DE102007029969A1

DE102007029969A1 - Fast-acting fuel injector for high injection pressures

Info

Publication number: DE102007029969A1
Application number: DE200710029969
Authority: DE
Inventors: Matthias Burger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-08
Also published as: ITMI20081156A1; FR2918121A1; FR2918121B1

Abstract

Bei einem Kraftstoffinjektor (1) für Brennkraftmaschinen mit einem an eine Kraftstoff-Hochdruckseite (2) angeschlossenen Steuerraum (18), über dessen Druck die Bewegung einer Düsennadel (5) gesteuert wird, und mit einem Steuerventil (20), das die Verbindung des Steuerraums (18) zu einer Niederdruckseite (21) entweder sperrt oder öffnet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Steuerventil (20) ein in einem Ventilraum (22) zwischen einer geschlossenen und einer offenen Ventilstellung verschiebbar geführtes Ventilelement (23) aufweist, durch das der Ventilraum (22) in einen ersten und einen zweiten Teilraum (22a, 22b) getrennt ist, dass der erste Teilraum (22a) an den Steuerraum (18) angeschlossen ist und eine an die Niederdruckseite (21) angeschlossene Ventilöffnung (25) aufweist, die in der geschlossenen Ventilstellung des Ventilelements (23) durch das Ventilelement (23) geschlossen ist, und der zweite Teilraum (22b) an die Hochdruckseite (2) angeschlossen und über ein Druckabbauventil (27) mit der Niederdruckseite (21) verbindbar ist, und dass die auf das Ventileelement (23) in Schließrichtung wirkende hydraulische Schließkraft bei geschlossenem Druckabbauventil (27) größer und bei geöffnetem Druckabbauventil (27) kleiner als die auf das Ventilelement (23) in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Öffnungskraft ist.In a fuel injector (1) for internal combustion engines with a high pressure on a fuel side (2) connected control chamber (18), the pressure of the movement of a nozzle needle (5) is controlled, and with a control valve (20), the connection of the control chamber (18) to a low-pressure side (21) either blocks or opens, is provided according to the invention that the control valve (20) in a valve chamber (22) between a closed and an open valve position slidably guided valve element (23) through which the valve chamber (22) is separated into a first and a second subspace (22a, 22b), that the first subspace (22a) is connected to the control space (18) and has a valve opening (25) connected to the low pressure side (21) the closed valve position of the valve element (23) is closed by the valve element (23), and the second subspace (22b) is connected to the high pressure side (2) and via a pressure a construction valve (27) with the low-pressure side (21) is connectable, and that the valve element (23) acting in the closing direction hydraulic closing force with the pressure reduction valve (27) closed and larger with open pressure reduction valve (27) smaller than that on the valve element (23) in the opening direction acting hydraulic opening force.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffinjektor nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The The invention is based on a fuel injector of the type of claim 1

Die Einhaltung der Schadstoffgrenzwerte hat bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren die höchste Priorität. Gerade das Common-Rail-Einspritzsystem hat einen entscheidenden Beitrag zur Reduzierung der Schadstoffe geleistet. Der Vorteil der Common-Rail-Systeme liegt in ihrer Unabhängigkeit des Einspritzdruckes von Drehzahl und Last. Für die Einhaltung zukünftiger Abgasgrenzwerte sind jedoch gerade bei Dieselmotoren eine signifikante Erhöhung des Einspritzdruckes und eine Mehrfacheinspritzung notwendig.The Adherence to the pollutant limits has helped in the development of Internal combustion engines the highest Priority. Especially the common rail injection system has a decisive contribution to the reduction of pollutants done. The advantage of common rail systems is their independence the injection pressure of speed and load. For compliance with future However, exhaust gas limits are a significant factor, especially in diesel engines increase the injection pressure and a multiple injection necessary.

