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EP1558843A1 - Fuel injection system for internal combustion engines - Google Patents

Fuel injection system for internal combustion engines

Info

Publication number
EP1558843A1
EP1558843A1 EP03809690A EP03809690A EP1558843A1 EP 1558843 A1 EP1558843 A1 EP 1558843A1 EP 03809690 A EP03809690 A EP 03809690A EP 03809690 A EP03809690 A EP 03809690A EP 1558843 A1 EP1558843 A1 EP 1558843A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
fuel
chamber
fuel injection
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03809690A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1558843B1 (en
Inventor
Hans-Christoph Magel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1558843A1 publication Critical patent/EP1558843A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1558843B1 publication Critical patent/EP1558843B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F02M57/026—Construction details of pressure amplifiers, e.g. fuel passages or check valves arranged in the intensifier piston or head, particular diameter relationships, stop members, arrangement of ports or conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/105—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive hydraulic drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other 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
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • the common rail injection system is used to inject fuel into direct-injection internal combustion engines.
  • pressure generation and injection are decoupled from one another in time and place.
  • a separate high-pressure pump generates the injection pressure in a central high-pressure fuel reservoir.
  • the start of injection and the injection quantity are determined by the triggering time and duration of, for example, electrically operated injectors, which are connected to the high-pressure fuel reservoir via fuel lines.
  • the injection pressure is adapted to the load and speed.
  • the fuel injection is carried out with the greatest possible injection pressure.
  • a high injection pressure has e.g. B. the advantages of reduced pollutant emissions, reduced fuel consumption and high specific performance.
  • the maximum injection pressures in common rail systems are limited to approx.
  • a pressure booster in the injector can be used to further increase the injection pressure.
  • the pressure intensifier converts a primary pressure made available by the pressure accumulator into the desired high injection pressure by means of a hydraulic transmission.
  • a fuel injection device for pulp engines in which the injection valves have a pressure booster to increase the injection pressure up to 2000 bar.
  • the fuel pressure in an injection pressure chamber increases to a multiple of the high pressure applied.
  • the pressure in the injection pressure chamber drops due to the resetting of the Intensifier piston. This opens a check valve so that fuel can flow into the injection pressure chamber with the high pressure applied (refill).
  • the integration of such a check valve in a fuel injection device means a considerable manufacturing outlay. It is difficult to accommodate the check valve in the existing installation space.
  • the fuel injection device according to the invention avoids the disadvantages occurring in the prior art and makes it possible to ensure that the pressure booster is refilled with a reduced manufacturing outlay. It is advantageously no longer necessary to accommodate a check valve for this purpose in the fuel injection device according to the invention.
  • a fuel injection device for internal combustion engines with a fuel injection nozzle which can be supplied with fuel by a high-pressure fuel source and which has a movable nozzle piston for opening and closing injection openings, an injection nozzle high-pressure chamber and an injection nozzle control chamber, with between the fuel injection nozzle and the Ki-aftstoff high-pressure source is connected to a pressure booster device which has a movable pressure booster piston, a pressure booster work chamber and a high pressure booster chamber, one open when the fuel injector is closed to fill the pressure booster high pressure chamber Filling connection is closed when the fuel injector is open.
  • the closing of the filling connection which is open when infested is coupled to the movement of the nozzle piston in the opening direction in order to release the injection openings.
  • the filler connection is closed by the nozzle piston when the fuel injection nozzle is open.
  • a pressure change in a pressure booster control chamber contained in the pressure booster device and / or in the pressure booster work chamber preferably causes a pressure change in the pressure booster high-pressure chamber.
  • the pressure intensifier Koiben compresses the fuel in the pressure intensifier high-pressure chamber to an injection high pressure which is higher than the high-pressure fuel in the high-pressure fuel source.
  • the opening and closing of the injection openings can be controlled via a control valve. It is preferably a 3/2 valve.
  • the control valve can e.g. B. in a pressure-controlled fuel injector, the opening and closing of the injection openings by activating the pressure booster device.
  • FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when resetting
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention during injection
  • Figure 3 shows a fuel injection device according to the invention in a coaxial design
  • Figure 4 shows another embodiment of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when infected.
  • FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention, which is in the idle state or when resetting.
  • the system comprises a high-pressure fuel source 1, for example a pressure accumulator (common rail), which stores fuel compressed to up to 1600 bar by a high-pressure pump. From the high-pressure fuel source 1, the fuel is conducted via a high-pressure line 27 to the injectors, each of which contains a control valve 14, a pressure booster device 7 and a fuel injection nozzle 2.
  • a high-pressure fuel source 1 for example a pressure accumulator (common rail), which stores fuel compressed to up to 1600 bar by a high-pressure pump.
  • the fuel is conducted via a high-pressure line 27 to the injectors, each of which contains a control valve 14, a pressure booster device 7 and a fuel injection nozzle 2.
  • the control valve 14 is a 3/2 valve in this preferred embodiment of the present invention.
  • the control valve 14 is in a first switch position 15, in which the high-pressure line 27 to a pressure intensifier control chamber 12 of the pressure intensification device 7 is open and a low-pressure line 17 leading to a low-pressure system, not shown, is closed.
  • the control valve 14 closes the connection between the high pressure line 27 and the pressure booster control chamber 12 and establishes a connection between the pressure booster control chamber 12 and the low pressure line 17.
  • the control valve 14 may e.g. B. Piezo or a solenoid valve.
  • control valve 14 can be designed as a directly controlled valve or as a servo valve.
  • the pressure booster device 7 contains a pressure booster piston 8 which is resiliently mounted by means of a return spring 13.
  • the pressure intensifier piston 8 separates a pressure intensifier high pressure chamber 9 from a pressure intensifier work chamber 11, which is connected to the fuel high pressure source via the high pressure line 27.
  • the return spring 13 used to mount the pressure intensifier piston 8 is arranged in the pressure intensifier control chamber 12.
  • the pressure booster piston 8 can be divided into two areas, a first (larger diameter) pressure booster piston section 18 and a second (smaller diameter) pressure booster piston section 19.
  • the two pressure booster piston sections 18, 19 are separate components, but can also be firmly connected to one another or be designed as a single component.
  • the housing 28 of the pressure booster device 7 has a step-shaped taper.
  • One area is the pressure intensifier work space 11 connected to the high-pressure fuel source 1 via the high-pressure line 27, the second The area has the above-mentioned step-shaped taper into which the second pressure booster piston section 19 protrudes.
  • the tapered region is delimited in a liquid-tight manner from the rest of the second region, so that a pressure intensifier control chamber 12 and a pressure intensifier high-pressure chamber 9 are formed.
  • the pressure intensifier work chamber 11 is connected to the high-pressure fuel source 1 via the high-pressure line 27.
  • the pressure intensifier control chamber 12 can be connected via the control valve 14 either to the high-pressure fuel source 1 (first switching position 15) or to the low-pressure line 17 (second switching position 16).
  • the pressure intensifier high-pressure chamber 9 is connected via an injection high-pressure line 29 to an injector high-pressure chamber 21 of the fuel injector 2 and can be connected to an injector control chamber 20 contained in the fuel injector 2 via a filler connection 10.
  • the filling connection 10 is arranged between the pressure intensifier high pressure chamber 9 and the injection nozzle control chamber 20.
  • the filling connection 10 preferably contains a throttle 23.
  • the fuel injection nozzle 2 comprises a nozzle piston 3 and projects with its injection openings 6 into the combustion chamber 25 of a cylinder of an internal combustion engine.
  • the nozzle piston 3 can be divided into two areas, the upper (larger diameter) nozzle piston section 4 and the (smaller diameter) nozzle needle 5, the upper nozzle piston section 4 passing into the nozzle needle 5 via a pressure shoulder 30.
  • the nozzle piston 3 is surrounded by the injection nozzle high-pressure chamber 21.
  • the control valve 14 In the idle state (FIG. 1), the control valve 14 is not activated (first switching position 15) and there is no injection.
  • the high pressure booster chamber 9 is connected to the high pressure fuel source 1 via the control valve 14 (in a first switching position 15), the pressure booster control chamber 12, the injector chamber 20 and the filler connection 10 , The high pressure of the high-pressure fuel source 1 is then present at the following locations:
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention during the injection.
  • the structure of the fuel injection device shown in FIG. 2 corresponds to that in FIG. 1.
  • the injection of fuel into the combustion chamber 25 is initiated by activating the 3/2-way control valve 14. It is switched from the first switching position 15 (connection Pressure intensifier control chamber 12 is switched to the second switching position 16 via the first connecting line 32, high-pressure connecting line 31 and high-pressure line 27 with the high-pressure fuel source 1).
  • the pressure intensifier control chamber 12 is connected to the low pressure line 17.
  • the pressure intensifier control chamber 12 is thus relieved of pressure, whereby the pressure intensifier device 7 is activated.
  • the injector control chamber 20 is relieved of pressure.
  • the high-pressure fuel source 1 (also during the injection) is connected via a high-pressure line 27 to the pressure intensifier work space contained in the pressure-translation device 7.
  • the high pressure from the fuel high pressure source 1 acts in the compression direction 36 on the large piston surface 35 of the first pressure intensifier piston partial region 18.
  • the force of the return spring 13 and that acts High pressure in the pressure intensifier high-pressure chamber 9 which, however, only acts on the small piston surface 37.
  • the force in the compression direction 36 predominates.
  • the pressure booster piston 8 therefore moves in the compression direction 36 in the housing 28 of the pressure booster device 7 and compresses the fuel in the Pressure intensifier high-pressure chamber 9 and thus also increases the pressure in the injector high-pressure chamber 21. Due to the pressure difference between the injector high-pressure chamber 21 and the injector control chamber 20, the nozzle piston 3 moves in the opening direction against the closing force of the closing spring 24 and gives the injection openings 6 free. Fuel 34 is now injected into the combustion chamber 25 at a pressure which is higher than the pressure in the high-pressure fuel source 1 by the pressure-translation device 7.
