 (back space) of the
Der sich vom Kompressionsraum 12 des Druckverstärkers 5 zum Düsenraum 24 erstreckende Düsenraumzulauf 23 beaufschlagt den Düsenraum 24 mit einem unter erhöhtem Druck stehenden Kraftstoffvolumen. Innerhalb des Düsenraums 24, der das beispielsweise einteilig ausbildbare Einspritzventilglied 18 umschließt, ist an diesem eine Druckstufe 25 ausgebildet. Durch in den Düsenraum 24 einströmenden, unter erhöhtem Druckniveau stehenden Kraftstoff, wirkt an der Druckstufe 25 des beispielsweise einteilig ausbildbaren Einspritzventilglieds 18 eine dieses in Öffnungsrichtung beaufschlagende hydraulische Kraft. Vom Düsenraum 24 strömt der dort aufgenommene Kraftstoff über einen Ringspalt Einspritzöffnungen 26 zu, die bei in Öffnungsstellung gestelltem Einspritzventilglied 18 das Einspritzen einer Kraftstoffmenge in einen hier nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine freigeben. Die Steuerleitung 11 zur Druckentlastung des Differenzdruckraums 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 mündet in ein Steuerventil 32 eines mehrstufigen Ventils 30, welches im oberen Bereich des Kraftstoffinjektors 3 angeordnet ist. Die Steuerleitung 11 mündet in einen ersten hydraulischen Raum 33 des Steuerventils 32. Zum Verschließen des ersten hydraulischen Raums 33 des Steuerventils 32 ist an dessen Servoventilkolben 35 ein Flachsitz 38 ausgebildet. Der Flachsitz 38 im unteren Bereich des Servoventilkolbens 35 verschließt eine erste Steuerkante 36. Im Gehäuse 42 des Steuerventils 32 ist darüber hinaus eine zweite Steuerkante 37 ausgebildet. Oberhalb des ersten hydraulischen Raumes 33 befindet im Gehäuse 42 des Steuerventils 32 ein zweiter hydraulischer Raum 34, der mit einem Abzweig 40 der Hochdruckleitung 2 verbunden ist. Dadurch steht im zweiten hydraulischen Raum 34 stets das im Druckspeicher 1 (Common Rail) herrschende Systemdruckniveau an. Im oberen Bereich des Gehäuses 42 befindet sich ein Druckraum 39. Diesem ist eine dritte Drosselstelle 41 vorgeschaltet, die vom Abzweig 40 der Hochdruckleitung 2 wegführt. Darüber hinaus ist im Gehäuse 42 des Steuerventils 32 unterhalb der ersten Steuerkante 36 ein Niederdruckraum angeordnet, der durch den Servoventilkolben 35 entsprechend seiner Stellung freigegeben oder verschlossen ist. Von diesem Raum aus erstreckt sich ein erster Rücklauf 43 in den Niederdruckbereich eines hier nicht weiter dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems.The
Vom Druckraum 39 des Steuerventils 32 erstreckt sich eine Leitung, in der eine fünfte Drosselstelle 56 ausgebildet ist. Diese Leitung verläuft parallel zum Abzweig 40 von der Hochdruckleitung 2, die an einer vierten Steuerkante 54 im Gehäuse 50 des Betätigungsventils 31 mündet. Im Gehäuse 50 des Betätigungsventils 31 befindet sich ein in vertikale Richtung verfahrbares Ventilglied 51. An dessen unterem Ende ist ein weiterer Flachsitz 52 ausgebildet, der eine dritte Steuerkante 53 freigibt bzw. verschließt. Unterhalb des Flachsitzes 52 befindet sich ein niederdruckseitiger hydraulischer Raum, von dem ein Rücklauf 62 zu einem hier nicht näher dargestellten Niederdruckbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems verläuft. Im Abzweig 40 von der Hochdruckleitung 2, die innerhalb des Gehäuses 50 des Steuerventils 31 verläuft, ist eine vierte Drosselstelle 55 ausgebildet. Das Gehäuse 50 des Steuerventils 31 umfasst weiterhin einen hydraulischen Raum 57, welcher über den weiteren Flachsitz 52 in Zusammenspiel mit der ersten Steuerkante 53 vom zweiten Rücklauf 62 getrennt ist.From the
