WO2002055872A1 - Fuel injection system - Google Patents

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WO2002055872A1
WO2002055872A1 PCT/DE2001/004800 DE0104800W WO02055872A1 WO 2002055872 A1 WO2002055872 A1 WO 2002055872A1 DE 0104800 W DE0104800 W DE 0104800W WO 02055872 A1 WO02055872 A1 WO 02055872A1
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fuel
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pressure
fuel injection
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PCT/DE2001/004800
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Inventor
Hans-Christoph Magel
Bernd Mahr
Martin Kropp
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection device according to the preamble of patent claim 1.
  • the fuel injection device is designed to be pressure-controlled.
  • a pressure-controlled fuel injection device is understood to mean that a valve member is moved against the action of a closing force (spring) by the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber of an injector, so that the injection opening is released for an injection of fuel from the nozzle chamber into the cylinder becomes.
  • the pressure with which fuel emerges from the nozzle chamber into a cylinder of an internal combustion engine is referred to as the injection pressure, while a system pressure is understood to mean the pressure under which fuel is available or is stored within the fuel injection device.
  • Fuel metering means providing a defined amount of fuel for injection.
  • Leakage is an amount of fuel that is generated during operation of the fuel injector (e.g. a guide leak), is not used for injection and is returned to the fuel tank.
  • the pressure level of this leakage can have a standing pressure, the fuel then being expanded to the pressure level of the fuel tank.
  • the injection pressure can be adapted to the load and speed.
  • a pre-injection is often carried out here to reduce noise.
  • Pressure-controlled injection is known to be cheap for reducing emissions.
  • Fuel injection system does not require a common pressure storage space or pressure control.
  • Fuel pump, preferably a cam pump, and control valves can be combined into a pre-assembled and tested unit. This further reduces the cost of the fuel injector.
  • Metering valves can be controlled with magnetic actuators or piezo actuators. Pressure-balanced valves with piezo actuators are preferably used.
  • An optional servo control of the valves is an advantage.
  • a simple nozzle, a two-spring nozzle holder or a rate-shaping nozzle can be used as the nozzle.
  • a vario or a vario register nozzle can also be used. This leads to an improved adaptation of the injection process to the requirements of the engine.
  • Fig. 2 shows a second pressure-controlled fuel injection device.
  • a pressure-controlled fuel injection device 1 shown in FIG. 1, the high-pressure generation takes place via a Cam pump 2, the delivery stroke of which is synchronized with the injection window of the engine.
  • the compressed fuel is then metered into the injection nozzles 4 through valves 3.
  • FIG. 1 only an injection nozzle 4 and a valve 3 are shown.
  • Each injection nozzle 4 per cylinder is assigned a metering valve.
  • a high-pressure line 5 connects the 3/2-way valve 3 and the injection nozzle 4.
  • the injection is pressure-controlled, similar to that in distributor injection systems.
  • a nozzle needle 6 opens at a certain pressure prevailing in the nozzle chamber 7 against the spring force of a spring 8.
  • the spring chamber 9 of the injection nozzle 4 is connected to the leakage line 10.
  • the metering is carried out using the 3/2-way valve 3.
  • the valve 3 When the valve 3 is not energized, the nozzle chamber 7 of the injection nozzle 4 is connected to a leakage line 11 and, when the valve 3 is energized, to the cam pump 2.
  • the valves 3 can be integrated in the cam pump 2.
  • the cam pump 2 delivers fuel and builds up pressure.
  • the fuel is only passed on to the injection nozzle 4 and injected by opening the valve 3.
  • the injection is controlled electronically via the valves 3.
  • the pressure line 5 can be relieved via the leakage line 11.
  • an overpressure valve 12 is provided.
  • a spray adjuster such as is used in distributor injection systems, is advantageous in order to facilitate the synchronization of cam stroke and injection duration.
  • the pressure at the start of the injection can be influenced by a time offset between the start of delivery of the pump stroke and the start of injection. Possibly. a smaller compensation space must be provided between the pump and valves. A variable injection pressure can thus be achieved in the map.
  • Cam pump 2, pressure relief valve 12 and metering valve 3 are to be understood as a preassembled unit 13.
  • the fuel injection device 1 consists of the units 1 3 and 4. The division into modules can be implemented differently in other embodiments.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a fuel injection device 14 in which the metering is controlled with a 2/2 valve 15.
  • the necessary relief of the high pressure line 5 and the injector 4 after the injection takes place via Diverter throttles 16.
  • these can be mounted differently on the injection nozzle or on the metering valve 15.

