EP1190169A2 - Control valve for an injector in a fuel injection system for internal combustion engines with pressure amplification in the control chamber - Google Patents

Control valve for an injector in a fuel injection system for internal combustion engines with pressure amplification in the control chamber

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Publication number
EP1190169A2
EP1190169A2 EP00990570A EP00990570A EP1190169A2 EP 1190169 A2 EP1190169 A2 EP 1190169A2 EP 00990570 A EP00990570 A EP 00990570A EP 00990570 A EP00990570 A EP 00990570A EP 1190169 A2 EP1190169 A2 EP 1190169A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control valve
actuator
control
sealing
injector
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.)
Withdrawn
Application number
EP00990570A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
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
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M47/025—Hydraulically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • 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
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    • 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
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/46—Valves

Definitions

  • the invention relates to a control valve for the injector of a fuel injection system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1 and an injector
  • An injector is known from EP 0 740 068 A2, in which the control chamber is delimited by an end face of the nozzle needle. This enables a compact design to be achieved.
  • Nozzle needle through this measure, since overcompensation of the hydraulic forces in the direction of the closing movement of the nozzle needle is not possible.
  • the invention has for its object to provide a control valve for an injector, which has a compact design and high closing speeds of the injection nozzle enables.
  • a control valve for the injector of a fuel injection system for internal combustion engines with a housing, the control valve having an actuator and being actuated by an actuator, the control valve being able to establish a hydraulic connection between a fuel return and a control chamber of the injector, wherein the actuator is operatively connected to a pressure piston, the pressure piston hydraulically separating the control chamber from the control valve before a switching position of the control valve is reached which hydraulically separates the control chamber from the control valve and wherein the remaining travel of the control valve until this switching position is reached Pressure increase in the control room by the pressure piston is used.
  • the control valve according to the invention has the advantage that, with the help of part of the actuating movement of the control valve, displacement work is carried out in the control chamber and thus the pressure in the control chamber is increased by the actuating movement. This results in a steeper pressure increase in the control chamber when the control valve closes and thus also a steeper increase in the closing force acting on the nozzle needle. As a result, the closing time is shortened. Due to the shortened closing time, pre-injection quantities can be measured more precisely, and the control of the main injection can also be carried out more precisely and with higher degrees of friity.
  • the actuator and a bore of the housing have a ring groove form, the first end of which is hydraulically connected to the fuel return and the second end of which is hydraulically connected to the control chamber, and that the actuator is axially displaceable by means of a plunger guided in a first guide bore and has means for sealing the annular space from the control chamber.
  • the actuator has means for sealing the annular space from the fuel return, so that the control valve according to the invention can be implemented on the basis of a 2/2 control valve or on the basis of a 2/3 control valve.
  • the pressure piston is connected to the end of the actuator facing away from the tappet, that there is a second guide bore with control edge coaxial with the first guide bore at the opposite end of the annular space, and that the second guide bore, starting at the Control edge, can be closed by the pressure piston, so that the displacement work in the control chamber is coupled in a simple and effective manner with the control movement of the control valve.
  • the means for sealing the annular space from the fuel back and / or the means for sealing the annular space from the control space each have a frustoconical sealing cone arranged coaxially with the longitudinal axis of the tappet, so that the sealing effect over the entire service life is good is achieved.
  • Fuel return sealing surfaces are formed with the means for sealing the annular space from the control space and / or the means for sealing the annular space from Fuel return interact so that there is a simple and space-saving arrangement of the sealing surfaces.
  • Another embodiment of the invention provides that a closing spring is present which acts on the actuator in the actuating direction of the actuator, so that the control valve always assumes a defined switching position even when there is no system pressure.
  • the housing is made in two parts, so that manufacture and assembly are facilitated.
  • control valve is a 2/3 control valve, so that the dimensioning of the smallest pre-injection quantities is improved and, at the same time, large main injection quantities are possible.
  • the end face of the actuator facing away from the actuator and a piston actuated by the actuator limit a liquid-filled pressure chamber of a hydraulic translator, so that the actuator travel and actuating force meet the requirements of the control valve according to the invention; or the injector can be adjusted.
  • the actuator is a piezo actuator, so that large actuating forces and a rapid response are guaranteed.
  • the actuator is rotationally symmetrical, in particular essentially cylindrical, or the actuator is spherical and the means for sealing the annular space from the fuel return and / or the means sealing lines for sealing the annulus from the control chamber on the spherical surface, so that a suitable actuator is available depending on the operating conditions.
  • the fuel injection system is a common rail injection system, so that the advantages of the control valve according to the invention also benefit these injection systems.
  • Fuel injection system for internal combustion engines with a housing and with one actuated by an actuator
  • Control valve wherein a hydraulic connection between a fuel return and a control space of the injector can be established by means of the control valve and wherein the control valve is a control valve according to one of the preceding claims.
  • This injector has the advantages according to the invention described above.
  • control space is limited by an end face of the nozzle needle, so that the injector has a particularly compact design and the closing times of the injector according to the invention are nevertheless very short.
  • FIG. 1 shows an injector 1 according to the invention.
  • Fuel is fed via an inlet duct 5 to an injection nozzle 7 and via an inlet throttle 9 into a control chamber 11 via a high-pressure connection (not shown).
  • the control chamber 11 is indirectly connected to a fuel return 17 via a drain channel with drain throttle 13 and a control valve 15 shown in shame.
  • the control chamber 11 is delimited by a nozzle needle 19.
  • the nozzle needle 19 prevents the fuel under pressure from flowing between the injections into the combustion chamber (not shown).
  • the nozzle needle 19 has a cross-sectional change 23 from a larger diameter 25 to a smaller diameter 27. With its larger diameter 25, the nozzle needle 19 is guided in a housing 29.
  • the cross-sectional change 23 delimits a pressure space 31 of the injection nozzle 7.
  • Nozzle needle 19 pressed into a nozzle needle seat 35 and seals the inlet channel 5 to the combustion chamber, not shown.
  • a nozzle spring closes the injection nozzle 7 or the injector 1.
  • a hydraulic pressure converter (not shown) can be present between the control valve 15 and the actuator 37.
  • FIG. 2 shows an AUE, guide form of a control valve 15 according to the invention.
  • a bore 41 is provided in the housing 29.
  • a first guide bore 43 is provided coaxially with the bore 41.
  • An actuator 45 is arranged in the bore 41, which has a collar 47, a
  • Compression piston 49 and a first sealing cone 51 and a second sealing cone 53 The bore 41 and the collar 47 form an annular space 54.
  • the annular space 54 can take over the function of the outlet throttle by suitable dimensioning.
  • a plunger 55 is guided in the first guide bore 43 and is connected to the actuator 45.
  • the pressure piston 57 is arranged on the side of the actuator 45 opposite the plunger 55.
  • a second guide bore 59 designed as a stepped bore is provided between the annular space 54 and the drain channel with the drain throttle 13.
  • the shoulder of the second guide bore 59 represents a control edge 61 which interacts with the pressure piston 49. If the pressure piston 49 is moved so far into the second guide bore 59 that its larger diameter reaches the control edge S1, the hydraulic connection between the control chamber 11 and Fuel return 17 interrupted.
  • a first sealing seat 63 is formed in the housing 29, which can hydraulically separate the annular space 54 from the control space 11 with the first sealing cone 51.
  • the second sealing cone 53 together with a second sealing seat 65 arranged between the bore 41 and the fuel return 17, can hydraulically separate the annular space 54 from the fuel return 17.
  • control valve In the control chamber 11 there is a nozzle spring 67 which ensures that the injection nozzle 7 remains closed even when the fuel pressure is missing.
