EP1778967B1 - Injection nozzle - Google Patents
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- EP1778967B1 EP1778967B1 EP04762760A EP04762760A EP1778967B1 EP 1778967 B1 EP1778967 B1 EP 1778967B1 EP 04762760 A EP04762760 A EP 04762760A EP 04762760 A EP04762760 A EP 04762760A EP 1778967 B1 EP1778967 B1 EP 1778967B1
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The present invention relates to an injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, having the features of the independent claim.
Eine derartige Einspritzdüse ist aus
Zur Steuerung der zweiten Düsennadel ist eine Servoeinrichtung vorgesehen, umfassend einen Steuerraum und einen darin hubverstellbar gelagerten Steuerkolben, der mit der zweiten Düsennadel bzw. mit einem die zweite Düsennadel enthaltenden zweiten Nadelverband antriebsgekoppelt ist. Mit Hilfe einer geeigneten Steuerdruckeinstellvorrichtung kann im Steuerraum ein Steuerdruck eingestellt werden. Solange die zweite Düsennadel geschlossen bleiben soll, wird ein relativ hoher Steuerdruck eingestellt. Die zweite Düsennadel besitzt zumindest eine zweite Druckstufe, die in einem Raum angeordnet ist, der bei geöffneter erster Düsennadel mit dem Düsenraum kommuniziert, so dass dann auch die zweite Druckstufe mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist, um eine in Öffnungsrichtung der zweiten Düsennadel wirkende Öffnungskraft darin einzuleiten. Wenn die zweite Düsennadel bei geöffneter erster Düsennadel ebenfalls geöffnet werden soll, wird der Steuerdruck im Steuerraum abgesenkt, so dass die Öffnungskräfte an der zweiten Düsennadel überwiegen. Zum Schließen der zweiten Düsennadel kann der Steuerdruck wieder in entsprechender Weise erhöht werden. Die zweite Düsennadel wird somit nicht direkt durch den Einspritzdruck gesteuert, sondern durch den grundsätzlich vom Einspritzdruck unabhängigen Steuerdruck. Insoweit ist die zweite Düsennadel servogesteuert.For controlling the second nozzle needle, a servo device is provided, comprising a control chamber and a control piston mounted in a manner adjustable in stroke, which is drive-coupled to the second nozzle needle or to a second needle assembly containing the second nozzle needle. With the help of a suitable Steuerdruckeinstellvorrichtung a control pressure can be adjusted in the control room. As long as the second nozzle needle is to remain closed, a relatively high control pressure is set. The second nozzle needle has at least one second pressure stage, which is arranged in a space which communicates with the first nozzle needle with the nozzle chamber, so that then the second pressure stage is acted upon by the injection pressure to initiate an opening force acting in the opening direction of the second nozzle needle therein , If the second nozzle needle is also to be opened when the first nozzle needle is open, the control pressure in the control chamber is lowered so that the opening forces on the second nozzle needle predominate. To close the second nozzle needle, the control pressure can be increased again in a corresponding manner. The second nozzle needle is thus not controlled directly by the injection pressure, but by the principle independent of the injection pressure control pressure. In that regard, the second nozzle needle is servo-controlled.
Für die druckgesteuerte erste Düsenadel wird der zum Öffnen erforderliche Einspritzdruck durch eine entsprechende Auslegung der ersten Rückstellfeder vergleichsweise klein gewählt, um ein geringes Verbrennungsgeräusch zu erzielen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei der herkömmlichen Einspritzdüse die Einspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch ebenfalls nur bei einem vergleichsweise niedrigen Einspritzdruck beendet werden kann. Dementsprechend erfolgt die Einspritzung gegen Ende mit einem relativ niedrigen Einspritzdruck, was zu einer verschlechterten Aufbereitung im jeweiligen Brennraum und dementsprechend zu höheren Rußemissionen führt. Ein schnelles Schließen der ersten Düsennadel bei einem vergleichsweise hohen Einspritzdruck könnte die Rußemissionen reduzieren. Bei der bekannten Einspritzdüse würde jedoch die Erhöhung des Schließdrucks automatisch zu einer Erhöhung des Öffnungsdrucks führen, das heißt, die erste Düsennadel würde erst bei höheren Rußemissionen führt. Ein schnelles Schließen der ersten Düsennadel bei einem vergleichsweise hohen Einspritzdruck könnte die Rußemissionen reduzieren. Bei der bekannten Einspritzdüse würde jedoch die Erhöhung des Schließdrucks automatisch zu einer Erhöhung des Öffnungsdrucks führen; das heißt, die erste Düsennadel würde erst bei höheren Einspritzdrücken öffnen. Dies führt zum einen zu erhöhten Verbrennungsgeräuschen. Zum anderen hat sich gezeigt, dass hohe Schließdrücke zu entsprechend höhen Schließgeschwindigkeiten führen, so dass die jeweilige Düsennadel dann zum Prellen neigt. Ein Prellen der ersten Düsennadel kann jedoch zu unerwünschten Nacheinspritzungen und somit zu erhöhten HC-Emissionen führen.For the pressure-controlled first nozzle needle, the injection pressure required for opening is chosen to be comparatively small by a corresponding design of the first return spring in order to achieve a low combustion noise. However, this has the disadvantage that in the conventional injection nozzle, the injection through the at least one first injection hole can also be terminated only at a comparatively low injection pressure. Accordingly, the injection takes place towards the end with a relatively low injection pressure, which leads to a deteriorated treatment in the respective combustion chamber and accordingly to higher soot emissions. A quick closing of the first nozzle needle at a comparatively high injection pressure could reduce soot emissions. In the known injection nozzle, however, the increase of the closing pressure would automatically lead to an increase of the opening pressure, that is, the first nozzle needle would not until at higher soot emissions. A quick closing of the first nozzle needle at a comparatively high injection pressure could reduce soot emissions. In the known injection nozzle, however, the increase of the closing pressure would automatically lead to an increase of the opening pressure; that is, the first nozzle needle would open only at higher injection pressures. This leads to an increased combustion noise. On the other hand, it has been shown that high closing pressures lead to correspondingly high closing speeds, so that the respective nozzle needle then tends to bounce. However, a bounce of the first nozzle needle can lead to undesirable post-injection and thus to increased HC emissions.
