EP2536942B1

EP2536942B1 - High-pressure fuel injection valve for an internal combustion engine

Info

Publication number: EP2536942B1
Application number: EP11703709.3A
Authority: EP
Inventors: Sascha Fedrow; Janos Kerekgyarto; Anatoliy Lyubar
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: CN102812232B; US20130001327A1; DE102010008467A1; CN102812232A; WO2011101419A1; US9316190B2; EP2536942A1

Description

Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventile der zugrundeliegenden Art werden eingesetzt zum mengenmäßig und zeitlich definierten Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors, sowohl bei Diesel- als auch bei Benzinmotoren. Hier haben sich zwischenzeitlich elektronisch angesteuerte, sowohl elektromagnetisch als auch piezoelektrisch betätigte Einspritzventile durchgesetzt.High-pressure fuel injectors of the underlying type are used for the quantitative and temporally defined injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, both diesel and gasoline engines. Here, in the meantime, electronically controlled, both electromagnetically and piezoelectrically actuated injection valves have prevailed.

Der Kraftstoff wird dabei mittels einer Hochdruckpumpe in einem Hochdruckspeicher, dem Common Rail, auf einen hohen Druck, derzeit bis zu 2000 bar, gebracht und steht mit diesem Druck an den einzelnen Einspritzventilen an. Durch das gesteuerte Öffnen eines Ventils wird der Kraftstoff dann mit diesem hohen Druck durch die Einspritzdüse in den Verbrennungsraum dosiert und dabei zerstäubt. Je höher der anstehende Druck ist desto größer wird die dosierte Kraftstoffmenge bei gleicher Öffnungszeit des Einspritzventils. Das heißt, mit steigendem Systemdruck steigt auch die Anforderung an die Schaltgeschwindigkeit und Schaltgenauigkeit des Einspritzventils. Dazu kommt, dass zur Gestaltung des Verbrennungsprozesses, pro Verbrennungsvorgang mehrere Einzeleinspritzungen mit unterschiedlichen, zum Teil sehr kleinen Einspritzmengen, durchgeführt werden müssen. Die Genauigkeit der Einspritzung nimmt Einfluss auf die Gestaltung des Verbrennungsprozesses und damit nicht nur auf die Laufruhe des Motors sondern kann auch den Verbrauch und den Schadstoffausstoß wesentlich beeinflussen.The fuel is brought by means of a high-pressure pump in a high-pressure accumulator, the common rail, to a high pressure, currently up to 2000 bar, and is at this pressure to the individual injectors. The controlled opening of a valve, the fuel is then metered at this high pressure through the injector into the combustion chamber and thereby atomized. The higher the pressure that is applied, the greater the metered quantity of fuel will be for the same opening time of the injector. That is, with increasing system pressure also increases the demand on the switching speed and switching accuracy of the injector. In addition, for the design of the combustion process, several individual injections with different, sometimes very small injection quantities must be carried out per combustion process. The accuracy of the injection has an impact on the design of the combustion process and thus not only on the smoothness of the engine but can also significantly affect the consumption and pollutant emissions.

Die bekannten Piezo-Injektoren werden mittels Piezo-Aktuatoren betätigt und ermöglichen eine sehr schnelle und genaue Dosierung der Kraftstoffmenge und sind beispielsweise in dem Fachbuch " Diesel- und Benzindirekteinspritzung", Prof. Dr.-Ing.Helmut Tschöke u. a., Expert Verlag 2001 , beschrieben. Die im Vergleich zu bisherigen Systemen vier mal schnellere Schaltzeit der Piezo-Einspritzventile erlauben kurze und variable Abstände zwischen den Einzel-Einspritzungen, wie zum Beispiel Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung. Es sind sehr kurze Schaltzeiten möglich. Dadurch kann die eingespritzte Kraftstoffmenge sehr genau gesteuert und dosiert werden. Weiterhin ist eine hervorragende Wiederholbarkeit gewährleistet. Da jedoch die mit den Piezo-Aktuatoren erzeugbaren Stellbewegungen sehr klein und die ggf. zu überwindenden Druckkräfte sehr groß sind erfolgt das Öffnen und Schließen eines solchen Einspritzventils hydraulisch, unter Nutzung des Kraftstoffdruckes, wobei der Piezo-Aktuator lediglich dazu dient ein Steuerventil zu schalten und dadurch die jeweils erforderliche Druckdifferenz zu schaffen.The known piezo injectors are actuated by means of piezo actuators and allow a very fast and accurate metering of the amount of fuel and are for example in the textbook " Diesel and gasoline direct injection ", Prof. Dr.-Ing.Helmut Tschöke et al., Expert Verlag 2001 , described. The four times faster switching time of the piezo injectors compared to previous systems allows short and variable distances between the individual injections, such as pre-injection, main injection and post-injection. Very short switching times are possible. As a result, the injected fuel quantity can be controlled and metered very precisely. Furthermore, excellent repeatability is guaranteed. However, since the actuator movements generated with the piezo actuators very small and possibly to be overcome pressure forces are very large, the opening and closing of such an injector takes place hydraulically, using the fuel pressure, the piezo actuator only serves to switch a control valve and thereby to create the respectively required pressure difference.

In einer bekannten Ausführungsform weist ein solches Hoch-druck-Einspritzventil im Wesentlichen folgende Funktionseinheiten auf:

Einen Piezoaktuator mit einem Hubverstärker und einem Steuerventilkolben,
einen zylinderförmigen Ventilschaft mit einem Steuerraum, einem Servosteuerventil, einem Steuerstößel und einem Schließfederraum und
eine Ventilspitze mit Spritzlöchern, einem Nadelsitz, einer Hochdruckringkammer und einer Düsennadel.

In a known embodiment, such a high-pressure injection valve essentially has the following functional units:

A piezoactuator with a lifting amplifier and a control valve piston,
a cylindrical valve stem with a control chamber, a servo control valve, a control tappet and a closing spring chamber and
a valve tip with spray holes, a needle seat, a high-pressure ring chamber and a nozzle needle.

Der Kraftstoff-Hochdruck des Common-Rail steht dabei am hinteren Ende des Steuerstößels im Steuerraum und in einer Hochdruck-Ringkammer an einer Druckschulter der Düsennadel an. Durch die bauartbedingten Ringspalte zwischen Steuerstößel und der zugehörigen Aufnahmebohrung im Ventilschaft sowie zwischen Düsennadel und zugehöriger Aufnahmebohrung in der Ventilspitze entsteht ein ständiger, als Dauerleckage bezeichneter, Kraftstoff-Verluststrom.The fuel high pressure of the common rail is at the rear end of the control plunger in the control chamber and in a high-pressure annular chamber at a pressure shoulder of the nozzle needle. Due to the design-related annular gaps between the control plunger and the associated receiving bore in the valve stem and between the nozzle needle and associated receiving bore in the valve tip creates a constant, referred to as permanent leakage, fuel leakage current.

Diese, bei steigendem Systemdruck sich immer stärker auswirkende, Dauerleckage stellt für die Einspritzsysteme der Zukunft ein immer größer werdendes Problem dar, weil dadurch eine immer leistungsfähigere Hochdruckpumpe benötigt wird.This, with increasing system pressure more and more impacting, permanent leakage poses for the injection systems of the future an ever-increasing problem because it requires an ever more powerful high-pressure pump.

So zeigt beispielsweise die internationale Patentanmeldung WO 00/28205 ein Brennstoffeinspritzventil für Verbrennungskraftmaschinen der oben beschriebenen Bauart, wobei ein Steuerkolben, der mit einem Einspritzventilglied in Wirkverbindung steht, durch den Brennstoffsystemdruck aus einer Hochdruckzufuhrleitung einerseits und durch den Brennstoff-Steuerdruck in einem Steurraum andererseits beaufschlagt wird. Dabei ist der Steuerdruck im Steuerraum durch Öffnen oder Schließen einer elektrisch steuerbaren Steueröffnung steuerbar, wodurch ein hydraulisches Öffnen bzw. Schließen des Einspritzventilgliedes bewirkt wird.For example, shows the international patent application WO 00/28205 a fuel injection valve for internal combustion engines of the type described above, wherein a control piston, which is in operative connection with an injection valve member, is acted upon by the fuel system pressure from a high pressure supply line on the one hand and by the fuel control pressure in a control room on the other hand. In this case, the control pressure in the control chamber is controllable by opening or closing an electrically controllable control opening, whereby a hydraulic opening or closing of the injection valve member is effected.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruck-Einspritzventil anzugeben, das bei hoher Präzision und Geschwindigkeit der Einspritzung gleichermaßen eine stark reduzierte Dauerleckage aufweist. Dadurch soll, auch bei weiter steigenden Systemdrücken, die Leistungsanforderung an die Hochdruckpumpe in vertretbaren Grenzen gehalten werden.The present invention is therefore based on the object of specifying a high-pressure injection valve which has a greatly reduced permanent leakage with high precision and speed of injection. This should, even with further increasing system pressures, the power demand on the high-pressure pump are kept within reasonable limits.

