EP0688950A1

EP0688950A1 - Fuel injection system

Info

Publication number: EP0688950A1
Application number: EP95107822A
Authority: EP
Inventors: Maximilian Dr. Kronberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1995-12-27
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: US5533481A; KR960001469A; JPH0821337A; DE4421714A1; DE59503133D1; EP0688950B1; KR100377894B1

Abstract

The injection valve has a valve needle (31) to control an injection aperture (36). The needle is loaded in opening direction by fuel from the pump working chamber, and by a spring (45) in closing direction. The spring is located in a fuel-filled chamber (43), which is not under high pressure. One end of the valve needle defines a damper chamber (39), the axial wall of which forms a stop (40) to limit the valve needle movement. The damper chamber is connected via a throttle aperture to the fuel chamber. The throttle is formed by a connection (42) and an opening in a spring-loaded pressure journal (48). <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die DE-A-36 44 257 bekannten System ist als Kraftstoffeinspritzpumpe eine Verteilereinspritzpumpe vorgesehen, mit einem hin- und hergehend angetriebenen und zugleich rotierenden Pumpenkolben, der bei seiner Drehbewegung und seinem Pumpenhub jeweils eine von mehreren Einspritzleitungen, die zu je einem Kraftstoffeinspritzventil führen, mit auf Einspritzdruck gebrachtem Kraftstoff versorgt. In diesen Spritzleitungen ist jeweils ein Druckventil vorgesehen, das bei Kraftstoffhochdruckförderung durch die Kraftstoffeinspritzdüse in Förderrichtung öffnet, bei Beendigung der Einspritzung schließt und zudem ein Druckhalteventil aufweist, das geeignet ist, Druckwellen zwischen dem Druckventil und dem Kraftstoffeinspritzventil abzubauen und in diesem Bereich einen angestrebten konstanten Standdruck während der Einspritzpausen zu halten. Dies ist eine bekannte Maßnahme, die regelmäßig dazu dient, daß mit dem konstantgehaltenen Standdruck in den Einspritzpausen immer gleiche Volumina notwendig sind, um in dem Bereich zwischen Druckventil und Kraftstoffeinspritzventil die dort vorhandene Kraftstoffmenge zum Beginn der Hochdruckeinspritzung auf das notwendige Druckniveau anzuheben. Diese Kraftstoffmengen können bei unterschiedlichen Restdrücken in diesem angesprochenen Bereich sehr unterschiedlich sein, so daß die dann tatsachlich zur Einspritzung gelangende und an der Kraftstoffeinspritzpumpe zugemessene Hochdruckeinspritzmenge unterschiedlich ist und es somit zu Einspritzmengenstreuungen kommt. Dies wird regelmäßig durch das beschriebene bekannte als Gleichdruckventil bezeichnete Druckventil vermieden. Ähnliche Wirkungen können mit sogenannten Gleichraumventilen erzielt werden, die im Moment des Schließens des Schließglieds des Druckventils dem Leitungssystem zwischen Druckventil und Kraftstoffeinspritzventil eine vorgegebene Kraftstoffentlastungsmenge entziehen. Damit wird auch der Restdruck bzw. der Standdruck auf einen bestimmten Wert gebracht, der unterhalb des Einspritzdruckes liegt, so daß zwischen Kraftstoffeinspritzventil und Druckventil nach Beendigung der Hochdruckeinspritzung hin- und herlaufende Druckwellen nicht zu einem Nachspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine führen kann.The invention is based on a fuel injection system according to the preamble of claim 1. In such a system, known from DE-A-36 44 257, a distributor injection pump is provided as the fuel injection pump, with a reciprocatingly driven and at the same time rotating pump piston, each of one of a plurality of injection lines, each with its rotational movement and its pump stroke a fuel injection valve, supplied with fuel brought to injection pressure. A pressure valve is provided in each of these spray lines, which opens when the high-pressure fuel is delivered through the fuel injection nozzle in the direction of delivery, closes when the injection is ended and also has a pressure-maintaining valve that is suitable for reducing pressure waves between the pressure valve and the fuel injection valve and in this area a desired constant pressure to hold during the injection breaks. This is a known measure that regularly serves to ensure that, with the standing pressure kept constant in the injection breaks, the same volumes are always necessary in order to obtain the amount of fuel present in the area between the pressure valve and the fuel injection valve at the start of high pressure injection to the necessary pressure level. These fuel quantities can be very different at different residual pressures in this area, so that the high-pressure injection quantity that is actually injected and measured at the fuel injection pump is different, and thus there is a scatter of injection quantities. This is regularly avoided by the known pressure valve described, known as a constant pressure valve. Similar effects can be achieved with so-called constant-velocity valves, which withdraw a predetermined amount of fuel relief from the line system between the pressure valve and the fuel injection valve when the closing element of the pressure valve closes. This also brings the residual pressure or the standing pressure to a certain value, which is below the injection pressure, so that pressure waves running back and forth between the fuel injection valve and the pressure valve after the end of the high pressure injection cannot lead to a re-injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Vorteilhaft ist es ferner auch bei einer unterteilten Kraftstoffeinspritzung mit einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung pro Arbeitstakt des jeweiligen zu versorgenden Zylinders der Brennkraftmaschine ebenfalls für einen gut gesteuerten Standdruck in den Einspritzpausen zu sorgen.It is also advantageous, also in the case of a divided fuel injection with a pre-injection and a main injection per work cycle of the respective cylinder of the internal combustion engine to be supplied, to also ensure a well-controlled stand pressure in the injection breaks.