  • the filler connection 10 between the injector control chamber 20 and the high pressure chamber 9 is closed by the nozzle piston 3.
  • One end of the nozzle piston 3 interacts with the sealing seat 26. Consequently, no loss can escape from the pressure intensifier high-pressure chamber 9 via the throttle 23 contained in the filling connection 10 during the injection.
  • the pressure intensifier device 7 remains activated and the pressure intensifier piston 8 compresses the fuel in the pressure intensifier high-pressure chamber 9.
  • the compressed fuel is passed on to the nozzle needle 5 and injected into the combustion chamber 25.
  • the control valve is switched back to the first switch position 15 (FIG. 1), so that the pressure intensifier control chamber 9 and the injector chamber 20 can be separated from the low-pressure line 17 and connected to the high-pressure fuel source 1.
  • the high pressure builds up again in the pressure intensifier control chamber 9.
  • the pressure drops to the high pressure generated by the high-pressure fuel source 1.
  • the pressure booster piston 8 is now hydraulically balanced.
  • the fuel high-pressure source high pressure also builds up in the injector control chamber 20 and in the injector high-pressure chamber 21, so that the nozzle piston 3 of the fuel injector 2 is also hydraulically balanced.
  • the nozzle piston 3 is then moved in the closing direction by the force of the closing spring 24 until the injection openings 6 are closed by the nozzle needle 5.
  • the injection has ended and the filling connection 10 is released again by the movement of the nozzle piston 3 in the closing direction.
  • the pressure booster piston 8 After the pressure equalization of the system, the pressure booster piston 8 is moved in the return direction 38 by the force of the return spring 13 until it returns to its starting position. is deferred.
  • the pressure intensifier high pressure chamber 9 is refilled from the injection nozzle control chamber 20 via the throttle 23 contained in the filling connection 10. The filling takes place automatically without the need for an additional check valve.
  • additional measures can be taken to dampen vibrations between the high-pressure fuel source 1 and the injector.
  • This can e.g. B. done by an optimized design of a throttle 22 in the high pressure line 27.
  • a throttle check valve (not shown) can be used at any point on the feed line (27, 31, 32).
  • FIG. 3 shows a fuel injection device according to the invention in a coaxial design.
  • the pressure booster device and the fuel injection nozzle are arranged coaxially to one another in a common injector housing 39.
  • a pressure booster piston 8 In the injector housing 39, two parts which are movable relative to one another are spring-mounted: a pressure booster piston 8 and a nozzle piston 3.
  • the pressure booster piston 8 has a first (larger diameter) pressure booster piston section 18 and a second (smaller diameter) pressure booster piston section 19.
  • the injector housing 39 also has a step-shaped taper 41.
  • the (larger diameter) first pressure booster piston section 19 is guided axially and largely liquid-tight from the larger diameter part of the injector housing 39.
  • the (smaller diameter) second pressure booster piston section 19 is located partly in the larger diameter part of the injector housing 39 and is partially immersed in the smaller diameter part of the injector housing, where it is axially displaceable and largely liquid-tight.
  • the larger-diameter first pressure booster piston section 18 part in the interior of the injector housing 39 from the pressure booster work chamber 11 and the pressure booster control chamber 12.
  • the return spring 13 surrounding the smaller-diameter second pressure booster piston section 19 is arranged in the pressure booster control chamber 12.
  • the return spring 13 is supported on the one hand in the area of the step-shaped taper 41 of the injector housing 39 and on the other hand on the first pressure booster piston section 18 having a larger diameter.
  • the pressure intensifier piston 8 is designed as a hollow piston: it contains a central, continuous bore 43.
  • the nozzle piston 3 is guided in a liquid-tight manner in a guide region 44 in this bore 43.
  • a pressure piece 45 which projects into the bore 43 in the form of a cylinder, is fastened to the injector housing 39 in the region of the pressure intensifier working space 11.
  • the pressure piece 45 On the side facing the nozzle piston 3, the pressure piece 45 has a taper, on which a closing spring 24 is fitted.
  • the closing spring 24 is supported on the one hand against the pressure piece 45 and, on the other hand, presses against the end of the nozzle piston 3 projecting into the bore 42. Between the nozzle piston 3 and the pressure piece 45 there is sufficient space to lift the nozzle needle 5 from the injection openings 6 opposed to the force of the closing spring 24 during an injection process.
  • the closing spring 24 is surrounded in the bore 43 by the injection nozzle control chamber 20.
  • the injector control chamber 20 is thus arranged in the pressure booster piston 8 designed as a hollow piston.
  • the pressure booster piston 3 contains at least one opening 46, through which the injector control chamber 20 is constantly connected to the pressure booster control room 12, so that the pressure in the two rooms 12, 20 is always equalized.
  • the injector control chamber 20 could be e.g. instead of the pressure booster control chamber 12 e.g. be connected to the pressure intensifier work space 11. Then the injector control chamber 20 is not relieved together with the pressure intensifier control chamber 12, but remains constantly at the pressure level of the work space 11. This would also be possible since a higher pressure is built up in the injector high pressure chamber 21 by the pressure intensifier 7 the fuel injector 2 thus opens.
  • the pressure booster work chamber 11 e.g. the pressure piece 45 are reduced in diameter, so that it would no longer be guided in the pressure intensifier piston 8 in a high-pressure-tight manner, but rather a connection would exist between the two spaces 20, 11 along the pressure piece 45.
  • the pressure intensifier high-pressure chamber 9 and the injection nozzle high-pressure chamber 21 according to FIGS. 1 and 2 coincide and are formed by the high-pressure chamber 47.
  • the filler connection 10 containing a throttle 23 between the injection nozzle control chamber 20 and the high pressure chamber 47 runs in the nozzle piston 3.
  • the fuel is metered into the combustion chamber 25 again by activating the 3/2-way control valve 14.
  • the pressure booster control chamber 12 is connected to the low-pressure line 17 via the connecting line 32 and is thus relieved of pressure.
  • This activates the pressure booster device and the fuel is compressed in the high pressure chamber 47 by the pressure booster piston 3.
  • the compressed fuel is passed along the nozzle needle 5.
  • the nozzle piston 3 finally opens the injection openings 6 as a result of the increasing opening pressure force in the high pressure chamber 47 and the fuel is injected into the combustion chamber 25.
  • the nozzle piston 3 lies with the sealing seat 26 on the pressure piece 45 and thus closes the filling connection 10 in a liquid-tight manner. In this way, no compressed fuel can flow back from the high-pressure chamber 47 into the injector control chamber 20.
  • the pressure intensifier control chamber 12 is again connected to the high-pressure fuel source 1 by the control valve 14.
  • the high-pressure fuel generated by the high-pressure fuel source builds up in the pressure intensifier control chamber 12 and via the opening 46 in the injector control chamber 20.
  • the pressure in the high-pressure chamber 47 drops to the high-pressure fuel high-pressure source, whereupon the pressure booster piston 8 is hydraulically balanced, as is the nozzle piston 3.
  • the force of the springs 13, 24 moves both pistons 3, 8 in their rest position.
  • the nozzle needle closes the injection openings 6 and the nozzle piston 3 lifts the sealing seat 26 off the pressure piece 45.
  • the filling connection 10 is thus opened, so that the high-pressure chamber 47 is connected to the high-pressure fuel source 1 via the filling connection 10 and further spaces 20, 12 and connections 46, 32, 31, 27.
  • the high pressure chamber 47 is filled via the filling connection 10 when the pressure intensifier piston 8 is reset.
  • the pressure intensifier piston designed as a hollow piston and the filling connection contained in the nozzle piston, a particularly compact construction of the fuel injection device can advantageously be achieved in this preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a further preferred embodiment of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when infected.
  • the control valve 14 In the idle state (no injection), the control valve 14 is in a first switching position 15, in which it connects the pressure intensifier work chamber 11 to the low pressure line 17.
  • the injector control chamber 20 and the pressure intensifier high pressure chamber 9 connected to it in the idle state via the filler connection 10 and the injector high pressure chamber 21 are connected via a second low pressure line 48 to a low pressure region (not shown), as is the pressure intensifier Control chamber 12 via a third low-pressure line 49.
  • the pressure intensifier high-pressure chamber 9 is via the filler connection 10 and via the injector control chamber 20, the pressure intensifier control chamber 12 and the pressure intensifier work space 11 connected to at least one low pressure line 17, 48, 49.
  • both the pressure booster piston 8 and the nozzle piston 3 are hydraulically balanced in the idle state and both pistons 8, 3 are held in their rest position by the associated spring 13, 24.
  • the injection openings 6 are closed towards the combustion chamber 25 by the nozzle needle 5.
  • the control valve 14 is switched from the first switch position 15 to the second switch position 16.
  • the pressure intensifier work chamber 11 is connected to the high-pressure fuel source 1.
  • the pressure generated by the high-pressure fuel source 1 builds up in the pressure intensifier work chamber 11.
  • the pressure booster piston 8 thereby moves in the compression direction and compresses the fuel in the pressure booster high-pressure chamber 9 to the translated pressure. This is passed on to the injection nozzle high-pressure chamber 21.
  • the nozzle piston 3 moves in the opening direction through the pressure craft generated in this way and releases the injection openings 6.
  • the filling connection 10 from the pressure intensifier high-pressure chamber 9 to the injector control chamber 20 is closed by the nozzle piston 3. So there is no loss during the injection.
  • the control valve 14 is switched back to the first switching position 15.
  • the pressure intensifier work space 11 is then connected again to the low pressure line 17.
  • the low pressure also arises in the pressure intensifier chamber 9 and consequently also in the injector high pressure chamber 21.
  • the nozzle needle 5 therefore closes and the nozzle piston 3 releases the filling connection 10.
  • the pressure intensifier high-pressure chamber 9 is filled when the pressure intensifier piston 8 is reset 38 via the filling connection 10 from the low pressure system.
  • the filler connection 10 can contain a throttle 23 if required.