Oberhalb des Gehäuses 50 des Steuerventils 31 ist ein Anker 58 vorgesehen, der mit einer Magnetspule 60 zusammenwirkt. Anstelle der Magnetanker/Magnetspulenanordnung 58, 60 kann das Betätigungsventil 31 auch über einen in Figur 1 nicht dargestellten Piezoaktor betätigt werden.Above the
In der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Anker 58 des Betätigungsventils 31 über eine Schließfeder 59 beaufschlagt. Parallel zur Schließfeder 59 erstreckt sich ein weiteres Federelement 61, welches einen Anschlag für den Anker 58 des Betätigungsventils 31 vorspannt und als Hubbegrenzung bzw. Dämpfungseinrichtung bei Bestromung der Magnetspule 60 zur Dämmung der Prellung des Ankers 58 dient.In the illustration according to FIG. 1, the
Figur 2 sind voneinander verschiedene Bestromungsniveaus des Betätigungsventils 31 zu entnehmen.Figure 2 are different from each other Bestromungsniveaus of the actuating
Figur 2 zeigt den Hubweg 70 des Ventilglieds 51 des Betätigungsventils 31, aufgetragen über die Zeitachse bei unterschiedlicher Bestromung. Bei einem ersten Bestromungsniveau 71 stellt sich ein erster Hubweg des Ventilglieds 51 ein, beginnend zu einem Ansteuerzeitpunkt 73, bei welchem die Magnetspule 60 oder ein Piezoaktor des Betätigungsventils 31 bestromt wird. Der Hubweg, welchen das Ventilglied 51 des Betätigungsventils 31 bei einer Bestromung mit einem zweiten Bestromungsniveau 72 zurücklegt, ist ebenfalls dargestellt. Im letztgenannten Fall legt das Ventilglied 51 des Betätigungsventils 31 einen maximalen Hubweg zurück.Figure 2 shows the
Bei der Bestromung der Magnetspule 60 mit einem ersten, relativ niedrigen Stromniveau 71, wird das Ventilglied 51 des Betätigungsventils 31 in eine erste, mittlere Schaltstellung gestellt. In diesem Zustand liegt der Magnetanker 58 an einem die Magnetspule 60 umgebenden, durch die weitere Feder 61 vorgespannten, beispielsweise ringförmig ausgebildeten Anschlag an. In dieser Schaltstellung ist die fünfte Drosselstelle 56 freigegeben, wobei die vierte Drosselstelle 55 verschlossen bleibt. Der weitere Flachsitz 52 steht offen, so dass das im hydraulischen Raum 57 enthaltene Kraftstoffvolumen in den zweiten Rücklauf in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems abströmen kann. Dadurch erfolgt eine Druckentlastung des Druckraums 39 mittels Steuerventils 32. Der Servoventilkolben 35 fährt auf und gibt seinerseits den Flachsitz 38 frei. Dadurch strömt der im Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 enthaltene Kraftstoffvorrat über den zweiten hydraulischen Raum 33 in den ersten Rücklauf 43 auf die Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ab.When the
Der Servoventilkolben 35 öffnet langsam, so dass sich im Kompressionsraum 12 ein verzögerter, langsamer Druckaufbau einstellt, der über den Düsenraumzulauf 23 und den Düsenraum 24 ein langsames Öffnen des beispielsweise einteilig ausbildbaren Einspritzventilglieds 18 einstellt. Demzufolge werden die Einspritzöffnungen 26 in den Brennraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine nur langsam geöffnet, so dass sich ein in Figur 4 dargestellter, mit Bezugszeichen 91 gekennzeichneter erster Druckanstieg während der Einspritzung an der Düse einstellt.The