Diese Aufgabe wird durch ein Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a high-pressure fuel injection valve with the features according to claim 1. Advantageous embodiments and developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil für einen Verbrennungsmotor weist dazu einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden Ventilschaft und eine sich daran anschließende Ventilspitze sowie eine Düsennadel und einen Steuerkolben auf. Weiterhin weist das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil ein Steuerventil mit einem Betätigungsaktuator und einen Kraftstoff-Hochdruckanschluss sowie einen Kraftstoff-Niederdruckanschluss auf. Im Ventilschaft und der Ventilspitze ist ein sich entlang der Längsachse erstrecken der Aufnahmeraum vorgesehen, in dem der Steuerkolben und die Düsennadel in Längsachsrichtung hintereinander angeordnet und in Längsachsrichtung beweglich geführt sind. Die Düsennadel ist auf der der Düsenspitze zugewandten Seite des Steuerkolbens angeordnet und wirkt mit einem Dichtsitz in der Düsenspitze zusammen, wobei der Aufnahmeraum auf der der Düsenspitze abgewandten Seite des Steuerkolbens einen Schließ-Steuerraum bildet, der von einer oberen Steuerkolbenfläche begrenzt wird und der über eine erste Zulaufdrossel mit den Kraftstoff-Hochdruckanschluss und über eine erste Rücklaufdrossel mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss hydraulisch in Verbindung steht. Das erfindungsgemäße Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum auf der der Düsenspitze zugewandten Seite des Steuerkolbens einen Öffnungs-Steuerraum bildet, der von einer unteren Steuerkolbenfläche begrenzt wird und der über eine zweite Zulaufdrossel mit dem Kraftstoff-Hochdruckanschluss und über eine zweite Rücklaufdrossel mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss hydraulisch in Verbindung steht und dass das Steuerventil angeordnet ist, zum betriebsabhängigen Öffnen und Verschließen der hydraulischen Verbindung zwischen den Rücklaufdrosseln und dem Kraftstoff-Niederdruckanschlusses. Der Innendurchmesser des Aufnahmeraumes und der Außendurchmesser des Steuerkolbens sind dabei so auf einander abgestimmt, dass der Sitz des Steuerkolbens hydraulisch möglichst dicht ist und somit möglichst wenig Kraftstoff unkontrolliert vom Schließ-Steuerraum in den Öffnungs-Steuerraum oder umgekehrt fließen kann.For this purpose, the high-pressure fuel injection valve according to the invention for an internal combustion engine has a valve stem extending along a longitudinal axis and an adjoining valve tip, as well as a nozzle needle and a control piston. Furthermore, the high-pressure fuel injection valve has a control valve with an actuating actuator and a high-pressure fuel port and a low-pressure fuel port. In the valve stem and the valve tip is one extending along the longitudinal axis the receiving space provided in which the control piston and the nozzle needle in the longitudinal axis direction arranged one behind the other and are movably guided in the longitudinal axis direction. The nozzle needle is arranged on the nozzle tip side facing the control piston and cooperates with a sealing seat in the nozzle tip, wherein the receiving space on the side facing away from the nozzle tip of the control piston forms a closing control chamber, which is bounded by an upper control piston surface and via a first inlet throttle with the high-pressure fuel port and a first return throttle with the low-pressure fuel port is hydraulically in communication. The high-pressure fuel injection valve according to the invention is characterized in that the receiving space on the nozzle tip facing side of the control piston forms an opening control chamber, which is delimited by a lower control piston surface and via a second inlet throttle with the high-pressure fuel port and a second return throttle with the low-pressure fuel port hydraulically is in communication and that the control valve is arranged for operation-dependent opening and closing of the hydraulic connection between the return throttles and the low-pressure fuel port. The inner diameter of the receiving space and the outer diameter of the control piston are matched to one another that the seat of the control piston is hydraulically as tight as possible and thus as little fuel as possible uncontrolled flow from the closing control chamber into the opening control room or vice versa.

Der Hauptvorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass keine Dauerleckage auftritt, solange das Ventil nicht zum Öffnen angesteuert wird und somit der Leckage-Verluststrom insgesamt reduziert wird. Dies ermöglicht nicht nur eine kostensparende Auslegung der Hochdruckpumpe, sondern erhöht gleichzeitig den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und reduziert somit schädliche Emissionen. Die niedrigere erforderliche Förderleistung der Hochdruckpumpe ist insbesondere im Hinblick auf steigende Systemdrücke sehr positiv zu bewerten. Weitere zusätzliche Vorteile sind kleinere Totzeiten zwischen Ansteuerung und dem Einspritzvorgang, kürzere Öffnungs- und Schließzeiten der Düsennadel und eine geringere Empfindlichkeit auf Kraftstoff-Druckwellen im Nadelbereich sowie eine gezielt einstellbare Dämpfung der Düsennadelbewegung beim Öffnen und Schließen. Insgesamt ermöglicht dies eine stabilere Mehrfacheinspritzung, was sich zusätzlich positiv auf den Verbrauch und die Emissionen auswirkt.The main advantage of the invention is the fact that no permanent leakage occurs as long as the valve is not driven to open and thus the leakage leakage current is reduced overall. This not only allows a cost-saving design of the high pressure pump, but also increases the efficiency of the engine and thus reduces harmful emissions. The lower required delivery capacity of the high-pressure pump is to be evaluated very positively, in particular with regard to increasing system pressures. Other additional advantages are smaller dead times between control and the injection process, shorter opening and closing times of the nozzle needle and a lower sensitivity to fuel pressure waves in the needle area and a specifically adjustable damping of the nozzle needle movement during opening and closing. Overall, this allows a more stable multiple injection, which in addition has a positive effect on consumption and emissions.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils werden in den Unteransprüchen offenbart.Advantageous embodiments of the high-pressure fuel injection valve according to the invention are disclosed in the subclaims.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils schließt die Düsennadel unmittelbar, ohne Zwischenschaltung einer zusätzlichen Übertragungsmechanik an die untere Steuerkolbenfläche an. Dies reduziert die Anzahl der Einzelteile und den entsprechenden Monatageaufwand bei der Herstellung.In a particularly simple embodiment of the high-pressure fuel injection valve, the nozzle needle connects directly, without the interposition of an additional transmission mechanism to the lower control piston surface. This reduces the number of parts and the corresponding monthly cost of manufacture.

Schließt die Düsennadel unmittelbar an den Steuerkolben an, so ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Düsennadel im Übergangsbereich zum Steuerkolben eine kleinere Querschnittsfläche als die untere Steuerkolbenfläche aufweist. Dies reduziert die druckbeaufschlagte Steuerkolbenfläche im Öffnungs-Steuerraum gegenüber der druckbeaufschlagten Steuerkolbenfläche im Schließ-Steuerraum. Dadurch wird bei gleichem Druckniveau in Öffnungs- und Schließ-Steuerraum, also im Ruhezustand des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils, gewährleistet, dass die Schließkraft größer ist als die Öffnungskraft und somit das Ventil sicher geschlossen bleibt.Closes the nozzle needle directly to the control piston, it is also advantageous if the nozzle needle in the transition region to the control piston has a smaller cross-sectional area than the lower control piston surface. This reduces the pressurized spool area in the opening control space from the pressurized spool area in the closing control space. This ensures at the same pressure level in the opening and closing control chamber, ie in the idle state of the high-pressure fuel injection valve, that the closing force is greater than the opening force and thus the valve remains securely closed.

In einer weiteren Ausgestaltung des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Steuerkolben und die Düsennadel mechanisch starr miteinander verbunden oder gar einstückig ausgeführt sind. Dies ermöglicht eine direkte und verzögerungsfreie Hubübertragung von dem Steuerkolben auf die Düsennadel sowohl in Öffnungs- als auch in Schließrichtung der Düsennadel und vereinfacht gleichzeitig den mechanischen Aufbau der Ventileinheit.In a further embodiment of the high-pressure fuel injection valve is advantageously provided that the control piston and the nozzle needle are mechanically rigidly connected or even made in one piece. This allows a direct and delay-free stroke transmission from the control piston to the nozzle needle in both the opening and closing direction of the nozzle needle and at the same time simplifies the mechanical construction of the valve unit.

Um ein sicheres und schnelles Öffnen des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils zu gewährleisten ist es von Vorteil, wenn die erste Rücklaufdrossel einen größeren Durchflusswert aufweist als die zweite Rücklaufdrossel. Wird dann das Steuerventil so angesteuert, dass es öffnet, so baut sich der Steuerdruck im Schließ-Steuerraum schneller ab als im Öffnungs-Steuerraum. Dadurch reduziert sich die auf den Steuerkolben wirkende Schließkraft schneller als die entgegen wirkende Öffnungskraft, bis die daraus resultierende Kraft am Steuerkolben sich schließlich umkehrt und das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil öffnet, indem sie die Düsennadel aus dem Nadelsitz in der Ventilspitze hebt. Dabei gilt, je größer die Differenz der Durchflusswerte der beiden Rücklaufdrosseln, desto schneller erfolgt das Öffnen des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils, sprich die Öffnungszeit verkürzt sich.In order to ensure a safe and quick opening of the high-pressure fuel injection valve, it is advantageous if the first return throttle has a larger flow value than the second return throttle. If the control valve is then activated in such a way that it opens, the control pressure in the closing control chamber builds up faster than in the opening control chamber. As a result, the closing force acting on the control piston reduces faster than the opposing opening force until the resulting force on the control piston eventually reverses and the high-pressure fuel injection valve opens by lifting the nozzle needle from the needle seat in the valve tip. In this case, the greater the difference between the flow values of the two return throttles, the faster the opening of the high-pressure fuel injection valve, ie the opening time is shortened.

