DE10031277C2 - Fuel injection device for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem hydraulischen Druckübersetzer (2) zum Komprimieren von Kraftstoff (1) ist die über mindestens ein Ventil (9; 19) gesteuerte Hydraulikflüssigkeit (3) zum Betreiben des Druckübersetzers (2) elektrorheologisch. Das mindestens eine Ventil (9; 19) weist eine kapazitive Einrichtung zum Erzeugen eines auf die elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit (3) wirkenden elektrischen Feldes auf. Auf diese Weise können die bisher von mechanischen Ventilen übernommenen Schalt- und Steuerfunktionen durch elektrische Felder realisiert werden.In a fuel injection device for internal combustion engines with a hydraulic pressure intensifier (2) for compressing fuel (1), the hydraulic fluid (3) controlled via at least one valve (9; 19) for operating the pressure intensifier (2) is electrorheological. The at least one valve (9; 19) has a capacitive device for generating an electrical field acting on the electrorheological hydraulic fluid (3). In this way, the switching and control functions previously carried out by mechanical valves can be realized by electrical fields.
Description
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvorrich tung nach der Gattung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen aus der DE 197 41 164 A1 bekann ten Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird Kraftstoff mittels eines hydraulischen Druckübersetzers auf den Einspritz druck komprimiert und dann zu den einzelnen, in den Brenn raum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile abgeführt. Dazu wird im Druckübersetzer ein Druckverstärkungskolben vom hydrauli schen Druck eines Hydraukliköls betrieben, um den Kraft stoff mit dem Druckverstärkungskolben so unter Druck zu setzen, daß eine Ventilnadel des Einspritzventils von ih rem Nadelsitz abhebt und die Einspritzöffnungen des Ein spritzventils freigibt. Der hydraulische Druck des Hydrau liköls wird durch Öffnen/Schließen eines Elektromagnetven tils gesteuert. Außerdem wird die Viskosität des im Kreis lauf geführten Hydrauliköls gemessen und dementsprechend die Einspritzzeit des Kraftstoffs geregelt. Das Elektroma gnetventil weist einen relativ komplizierten Aufbau mit mechanisch bewegten Bauteilen auf, deren Massenträgheitskräfte beim Schalten des Ventils überwunden werden müssen. Daher lassen sich die Ventilschaltzeiten nicht beliebig verkürzen.The invention is based on a fuel injection device tion according to the preamble of the claim 1 off. In such a known from DE 197 41 164 A1 th fuel injection device is fuel by means of a hydraulic pressure intensifier on the injection pressure compressed and then to the individual, in the focal space of the internal combustion engine to be supplied pressure-controlled injectors discharged. For this, in Pressure intensifier a pressure booster piston from the hydrauli pressure of a hydraulic oil operated to the force fabric with the pressure booster piston under pressure set that a valve needle of the injector from ih rem raises the needle seat and the injection openings of the one spray valve releases. The hydraulic pressure of the hydrau Liköls is made by opening / closing an electromagnetic valve tils controlled. Also, the viscosity of the in the circle measured hydraulic oil and accordingly regulates the injection time of the fuel. The electroma solenoid valve has a relatively complicated structure mechanically moving components, their inertia must be overcome when switching the valve. Therefore, the valve switching times cannot be arbitrary shorten.