  • the control valve is actuated by an actuator, not shown, which acts on the tappet 55.
  • a closing spring 75 is supported on one side against a shoulder 77 of the housing 29 and on the other side via a Seeger ring 79 against the plunger 55.
  • the closing spring 75 ensures that the actuator 45 is brought into a first switching position a even when there is no pressure in the control chamber 11.
  • the actuator is only loaded under pressure, which is particularly important when using piezo actuators, since these actuators only work reliably under pressure.
  • the control valve 15 according to the invention can be used as a 2/2 control valve or a 2/3 control valve.
  • the mode of operation of the control valve 15 according to the invention with three switch positions is described below.
  • Fuel return 17 is hydraulically separated from the annular space 54.
  • a hydraulic connection between the control chamber 11 and the fuel return 17 is present for a short time; ie the pressure in the control chamber 11 breaks at least partially together and the injector 7 opens briefly. This brief opening is used for a pre-injection.
  • the pre-injection quantity and duration can be structurally determined with great repetition accuracy by designing the actuator and the outlet channel with outlet throttle 13 or the annular space 54.
  • a valve stroke c is achieved, which is characterized in that the pressure piston 49 and the control edge 61 close off the control chamber 11 with respect to the fuel return.
  • the pressure piston 49 acts with respect to the control chamber 11 like the piston of a piston pump and increases the pressure in the control chamber 11.
  • the pressure increase also increases the closing force acting on the nozzle needle 19, which leads to a reduction in the pressure ⁇ Closing time leads.
  • the actuator 45 assumes an intermediate position in which the first sealing cone 51 and the second sealing cone 53 do not rest on the first sealing seat 63 or the second sealing seat 65.
  • the injection takes place essentially at the same time as the time interval within which the control valve 15 assumes the switching position d.
  • control valve 15 If the control valve 15 according to the invention is operated as a 2/2 control valve, it takes up the switching position b between the injections. The pre-injection is triggered by the
  • Switch position d and then di ⁇ switch position b is controlled again.
  • the main injection is carried out in the same way, with the difference that the opening duration of the injection nozzle 7 is greater.
  • FIG. 3a shows the pressure p in the control chamber 11 over the time t.
  • FIG. 3b the time course of the stroke 81 of the nozzle needle 19 is plotted and FIGS. 3c and 3d indicate the associated switching positions of the control valve 15.
  • the control valve 15 in Fig. 3c, the control valve 15 as a 2/3 valve; in Fig. 3d, the control valve 15 is operated as a 2/2 valve.
  • Actuator moved to switch position d.
  • the pressure p starts to collapse in the control chamber 11 starting from p HD (see FIG. 3a).
  • the nozzle needle 19 leaves the nozzle needle seat 35 and the injection begins. This process can be seen from the overview of FIGS. 3a and 3b.
  • the actuator 45 of the control valve 15 is brought into a switching position marked with e in FIG. 3c.
  • the fuel flow from the control chamber 11 is throttled in the fuel return 17 between the pressure pistons 49 and the control edge 61. This increases the pressure p ⁇ m of the control chamber 11, as can be seen from FIG. 3a.
  • the actuator 5 When the pressure p in the control chamber 11 is sufficiently high. the actuator 5 is moved into the second switching position b. As soon as the control valve 15 reaches the valve stroke c and the pressure piston 49 seals the control chamber 11 against the fuel return 17 at the control edge 61, the pressure piston 49 acts like a piston pump to increase the pressure in the control chamber 11.
  • the switching position e and the valve stroke c are in close proximity to one another , so that they are almost identical in the resolution chosen in FIG. 3c.
  • the displacement work of the pressure piston 49 is shown as a hatched area 83 in FIG. 3a.
  • the solid line 85 represents the pressure curve of a control valve according to the prior art, while the dashed line 87 represents the pressure curve of a control valve 15 according to the invention.
  • the reduction in the closing time of the injector due to the pressure increase in the control chamber 11 can be seen from FIG. 3b.
  • the solid line 89 represents the closing movement of a nozzle needle of an injector according to the prior art, while the dashed line 91 represents the closing movement of a
  • Nozzle needle of an injector 1 according to the invention.
  • the shortening of the closing time of the injector due to the pressure increase in the control room 11 is designated 93 in FIG. 3b.
  • the nozzle needle 19 opens a little and the pre-injection quantity is injected into the combustion chamber.
  • the control valve 15 can also briefly in the pre-injection
  • the main injection (not shown in FIG. 3) takes place in that the control valve is controlled from the second switching position b into the switching position d. This switch position is maintained until the required - 13 -
  • Injection quantity was injected.
  • the main injection is then ended by moving the control valve to the first switch position a.
  • This sequence also shows another advantage of the control valve according to the invention: the actuator only has to do work against the pressure in the control chamber 11 during the transition from the first switch position a to the second switch position b, so that the need for drive energy is very low.
  • the decrease in pressure in the control room during this transition leads to a low power requirement.
  • the injection is triggered in that the actuating valve 15 is brought into an intermediate position f by the switching position b in FIG. 3d.
  • the control valve 15 opens and the pressure p in the control chamber 11 collapses.
  • This injection is ended when the control valve 15 is moved from the intermediate position f back into the switching position b.
  • the pressure piston 49 seals the control chamber 11 against the fuel return 17 on the control can 61 and acts like a piston pump to increase the pressure in the control chamber 11.
  • the displacement work is shown in FIG. 3a as a hatched area 83.
  • the solid line 85 represents the pressure curve of a control valve according to the prior art, while the dashed line 87 represents the pressure curve of a control valve 15 according to the invention.

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Abstract

A control valve (15), for injectors in fuel injection systems for internal combustion engines is disclosed, in which a part of the control movement of the regulator (45) serves to increase the pressure in the control chamber (11). The closing times of the injector needle are thus reduced.

Description

Steuerventil für einen Injektor eines 10 Kraf stoffeinspritzsvstems für Brennkraftmaschinen mit Druckerhöhung- im Steuerraum Control valve for an injector of a 10 fuel injection system for internal combustion engines with pressure increase in the control room
Stand der TechnikState of the art
1515
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für den Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen InjektorThe invention relates to a control valve for the injector of a fuel injection system for internal combustion engines according to the preamble of claim 1 and an injector
20 für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs 15.20 for a fuel injection system for internal combustion engines according to the preamble of the independent claim 15.
Im Zuge fortschreitender technischer Entwicklung isπ man bestrebt, die Steuerventile von Injektoren und die 2.5 Injektoren selbst möglichst: kompakt zu bauen und gleichzeitig kurze Schließzeiten zu realisieren. Aus der EP 0 740 068 A2 ist ein Injektor bekannt, bei dem der Steuerraum von einer Stirnfläche der Düsennadel begrenzt wird. Dadurch lässt sich eine kompakte Bauweise erzielen.In the course of advancing technical development, efforts are being made to make the control valves of injectors and the 2.5 injectors themselves as compact as possible, while at the same time realizing short closing times. An injector is known from EP 0 740 068 A2, in which the control chamber is delimited by an end face of the nozzle needle. This enables a compact design to be achieved.
30 Allerdings verringert sich die Schließgeschwindigkeit der30 However, the closing speed of the
Düsennadel durch diese Maßnahme, da eine Überkompensation der hydraulischen Kräfte in Richtung der Schliεßbewegung der Düsennadel nicht möglich ist.Nozzle needle through this measure, since overcompensation of the hydraulic forces in the direction of the closing movement of the nozzle needle is not possible.