Bei einer aus
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen- des unabhängigen. Anspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass sie einerseits beim Öffnungsvorgang bereits bei einem vergleichsweise niedrigen Eirispritzdruck öffnet und andererseits beim Schließvorgang schon bei einem relativ hohen Einspritzdruck schließt. Dieses sich an sich widersprechende Verhalten der ersten Düsennadel wird bei der Erfindung mit Hilfe eines Steuerraums erreicht, der simultan zum Düsenraum mit der Hochdruckquelle verbunden bzw. von dieser getrennt wird, wobei der Druckaufbau sowie der Druckabbau im Steuerraum mittels einer entsprechenden Drosselung relativ zum Düsenraum zeitlich verzögert erfolgt. In diesem Steuerraum ist außerdem eine der ersten Düsennadel zugeordnete erste Steuerfläche angeordnet, derart, dass der Steuerdruck zu einer zusätzlichen Schließkraft in der ersten Düsennadel führt. Da sich der Steuerdruck beim Öffnungsvorgang nur verzögert, also langsamer aufbaut, kann der schneller ansteigende Einspritzdruck im Düsenraum sehr früh hinreichend große Öffnungskräfte in die erste Düsennadel einleiten. Dementsprechend öffnet die erste Düsennadel bereits bei einem relativ niedrigen Einspritzdruck. Während des Einspritzvorgangs steigt der Druck im Steuerraum weiter an und kann - je nach Öffnungsdauer - das Druckniveau des Einspritzdrucks erreichen oder sogar übersteigen, da im Düsenraum durch den Kraftstoffaustritt an dem wenigstens einen ersten Spritzloch ein gewisser Druckabfall entsteht. Beim Schließvorgang fällt der Einspritzdruck im Düsenraum ab. Dementsprechend nehmen auch die an der ersten Düsennadel wirksamen Öffnungskrafte ab. Gleichzeitig fällt der Steuerdruck im Steuerraum aufgrund der Drosselung deutlich langsamer ab, so dass über die erste Steuerfläche vergleichsweise große Schließkräfte in die erste Düsennadel eingeleitet werden können. Dementsprechend überwiegen die Schließkräfte schon bereits bei einem noch vergleichsweise hohen Einspritzdruck und können die erste Düsennadel in Schließrichtung antreiben. Dementsprechend erfolgt der Schließvorgang bereits bei einem höheren Einspritzdruck. Die damit einhergehendenThe injection nozzle according to the invention with the features of the independent. Claim has the advantage that on the one hand already opens the opening process at a comparatively low Eirispritzdruck and on the other hand already closes the closing process at a relatively high injection pressure. This contradictory behavior of the first nozzle needle is achieved in the invention by means of a control chamber which is simultaneously connected to the high pressure source and separated from the nozzle chamber, wherein the pressure build-up and the pressure reduction in the control chamber by means of a corresponding throttling relative to the nozzle chamber in time Delayed. In this control chamber also a first control needle associated first control surface is arranged such that the control pressure leads to an additional closing force in the first nozzle needle. Since the control pressure during the opening process only delayed, that builds up more slowly, the faster increasing injection pressure in the nozzle chamber can initiate sufficiently large opening forces in the first nozzle needle very early. Accordingly, the first nozzle needle already opens at a relatively low Injection pressure. During the injection process, the pressure in the control chamber continues to rise and, depending on the opening duration, can reach or even exceed the pressure level of the injection pressure, since a certain pressure drop occurs in the nozzle chamber through the fuel outlet at the at least one first injection hole. During the closing process, the injection pressure drops in the nozzle chamber. Accordingly, the opening forces effective at the first nozzle needle also decrease. At the same time, the control pressure drops significantly slower in the control chamber due to the throttling, so that over the first control surface comparatively large closing forces can be introduced into the first nozzle needle. Accordingly, the closing forces already outweigh even at a relatively high injection pressure and can drive the first nozzle needle in the closing direction. Accordingly, the closing process already takes place at a higher injection pressure. The associated
Vorteile liegen auf der Hand. Zum einen wird durch das rasche Öffnen bei niedrigem Einspritzdruck ein niedriges Verbrennungsgeräusch beibehalten. Zum anderen wird durch das entsprechend schnelle Schließen bei einem vergleichsweise hohen Einspritzdruck bis zum Ende der Einspritzung eine ausreichende Gemischaufbereitung und somit eine reduzierte Rußemission erreicht. Da der Steuerdruck beim Schließen abnimmt, kann auch die Gefahr eines Prellens der ersten Düsennadel reduziert werden, so dass auch Nacheinspritzungen vermieden werden können. Wichtig ist außerdem, dass der Steuerdruck nicht permanent bereitgestellt werden muss, was den Aufbau der Einspritzdüse erheblich vereinfacht.Advantages are obvious. Firstly, the rapid opening at low injection pressure maintains a low combustion noise. On the other hand, a sufficient mixture preparation and thus a reduced emission of soot is achieved by the correspondingly fast closing at a comparatively high injection pressure until the end of the injection. Since the control pressure decreases when closing, and the risk of bouncing the first nozzle needle can be reduced, so that post-injections can be avoided. It is also important that the control pressure does not have to be permanently provided, which considerably simplifies the construction of the injection nozzle.