Bei einem Kraftstoffeinspritzsystem zur Einbringung von Vor- und Haupteinspritzmengen, die gemäß Gattung des Patentanspruchs mittels eines elektrisch gesteuerten Ventils gesteuert werden, ergibt sich weiterhin der Nachteil, daß beim Öffnen und Schließen des elektrisch gesteuerten Ventils erhebliche Druckstöße im Leitungssystem entstehen. Die elektrisch gesteuerten Ventile, meist Magnetventile, sind dabei so ausgelegt, daß sie auch bei hohen Drehzahlen schnell genug kurzzeitig öffnen und schließen mit hoher Stellgeschwindigkeit, um die für die Voreinspritzung auch bei hohen Drehzahlen notwendigen kleinen Kraftstoffeinspritzmengen im definierten Abstand zur Haupteinspritzung steuern zu können. Das bedingt hohe Schaltgeschwindigkeiten der elektrisch gesteuerten Ventile, was die genannten Druckstöße hervorruft. Besonders wirken sich solche Druckstöße dann bei niedrigen Drehzahlen aus und insbesondere im Bereich zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung, da hier zeitlich gesehen wenig Möglichkeit besteht, hin- und herlaufende Druckwellen zu kompensieren. Diese Druckstöße, die bezüglich ihrer Höhe zum jeweiligen Einspritzbeginn von Vor- oder Haupteinspritzung wirksam sind, beeinflussen das Öffnen bzw. Schließen des Einspritzventils. Besonders kritisch ist dabei das Öffnen des Einspritzventils, da bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen der effektive Kraftstoffeinspritzbeginn die Verbrennung in der Brennkraftmaschine steuert und maßgeblich für Leistung, Geräusch der Brennkraftmaschine und Abgasemission ist. Maßgeblich ist ferner bei Brennkraftmaschinen, die für die Versorgung von Vor- und Haupteinspritzung vorgesehen sind, die Einspritzrate und deren Verlauf bei der Voreinspritzung. Ferner soll die voreingespritzte Menge zum Beginn der Haupteinspritzung vollständig umgesetzt sein, so daß auch dem Einspritzbeginn bei der Haupteinspritzung zu diesem Zwecke eine wesentliche Bedeutung zukommt. Diese Zusammenhänge werden wesentlich von dem Öffnungsverhalten der Ventilnadel des Einspritzventils beeinflußt. Diese druckgesteuerte Ventilnadel reagiert wesentlich auf die verschiedensten Druckverhältnisse, die aufgrund der Kraftstoffhochdruckförderung einerseits und aufgrund der Steuerung dieser Kraftstoffhochdruckförderung durch elektrisch gesteuerte Ventile eintreten.In a fuel injection system for introducing pre-injection and main injection quantities, which are controlled according to the preamble of the claim by means of an electrically controlled valve, there is also the disadvantage that considerable pressure surges occur in the line system when the electrically controlled valve is opened and closed. The electrically controlled valves, mostly solenoid valves, are included designed so that they open quickly and briefly at high speeds and close at high actuating speed in order to be able to control the small fuel injection quantities required for pre-injection even at high speeds at a defined distance from the main injection. This requires high switching speeds of the electrically controlled valves, which causes the pressure surges mentioned. Such pressure surges then have a particular effect at low engine speeds and in particular in the area between the pre-injection and the main injection, since there is little time available here to compensate for back-and-forth pressure waves. These pressure surges, which are effective in terms of their height at the respective start of injection of pre-injection or main injection, influence the opening or closing of the injection valve. The opening of the injection valve is particularly critical, since in the case of self-igniting internal combustion engines, the effective start of fuel injection controls the combustion in the internal combustion engine and is decisive for the performance, noise of the internal combustion engine and exhaust gas emission. The decisive factor in internal combustion engines that are provided for the supply of pre-injection and main injection is the injection rate and its course during the pre-injection. Furthermore, the pre-injected quantity should be completely converted at the start of the main injection, so that the start of injection during the main injection is also of significant importance for this purpose. These relationships are significantly influenced by the opening behavior of the valve needle of the injection valve. This pressure-controlled valve needle reacts significantly to a wide variety of pressure conditions that occur on the one hand due to the high-pressure fuel delivery and due to the control of this high-pressure fuel delivery by means of electrically controlled valves.