35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für einen Injektor bereitzustellen, welches kompakt baut und hohe Schließgeschwindigkeiten der Einspritzdüse ermöglicht .35 The invention has for its object to provide a control valve for an injector, which has a compact design and high closing speeds of the injection nozzle enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuerventil für den Injektor eines Kraftstoffeinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse, wobei das Steuerventil ein Stellglied aufweist und von einem Aktor betätigt wird, wobei mittels des Steuerventils eine hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffrücklauf und einem Steuerraum des Injektors herstellbar ist, wobei das Stellglied mit einem Druckkolben in Wirkverbindung steht, wobei der Druckkolben den Steuerraum von dem Steuerventil hydraulisch trennt, bevor eine Schaltstellung des Steuerventils erreicht wird, die den Steuεrraum von dem Steuerventil hydraulisch trennt und wobei der verbleibende Stellweg des Steuerventils bis zum Erreichen dieser Schaltstellung der Druckerhöhung im Steuεrraum durch den Druckkolben dient .This object is achieved according to the invention by a control valve for the injector of a fuel injection system for internal combustion engines with a housing, the control valve having an actuator and being actuated by an actuator, the control valve being able to establish a hydraulic connection between a fuel return and a control chamber of the injector, wherein the actuator is operatively connected to a pressure piston, the pressure piston hydraulically separating the control chamber from the control valve before a switching position of the control valve is reached which hydraulically separates the control chamber from the control valve and wherein the remaining travel of the control valve until this switching position is reached Pressure increase in the control room by the pressure piston is used.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgεmäße Stεuεrventil hat den Vorteil, dass mit Hilfe einεs Teils der Stellbewegung des Steuerventils Verdrängungsarbeit im Steuerraum verrichtet wird und somit der Druck im Steuerraum durch die Stellbewegung erhöht wird. Dadurch ergibt sich ein steilerer Druckanstieg im Steuerraum beim Schließen des Steuerventils und somit auch ein steilerer Anstieg der auf die Düsennadεl wirkenden Schließkraft. Infolgedessen verkürzt sich diε Schliεßdauer . Durch diε verkürzte Schließdauer können Vorεinspritzmεngen präzisεr zugemessen werden, und auch die Steuerung der Haupteinspritzung kann genauer und mit größeren Frεiheitsgraden erfolgεn.The control valve according to the invention has the advantage that, with the help of part of the actuating movement of the control valve, displacement work is carried out in the control chamber and thus the pressure in the control chamber is increased by the actuating movement. This results in a steeper pressure increase in the control chamber when the control valve closes and thus also a steeper increase in the closing force acting on the nozzle needle. As a result, the closing time is shortened. Due to the shortened closing time, pre-injection quantities can be measured more precisely, and the control of the main injection can also be carried out more precisely and with higher degrees of friity.
Bεi einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied und einε Bohrung dεs Gehäuses einen Ringrauin bilden, dessen erstes Ende mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch in Verbindung steht und dessen zweites Ende mit dem Steuerraum hydraulisch in Verbindung steht, und dass das Stellglied mittels eines in einer ersten Führungsbohrung geführten Stößels axial verschiebbar ist und Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum aufweist. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Stellglied Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Kraftstoffrücklauf auf, so dass das erfindungsgεmäße Steuerventil auf der Basis eines 2/2 -Steuerventils oder auf der Basis eines 2/3-Steuerventils realisierbar ist.In a variant of the invention it is provided that the actuator and a bore of the housing have a ring groove form, the first end of which is hydraulically connected to the fuel return and the second end of which is hydraulically connected to the control chamber, and that the actuator is axially displaceable by means of a plunger guided in a first guide bore and has means for sealing the annular space from the control chamber. In an alternative embodiment, the actuator has means for sealing the annular space from the fuel return, so that the control valve according to the invention can be implemented on the basis of a 2/2 control valve or on the basis of a 2/3 control valve.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Druckkolben an dem dem Stößel abgewandten Ende des Stellglieds mit diesem verbunden ist, dass koaxial zur ersten Führungsbohrung am entgegengesetzten Ende des Ringraums eine zweite Führungsbohrung mit Steuerkantε vorhanden ist, und dass die zweite Führungsbohrung, beginnend an der Stεuerkante, vom Druckkolben verschließbar ist, so dass die Verdrängungsarbeit im Steuεrraum auf einfache und wirksame Weisε mit der Stεllbewegung des Steuerventils gekoppelt ist.In addition to the invention, it is provided that the pressure piston is connected to the end of the actuator facing away from the tappet, that there is a second guide bore with control edge coaxial with the first guide bore at the opposite end of the annular space, and that the second guide bore, starting at the Control edge, can be closed by the pressure piston, so that the displacement work in the control chamber is coupled in a simple and effective manner with the control movement of the control valve.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisεn die Mittel zum Abdichtεn des Ringraums vom Kraftstoffrückl auf und/oder die Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum je einen koaxial zur Längsachse des Stößels angeordnεten kegelstumpfförmigen Dichtkεgεl auf, so dass über die gesamte Lεbensdauεr dεs Stεuεrvεntils εinε gute Dichtwirkung εrzielt wird.In another embodiment of the invention, the means for sealing the annular space from the fuel back and / or the means for sealing the annular space from the control space each have a frustoconical sealing cone arranged coaxially with the longitudinal axis of the tappet, so that the sealing effect over the entire service life is good is achieved.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Bohrung sowie Steuerraum undIn a further addition to the invention it is provided that between the bore and the control chamber and
Kraftstoffrücklauf Dichtflächεn ausgebildet sind, die mit den Mitteln zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum und/oder den Mitteln zum Abdichten des Ringraums vom Kraftstoffrücklauf zusammenwirken, so dass sich eine einfache und platzsparende Anordnung der Dichtflächen ergibt .Fuel return sealing surfaces are formed with the means for sealing the annular space from the control space and / or the means for sealing the annular space from Fuel return interact so that there is a simple and space-saving arrangement of the sealing surfaces.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Schließfeder vorhanden ist, die auf das Stellglied in der Bεtätigungsrichtung dεs Aktors einwirkt, so dass auch bei fehlendem Systemdruck das Steuerventil stets eine definierte Schaltstellung einnimmt .Another embodiment of the invention provides that a closing spring is present which acts on the actuator in the actuating direction of the actuator, so that the control valve always assumes a defined switching position even when there is no system pressure.
Bei einer anderen Ausführungsform ist das Gehäusε zwεiteilig ausgeführt, so dass Herstellung und Montage erleichtert werden.In another embodiment, the housing is made in two parts, so that manufacture and assembly are facilitated.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehεn, dass das Steuerventil ein 2/3-Steuεrventil ist, so dass die Bemessung kleinster Voreinspritzmengen verbεssert wird und gleichzeitig große Haupteinspritzmengen möglich sind.In addition to the invention, it is provided that the control valve is a 2/3 control valve, so that the dimensioning of the smallest pre-injection quantities is improved and, at the same time, large main injection quantities are possible.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung begrenzen die dem Stellglied abgewandtε Stirnsεitε dεs Stößεls und εin von dεm Aktor betätigter Kolben einεn flüssigkeitsgefullten Druckraum eines hydraulischen Übersetzers, so dass Stεllweg und Stellkraft des Aktors an die Erfordernissε des erfindungsgemäßεn Steuerventils; bzw. des Injektors angepasst werden können.In another embodiment of the invention, the end face of the actuator facing away from the actuator and a piston actuated by the actuator limit a liquid-filled pressure chamber of a hydraulic translator, so that the actuator travel and actuating force meet the requirements of the control valve according to the invention; or the injector can be adjusted.