In Figur 3 ist der sich beim ersten Bestromungsniveau 71 einstellende Hub des Servoventilkolbens 35 des Ventils 32 sowie der sich beim zweiten Bestromungsniveau 72 einstellende Hub des Servoventils 35 wiedergegeben.In FIG. 3, the stroke of the
Wird wie in Figur 2 dargestellt, die Magnetspule 60 des Betätigungsventils 31 mit einem zweiten, höheren Stromniveau 72 beaufschlagt, so stellt sich ein Hubverlauf 95 des Ventilglieds 51 des Betätigungsventils 31 ein (vgl. Figur 5). In diesem Falle wird das Ventilglied 51 in eine weitere, zweite Schaltstellung gestellt, in der der Anker 58, der mit dem Ventilglied 51 verbunden ist, entgegen der Wirkung der Schließfeder 59 weiter in vertikale Richtung nach oben auffährt, so dass sowohl die vierte Drosselstelle 55 als auch die fünfte Drosselstelle 56 freigegeben werden. Die Freigabe der fünften Drosselstelle 56 erfolgt durch Öffnen des weiteren Flachsitzes 52 an der dritten Steuerkante 53, wohingegen die Freigabe der vierten Drosselstelle 55 durch ein in vertikale Richtung erfolgendes Auffahren des Ventilglieds 51 mit Ringnut des Betätigungsventils 31 erreicht wird. Dadurch strömt ein Steuervolumen über die beiden geöffneten, als Ablaufdrossel wirkenden Drosselstellen 55, 56 in den zweiten Rücklauf 62 auf die Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems ab. Aufgrund dessen stellt sich im Druckraum 39 ein schnellerer Druckabbau ein, was zu einem schnelleren Öffnen des Servoventilkolbens 35 mit einer hohen Öffnungsgeschwindigkeit in den Druckraum 39 beiträgt. Aufgrund dessen ergibt sich eine schnellere Druckentlastung des Differenzdruckraums 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 und demzufolge ein schnellerer Druckaufbau im Kompressionsraum 12 und damit - über den Düsenraumzulauf 23 - im Düsenraum 24, der das Einspritzventilglied 18 umgibt. Das Einspritzventilglied 18 fährt schneller auf, so dass sich ein höherer Druck an den Einspritzöffnungen 26 einstellt, der zu dem in Figur 4 mit Bezugszeichen 92 identifizierten Druckanstieg an der Einspritzdüse führt.If, as shown in FIG. 2, the
Während in Figur 2 die Ansteuerstromniveaus des Ventilglieds 51 des Betätigungsventils 31 einander gegenübergestellt sind, die beide zum Ansteuerzeitpunkt 73 erfolgen, sind in Figur 3 Hubwege 80 des Servoventilkolbens 35 des Steuerventils 32 einander gegenübergestellt. Im Falle der Bestromung der Magnetspule 60 bzw. des Magnetaktors mit einem ersten niedrigeren Stromniveau 71 stellt sich ein durch Bezugszeichen 82 gekennzeichneter rampenförmig verlaufender Hub des Servoventilkolbens 35 ein, der durch eine erste Steigung 84 gekennzeichnet ist.While in FIG. 2, the drive current levels of the
Bei Bestromung der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit einem zweiten Bestromungsniveau 72 stellt sich hingegen ein zweiter rampenförmiger Hub 83 ein, wie Figur 3 entnehmbar ist, der eine zweite Steigung 85 aufweist. Beide Hübe 82, 83 sind durch den maximalen Hubweg Hmax begrenzt, welcher in der Darstellung gemäß Figur 3 durch ein Plateau 81 angedeutet ist, welches sich nur knapp unter dem maximalen Hubweg Hmax des Servoventilkolbens 35 erstreckt.When the
Figur 4 zeigt den Druckverlauf an der Einspritzdüse.FIG. 4 shows the pressure curve at the injection nozzle.