Durch die WO 90/08 296 ist weiterhin ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, mit dem ausgelöst durch die Hochdruckförderung einer Kraftstoffeinspritzpumpe eine Vor- und eine Haupteinspritzung verwirklicht werden soll. Dabei ist innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils ein Ausweichkolben vorgesehen, der vom zugeführten Kraftstoffhochdruck entgegen der Kraft einer vorgespannten Feder um einen bestimmten Betrag ausgelenkt werden kann. Parallel zu diesem Ausweichkolben ist die Druckbeaufschlagung der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils vorgesehen, die durch den zugeführten Kraftstoffdruck entgegen der Kraft einer vorgespannten Ventilfeder eine Einspritzöffnung bei Einspritzbeginn freigibt. Die Ventilfeder ist zugleich auch die Rückstellfeder des Ausgleichkolbens. Somit erzielt man bei dieser bekannten Lösung und bei entsprechender Auslegung der Feder mit Beginn der Hochdruckförderung der Kraftstoffpumpe zunächst eine Einspritzung, der dann ein Ausweichen des Ausweichkolbens folgt. Diese Ausweichbewegung entzieht dem zugeführten Kraftstoff ein bestimmtes Volumen, so daß der Druck der Ventilnadel unter den Öffnungsdruck absinkt, zumal die Vorspannung der Feder durch die Bewegung des Ausweichkolbens erhöht wurde. Bis zu einer weiteren Drucksteigerung durch die weitere Förderung der Kraftstoffeinspritzpumpe bleibt die Ventilnadel dann in Schließstellung und öffnet dann die Einspritzöffnungen zur Durchführung der Haupteinspritzung. Diese Steuerung von Vor- und Haupteinspritzung ist stark von der Dynamik und den vorgegebenen bauseitigen Parametern abhängig. Es kommt häufig zu Störungen des Einspritzverlaufes. Manchmal weicht der Ausweichkolben zu spät aus, so daß die Voreinspritzmenge ungewünscht erhöht wird, manchmal beginnt die Voreinspritzung zu spät, so daß im Verhältnis zur Haupteinspritzung eine zu geringe Voreinspritzmenge eingespritzt wird, und es kann auch vorkommen, daß die Unterbrechung zwischen Vor- und Haupteinspritzung nicht ausreichend ausgeprägt ist. Das bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist ferner noch auf der Rückseite der Ventilnadel einen Dämpfungsraum auf, der über eine Drosselverbindung mit dem die Feder aufnehmenden kraftstoffgefüllten Raum verbunden ist. Dieser Raum steht unter geringem Druck, z. B. dem der Vorförderpumpe der Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. dem Rücklaufdruck. Die Drosselstelle zwischen dem Dämpfungsraum und dem kraftstoffgefülltem Raum ist dabei so ausgebildet, daß die Ventilnadel zunächst einen relativ großen Drosselquerschnitt in ihrer Ausgangs- bzw. Schließstellung freigibt, dann aber diesen Drosselquerschnitt im Laufe der Öffnungsbewegung der Ventilnadel reduziert wird, so daß ein zunehmender Dämpfungseffekt oder eine zunehmende Rückstellkraft auf die Ventilnadel wirksam wird. Die dort im Zusammenhang mit der Steuerung der Voreinspritzung ausgeführte Konstruktion soll eine exakte Trennung zwischen Vor- und Haupteinspritzung ermöglichen unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens des Ausweichkolbens, der zugleich auch das Öffnungsverhalten der Ventilnadel beeinflußt. Durch die Drosselöffnung wird die Öffnungsbewegung der Ventilnadel gebremst, so daß durch die Volumenentnahme der Ventilnadel beim Öffnen der Ventilnadel zum Beginn der Voreinspritzung keine zu große Druckabsenkungsgeschwindigkeit beim auf die Ventilnadel wirkenden Kraftstoffdruck auftritt. Dies ist besonders im Bereich der niedrigen Drehzahl wirksam, wo die Kraftstofförderrate der Kraftstoffeinspritzpumpe geringer ist und somit nicht schnell genug ein durch das Öffnen der Ventilnadel hervorgerufener Druckabfall kompensiert werden kann. Diese Maßnahme ist insbesondere auch bedeutsam für die Auslösung der Ausweichbewegung des die Unterbrechung zwischen Vor- und Haupteinspritzung erzeugenden Ausweichkolbens.A fuel injection valve is also known from WO 90/08 296, with which a pre-injection and a main injection are to be implemented when triggered by the high-pressure delivery of a fuel injection pump. In this case, an evasive piston is provided within the fuel injection valve, which can be deflected by a certain amount against the force of a prestressed spring by the supplied high fuel pressure. Parallel to this evasive piston is the pressurization of the valve needle of the fuel injection valve, which releases an injection opening at the start of injection due to the supplied fuel pressure against the force of a prestressed valve spring. The valve spring is also the return spring of the compensating piston. In this known solution and with a corresponding design of the spring, an injection is initially achieved with the start of the high-pressure delivery of the fuel pump, which is then followed by a deflection of the evasive piston. This evasive movement removes a certain volume from the fuel supplied, so that the pressure of the valve needle drops below the opening pressure, especially since the preload of the spring has been increased by the movement of the evasive piston. The valve needle then remains in the closed position until the pressure increases further due to the further delivery of the fuel injection pump, and then opens the injection openings for carrying out the main injection. This control of pre-injection and main injection is heavily dependent on the dynamics and the specified on-site parameters. The injection process is often disrupted. Sometimes the evasive piston dodges too late, so that the pre-injection quantity is undesirably increased, sometimes the pre-injection starts too late, so that the pre-injection quantity is too small in relation to the main injection, and it can also happen that the interruption between the pre-injection and the main injection not sufficiently pronounced is. The known fuel injection valve also has a damping chamber on the back of the valve needle, which is connected via a throttle connection to the fuel-filled chamber that accommodates the spring. This room is under low pressure, e.g. B. that of the pre-feed pump of the fuel injection pump or the return pressure. The throttle point between the damping space and the fuel-filled space is designed so that the valve needle initially releases a relatively large throttle cross-section in its initial or closed position, but then this throttle cross-section is reduced in the course of the opening movement of the valve needle, so that an increasing damping effect or an increasing restoring force on the valve needle becomes effective. The design carried out in connection with the control of the pilot injection is intended to enable an exact separation between the pilot and main injection taking into account the dynamic behavior of the evasive piston, which at the same time also influences the opening behavior of the valve needle. The opening movement of the valve needle is braked by the throttle opening, so that due to the volume removal of the valve needle when the valve needle opens at the beginning of the pre-injection, the pressure drop rate that occurs when the fuel pressure acting on the valve needle is too great does not occur. This is particularly effective in the low speed range, where the fuel delivery rate of the fuel injection pump is lower and therefore a pressure drop caused by the opening of the valve needle cannot be compensated for quickly enough. This measure is also particularly important for triggering the evasive movement of the evasive piston which generates the interruption between the pre-injection and the main injection.