Bei einer Variante der Erfindung ist der Aktor ein Piezoaktor, so dass große Stellkräfte und εin schnεlles Ansprechen gewährlεistεt sind.In a variant of the invention, the actuator is a piezo actuator, so that large actuating forces and a rapid response are guaranteed.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist das Stellglied rotationssymmetrisch, insbesondere im Wesentlichen zylindrisch, odεr ist das Stellglied kugelförmig ausgebildet und sind die Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Kraftstoffrücklauf und/oder die Mittel zum Abdichten des Ringraums vom Steuerraum auf der Kugeloberfläche verlaufende Dichtlinien, so dass je nach Betriebsbedingungεn ein geeignetes Stellglied verfügbar ist .In other embodiments of the invention, the actuator is rotationally symmetrical, in particular essentially cylindrical, or the actuator is spherical and the means for sealing the annular space from the fuel return and / or the means sealing lines for sealing the annulus from the control chamber on the spherical surface, so that a suitable actuator is available depending on the operating conditions.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesεhεn, dass das Kraftstoffeinspritzsystem ein Common-Rail- Einspritzsystem ist, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Steuεrvεntils auch diesen Einspritzsystemen zugute kommen.In a further addition to the invention, it is provided that the fuel injection system is a common rail injection system, so that the advantages of the control valve according to the invention also benefit these injection systems.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch erfindungsgemäS gelöst durch einen Injektor für einThe object mentioned at the outset is also achieved according to the invention by an injector for a
Kraftstoff inspritzsystem für Brεnnkraftmaschinen mit einem Gehäuse und mit einem von einεm Aktor betätigtenFuel injection system for internal combustion engines with a housing and with one actuated by an actuator
Steuerventil, wobei mittels des Steuerventils eine hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffrücklauf und einem Stεuerraum des Injektors herstellbar ist und wobei das Steuerventil ein Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist. Dieser Injektor weist die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile auf.Control valve, wherein a hydraulic connection between a fuel return and a control space of the injector can be established by means of the control valve and wherein the control valve is a control valve according to one of the preceding claims. This injector has the advantages according to the invention described above.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stεuerraum von einer Stirnfläche der Düsεnnadεl bεgrεnzt wird, so dass sich eine besondεrs kompakte Bauweise des Injektors ergibt und die Schließzεiten des erfindungsgemäßen Injektors trotzdem sehr kurz sind.In addition to the invention, it is provided that the control space is limited by an end face of the nozzle needle, so that the injector has a particularly compact design and the closing times of the injector according to the invention are nevertheless very short.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zεichnung und den Ansprüchen εntnεhmbar. Es zεigεn:Further advantages and advantageous configurations can be taken from the following description, the drawing and the claims. It shows:
Fig. 1: einen schematisiert dargestellten Injektor; - 6 -1: a schematically illustrated injector; - 6 -
Fig. 2: eine Ausführungsform εines εrfindungsgemäßen Steuerventils im Schnitt und2: an embodiment of a control valve according to the invention in section and
Fig. 3: den Druckverlauf im Steuerraum sowie die zugehörigen Steuerventilstellungen zweier erfindungsgemäßεr Ausführungsformen.3: the pressure curve in the control chamber and the associated control valve positions of two embodiments according to the invention.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßεr Injektor 1 dargestellt. Über einen nicht dargestεllten Hochdruckanschluss wird Kraftstoff über einen Zulaufkanal 5 zu einer Einspritzdüse 7 sowie über eine Zulaufdrossel 9 in einen Steuεrraum 11 geführt. Der Steuerraum 11 ist über einen nur angεdeutetεn Abflusskanal mit Ablaufdrossεl 13 und über ein schamtisch dargestelltes Steuerventil 15 mittelbar mit einem Kraftstoffrücklauf 17 verbundεn.1 shows an injector 1 according to the invention. Fuel is fed via an inlet duct 5 to an injection nozzle 7 and via an inlet throttle 9 into a control chamber 11 via a high-pressure connection (not shown). The control chamber 11 is indirectly connected to a fuel return 17 via a drain channel with drain throttle 13 and a control valve 15 shown in shame.
Der Steuεrraum 11 wird von einer Düsennadel 19 begrenzt .The control chamber 11 is delimited by a nozzle needle 19.
Die Düsεnnadel 19 verhindert, dass der unter Druck stehεndε Kraftstoff zwischen den Einspritzungen in den nicht dargεstelltεn Brennraum fließt. Diε Düsennadel 19 weist eine Querschnittsänderung 23 von einem größeren Durchmesser 25 auf einen kleinerεn Durchmεsser 27 auf. Mit ihrem größeren Durchmesser 25 ist diε Düsennadel 19 in einem Gεhäusε 29 gεführt . Die Querschnittsänderung 23 begrenzt einen Druckraum 31 der Einspritzdüse 7.The nozzle needle 19 prevents the fuel under pressure from flowing between the injections into the combustion chamber (not shown). The nozzle needle 19 has a cross-sectional change 23 from a larger diameter 25 to a smaller diameter 27. With its larger diameter 25, the nozzle needle 19 is guided in a housing 29. The cross-sectional change 23 delimits a pressure space 31 of the injection nozzle 7.
Bei geschlossener Ablaufdrossel 13 ist diε auf eineWhen the outlet throttle 13 is closed, this is on a
Stirnfläche 33 der Düsennadel 19 wirkende hydraulische Kraft größer als die auf die Querschnittsänderung 23 wirkende hydraulische Kraft, weil die Stirnfläche 33 der Düsennadel 19 größer als die Ringfläche der Querschnittsänderung 23 ist. Infolgedessen wird dieEnd face 33 of the nozzle needle 19 hydraulic force greater than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 23, because the end face 33 of the nozzle needle 19 is larger than the annular area of the cross-section change 23. As a result, the
Düsennadel 19 in einen Düsεnnadεlsitz 35 gepresst und dichtet den Zulaufkanal 5 zum nicht dargestellten Brennraum ab.Nozzle needle 19 pressed into a nozzle needle seat 35 and seals the inlet channel 5 to the combustion chamber, not shown.
Wenn die nicht dargestellte Hochdruckpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems nicht angetrieben wird, weil der Motor steht, dann schließt eine nicht dargestellte Düsenfeder die Einspritzdüse 7 bzw. den Injektor 1.If the high-pressure pump (not shown) of the fuel injection system is not driven because the engine is stopped, a nozzle spring (not shown) closes the injection nozzle 7 or the injector 1.
Wenn das Steuerventil 15 geöffnet wird, strömt Kraftstoff vom Steuerraum 11 in den Kraftstoffrücklauf . Dadurch sinkt der Druck im Stεuerraum 11 und die auf die Stirnfläche 33 der Düsennadel 19 wirkende hydraulische Kraft nimmt ab. Sobald diese hydraulische Kraft kleiner ist als die auf die Querschnittsänderung 23 wirkende hydraulische Kraft, öffnet die Düsennadεl 19, so dass der Kraftstoff durch die nicht dargestelltεn Spritzlöcher der Einspritzdüse 7 in den Brennraum gelangen kann. Diese indirεktε Ansteuerung der Düsεnnadεl 19 über εin hydraulisches Kraftverstärkersystem ist notwendig, weil die zum schnellεn Öffnεn dεr Düsεnnadεl 19 bεnötigtεn großen Kräfte mit dem Steuerventil 15 nicht direkt erzeugt werden können. Die dabei zusätzlich zu der in den Brennraum εingespritzten Kraftstof menge benötigtε sogεnanntε "Steuermengε" gelangt über die Zulaufdrossεl 9, den Steuerraum 11 und das Steuerventil 15 in den Kraftstoffrücklauf 17.When the control valve 15 is opened, fuel flows from the control chamber 11 into the fuel return. As a result, the pressure in the control chamber 11 drops and the hydraulic force acting on the end face 33 of the nozzle needle 19 decreases. As soon as this hydraulic force is less than the hydraulic force acting on the cross-sectional change 23, the nozzle needle 19 opens, so that the fuel can get into the combustion chamber through the spray holes (not shown) of the injection nozzle 7. This indirect actuation of the nozzle needle 19 via a hydraulic power booster system is necessary because the large forces required to quickly open the nozzle needle 19 cannot be generated directly with the control valve 15. The so-called "control amount" required in addition to the amount of fuel injected into the combustion chamber reaches the fuel return line 17 via the inlet throttle 9, the control chamber 11 and the control valve 15.