  • High-pressure fuel source Fuel injection nozzle Nozzle piston upper nozzle piston section Nozzle needle Injection orifices Pressure intensifier device Pressure intensifier piston Pressure intensifier high pressure chamber Filling connection Pressure intensifier work chamber Pressure intensifier control chamber Return spring control valve first switching position second switching position Low pressure line first pressure intensifier piston part area second pressure intensifier chamber injector nozzle part first throttle second throttle closing spring combustion chamber sealing seat high pressure line housing of the pressure booster device injection high pressure line pressure shoulder high pressure connecting line first connecting line second connecting line injected fuel large piston area compression direction small piston area reset direction injector housing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a fuel injection system for internal combustion engines comprising a fuel injection nozzle (2), which can be supplied with fuel by a fuel high-pressure source (1). Said fuel injection nozzle comprises: a moving nozzle plunger (3) for opening and closing injection openings; an injection nozzle high-pressure space (21), and; an injection nozzle control space (20). A pressure intensifying device (7) is connected between the fuel injection nozzle (2) and the fuel high-pressure source (1). Said pressure intensifying device has a moving pressure intensifier plunger (8), a pressure intensifier working space (11), a pressure intensifier control space (12), and a pressure intensifier high-pressure space (9). A filling connection (10), which is open when the fuel injection nozzle (2) is closed and which serves to fill the pressure intensifier high-pressure space (9), is closed by the nozzle plunger (3) when the fuel injection nozzle (2) is open.

Description

Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für BrennkraftmaschinenFuel injection device for internal combustion engines
Technisches GebietTechnical field
Das Common-Rail-Einspritzsystem dient der Einspritzung von Kraftstoff in direkt einspritzende Verbrennungsl aftmotoren. Bei diesem Speichereinspritzsystem sind Druckerzeu- gung und Einspritzung voneinander zeitlich und örtlich entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt den Einspritzdruck in einem zentralen Kraftstoff-Hochdruckspeicher. Der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge werden durch Ansteuerzeitpunkt und -dauer von beispielsweise elektrisch betätigten Injektoren bestimmt, die über Kraftstoffleitungen mit dem Kraftstoff-Hochdruckspeicher verbunden sind. Vorteilhaft ist bei dem Common- Rail-Einspritzsystem, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst wird. Die Kraftstoff-Einspritzung wird mit einem möglichst grossem Einspritzdruck vorgenommen. Ein hoher Einspritzdruck hat z. B. die Vorteile reduzierter Schadstoffemissionen, eines reduzierten Kraftstoffverbrauchs und hoher spezifischer Leistungen. Die maximalen Einspritzdrücke bei Common-Rail-Systemen sind durch die Hochdruckfestigkeit von Druck- speichern (rails) und Hochdruckpumpen auf ca. 1800 bar begrenzt. Zur weiteren Steigerung des Einspritzdruckes kann ein Druckverstärker im Injektor zum Einsatz kommen. Der Druckverstärker setzt durch eine hydraulische Übersetzung einen primären, von dem Druckspeicher zur Verfügung gestellten Druck um in den erwünschten hohen Einspritzdruck.The common rail injection system is used to inject fuel into direct-injection internal combustion engines. In this accumulator injection system, pressure generation and injection are decoupled from one another in time and place. A separate high-pressure pump generates the injection pressure in a central high-pressure fuel reservoir. The start of injection and the injection quantity are determined by the triggering time and duration of, for example, electrically operated injectors, which are connected to the high-pressure fuel reservoir via fuel lines. It is advantageous in the common rail injection system that the injection pressure is adapted to the load and speed. The fuel injection is carried out with the greatest possible injection pressure. A high injection pressure has e.g. B. the advantages of reduced pollutant emissions, reduced fuel consumption and high specific performance. The maximum injection pressures in common rail systems are limited to approx. 1800 bar by the high pressure resistance of pressure accumulators (rails) and high pressure pumps. A pressure booster in the injector can be used to further increase the injection pressure. The pressure intensifier converts a primary pressure made available by the pressure accumulator into the desired high injection pressure by means of a hydraulic transmission.
Stand der TechnikState of the art
Aus DE 4311627 AI ist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Breiinkraftmaschinen bekannt, bei der die Einspritzventile zur Erhöhung des Einspritzdruckes auf bis zu 2000 bar einen Druckverstärker aufweisen. In Folge der Hubbewegung eines Verstärkerkolbens vergrößert sich der Kraftstoffdruck in einem Einspritzdruckraum auf ein Vielfaches des angelegten Hochdruckes. Nach der Einspritzung von Kraftstoff aus dem Einspritzdruckraum in einen Brennraum sinkt der Druck im Einspritzdruckraum aufgrund der Rückstellung des Verstärkerkolbens. Dadurch öffnet ein Rückschlagventil, so dass Kraftstoff mit dem angelegten Hochdruck in den Einspritzdruckraum einströmen kann (Wiederbefüllung). Die Integration eines solchen Rückschlagventils in eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung bedeutet jedoch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand. Die Unterbringung des Rück- schlagventils im vorhandenen Bauraum ist schwierig zu realisieren.From DE 4311627 AI a fuel injection device for pulp engines is known, in which the injection valves have a pressure booster to increase the injection pressure up to 2000 bar. As a result of the stroke movement of an booster piston, the fuel pressure in an injection pressure chamber increases to a multiple of the high pressure applied. After the injection of fuel from the injection pressure chamber into a combustion chamber, the pressure in the injection pressure chamber drops due to the resetting of the Intensifier piston. This opens a check valve so that fuel can flow into the injection pressure chamber with the high pressure applied (refill). However, the integration of such a check valve in a fuel injection device means a considerable manufacturing outlay. It is difficult to accommodate the check valve in the existing installation space.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung vermeidet die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglicht es, mit einem reduzierten fertigungstechnischen Aufwand eine Wiederbefüllung des Druckverstärkers sicherzustellen. In vorteilhafter Weise ist die Unterbringung eines Rückschlagventils zu diesem Zweck bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeimichtung nicht mehr notwendig.The fuel injection device according to the invention avoids the disadvantages occurring in the prior art and makes it possible to ensure that the pressure booster is refilled with a reduced manufacturing outlay. It is advantageously no longer necessary to accommodate a check valve for this purpose in the fuel injection device according to the invention.
Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Brennlcraftmaschinen mit einer durch eine Kraftstoff-Hochdruckquelle mit Kraftstoff versorgbaren Kraftstoff-Einspritzdüse, die einen beweglichen Düsenkolben zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen, einen Einspritzdüsen-Hochdruckraum und einen Einspritzdüsen-Steuerraum aufweist, wobei zwischen die Kraftstoff-Einspritzdüse und die Ki-aftstoff-Hochdruckquelle eine Druckübersetzungs-Einrichtung geschaltet ist, die einen beweglichen Druckübersetzer-Kolben, einen Druckübersetzer-Arbeitsraum und einen Drackübersetzer-Hochdruckraum aufweist, wobei eine bei geschlossener Kraftstoff- Einspritzdüse zum Befallen des Druckübersetzer-Hochdruckraums offene Füllverbindung bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse verschlossen ist.These advantages are achieved according to the invention by a fuel injection device for internal combustion engines with a fuel injection nozzle which can be supplied with fuel by a high-pressure fuel source and which has a movable nozzle piston for opening and closing injection openings, an injection nozzle high-pressure chamber and an injection nozzle control chamber, with between the fuel injection nozzle and the Ki-aftstoff high-pressure source is connected to a pressure booster device which has a movable pressure booster piston, a pressure booster work chamber and a high pressure booster chamber, one open when the fuel injector is closed to fill the pressure booster high pressure chamber Filling connection is closed when the fuel injector is open.
Das Verschließen der beim Befallen offenen Füllverbindung ist dabei an das Bewegen des Düsenkolbens in Öffnungsrichtung zum Freigeben der Einspritzöffnungen gekoppelt.The closing of the filling connection which is open when infested is coupled to the movement of the nozzle piston in the opening direction in order to release the injection openings.
In einer bevorzugten Ausfführungsform der vorliegenden Erfindung ist dabei die Füllver- bindung bei offener Kraftstoff-Einspritzdüse durch den Düsenkolben verschlossen.In a preferred embodiment of the present invention, the filler connection is closed by the nozzle piston when the fuel injection nozzle is open.
Dadurch, dass z.B. der Düsenkolben die Füllverbindung bei geöffneter Kraftstoff- Einspritzdüse während der Kraftstoff-Einspritzung verschließt und bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse nach der KLraftstoff-Einspritzung wieder freigibt, wird zum Befül- len des Druckübersetzer-Hochdruckraumes beim Rückstellen des Druckübersetzer-Kolbens kein Rückschlagventil benötigt. Vorzugsweise bewirkt bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritz-Einrichtung eine Druckänderung in einem in der Druckübersetzungs-Einrichtung enthaltenen Druckübersetzer-Steuerraum und/oder in dem Druckübersetzer-Arbeitsraum eine Druckänderung im Druckübersetzer-Hochdruckraum. Der Druckübersetzer-Koiben verdichtet während der Kraftstoff-Einspritzung durch seinen Hub den Kraftstoff im Druckübersetzer- Hochdruckraum auf einen Einspritzhochdruck, der höher als der Kraftstoff-Hochdruck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle ist. Bei offener Kraftstoff-Einspritzdüse wird Kraftstoff unter Einspritzhochdruck durch die Einspritzöffnungen in den Brennraum der Brennkraft- maschine eingespritzt.Because, for example, the nozzle piston closes the filler connection when the fuel injection nozzle is open during fuel injection and releases it again after the fuel injection when the fuel injection nozzle is closed, there is no non-return valve for filling the pressure intensifier space when the pressure intensifier piston is reset needed. In the fuel injection device according to the invention, a pressure change in a pressure booster control chamber contained in the pressure booster device and / or in the pressure booster work chamber preferably causes a pressure change in the pressure booster high-pressure chamber. During its fuel injection, the pressure intensifier Koiben compresses the fuel in the pressure intensifier high-pressure chamber to an injection high pressure which is higher than the high-pressure fuel in the high-pressure fuel source. When the fuel injection nozzle is open, fuel is injected under high injection pressure through the injection openings into the combustion chamber of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnungen über ein Steuerventil steuerbar. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine 3/2- Ventil. Das Steuerventil kann z. B. bei einem druckgesteuerten Kraftstoffinjektor das Öffnen und Verschließen der Einspritzöffnungen durch das Ansteu- ern der Druckübersetzungs-Einrichtung bewirken.In a preferred embodiment of the present invention, the opening and closing of the injection openings can be controlled via a control valve. It is preferably a 3/2 valve. The control valve can e.g. B. in a pressure-controlled fuel injector, the opening and closing of the injection openings by activating the pressure booster device.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird, die Erfindung nachstehend näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of the drawing.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritz- einrichtung im Ruhezustand bzw. beim Rückstellen,FIG. 1 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when resetting,
Figur 2 einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung bei der Einspritzung,FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention during injection,
Figur 3 eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in koaxialer Bauform undFigure 3 shows a fuel injection device according to the invention in a coaxial design and
Figur 4 eine weitere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung im Ruhezustand bzw. beim Befallen.Figure 4 shows another embodiment of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when infected.