Aus der DE 199 54 864 A1 ist noch ein Kraftstoffeinspritz ventil bekannt, bei dem ein Druckraum eines Steuerventils zur Regelung der Öffnungszeiten der Ventiladel des Ein spritzventils mit einem elektrorheologischen Fluid gefüllt ist. Das elektrorheologische Fluid wirkt in einem elektri schen Feld wie eine verstellbare Drossel, die nach Bedarf auch ganz verschlossen werden kann und damit die Funktion eines Ventils annimmt. Mit diesem Steuerventil wird ein hydraulischer Hubanschlag gebildet, dessen Größe und Stei figkeit die Endposition der Ventilnadel beim Öffnungshub bestimmt.From DE 199 54 864 A1 there is also a fuel injection valve known in which a pressure chamber of a control valve to regulate the opening times of the valve needle of the on injection valve filled with an electrorheological fluid is. The electrorheological fluid acts in an electri field like an adjustable throttle, which as needed can also be completely closed and thus the function of a valve. With this control valve a hydraulic stroke stop formed, its size and pitch ability the end position of the valve needle during the opening stroke certainly.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit auf einen Großteil der mechanischen Ventile verzichtet werden kann. Wird eine elektrorheologische Flüssigkeit einem elektrischen Feld ausgesetzt, so ändert sich ihre Viskosität. Dies kann bis zum Erstarren der Flüssigkeit erfolgen. Auf diese Weise können die bisher von mechanischen Ventilen übernommenen Schalt- und Steuerfunktionen durch elektrische Felder rea lisiert werden. Der Verzicht auf mechanisch bewegte Bau teile und der Verzicht auf mechanische sowie elektromagnetische Ventile bedeuten ein großes Po tential zur Kostenreduktion sowie eine hohe Flexibilität. Zudem können deutlich kürzere Schaltzeiten realisiert wer den, da im Gegensatz zu mechanischen Ventilen keine Mas senträgheitskräfte überwunden werden müssen. Über die an der kapazitiven Einrichtung anliegenden Feldstärken lassen sich die Strömungswiderstände der Ventile nahezu stufenlos variieren, so daß die Form des Druckverlaufes und damit auch des Einspritzverlaufes beeinflußt werden können.The fuel injection device according to the invention for Internal combustion engines with the features of the claim 1 has the advantage that by using a electrorheological fluid on much of the mechanical valves can be dispensed with. Will one electrorheological fluid an electrical field exposed, their viscosity changes. This can go up to solidify the liquid. In this way can take over from mechanical valves Switching and control functions through electrical fields rea be lized. The waiver of mechanically moving construction parts and the waiver of mechanical as well as electromagnetic valves mean a big bottom potential for cost reduction as well as high flexibility. In addition, significantly shorter switching times can be achieved because, unlike mechanical valves, no mas inertia forces must be overcome. About the at Leave the field strengths adjacent to the capacitive device the flow resistance of the valves is almost infinitely variable vary so that the shape of the pressure curve and thus the course of the injection can also be influenced.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge genstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeich nung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous refinements of the Ge The invention is the description, the drawing tion and the claims.
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstof feinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the fuel according to the invention Fine spray device for internal combustion engines are in the Drawing shown and are in the following Be spelling explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einer schemati schen Gesamtdarstellung mit einer elektrorheolo gischen Flüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit für einen den Einspritzdruck im Einspritzventil er zeugenden Druckübersetzer; Fig. 1 shows a first embodiment in a schematic overall view with an electrorheological fluid as hydraulic fluid for an injection pressure in the injection valve he generating pressure intensifier;
Fig. 2 das 2/2-Wege-Druckregelventil der Fig. 1 im De tail mit einem Elektrodenpaar zur Viskositätsän derung in der elektrorheologischen Hydraulikflüs sigkeit; Fig. 2 shows the 2/2-way pressure control valve of Figure 1 in De tail with a pair of electrodes for viscosity change in the electrorheological hydraulic fluid;
Fig. 3 das 3/2-Wege-Steuerventil der Fig. 1 im Detail mit zwei Elektrodenpaaren zur Viskositätsänderung in der elektrorheologischen Hydraulikflüssigkeit; Fig. 3, the 3/2-way control valve of Figure 1 in detail, with two pairs of electrodes to the viscosity change in the electro-hydraulic fluid.
Fig. 4 eine Ventilanordnung mit einem 2/2-Wege-Steuer ventil und einer Drossel; und Figure 4 shows a valve assembly with a 2/2-way control valve and a throttle. and
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel analog zur Dar stellung in Fig. 1, wobei die Absteuerung der elektrorheologischen Hydraulikflüssigkeit über einen Entlastungsraum des Einspritzventils er folgt. Fig. 5 shows a second embodiment analogous to Dar position in Fig. 1, wherein the control of the electrorheological hydraulic fluid via a relief chamber of the injection valve, it follows.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ei ner Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen wird Kraftstoff 1 jeweils in einem Druckübersetzer 2 mit tels einer elektrorheologischen Hydraulikflüssigkeit 3 auf den Einspritzdruck komprimiert und dann zu den einzelnen, in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragenden druckgesteuerten Einspritzventile 4 abgeführt. Dabei ist jedem Einspritzventil 4 jeweils ein Druckver stärker 2 zugeordnet.In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, a fuel injection device for internal combustion engines, fuel 1 is compressed in a pressure intensifier 2 by means of an electrorheological hydraulic fluid 3 to the injection pressure and then discharged to the individual pressure-controlled injection valves 4 projecting into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied , Each injector 4 is assigned a Druckver stronger 2 .