Zusätzlich zur Steuermεnge εntstεht auch noch an der Düsennadelführung eine Leckag . Die Steuer- und die Leckagemengen werdεn über den Kraftstoffrücklauf 17 wieder in dεn nicht dargεstelltεn Kraftstoffbehälter zurückgeführt. Zwischen dεn Einspritzungen ist das das Steuerventil 15 und damit auch die Einspritzdüse 7 verschlossen. Bεtätigt wird das Srεuεrvεntil 15 durch einεn schematisch dargestεlltεn Aktor 37. Zwischen Steuerventil 15 und Aktor 37 kann ein nicht dargestellter hydraulischer Druckübεrsetzεr vorhanden sein. Fig. 2 zeigt eine AUE;führungsform eines erfindungsgemäSen Steuerventils 15. In dem Gehäuse 29 ist eine Bohrung 41 vorgesehen. Koaxial zur Bohrung 41 ist eine erste Führungsbohrung 43 vorhanden. In der Bohrung 41 ist ein Stellglied 45 angeordnet, welches einen Bund 47, einenIn addition to the control amount, there is also a leak at the nozzle needle guide. The control and leakage quantities are fed back into the fuel tank (not shown) via the fuel return 17. The control valve 15 and thus also the injection nozzle 7 are closed between the injections. The control valve 15 is actuated by a schematically illustrated actuator 37. A hydraulic pressure converter (not shown) can be present between the control valve 15 and the actuator 37. 2 shows an AUE, guide form of a control valve 15 according to the invention. A bore 41 is provided in the housing 29. A first guide bore 43 is provided coaxially with the bore 41. An actuator 45 is arranged in the bore 41, which has a collar 47, a
Druckkolben 49 sowie einen ersten Dichtkegel 51 und einen zweiten Dichtkegel 53 aufweist. Die Bohrung 41 und der Bund 47 bilden einen Ringraum 54. Durch eine geeignete Dimensionierung kann der Ringraum 54 die Funktion der Ablaufdrossel übernehmen. In der ersten Führungsbohrung 43 ist ein Stößel 55 geführt, der mit dem Stellglied 45 verbunden ist. Der Druckkolben 57 ist auf der dεm Stößel 55 gegenüberliegenden Seitε des Stellglieds 45 angeordnet.Compression piston 49 and a first sealing cone 51 and a second sealing cone 53. The bore 41 and the collar 47 form an annular space 54. The annular space 54 can take over the function of the outlet throttle by suitable dimensioning. A plunger 55 is guided in the first guide bore 43 and is connected to the actuator 45. The pressure piston 57 is arranged on the side of the actuator 45 opposite the plunger 55.
Zwischen Ringraum 54 und Ablaufkanal mit Ablaufdrossel 13 ist einε als Stufenbohrung ausgeführte zweite Führungsbohrung 59 vorgesehen. Der Absatz der zweiten Führungsbohrung 59 stellt einε mit dem Druckkolben 49 zusammenwirkende Steuerkante 61 dar. Wenn der Druckkolben 49 so weit in die zweite Führungsbohrung 59 bewegt wird, dass er mit seinem größeren Durchmesser die Stεuerkante Sl erreicht, wird die hydraulischε Vεrbindung zwischen Steuerraum 11 und Kraftstoffrücklauf 17 unterbrochen.A second guide bore 59 designed as a stepped bore is provided between the annular space 54 and the drain channel with the drain throttle 13. The shoulder of the second guide bore 59 represents a control edge 61 which interacts with the pressure piston 49. If the pressure piston 49 is moved so far into the second guide bore 59 that its larger diameter reaches the control edge S1, the hydraulic connection between the control chamber 11 and Fuel return 17 interrupted.
Zwischen der Bohrung 41 und der zwεiten Führungsbohrung 59 ist in dem Gεhäusε 29 εin erster Dichtsitz 63 ausgebildet, der mit dem ersten Dichtkegel 51 den Ringraum 54 vom Steuerraum 11 hydraulisch trennen kann. Der zweitε Dichtkεgel 53 kann zusammen mit εinem zwischen Bohrung 41 und Kraftstoffrücklauf 17 angeordneten zweiten Dichtsitz 65, den Ringraum 54 vom Kraftstoffrücklauf 17 hydraulisch trennen .Between the bore 41 and the second guide bore 59, a first sealing seat 63 is formed in the housing 29, which can hydraulically separate the annular space 54 from the control space 11 with the first sealing cone 51. The second sealing cone 53, together with a second sealing seat 65 arranged between the bore 41 and the fuel return 17, can hydraulically separate the annular space 54 from the fuel return 17.
Im Steuerraum 11 ist eine Düsenfeder 67 vorgesehen, die dafür sorgt, dass auch bei fehlεndem Kraftstoffdruck die Einspritzdüse 7 geschlossen bleibt. Betätigt wird das Steuerventil durch einen nicht dargestellten Aktor, der auf den Stößel 55 εinwirkt .In the control chamber 11 there is a nozzle spring 67 which ensures that the injection nozzle 7 remains closed even when the fuel pressure is missing. The control valve is actuated by an actuator, not shown, which acts on the tappet 55.
Eine Schließfeder 75 stützt sich auf der einen Seite gegen einen Absatz 77 des Gehäuses 29 und auf der anderen Seite über einen Seeger-Ring 79 gegen den Stößel 55 ab. Durch die Schließfeder 75 ist sichergestellt, dass das Stellglied 45 auch bei fehlendem Druck im Ξteuerraum 11 in eine erste SchaltStellung a gebracht wird. Außerdεm ist der Aktor nur auf Druck belastet, was insbesondere bei der Verwendung- von Piezo-Aktoren wichtig ist, da diese Aktoren nur zuverlässig auf Druck arbeiten.A closing spring 75 is supported on one side against a shoulder 77 of the housing 29 and on the other side via a Seeger ring 79 against the plunger 55. The closing spring 75 ensures that the actuator 45 is brought into a first switching position a even when there is no pressure in the control chamber 11. In addition, the actuator is only loaded under pressure, which is particularly important when using piezo actuators, since these actuators only work reliably under pressure.
Das erfindungsgemäße Steuεrvεntil 15 wird kann als 2/2- Stεuεrventil oder 2/3 -Steuerventil eingesetzt werdεn. Nachfolgend wird zunächst die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuerventils 15 mit drei Schaltεtellungεn beschrieben.The control valve 15 according to the invention can be used as a 2/2 control valve or a 2/3 control valve. The mode of operation of the control valve 15 according to the invention with three switch positions is described below.
In der ersten Schaltstellung a sitzt der zweite Dichtkegel 53 auf dem zweiten Dichtsitz 65 auf und derIn the first switching position a, the second sealing cone 53 sits on the second sealing seat 65 and the
Kraftstoffrücklauf 17 wird von dem Ringraum 54 hydraulisch getrennt .Fuel return 17 is hydraulically separated from the annular space 54.