Ausführungsvariantenvariants
Figur 1 zeigt einen Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung, die sich im Ruhezustand befindet bzw. beim Zurückstellen. Das System umfasst eine Kraftstoff-Hochdruckquelle 1, beispielsweise einen Druckspeicher (Common-Rail), der durch eine Hochdruckpumpe auf bis zu 1600 bar verdichteten Kraftstoff speichert. Von der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 wird der Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 27 zu den Injektoren geleitet, die jeweils ein Steuerventil 14, eine Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 2 enthalten.Figure 1 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention, which is in the idle state or when resetting. The system comprises a high-pressure fuel source 1, for example a pressure accumulator (common rail), which stores fuel compressed to up to 1600 bar by a high-pressure pump. From the high-pressure fuel source 1, the fuel is conducted via a high-pressure line 27 to the injectors, each of which contains a control valve 14, a pressure booster device 7 and a fuel injection nozzle 2.
Das Steuerventil 14 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein 3/2- Ventil. In Figur 1 befindet sich das Steuerventil 14 in einer ersten Schaltstellung 15, bei der die Hochdruckleitung 27 zu einem Druckübersetzer-Steuerraum 12 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 hin geöffnet ist und eine zu einem nicht näher dargestellten Niederdrucksystem führende Niederdruckleitung 17 geschlossen ist. In der zweiten Schaltstellung 16 (nicht in Figur 1 dargestellt) verschließt das Steuerventil 14 die Verbindung zwischen der Hochdruckleitung 27 und dem Druckübersetzer- Steuerraum 12 und stellt eine Verbindung zwischen dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und der Niederdruckleitung 17 her. Das Steuerventil 14 kann z. B. Piezo- oder ein Magnetventil sein. Durch die Verwendung eines schnell schaltenden Piezoventils als Steuerventil können auch bei hohem Düsenöffnungsdruck kleine Einspritzmengen in definierter Weise und mit kleinen Mengentoleranzen in den Brennraum 25 der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Ferner ergeben sich aufgrund des schnellen Schaltvorgangs geringe Leckageverluste. Femer kann das Steuerventil 14 als direkt gesteuertes Ventil oder als Servoventil ausgeführt sein.The control valve 14 is a 3/2 valve in this preferred embodiment of the present invention. In FIG. 1, the control valve 14 is in a first switch position 15, in which the high-pressure line 27 to a pressure intensifier control chamber 12 of the pressure intensification device 7 is open and a low-pressure line 17 leading to a low-pressure system, not shown, is closed. In the second switching position 16 (not shown in FIG. 1), the control valve 14 closes the connection between the high pressure line 27 and the pressure booster control chamber 12 and establishes a connection between the pressure booster control chamber 12 and the low pressure line 17. The control valve 14 may e.g. B. Piezo or a solenoid valve. By using a fast-switching piezo valve as a control valve, small injection quantities can be injected into the combustion chamber 25 of the internal combustion engine in a defined manner and with small quantity tolerances even at high nozzle opening pressure. Furthermore, there is little leakage loss due to the fast switching process. Furthermore, the control valve 14 can be designed as a directly controlled valve or as a servo valve.
Die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthält einen Druckübersetzer-Kolben 8, der mittels einer Rückstellfeder 13 federnd gelagert ist. Der Druckübersetzer-Kolben 8 trennt einen Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 von einem Druckübersetzer- Arbeitsraum 11, der über die Hochdruckleitung 27 an die Kraftstoff-Hochdruckquelle angeschlossen ist. Die zur Lagerung des Druckübersetzer-Kolbens 8 verwendete Rückstellfeder 13 ist in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 angeordnet. Der Druckübersetzer-Kolben 8 lässt sich in zwei Bereiche einteilen, einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzer-Kolbenteilbereich 18 und einen zweiten (durchmesserkleineren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19. Die beiden Druckübersetzerkolben-Teilbereiche 18, 19 sind getrennte Bauteile, können aber auch fest miteinander verbunden oder als ein einziges Bauteil ausgeführt sein. Das Gehäuse 28 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 weist eine stufenförmige Verjüngung auf. Durch den ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 des in dem Gehäuse 28 verschiebbar an- geordneten Druckübersetzer-Kolbens 8 wird der Innenraum der Druckübersetzungs- Einrichtung 7 in zwei Bereiche aufgeteilt, die bis auf Leckageverluste flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind. Der eine Bereich ist der mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 über die Hochdruckleitung 27 verbundene Druckübersetzer- Arbeitsraum 11, der zweite Bereich weist die oben erwähnte, stufenförmige Verjüngung auf, in die der zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 verschiebbar hineinragt. Dadurch wird der verjüngte Bereich flüssigkeitsdicht vom Rest des zweiten Bereichs abgegrenzt, so dass ein Druckübersetzer-Steuerraum 12 und ein Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 ausgebildet werden. Der Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 ist über die Hochdruckleitung 27 mit der Kraftstoff- Hochdruckquelle 1 verbunden. Der Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist über das Steuerventil 14 entweder mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (erste Schaltstellung 15) oder mit der Niederdruckleitung 17 (zweite Schaltstellung 16) verbindbar. Der Druckübersetzer- Hochdruckraum 9 ist über eine Einspritzhochdruckleitung 29 mit einem Einspritzdüsen- Hochdruclcraum 21 der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 verbunden und mit einem in der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 enthaltenen Einspritzdüsen-Steuerraum 20 über eine Füllverbindung 10 verbindbar. In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Füllverbindung 10 zwischen dem Druckübersetzer-Hochdrucl raum 9 und dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 angeordnet. Die Füllverbindung 10 enthält dabei vorzugsweise eine Drossel 23.The pressure booster device 7 contains a pressure booster piston 8 which is resiliently mounted by means of a return spring 13. The pressure intensifier piston 8 separates a pressure intensifier high pressure chamber 9 from a pressure intensifier work chamber 11, which is connected to the fuel high pressure source via the high pressure line 27. The return spring 13 used to mount the pressure intensifier piston 8 is arranged in the pressure intensifier control chamber 12. The pressure booster piston 8 can be divided into two areas, a first (larger diameter) pressure booster piston section 18 and a second (smaller diameter) pressure booster piston section 19. The two pressure booster piston sections 18, 19 are separate components, but can also be firmly connected to one another or be designed as a single component. The housing 28 of the pressure booster device 7 has a step-shaped taper. The first pressure booster piston section 18 of the pressure booster piston 8, which is displaceably arranged in the housing 28, divides the interior of the pressure booster device 7 into two areas which are separated from one another in a liquid-tight manner except for leakage losses. One area is the pressure intensifier work space 11 connected to the high-pressure fuel source 1 via the high-pressure line 27, the second The area has the above-mentioned step-shaped taper into which the second pressure booster piston section 19 protrudes. As a result, the tapered region is delimited in a liquid-tight manner from the rest of the second region, so that a pressure intensifier control chamber 12 and a pressure intensifier high-pressure chamber 9 are formed. The pressure intensifier work chamber 11 is connected to the high-pressure fuel source 1 via the high-pressure line 27. The pressure intensifier control chamber 12 can be connected via the control valve 14 either to the high-pressure fuel source 1 (first switching position 15) or to the low-pressure line 17 (second switching position 16). The pressure intensifier high-pressure chamber 9 is connected via an injection high-pressure line 29 to an injector high-pressure chamber 21 of the fuel injector 2 and can be connected to an injector control chamber 20 contained in the fuel injector 2 via a filler connection 10. In this preferred embodiment of the present invention, the filling connection 10 is arranged between the pressure intensifier high pressure chamber 9 and the injection nozzle control chamber 20. The filling connection 10 preferably contains a throttle 23.
Die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 umfasst einen Düsenkolben 3 und ragt mit ihren Einspritzöffnungen 6 in den Brennraum 25 eines Zylinders einer Brennkraftmaschine hinein. Der Düsenkolben 3 ist in zwei Bereiche einteilbar, den oberen (durchmessergrösseren) Dü- senkolben-Teilbereich 4 und die (durclimesserkleinere) Düsennadel 5, wobei der obere Düsenkolben-Teilbereich 4 über eine Druckschulter 30 in die Düsennadel 5 übergeht. Im Bereich der Druckschulter 30 ist der Düsenkolben 3 von dem Einspritzdüsen- Hochdruckraum 21 umgeben.The fuel injection nozzle 2 comprises a nozzle piston 3 and projects with its injection openings 6 into the combustion chamber 25 of a cylinder of an internal combustion engine. The nozzle piston 3 can be divided into two areas, the upper (larger diameter) nozzle piston section 4 and the (smaller diameter) nozzle needle 5, the upper nozzle piston section 4 passing into the nozzle needle 5 via a pressure shoulder 30. In the area of the pressure shoulder 30, the nozzle piston 3 is surrounded by the injection nozzle high-pressure chamber 21.