Abstract

The invention relates to a pressure controlled fuel injection system (1) comprising a fuel injector (4) per cylinder, a fuel pump (2) for conveying fuel to a fuel injector (4) and a measuring valve (3) for controlling the fuel injector (4). A common fuel pump (2) is joined directly to the fuel injector (4) via a measuring valve (3).

Description

Kraf stoffeinspritzeinrichtung Fuel injection device
B E S C H R E I B U N GDESCRIPTION
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injection device according to the preamble of patent claim 1.
Zum besseren Verständnis der Beschreibung und der Patentansprüche werden nachfolgend einige Begriffe erläutert: Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der Erfindung ist druckgesteuert ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung wird unter einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung verstanden, dass durch den im Düsenraum eines Injektors herrschenden Kraftstoff druck ein Ventilglied gegen die Wirkung einer Schließkraft (Feder) bewegt wird, so dass die Einspritzöffnung für eine Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Düsenraum in den Zylinder freigegeben wird. Der Druck, mit dem Kraftstoff aus dem Düsenraum in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine austritt, wird als Einspritzdruck bezeichnet, während unter einem Svstemdruck der Druck verstanden wird, unter dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verfügung steht bzw. bevorratet ist. Kraftstoffzumessung bedeutet, eine definierte Kraftstoffmenge zur Einspritzung bereitzustellen. Unter Leckage ist eine Menge an Kraftstoff zu verstehen, die beim Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtung entsteht (z.B. eine Führungsleckage), nicht zur Einspritzung verwendet und zum Kraftstofftank zurückgefördert wird. Das Druckniveau dieser Leckage kann einen Standdruck aufweisen, wobei der Kraftstoff anschließend auf das Druckniveau des Kraftstofftanks entspannt wird.For a better understanding of the description and the patent claims, some terms are explained below: The fuel injection device according to the invention is designed to be pressure-controlled. In the context of the invention, a pressure-controlled fuel injection device is understood to mean that a valve member is moved against the action of a closing force (spring) by the fuel pressure prevailing in the nozzle chamber of an injector, so that the injection opening is released for an injection of fuel from the nozzle chamber into the cylinder becomes. The pressure with which fuel emerges from the nozzle chamber into a cylinder of an internal combustion engine is referred to as the injection pressure, while a system pressure is understood to mean the pressure under which fuel is available or is stored within the fuel injection device. Fuel metering means providing a defined amount of fuel for injection. Leakage is an amount of fuel that is generated during operation of the fuel injector (e.g. a guide leak), is not used for injection and is returned to the fuel tank. The pressure level of this leakage can have a standing pressure, the fuel then being expanded to the pressure level of the fuel tank.
Bei Common Rail Systemen kann der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepaßt werden. Zur Geräuschminderung wird hier oft eine Voreinspritzung durchgeführt. Zur Reduzierung von Emissionen ist eine druckgesteuerte Einspritzung bekanntermaßen günstig. Vorteile der ErfindungWith common rail systems, the injection pressure can be adapted to the load and speed. A pre-injection is often carried out here to reduce noise. Pressure-controlled injection is known to be cheap for reducing emissions. Advantages of the invention
Zur Kostenersparnis bei der Fertigung einer druckgesteuerten Kraftstoffeinrichtung insbesondere für kleine Motoren wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäßeTo save costs in the manufacture of a pressure-controlled fuel device, in particular for small engines, a fuel injection device according to claim 1 is proposed. The invention
Kraftstoffeinspritzeinrichtung benötigt keinen gemeinsamen Druckspeicherraum und auch keine Druckregelung. Kraftstoffpumpe, vorzugsweise eine Nockenpumpe, und Steuerventile können zu einer vormontierten und geprüften Einheit zusammengefasst werden. Hierdurch lassen sich die Kosten der Kraftstoffeinspritzeinrichtung weiter reduzieren. Zumeßventile können mit Magnetaktoren oder Piezostellern angesteuert werden. Vorzugsweise werden druckausgeglichene Ventile mit Piezoaktoren eingesetzt. Eine optionale Servoansteuerung der Ventile ist von Vorteil. Als Düse kann eine einfache Düse, ein Zwei-Feder-Düsenhalter oder eine Rate-shaping-Nozzle verwendet werden. Ebenso kann auch eine Vario- bzw. eine Vario-Register-Düse verwendet werden. Dies führt zu einer verbesserten Anpassung des Einspritzverlaufs an die Erfordernisse des Motors.Fuel injection system does not require a common pressure storage space or pressure control. Fuel pump, preferably a cam pump, and control valves can be combined into a pre-assembled and tested unit. This further reduces the cost of the fuel injector. Metering valves can be controlled with magnetic actuators or piezo actuators. Pressure-balanced valves with piezo actuators are preferably used. An optional servo control of the valves is an advantage. A simple nozzle, a two-spring nozzle holder or a rate-shaping nozzle can be used as the nozzle. A vario or a vario register nozzle can also be used. This leads to an improved adaptation of the injection process to the requirements of the engine.
Zeichnungdrawing