In der zweitεn Schaltstεllung b sitzt dεr erste Dichtkegel 51 auf dem ersten Dichtsitz 63 auf und der Steuerraum 11 wird von dem Ringraum 54 hydraulisch getrεnnt .In the second switching position b, the first sealing cone 51 sits on the first sealing seat 63 and the control chamber 11 is hydraulically separated from the annular chamber 54.
In bεidεn Schaltstellungεn a und b sind dεr Steuerraum 11 und Kraftstoffrücklauf 17 hydraulisch getrennt; d. h. die Einspritzdüse 7 ist geschlossen.In both switch positions a and b, the control chamber 11 and the fuel return 17 are hydraulically separated; d. H. the injector 7 is closed.
Beim Übergang von erster Schaltstellung a zu zweiter Schaltstellung b ist für kurze Zeit einε hydraulischε Verbindung zwischen Steuerraum 11 und Kraftstoffrücklauf 17 vorhanden; d. h. der Druck im Steuεrraum 11 bricht mindestens teilweise zusammen und die Einspritzdüse 7 öffnet kurzzeitig. Dieses kurzzeitige Öffnen wird für eine Voreinspritzung genutzt. Die Voreinspritzmenge und -dauer kann durch die Auslegung des Aktors und des Ablaufkanals mit Ablaufdrossel 13, bzw. des Ringraums 54 mit großer Wiederholgenauigkeit konstruktiv festgelegt werden.When transitioning from the first switching position a to the second switching position b, a hydraulic connection between the control chamber 11 and the fuel return 17 is present for a short time; ie the pressure in the control chamber 11 breaks at least partially together and the injector 7 opens briefly. This brief opening is used for a pre-injection. The pre-injection quantity and duration can be structurally determined with great repetition accuracy by designing the actuator and the outlet channel with outlet throttle 13 or the annular space 54.
Bei dem geschilderten Übergang von erster Schaltstellung a zu zweiter Schaltstellung b wird ein Ventilhub c erreicht, der dadurch gekennzeichnεt ist, dass dεr Druckkolben 49 und die Steuerkante 61 den Steuεrraum 11 gegenüber dem Kraftstoffrücklauf abschließen. Während des vεrbleibεnden Ventilhubs bis zum Erreichen der Schaltstellung b wirkt der Druckkolbεn 49 bezüglich des Steuεrraums 11 wiε dεr Kolben einer Kolbenpumpe und erhöht dεn Druck im Steuerraum 11. Durch die Druckεrhöhung vergrößert sich auch die auf die Düsennadel 19 wirkende Schließkraft, was zu einer Verringerung dεr ■ Schließdauεr führt.In the described transition from the first switching position a to the second switching position b, a valve stroke c is achieved, which is characterized in that the pressure piston 49 and the control edge 61 close off the control chamber 11 with respect to the fuel return. During the remaining valve lift until switching position b is reached, the pressure piston 49 acts with respect to the control chamber 11 like the piston of a piston pump and increases the pressure in the control chamber 11. The pressure increase also increases the closing force acting on the nozzle needle 19, which leads to a reduction in the pressure ■ Closing time leads.
In dεr drittεn Schaltstεllung d nimmt das Stellglied 45 eine Zwischenstellung ein, in der erster Dichtkegel 51 und zweiter Dichtkegεl 53 nicht auf erstem Dichtsitz 63 oder zweitem Dichtsitz 65 aufliegεn. Die Einspritzung erfolgt im Wesentlichen zeitglεich mit dem Zeitintervall innerhalb dessen das Steuerventil 15 die Schaltstellung d einnimmt.In the third switching position d, the actuator 45 assumes an intermediate position in which the first sealing cone 51 and the second sealing cone 53 do not rest on the first sealing seat 63 or the second sealing seat 65. The injection takes place essentially at the same time as the time interval within which the control valve 15 assumes the switching position d.
Wenn das erfindungsgemäßε Stεuerventil 15 als 2/2- Stεuεrvεntil bεtriebεn wird, nimmt es zwischen den Einspritzungen die Schaltstellung b ein. Die Voreinspritzung wird ausgelöst, indem für kurzε Zeit dieIf the control valve 15 according to the invention is operated as a 2/2 control valve, it takes up the switching position b between the injections. The pre-injection is triggered by the
Schaltstellung d und anschließend wieder diε Schaltstellung b angesteuert wird. Die Haupteinspritzung wird in gleichεr Wεise ausgeführt, mit dem Unterschied, dass die Öffnungsdauer dεr Einspritzdüsε 7 größer ist.Switch position d and then diε switch position b is controlled again. The main injection is carried out in the same way, with the difference that the opening duration of the injection nozzle 7 is greater.
Bei dieser Betriεbsart wird sowohl nach Bεendigung der Voreinspritzung als auch nach Beendigung der Haupteinspritzung die Schließdauer der Düsennadel 19 durch den Druckkolben 49 in der oben geschilderten Weise verringert .In this mode of operation, the Pre-injection and after the end of the main injection, the closing time of the nozzle needle 19 is reduced by the pressure piston 49 in the manner described above.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen den Schaltstellungen, bzw. dem Ventilhub des Steuεrventils 15, dem Hub 81 der Düsennadel 19 und dem Druck p im Steuerxaum 11.3 shows the relationship between the switch positions, or the valve lift of the control valve 15, the lift 81 of the nozzle needle 19 and the pressure p in the control valve 11.
Die Fig. 3a stellt den Druck p im Steuerraum 11 über der Zeit t dar. In Fig. 3b ist der zeitliche Verlauf des Hubs 81 der Düsennadel 19 aufgεtragεn und die Fig. 3c und 3d geben die zugehörigen Schaltstellungen des Steuerventils 15 an. In Fig. 3c wird das Steuerventil 15 als 2/3-Ventil ; in Fig. 3d wird das Steuerventil 15 als 2/2-Ventil betrieben.FIG. 3a shows the pressure p in the control chamber 11 over the time t. In FIG. 3b the time course of the stroke 81 of the nozzle needle 19 is plotted and FIGS. 3c and 3d indicate the associated switching positions of the control valve 15. In Fig. 3c, the control valve 15 as a 2/3 valve; in Fig. 3d, the control valve 15 is operated as a 2/2 valve.
Nachfolgend wird zunächst die Funktionsweise des 2/3- Steuerventils 15 beschriebεn. Ausgεhend von der ersten Schaltstellung a in Fig. 3c wird das Steuerventil 15 vomThe mode of operation of the 2/3 control valve 15 is first described below. Starting from the first switching position a in FIG. 3c, the control valve 15 is moved from
Aktor in die Schaltstellung d bewegt. Als Folge davon bricht dεr Druck p ausgehend von pHD (siehe Fig. 3a) im Steuerraum 11 zusammen. Sobald der Druck p0 untεrschrittεn wird, verlässt die Düsεnnadεl 19 dεn Düsεnnadεlsitz 35 und die Einspritzung bεginnt . Diesεr Vorgang ist aus dεr Zusammεnschau dεr Figurεn 3a und 3b ersichtlich.Actuator moved to switch position d. As a result, the pressure p starts to collapse in the control chamber 11 starting from p HD (see FIG. 3a). As soon as the pressure p 0 is undershot, the nozzle needle 19 leaves the nozzle needle seat 35 and the injection begins. This process can be seen from the overview of FIGS. 3a and 3b.