Im Ruhezustand (Figur 1) ist das Steuerventil 14 nicht angesteuert (erste Schaltstellung 15) und es findet keine Einspritzung statt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Druckübersetzer-Hochdruclcraum 9 bei geschlossener Kraftstoff- Einspritzdüse 2 über das Steuerventil 14 (in einer ersten Schaltstellung 15) den Druckübersetzer-Steuerraum 12, den Einspritzdüsenraum 20 und die Füllverbindung 10 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Es liegt dann der Hochdruck der Kraftstoff- Hochdruckquelle 1 an folgenden Stellen an:In the idle state (FIG. 1), the control valve 14 is not activated (first switching position 15) and there is no injection. In this preferred embodiment of the present invention, when the fuel injector 2 is closed, the high pressure booster chamber 9 is connected to the high pressure fuel source 1 via the control valve 14 (in a first switching position 15), the pressure booster control chamber 12, the injector chamber 20 and the filler connection 10 , The high pressure of the high-pressure fuel source 1 is then present at the following locations:
• in der Flochdruckleitung 27,In the flap pressure line 27,
• im dem Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 ,In the pressure intensifier work space 11,
• über die Hochdruck- Verbindungsleitung 31 an dem Steuerventil 14, • über die erste Verbindungsleitung 32 im Druckübersetzer-Steuerraum 12,• via the high-pressure connection line 31 on the control valve 14, • via the first connection line 32 in the pressure intensifier control chamber 12,
• über die zweite Verbindungsleitung 33 im Einspritzdüsen-Steuerraum 20,Via the second connecting line 33 in the injector control chamber 20,
• über die Füllverbindung 10 im D clcübersetzer-Hochdruckraum 9 und• Via the filler connection 10 in the DCL high pressure chamber 9 and
• über die Einspritzhochdruckleitung 29 im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21. Somit sind im Ruhezustand alle Druckräume (11, 12, 9) der Druckübersetzungs- Eimϊchtung 7 mit Hochdruck beaufschlagt und der Druckübersetzer-Kolben 8 ist druclc- ausgeglichen. Die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 ist deaktiviert und es findet keine Druckverstärkung statt. Über die Rückstellfeder 13 wird der Druckübersetzer-Kolben 8 in seiner Ausgangslage gehalten. Der Hochdruck im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bringt eine hydraulische Schließkraft auf den Dusenkolben 3 auf, die die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 zusammen mit der Schließkraft der Schließfeder 24 geschlossen hält. Diese beiden Kräfte sind zusammen größer als die in Öffnungsrichtung auf den Düsenkolben 3 im Einspritzdü- sen-Hochdruckraum 21 wirkende hydraulische Kraft, so dass die Einspritzöffnungen 6 trotz des ständig im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 1 anstehenden Hochdruckes durch die Düsennadel 50 verschlossen bleiben. Es findet folglich keine Einspritzung statt.• via the high-pressure injection line 29 in the high-pressure injector space 21. Thus, in the idle state, all pressure chambers (11, 12, 9) of the pressure intensifier 7 are pressurized with high pressure and the pressure intensifier piston 8 is pressure-balanced. The pressure translation device 7 is deactivated and there is no pressure boosting. The pressure intensifier piston 8 is held in its initial position via the return spring 13. The high pressure in the injector control chamber 20 applies a hydraulic closing force to the nozzle piston 3, which keeps the fuel injector 2 closed together with the closing force of the closing spring 24. These two forces together are greater than the hydraulic force acting in the opening direction on the nozzle piston 3 in the injector high-pressure chamber 21, so that the injection openings 6 remain closed by the nozzle needle 50 despite the high pressure constantly present in the injector high-pressure chamber 1. There is consequently no injection.
Figur 2 zeigt einen Hydraulikschaltplan einer erfmdungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzein- richtung bei der Einspritzung.FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of a fuel injection device according to the invention during the injection.
Der Aufbau der in Figur 2 gezeigten Kraftstoff-Einspritzeinrichtung entspricht demjenigen in Figur 1. Die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 25 wird eingeleitet durch die Aktivierung des 3/2- Wege-Steuerventils 14. Es wird von der ersten Schaltstellung 15 (Ver- bindung Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die erste Verbindungsleitung 32, Hochdruck- Verbindungsleitung 31 und Hochdruckleitung 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1) in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet. In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer-Steuerraum 12 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden. Es erfolgt somit eine Druckentlastung des Druckübersetzer-Steuerraums 12, wodurch die Druckübersetzungs- Einrichtung 7 aktiviert wird. Gleichzeitig wird auch der Einspritzdüsen- Steuerraum 20 druckentlastet.The structure of the fuel injection device shown in FIG. 2 corresponds to that in FIG. 1. The injection of fuel into the combustion chamber 25 is initiated by activating the 3/2-way control valve 14. It is switched from the first switching position 15 (connection Pressure intensifier control chamber 12 is switched to the second switching position 16 via the first connecting line 32, high-pressure connecting line 31 and high-pressure line 27 with the high-pressure fuel source 1). In the second switching position 16, the pressure intensifier control chamber 12 is connected to the low pressure line 17. The pressure intensifier control chamber 12 is thus relieved of pressure, whereby the pressure intensifier device 7 is activated. At the same time, the injector control chamber 20 is relieved of pressure.
Bei der in Figur 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 (auch während der Einspritzung) über eine Hoch- druckleitung 27 mit dem in der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 enthaltenen Druckubersetzer- Arbeitsraum verbunden. Im Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 wirkt auf die grosse Kolbenfläche 35 des ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereichs 18 der Hochdruck aus der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 in Verdichtungsrichtung 36. Entgegen der Verdichtungsrichtung 36 wirkt lediglich der Niederdruck im Druckübersetzer-Steuerraum 12, die Kraft der Rückstellfeder 13 und der Hochdruck im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9, der jedoch nur auf die kleine Kolbenfläche 37 wirkt. Die Kraft in Verdichtungsrichtung 36 überwiegt. Der Druclcübersetzer-Kolben 8 bewegt sich daher in Verdichtungsrichtung 36 im Gehäuse 28 der Druckübersetzungs-Einrichtung 7 und verdichtet den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und erhöht damit auch den Druck im Einspritzdüsen- Hochdruckraum 21. Durch den Druckunterschied zwischen dem Einspritzdüsen- Hochdruckraum 21 und dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 bewegt sich der Düsenkolben 3 in Öffnungsrichtung entgegen der Schließkraft der Schließfeder 24 und gibt die Ein- spritzöffnungen 6 frei. In den Brennraum 25 wird nun Kraftstoff 34 unter einem gegenüber dem Druck in der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 durch die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 erhöhten Druck eingespritzt.In the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the high-pressure fuel source 1 (also during the injection) is connected via a high-pressure line 27 to the pressure intensifier work space contained in the pressure-translation device 7. In the pressure intensifier work chamber 11, the high pressure from the fuel high pressure source 1 acts in the compression direction 36 on the large piston surface 35 of the first pressure intensifier piston partial region 18. Contrary to the compression direction 36, only the low pressure in the pressure intensifier control chamber 12, the force of the return spring 13 and that acts High pressure in the pressure intensifier high-pressure chamber 9, which, however, only acts on the small piston surface 37. The force in the compression direction 36 predominates. The pressure booster piston 8 therefore moves in the compression direction 36 in the housing 28 of the pressure booster device 7 and compresses the fuel in the Pressure intensifier high-pressure chamber 9 and thus also increases the pressure in the injector high-pressure chamber 21. Due to the pressure difference between the injector high-pressure chamber 21 and the injector control chamber 20, the nozzle piston 3 moves in the opening direction against the closing force of the closing spring 24 and gives the injection openings 6 free. Fuel 34 is now injected into the combustion chamber 25 at a pressure which is higher than the pressure in the high-pressure fuel source 1 by the pressure-translation device 7.
Im geöffneten Zustand der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 ist die Füllverbindung 10 zwischen dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und dem Drackübersetzer-Hochdruckraum 9 durch den Düsenkolben 3 verschlossen. Dabei wirkt ein Ende des Düsenlcolbens 3 mit dem Dichtsitz 26 zusammen. Während der Einspritzung kann folglich keine Verlustmenge aus dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die in der Füllverbindung 10 enthaltene Drossel 23 entweichen.When the fuel injector 2 is open, the filler connection 10 between the injector control chamber 20 and the high pressure chamber 9 is closed by the nozzle piston 3. One end of the nozzle piston 3 interacts with the sealing seat 26. Consequently, no loss can escape from the pressure intensifier high-pressure chamber 9 via the throttle 23 contained in the filling connection 10 during the injection.
Solange der Druckübersetzer-Steuerraum 12 drackentlastet ist, bleibt die Druckübersetzungs-Einrichtung 7 aktiviert und der Druckübersetzer-Kolben 8 verdichtet den Kraftstoff in dem Druckübersetzer-Hochdruckraum 9. Der verdichtete Kraftstoff wird zur Düsennadel 5 weitergeleitet und in den Brennraum 25 eingespritzt.As long as the pressure intensifier control chamber 12 is relieved of pressure, the pressure intensifier device 7 remains activated and the pressure intensifier piston 8 compresses the fuel in the pressure intensifier high-pressure chamber 9. The compressed fuel is passed on to the nozzle needle 5 and injected into the combustion chamber 25.