Die Drosselung der Steuerleitung wird so gewählt, dass bei einer vorbestimmten Öffnungszeit der ersten Düsennadel der Steuerdruck im Steuerraum den Einspritzdruck im Düsenraum übersteigt, derart, dass an der ersten Düsennadel oder am ersten Nadelverband die Schließkräfte überwiegen. Mit anderen Worten, nach einer vorbestimmten Öffnungszeit wird die erste Düsennadel automatisch wieder geschlossen, und zwar unabhängig davon, ob die Kraftstoffversorgungsteitung noch mit der Hochdruckquelle verbunden ist oder nicht. Durch konstruktive Maßnahmen wird somit eine Volllastmenge für den eingespritzten Kraftstoff begrenzt, was die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine erhöht.The throttling of the control line is selected so that at a predetermined opening time of the first nozzle needle, the control pressure in the control chamber exceeds the injection pressure in the nozzle chamber, such that predominate on the first nozzle needle or on the first needle assembly, the closing forces. In other words, after a predetermined opening time, the first nozzle needle is automatically closed again, regardless of whether the fuel supply line is still connected to the high pressure source or not. By design measures, a full load quantity for the injected fuel is thus limited, which increases the reliability of the internal combustion engine.
Das Wirkprinzip, bei dem der im Steuerraum herrschende Steuerdruck zur Erhöhung der Schließkräfte genutzt wird, kann im folgenden auch als aktives Nadelschließen bezeichnet werden.The active principle, in which the control pressure prevailing in the control chamber is used to increase the closing forces, can also be referred to below as active needle closing.
Vorzugsweise kommuniziert eine zur Verbindung des Steuerraums mit der Hochdruckquelle vorgesehene Steuerleitung mit der Kraftstoffversörgungsleitung, so dass die Steuerleitung über die Kraftstpffversorgungsteitung mit der Höchdruckquelle verbindbar ist. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass nur ein einziges Ventil erforderlich ist, um die Kraftstoffversorgungsleitung mit der Hochdruckquelle- zu verbinden bzw. von dieser zu trennen. Der Druckaufbau und der Druckabbau beginnen dann in diesem kommunizierenden System jeweils gleichzeitig.Preferably, a control line provided for connecting the control chamber to the high-pressure source communicates with the fuel supply line, so that the control line can be connected to the high-pressure source via the power supply line. This design has the advantage that only a single valve is required to connect or disconnect the fuel supply line from the high pressure source. The pressure build-up and the pressure reduction then start simultaneously in this communicating system.
Wie bereits weiter oben erläutert, kann bei einer hinreichend fangen Einspritzzeit der Druck im Steuerraum den Druck im Düsenraum übersteigen, da bei geöffneter erster Düsennadel im Düsenraum über das wenigstens eine erste Spritzloch ein gewisser Druckabfall eintritt.As already explained above, the pressure in the control chamber can exceed the pressure in the nozzle chamber when the injection time is sufficiently long since, when the first nozzle needle is open in the nozzle chamber, a certain pressure drop occurs via the at least one first injection hole.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Steuerraum außerdem über eine Rücklaufleitung an ein relativ druckloses Rücklaufsystem angeschlossen sein, wobei dann die Rücklaufleitung stärker gedrosselt ist als die Steuerleitung. Durch diese Maßnahme wird im Steuerraum ein permanenter Austausch des Kraftstoffvolumens erreicht. Durch eine gezielte Durchströmung des Steuerraums kann zum einen das Temperaturniveau im Steuerraum reduziert werden. Des Weiteren wird damit gleichzeitig eine Spülung des Steuerraums erreicht. Über die Rücklaufleitung kann außerdem der Steuerraum beim Schließen der Düsennadel schneller entlastet werden, was kleinere Abstände zwischen aufeinander folgenden Einspritzvorgängen ermöglicht.In another embodiment, the control chamber may also be connected via a return line to a relatively pressureless return system, in which case the return line is throttled more than the control line. By this measure, a permanent exchange of the fuel volume is achieved in the control room. Through a targeted flow through the control room, on the one hand, the temperature level in the control room can be reduced. Furthermore, at the same time a purge of the control room is achieved. In addition, via the return line, the control chamber can be relieved faster when closing the nozzle needle, which allows smaller distances between successive injection events.
Eine Weiterbildung sieht vor, eine im Steuerraum angeordnete Mündungsöffnung der Rücklaufleitung in Abhängigkeit des Hubs der ersten Düsennadel so zu steuern, dass die Mündungsöffnung bei geöffneter erster Düsennadel mehr oder weniger geschlossen ist. Auf diese Weise werden die über die Rücklaufleitung abfließenden Steuerverluste minimiert, was den hydraulischen Wirkungsgrad verbessert und einen erhöhten Einspritzdruck ermöglicht.A further embodiment provides for controlling an outlet opening of the return line arranged in the control chamber as a function of the stroke of the first nozzle needle in such a way that the mouth opening is more or less closed when the first nozzle needle is open. In this way, the effluent via the return line control losses are minimized, which improves the hydraulic efficiency and allows increased injection pressure.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann die zweite Düsennadel bzw. ein die zweite Düsennadel enthaltender zweiter Nadelverband eine zweite Steuerfläche aufweisen, die ebenfalls im Steuerraum angeordnet und darin mit dem in Schließrichtung wirkenden Steuerdruck beaufschlagbar ist. Auf diese Weise kann auch für die zweite Düsennadel ein aktives Nadelschließen realisiert werden. Das heißt, der im Steuerraum herrschende Steuerdruck erhöht beim Schließen auch bei der zweiten Düsennadel die in Schließrichtung wirkenden Schließkräfte. Dementsprechend kann auch die zweite Düsennadel bei einem höheren Einspritzdruck geschlossen werden.According to a preferred embodiment, the second nozzle needle or a second needle assembly containing the second nozzle needle having a second control surface, which is also arranged in the control chamber and therein acted upon by the control pressure acting in the closing direction. In this way, an active needle closing can also be realized for the second nozzle needle. That is, the control pressure prevailing in the control chamber increases when closing even with the second nozzle needle acting in the closing direction closing forces. Accordingly, the second nozzle needle can be closed at a higher injection pressure.