Bei der gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe wird im Gegensatz dazu die Unterteilung zwischen Vor- und Haupteinspritzung allein durch das Magnetventil zu gezielten Zeitpunkten gesteuert. Hier treten andere, bereits eingangs beschriebene Nachteile aufgrund der schnellen Schaltbewegungen des elektrischen Steuerventils mit starken Druckstößen auf. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe diese Nachteile mit ihrer Auswirkung auf die Einspritzgenauigkeit zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.In contrast, in the generic fuel injection pump, the division between pre-injection and main injection controlled only by the solenoid valve at specific times. Other disadvantages, already described at the beginning, occur here due to the rapid switching movements of the electrical control valve with strong pressure surges. The object of the invention is to avoid these disadvantages with their effect on the injection accuracy in a generic fuel injection pump. This object is achieved by the features of the characterizing part of patent claim 1.

Advantages of the invention

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden Druckstöße, die auf die Schaltbewegungen des elektrisch gesteuerten Ventils zurückzuführen sind, und die die Dynamik der Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils beeinflussen würden, dadurch gemindert, daß die Ventilnadel zwar schnell auf eine Erhöhung des Druckes bzw. auf die Steuerung des Einspritzbeginns durch Schließen der Entlastung des Pumpenarbeitsraumes mittels des elektrisch gesteuerten Ventils anspricht, daß aber in der Folge die Bewegung der Ventilnadel in vorteilhafter Weise kontrolliert wird. Durch die zunehmende Verringerung des Q uerschnitts der Drosselöffnung bei Auslenkung der Ventilnadel wird deren Bewegung im wesentlichen unabhängig von unterschiedlichen Druckaufbaugeschwindigkeiten bzw. Druckstößen. Die Ventilnadel führt eine gleichmäßige Hubbewegung durch, die durch die Drosselöffnung bzw. durch den an dieser ausströmenden Kraftstoff gesteuert wird. Umgekehrt, wenn zur Beendigung der Voreinspritzung der Pumpenarbeitsraum über das elektrisch gesteuert Ventil schnell entlastet wird und daraus resultierenden Druckwellen zwischen Kraftstoffeinspritzpumpe und Kraftstoffeinspritzventil auftreten, wird ab Beginn der Umkehrung der Bewegung der Ventilnadel in Richtung Schließstellung infolge Hohlraumbildung im Dämpfungsraum praktisch keine Drosselung wirksam sein, so daß die erwünschte schnelle Schließbewegung der Ventilnadel erreicht wird. Im Zusammenhang mit dem schnellschaltenden elektrisch gesteuerten Ventil ergeben sich somit neue Vorteile und positive Auswirkungen auf das Steuerergebnis des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung angegeben, denen vorteilhafte Anpassungen an die Gegebenheiten des jeweiligen Einspritzsystems und dessen Dynamik möglich sind.The solution according to the invention reduces pressure surges which can be attributed to the switching movements of the electrically controlled valve and which would influence the dynamics of the valve needle of the fuel injector, in that the valve needle does quickly respond to an increase in pressure or to the control of the start of injection Closing the relief of the pump work space by means of the electrically controlled valve responds, but that the movement of the valve needle is subsequently controlled in an advantageous manner. Due to the increasing reduction in the cross section of the throttle opening when the valve needle is deflected, its movement becomes essentially independent of different pressure build-up speeds or pressure surges. The valve needle carries out a uniform stroke movement, which is controlled by the throttle opening or by the fuel flowing out of it. Conversely, if, at the end of the pre-injection, the pump work space is quickly relieved via the electrically controlled valve and the resulting pressure waves occur between the fuel injection pump and the fuel injection valve, the movement of the valve needle in the direction of the closed position starts from the beginning of the reversal due to the formation of cavities in the damping space practically no throttling be effective, so that the desired rapid closing movement of the valve needle is achieved. In connection with the fast-switching, electrically controlled valve, this results in new advantages and positive effects on the control result of the fuel injection system according to the invention. Advantageous developments of the solution according to the invention are specified in the subclaims, which can be advantageously adapted to the circumstances of the respective injection system and its dynamics.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Kraftstoffeinspritzpumpe, die von einem Magnetventil gesteuert wird, Figur 2 einen Längsschnitt durch den mittleren Teil eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kraftstoffeinspritzventils als Teil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems, Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungswesentlichen Teils des Kraftstoffeinspritzventils gemäß Figur 2 und Figur 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungswesentlichen Teils am Kraftstoffeinspritzventil.Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail in the drawing in conjunction with the following description. 1 shows a schematic diagram of a fuel injection pump that is controlled by a solenoid valve, FIG. 2 shows a longitudinal section through the middle part of a first embodiment of a fuel injection valve as part of the fuel injection system according to the invention, FIG. 3 shows a first embodiment of the part of the fuel injection valve according to the invention shown in FIG. 2 and FIG 4 shows a second exemplary embodiment of the part essential to the invention on the fuel injection valve.