Zum Beenden der Einspritzung wird das Steuerventil wieder in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet (Figur 1), so dass der Druckübersetzer-Steuerraum 9 und der Einspritzdüsenraum 20 von der Niederdruckleitung 17 getrennt und mit der Kraftstoff- Hochdruckquelle 1 verbunden werden kann. In den Druckübersetzer-Steuerraum 9 baut sich dadurch wieder der Hochdruck auf. Im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 fällt der Druck auf den durch die Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugten Hochdruck ab. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist nun hydraulisch ausgeglichen.To end the injection, the control valve is switched back to the first switch position 15 (FIG. 1), so that the pressure intensifier control chamber 9 and the injector chamber 20 can be separated from the low-pressure line 17 and connected to the high-pressure fuel source 1. As a result, the high pressure builds up again in the pressure intensifier control chamber 9. In the pressure intensifier high-pressure chamber 9, the pressure drops to the high pressure generated by the high-pressure fuel source 1. The pressure booster piston 8 is now hydraulically balanced.
Im Einspritzdüsen-Steuerraum 20 und im Einspritzdüsen-Hochdruclcraum 21 baut sich ebenfalls der Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck auf, so dass auch der Dusenkolben 3 der Kraftstoff-Einspritzdüse 2 hydraulisch ausgeglichen ist. Der Dusenkolben 3 wird dann durch die Kraft der Schließfeder 24 in Schließrichtung bewegt, bis die Einspritzöffnungen 6 durch die Düsennadel 5 verschlossen werden. Die Einspritzung ist beendet und die Füllverbindung 10 wird durch die Bewegung des Düsenkolbens 3 in Schließrichtung wieder freigegeben.The fuel high-pressure source high pressure also builds up in the injector control chamber 20 and in the injector high-pressure chamber 21, so that the nozzle piston 3 of the fuel injector 2 is also hydraulically balanced. The nozzle piston 3 is then moved in the closing direction by the force of the closing spring 24 until the injection openings 6 are closed by the nozzle needle 5. The injection has ended and the filling connection 10 is released again by the movement of the nozzle piston 3 in the closing direction.
Nach dem Druckausgleich des Systems wird der Druckübersetzer-Kolben 8 durch die Kraft der Rückstellfeder 13 in Rückstellrichtung 38 bewegt, bis er in seine Ausgangslage zu- rückgestellt ist. Dabei wird der Druckübersetzer-Hochdruclcraum 9 über die in der Füllverbindung 10 enthaltene Drossel 23 aus dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 wieder gefüllt. Die Befüllung erfolgt automatisch, ohne dass ein zusätzliches Rückschlagventil notwendig wäre.After the pressure equalization of the system, the pressure booster piston 8 is moved in the return direction 38 by the force of the return spring 13 until it returns to its starting position. is deferred. The pressure intensifier high pressure chamber 9 is refilled from the injection nozzle control chamber 20 via the throttle 23 contained in the filling connection 10. The filling takes place automatically without the need for an additional check valve.
Zur Stabilisierung der Schaltsequenzen können noch zusätzliche Maßnahmen zur Dämpfung von Schwingungen zwischen der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 und dem Injektor getroffen werden. Dies kann z. B. durch eine optimierte Auslegung einer Drossel 22 in der Hochdruckleitung 27 erfolgen. Alternativ dazu kann an einer beliebigen Stelle der Zulei- tung (27, 31, 32) ein (nicht dargestelltes) Drosselrückschlagventil eingesetzt werden.To stabilize the switching sequences, additional measures can be taken to dampen vibrations between the high-pressure fuel source 1 and the injector. This can e.g. B. done by an optimized design of a throttle 22 in the high pressure line 27. Alternatively, a throttle check valve (not shown) can be used at any point on the feed line (27, 31, 32).
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in koaxialer Bauform.FIG. 3 shows a fuel injection device according to the invention in a coaxial design.
Dabei die sind die Druckübersetzungs-Einrichtung und die Kraftstoff-Einspritzdüse koaxial zueinander in einem gemeinsamen Injelctorgehäuse 39 angeordnet. In dem Injektorgehäuse 39 sind zwei relativ zueinander bewegliche Teile federnd gelagert: Ein Druckübersetzer- Kolben 8 und ein Düsenkolben 3. Der Druckübersetzer-Kolben 8 weist einen ersten (durchmessergrößeren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 und einen zweiten (durchmesserkleineren) Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 auf. Das Injelctorgehäuse 39 weist ebenfalls eine stufenförmige Verjüngung 41 auf. Der (durchmessergrößere) erste Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 wird axial und weitgehend flüssigkeitsdicht vom durchmessergrößeren Teil des Injektor gehäuses 39 geführt. Der (durchmesserkleinere) zweite Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 befindet sich teilweise in dem durchmessergrößeren Teil des Injektor gehäuses 39 und taucht teilweise in den durchmesserkleineren Teil des Injektorgehäuses ein, wo er axial verschiebbar und weitgehend flüssigkeitsdicht geführt wird. Der durchmessergrößere erste Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 teil in dem Innenraum des Injektorgehäuses 39 den Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 und den Druckübersetzer-Steuerraum 12 ab. In dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 ist die dem durchmesserkleineren zweiten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 19 umgebende Rückstellfeder 13 angeordnet. Die Rückstellfeder 13 stützt sich einerseits im Bereich der stufenförmigen Verjüngung 41 des Injektorgehäuses 39 und andererseits an dem durchmessergrößeren ersten Druckübersetzerkolben-Teilbereich 18 ab. Im Ruhezustand drückt sie den Druckübersetzer-Kolben 8 gegen ein in dem Injektorgehäuse 39 angeordnetes Begrenzungselement 42 in seine Ruheposition. Der Druckübersetzer-Kolben 8 ist als Hohlkolben ausgebildet: Er enthält eine zentrale durchgängige Bohrung 43. Der Düsenkolben 3 wird in einem Führungsbereich 44 in dieser Bohrung 43 weitgehend flüssigkeitsdicht geführt. Am Injelctorgehäuse 39 ist im Bereich des Druckübersetzer- Arbeitsraumes 11 ein in Form eines Zylinders in die Bohrung 43 ragendes Druckstück 45 befestigt. Auf der dem Dusenkolben 3 zugewandten Seite weist das Druckstück 45 eine Verjüngung auf, auf die eine Schließfeder 24 aufgezogen ist. Die Schließfeder 24 stützt sich einerseits gegen das Druck- stück 45 ab und drückt andererseits gegen das in die Bohrung 42 hineinragende Ende des Düsenkolbens 3. Zwischen dem Düsenkolben 3 und dem Druckstück 45 ist genügend Freiraum, um ein Abheben der Düsennadel 5 von den Einspritzöffnungen 6 entgegengesetzt zu der Kraft der Schließfeder 24 während eines Einspritzvorganges zu erlauben.The pressure booster device and the fuel injection nozzle are arranged coaxially to one another in a common injector housing 39. In the injector housing 39, two parts which are movable relative to one another are spring-mounted: a pressure booster piston 8 and a nozzle piston 3. The pressure booster piston 8 has a first (larger diameter) pressure booster piston section 18 and a second (smaller diameter) pressure booster piston section 19. The injector housing 39 also has a step-shaped taper 41. The (larger diameter) first pressure booster piston section 19 is guided axially and largely liquid-tight from the larger diameter part of the injector housing 39. The (smaller diameter) second pressure booster piston section 19 is located partly in the larger diameter part of the injector housing 39 and is partially immersed in the smaller diameter part of the injector housing, where it is axially displaceable and largely liquid-tight. The larger-diameter first pressure booster piston section 18 part in the interior of the injector housing 39 from the pressure booster work chamber 11 and the pressure booster control chamber 12. The return spring 13 surrounding the smaller-diameter second pressure booster piston section 19 is arranged in the pressure booster control chamber 12. The return spring 13 is supported on the one hand in the area of the step-shaped taper 41 of the injector housing 39 and on the other hand on the first pressure booster piston section 18 having a larger diameter. In the idle state, it presses the pressure booster piston 8 against a limiting element 42 arranged in the injector housing 39 into its idle position. The pressure intensifier piston 8 is designed as a hollow piston: it contains a central, continuous bore 43. The nozzle piston 3 is guided in a liquid-tight manner in a guide region 44 in this bore 43. A pressure piece 45, which projects into the bore 43 in the form of a cylinder, is fastened to the injector housing 39 in the region of the pressure intensifier working space 11. On the side facing the nozzle piston 3, the pressure piece 45 has a taper, on which a closing spring 24 is fitted. The closing spring 24 is supported on the one hand against the pressure piece 45 and, on the other hand, presses against the end of the nozzle piston 3 projecting into the bore 42. Between the nozzle piston 3 and the pressure piece 45 there is sufficient space to lift the nozzle needle 5 from the injection openings 6 opposed to the force of the closing spring 24 during an injection process.
Die Schließfeder 24 ist in der Bohrung 43 von dem Einspritzdüsen-Steuerraum 20 umgeben. Bei der in Figur 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist somit der Einspritzdüsen- Steuerraum 20 in dem als Hohlkolben ausgebildete Druclcübersetzer-Kolben 8 angeordnet. Der Druckübersetzer-Kolben 3 enthält mindestens eine Öffnung 46, über die der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 ständig mit dem Drucküber- setzer-Steuerraum 12 verbunden ist, so dass in den beiden Räumen 12, 20 stets der Druck ausgeglichen wird.The closing spring 24 is surrounded in the bore 43 by the injection nozzle control chamber 20. In the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the injector control chamber 20 is thus arranged in the pressure booster piston 8 designed as a hollow piston. The pressure booster piston 3 contains at least one opening 46, through which the injector control chamber 20 is constantly connected to the pressure booster control room 12, so that the pressure in the two rooms 12, 20 is always equalized.