Am Ende der Einspitzung wird das Stellglied 45 des Steuerventils 15 in eine mit e in Fig. 3c gekennzεichnetε Schaltstεllung gεbracht . In dieser Schaltstellung findet eine Drosselung des KraftstoffStroms vom Steuerraum 11 in dεn Kraftstoffrücklauf 17 zwischεn Druckkolbεn 49 und Steuerkante 61 staut. Dadurch erhöht sich der Druck p ±m Steuerraum 11, wie aus Fig. 3a ersichtlich ist.At the end of the injection, the actuator 45 of the control valve 15 is brought into a switching position marked with e in FIG. 3c. In this switching position, the fuel flow from the control chamber 11 is throttled in the fuel return 17 between the pressure pistons 49 and the control edge 61. This increases the pressure p ± m of the control chamber 11, as can be seen from FIG. 3a.
Wenn der Druck p im Sπeuerraum 11 ausreichend hoch ist. wird das Stellglied 5 in die zweite Schaltstellung b bewegt. Sobald das Steuerventil 15 den Ventilhub c erreicht und der Druckkolben 49 den Steuerraum 11 gegen den Kraftstoffrücklauf 17 an der Steuerkante 61 abdichtet, wirkt der Druckkolbεn 49 wie eine Kolbenpumpe druckerhöhend im Steuerraum 11. Die Schaltstellung e und der Ventilhub c befinden sich in unmittelbarer Nähe zueinander, so dass sie in der in Fig. 3c gewählten Auflösung nahezu identisch sind. Die Verdrängungsarbeit des Druckkolbens 49 ist als schraffierte Fläche 83 in Fig. 3a dargestellt. Die durchgezogene Linie 85 stellt den Druckverlauf eines Steuerventils nach dem Stand der Technik dar, während die gestrichelte Linie 87 den Druckverlauf eines erfindungsgemäßen Steuerventils 15 darstellt.When the pressure p in the control chamber 11 is sufficiently high. the actuator 5 is moved into the second switching position b. As soon as the control valve 15 reaches the valve stroke c and the pressure piston 49 seals the control chamber 11 against the fuel return 17 at the control edge 61, the pressure piston 49 acts like a piston pump to increase the pressure in the control chamber 11. The switching position e and the valve stroke c are in close proximity to one another , so that they are almost identical in the resolution chosen in FIG. 3c. The displacement work of the pressure piston 49 is shown as a hatched area 83 in FIG. 3a. The solid line 85 represents the pressure curve of a control valve according to the prior art, while the dashed line 87 represents the pressure curve of a control valve 15 according to the invention.
Diε Verkürzung dεr Schließdauer des Injektors durch die Druckεrhöhung im Steuerraum 11 ist aus Fig. 3b entnehmbar. Die durchgezogene Linie 89 stellt die Schließbewεgung einer Düsennadel eines Injektors nach dem Stand der Technik dar, während die gestrichelte Linie 91 die Schliεßbewegung einerThe reduction in the closing time of the injector due to the pressure increase in the control chamber 11 can be seen from FIG. 3b. The solid line 89 represents the closing movement of a nozzle needle of an injector according to the prior art, while the dashed line 91 represents the closing movement of a
Düsennadεl eines erfindungsgemäßen Injektors 1 darstellt. Die Verkürzung der Schließdauer des Injektors durch die Druckerhöhung im Stεuεrraum 11 ist in Fig. 3b mit 93 bezeichnet .Nozzle needle of an injector 1 according to the invention. The shortening of the closing time of the injector due to the pressure increase in the control room 11 is designated 93 in FIG. 3b.
Während des Übergangs zwischen beiden Schaltstellungen a und b öffnet die Düsennadel 19 ein wenig und die Voreinspritzmenge wird in dεn Brεnnraum eingespritzt. Um die Voreinspritzmenge zu erhöhen kann das Steuerventil 15 während der Voreinpritzung auch kurzzeitig in derDuring the transition between the two switch positions a and b, the nozzle needle 19 opens a little and the pre-injection quantity is injected into the combustion chamber. In order to increase the pre-injection quantity, the control valve 15 can also briefly in the pre-injection
Schaltstellung d verharren.Switch position d remain.
Die in Fig. 3 nicht dargestεlltε Hauptεinspritzung εrfolgt, indem das Steuerventil von der zweitεn Schaltstεllung b in die Schaltstεllung d gesteuεrt wird. Diese Schaltstellung wird solange aufrecht erhalten, bis die erforderlichε - 13 -The main injection (not shown in FIG. 3) takes place in that the control valve is controlled from the second switching position b into the switching position d. This switch position is maintained until the required - 13 -
Einspritzmenge eingespritzt wurde. Danach wird die Haupteinspritzung beendet, indem das Steuerventil in die erste Schaltstellung a gebracht wird. Anhand dieses Ablaufs wird auch ein wεiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerventils deutlich: Der Aktor muss lediglich beim Übergang von dεr εrsten Schalstellung a in die zweite Schaltstellung b Arbeit gegen den Druck im Steuerraum 11 verrichten, so dass der Bedarf an Antriebsenεrgie sehr gering ist. Außerdem führt der während dieses Übergangs sinkendε Druck im Steuerraum zu einer geringen Leistunganfordεrung .Injection quantity was injected. The main injection is then ended by moving the control valve to the first switch position a. This sequence also shows another advantage of the control valve according to the invention: the actuator only has to do work against the pressure in the control chamber 11 during the transition from the first switch position a to the second switch position b, so that the need for drive energy is very low. In addition, the decrease in pressure in the control room during this transition leads to a low power requirement.
Wenn das Steuerventil 15 als 2/2-Steuervenr-il betrieben wird, wird die Einspritzung ausgelöst, indem das Ξtεuεrvεntil 15 von dεr Schaltstεllung b in Fig. 3d in eine Zwischenstellung f gebracht wird. Mit Überschr Yen des Ventilhubs c öffnet das Steuerventil 15 und der Druck p im Ξteuerraum 11 bricht zusammεn. Diε Einspritzung wird beendet, wenn das Steuerventil 15 von der Zwischenstellung f wieder in die Schaltstellung b bewegt wird. Mit Erreichen der Schaltstellung c dichtet der Druckkolbεn 49 den Steuεrraum 11 gegen den Kraftstoffrücklauf 17 an der Steuerkanne 61 ab und wirkt wie eine Kolbenpumpe druckerhöhend im Steuεrraum 11. Diε Verdrängungsarbεit ist in Fig. 3a als schraffiεrte Fläche 83 dargestellt. Die durchgezogene Linie 85 stellt dεn Druckvεrlauf εines Steuerventils nach dem Stand der Technik dar, während die gestrichelte Linie 87 den Druckverlauf eines εrfindungsgεmäßεn Scεuεrventils 15 darstellt.If the control valve 15 is operated as a 2/2-control valve, the injection is triggered in that the actuating valve 15 is brought into an intermediate position f by the switching position b in FIG. 3d. When the valve lift c exceeds yen, the control valve 15 opens and the pressure p in the control chamber 11 collapses. This injection is ended when the control valve 15 is moved from the intermediate position f back into the switching position b. When the switching position c is reached, the pressure piston 49 seals the control chamber 11 against the fuel return 17 on the control can 61 and acts like a piston pump to increase the pressure in the control chamber 11. The displacement work is shown in FIG. 3a as a hatched area 83. The solid line 85 represents the pressure curve of a control valve according to the prior art, while the dashed line 87 represents the pressure curve of a control valve 15 according to the invention.