Um ein sicheres und schnelles Schließen des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils zu gewährleisten ist es von Vorteil, wenn die erste Zulaufdrossel einen größeren Durchflusswert aufweist als die zweite Zulaufdrossel. Wird dann das Steuerventil so angesteuert, dass es schließt, so baut sich der Steuerdruck im Schließ-Steuerraum schneller auf als im Öffnungs-Steuerraum, bis die daraus resultierende Kraft am Steuerkolben sich wiederum umkehrt und das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil schließt, indem sie die Düsennadel wieder in den Nadelsitz in der Ventilspitze drückt. Hier gilt analog dem Öffnungsvorgang, dass, je größer die Differenz der Durchflusswerte der beiden Zulaufdrosseln ist, desto schneller erfolgt das Schließen des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils, sprich die Schließzeit verkürzt sich.In order to ensure a safe and fast closing of the high-pressure fuel injection valve, it is advantageous if the first inlet throttle has a larger flow value than the second inlet throttle. If the control valve is then activated in such a way that it closes, the control pressure builds up faster in the closing control chamber than in the opening control chamber, until the resulting force on the control piston reverses again and the high-pressure fuel injection valve closes by closing the control valve Nozzle needle presses back into the needle seat in the valve tip. Here, analogously to the opening process, the greater the difference between the flow values of the two inlet throttles, the faster the closing of the high-pressure fuel injection valve, ie the closing time is shortened.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn zumindest eine der beiden Rücklaufdrosseln einen im Betrieb veränderbaren Durchflusswert aufweist. Durch gezielte Veränderung des Durchflusswertes einer oder beider Rücklaufdrosseln lässt sich die Differenz der Durchflusswerte der Rücklaufdrosseln und somit die Öffnungszeit des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils in Abhängigkeit vom Betriebmodus des Verbrennungsmotors einstellen. Auf diese Weise kann Einfluss genommen werden auf den Einspritzratenverlauf und somit auf den Verbrennungsvorgang.Further advantages result if at least one of the two return throttles has a variable flow during operation. By deliberately changing the flow rate of one or both return throttles, the difference between the flow values of the return throttles and thus the opening time of the high-pressure fuel injection valve can be set as a function of the operating mode of the internal combustion engine. In this way, influence can be exerted on the injection rate profile and thus on the combustion process.

In ähnlicher Weise ergeben sich Vorteile, wenn zumindest eine der beiden Zulaufdrosseln einen im Betrieb veränderbaren Durchflusswert aufweist. Auch hier lässt sich durch gezielte Veränderung des Durchflusswertes einer oder beider Zulaufdrosseln die Differenz der Durchflusswerte der Rücklaufdrosseln und somit die Schließzeit des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils in Abhängigkeit vom Betriebmodus des Verbrennungsmotors einstellen. Auch dadurch kann Einfluss genommen werden auf den Einspritzratenverlauf und somit auf den Verbrennungsvorgang.In a similar manner, there are advantages if at least one of the two inlet throttles has a variable flow rate during operation. Here, too, the difference between the flow values of the return throttles and thus the closing time of the high-pressure fuel injection valve can be achieved by targeted modification of the flow rate value of one or both inlet throttles depending on the operating mode of the internal combustion engine. This can also be influenced on the injection rate and thus on the combustion process.

Die Zusätzliche Anordnung eines Ausgleichskanals, der den Schließ-Steuerraum und der Öffnungs-Steuerraum hydraulisch miteinander verbindet, sowie die Anordnung einer Ausgleichsdrossel in diesem Kanal stellt eine weitere Möglichkeit der Gestaltung des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils dar. Der Ausgleichskanal und die Ausgleichsdrossel können sowohl im Steuerkolben als auch im Ventilschaft angeordnet sein. Durch diese Verbindung findet ein mehr oder weniger verzögerter Druckausgleich zwischen Schließ- und Öffnungs-Steuerraum statt. Dadurch kann eine mehr oder weniger starke Dämpfung der Dynamik der Öffnungs- bzw. Schließvorgänge erzielt werden. Diese Ausgleichsverbindung kann konstruktiv auch durch den Ringspalt zwischen Steuerkolben und Innenwand des Aufnahmeraums, in dem der Steuerkolben in Längsrichtung beweglich geführt gelagert ist, dargestellt werden.The additional arrangement of a compensation channel, which hydraulically connects the closing control chamber and the opening control chamber, as well as the arrangement of a compensation throttle in this channel represents another possibility of the design of the high-pressure fuel injection valve. The compensation channel and the compensation throttle can both in Control piston and be arranged in the valve stem. Through this connection takes place a more or less delayed pressure equalization between closing and opening control room. As a result, a more or less strong damping of the dynamics of the opening or closing operations can be achieved. This compensating connection can be constructively represented by the annular gap between the control piston and the inner wall of the receiving space, in which the control piston is mounted movably guided in the longitudinal direction.

Im Schließ-Steuerraum des Hochdruck-Kraftsoff-Einspritzventils kann eine als Druckfeder ausgebildete Schließfeder angeordnete sein, durch die der Steuerkolben mit einer zusätzlichen Schließkraft in Richtung auf den Nadelsitz beaufschlagt ist. Dies hat den Vorteil, dass auch im drucklosen Ruhezustand des Einspritzsystems und während des Startvorganges des Verbrennungsmotors, wenn der Systemdruck zunächst aufgebaut werden muss, das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil geschlossen gehalten wird, was einen schnelleren Druckaufbau gewährleistet.In the closing control chamber of the high-pressure fuel injection valve may be arranged as a compression spring closing spring arranged by the control piston is acted upon by an additional closing force in the direction of the needle seat. This has the advantage that even in the unpressurized idle state of the injection system and during the starting process of the internal combustion engine, when the system pressure must first be built, the high-pressure fuel injection valve is kept closed, which ensures a faster pressure build-up.

Der Betätigungsaktuator des Steuerventils kann als Elektromagnetaktuator oder als Piezoaktuator ausgebildet sein. In beiden Fällen ist eine hohe Schaltgeschwindigkeit erzielbar, die sehr kleine Einzel-Einspritzmengen und mehrere Einzeleinspritzungen während eines Verbrennungszyklus im jeweiligen Zylinder des Verbrennungsmotors ermöglicht.The actuating actuator of the control valve may be formed as Elektromagnetaktuator or as a piezoelectric actuator. In both cases, a high switching speed can be achieved, the very small single injection quantities and several individual injections during a combustion cycle in each case Cylinder of the internal combustion engine allows.

Den Kern der Erfindung zusammenfassend formuliert, weist das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil ein Steuerventil mit einem Betätigungsaktuator und einen Kraftstoff-Hochdruck-anschluss sowie einen Kraftstoff-Niederdruckanschluss auf. Im Ventilschaft und der Ventilspitze ist ein Steuerkolben und die Düsennadel in Längsachsrichtung hintereinander angeordnet und beweglich geführt. Der Aufnahmeraum des Steuerkolbens bildet mit dem Steuerkolben einen Schließ-Steuerraum, der von der oberen Steuerkolbenfläche begrenzt wird, und einen Öffnungs-Steuerraum, der von der unteren Steuerkolbenfläche begrenzt wird. Die beiden Steuerräume sind jeweils über eine Zulaufdrossel mit dem Kraftstoff-Hochdruckanschluss und jeweils über eine Rücklaufdrossel mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss hydraulisch verbunden. Das Steuerventil ist angeordnet zum betriebsabhängigen Öffnen und Verschließen des Kraftstoffrücklaufs zwischen den Rücklaufdrosseln und dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss. Die Durchflusswerte der Zulaufdrosseln und der Rücklaufdrosseln sind so gewählt, dass bei Ansteuerung des Steuerventils das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil öffnet und bei Rücknahme der Ansteuerung wieder schließt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils tritt keine Leckageverlust auf, während das Ventil nicht zum Öffnen angesteuert ist.Summarizing the essence of the invention, the high-pressure fuel injection valve has a control valve with an actuating actuator and a high pressure fuel port and a low pressure fuel port. In the valve stem and the valve tip, a control piston and the nozzle needle in the longitudinal axis direction are arranged one behind the other and movably guided. The receiving space of the control piston forms with the control piston a closing control space which is delimited by the upper control piston area, and an opening control space which is delimited by the lower control piston area. The two control chambers are each hydraulically connected via an inlet throttle to the high-pressure fuel port and in each case via a return throttle to the low-pressure fuel port. The control valve is arranged to operatively open and close the fuel return between the return orifices and the low pressure fuel port. The flow rates of the inlet throttles and the return throttles are selected such that when the control valve is actuated, the high-pressure fuel injection valve opens and closes again when the control is withdrawn. Due to the inventive design of the high-pressure fuel injection valve occurs no leakage loss, while the valve is not driven to open.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Darstellungen in der Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings in the drawing.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung eines konventionellen Einspritzventils gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2: eine vereinfachte schematische Darstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystems mit einem erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil.
Fig. 3: das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystem wie in Fig. 2 mit zusätzlichen bzw. alternativen Funktionseinheiten.
Fig. 4: ein Diagramm der Steuerdruckverläufe in Schließ- und Öffnungs-Steuerraum ,
Fig. 5: ein Einspritzraten-Diagramm zum Vergleich zwischen konventionellem und erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil.