description

Die erfindungsgemäße Lösung ist anhand einer Verteilereinspritzpumpe realisierbar, wie sie schematisch in der Figur 1 dargestellt ist. Es handelt sich dort um eine Verteilereinspritzpumpe der Axialkolbenhauart, wenn auch der Gegenstand der Erfindung auch bei anderen Kraftstoffeinspritzpumpen verwendbar ist, wie z. B. Verteilereinspritzpumpen der Radialkolbenpumpenbauart oder Einzelpumpen mit nur einem Pumpenkolben zur Versorgung eines einzelnen Zylinders einer Brennkraftmaschine oder Reihenpumpen. Bei der Verteilereinspritzpumpe der in Figur 1 gezeigten Art ist ein Pumpenkolben 1 vorgesehen, der in einer Zylinderbohrung 2 verschieb- und verdrehbar angeordnet ist und dort stirnseitig einen Pumpenarbeitsraum 10 einschließt. Der Pumpenkolben ist dabei mit einer Nockenscheibe 6, die axial nach unten weisende Nocken aufweist, z. B. über eine nicht weiter gezeigte Feder gekoppelt. Die Nockenscheibe wird rotierend von einer nicht weiter gezeigten Antriebswelle in bekannter Weise angetrieben, wobei die Nockenscheibe unter Einfluß der Feder auf einem bekannten axial feststehenden Rollenring abläuft und in der Folge den Pumpenkolben in eine hin- und hergehende Pumpen- und ansaugende Bewegung versetzt. Bei seiner Drehbewegung in Zuordnung zu einem Pumpenförderhub, bei dem aus dem Pumpenarbeitsraum 10 Kraftstoff unter Hochdruck verdrangt wird, kommt der Pumpenkolben mit einer von mehreren Einspritzleitungen 7 über eine Verteilernut 8 in der Mantelfläche des Pumpenkolbens in Verbindung. Die Verteilernut ist dabei über einen Längskanal 9 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum verbunden. Die Einspritzleitung fuhrt über ein Druckventil 12 zu einem Kraftstoffeinspritzventil 3, das dem jeweiligen Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist.The solution according to the invention can be implemented using a distributor injection pump, as is shown schematically in FIG. 1. It is a distributor injection pump of the axial piston type, although the subject matter of the invention can also be used in other fuel injection pumps, such as, for. B. distributor injection pumps of the radial piston pump type or single pumps with only one pump piston to supply a single cylinder Internal combustion engine or in-line pumps. In the case of the distributor injection pump of the type shown in FIG. 1, a pump piston 1 is provided, which is arranged in a cylinder bore 2 so as to be displaceable and rotatable, and there encloses a pump working space 10 on the end face. The pump piston is provided with a cam 6, which has axially downward facing cams, e.g. B. coupled via a spring, not shown. The cam disk is rotated in a known manner by a drive shaft, not shown, the cam disk running under the influence of the spring on a known axially fixed roller ring and subsequently setting the pump piston in a reciprocating pump and suction movement. During its rotational movement in association with a pump delivery stroke, in which fuel is displaced from the pump work space 10 under high pressure, the pump piston comes into connection with one of several injection lines 7 via a distributor groove 8 in the outer surface of the pump piston. The distributor groove is continuously connected to the pump work space via a longitudinal channel 9. The injection line leads via a pressure valve 12 to a fuel injection valve 3, which is assigned to the respective cylinder of an internal combustion engine.

Die Versorgung des Pumpenarbeitsraumes 10 mit Kraftstoff erfolgt über eine Saugleitung 15, die von einem Saugraum 17, der im wesentlichen nur noch gestrichelt dargestellt ist, und innerhalb des Gehäuses der Kraftstoffeinspritzpumpe eingeschlossen ist, versorgt. Der Saugraum erhält Kraftstoff von einer Kraftstofförderpumpe 18, die synchron zur Kraftstoffeinspritzpumpe, z. B. von der Antriebswelle her, angetrieben wird und somit Kraftstoff in drehzahlabhängigen Mengen in den Saugraum fördert. Mit Hilfe eines zusätzlichen Drucksteuerventils 19 wird der Druck im Saugraum üblicherweise drehzahlabhängig gesteuert, wenn mit Hilfe dieses Drucks Zusatzfunktionen der Kraftstoffeinspritzpumpe gesteuert werden sollen. Über eine Überlaufdrossel 22 fließt beständig Kraftstoff zum Vorratsbehälter 23 zurück, so daß für eine dadurch erzielte Kühlung der Einspritzpumpe bzw. Entgasung des Saugraumes gesorgt ist. Die Saugleitung 15 führt über ein Rückschlagventil 16 in den Pumpenarbeitsraum, wobei das Rückschlagventil in Richtung Pumpenarbeitsraum öffnet. Parallel zu diesem Rückschlagventil ist ein elektrisch gesteuertes Ventil 24 vorgesehen, das eine Bypassleitung 21 zum Druckventil 16 steuert und mit dessen Hilfe beim Öffnen des Ventils eine Verbindung zwischen Pumpenarbeitsraum 10 und Saugraum 17 hergestellt ist und beim Schließen des Ventils der Pumpenarbeitsraum 10 verschlossen ist. Das als Magnetventil symbolisierte elektrisch gesteuerte Ventil 24 wird von einer Steuereinrichtung 25 entsprechend Betriebsparametern in an sich bekannter Weise gesteuert.The pump working chamber 10 is supplied with fuel via a suction line 15, which is supplied by a suction chamber 17, which is essentially only shown in broken lines and is enclosed within the housing of the fuel injection pump. The suction chamber receives fuel from a fuel delivery pump 18 which is synchronous with the fuel injection pump, e.g. B. is driven by the drive shaft and thus promotes fuel in speed-dependent amounts in the suction chamber. With the help of an additional pressure control valve 19, the pressure in the suction chamber is usually controlled as a function of speed, if with the help of this Pressure additional functions of the fuel injection pump to be controlled. Fuel continuously flows back to the reservoir 23 via an overflow throttle 22, so that cooling of the injection pump or degassing of the suction chamber is ensured. The suction line 15 leads via a check valve 16 into the pump work space, the check valve opening in the direction of the pump work space. In parallel to this check valve, an electrically controlled valve 24 is provided, which controls a bypass line 21 to the pressure valve 16 and with the aid of which a connection is made between the pump work chamber 10 and the suction chamber 17 when the valve is opened and the pump work chamber 10 is closed when the valve is closed. The electrically controlled valve 24 symbolized as a solenoid valve is controlled by a control device 25 according to operating parameters in a manner known per se.