Von besonderem Vorteil ist bei dieser Ausführungsform außerdem, dass der beim Öffnen im Steuerraum ansteigende Druck einem unerwünscht schnellen Öffnen der zweiten Düsennadel entgegenwirkt. Auf diese Weise kann ein nachteiliger Mengensprung beim Öffnen der zweiten Düsennadel vermieden werden.In this embodiment, it is also of particular advantage that the pressure rising during opening in the control chamber counteracts an undesirably rapid opening of the second nozzle needle. In this way, a disadvantageous jump in quantity when opening the second nozzle needle can be avoided.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the injection nozzle according to the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
- Fig. 1
- einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einspritzdüse,
- Fig. 2
- einen Ausschnitt eines Längsschnitts wie in
Fig. 1 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform, - Fig. 3
- eine vergrößerte Darstellung eines Details III aus den
Fig. 1 und 2 .
- Fig. 1
- a greatly simplified, fundamental longitudinal section through an injection nozzle according to the invention,
- Fig. 2
- a section of a longitudinal section as in
Fig. 1 but in another embodiment, - Fig. 3
- an enlarged view of a detail III from the
Fig. 1 and2 ,
Entsprechend
Zur Einleitung von in einer durch einen Pfeil symbolisierten Schließrichtung 7 wirkenden Schließkräften in die erste Düsennadel 2 ist eine erste Rückstellfeder 8 vorgesehen, die in einem ersten Federraum 9 angeordnet ist. Die erste Düsennadel 2 ist üblicherweise ein Bestandteil eines ersten Nadelverbands 10, der zur Übertragung von Druckkräften dient und eine gemeinsam hubverstellbare Einheit bildet. Die einzelnen Bestandteile des ersten Nadelverbands 10 können dabei in Hubrichtung lose aneinanderliegen. Ebenso ist es möglich, dass zumindest zwei Komponenten des ersten Nadelverbands 10 aneinander befestigt oder als integrale Einheit hergestellt sind.For initiating closing forces acting in a
Der Düsenkörper enthält einen Düsenraum 11, in dem die erste Düsennadel 2 bzw. der erste Nadelverband 10 eine erste Druckstufe 12 aufweist. Ein im Düsenraum 11 herrschender Druck leitet über diese erste Druckstufe 12 Öffnungskräfte in die erste Düsennadel 2 bzw. den ersten Nadelverband 10 ein, die in einer durch einen Pfeil angedeuteten Öffnungsrichtung 13 wirken.The nozzle body contains a
Die zweite Düsennadel 3 ist koaxial in der als Hohlnadel ausgebildeten ersten Düsennadel 2 hubverstellbar gelagert, wozu zwischen den Düsennadeln 2, 3 eine zweite Nadelführung 14 ausgebildet ist. Die zweite Düsennadel 3 dient zur Steuerung wenigstens eines zweiten Spritzlochs 15, das ebenfalls in den Spritzraum 6 einmündet. Üblicherweise sind mehrere erste Spritzlöcher 5 und/oder mehrere zweite Spritzlöcher 15 vorgesehen, die vorzugsweise jeweils in Umfangsrichtung entlang eines Rings gleichmäßig verteilt angeordnet sind.The
Auch die zweite Düsennadel 3 ist in der Regel ein Bestandteil eines zweiten Nadelverbands 16, dessen Komponenten eine hubverstellbare Einheit bilden, die zur Übertragung von Druckkräften dient. Auch hier können die einzelnen Komponenten des zweiten Nadelverbands 16 lose aneinander anliegen. Ebenso ist es möglich, dass zumindest zwei der Bestandteile des zweiten Nadelverbands 16 aneinander befestigt sind oder durch ein integral hergestelltes einstückiges Bauteil gebildet sind.The
Der Düsenraum 12 kommuniziert mit einem Ringraum 17, der die erste Düsennadel 2 umhüllt und zu den Spritzlöchern 5, 15 führt.The
Entsprechend
Die ersten Druckstufen 12 sind dadurch ausgebildet, dass eine erste Führungsquerschnittsfläche 21 der ersten Nadelführung 4 größer ist als eine erste Sitzquerschnittsfläche 22 des ersten Dichtsitzes 18. In entsprechender Weise ist die zweite Druckstufe 20 dadurch ausgebildet, dass eine zweite Führungsquerschnittsfläche 23 der zweiten Nadelführung 14 größer ist als eine zweite Sitzquerschnittsfläche 24 des zweiten Dichtsitzes 19.The first pressure stages 12 are formed in that a first guide
Zurückkommend auf
Der Düsenraum 11 ist über eine Kraftstoffversorgungsleitung 27 mit einer Hochdruckquelle 28 verbindbar. Die Hochdruckquelle 28 ist hier durch eine für mehrere derartige Einspritzdüsen 1 gemeinsam vorgesehene Hochdruckleitung 29 gebildet, sogenanntes "Common-Rail-System". Die gemeinsame Hochdruckleitung 29 wird von einer Hochdruckpumpe 30 gespeist. Ebenso ist es möglich, für jede Einspritzdüse 1 eine eigene Hochdruckpumpe vorzusehen. Im vorliegenden Beispiel ist in der Kraftstoffversorgungsleitung 27 ein Zumessventil 31 angeordnet. Mit Hilfe des Zumessventils 31 kann die Kraftstoffversorgungsleitung 27 geöffnet und gesperrt werden. Das Zumessventil 31 ist hier als hydraulisch betätigbares Ventil ausgestaltet. Zur Betätigung des Zumessventils 31 ist ein entsprechendes Schaltventil 32 vorgesehen, das seinerseits beispielsweise als magnetisch betätigbares Schaltventil, also als Magnetventil ausgestaltet sein kann. Das Zumessventil 31 enthält einen Ventilkörper 33, der durch Druckkräfte, die an einander gegenüberliegenden Steuerflächen angreifen, zum Öffnen und Schließen verstellbar ist. Durch eine Öffnungsbetätigung des Magnetventils 32 kann an der einen Fläche des Ventilkörpers 33 im Zumessventil 31 ein Druckabfall erzeugt werden, der ein Öffnen des Ventilkörper 33 bewirkt, mit der Folge, dass die Kraftstoffversorgungsleitung 27 dann mit der Hochdruckstelle 28 verbunden ist. Durch Schließen des Magnetventils 31 wird der Druck an der jeweiligen Fläche des Ventilkörpers 33 wieder aufgebaut, wodurch das Zumessventil 31 schließt und die Kraftstoffversorgungsleitung 27 wieder von der Hochdruckquelle 28 getrennt ist.The