Show it:

Fig. 1: a sectional view of a conventional injector according to the prior art.
Fig. 2: a simplified schematic representation of a high-pressure fuel injection system with a high-pressure fuel injection valve according to the invention.
Fig. 3: the high-pressure fuel injection system as in Fig. 2 with additional or alternative functional units.
Fig. 4: a diagram of the control pressure curves in closing and opening control room,
Fig. 5: an injection rate diagram for comparison between conventional and inventive high-pressure fuel injection valve.

Funktions- und Benennungsgleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Function and designation same parts are provided in the figures with the same reference numerals.

Einen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil nach dem Stand der Technik zeigt. Figur 1. In der bekannten Ausführungsform weist ein solches Einspritzventil im Wesentlichen folgende Funktionseinheiten auf:

Einen Piezoaktuator 1 mit einem Steuerventilkolben 2,
einen zylinderförmigen Ventilschaft 8 mit einem Steuerraum 6, einem Servosteuerventil 21, einem Steuerstößel 7 und einem Schließfederraum 10 und
eine Ventilspitze 12 mit Spritzlöchern 15, einem Nadelsitz 16, einer Hochdruckringkammer 18 und einer Düsennadel 13.

A high pressure fuel injector according to the prior art shows. FIG. 1 , In the known embodiment, such an injection valve essentially has the following functional units:

A piezoactuator 1 with a control valve piston 2,
a cylindrical valve stem 8 having a control chamber 6, a servo control valve 21, a control tappet 7 and a closing spring chamber 10 and
a valve tip 12 with spray holes 15, a needle seat 16, a high pressure ring chamber 18 and a nozzle needle thirteenth

Am bzw. im Kopfende des Ventilschafts 8 ist der Kraftstoff-Hochdruckanschluss 4 sowie der Kraftstoff-Niederdruckanschluss (22) und der Steuerraum 6 sowie das Servosteuerventil 21 angeordnet. Über einen Steuerzulaufkanal 3 und eine darin angeordnete Zulaufdrossel 5 steht der Steuerraum 6 mit dem Kraftstoff-Hochdruckanschluss 4 in hydraulischer Verbindung. Das Servosteuerventil 21 öffnet bzw. schließt einen Steuerrücklaufkanal 23, der den Steuerraum 6 mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss 22 hydraulisch verbindet. Zwischen Steuerraum 6 und Servosteuerventil 21 ist im Steuerrücklaufkanal 23 eine Rücklaufdrossel 20 angeordnet.At or in the top end of the valve stem 8, the high-pressure fuel port 4 and the low-pressure fuel port (22) and the control chamber 6 and the servo control valve 21 is arranged. Via a control inlet channel 3 and an inlet throttle 5 arranged therein, the control chamber 6 is in hydraulic communication with the high-pressure fuel port 4. The servo control valve 21 opens and closes a control return passage 23 which hydraulically connects the control chamber 6 to the fuel low pressure port 22. Between control chamber 6 and servo control valve 21, a return throttle 20 is arranged in the control return passage 23.

Im gegenüberliegenden Fußende des Ventilschafts 8 ist der Schließfederraum 10 angeordnet.
Der Steuerstößel 7 ist in einer längs durch den Ventilschaft 8 verlaufenden Aufnahmebohrung in Längsrichtung verschiebbar geführt angeordnet und ragt im Kopfende des Ventilschafts 8 in den Steuerraum 6 und am Fußende des Ventilschafts 8 in den Schließfederraum 10. Die Durchmesser der Aufnahmebohrung und des Steuerstößels 7 sind dabei so auf einander abgestimmt, dass der Sitz des Steuerstößels 7 hydraulisch möglichst dicht ist, um den Leckagestrom aus dem Steuerraum 6 möglichst klein zu halten.In the opposite foot of the valve stem 8, the closing spring chamber 10 is arranged.
The control plunger 7 is arranged displaceably guided in the longitudinal direction in a longitudinal direction through the valve stem 8 and protrudes in the head end of the valve stem 8 In the control chamber 6 and at the foot of the valve stem 8 in the closing spring chamber 10. The diameter of the receiving bore and the control plunger 7 are coordinated so that the seat of the control plunger 7 is hydraulically as tight as possible to the leakage current from the control chamber 6 as small as possible to keep.

Die Ventilspitze 12 ist am Fußende des Ventilschafts 8 angeordnet und schließt so den Schließfederraum 10 ab. In axialer Verlängerung zu der Aufnahmebohrung des Steuerstößels 7 ist eine Führungsbohrung für die Düsennadel 13 in der Ventilspitze 12 angeordnet, die an ihrem, dem Ventilschaft 8 abgewandten Ende in ein Sackloch 14 mündet. Im Übergang zwischen der Führungsbohrung und dem Sackloch 14 befindet sich der Nadelsitz 16 für die Nadelspitze der Düsennadel 13 und unterhalb des Nadelsitzes 16, ausgehend von dem Sackloch 14, durchdringen die Spritzlöcher 15 die Sacklochwand und stellen so eine Verbindung zwischen dem Sackloch-Innenraum und dem Außenbereich der Ventilspitze 12 her. In der Führungsbohrung ist die Düsennadel 13 angeordnet und sitzt mit ihrer Nadelspitze im Nadelsitz 16 der Ventilspitze 12.The valve tip 12 is arranged at the foot end of the valve stem 8 and thus closes off the closing spring chamber 10. In axial extension to the receiving bore of the control plunger 7, a guide bore for the nozzle needle 13 is arranged in the valve tip 12, which opens at its, the valve stem 8 opposite end into a blind hole 14. In the transition between the guide bore and the blind hole 14 is the needle seat 16 for the needle tip of the nozzle needle 13 and below the needle seat 16, starting from the blind hole 14, the injection holes 15 penetrate the blind hole wall and thus provide a connection between the blind hole interior and the Exterior of the valve tip 12 ago. In the guide bore, the nozzle needle 13 is arranged and sits with its needle tip in the needle seat 16 of the valve tip 12th

Das der Nadelspitze gegenüberliegende Ende der Düsennadel 13 ragt in den Schließfederraum 10 im Übergangsbereich zwischen Ventilspitze 12 und Ventilschaft 8 und steht dort in Berührungskontakt mit dem Steuerstößel 7. Eine als SpiralDruckfeder ausgebildete Schließfeder 11 ist im Schließfederraum 10 konzentrisch um den Steuerstößel 7 angeordnet, stütz sich am Ventilschaft 8 ab und beaufschlagt die Düsennadel 13 mit einer Druckkraft die die Nadelspitze in den Nadelsitz 16 drückt und so das Einspritzventil geschlossen hält.The needle tip opposite end of the nozzle needle 13 protrudes into the closing spring chamber 10 in the transition region between the valve tip 12 and valve stem 8 and is in touching contact with the control plunger 7. A formed as a spiral compression spring closing spring 11 is arranged in the closing spring chamber 10 concentric to the control plunger 7, supported on the valve stem 8 and acts on the nozzle needle 13 with a pressure force which presses the needle tip into the needle seat 16 and so keeps the injection valve closed.

Ungefähr in ihrer Mitte weist die Düsennadel 13 einen Durchmessersprung auf und bildet so eine Druckschulter 17 aus. In dem korrespondierenden Bereich der Führungsbohrung der Ventilspitze 12 ist eine Hochdruckringkammer 18 angeordnet, die als ringförmig um die Düsennadel 13 herum verlaufende Aussparung in der Führungsbohrung ausgebildet ist. Die Hochdruckringkammer 18 steht über einen Zulaufkanal in der Ventilspitze 12 und einem korrespondierenden Zulaufkanal 9 im Ventilschaft 8 mit dem Kraftstoff-Hochdruckanschluss in hydraulischer Verbindung. Zwischen Hochdruckringkammer 18 und dem Schließfederraum 10 sind die Durchmesser der Führungsbohrung und der Düsennadel 13 so auf einander abgestimmt, dass der Sitz der Düsennadel 13 hydraulisch möglichst dicht ist, um den Leckagestrom aus der Hochdruckringkammer 18 möglichst gering zu halten. Zwischen Hochdruckringkammer 18 und der Nadelspitze ist zwischen dem in diesem Bereich reduzierten Durchmesser der Düsennadel 13 und der Führungsbohrung ein Ringspalt ausgebildet, durch den der Kraftstoff von der Hochdruckringkammer 18 zum Sackloch 14 strömen kann.Approximately in its center, the nozzle needle 13 has a diameter jump and thus forms a pressure shoulder 17. In the corresponding region of the guide bore of the valve tip 12, a high-pressure annular chamber 18 is arranged, which is formed as a ring in the guide bore extending around the nozzle needle 13 around. The high-pressure ring chamber 18 is connected via an inlet channel in the valve tip 12 and a corresponding inlet channel 9 in the valve stem 8 with the high-pressure fuel port in hydraulic communication. Between the high-pressure annular chamber 18 and the closing spring chamber 10, the diameter of the guide bore and the nozzle needle 13 are matched to one another such that the seat of the nozzle needle 13 is hydraulically as tight as possible in order to keep the leakage flow from the high-pressure annular chamber 18 as low as possible. Between the high-pressure annular chamber 18 and the needle tip, an annular gap is formed between the reduced diameter in this area of the nozzle needle 13 and the guide bore, through which the fuel from the high-pressure ring chamber 18 to the blind hole 14 can flow.

Der Schließfederraum 10 steht über einen Rücklaufkanal 19 im Ventilschaft 8 direkt mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss 22 in hydraulischer Verbindung.The closing spring chamber 10 is connected via a return passage 19 in the valve stem 8 directly to the fuel low pressure port 22 in hydraulic communication.