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:Two exemplary embodiments of the fuel injection device according to the invention are shown in the schematic drawing and are explained in the description below. Show it:
Fig. 1 eine druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung;1 shows a pressure-controlled fuel injection device;
Fig. 2 eine zweite druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung.Fig. 2 shows a second pressure-controlled fuel injection device.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer druckgesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 erfolgt die Hochdruckerzeugung über eine Nockenpumpe 2, deren Förderhub mit dem Einspritzfenster des Motors synchronisiert ist. Der verdichtete Kraftstoff wird dann durch Ventile 3 den Einspritzdüsen 4 zugemessen. In der Figur 1 ist lediglich eine Einspritzdüse 4 und ein Ventil 3 gezeigt. Jeder Einspritzdüse 4 pro Zylinder ist ein Zumeßventil zugeordnet. Eine Hochdruckleitung 5 verbindet das 3/2-Wege-Ventil 3 und die Einspritzdüse 4. Die Einspritzung erfolgt druckgesteuert ähnlich wie bei Verteilereinspritzsystemen. Dabei öffnet eine Düsennadel 6 bei einem bestimmten im Düsenraum 7 herrschenden Druck gegen die Federkraft einer Feder 8. Der Federraum 9 der Einspritzdüse 4 ist mit der Leckageleitung 10 verbunden. Die Zumessung wird mit Hilfe des 3/2-Wege-Ventils 3 durchgeführt. Bei unbestromtem Ventil 3 ist der Düsenraum 7 der Einspritzdüse 4 mit einer Leckageleitung 1 1 und bei bestromtem Ventil 3 mit der Nockenpumpe 2 verbunden. Die Ventile 3 können in die Nockenpumpe 2 integriert sein. Mit Beginn des Nockenhubs fördert die Nockenpumpe 2 Kraftstoff und baut Druck auf. Der Kraftstoff wird jedoch erst durch das Öffnen des Ventils 3 an die Einspritzdüse 4 weitergeleitet und eingespritzt. Die Einspritzung wird elektronisch über die Ventile 3 gesteuert. Eine Entlastung der Druckleitung 5 kann über die Leckageleitung 1 1 erfolgen. Um eine Beschädigung bei geschlossenem Ventil 3 zu vermeiden, ist ein Überduckventil 12 vorgesehen. Ein Spritzversteller, wie er in Verteilereinspritzsystemen eingesetzt wird, ist vorteilhaft, um die Synchronisation von Nockenhub und Einspritzdauer zu erleichtern. Durch einen zeitlichen Versatz von Förderbeginn des Pumpenhubs und Einspritzbeginn kann der Druck zu Beginn der Einspritzung beeinflußt werden. Evtl. ist dazu ein kleinerer Ausgleichsraum zwischen Pumpe und Ventilen vorzusehen. Damit kann ein variabler Einspritzdruck im Kennfeld erreicht werden. Nockenpumpe 2, Überdruckventil 12 und Zumeßventil 3 sind als vormontierte Einheit 13 zu verstehen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 1 besteht aus den Einheiten 1 3 und 4. Die Aufteilung in Module kann bei anderen Ausführungsformen anders realisiert sein.In the first exemplary embodiment of a pressure-controlled fuel injection device 1 shown in FIG. 1, the high-pressure generation takes place via a Cam pump 2, the delivery stroke of which is synchronized with the injection window of the engine. The compressed fuel is then metered into the injection nozzles 4 through valves 3. In FIG. 1, only an injection nozzle 4 and a valve 3 are shown. Each injection nozzle 4 per cylinder is assigned a metering valve. A high-pressure line 5 connects the 3/2-way valve 3 and the injection nozzle 4. The injection is pressure-controlled, similar to that in distributor injection systems. A nozzle needle 6 opens at a certain pressure prevailing in the nozzle chamber 7 against the spring force of a spring 8. The spring chamber 9 of the injection nozzle 4 is connected to the leakage line 10. The metering is carried out using the 3/2-way valve 3. When the valve 3 is not energized, the nozzle chamber 7 of the injection nozzle 4 is connected to a leakage line 11 and, when the valve 3 is energized, to the cam pump 2. The valves 3 can be integrated in the cam pump 2. At the beginning of the cam lift, the cam pump 2 delivers fuel and builds up pressure. However, the fuel is only passed on to the injection nozzle 4 and injected by opening the valve 3. The injection is controlled electronically via the valves 3. The pressure line 5 can be relieved via the leakage line 11. In order to avoid damage when the valve 3 is closed, an overpressure valve 12 is provided. A spray adjuster, such as is used in distributor injection systems, is advantageous in order to facilitate the synchronization of cam stroke and injection duration. The pressure at the start of the injection can be influenced by a time offset between the start of delivery of the pump stroke and the start of injection. Possibly. a smaller compensation space must be provided between the pump and valves. A variable injection pressure can thus be achieved in the map. Cam pump 2, pressure relief valve 12 and metering valve 3 are to be understood as a preassembled unit 13. The fuel injection device 1 consists of the units 1 3 and 4. The division into modules can be implemented differently in other embodiments.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 14, bei der die Zumessung mit einem 2/2-Ventil 15 gesteuert wird. Die notwendige Entlastung der Hochdruckleitung 5 und der Einspritzdüse 4 nach der Einspritzung erfolgt über Absteuerdrosseln 16. Diese können abweichend von der Fig. 2 unterschiedlich an der Einspritzdüse oder am Zumeßventil 15 angebracht werden. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a fuel injection device 14 in which the metering is controlled with a 2/2 valve 15. The necessary relief of the high pressure line 5 and the injector 4 after the injection takes place via Diverter throttles 16. In contrast to FIG. 2, these can be mounted differently on the injection nozzle or on the metering valve 15.