Aus einem Vorratsbehälter 5 wird die elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit 3 mit Hilfe einer Hochdruckpumpe 6 verdichtet und einem zentralen Hochdruckspeicher 7 zuge führt. Von diesem Hochdruckspeicher 7 geht eine Drucklei tung 8 ab, die über ein 2/2-Wege-Druckregelventil 9 mit einer zum Vorratsbehälter 5 führenden Enlastungsleitung 10 verbindbar ist. Mit Hilfe des 2/2-Wege-Druckregelventils 9 wird der Druck im Hochdruckspeicher 7 auf dem gewünschten Hochdruck gehalten.The electrorheological hydraulic fluid 3 is compressed from a reservoir 5 with the aid of a high-pressure pump 6 and leads to a central high-pressure accumulator 7 . From this high-pressure accumulator 7 is a Drucklei tung from 8/2-way pressure control valve 9 is connected with a leading to the reservoir 5 Enlastungsleitung 10 via a second With the help of the 2/2-way pressure control valve 9 , the pressure in the high-pressure accumulator 7 is kept at the desired high pressure.
Jeder Druckverstärker 2 umfaßt einen gegen die Wirkung ei ner Feder 11 verschieblichen Druckverstärkungskolben 12, dessen eine Stirnseite eine Primärkammer 13 und dessen an dere Stirnseite eine Druckkammer 14 begrenzen, sowie einen Differenzraum 15, in dem die Feder 11 angeordnet ist. Eine an die Primärkammer 13 angeschlossene Druckleitung 16 ist entweder mit einer vom Hochdruckspeicher 7 abführenden Zu fuhrleitung 17 oder mit einer zum Vorratsbehälter 5 abge henden Entlastungsleitung 18 verbindbar, wobei diese Ver bindung über ein 3/2-Wege-Steuerventil 19 gesteuert wird. Die elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit 3 ist insge samt in einem geschlossenen Kreislauf geführt.Each pressure booster 2 comprises a pressure booster piston 12 which is displaceable against the action of a spring 11 , one end face of which delimits a primary chamber 13 and the other end face of which is a pressure chamber 14 , and a differential space 15 in which the spring 11 is arranged. A connected to the primary chamber 13, pressure line 16 is laxative with either the high-pressure accumulator 7 to delivery conduit 17 or connectable to a abge to the reservoir 5 Henden relief line 18, which Ver bond 2-way control valve 19 is controlled by a 3 /. The electrorheological hydraulic fluid 3 is performed in a closed circuit.
Der Kraftstoff 1 wird mittels einer Förderpumpe 20 aus ei nem Vorratsbehälter 21 in die Druckkammer 14 und von dort über eine Hochdruckleitung 22 auch in einen Düsenraum 23 des Einspritzventils 4 gefördert. Die Förderpumpe 20 dient lediglich der Befüllung der Druckkammer 14 und des Düsen raums 23, so daß für die Förderpumpe 20 eine gering dimen sionierte Pumpe ausreichend ist. Der Förderdruck des Kraftstoffs 1 kann über ein zur Förderpumpe 20 parallel geschaltetes 2/2-Wege-Ventil 24 gesteuert werden. Der Dif ferenzraum 15 ist über eine Entlastungsleitung 25 an den Vorratsbehälter 21 angeschlossen und damit druckentlastet, so daß der Druckverstärkungskolben 12 zur Verringerung des Volumens in der Druckkammer 14 verschoben werden kann. Da durch wird der in der Druckkammer 14 befindliche Kraft stoff entsprechend dem Flächenverhältnis von Primärkammer 13 und Druckkammer 14 auf einen höheren Kraftstoffdruck verdichtet, wobei ein Rückschlagventil 26 den Rückfluß von komprimiertem Kraftstoff aus der Druckkammer 14 in Rich tung Förderpumpe 20 verhindert.The fuel 1 is conveyed by means of a feed pump 20 from a reservoir 21 into the pressure chamber 14 and from there via a high-pressure line 22 into a nozzle chamber 23 of the injection valve 4 . The feed pump 20 is only used to fill the pressure chamber 14 and the nozzle chamber 23 , so that a small dimen sioned pump is sufficient for the feed pump 20 . The delivery pressure of the fuel 1 can be controlled via a 2/2-way valve 24 connected in parallel to the delivery pump 20 . The Dif ferenzraum 15 is connected via a relief line 25 to the reservoir 21 and thus relieved of pressure, so that the pressure booster piston 12 can be moved to reduce the volume in the pressure chamber 14 . Since by feed pump 20, the force in the pressure chamber 14 is material according to the area ratio of the primary chamber 13 and pressure chamber 14 to a higher fuel pressure compressed, whereby a non-return valve 26 processing the flow of compressed fuel from the pressure chamber 14 in Rich prevented.