Bei Bestromung der Magnetspule 60 bzw. des Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit einem ersten niedrigeren Stromniveau 71 stellt sich an der Einspritzdüse gemäß Figur 4 ein erster Druckanstieg 91 ein, während bei Bestromung der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit einem höheren Stromniveau (vgl. Figur 2, dort Bezugszeichen 72) sich an der Einspritzdüse am brennraumseitigen Ende ein zweiter Druckanstieg 92 einstellt.When the
Die sich ergebenden Hubverläufe 93 des Einspritzventilglieds 18 sind der Darstellung gemäß Figur 5 zu entnehmen. Der Hub des Einspritzventilglieds 18 bei Bestromung der Magnetspule 60 bzw. des Piezoaktors mit einem ersten, niedrigeren Stromniveau 71 ist durch Bezugszeichen 94 gekennzeichnet und weist einen im Vergleich zur Bestromung der Magnetspule 60 bzw. des Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit einem zweiten höheren Stromniveau 72, flacheren Anstieg auf. Der Hubverlauf des Einspritzventilglieds 18 bei Bestromung der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit dem zweiten Bestromungsniveau 72, ist in der Darstellung gemäß Figur 5 durch Bezugszeichen 95 angedeutet.The resulting
Im deaktivierten Ruhezustand ist das mehrstufige Ventil 30 geschlossen. Damit ist der Flachsitz 38 des Steuerventils 32 ebenfalls geschlossen, so dass der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 und die Steuerleitung 11 vom ersten Rücklauf 43 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors getrennt sind. Druckverstärker 5 ist in diesem Zustand druckausgeglichen, so dass keine Druckverstärkung durch diesen stattfindet.In the deactivated state of rest, the
Zur Aktivierung des Druckverstärkers 5 wird der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) durch das mehrstufige Ventil 30 druckentlastet. Dies erfolgt durch Bestromung der Magnetspule 60, woraufhin das Ventilglied 51 auffährt und den weiteren Flachsitz 52 freigibt. Über den geöffneten, weiteren Flachsitz 52 strömt Steuervolumen, welches über den Abzweig 40 und die vierte Drosselstelle 56 ansteht, in den zweiten niederdruckseitigen Rücklauf 62 ab. Aufgrund der sich ergebenden Druckentlastung des Druckraums 31 fährt der Servoventilkolben 35 auf und gibt den Flachsitz 38 frei, so dass Kraftstoff aus dem Differenzdruckraum 9 über die Steuerleitung 11 in den ersten Rücklauf 43 auf die Niederdruckseite des Kraftstoffeinspritzsystems abströmt. Dabei steigt der Druck im Kompressionsraum 12 stark an und wird entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 5 durch den Düsenraumzulauf 23 in den Düsenraum 24 geleitet. An der Druckstufe 25 des Einspritzventilglieds 18 baut sich eine in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft auf, so dass die Einspritzöffnungen 26 im brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 3 freigegeben werden und Kraftstoff in diesen eingespritzt werden kann.To activate the
Zur Beendigung des Einspritzvorgangs wird das Betätigungsventil 31 deaktiviert, d.h. die Bestromung der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors aufgehoben. Die Schließfeder 59 stellt das Ventilglied 51 in seine Schließstellung, so dass der weitere Flachsitz 52 verschlossen wird. Damit ist ein Druckaufbau im Druckraum 39 des Steuerventils 32 gewährleistet, so dass der Servoventilkolben 35 mit seinem Flachsitz 38 in seine Schließstellung gestellt wird. In diesem Zustand ist die erste Steuerkante 36 oberhalb des niederdruckseitigen hydraulischen Raums, aus dem der erste Rücklauf 43 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems gespeist wird, verschlossen und die Kolbenteile 6, 13 des Druckverstärkers 5 bewegen sich in ihre Ruhestellung zurück. Aufgrund dessen fällt der Druck im Druckraum 24 ab, die dort in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Kraft bricht zusammen, so dass das Einspritzventilglied 18 durch die Druckentlastung des Druckraums 17 in seine Schließstellung fährt, unterstützt durch die Feder 22.To complete the injection operation, the