Alle in dεr Bεschrεibung, dεn nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliεbigεr Kombination miteinander εrfindungswεsenπlich sεin. All the features shown in the description, the following claims and the drawing can be both individually and in any combination with one another.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Steuεrvεntil für dεn Injεktor (1) εinεs1. Control valve for the injector (1)
Kraftstoffεinspritzsystems für Brennkraftmaschinen mit einem Gehäusε, wobei das Steuεrventil (15) ein Stellglied (45) aufweist und von einem Aktor (37) bεtätigt wird, wobei mittels des Steuerventils (15) eine hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffrücklauf (17) und einem Steuerraum (11) des Injektors (1) herstellbar ist, dadurch gekennzεichnεt, dass das Stellglied (45) mit einem Druckkolbεn (49) in Wirkvεrbindung steht, dass der Druckkolben (49) den Steuεrraum (11) von dεm Steuerventil (15) hydraulisch trennt, bevor eine Schaltstellung (b) des Steuerventils (15) erreicht wird, die den Steuerraum (11) von dem Steuεrvεntil (15) hydraulisch trεnnt, und dass der verblεibεndε Stellweg des Stεuerventils (15) bis zum Erreichen dieser Schaltstellung (b) der Druckerhöhung im Steuerraum (11) durch den Druckkolben (49) dient.Fuel injection system for internal combustion engines with a housing, the control valve (15) having an actuator (45) and being actuated by an actuator (37), the control valve (15) providing a hydraulic connection between a fuel return (17) and a control chamber (11 ) of the injector (1) can be produced, characterized in that the actuator (45) is operatively connected to a pressure piston (49), that the pressure piston (49) hydraulically separates the control chamber (11) from the control valve (15) before one Switch position (b) of the control valve (15) is reached, which hydraulically separates the control chamber (11) from the control valve (15), and that the remaining travel of the control valve (15) until this switch position (b) of the pressure increase in the control chamber ( 11) by the pressure piston (49).
2. Steuervεntil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) und eine Bohrung (41) des Gehäuses (29) einεn Ringraum (54) bilden, dessen erstes Ende mit dem Kraf stoffrücklauf (17) hydraulisch in Verbindung steht und dessen zweites Ende mit dem Stεuerraum (11) hydraulisch in Verbindung steht, und dass das Stellglied (45) mittels eines in einεr ersten Führungsbohrung (43) gεführten Stößels (55) axial verschiεbbar ist und Mittεl (51) zum Abdichten dεs Ringraums (54) vom Steuεrraum (11) aufw ist. 2. Steuerervεntil according to claim 1, characterized in that the actuator (45) and a bore (41) of the housing (29) form an annular space (54), the first end of which is hydraulically connected to the fuel return (17) and the latter second end is hydraulically connected to the control chamber (11), and that the actuator (45) can be axially displaced by means of a plunger (55) guided in a first guide bore (43) and means (51) for sealing the annular chamber (54) from Control room (11) is open.
3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) Mittel (53) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17) auf eist .3. Control valve according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator (45) means (53) for sealing the annular space (54) from the fuel return (17) on.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (49) an dem dem Stößel4. Control valve according to one of claims 2 and 3, characterized in that the pressure piston (49) on the tappet
(55) abgewandten Ende des Stellglieds (45) mit diesem verbunden ist, dass koaxial zur ersten Führungsbohrung (43) am entgegengesetzten Ende des Ringraums (54) eine zweite Führungsbohrung (59) mit Steuerkante (61) vorhanden ist, und dass die zweite Führungsbohrung (59) beginnεnd an der Steuerkante (61) vom Druckkolben (49) verschliεßbar ist.(55) opposite end of the actuator (45) is connected to it, that coaxial to the first guide bore (43) at the opposite end of the annular space (54) there is a second guide bore (59) with control edge (61), and that the second guide bore (59) starting at the control edge (61) can be closed by the pressure piston (49).
5. Stεuerventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (53, 51) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17) und/oder die Mittel (51) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Steuerraum (11) je einen koaxial zur Längsachse des Stößels (55) angeordneten kegelstumpfförmigen Dichtkegel (53, 51) auf eisεn .5. Control valve according to one of claims 2 to 4, characterized in that the means (53, 51) for sealing the annular space (54) from the fuel return (17) and / or the means (51) for sealing the annular space (54) from Control chamber (11) has a truncated cone-shaped sealing cone (53, 51) arranged coaxially to the longitudinal axis of the tappet (55) on ice.
6. Stεuerventil nach einem der Ansprüchε 2 bis 5, dadurch gekennzeichnεt , dass zwischεn der Bohrung (41) sowie Steuεrraum (11) und Kraftstoffrücklauf (17) Dichtflächen (63, 65) ausgebildet sind, die mit den Mitteln (51) zum Abdichtεn des Ringraums (54) vom Steuerraum (11) und/oder dεn Mitteln (53) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17) zusammenwirken.6. Control valve according to one of claims 2 to 5, characterized in that sealing surfaces (63, 65) are formed between the bore (41) and the control chamber (11) and fuel return (17), which with the means (51) for sealing the Annulus (54) from the control chamber (11) and / or dεn means (53) for sealing the annulus (54) from the fuel return (17) cooperate.
7. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekεnnzεichnet , dass eine Schließfeder (75) vorhanden ist, diε auf das Stellglied (45) in der Betätigungsrichtung des Aktors (37) einwirkt.7. Control valve according to one of the preceding claims, characterized gekεnnzεichnet that a closing spring (75) is present, which acts on the actuator (45) in the actuating direction of the actuator (37).
8. Steuεrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Gehäuse (29) einteilig ausgeführt ist.8. Steuerεrventil according to any one of the preceding claims, characterized in that the housing (29) is made in one piece.
9. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (15) ein 2/3- Steuerventil ist.9. Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the control valve (15) is a 2/3 control valve.
10. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Stellglied (45) abgewandte Stirnseite des Stößels (55) und ein von dem10. Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (45) facing away from the end face of the plunger (55) and one of the
Aktor (37) betätigter Kolben einen flüssigkeitsgεfüllten Druckraum εinεs hydraulischen Übersetzers begrenzen.Actuator (37) actuated piston limit a liquid-filled pressure space εinεs hydraulic translator.
11. Steuerventil nach einεm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnεt, dass der Aktor (37) ein ist .11. Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (37) is a is.
12. Steuerventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) rotationssymrnεtrisch, insbesondere im Wesentlichen zylindrisch ist.12. Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (45) is rotationally symmetrical, in particular essentially cylindrical.
13. Steuεrventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (45) kugelförmig ausgebildet ist, und dass die Mittεl (53) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Kraftstoffrücklauf (17) und/oder die Mittel (51) zum Abdichten des Ringraums (54) vom Steuεrraum (11) auf dεr Kugεlobεrflache verlaufende Dichtlinien sind.13. Steuerεrventil according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the actuator (45) is spherical, and that the Mittεl (53) for sealing the annular space (54) from the fuel return (17) and / or the means (51 ) for sealing the annular space (54) from the control space (11) on the ball sealing surface are sealing lines.
14. Steuεrventil nach einem der vorhεrgεhεndεn Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzsys tem ein Common-Rail-Einspritzsystem ist.14. Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel injection system is a common rail injection system.
15. Injektor (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem für15. Injector (1) for a fuel injection system for
Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse (29) und mit einem von einem Aktor (37) betätigten Steuεrventil (15) , wobei mittels des Steuerventils (15) einε hydraulischε Vεrbindung zwischεn εinem Kraftstoffrücklauf (15) und einem Steuerraum (11) des Injektors (1) herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (15) ein Steuerventil nach einεm dεr vorhεrgεhenden Ansprüche ist.Internal combustion engines with a housing (29) and with a by an actuator (37) actuated control valve (15), the control valve (15) being able to produce a hydraulic connection between a fuel return (15) and a control chamber (11) of the injector (1), characterized in that the control valve (15 ) is a control valve according to one of the preceding claims.
16. Injektor (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (11) von einer Stirnfläche (33) der Düsennadel (19) begrenzt wird. 16. Injector (1) according to claim 15, characterized in that the control chamber (11) is delimited by an end face (33) of the nozzle needle (19).
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