Der von dem Common-Rail kommende Kraftstoffhochdruck gelangt über den Steuerzulaufkanal 3 des Ventilschafts 8 in den Steuerraum 6 und parallel dazu über einen Zulaufkanal 9 im Ventilschaft 8 und der Ventilspitze 12 in die Hochdruckringkammer 18 der Ventilspitze 12. In dem durch das Servosteuerventil 21 geschlossenen Steuerraum 6 wirkt der Druck in Schließrichtung der Düsennadel 13 auf den Steuerstößel 7, der in der Aufnahmebohrung des Ventilschafts 8 in Längsrichtung verschiebbar geführt ist und mit seinem anderen Ende im Schließfederraum 10 seinerseits, parallel zur Schließfeder 11, auf die Düsennadel 13 wirkt. Dadurch wird die Düsennadel 13 in Ihren Nadelsitz 16 an der Düsenspitze 12 gedrückt und das Einspritzventil auf diese Weise geschlossen gehalten.Coming from the common rail fuel high pressure passes through the control inlet channel 3 of the valve stem 8 in the control chamber 6 and parallel thereto via an inlet channel 9 in the valve stem 8 and the valve tip 12 in the high-pressure ring chamber 18 of the valve tip 12. In the closed by the servo control valve 21 control chamber 6, the pressure acts in the closing direction of the nozzle needle 13 on the control plunger 7, which is guided in the receiving bore of the valve stem 8 in the longitudinal direction and with its other end in the closing spring chamber 10 in turn, parallel to the closing spring 11, acts on the nozzle needle 13. As a result, the nozzle needle 13 is pressed into the needle seat 16 on the nozzle tip 12 and the injection valve is kept closed in this way.

In der Hochdruckringkammer 18 wirkt der Druck auf die Druckschulter 17 der Düsennadel 13 in Öffnungsrichtung der Düsennadel 13 entgegen der durch die Schließfeder und den Steuerstößel 7 ausgeübten Schließkraft. Bei geschlossenem Servosteuerventil 21 wirkt die resultierende Kraft, aufgrund der größeren Fläche des Steuerstößels 7 gegenüber der Druckschulter 17 der Düsennadel 13 und der zusätzlichen Kraft der Schließfeder 11, in Schließrichtung auf die Düsennadel 13 und hält diese in ihrem Nadelsitz 16 und somit das Einspritzventil geschlossen.In the high-pressure ring chamber 18, the pressure acts on the pressure shoulder 17 of the nozzle needle 13 in the opening direction of the nozzle needle 13 against the closing force exerted by the closing spring and the control plunger 7. When the servo control valve 21 is closed, the resulting force acts due to the larger area of the control tappet 7 with respect to the pressure shoulder 17 of the nozzle needle 13 and the additional force of the closing spring 11, in the closing direction on the nozzle needle 13 and keeps them in their needle seat 16 and thus the injection valve is closed.

Der Druck im Steuerraum 6 wird durch das Servosteuerventil 21, die im Steuerzulaufkanal 3 angeordnete Zulaufdrossel 5 und die im Steuerrücklaufkanal 23 angeordnete Rücklaufdrossel 20 eingestellt. Wenn nun das Servosteuerventil 21 durch den Piezoaktuator 1 geöffnet wird, strömt Kraftstoff aus dem Steuerraum 6 über die Rücklaufdrossel 20 und das Servosteuerventil 21 in den Steuerrücklaufkanal 23 in Richtung Kraftstoff-Niederdruckanschluss 22. Zulauf- und Rücklaufdrossel 5/20 sind dabei so kalibriert, dass mehr Kraftstoff in den Steuerrücklaufkanal 23 abfließt als über den Steuerzulaufkanal 3 nachströmen kann. Dadurch sinkt der Druck im Steuerraum 6 so weit ab, dass letztlich die resultierende Kraft auf die Düsennadel 13 sich umkehrt, die Düsennadel 13 aus ihrem Sitz hebt und somit das Einspritzventil öffnet.The pressure in the control chamber 6 is adjusted by the servo control valve 21, the inlet throttle 5 arranged in the control inlet channel 3 and the return throttle 20 arranged in the control return channel 23. Now, when the servo control valve 21 is opened by the piezoelectric actuator 1, fuel flows from the control chamber 6 via the return throttle 20 and the servo control valve 21 in the control return passage 23 in the direction of low-pressure fuel supply 22. Inlet and return throttle 5/20 are calibrated so that more fuel flows into the control return passage 23 than can flow in via the control inlet channel 3. As a result, the pressure in the control chamber 6 decreases so far that ultimately the resulting force on the nozzle needle 13 is reversed, the nozzle needle 13 lifts out of its seat and thus opens the injection valve.

Die Schließfeder 11 kann die Düsennadel 13 nur bis zu einem Druck von ungefähr 100bar auf ihrem Nadelsitz 16 halten und soll bei druckloser Anlage und beim Motorstart das Eindringen von Verbrennungsgasen in den Injektor verhindern. Außerdem beschleunigt diese den Schließvorgang, der durch Schließen des Servosteuerventils 21 eingeleitet wird. Der Druck im Steuerraum 6 steigt wieder bis auf den Speicherdruck des Common-Rail. Sobald die resultierende Kraft auf die Düsennadel 13 sich dabei wieder umkehrt, wird die Düsennadel 13 wieder in ihren Nadelsitz 16 gepresst und das Einspritzventil geschlossen.The closing spring 11 can hold the nozzle needle 13 only up to a pressure of about 100 bar on its needle seat 16 and should prevent the entry of combustion gases into the injector at zero pressure and engine start. In addition, this accelerates the closing operation, which is initiated by closing the servo control valve 21. The pressure in the control chamber 6 rises again up to the accumulator pressure of the common rail. As soon as the resultant force on the nozzle needle 13 is reversed again, the nozzle needle 13 is again pressed into its needle seat 16 and the injection valve is closed.

Zum Öffnen und Schließen des Einspritzventils müssen also sowohl der Steuerstößel 7 als auch die Düsennadel 13 in Längsrichtung beweglich in ihrer jeweiligen Führungsbohrung im Ventilschaft 8 und der Ventilspitze 12 gelagert sein. Dies erfordert, wenn auch nur ein sehr kleines, aber immerhin, ein gewisses Spaltmaß zwischen Steuerstößel 7 bzw. Düsennadel 13 und der jeweiligen Führungsbohrung. Über diesen Spalt findet ein permanenter Kraftstoffverlust in Richtung auf den Schließfederraum 10, also die Niederdruckseite, statt. Dieser, als Dauerleckage bezeichnete, Verluststrom fließt ständig, egal ob das Einspritzventil gerade geöffnet oder geschlossen ist und wird über den Rücklaufkanal 19 auf der Niederdruckseite abgeführt und erneut in den Kraftstoffkreislauf eingespeist.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte schematisierte Darstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystems bestehend aus dem Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100, einem Kraftstoff-Hochdruckspeicher 40, einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 50 und einem Kraftstofftank 60.To open and close the injector so both the control plunger 7 and the nozzle needle 13 must be stored in the longitudinal direction in their respective guide bore in the valve stem 8 and the valve tip 12 in the longitudinal direction. This requires, if only a very small, but at least, a certain gap between the control plunger 7 and nozzle needle thirteenth and the respective guide bore. About this gap is a permanent loss of fuel in the direction of the closing spring chamber 10, so the low-pressure side, instead. This, referred to as permanent leakage, leakage current flows constantly, no matter whether the injection valve is currently open or closed and is discharged via the return passage 19 on the low pressure side and fed again into the fuel circuit.
FIG. 2 shows a simplified schematic representation of a high-pressure fuel injection system consisting of the high-pressure fuel injection valve 100, a high-pressure fuel storage 40, a high-pressure fuel pump 50 and a fuel tank 60th

An den Kraftstoff-Hochdruckspeicher 40, der auch als "Common Rail" bezeichnet wird, sind die Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventile 100 jeweils über einen Kraftstoff-Hochdruckanschluss 4 angeschlossen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier nur ein Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil dargestellt. Weitere Anschlüsse sind durch Pfeile lediglich angedeutet. Der Kraftstoff-Hochdruckspeicher 40 wird über die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 50 mit Kraftstoff gespeist, der durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 50 aus dem Kraftstofftank 60 entnommen wird. Über eine Niederdruck-Rückführleitung 70 werden die im System entstehenden Kraftstoff-Leckageströme in den Kraftstofftank 60 zurückgeführt.To the high-pressure fuel accumulator 40, which is also referred to as "common rail", the high-pressure fuel injection valves 100 are each connected via a high-pressure fuel port 4. For the sake of clarity, only a high-pressure fuel injection valve is shown here. Other connections are indicated by arrows only. The fuel high-pressure accumulator 40 is supplied via the high-pressure fuel pump 50 with fuel, which is removed by the high-pressure fuel pump 50 from the fuel tank 60. Via a low-pressure return line 70, the resulting fuel leakage currents in the system are returned to the fuel tank 60.