Die Wiederbefüllung des Kompressionsraums 12 des Druckverstärkers 5 erfolgt über ein Rückschlagventil, welches zwischen den Druckraum 17 oberhalb des Einspritzventilglieds 18 und dem Kompressionsraum 12 des Druckverstärkers 5 zwischengeschaltet ist.The refilling of the
Die sich über die unterschiedlichen Bestromungsniveaus 71, 72 der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors des Betätigungsventils 31 einstellenden erzielbaren Einspritzformen können über ein der Verbrennungskraftmaschine zugeordnetes Steuergerät innerhalb von Kennfeldern variiert werden. Damit lassen sich die Öffnungsgeschwindigkeiten des mehrstufigen Ventils 30 an die jeweiligen Einsatzbedingungen der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine anpassen. Ist eine langsame Bewegung des Servoventilkolbens 35 des Steuerventils 32 bzw. eine langsame Bewegung des Ventilglieds 51 des Betätigungsventils 31 gewährleistet, lassen sich insbesondere kleine Einspritzmengen reproduzierbar darstellen, die für Voreinspritzungen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine erforderlich sind.The achievable injection forms which can be set via the
Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine weitere Ausführungsvariante des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors zu entnehmen.The illustration according to FIG. 6 shows a further embodiment of the fuel injector shown in FIG.
Die Wirkungsweise des in Fig. 6 dargestellten Kraftstoffinjektors 3 entspricht im Wesentlichen der Wirkungsweise des in Figur 1 dargestellten Kraftstoffinjektors 3, worauf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.The mode of operation of the
Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 1 weist das in Figur dargestellte mehrstufige Ventil 30 und insbesondere das Betätigungsventil 31 eine Modifikation auf. Während in der Ausführungsvariante gemäß Figur 1 das Ventilglied 51 eine die vierte Steuerkante 54 verschließende Schiebedichtung aufweist, ist in der Darstellung gemäß Figur 6 das Ventilglied 51 mit einem Ventilsitz 100 versehen. Der Ventilsitz 100, der gehäuseseitig am Gehäuse 50 des Betätigungsventils 31 ausgebildet sein kann, wirkt mit einer Kegelfläche 102 des Ventilglieds 51 zusammen. Die Kegelfläche 102 des Ventilglieds 51 wirkt mit einer Sitzkante 101 zusammen. Die Ausführungsvariante des Betätigungsventils 31 mit einem Ventil-Sitz 100 gestattet in vorteilhafter Weise die Erzielung einer hohen Dichtwirkung, die bei kleinen Hüben an einer Schieberdichtung - wie in Figur 1 dargestellt - nicht immer erzielbar ist. Mit Bezugszeichen 103 ist ein Niederdruckraum bezeichnet, von dem aus sich der Rücklauf 62 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffversorgungssystems erstreckt.In contrast to the representation according to FIG. 1, the
In der in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante sind die Schaltfunktionen daher umgekehrt. In der mittleren Schaltstellung des Ventilglieds 51 sind die als Ablaufdrossel dienenden Drosselstellen 55 und 56 geöffnet, so dass der Servoventilkolben 35 schnell öffnet, wodurch sich ein schneller Druckaufbau zu Beginn der Einspritzung einstellt. Demgegenüber sind in der oberen Schaltstellung, d.h. bei einer Bestromung der Magnetspule 60 bzw. eines Piezoaktors des Betätigungsventils 31 mit einem höheren Stromniveau die fünfte Drosselstelle 56 geöffnet, wohingegen die vierte Drosselstelle 55 geschlossen ist. In diesem Falle öffnet der Servoventilkolben 35 des Steuerventils 33 langsamer, so dass sich ein verzögerter Druckaufbau zu Beginn der Einspritzung einstellt. Mit der in Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante verhält es sich hinsichtlich der erzielbaren Öffnungsgeschwindigkeiten gerade umgekehrt, verglichen mit den im Zusammenhang mit Figur 1 gemachten Ausführungen zur Beeinflussung der Öffnungsgeschwindigkeit des mehrstufigen Ventils 30.In the embodiment variant shown in FIG. 6, the switching functions are therefore reversed. In the middle switching position of the