Zum Öffnen und Schließen der Kraftstoffversorgungsleitung 27 enthält das Zumessventil 31 eine erste Steuerkante 34. Gleichzeitig kann das Zumessventil 31 entsprechend der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform eine zweite Steuerkante 35 aufweisen, über die die Kraftstoffversorgungsleitung 27 mit einem Rücklaufsystem 36 verbunden werden kann. Die beiden Steuerkanten 34, 35 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass beim Öffnen der ersten Steuerkante 34 zwangsläufig die zweite Steuerkante 35 schließt und umgekehrt. Hierdurch ergibt sich beim Trennen der Kraftstoffversorgungsleitung 27 von der Hochdruckquelle 28 quasi gleichzeitig eine Verbindung der Kraftstoffversorgungsleitung 27 mit dem Rücklaufsystem 36. Im Rücklaufsystem 36 herrscht üblicherweise ein relativ niedriger Druck, so dass beim Abtrennen der Kraftstoffversorgungsleitung 27 von der Hochdruckwelle 28 in der Kraftstoffversorgungsleitung 27 der Druck sofort in das Rücklaufsystem 36 entspannt werden kann. Das Rücklaufsystem 36 kann wie hier ein Druckhalteventil 37 enthalten, das in der Kraftstoffversorgungsleitung 27 einen Mindestdruck hält.To open and close the
Erfindungsgemäß ist nun ein Steuerraum 38 vorgesehen, der über eine Steuerleitung 39 ebenfalls mit der Hochdruckquelle 28 verbindbar ist. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei, dass die Steuerleitung 39 stärker gedrosselt ist als die Kraftstoffversorgungsleitung 27. Erreicht wird dies beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuerdrossel 40. Im vorliegenden Fall ist die Steuerleitung 39 an die Kraftstoffversorgungsleitung 27 stromab des Zumessventils 31 angeschlossen. Das bedeutet, dass mit dem Zumessventil 31 simultan die Kraftstoffversorgungsleitung 27 und die Steuerleitung 39 mit der Hochdruckquelle 28 verbunden werden bzw. von dieser abgetrennt werden können.According to the invention, a
Die erste Düsennadel 2 bzw. der erste Nadelverband 10 besitzt eine erste Steuerfläche 41, die im Steuerraum 38 angeordnet ist und dort mit einem im Steuerraum 38 herrschenden Steuerdruck beaufschlagbar ist. Die erste Steuerfläche 41 ist von den Spritzlöchern 5, 15 abgewandt, so dass der daran angreifende Steuerdruck Schließkräfte in die erste Düsennadel 2 bzw. in den ersten Nadelverband 10 einleitet.The
Entsprechend der in
Bei der in
Eine weitere Besonderheit wird bei der Ausführungsform gemäß
Die in
In der in
Während des Einspritzvorgangs kann sich der Druck im Steuerraum 38 weiter aufbauen, bis er maximal den Wert des von der Hochdruckquelle 28 vorgegebenen Hochdrucks erreicht. Da beim Öffnen der ersten Düsennadel 2 zusätzliche Flächen mit dem Ringraum 17 kommunizieren, kann die Auslegung so erfolgen, dass die erste Düsennadel 2 geöffnet bleibt, auch wenn die Drücke im Düsenraum 11 und im Steuerraum 38 mehr oder weniger ausgeglichen sind.During the injection process, the pressure in the
Zum Schließen der ersten Düsennadel 2 wird nun das Magnetventil 32 wieder geschlossen. In der Folge schließt auch das Zumessventil 31. Hierdurch wird die Kraftstoffversorgungsleitung 27 von der Hochdruckquelle 28 getrennt und gleichzeitig mit dem Rücklaufsystem 36 verbunden, wodurch der Druck in der Kraftstoffversorgungsleitung 27 relativ schnell abfallen kann. Durch die gedrosselte Steuerleitung 39 kann sich jedoch der Druck im Steuerraum 38 länger halten, so dass nun an der ersten Steuerfläche 41 sehr hohe Schließkräfte in die erste Düsennadel 2 bzw. in den ersten Nadelverband 10 eingeleitet werden können. Diese hohen Schließkräfte erzeugen eine impulsartige Beschleunigung der ersten Düsennadel 2 in deren Schließrichtung. Der verzögerte Druckabbau im Steuerraum 38 ermöglicht somit eine sehr dynamische Überwindung der Trägheitskräfte der ersten Düsennadel 2 bzw. des ersten Nadelverbands 10, so dass die erste Düsennadel 2 sehr rasch in Bewegung gesetzt werden kann. Dementsprechend schließt die erste Düsennadel 2 bereits bei einem noch im Düsenraum 11 herrschenden Druck, der deutlich über dem zuvor genannten, gewünscht niedrigen Öffnungsdruck liegen kann.To close the
Sobald die erste Düsennadel 2 geöffnet ist, kann sich auch an der zweiten Druckstufe 20 der Einspritzdruck aufbauen. So lange die Hochdruckquelle 28 den relativ niedrigen Hochdruck bereit stellt, kann die zweite Düsennadel 3 noch nicht öffnen, da die daran angreifenden Schließkräfte und die zweite Druckstufe 20 entsprechend aufeinander abgestimmt sind.As soon as the