Das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 selbst weist einen Ventilschaft 8, eine Ventilspitze 12 und ein Steuerventil 80 auf. Das Steuerventil 80 wird durch einen elektrisch angesteuerten Aktuator betätigt, der alternativ als Elektromagnetaktuator oder als Piezoaktuator ausgeführt sein kann.
Im Ventilschaft 8 ist ein zylindrischer Aufnahmeraum für den Steuerkolben 34 vorgesehen, der im Folgenden als Zylinderraum 30 bezeichnet wird. Der Steuerkolben 34 ist in diesem Zylinderraum 30 so eingepasst, dass er darin in Längsrichtung verschiebbar geführt gelagert ist und mit der Zylinderraumwand möglichst hydraulisch dicht abschließt.The high-pressure fuel injection valve 100 itself has a valve stem 8, a valve tip 12 and a control valve 80. The control valve 80 is actuated by an electrically actuated actuator, which may alternatively be embodied as an electromagnetic actuator or as a piezoactuator.
In the valve stem 8, a cylindrical receiving space for the control piston 34 is provided, which is referred to below as the cylinder chamber 30. The control piston 34 is fitted in this cylinder chamber 30 so that it is guided displaceably guided therein in the longitudinal direction and closes as hydraulically tight as possible with the cylinder space wall.

Der Zylinderraum 30 ist dabei in Achsrichtung länger ausgebildet als der Steuerkolben 34, so dass auf der der Düsenspitze 12 abgewandten Seite des Steuerkolbens 34 ein Schließ-Steuerraum 31 gebildet wird, der von der oberen Steuerkolbenfläche begrenzt wird. Der Schließ-Steuerraum 31 steht über eine erste Zulaufdrossel ZD1 im Schließ-Steuerraum-Zulauf 32 mit den Kraftstoff-Hochdruckanschluss 4 und über eine erste Rücklaufdrossel RD1 im Schließ-Steuerraum-Rücklauf 33 und das Steurventil 80 mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss 22 hydraulisch in Verbindung.The cylinder chamber 30 is formed longer in the axial direction than the control piston 34, so that on the side facing away from the nozzle tip 12 of the control piston 34, a closing control chamber 31 is formed, which is bounded by the upper control piston surface. The closing control chamber 31 is hydraulically connected via a first inlet throttle ZD1 in the closing control chamber inlet 32 to the high-pressure fuel port 4 and via a first return throttle RD1 in the closing control chamber return 33 and the control valve 80 to the low-pressure fuel port 22 ,

Auf der der Düsenspitze(12) zugewandten Seite des Steuerkolbens (34) wird ein Öffnungs-Steuerraum (35) gebildet, der von der unteren Steuerkolbenfläche begrenzt wird. Der Öffnungs-Steuerraum steht über einen Zulaufkanal 9 und eine zweite Zulaufdrossel (ZD2) im Öffnungs-Steuerraum-Zulauf 36 mit dem Kraftstoff-Hochdruckanschluss (4) und über eine zweite Rücklaufdrossel (RD2) im Öffnungs-Steuerraum-Rücklauf 37, den Rücklaufkanal 19 und das Steuerventil 80 mit dem Kraftstoff-Niederdruckanschluss (22) hydraulisch in Verbindung.On the nozzle tip (12) facing side of the control piston (34) an opening control chamber (35) is formed, which is bounded by the lower control piston surface. The opening control chamber is connected via an inlet channel 9 and a second inlet throttle (ZD2) in the opening control chamber inlet 36 with the high-pressure fuel port (4) and a second return throttle (RD2) in the opening-control chamber return 37, the return channel 19th and the control valve 80 hydraulically communicates with the low pressure fuel port (22).

Über den Kraftstoff-Hochdruckanschluss 4 ist das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 an den Hochdruckspeicher 40 angeschlossen. Über den Kraftstoff-Niederdruckanschluss 22 und die Niederdruck-Rückführleitung 70 steht das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 mit dem Kraftstofftank 60 in hydraulischer Verbindung.About the high-pressure fuel port 4, the high-pressure fuel injection valve 100 is connected to the high-pressure accumulator 40. Via the low-pressure fuel connection 22 and the low-pressure return line 70, the high-pressure fuel injection valve 100 is in hydraulic communication with the fuel tank 60.

Auf der der Ventilspitze 12 zugewandten Seite des Steuerkolbens 34 ist die Düsennadel 13 in einer entsprechenden Aufnahmebohrung der Ventilspitze 12 in achsialer Verlängerung des Steuerkolbens 34 angeordnet. Diese Aufnahmebohrung endet an ihrem, dem Ventilschaft 8 abgewandten Ende in ein Sackloch 14. Im Übergang zwischen der Führungsbohrung und dem Sackloch 14 befindet sich der Nadelsitz 16 für die Nadelspitze der Düsennadel 13 und unterhalb des Nadelsitzes 16, ausgehend von dem Sackloch 14, durchdringen die Spritzlöcher 15 die Sacklochwand und stellen so eine Verbindung zwischen dem Sackloch-Innenraum und dem Außenbereich der Ventilspitze 12 her. Die Düsennadel 13 sitzt mit ihrer Nadelspitze im Nadelsitz 16 der Ventilspitze 12 und ist an ihrem gegenüberliegenden Ende fest mit dem Steuerkolben gekoppelt oder kann auch einstückig mit diesem ausgebildet sein. Der Durchmesser der Düsennadel 13 ist deutlich kleiner als der Durchmesser des Steuerkolbens 34. Die druckbeaufschlagbare untere Steuerkolbenfläche wird so um die Querschnittsfläche der Düsennadel im Übergangsbereich zwischen Düsennadel 13 und Steuerkolben 34 reduziert.On the valve tip 12 facing side of the control piston 34, the nozzle needle 13 is arranged in a corresponding receiving bore of the valve tip 12 in the axial extension of the control piston 34. In the transition between the guide bore and the blind hole 14 is the needle seat 16 for the needle tip of the nozzle needle 13 and below the needle seat 16, starting from the blind hole 14, penetrate the Spray holes 15, the blind hole wall and thus provide a connection between the blind hole interior and the exterior of the valve tip 12 ago. The nozzle needle 13 is seated with its needle tip in the needle seat 16 of the valve tip 12 and is coupled at its opposite end fixed to the control piston or may also be integrally formed therewith. The diameter of the nozzle needle 13 is significantly smaller than the diameter of the control piston 34. The pressurizable lower control piston surface is thus reduced by the cross-sectional area of the nozzle needle in the transition region between the nozzle needle 13 and the control piston 34.

Zwischen der Düsennadel 13 und ihrer Aufnahmebohrung in der Ventilspitze 12 ist ein Ringspalt ausgebildet, in dem der unter Hochdruck stehende Kraftstoff vom Öffnungs-Steuerraum 35 zum Sackloch 14 strömen kann. In geschlossenem Zustand des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils 100 sitzt die Düsennadel 13 mit ihrer Nadelspitze dichtend im Nadelsitz 16 und dichtet so das Sackloch 14 gegenüber dem Ringspalt ab, so dass kein Kraftstoff über die Spritzlöcher 15 aus der Ventilspitze 12 austreten kann.Between the nozzle needle 13 and its receiving bore in the valve tip 12, an annular gap is formed, in which the high-pressure fuel from the opening control chamber 35 to the blind hole 14 can flow. In the closed state of the high-pressure fuel injection valve 100, the nozzle needle 13 sits with its needle tip sealing in the needle seat 16 and thus seals the blind hole 14 from the annular gap, so that no fuel can escape from the valve tip 12 via the injection holes 15.

Figur 3 zeigt im Prinzip den gleichen Systemaufbau eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzsystems wie Figur 2, jedoch sind hier zusätzlich die Zulaufdrosseln ZD1, ZD2 sowie die Rücklaufdrosseln RD1, RD2 durch verstellbare Drosseln ersetzt. Dies ermöglicht eine optimierende Kalibrierung der Drosseln oder sogar die Optimierung der jeweiligen Drosselverhältnisse im Betrieb im Hinblick auf unterschiedliche Betriebssituationen.
Weiterhin ist in Figur 3 im Schließ-Steuerraum 31 eine zusätzliche, als Spiraldruckfeder ausgebildete Schließferder 11 vorgesehen. Diese stellt sicher, dass das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 auch im drucklosen Zustand geschlossen gehalten wird. Dies ist vor allem in der Startphase des Verbrennungsmotors von Vorteil.
Zusätzlich weist das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils 100 in Figur 3 einen Ausgleichskanal 38 mit einer Ausgleichsdrossel ADK im Steuerkolben oder alternativ dazu, gestrichelt dargestellt, einen Ausgleichskanal 39 mit einer Ausgleichsdrossel ADS im Ventilschaft 8 auf. Beide Varianten stellen eine hydraulische Verbindung zwischen dem Schließ-Steuerraum 31 und dem Öffnungs-Steuerraum 35 her. Dies ermöglicht einen definierten Druckausgleich zwischen den beiden Steuerräumen 31, 35 und hat eine, je nach Dimensionierung der Drossel ADK, ADS, mehr oder weniger gedämpfte Dynamik der Schaltvorgange zum Ergebnis. FIG. 3 shows in principle the same system structure of a high-pressure fuel injection system as FIG. 2 , however, here additionally the inlet throttles ZD1, ZD2 as well as the return throttles RD1, RD2 are replaced by adjustable throttles. This enables an optimized calibration of the throttles or even the optimization of the respective throttling conditions during operation with regard to different operating situations.
Furthermore, in FIG. 3 in the closing control chamber 31 an additional, designed as a helical compression spring closing horse 11 is provided. This ensures that the high-pressure fuel injection valve 100 is kept closed even in the unpressurized state. This is particularly advantageous in the starting phase of the internal combustion engine.
In addition, the high-pressure fuel injection valve 100 in FIG FIG. 3 a compensation channel 38 with a compensating throttle ADK in the control piston or alternatively, shown in phantom, a compensation channel 39 with a compensating throttle ADS in the valve stem 8 on. Both variants establish a hydraulic connection between the closing control chamber 31 and the opening control chamber 35. This allows a defined pressure equalization between the two control chambers 31, 35 and has one, depending on the dimensions of the throttle ADK, ADS, more or less damped dynamics of the switching process to the result.