- 11
- Druckspeicheraccumulator
- 22
- HochdruckleitungHigh-pressure line
- 33
- Kraftstoffinjektorfuel injector
- 44
- Injektorgehäuseinjector
- 55
- Druckverstärkerbooster
- 66
- 1. Kolbenteil1st piston part
- 77
- RückstellfederReturn spring
- 88th
- Arbeitsraumworking space
- 99
- Differenzdruckraum (Rückraum)Differential pressure chamber (backspace)
- 1010
- Anschlagattack
- 1111
- Steuerleitungcontrol line
- 1212
- Kompressionsraumcompression chamber
- 1313
- 2. Kolbenteil2nd piston part
- 1414
- Stirnflächeface
- 1515
- Überströmleitungoverflow
- 1616
- 1. Drosselstelle1. restriction
- 1717
- Druckraumpressure chamber
- 1818
- EinspritzventilgliedInjection valve member
- 1919
- Dämpfungskolbendamping piston
- 2020
- Bohrungdrilling
- 2121
- 2. Drosselstelle2. Throttling point
- 2222
- Federfeather
- 2323
- DüsenraumzulaufNozzle chamber inlet
- 2424
- Düsenraumnozzle chamber
- 2525
- Druckstufepressure stage
- 2626
- EinspritzöffnungenInjection ports
- 3030
- mehrstufiges Ventilmulti-stage valve
- 3131
- Betätigungsventilactuation valve
- 3232
- Steuerventilcontrol valve
- 3333
- 1. hydraulischer Raum1. hydraulic space
- 3434
- 2. hydraulischer Raum2. hydraulic space
- 3535
- ServoventilkolbenServo valve piston
- 3636
- 1. Steuerkante1st control edge
- 3737
- 2. Steuerkante2nd control edge
- 3838
- Flachsitzflat seat
- 3939
- Druckraumpressure chamber
- 4040
- Abzweig HochdruckleitungBranch high-pressure line
- 4141
- 3. Drosselstelle3. Throttling point
- 4242
- Gehäusecasing
- 4343
- 1. Rücklauf (Niederdruck)1st return (low pressure)
- 5050
- Gehäusecasing
- 5151
- Ventilgliedvalve member
- 5252
- Flachsitzflat seat
- 5353
- 3. Steuerkante3rd control edge
- 5454
- 4. Steuerkante4th control edge
- 5555
- 4. Drosselstelle4. Throttling point
- 5656
- 5. Drosselstelle5. Throttling point
- 5757
- hydraulischer Raumhydraulic room
- 5858
- Ankeranchor
- 5959
- Schließfederclosing spring
- 6060
- Magnetspulesolenoid
- 6161
- weitere Federanother spring
- 6262
- zweiter Rücklauf (Niederdruck)second return (low pressure)
- 7070
- Hubweg Ventilglied 51Stroke valve member 51st
- 7171
- 1. Bestromungsniveau1. current level
- 7272
- 2. Bestromungsniveau2. Power level
- 7373
- Ansteuerzeitpunktcontrol time
- 8080
-
Hubweg vom Servoventilkolben 35Stroke from
servo valve piston 35 - 8181
- Plateauplateau
- 8282
-
Anstiegsrampe bei 1. Bestromungsniveau 71Rise ramp at 1st
current level 71 - 8383
-
Anstiegsrampe bei 2. Bestromungsniveau 72Rise ramp at 2nd
current level 72 - 8484
- 1. Steigung1st slope
- 8585
- 2. Steigung2nd slope
- 9090
- DüsendruckverlaufNozzle pressure curve
- 9191
- 1. Druckanstieg1. pressure rise
- 9292
- 2. Druckanstieg2. Pressure increase
- 9393
- Hub EinspritzventilgliedHub injection valve member
- 9494
-
Hubverlauf bei 1. Bestromungsniveau 71Stroke progression at 1st
current level 71 - 9595
-
Hubverlauf bei 2. Bestromungsniveau 72Stroke course at
2nd level 72
- 100100
- Ventilsitzvalve seat
- 101101
- Sitzkanteseat edge
- 102102
- Kegelflächeconical surface
- 103103
- NiederdruckraumLow-pressure chamber
Claims (12)