Mit Hilfe dieses elektrisch gesteuerten Ventils, das z. B. beim Saughub des Pumpenkolbens zusätzlich zum Rückschlagventil 16 Kraftstoff dem Pumpenarbeitsraum zuleitet, wird der Beginn der Hochdruckförderung des Pumpenkolbens derart gesteuert, daß mit Hilfe dieses Ventils auch der Spritzbeginn gesteuert wird. Beim Verschließen baut sich im Pumpenarbeitsraum 10 Einspritzdruck auf, der über Längskanal 9 und die Verteilernut 8 einer der Einspritzleitungen 7 zugeführt wird. Mit dem Wiederöffnen des elektrisch gesteuerten Ventils wird diese Hochdruckförderung unterbrochen, so daß die Schließzeit des Ventils den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge bestimmt. Weiterhin kann durch dieses Ventil auch eine Voreinspritzung realisiert werden, indem es zu Beginn der Voreinspritzung geschlossen, nach Zumessung der Voreinspritzmenge wieder geöffnet, nach einer Pause über den Förderbeginn der Haupteinspritzmenge wieder geschlossen und zur Beendigung der Haupteinspritzung wieder geöffnet wird.With the help of this electrically controlled valve, the z. B. during the suction stroke of the pump piston in addition to the check valve 16 supplies fuel to the pump work chamber, the start of the high-pressure delivery of the pump piston is controlled in such a way that the start of injection is also controlled with the aid of this valve. When closing, injection pressure builds up in the pump work space 10, which is supplied to one of the injection lines 7 via the longitudinal channel 9 and the distributor groove 8. When the electrically controlled valve is opened again, this high-pressure delivery is interrupted, so that the closing time of the valve determines the injection timing and the injection quantity. Furthermore, this valve can also be used for pre-injection by closing it at the start of the pre-injection, opening it again after metering in the pre-injection quantity, closing it again after a pause via the start of delivery of the main injection quantity, and opening it again to end the main injection.

In Figur 2 ist das in Figur 1 nur angedeutete Kraftstoffeinspritzventil in Teilen im Schnitt dargestellt. Im Kraftstoffventil wird über eine Zuführbohrung 27 im Gehäuse 26 des Kraftstoffeinspritzventils Kraftstoff zugeführt, der danach über einen Druckkanal 28 einem Druckraum 29 zugeführt wird. In diesen Druckraum ragt eine Ventilnadel 31 mit einer dem Druckraum zugewandten Druckschulter 32, von der sich die Ventilnadel mit verjüngtem Durchmesser fortsetzt und in eine Kegelspitze 33 übergeht, mit der in einem Ventilsitz 34 mündende Einspritzbohrungen 36 verschlossen werden, solange sich die Ventilnadel mit ihrer Kegelspitze in Anlage am Ventilsitz befindet. Die Ventilnadel ist in einer Längsbohrung 37 geführt und ragt mit ihrer Rückseite 38 in einen Dämpfungsraum 39, dessen der Rückseite 38 gegenüberliegende Begrenzungswand einen Anschlag 40 für die Ventilnadel bildet.In Figure 2, the fuel injector only indicated in Figure 1 is shown in part in section. In the fuel valve, fuel is supplied via a supply bore 27 in the housing 26 of the fuel injection valve, which is then supplied to a pressure chamber 29 via a pressure channel 28. A valve needle 31 projects into this pressure chamber with a pressure shoulder 32 facing the pressure chamber, from which the valve needle continues with a tapered diameter and merges into a cone tip 33 with which injection bores 36 opening into a valve seat 34 are closed as long as the valve needle with its cone tip is in contact with the valve seat. The valve needle is guided in a longitudinal bore 37 and projects with its rear side 38 into a damping space 39, the boundary wall of which opposite the rear side 38 forms a stop 40 for the valve needle.

Koaxial zur Achse der Ventilnadel führt aus dem Dämpfungsraum 40 eine Verbindungsöffnung 42 in ein innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils angeordneten kraftstoffgefüllten Raum 43. In diesem kraftstoffgefüllten Raum 43 ist eine Druckfeder 45 angeordnet, die sich gehausefest abstützt und andererseits an einem Federteller 46 anliegt, der durch die vorgespannte Druckfeder auf einen Druckzapfen 48 gepreßt wird, der durch die Verbindungöffnung 41 vom kraftstoffgefüllten Raum in den Dämpfungsraum 39 ragt und die Kraft der Druckfeder 45 auf die Ventilnadel 31 überträgt.Coaxial to the axis of the valve needle, a connection opening 42 leads from the damping space 40 into a fuel-filled space 43 arranged inside the fuel injection valve. In this fuel-filled space 43, a compression spring 45 is arranged, which is supported on the housing and, on the other hand, rests on a spring plate 46 which is preloaded by the spring Compression spring is pressed onto a pressure pin 48 which projects through the connection opening 41 from the fuel-filled space into the damping space 39 and transmits the force of the compression spring 45 to the valve needle 31.