Wie Fig. 2 zeigt, weist das 2/2-Wege-Druckregelventil 9 eine kapazitive Einrichtung in Form von zwei mit geringem Abstand zueinander angeordneten Elektroden 27 auf, zwi schen denen die elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit 3 hindurchfließt. Wird durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 27 ein elektrisches Feld erzeugt, so verän dert sich die Viskosität der elektrorheologische Hydrau likflüssigkeit 3. Dies kann bis zum Erstarren des elek trorheologische Hydraulikflüssigkeit 3 erfolgen. Auf diese Weise können die Schalt- und Steuerfunktionen durch elek trische Felder ohne mechanische Teile realisiert werden. Je nachdem, ob zwischen den beiden Elektroden 27 ein ent sprechend hohes elektrisches Feld anliegt oder nicht, ist die Verbindung zwischen den beiden Leitungen 8, 10 für die elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit 3 verschlossen oder geöffnet.As shown in FIG. 2, the 2/2-way pressure control valve 9 has a capacitive device in the form of two electrodes 27 arranged at a short distance from one another, between which the electrorheological hydraulic fluid 3 flows . If an electric field is generated by applying a voltage between the electrodes 27 , the viscosity of the electrorheological hydraulic fluid 3 changes . This can take place until the electro-rheological hydraulic fluid 3 solidifies. In this way, the switching and control functions can be realized by electrical fields without mechanical parts. Depending on whether a correspondingly high electric field is present between the two electrodes 27 or not, the connection between the two lines 8 , 10 for the electrorheological hydraulic fluid 3 is closed or opened.
Das 3/2-Wege-Steuerventil 19 ist, wie Fig. 3 zeigt, durch zwei Elektrodenpaare 27 gebildet, d. h. durch durch zwei in Fig. 2 gezeigte 2/2-Wegeventile 9. Wenn jeweils am einen Elektrodenpaar 27 ein entsprechend hohes elektrische Feld herrscht und am anderen Elektrodenpaar 27 kein elektri sches Feld wirkt, ist die eine Verbindung z. B. zwischen den Leitungen 16, 17) für die elektrorheologische Hydrau likflüssigkeit 3 verschlossen und die andere Verbindung, d. h. in diesem Beispielsfall zwischen den Leitungen 16, 18, geöffnet. As shown in FIG. 3, the 3/2-way control valve 19 is formed by two pairs of electrodes 27 , ie by two 2/2-way valves 9 shown in FIG. 2. If there is in each case a correspondingly high electric field at an electrode pair 27 and at the other pair of electrodes 27 no electrical field acts ULTRASONIC is such a compound. B. between the lines 16 , 17 ) for the electrorheological hydrau lik fluid 3 closed and the other connection, ie in this example case between the lines 16 , 18 , opened.
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung ar beitet in folgender Weise. Beim Anlaufen des Systems wer den die Druckkammer 14 und der Düsenraum 23 mit Kraftstoff 1 befüllt, wobei der Kraftstoffdruck nicht ausreicht, um eine die Einspritzöffnungen 28 verschließende Ventilnadel 29 des Einspritzventils 4 gegen die Wirkung einer Schließ feder 30 aufzusteuern. Die Schließfeder 30 ist in einem durch die eine Stirnseite der Ventilnadel 29 begrenzten Entlastungsraum 31 vorgesehen, der zur Druckentlastung über eine Leitung 32 mit dem Vorratsbehälter 21 für den Kraftstoff 1 verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher 7 und der Primärkammer 13 ist durch ein im 3/2-Wege-Steuerventil 19 erzeugtes elektrisches Feld verschlossen und die Primärkammer 13 über das 3/2-Wege- Steuerventil 19 mit dem Vorratstank 5 für die elektrorheo logische Hydraulikflüssigkeit 3 verbunden. Soll eine Ein spritzung am Einspritzventil 4 erfolgen, wird das 3/2-We ge-Steuerventil 19 umgeschaltet, so daß die Primärkammer 13 nunmehr mit der elektrorheologischen Hydraulikflüssig keit aus dem Hochdruckspeicher 7, also mit Hochdruck, be aufschlagt wird. Dadurch wird der in der Druckkammer 14 befindliche Kraftstoff auf einen höheren Kraftstoffdruck verdichtet, der sich über die Hochdruckleitung 22 in den Düsenraum 23 fortsetzt. Durch den dort herrschenden Hoch druck wird in bekannter Weise die Ventilnadel 29 gegen die Wirkung der Schließfeder 30 von ihrem Nadelsitz abgehoben, so daß der Kraftstoff 1 über die Einspritzöffnungen 28 in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ein gespritzt wird.The fuel injector shown in Fig. 1 operates in the following manner. When the system is started, the pressure chamber 14 and the nozzle chamber 23 are filled with fuel 1 , the fuel pressure not being sufficient to open a valve needle 29 of the injection valve 4 closing the injection openings 28 against the action of a closing spring 30 . The closing spring 30 is provided in a relief space 31 which is delimited by the one end face of the valve needle 29 and is connected to the reservoir 21 for the fuel 1 via a line 32 for pressure relief. The connection between the high-pressure accumulator 7 and the primary chamber 13 is closed by an electrical field generated in the 3/2-way control valve 19 and the primary chamber 13 via the 3/2-way control valve 19 with the storage tank 5 for the electrorheological hydraulic fluid 3 connected. If an injection is to take place on the injection valve 4 , the 3/2-way control valve 19 is switched so that the primary chamber 13 is now subjected to the electrorheological hydraulic fluid speed from the high-pressure accumulator 7 , that is to say with high pressure. As a result, the fuel located in the pressure chamber 14 is compressed to a higher fuel pressure, which continues via the high-pressure line 22 into the nozzle chamber 23 . Due to the prevailing high pressure, the valve needle 29 is lifted from the needle seat against the action of the closing spring 30 in a known manner, so that the fuel 1 is injected via the injection openings 28 into the combustion chamber of the internal combustion engine to be supplied.