Alternativ dazu könnte der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 statt mit dem Druckübersetzer- Steuerraum 12 z.B. mit dem Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 verbunden sein. Dann wird der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 nicht gemeinsam mit dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 entlastet, sondern bleibt ständig auf dem Druckniveau des Arbeitsraumes 11. Dies wäre ebenfalls möglich, da im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 durch die Druckübersetzungs- Einrichtung 7 ein höherer Druck aufgebaut wird und die Kraftstoff-Einspritzdüse 2 somit öffnet. Zur Verbindung des Einspritzdüsen-Steuerraumes 20 mit dem Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 könnte z.B. das Druckstück 45 im Durchmesser verkleinert werden, sodass es nicht mehr hochdruckdicht in dem Druckübersetzer-Kolben 8 geführt würde, sondern entlang des Druckstückes 45 eine Verbindung zwischen den beiden Räumen 20, 11 bestehen würde.Alternatively, the injector control chamber 20 could be e.g. instead of the pressure booster control chamber 12 e.g. be connected to the pressure intensifier work space 11. Then the injector control chamber 20 is not relieved together with the pressure intensifier control chamber 12, but remains constantly at the pressure level of the work space 11. This would also be possible since a higher pressure is built up in the injector high pressure chamber 21 by the pressure intensifier 7 the fuel injector 2 thus opens. For connecting the injector control chamber 20 to the pressure booster work chamber 11, e.g. the pressure piece 45 are reduced in diameter, so that it would no longer be guided in the pressure intensifier piston 8 in a high-pressure-tight manner, but rather a connection would exist between the two spaces 20, 11 along the pressure piece 45.
In der Anordnung gemäß Figur 3 fallen der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und der Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 gemäß Figuren 1 und 2 zusammen und werden von dem Hochdruclcraum 47 gebildet. Die eine Drossel 23 enthaltende Füllverbindung 10 zwischen dem Einspritzdüsen- Steuerraum 20 und dem Hochdruckraum 47 verläuft bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Düsenkolben 3.In the arrangement according to FIG. 3, the pressure intensifier high-pressure chamber 9 and the injection nozzle high-pressure chamber 21 according to FIGS. 1 and 2 coincide and are formed by the high-pressure chamber 47. In this preferred embodiment of the present invention, the filler connection 10 containing a throttle 23 between the injection nozzle control chamber 20 and the high pressure chamber 47 runs in the nozzle piston 3.
Die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum 25 erfolgt wiederum durch Aktivierung des 3/2-Wege-Steuerventils 14. Dadurch wird der Druckübersetzer-Steuerraum 12 über die Verbindungsleitung 32 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden und somit druckentlastet. Dies aktiviert die Druckübersetzungs-Einrichtung und der Kraftstoff wird im Hochdruckraum 47 durch den Druckübersetzer-Kolben 3 verdichtet. Der verdichtete Kraftstoff wird entlang der Düsennadel 5 weitergeleitet. Der Düsenkolben 3 gibt schließlich in Folge der steigenden öffnenden Druckkraft im Hochdruclcraum 47 die Einspritzöffnungen 6 frei und der Kraftstoff wird in den Brennraum 25 eingespritzt. Bei geöffneter Kraftstoff- Einspritzdüse liegt der Düsenkolben 3 mit dem Dichtsitz 26 an dem Druckstück 45 an und verschließt so die Füllverbindung 10 flüssigkeitsdicht. So kann kein komprimierter Kraftstoff von dem Hochdruckraum 47 in den Einspritzdüsen- Steuerraum 20 zurückfließen.The fuel is metered into the combustion chamber 25 again by activating the 3/2-way control valve 14. As a result, the pressure booster control chamber 12 is connected to the low-pressure line 17 via the connecting line 32 and is thus relieved of pressure. This activates the pressure booster device and the fuel is compressed in the high pressure chamber 47 by the pressure booster piston 3. The compressed fuel is passed along the nozzle needle 5. The nozzle piston 3 finally opens the injection openings 6 as a result of the increasing opening pressure force in the high pressure chamber 47 and the fuel is injected into the combustion chamber 25. When the fuel injection nozzle is open, the nozzle piston 3 lies with the sealing seat 26 on the pressure piece 45 and thus closes the filling connection 10 in a liquid-tight manner. In this way, no compressed fuel can flow back from the high-pressure chamber 47 into the injector control chamber 20.
Zum Beenden der Einspritzung wird durch das Steuerventil 14 der Druckübersetzer- Steuerraum 12 wieder mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. Dadurch baut sich in dem Druckübersetzer-Steuerraum 12 und über die Öffnung 46 in dem Einspritzdüsen- Steuerraum 20 der von der Kraftstoff-Hochdruckquelle erzeugte Kraftstoff-Hochdruck auf. Der Druck im Hochdruckraum 47 fällt auf den Kraftstoff-Hochdruckquellen-Hochdruck ab, woraufhin der Druckübersetzer-Kolben 8 hydraulisch ausgeglichen ist, ebenso wie der Düsenkolben 3. Durch die Kraft der Federn 13, 24 werden beide Kolben 3, 8 in ihrer Ruheposition bewegt. Die Düsennadel verschließt die Einspritzöffnungen 6 und der Dusenkolben 3 hebt den Dichtsitz 26 von dem Druckstück 45 ab. Somit wird die Füllverbindung 10 geöffnet, so dass der Hochdruclcraum 47 über die Füllverbindung 10 und weitere Räume 20, 12 und Verbindungen 46, 32, 31, 27 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden ist. So wird der Hochdruclcraum 47 beim Rückstellen des Druckübersetzer-Kolbens 8 über die Füllverbindung 10 befüllt.To end the injection, the pressure intensifier control chamber 12 is again connected to the high-pressure fuel source 1 by the control valve 14. As a result, the high-pressure fuel generated by the high-pressure fuel source builds up in the pressure intensifier control chamber 12 and via the opening 46 in the injector control chamber 20. The pressure in the high-pressure chamber 47 drops to the high-pressure fuel high-pressure source, whereupon the pressure booster piston 8 is hydraulically balanced, as is the nozzle piston 3. The force of the springs 13, 24 moves both pistons 3, 8 in their rest position. The nozzle needle closes the injection openings 6 and the nozzle piston 3 lifts the sealing seat 26 off the pressure piece 45. The filling connection 10 is thus opened, so that the high-pressure chamber 47 is connected to the high-pressure fuel source 1 via the filling connection 10 and further spaces 20, 12 and connections 46, 32, 31, 27. Thus, the high pressure chamber 47 is filled via the filling connection 10 when the pressure intensifier piston 8 is reset.
Durch das Zusammenlegen von Druckübersetzer-Hochdruckraum und Einspritzdüsen- Hochdruckraum, den als Hohlkolben ausgeführten Druckübersetzer-Kolben und die in dem Düsenkolben enthaltene Füllverbindung lässt sich bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise eine besonders kompakte Konstruktion der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung erreichen.By combining the pressure intensifier high-pressure chamber and the injection nozzle high-pressure chamber, the pressure intensifier piston designed as a hollow piston and the filling connection contained in the nozzle piston, a particularly compact construction of the fuel injection device can advantageously be achieved in this preferred embodiment of the present invention.
Figur 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzeinrichtung im Ruhezustand bzw. beim Befallen.FIG. 4 shows a further preferred embodiment of a fuel injection device according to the invention in the idle state or when infected.
Im Ruhezustand (keine Einspritzung) befindet sich das Steuerventil 14 in einer ersten Schaltstellung 15, in der es den Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 mit der Niederdrucklei- tung 17 verbindet. Der Einspritzdüsen-Steuerraum 20 sowie der im Ruhezustand damit über die Füllverbindung 10 verbundene Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 und der Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 sind über eine zweite Niederdruckleitung 48 mit einem nicht weiter dargestellten Niederdruckbereich verbunden, ebenso wie der Druckübersetzer- Steuerraum 12 über eine dritte Niederdruckleitung 49. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind also bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse 2 der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 über die Füllverbindung 10 und über den Einspritzdüsen-Steuerraum 20, der Druckübersetzer-Steuerraum 12 und der Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 mit mindestens einer Niederdruckleitung 17, 48, 49 verbunden. Somit ist sowohl der Druckübersetzer-Kolben 8 als auch der Dusenkolben 3 im Ruhezustand hydraulisch ausgeglichen und beide Kolben 8, 3 werden durch die zugeordnete Feder 13, 24 in ihrer Ruheposition gehalten. Die Einspritzöffnungen 6 sind zum Brennraum 25 hin durch die Düsennadel 5 verschlossen.In the idle state (no injection), the control valve 14 is in a first switching position 15, in which it connects the pressure intensifier work chamber 11 to the low pressure line 17. The injector control chamber 20 and the pressure intensifier high pressure chamber 9 connected to it in the idle state via the filler connection 10 and the injector high pressure chamber 21 are connected via a second low pressure line 48 to a low pressure region (not shown), as is the pressure intensifier Control chamber 12 via a third low-pressure line 49. In this preferred embodiment of the present invention, when the fuel injector 2 is closed, the pressure intensifier high-pressure chamber 9 is via the filler connection 10 and via the injector control chamber 20, the pressure intensifier control chamber 12 and the pressure intensifier work space 11 connected to at least one low pressure line 17, 48, 49. Thus, both the pressure booster piston 8 and the nozzle piston 3 are hydraulically balanced in the idle state and both pistons 8, 3 are held in their rest position by the associated spring 13, 24. The injection openings 6 are closed towards the combustion chamber 25 by the nozzle needle 5.
Zur Einspritzung wird das Steuerventil 14 von der ersten Schaltstellung 15 in die zweite Schaltstellung 16 geschaltet. In der zweiten Schaltstellung 16 ist der Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 verbunden. In dem Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 baut sich der von der Kraftstoff-Hochdruckquelle 1 erzeugte Druck auf. Der Druckübersetzer-Kolben 8 bewegt sich dadurch in Verdichtungsrichtung und verdichtet den Kraftstoff im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 auf übersetzten Druck. Dieser wird in den Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21 weitergeleitet. Der Dusenkolben 3 bewegt sich durch die so erzeugte Drucklcraft in Öffnungsrichtung und gibt die Einspritzöffnungen 6 frei. Gleichzeitig wird die Füllverbindung 10 vom Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 zum Einspritzdüsen-Steuerraum 20 durch den Düsenkolben 3 verschlossen. So entsteht keine Verlustmenge während der Einspritzung.For injection, the control valve 14 is switched from the first switch position 15 to the second switch position 16. In the second switching position 16, the pressure intensifier work chamber 11 is connected to the high-pressure fuel source 1. The pressure generated by the high-pressure fuel source 1 builds up in the pressure intensifier work chamber 11. The pressure booster piston 8 thereby moves in the compression direction and compresses the fuel in the pressure booster high-pressure chamber 9 to the translated pressure. This is passed on to the injection nozzle high-pressure chamber 21. The nozzle piston 3 moves in the opening direction through the pressure craft generated in this way and releases the injection openings 6. At the same time, the filling connection 10 from the pressure intensifier high-pressure chamber 9 to the injector control chamber 20 is closed by the nozzle piston 3. So there is no loss during the injection.