Im unbetätigten Ruhezustand, wenn das Steuerventil 80 geschlossen ist, steht das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers in gleicher Höhe im Schließ-Steuerraum 31 und im Öffnungs-Steuerraum 35 an. Da die druckbeaufschlagbare Fläche des Steuerkolbens 34 im Schließ-Steuerraum 31 größer ist als die druckbeaufschlagbare Fläche des Steuerkolbens 34 im Öffnung-Steuerraum 35, wirkt eine resultierende Kraft auf den Steuerkolben 34 in Schließrichtung der Düsennadel 13, die die Nadelspitze in ihren Nadelsitz 16 drückt und somit das Sackloch 14 abdichtet.In the unactuated idle state, when the control valve 80 is closed, the pressure level PR of the high-pressure accumulator is at the same level in the closing control chamber 31 and in the opening control chamber 35. Since the pressurizable surface of the control piston 34 in the closing control chamber 31 is greater than the pressurizable surface of the control piston 34 in the opening control chamber 35, a resultant force acts on the control piston 34 in the closing direction of the nozzle needle 13, which presses the needle tip into its needle seat 16 and thus the blind hole 14 seals.

Wird nun das Steuerventil 80 betätigt strömt Kraftstoff sowohl aus dem Schließ-Steuerraum 31 als auch aus dem Öffnungs-Steuerraum 35 ab und das jeweilige Druckniveau PS, PO fällt ab. Durch entsprechende Dimensionierung der Zu- und Rücklaufdrosseln ZD1, ZD2, RD1, RD2 kann nun Einfluss genommen werden sowohl auf die Geschwindigkeit des Druckabbaus als auch auf das sich einstellende Druckniveau PS, PO bei geöffnetem Steuerventil 80 im Öffnungs-Steuerraum 35 und im Schließ-Steuerraum 31. Das Druckniveau PS, PO hängt dabei ab vom Drosselverhältnis D, also von dem Verhältnis der Durchflusswerte der jeweiligen Zulaufdrossel ZD1, ZD2 zu dem der Rücklaufdrossel RD1, RD2. Je größer dieser Wert ist, sprich je größer der Durchflusswert zum Beispiel der ersten Zulaufdrossel ZD1 im Verhältnis zu dem Durchflusswert der ersten Rücklaufdrossel RD1, desto höher wird das sich einstellende Druckniveau PS im Schließsteuerraum 31 sein. Je größer wiederum der Durchflusswert der Rücklaufdrossel RD1 selbst, desto schneller wird der Druck abfallen.If the control valve 80 is actuated, fuel flows out of the closing control chamber 31 as well as out of the opening control chamber 35, and the respective pressure level PS, PO drops. By appropriate dimensioning of the supply and return throttles ZD1, ZD2, RD1, RD2 can now be influenced both on the speed of pressure reduction as well as the self-adjusting pressure level PS, PO with open control valve 80 in the opening control chamber 35 and the closing control room 31. The pressure level PS, PO depends on the throttle ratio D, ie on the ratio of the flow values of the respective inlet throttle ZD1, ZD2 to that of the return throttle RD1, RD2. The larger this value is, that is, the larger the flow value, for example, of the first inlet throttle ZD1 in relation to the flow value of the first return throttle RD1, the higher will be the pressure level PS setting in the closing control chamber 31. The larger the flow value of the return flow restrictor RD1 itself, the faster the pressure will drop.

Um nun die Düsennadel 13 mit Ihrer Spitze aus dem Nadelsitz 16 abzuheben, also den Kraftstoffzufluss in das Sackloch 14 freizugeben, um Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors einzuspritzen, muss das Druckniveau PO im Öffnungs-Steuerraum 35 um so viel gegenüber dem Druckniveau PS im Schließ-Steuerraum 31 höher liegen, dass trotz kleinerer Steuerkolbenfläche FO im Öffnungs-Steuerraum gegenüber der Steuerkolbenfläche FS im Schließ-Steuerraum, die Öffnungskraft am Steuerkolben 34 überweigt. $Kurz : (PO x FO) > (PS x FS)$

In order to lift the nozzle needle 13 with its tip from the needle seat 16, ie to release the fuel flow into the blind hole 14 to inject fuel into the combustion chamber of the engine, the pressure level PO in the opening control chamber 35 must be so much compared to the pressure level PS in the closing Control chamber 31 are higher, that in spite of smaller control piston surface FO in the opening control chamber over the control piston surface FS in the closing control chamber, the opening force on the control piston 34 overflows.

Short : (PO x FO) > (PS x FS)

Um eine sichere und schnelle Öffnung des Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils 100 zu erzielen muss das Drosselverhältnis DS der ersten Zulaufdrossel ZD1 zur ersten Rücklaufdrossel RD1, also das Druckniveau PS im Schließ-Steuerraum wesentlich kleiner sein als das Drosselverhältnis DO der zweiten Zulaufdrossel ZD2 zur zweiten Rücklaufdrossel RD2, also das Druckniveau PO im Öffnungs-Steuerraum. $Kurz : DS < < DO oder (ZD 1 / RD 1) < < (ZD 2 / RD 2)$

In order to achieve a safe and rapid opening of the high-pressure fuel injection valve 100, the throttle ratio DS of the first supply throttle ZD1 to the first return throttle RD1, so the pressure level PS in the closing control chamber must be much smaller than the throttle ratio DO of the second inlet throttle ZD2 to the second return throttle RD2, so the pressure level PO in the opening control room.

Short : DS < < DO or (ZD 1 / RD 1) < < (ZD 2 / RD 2)

Gleichzeitig sollte für einen schnellen Abfall des Druckniveaus PS im Schließ-Steuerraum 31 gegenüber dem Abfall des Druckniveaus PO im Öffnungssteuerraum 35 der Durchflusswert der ersten Rücklaufdrossel RD1 groß sein gegenüber dem Durchflusswert der zweiten Rücklaufdrossel RD2.At the same time, for a rapid drop in the pressure level PS in the closing control chamber 31 with respect to the drop in the pressure level PO in the opening control chamber 35, the flow value of the first return throttle RD1 should be large compared with the flow value of the second return throttle RD2.

Um das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 wieder schnell zu schließen, wird das Steuerventil 80 geschlossen. Nun bauen sich die Druckniveaus PO, PS in Schließ-Steuerraum 31 und Öffnungs-Steuerraum 35 wieder auf, bis sie das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers wieder erreicht haben. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Druckniveaus aufbauen hängt dabei alleine von den Durchflusswerten der Zulaufdrosseln ZD1, ZD2 ab. Je größer dabei der Durchflusswert, desto schneller steigt das Druckniveau. Um ein schnelles Schließen der Düsennadel 13 zu erzielen ist es vorteilhaft, wenn das Druckniveau PS im Schließ-Steuerraum 31 schneller steigt als das Druckniveau PO im Öffnungs-Steuerraum, also der Durchflusswert der ersten Zulaufdrossel ZD1 größer ist als der Durchflusswert der Zulaufdrossel ZD2. $Kurz : SD 1 > ZD 2$

To quickly close the high pressure fuel injector 100 again, the control valve 80 is closed. Now the pressure levels PO, PS in closing control chamber 31 and opening control chamber 35 build up again until they have reached the pressure level PR of the high-pressure accumulator again. The speed with which the pressure levels build up depends solely on the flow rates of the inlet throttles ZD1, ZD2. The larger the flow rate, the faster the pressure level rises. In order to achieve a rapid closing of the nozzle needle 13, it is advantageous if the pressure level PS in the closing control chamber 31 rises faster than the pressure level PO in the opening control chamber, ie the flow value the first inlet throttle ZD1 is greater than the flow rate of the inlet throttle ZD2.

Short : SD 1 > ZD 2

Werden, wie in Figur 3 dargestellt, im Betrieb verstellbare Drosseln eingesetzt, deren Durchflusswerte kontinuierlich oder ggf. auch nur in verschiedenen Stufen variiert werden können, so eröffnen sich weitere Möglichkeiten im Betrieb. So ist zum Beispiel bei betätigtem Steuerventil 80, durch weites Öffnen der zweiten Rücklaufdrossel RD2 und vergleichsweise kleiner Öffnung der Zulaufdrossel ZD2 und der Rücklaufdrossel RD1 ein "Spülbetrieb" möglich, bei dem das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils 100 geschlossen bleibt jedoch durch Abfließen des Kraftstoffes aus dem System zurück in den Kraftstofftank 60 der Druck im Hochdruckspeicher 40 verringert oder gar ganz abgebaut werden kann, zum Beispiel nach Abschalten des Verbrennungsmotors.Be as in FIG. 3 shown used in operation adjustable throttles whose flow values can be varied continuously or possibly only in different stages, so open up further opportunities in operation. For example, when the control valve 80 is actuated, by wide opening of the second return throttle RD2 and comparatively small opening of the inlet throttle ZD2 and the return throttle RD1 a "flushing operation" is possible, in which the high-pressure fuel injection valve 100 remains closed, however, by the fuel flowing out the system back into the fuel tank 60, the pressure in the high-pressure accumulator 40 can be reduced or even completely degraded, for example, after switching off the engine.