Die Hochdruckeinspritzung am Einspritzventil 4 wird durch erneutes Umschalten des 3/2-Wege-Steuerventils 19 beendet, wodurch die Primärkammer 13 wieder an den Vorratsbehälter 5 angeschlossen ist. Der Druck in der Primärkammer 13 baut sich über die Entlastungsleitung 18 ab, und der Druckver stärkungskolben 12 wird mittels der Feder 11 in seine Aus gangslage zurückgeschoben, während gleichzeitig die Druck kammer 14 wieder mit Kraftstoff 1 aus dem Vorratsbehälter 21 befüllt wird.The high-pressure injection at the injection valve 4 is ended by switching the 3/2-way control valve 19 again, as a result of which the primary chamber 13 is reconnected to the reservoir 5 . The pressure in the primary chamber 13 builds up via the relief line 18 , and the pressure boosting piston 12 is pushed back into its starting position by means of the spring 11 , while at the same time the pressure chamber 14 is filled again with fuel 1 from the reservoir 21 .
In Fig. 4 ist eine weitere Ventilanordnung 33 gezeigt, die anstelle des 3/2-Wege-Steuerventils 19 eingesetzt werden kann. Die Ventilanordnung 33 umfaßt in der Zufuhrleitung 17 ein Elektrodenpaar 27, um die Verbindung zur Drucklei tung 16 zu steuern, und in der Entlastungsleitung 18 eine Drossel 34, über die nach der Einspritzung der Druck in der Druckleitung 16 abgebaut wird. Die Ventilanordnung 33 erfüllt die gleiche Funktion wie das 3/2-Wege-Steuerventil 19, wobei demgegenüber eine elektrische Schalteinheit eingespart ist.In FIG. 4 a further valve assembly 33 is shown that can be used instead of the 3/2-way control valve 19. The valve assembly 33 includes a pair of electrodes 27 in the supply line 17 to control the connection to the Drucklei device 16 , and in the relief line 18, a throttle 34 , via which the pressure in the pressure line 16 is reduced after the injection. The valve arrangement 33 fulfills the same function as the 3/2-way control valve 19 , in contrast to which an electrical switching unit is saved.
Das in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung unterscheidet sich zum er sten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die vom 3/2-Wege- Steuerventil 19 abgehende Entlastungsleitung 18' in den Entlastungsraum 31 mündet, der über die Leitung 32' mit dem Vorratsbehälter 5 der elektrorheologischen Hydraulik flüssigkeit 3 verbunden ist. Diese Absteuerung der elek trorheologischen Hydraulikflüssigkeit 3 über den Federraum 31 der Ventilnadel 29 ermöglicht ein aktives Schließen der Düsennadel 29, da der aus der Primärkammer abströmende Hochdruck die Ventilnadel 29 zusätzlich in Schließrichtung beaufschlagt.The second embodiment of the fuel injector shown in Fig. 5 differs from the first embodiment in that the outgoing from the 3/2-way control valve 19 discharge line 18 'opens into the relief chamber 31 , which via the line 32 ' with the reservoir 5 electrorheological hydraulic fluid 3 is connected. This control of the elec trorheological hydraulic fluid 3 via the spring chamber 31 of the valve needle 29 enables the nozzle needle 29 to be actively closed, since the high pressure flowing out of the primary chamber additionally acts on the valve needle 29 in the closing direction.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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| DE2000131277 DE10031277C2 (en) | 2000-06-27 | 2000-06-27 | Fuel injection device for internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
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