Zum Beenden des Einspritzvorganges wird das Steuerventil 14 in die erste Schaltstellung 15 zurückgeschaltet. Der Druckübersetzer- Arbeitsraum 11 ist dann wieder mit der Nieder- druckleitung 17 verbunden. Im Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 stellt sich ebenfalls der Niederdruck ein und folglich auch im Einspritzdüsen-Hochdruckraum 21. Daher schließt die Düsennadel 5 und der Düsenkolben 3 gibt die Füllverbindung 10 frei. Der Druckübersetzer-Hochdruckraum 9 wird beim Rückstellen 38 des Druckübersetzer-Kolben 8 über die Füllverbindung 10 aus dem Niederdrucksystem befüllt. Die Füllverbindung 10 kann bei Bedarf eine Drossel 23 enthalten. To end the injection process, the control valve 14 is switched back to the first switching position 15. The pressure intensifier work space 11 is then connected again to the low pressure line 17. The low pressure also arises in the pressure intensifier chamber 9 and consequently also in the injector high pressure chamber 21. The nozzle needle 5 therefore closes and the nozzle piston 3 releases the filling connection 10. The pressure intensifier high-pressure chamber 9 is filled when the pressure intensifier piston 8 is reset 38 via the filling connection 10 from the low pressure system. The filler connection 10 can contain a throttle 23 if required.
B ezugszeichenlisteList of reference symbols
Kraftstoff-Hochdruckquelle Kraftstoff-Einspritzdüse Düsenkolben oberer Düsenkolben-Teilbereich Düsennadel Einspritzöffnungen Druckübersetzungs-Einrichtung Druckübersetzer-Kolben Druckübersetzer-Hochdruckraum Füllverbindung Druckübersetzer- Arbeitsraum Druckübersetzer-Steuerraum Rückstellfeder Steuerventil erste Schaltstellung zweite Schaltstellung Niederdruckleitung erster Druckübersetzerkolben-Teilbereich zweiter Druckübersetzerkolben-Teilbereich Einspritzdüsen-Steuerraum Einspritzdüsen-Hochdruckraum erste Drossel zweite Drossel Schließfeder Brennraum Dichtsitz Hochdruckleitung Gehäuse der Druckübersetzungs-Einrichtung Einspritzhochdruckleitung Druckschulter Hochdruck-Verbindungsleitung erste Verbindungsleitung zweite Verbindungsleitung eingespritzter Kraftstoff große Kolbenfläche Verdichtungsrichtung kleine Kolbenfläche Rückstellrichtung InjelctorgehäuseHigh-pressure fuel source Fuel injection nozzle Nozzle piston upper nozzle piston section Nozzle needle Injection orifices Pressure intensifier device Pressure intensifier piston Pressure intensifier high pressure chamber Filling connection Pressure intensifier work chamber Pressure intensifier control chamber Return spring control valve first switching position second switching position Low pressure line first pressure intensifier piston part area second pressure intensifier chamber injector nozzle part first throttle second throttle closing spring combustion chamber sealing seat high pressure line housing of the pressure booster device injection high pressure line pressure shoulder high pressure connecting line first connecting line second connecting line injected fuel large piston area compression direction small piston area reset direction injector housing
stufenförmige Verjüngung Begrenzungselement Bohrung Führungsbereich Druckstück Öffnung Hochdruckraum zweite Niederdruckleitung dritte Niederdruckleitung step-shaped taper limiting element bore guide area pressure piece opening high pressure chamber second low pressure line third low pressure line

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung für Brennlcraftmaschinen mit einer durch eine Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) mit Kraftstoff versorgbaren Kraftstoff-Einspritzdüse (2), die einen beweglichen Düsenico lben (3) zum Öffnen und Verschließen von Einspritzöffnungen (6), einen Einspritzdüsen-Hochdruckraum (21) und einen Einspritzdüsen- Steuerraum (20) aufweist, wobei zwischen die Kraftstoff-Einspritzdüse (2) und die Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) eine Druckübersetzungs-Einrichtung (7) geschaltet ist, die einen beweglichen Druckübersetzer-Kolben (8), einen Druckübersetzer- Arbeitsraum (11) und einen Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) zum Befallen des Druckübersetzer-Hochdruckraums (9) offene Füll Verbindung (10) bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse (2) verschlossen ist.1.Fuel injection device for Brennlcraft machines with a fuel injection nozzle (2) which can be supplied with fuel by a high-pressure fuel source (1) and which have a movable nozzle nozzle (3) for opening and closing injection openings (6), an injection nozzle high-pressure chamber ( 21) and an injection nozzle control chamber (20), wherein between the fuel injection nozzle (2) and the fuel high pressure source (1) a pressure transmission device (7) is connected, which has a movable pressure transmission piston (8), one Pressure intensifier work chamber (11) and a pressure intensifier high pressure chamber (9), characterized in that when the fuel injector (2) is closed, to fill the pressure intensifier high pressure chamber (9), an open filler connection (10) when the fuel injector ( 2) is closed.
2. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) bei geöffneter Kraftstoff-Einspritzdüse (2) durch den Düsenkolben (3) verschlossen ist.2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the filling connection (10) is closed by the nozzle piston (3) when the fuel injection nozzle (2) is open.
3. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckänderung in einem in der Druckübersetzungs-Einrichtung (7) enthaltenen Druckübersetzer-Steuerraum (12) und/oder in dem Druckübersetzer- Arbeitsraum (11) eine Druckänderung im Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) bewirkt.3. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that a pressure change in a pressure intensifier control chamber (12) contained in the pressure intensifier device (7) and / or in the pressure intensifier work chamber (11) a pressure change in the pressure intensifier high pressure chamber ( 9) causes.
4. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen und Verschliessen der Einspritzöffnungen (6) über ein Steuerventil (14) steuerbar ist.4. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the opening and closing of the injection openings (6) can be controlled via a control valve (14).
5. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) zwischen dem Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) und dem Ein- spritzdüsen-Steuerraum (20) angeordnet ist.5. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the filling connection (10) between the pressure intensifier high-pressure chamber (9) and the injection nozzle control chamber (20) is arranged.
6. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) eine Drossel (23) aufweist.6. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the filling connection (10) has a throttle (23).
7. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) während der Einspritzung über eine Hochdruckleitung (27) mit dem in der Druckübersetzungs-Einrichtung (7) enthaltenen Druckübersetzer- Arbeitsraum (11) verbunden ist. 7. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the fuel high-pressure source (1) is connected during the injection via a high-pressure line (27) with the pressure intensifier work chamber (11) contained in the pressure intensifier device (7).
8. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) durch das Zusammenwirken des Düsenkolbens (3) mit einem Dichtsitz (26) verschließbar ist.8. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the filling connection (10) can be closed by the interaction of the nozzle piston (3) with a sealing seat (26).
9. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtsitz (26) an dem Düsenkolben (3) ausgebildet ist, der zum Verschließen der Füllverbindung (10) mit einem Druckstück (45) zusammenwirkt.9. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that a sealing seat (26) is formed on the nozzle piston (3), which cooperates with a pressure piece (45) to close the filler connection (10).
10. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllverbindung (10) in dem Düsenkolben (3) ausgebildet ist.10. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the filling connection (10) is formed in the nozzle piston (3).
11. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdüsen- Steuerraum (20) in dem als Hohlkolben ausgebildeten Drucküberset- zer-Kolben (8) angeordnet ist.11. The fuel injection device according to claim 1, characterized in that the injection nozzle control chamber (20) is arranged in the pressure booster piston (8) designed as a hollow piston.
12. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) über ein Steuerventil (14) (in einer ersten Schaltstellung (15)), den Druckübersetzer- Steuerraum (12), den Einspritzdüsen-Steuerraum (20) und die Füllverbindung (10) mit der Kraftstoff-Hochdruckquelle (1) verbunden ist.12. Fuel injection device according to claim 3, characterized in that the pressure intensifier high-pressure chamber (9) when the fuel injector (2) is closed via a control valve (14) (in a first switching position (15)), the pressure intensifier control chamber (12 ), the injector control chamber (20) and the filling connection (10) with the high-pressure fuel source (1) is connected.
13. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei sich öffnender und offener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) der Druckübersetzer- Steuerraum (12) und der Einspritzdüsen-Steuerraum (20) mit einer Niederdruckleitimg13. Fuel injection device according to claim 3, characterized in that when the fuel injector (2) opens and opens, the pressure intensifier control chamber (12) and the injector control chamber (20) have a low pressure conduit
(17) verbunden sind.(17) are connected.
14. Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Kraftstoff-Einspritzdüse (2) der Druckübersetzer-Hochdruckraum (9) über die Füllverbindung (10) und über den Einspritzdüsen-Steuerraum (20), der14. A fuel injection device according to claim 3, characterized in that when the fuel injector (2) is closed, the pressure intensifier high-pressure chamber (9) via the filler connection (10) and via the injector control chamber (20)
Druckübersetzer-Steuerraum (12) und der Druckübersetzer- Arbeitsraum (11) mit mindestens einer Niederdruckleitung (17, 48, 49) verbunden sind. Pressure intensifier control chamber (12) and the pressure intensifier work space (11) are connected to at least one low pressure line (17, 48, 49).
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