Wenn nun eine Kraftstoffeinspritzung durch alle Spritzlöcher 5, 15 durchgeführt werden soll, wird zunächst in der Hochdruckquelle 28 ein entsprechend erhöhter Hochdruck bereitgestellt. Durch Öffnen des Magnetventils 32 wird das Zumessventil 31 zum Öffnen angesteuert. Dadurch wird die Kraftstoffversorgungsleitung 27 mit der Hochdruckquelle 28 verbunden, so dass sich in der Folge zunächst im Düsenraum 11 und im Ringraum 17 der entsprechend erhöhte Einspritzdruck aufbauen kann. Bei Erreichen der Öffnungsschwelle wird zunächst wieder die erste Düsennadel 2 geöffnet. Anschließend kann sich auch der Einspritzdruck an der zweiten Druckstufe 20 aufbauen. Sobald der für die zweite Düsennadel 3 vorgesehene höhere Öffnungsdruck erreicht ist, kann auch die zweite Düsennadel 3 vom zweiten Dichtsitz 19 abheben, so dass die gewünschte Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche Spritzlöcher 5, 15 stattfinden kann.If now a fuel injection through all the injection holes 5, 15 is to be performed, initially in the high-
Die Öffnungsbewegung der zweiten Düsennadel 3 bzw. des zweiten Nadelverbands 16 ist durch den sich im Steuerraum 38 aufbauenden Druck gebremst. Beim Abheben der zweiten Düsennadel 3 wird die zweite Steuerfläche 42 in den zweiten Steuerraum 38 eingefahren, was mit einer Verdrängung von Hydraulikvolumen im Steuerraum 38 einhergeht. Dementsprechend kommt es im Steuerraum 38 dann zu einem entsprechend schnellen Druckanstieg, was die Öffnungsbewegung des zweiten Nadelverbands 16 abbremst. Dies ist bei der zweiten Düsennadel 3 von Vorteil, da auf diese Weise ein Mengensprung beim Öffnen der zweiten Düsennadel 3 reduziert werden kann. Die bremsende Wirkung durch den Druckaufbau im Steuerraum 38 ergibt sich in entsprechender Weise auch bei der ersten Düsennadel 2, wobei sie sich dort allerdings nicht so stark auswirkt, da die erste Düsennadel 2 erheblich früher also bei einem deutlich niedrigeren Steuerdruck in den Steuerraum 38 eindringt.The opening movement of the
Zum Schließen der Düsennadeln 2, 3 wird dann wieder das Magnetventil 32 geschlossen, mit der Folge, dass auch das Zumessventil 31 schließt und die Kraftstoffversorgungsleitung 27 von der Hochdruckquelle 28 trennt. Gleichzeitig wird die Kraftstoffversorgungsleitung 27 an das Rücklaufsystem 36 angeschlossen, so dass der Druck im Düsenraum 11 und im Ringraum 17 abfallen kann. Da der inzwischen auf einen vergleichsweise hohen Wert angestiegene Steuerdruck sich aufgrund der Drosselung nur verzögert abbaut, können nun im Steuerraum 38 sehr hohe Schließkräfte auf die Steuerflächen 41 und 42 eingeleitet werden. Hierdurch kommt es zu einer starken Beschleunigung der beiden Düsennadeln 2, 3 bzw. der Nadelverbände 10, 16. Dementsprechend können die Düsennadeln 2, 3 besonders früh, also bereits bei einem noch relativ hohen Druck im Düsenraum 11 geschlossen werden.To close the nozzle needles 2, 3, the
Die Rücklaufleitung 43 ermöglicht es bei der in
Beim Schließen der ersten Düsennadel 2 wird die Rücklaufleitung 43 wieder geöffnet, so dass sich der Druck im Steuerraum 38 dann schneller abbauen kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nur kurze zeitliche Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzvorgängen auftreten, wie zum Beispiel bei Mehrfacheinspritzungen pro Arbeitstakt im jeweiligen Zylinder.When closing the
Entsprechend
Der zweite Nadelverband 16 umfasst neben der zweiten Düsennadel 3 hier eine Kopplungsstange 49, die über einen Stempel 50 an einem zweiten Federteller 51 abgestützt ist. Der zweite Federteller 51 ist im zweiten Federraum 46 hubverstellbar gelagert und nimmt die Schließkräfte der zweiten Rückstellfeder 25 auf.The
Zwischen der ersten Düsennadel 2 bzw. dem ersten Nadelverband 10 und der zweiten Düsennadel 3 bzw. dem zweiten Nadelverband 16 ist hier eine Mitnehmerkopplung 52 ausgebildet. Diese Mitnehmerkopplung 52 ist dabei so gestaltet, dass der erste Nadelverband 10 beim Schließen der ersten Düsennadel 2 den zweiten Nadelverband 16 oder zumindest dessen zweite Düsennadel 3 in Schließrichtung mitnimmt. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass der Steuerkolben 46 radial nach innen über eine von den Spritzlöchern 5, 15 abgewandte axiale Stirnseite 53 der zweiten Düsennadel 3 übersteht. Dabei kann es zweckmäßig sein, dass in der Schließstellung beider Düsennadeln 2, 3 ein geringes Axialspiel zwischen dem Steuerkolben 46 und der genannten axialen Stirnseite 53 der zweiten Düsennadel 3 vorliegt.Between the
Beim Öffnen der ersten Düsennadel 2 wird der Steuerkolben 46 in den Steuerraum 38 in der Öffnungsrichtung 13 hineinverstellt. Beim Öffnen der zweiten Düsennadel 3 kann der Steuerkolben 46 bzw. die Mitnehmerkopplung 52 einen Öffnungsanschlag für die zweite Düsennadel 3 bilden. Das heißt, bei vollständig geöffneter zweiter Düsennadel 3 kommt diese am Steuerkolben 46 axial zur Anlage. Wenn nun die Düsennadeln 2, 3 schnell geschlossen werden sollen, führt der Druckabfall im Düsenraum 11 in Verbindung mit dem sich im Steuerraum 38 nur verzögert abbauenden Steuerdruck zu einer starken Beschleunigung des Steuerkolbens 46 und somit des gesamten ersten Nadelverbands 10 in Schließrichtung 7. Da die zweite Düsennadel 3 durch ihre Anlage am Steuerkolben 46 mit dem ersten Nadelverband 10 gekoppelt ist, wird auch die zweite Düsennadel 3 zwangsläufig vom ersten Nadelverband 10 in Schließrichtung 7 mitgenommen. Somit reicht bei der in
Beachtenswert ist hierbei, dass zwischen dem Düsenraum 11 und dem Steuerraum 38 ein Anschluss 54 an das Rücklaufsystem 36 vorgesehen ist, um Leckagen durch die erste Nadelführung 4 und/oder durch eine Führung des Steuerkolbens 46 abzuführen. Auf diese Weise können Wechselwirkungen mit dem Steuerkolben 46 vermieden werden. Die separate Anordnung des Steuerraums 38 ermöglicht es, das Volumen des Steuerraums 38 mit erhöhter Präzision zu fertigen. Insbesondere hängt das Volumen des Steuerraums 38 bei der Ausführungsform gemäß