Wie in den Figuren 3 und 4 größer dargestellt, weist der Druckzapfen 48 eine Ausnehmung 50 auf, die in Figur 3 in einer Ebene längs der Achse 51 der Ventilnadel einen trapezförmigen Verlauf hat. In Figur 3 ist dabei die Ventilnadel in ihrer Ausgangsstellung entsprechend verschlossenen Einspritzbohrungen gezeigt. Die Ausnehmung 50 verbindet dabei durch ihre Form den Dämpfungsraum 39 mit dem kraftstoffgefüllten Raum 43. Die Verbindungsöffnung ist in diesem Ausführungsbeispiel zudem so ausgeführt, daß sie vom kraftstoffgefüllten Raum 43 sich trichterartig verengt und somit am Übergang zum Dämpfungsraum eine Drossellippe 53 bildet, die zusammen mit der Ausnehmung 50 den Querschnitt einer Drosselöffnung 54 bildet. Für diese Ausbildung einer Drossellippe ist es günstig, wenn die Verbindungsöffnung eine Bohrung ist, diese Bohrung zwischen druckgefülltem Raum 43 und Dämpfungsraum dämpfungsraumseitig als Stufenbohrung auszuführen, so daß der Drossellippe 53 zunächst noch ein Absatz folgt und dann erst der Übergang zum Anschlag 40 erfolgt.As shown larger in FIGS. 3 and 4, the pressure pin 48 has a recess 50 which, in FIG. 3, has a trapezoidal shape in a plane along the axis 51 of the valve needle. In Figure 3, the valve needle is shown in its starting position, correspondingly closed injection bores. The recess 50 connects due to their shape, the damping space 39 with the fuel-filled space 43. In this exemplary embodiment, the connection opening is also designed such that it narrows like a funnel from the fuel-filled space 43 and thus forms a throttle lip 53 at the transition to the damping space, which together with the recess 50 forms the cross section forms a throttle opening 54. For this design of a throttle lip, it is advantageous if the connection opening is a bore, this bore between the pressure-filled space 43 and the damping space on the damping space side as a stepped bore, so that the throttle lip 53 initially follows a step and only then does the transition to the stop 40 take place.

In der gezeigten Stellung ist der Querschnitt der Drosselöffnung 54 am größen und wird dann infolge der Aufwärtsbewegung der Ventilnadel mit der die Trapezform bildenden geneigten seitlichen Begrenzungswand der Ausnehmung 50 zunehmend reduziert.In the position shown, the cross section of the throttle opening 54 is the largest and is then increasingly reduced due to the upward movement of the valve needle with the inclined lateral boundary wall of the recess 50 forming the trapezoidal shape.

Eine zweite Ausführungsform ist in Figur 4 dargestellt. Hier ist die Ausnehmung 150 zur Seite des kraftstoffgefüllten Raums 43 hin mit in einer Radialebene zur Achse 51 der Ventilnadel liegenden Begrenzungswand 56 versehen, während die zum Dämpfungsraum 39 weisende Begrenzungswand 57 der Ausnehmung im schrägen Winkel zur Achse 51 verläuft. Die Verbindungsöffnung ist wiederum als Stufenbohrung ausgeführt und hat im vorliegenden Falle keine Drossellippe. Die zum Dämpfungsraum weisende Kante 58 bildet hier zusammen mit der Ausnehmung 151 den sich mit dem Hub der Ventilnadel laufend ändernden Drosselquerschnitt.A second embodiment is shown in FIG. 4. Here, the recess 150 is provided on the side of the fuel-filled chamber 43 with a boundary wall 56 lying in a radial plane to the axis 51 of the valve needle, while the boundary wall 57 of the recess facing the damping chamber 39 runs at an oblique angle to the axis 51. The connection opening is again designed as a stepped bore and has no throttle lip in the present case. The edge 58 facing the damping space forms here, together with the recess 151, the throttle cross-section which changes continuously with the stroke of the valve needle.

Neben der in den Figuren 3 und 4 realisierten kontinuierlichen Änderung des Drosselquerschnitts kann durch entsprechende Ausgestaltung der Ausnehmung 50 bzw. 150 auch eine gestufte Reduzierung des Drosselquerschnitts erzielt werden. Wesentlich ist, daß bei Hubbeginn der Ventilnadel ein größter Querschnitt als Überströmquerschnitt zwischen Dämpfungsraum 39 und Raum 43 vorhanden ist, der über eine Entlastungsbohrung 59 entlastbar ist und auch über diese Bohrung mit unter geringem Druck stehenden Kraftstoff versorgt werden kann. Dieser Kraftstoff kann dem Rücklauf der Kraftstoffeinspritzpumpe, dem Saugraum oder einer Leckleitung entnommen werden. Leckkraftstoff tritt auch vom Druckraum 59 über die Führung der Ventilnadel in den Dämpfungsraum 39 ein, so daß dieser stets mit Kraftstoff gefüllt ist. Die anfänglich nur geringe Drosselung der Entlastung des Dämpfungsraumes 39 bewirkt grundsätzlich ein kontrolliertes Abheben der Ventilnadel bei Druckbeaufschlagung durch Einspritzdruck auf ihre Druckschulter 32, so daß es zu keinem unkontrollierten Druckabfall im Druckraum 29 kommt. Bei Weiterbewegung der Ventilnadel erhöht sich mit abnehmendem Drosselquerschnitt die Dämpfung, so daß die Ventilnadel bis Erreichen ihres Hubanschlages eine kontrollierte, gleichmäßige Öffnungsbewegung durchführt. Der Massenstrom nimmt mit der Quadratwurzel des Einspritzdruckes, also degressiv zu. Damit wird die Abhängigkeit von Druckstößen bei der Öffnungsbewegung der Ventilnadel verringert und das Einspritzergebnis in hohem Maße unabhängig von unkontrollierbaren dynamischen Hubschwankungen im Einspritzsystem, die durch schlagartige Belastung und Entlastung des Systems über das elektrisch gesteuerte Ventil entstehen. Es wird die Einspritzgenauigkeit wesentlich erhöht in Verbindung mit der Möglichkeit, Menge und Zeit der Voreinspritzung in Abhängigkeit von vielen Parametern zu steuern.In addition to the continuous change in the throttle cross section realized in FIGS Embodiment of the recess 50 and 150, a stepped reduction in the throttle cross section can be achieved. It is essential that at the beginning of the stroke of the valve needle there is a largest cross section as an overflow cross section between damping chamber 39 and chamber 43, which can be relieved via a relief bore 59 and can also be supplied with fuel under low pressure via this bore. This fuel can be taken from the return of the fuel injection pump, the suction chamber or a leak line. Leak fuel also enters the damping chamber 39 from the pressure chamber 59 via the guidance of the valve needle, so that the latter is always filled with fuel. The initially low throttling of the relief of the damping chamber 39 basically results in a controlled lifting of the valve needle when pressure is applied by injection pressure to its pressure shoulder 32, so that there is no uncontrolled pressure drop in the pressure chamber 29. As the valve needle moves further, the damping increases with a decreasing throttle cross section, so that the valve needle performs a controlled, uniform opening movement until it reaches its stroke stop. The mass flow increases with the square root of the injection pressure, i.e. degressively. This reduces the dependence on pressure surges during the opening movement of the valve needle and the injection result is largely independent of uncontrollable dynamic stroke fluctuations in the injection system, which are caused by sudden loading and unloading of the system via the electrically controlled valve. The injection accuracy is significantly increased in connection with the possibility of controlling the amount and time of the pre-injection depending on many parameters.