Claims

PAT E NT AN S PRÜ C H E PAT E NT AN S SPÜ CHE
1. Druckgesteuerte Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit jeweils einer Einspritzdüse (4) pro Zylinder, mit einer Kraftstoffpumpe (2) zur Förderung von Kraftstoff zur Einspritzdüse (4) und mit jeweils einem Zumeßventil (3) zur Ansteuerung einer1. Pressure-controlled fuel injection device, each with an injection nozzle (4) per cylinder, with a fuel pump (2) for delivering fuel to the injection nozzle (4) and each with a metering valve (3) for controlling one
Einspritzdüse (4), gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Kraftstoffpumpe (2) über ein Zumeßventil (3) direkt mit der Einspritzdüse (4) verbunden ist.Injection nozzle (4), characterized in that a common fuel pump (2) is connected directly to the injection nozzle (4) via a metering valve (3).
2. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zumeßventil (3) ein 2/2-Wege-Venti! ist.2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the metering valve (3) is a 2/2-way valve! is.
3. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zumeßventil (3) mit der Kraftstoffpumpe (2) zu einer, vormontierten Einheit (13) zusam engefasst ist.3. Fuel injection device according to claim 1 or 2, characterized in that the metering valve (3) with the fuel pump (2) to a pre-assembled unit (13) is summarized together.
4. Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (2) durch eine Nockenpumpe ausgebildet ist. 4. Fuel injection device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the fuel pump (2) is formed by a cam pump.
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