- Fuel injector (3) for the injection of fuel into one of the combustion spaces of an internal combustion engine, with a pressure intensifier (5) which has a working space (8) which is connected permanently to a pressure accumulator (1), such as, for example, a common rail, and which is separated from a differential pressure space (9) by a piston part (6, 13), the differential pressure space (9) of the pressure intensifier (5) being capable either of being relieved of pressure or of being acted upon by pressure via a valve (30), and with an injection-valve member (18), characterized in that the valve (30) relieving of pressure or acting with pressure upon the differential pressure space (9) of the pressure intensifier (5) and controlling the injection-valve member (18) has a control valve (32) containing a servovalve piston (35) and also an actuator-actuated multi-stage actuation valve (31).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that the control valve (32) has a pressure space (39) which acts upon the servovalve piston (35) and which is flow-connected to a hydraulic space (57) of the actuation valve (31).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that the control valve (32) and the actuation valve (31) are flow-connected to one another via a branch (40) running from a high-pressure line (2).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that, in an intermediate position of a valve member (51) of the actuation valve (31), with current at a first current level (71) being applied to an actuator (60), a throttle point (56) acting as an outflow throttle is released in order to relieve the pressure space (39) of the control valve (32) of pressure.
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that, with current at a second current level (72) higher than the first current level (71) being applied to the actuator (60) of the actuation valve (31), for relieving the pressure space (39) of pressure, the throttle point (56) and a further throttle point (55) are released in order to relieve the pressure space (39) of the control valve (32) of pressure.
- Fuel injection device according to Claim 5, characterized in that the further throttle point (55) of the actuation valve (31) is capable of being released or of being closed by means of a slide seal formed by the valve member (51).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that the valve member (51) of the actuation valve (31) has formed on it a valve seat (100) which closes the further throttle point (55) when current at the second higher current level (72) is applied to the actuator (60) of the actuation valve (31), so that a relief of the pressure space (39) of pressure takes place only via the throttle point (56) and a slow opening of the servovalve piston (35) is established.
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that, when current is applied to the actuator (60) of the actuation valve (31), the valve member (51) of which has a valve seat (100), in an intermediate position of the valve member (51) both the throttle point (56) and the throttle point (55) are released, so that a rapid relief of the pressure space (39) of the control valve (32) of pressure takes place.
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that a 3/3-way valve is used for controlling the control valve (32) designed as a servovalve.
- Fuel injection device according to Claim 9, characterized in that a valve having a magnet-coil arrangement (58, 60) or an actuation valve (31) having a piezoelectric actuator is used as an actuation valve (31) of the control valve (32).
- Fuel injection device according to Claim 1, characterized in that, by means of different switching positions of the multi-stage actuation valve (31), various opening speeds of the servovalve piston (35) are achieved and the injection-pressure profile (90) is varied.
- Fuel injection device according to Claim 11, characterized in that, injection takes place with the first slower pressure rise (91) in the case of a slower opening speed of the servovalve piston (35) and injection with a second faster pressure build-up (92) takes place in the case of a second faster opening speed of the servovalve piston (35).
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