Wird die Änderung des Drosselquerschnitts im Laufe der Öffnungsbewegung der Ventilnadel bis zu ihrem höchsten Öffnungshub bei Erreichen eines Öffnungsanschlages derart durch geeignete Ausgestaltung der Ausnehmung am Zapfen gestaltet, daß der Drosselquerschnitt zum Öffnungshubbeginn der Ventilnadel groß, dann insbesondere zunehmend verringert wird und schließlich danach wieder vergrößert wird, so erhält man zum Ende der Einspritzphase eine schnellere Öffnungsbewegung der Ventilnadel. Diese Erhöhung der Öffnungsgeschwindigkeit der Ventilnadel bewirkt dabei eine größere Einspritzrate zum Ende der Einspritzphase hin, und dies führt insgesamt zu einer Verkürzung der Einspritzdauer. Dabei kann der Drosselquerschnitt bzw. der Verbindungsquerschnitt zwischen Dämpfungsraum und kraftstoffgefülltem Raum zum Ende des Ventilnadelhubes durchaus größer sein als der Drosselquerschnitt zu Hubbeginn der Ventilnadel. In einfacher Weise sind solche Querschnitte durch Anschliffe an dem Druckzapfen verwirklichbar, die mit den beiden Begrenzungskanten einer zylindrisch ausgebildeten Verbindungsöffnung 41 zusammenwirken.The change in the throttle cross section during the opening movement of the valve needle up to its highest opening stroke When an opening stop is reached, it is designed in such a way by a suitable design of the recess on the pin that the throttle cross section at the beginning of the opening of the valve needle is large, then in particular is increasingly reduced and finally increased again afterwards, so that at the end of the injection phase, the valve needle opens faster. This increase in the opening speed of the valve needle brings about a greater injection rate towards the end of the injection phase, and this leads to an overall reduction in the injection duration. The throttle cross-section or the connection cross-section between the damping space and the fuel-filled space at the end of the valve needle stroke can be larger than the throttle cross-section at the beginning of the stroke of the valve needle. Such cross sections can be realized in a simple manner by means of bevels on the pressure pin, which cooperate with the two boundary edges of a cylindrical connecting opening 41.

Die Schließbewegung der Ventilnadel ist wegen des sich schnell vergrößernden Drosselquerschnitts und dem Wegfall der Dämpfungswirkung des Dämpfungsraumes 39 kaum behindert, so daß die Ventilnadel nach Spritzende schnell schließt und die Voreinspritzperiode bzw. die Haupteinspritzung exakt beendet werden.The closing movement of the valve needle is hardly hindered because of the rapidly increasing throttle cross section and the loss of the damping effect of the damping chamber 39, so that the valve needle closes quickly after the end of the injection and the pre-injection period or the main injection is ended exactly.

Claims

Fuel injection system with a fuel injection pump with a pump work chamber (10) and a fuel injection valve (13) supplied from the pump work chamber with fuel brought to the injection pressure, and with an electrically controlled valve (24) via which the pump work chamber (10) of the fuel injection pump for controlling the injection quantity and Injection duration and for interrupting the injection between the pre-injection and the main injection is connected or closed with a relief chamber (17), characterized in that the injection valve (13) has a valve needle (31) for controlling at least one injection opening (36) Opening direction is acted upon by the fuel supplied from the pump working space (10) and is loaded in the closing direction by a spring (45) which is arranged in a fuel-filled space (43) which is relieved of high pressure and the valve needle (31) on the injection opening (36). opposite side one Damping space (39) limited, the axial boundary wall forms a stop (40) for limiting the stroke movement of the valve needle (31) and via a throttle opening (54) is connected to the fuel-filled space (43), the throttle opening through a connecting opening (42) between the damping space and the fuel-filled space and a recess (50) on a protruding through this connecting opening into the fuel-filled space and moved by the valve needle the spring-loaded pressure pin (48) is formed, the cross-section of the throttle opening (54) being large in the opening direction at the start of the stroke of the valve needle being large due to the recess moved together with the pressure pin and being reduced in the course of the stroke movement of the valve needle.

Fuel injection system according to Claim 1, characterized in that the cross section of the throttle opening is increased again after a stroke phase with a reduced cross section at the end of the stroke movement of the valve needle.