Mögliche Verläufe der Druckniveaus PO, PS in Bezug auf das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers 40 sind in dem Diagramm in Figur 4 dargestellt, in dem der Druck P über der Zeit t aufgetragen ist. Bis zum Zeitpunkt t1 ist das Steuerventil 80 geschlossen, beide Druckniveaus PO und PS befinden sich in gleicher Höhe wie das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers 40. Zum Zeitpunkt t1 wird nun das Steuerventil 80 geöffnet. In der Folge fallen nun die Druckniveaus PO und PS mit unterschiedlichen Gradienten ab, wobei das Druckniveau PS im Schließsteuerraum 31 steiler abfällt. Zum Zeitpunkt t2 hat sich nun jeweils ein Gleichgewicht auf unterschiedlichen Druckniveaus eingestellt. Das Druckniveau PS in Schließ-Steuerraum 31 liegt dabei wesentlich unter dem Druckniveau PO im Öffnungs-Steuerraum 35. Angenommen die Druckniveaudifferenz ist groß genug, dass die Öffnungskraft am Steuerkolben 34 die Schließkraft überwiegt, so ist nun das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 geöffnet.
Zum Zeitpunkt t3 wird nun wieder das Steuerventil 80 geschlossen. Ab diesem Zeitpunkt erhöhen sich die beiden Druckniveaus wieder mit unterschiedlichen Gradienten, so dass das Druckniveau PS im Schließ-Steuerraum wesentlich schneller ansteigt und bereits zum Zeitpunkt t4 wieder das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers erreicht. Das Druckniveau PO im Öffnungs-Steuerraum 35 steigt dagegen wesentlich langsamer, so dass die Schließkraft am Steuerkolben 34 sehr schnell wieder überwiegt und das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil 100 schließt. Erst zu dem späteren Zeitpunkt t5 ist auch im Öffnungs-Steuerraum 35 wieder das Druckniveau PR des Hochdruckspeichers 40 erreicht. Die Druckverläufe sind hier vereinfacht dargestellt und geben die überlagernden Einflüsse des durch die Spritzlöcher 15 abfließenden Kraftstoffs und der Bewegung des Steuerkolbens sowie Druckschwankungen am Hochdruckspeicher 40 nicht wieder.Possible courses of the pressure levels PO, PS with respect to the pressure level PR of the high-pressure accumulator 40 are shown in the diagram in FIG FIG. 4 represented in which the pressure P is plotted against the time t. Until the time t1, the control valve 80 is closed, both pressure levels PO and PS are in the same height as the pressure level PR of the high-pressure accumulator 40. At time t1, the control valve 80 is now opened. As a result, the pressure levels PO and PS now drop with different gradients, the pressure level PS in the closing control chamber 31 decreasing more steeply. At time t2, an equilibrium has now been established at different pressure levels. The pressure level PS in the closing control chamber 31 is substantially below the pressure level PO in the opening control chamber 35. Assuming the pressure level difference is large enough that the opening force on the control piston 34 outweighs the closing force, then the high-pressure fuel injection valve 100 is opened.
At time t3, the control valve 80 is closed again. From this point, the two pressure levels increase again with different gradients, so that the pressure level PS in the closing control chamber much faster rises and reaches the pressure level PR of the high-pressure accumulator again at time t4. The pressure level PO in the opening control chamber 35, however, increases much slower, so that the closing force on the control piston 34 outweighs very quickly and the high-pressure fuel injection valve 100 closes. Only at the later time t5 is the pressure level PR of the high-pressure accumulator 40 again reached in the opening control chamber 35. The pressure curves are shown here in simplified form and do not reflect the superimposing influences of the fuel flowing out through the injection holes 15 and the movement of the control piston as well as pressure fluctuations on the high-pressure reservoir 40.

Figur 5 zeigt, welche Vorteile ein erfindungsgemäßes Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventil gegenüber einem konventionellen Einspritzventil aufweist anhand des Einspritzratenverlaufs. Der Einspritzratenverlauf kennnzeichnet die pro Zeiteinheit in den Verbrennungsraum eingepritzte Kraftstoffmenge über die Zeit und sagt so etwas aus über Öffnungs- und Schließverhalten des Einspritzventils.
Im vorliegenden Diagramm ist die Einspritzrate über der Zeitachse aufgetragen. Der durch eine durchgehende Linie gekennzeichnete Einspritzratenverlauf EV1 entspricht dabei demjenigen eines konventionellen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils und der durch Strichlinie gekennzeichnete Einspritzratenverlauf EV2 kennzeichnet den Einspritzratenverlauf des erfindungsgemäßen Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzventils. Es ist gut zu erkennen, dass der Einspritzratenverlauf EV2 durch schnellere und exaktere Öffnungs- und Schließvorgänge gekennzeichnet ist und auch während der Öffnungszeit den Einspritzratenverlauf EV2 konstanter hält. Dies resultiert in einem zeitlich als auch mengenmäßig genaueren Eispritzvorgang und wirkt sich so sowohl auf das Leistungsverhalten als auch auf das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors aus. FIG. 5 shows which advantages a high-pressure fuel injection valve according to the invention has over a conventional injection valve on the basis of the injection rate profile. The injection rate curve identifies the quantity of fuel injected into the combustion chamber per unit of time over time and thus says something about the opening and closing behavior of the injection valve.
In the present diagram, the injection rate is plotted against the time axis. The injection rate curve EV1 denoted by a solid line corresponds to that of a conventional high-pressure fuel injection valve, and the injection rate curve EV2 denoted by dashed lines designates the injection rate profile of the high-pressure fuel injection valve according to the invention. It can be clearly seen that the injection rate curve EV2 is characterized by faster and more exact opening and closing operations and also keeps the injection rate curve EV2 more constant during the opening time. This results in an ice injection process that is more accurate both in terms of time and quantity and thus affects both the performance and the emission behavior of the internal combustion engine.

Claims

High-pressure fuel injection valve for an internal combustion engine, the high-pressure fuel injection valve at least having
- a valve shank (8), which extends along a longitudinal axis, and a valve tip (12),

- a nozzle needle (13) and a control piston (34),

- a control valve (80) with an actuator and

- a fuel high-pressure port (4) and a fuel low-pressure port (22),
wherein in the valve shank (8) and in the valve tip (12) there is provided a receiving chamber which extends along the longitudinal axis and in which the control piston (34) and the nozzle needle (13) are arranged one behind the other in the longitudinal axis direction and are guided so as to be movable in the longitudinal axis direction,
wherein the nozzle needle (13) is arranged on that side of the control piston (34) which faces toward the nozzle tip (12) and interacts with a needle seat (16) in the nozzle tip (12), wherein the receiving chamber forms, on that side of the control piston (34) which faces away from the nozzle tip (12), a closing control chamber (31) which is delimited by an upper control piston surface and which is hydraulically connected to the fuel high-pressure port (4) via a first feed throttle (ZD1) and to the low-pressure fuel port (22) via a first return throttle (RD1),
wherein the receiving chamber forms, on that side of the control chamber (34) which faces toward the nozzle tip (12), an opening control chamber (35) which is delimited by a lower control piston surface and which is hydraulically connected to the fuel high-pressure port (4) via a second feed throttle (ZD2), and
the control valve (80) is arranged for the operation-dependent opening and closing of the hydraulic connection between the first return throttle (RD1) and the fuel low-pressure port (22),
characterized in that
the opening control chamber (35) is hydraulically connected to the fuel low-pressure port (22) via a second return throttle (RD2), and in addition the control valve (80) is arranged for the operation-dependent opening and closing of the hydraulic connection between the second return throttle (RD2) and the fuel low-pressure port(22).
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the nozzle needle (13) directly adjoins the lower control piston surface of the control piston (34).
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the nozzle needle (13) has, at the transition region to the control piston (34), a smaller cross-sectional area than the lower control piston surface.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the control piston (34) and the nozzle needle (13) are mechanically rigidly connected to one another.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the first return throttle (RD1) has a greater throughflow value than the second return throttle (RD2), such that when the control valve (80) is open, the control pressure falls more quickly in the closing control chamber (31) than in the opening control chamber (35), until the resultant force on the control piston (34) opens the high-pressure fuel injection valve.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the first feed throttle (ZD1) has a greater throughflow value than the second feed throttle (ZD2), such that when the control valve (80) is closed, the control pressure builds up more quickly in the closing control chamber (31) than in the opening control chamber (35) until the resultant force on the control piston (34) closes the high-pressure fuel injection valve.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that at least one of the two return throttles (RD1/RD2) has a throughflow value which is variable during operation.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that at least one of the two feed throttles (ZD1/ZD2) has a throughflow value which is variable during operation.
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the closing control chamber (31) and the opening control chamber (35) are hydraulically connected by means of an equalization duct (38/39), wherein in the equalization duct (38/39) there is arranged an equalization throttle (ADK/ADS).
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that a closing spring (11) in the form of a pressure spring is arranged in the closing control chamber (31), by means of which closing spring the control piston (34) is acted on with an additional closing force in the direction of the needle seat (16).
High-pressure fuel injection valve according to Claim 1, characterized in that the actuator of the control valve (80) is an electromagnet actuator or a piezo actuator.