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse ermöglicht somit sowohl für die erste Düsennadel 2 als auch für die zweite Düsennadel 3 ein aktives Nadelschließen, das durch den im Steuerraum 38 verzögert abgebauten Steuerdruck unterstützt ist. Die erste Düsennadel 2 kann somit bei einem vergleichsweise niedrigen Öffnungsdruck geöffnet werden, was reduzierte Verbrennungsgeräusche ermöglicht. Gleichzeitig kann das Schließen der ersten Düsennadel 2 bereits bei relativ hohen Drücken durchgeführt werden, was eine Rußbildung reduziert. Darüber hinaus kann die Öffnungsbewegung der zweiten Düsennadel 3 gebremst werden, wodurch sich die Gefahr eines Prellens der zweiten Düsennadel 3 beim Öffnen reduziert. Außerdem wird hierdurch ein Mengensprung beim Öffnen der zweiten Düsennadel 3 reduziert. Desweiteren bewirkt der sich beim Schließen der Düsennadeln 2,3 vergleichsweise schnell abbauende Steuerdruck im Steuerraum 38 ebenfalls eine Reduzierung der Prellgefahr für die sich schließenden Düsennadeln 2,3.The injector according to the invention thus enables both for the
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Drosselung der Steuerleitung 39 so auf die anderen Parameter abgestimmt sein, dass bei einer vorbestimmten Öffnungszeit der ersten Düsennadel 2 und/oder der zweiten Düsennadel 3 der Steuerdruck im Steuerraum 38 den Einspritzdruck im Düsenraum 11 und somit in den damit kommunizierend verbundenen anderen Räumen, z.B. Ringraum 17, soweit übersteigt, dass an der ersten Düsennadel 2 bzw. am ersten Nadelverband 10 die Schließkräfte überwiegen. Mit der Folge, dass die erste Düsennadel 2 automatisch geschlossen wird. Dieses automatische Schließen der ersten Düsennadel 2 unterbricht dann die Kraftstoffzufuhr zum wenigstens einen ersten Spritzloch 5 und zum wenigstens einen zweiten Spritzloch 15. Zwangsläufig fällt dann auch der in Öffnungsrichtung wirksame Druck an der zweiten Druckstufe 20 ab, so dass auch die zweite Düsennadel 3 spätestens dann schließt. Sofern eine Mitnehmerkopplung 52 vorgesehen ist, schließt die zweite Düsennadel 2 entsprechend früher. Sobald die erste Düsennadel 2 geschlossen ist, sind auch die innerhalb des ersten Dichtsitzes 18 angeordneten, in Öffnungsrichtung wirksamen Flächen vom Einspritzdruck entkoppelt, so dass quasi ein Druckgleichgewicht zwischen Düsenraum 11 und Steuerraum 38 vorliegt. Bei diesem Druckgleichgewicht überwiegen aufgrund der ersten Rückstellfeder 8 die Schließkräfte, so dass die Düsennadeln 2,3 geschlossen bleiben. Diese Ausführungsform definiert so eine maximale Volllastmenge und regelt die Kraftstoffzufuhr automatisch ab, um Beschädigungen der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Sofern wie in der Ausführungsform gemäß
- 11
- Einspritzdüseinjection
- 22
- erste Düsennadelfirst nozzle needle
- 33
- zweite Düsennadelsecond nozzle needle
- 44
- erste Nadelführungfirst needle guide
- 55
- erstes Spritzlochfirst injection hole
- 66
- Spritzraumspray booth
- 77
- Schließrichtungclosing direction
- 88th
- erste Rückstellfederfirst return spring
- 99
- erster Federraumfirst spring space
- 1010
- erster Nadelverbandfirst needle bandage
- 1111
- Düsenraumnozzle chamber
- 1212
- erste Druckstufefirst pressure level
- 1313
- Öffnungsrichtungopening direction
- 1414
- zweite Nadelführungsecond needle guide
- 1515
- zweites Spritzlochsecond spray hole
- 1616
- zweiter Nadelverbandsecond needle bandage
- 1717
- Ringraumannulus
- 1818
- erster Dichtsitzfirst sealing seat
- 1919
- zweiter Dichtsitzsecond sealing seat
- 2020
- zweite Druckstufesecond pressure level
- 2121
- erste Führungsquerschnittsflächefirst guide cross-sectional area
- 2222
- erste Sitzquerschnittsflächefirst seat cross-sectional area
- 2323
- zweite Führungsquerschnittsflächesecond guide cross-sectional area
- 2424
- zweite Sitzquerschnittsflächesecond seat cross-sectional area
- 2525
- zweite Rückstellfedersecond return spring
- 2626
- zweiter Federraumsecond spring space
- 2727
- KraftstoffversorgungsleitungFuel supply line
- 2828
- HochdruckquelleHigh pressure source
- 2929
- gemeinsame Hochdruckleitungcommon high pressure line
- 3030
- Hochdruckpumpehigh pressure pump
- 3131
- Zumessventilmetering
- 3232
- Magnetventilmagnetic valve
- 3333
- Ventilkörpervalve body
- 3434
- erste Steuerkantefirst control edge
- 3535
- zweite Steuerkantesecond control edge
- 3636
- RücklaufsystemReturn system
- 3737
- DruckhalteventilPressure holding valve
- 3838
- Steuerraumcontrol room
- 3939
- Steuerleitungcontrol line
- 4040
- Steuerdrosselthrottle control
- 4141
- erste Steuerflächefirst control surface
- 4242
- zweite Steuerflächesecond control surface
- 4343
- RücklaufleitungReturn line
- 4444
- RücklaufdrosselReturn throttle
- 4545
- Mündungsöffnungmouth
- 4646
- Steuerkolbenspool
- 4747
- Kopplungshülsecoupling sleeve
- 4848
- erster Federtellerfirst spring plate
- 4949
- Kopplungsstangecoupling rod
- 5050
- Stempelstamp
- 5151
- zweiter Federtellersecond spring plate
- 5252
- Mitnehmerkopplungsprag clutch
- 5353
- axiale Stirnseite von 3axial face of 3
- 5454
- Anschluss von 36Connection of 36
Claims (9)
- Injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle,- having a first nozzle needle (2) which is configured as a hollow needle and by way of which an injection of fuel through at least one first spray hole (5) can be controlled,- having a second nozzle needle (3) which is arranged coaxially with respect to the first nozzle needle (2) and by way of which an injection of fuel through at least one second spray hole (15) can be controlled,- having a nozzle space (11) which can be connected to a high-pressure source (28) via a fuel supply line (27),- the first nozzle needle (2) or a first needle system (10) which comprises the first nozzle needle (2) has at least one first pressure stage (12) which is arranged in the nozzle space (11) or in a space (17), which communicates with the nozzle space (11), and can be loaded therein with an injection pressure which initiates an opening force which acts in the opening direction (13) into the first nozzle needle (2) or into the first needle system (10),- a control space (38) being provided which can be connected to the high-pressure source (28) via a control line (39),- the first nozzle needle (2) or the first needle system (10) having a first control face (41) which is arranged in the control space (38) and can be loaded therein with a control pressure which initiates a closing force which acts in the closing direction (7) into the first nozzle needle (2) or into the first needle system (10),- the second nozzle needle (3) or a second needle system (16) which comprises the second nozzle needle (3) having at least one second pressure stage (20) which is arranged in a space (17), which communicates with the nozzle space (11) when the first nozzle needle (2) is open, and can be loaded therein with the injection pressure which initiates an opening force which acts in the opening direction (13) into the second nozzle needle (3) or into the second needle system (16),- the second nozzle needle (3) or the second needle system (16) having a second control face (42) which is arranged in the control space (38) and can be loaded therein with the control pressure which initiates a closing force which acts in the closing direction (7) into the second nozzle needle (3) or into the second needle system (16),- the control line (39) being throttled to a greater extent than the fuel supply line (27),characterized
in that the throttling of the control line (39) is selected in such a way that, after a predefined opening time of the first nozzle needle (2), the control pressure in the control space (38) exceeds the injection pressure in the nozzle space (11) in such a way that the closing forces predominate at the first nozzle needle (2) or at the first nozzle system (10). - Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that the control line (39) communicates with the fuel supply line (27) and can be connected to the high-pressure source (28) via the fuel supply line (27).
- Injection nozzle according to Claim 1 or 2, characterized- in that a first restoring spring (8) is provided which acts on the first nozzle needle (2) or on the first nozzle system (10), initiates a closing force which acts in the closing direction (7) therein and which is arranged in a spring space (9), and- in that the spring space (9) either forms the control space (38) or is configured separately from the control space (38) and is substantially sealed off with respect to the latter.
- Injection nozzle according to one of Claims 1 to 3, characterized- in that the control space (38) is connected to a relatively pressureless return system (36) via a return line (43), and- in that the return line (43) is throttled to a greater extent than the control line (39).
- Injection nozzle according to Claim 4, characterized in that the first nozzle needle (2) or the first needle system (10) controls an opening (45) of the return line (43) which is arranged in the control space (38) as a function of the stroke of the first nozzle needle (2), in such a way that the said opening (45) is more or less closed when the first nozzle needle (2) is open.
- Injection nozzle according to one of Claims 1 to 5, characterized- in that a second restoring spring (25) is provided which acts on the second nozzle needle (3) or on the second needle system (16), initiates a closing force therein which acts in the closing direction (7), and is arranged in a spring space (26) and- in that the spring space (26) either forms the control space (38) or is configured separately from the control space (38) and is sealed off with respect to the latter.
- Injection nozzle according to one of Claims 1 to 6, characterized in that a driver coupling (52) is formed between the first nozzle needle (2) or the first needle system (10) and the second nozzle needle (3) or the second needle system (16) in such a way that the first nozzle needle (2) or the first needle system (10) drives the second nozzle needle (3) or the second needle system (16) in the closing direction when it closes.
- Injection nozzle according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the fuel supply line (27) can be connected to the high-pressure source (28) via a metering valve (31).
- Injection nozzle according to Claim 8, characterized in that the metering valve (31) can be actuated hydraulically and is actuated by means of a switching valve (32).
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