Bekannt sind hubgesteuerte Common-Rail-Injektoren, deren Düsennadel servobetrieben ist. Als Drucksteller sind Piezo- und Magnetventile im Einsatz, mit denen der Servokreislauf gesteuert wird. Heutige Serien-Magnetventile sind als Kugelventile ausgeführt, bei denen die auf das Ventil wirkende Druckkraft mit einer starken Feder zugehalten wird. Um das Magnetventil schalten zu können, muss die Magnetkraft somit höher sein als die Kraft, die zum Zuhalten notwendig ist. Hier sind die heutigen Magnetventile in ihrer Auslegungsgrenze. Soll der Raildruck weiter gesteigert werden, müsste die wirkende Druckfläche am Ventil verringert werden. Dies ist jedoch aufgrund der geforderten Durchflüsse nicht möglich. Aus diesem Grund werden heute Magnetventile vermehrt druckausgeglichen ausgeführt. Der Vorteil besteht darin, dass an dem Ventil keine resultierende Druckkraft angreift. Die Zuhaltekraft der Ventilfeder muss lediglich die nötige Dichtkraft vorhalten und kann dementsprechend klein ausgeführt werden. Der Nachteil ist die hohe Leckage, die sich zwischen der Hoch- und Niederdruckstufe einstellt. Eine Leckage führt unweigerlich zu einer höheren Pumpleistung und somit zu Einbußen in der Effizienz des Systems. Dieser Sachverhalt wird besonders bei hohen Drücken problematisch. Des Weiteren können sich Schmutzpartikel in der mit Hochdruck unterwanderten Führung anlagern und zum Systemausfall führen. Schon heute sind Piezoventile im Serieneinsatz, die hohe Drücke zuverlässig schalten können. Im Gegensatz zum Magnetventil hält ein Piezoventil genügend Potential vor, um auch bei gesteigerten Raildrücken genügend Kraft zur Verfügung zu stellen. Die Problematik beim Piezoventil sind vor allem die hohen Kosten.Known are stroke-controlled common-rail injectors whose nozzle needle Servo driven. The pressure actuators are piezo and solenoid valves in use, with which the servo cycle is controlled. today Series solenoid valves are designed as ball valves, at which the pressure force acting on the valve with a strong spring is locked. In order to switch the solenoid valve, must the magnetic force thus higher its as the force necessary to hold. Here are the Today's solenoid valves in their design limit. Should the rail pressure would have to be further increased the acting pressure surface be reduced at the valve. However, this is due to the required No flows possible. For this reason, today solenoid valves are increasingly pressure balanced executed. Of the The advantage is that there is no resulting pressure force on the valve attacks. The locking force of the valve spring only has the necessary sealing force hold and can therefore be made small. The disadvantage is the high leakage that occurs between the high and low pressure stages established. A leak leads inevitably to a higher pumping power and thus to losses in the efficiency of the system. This situation becomes special at high pressures problematic. Furthermore, they can Apply dirt particles in the guide with high pressure infiltration and lead to system failure. Even today, piezo valves are in production use that reliably switch high pressures can. Unlike the solenoid valve stops a piezo valve enough Potential to provide enough power even with increased rail pressures put. The problem with the piezo valve are above all the high Costs.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor können hohe Raildrücke problemlos geschaltet werden. Der Vorteil besteht darin, dass das Druckabbauventil nicht den Servokreislauf des Injektors (Ablaufdrossel) schaltet, sondern einen sekundären Hydraulikkreislauf, der eine wesentlich geringere Steuermenge benötigt. Aufgrund der geringeren Steuermenge kann das Druckabbauventil konstruktiv kleiner als heutige Ventile ausgeführt werden, wodurch sich Gewicht und Hub des Druckabbauventils reduzieren. Beides ist bei der Realisierung eines schnell schaltenden Druckabbauventils äußerst vorteilhaft. Durch die Gewichtsreduzierung kann das Druckabbauventil einteilig ausgeführt werden, was im Hinblick auf Mehrfacheinspritzung und nah angelagerte Vor- und Nacheinspritzungen einen entscheidenden Vorteil hat. Der Servokreislauf des Injektors (Ablaufdrossel) wird vorzugsweise mithilfe einer Kugel geschaltet, die durch den sekundären Hydraulikkreislauf gesteuert wird. Da die Kugel servo-gesteuert ist, kann diese beliebig groß ausgeführt werden. Eine dadurch bedingte Steigerung des Durchflusses der Ablaufdrossel führt zu einer vorteilhafteren Abstimmbarkeit des Injektors. Dem Druckabbauventil haftet keine Leckage an, was bezüglich Effizienz von großem Vorteil ist. Aufgrund der einfachen Bauweise ist der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor kostengünstig, insbesondere weil das Druckabbauventil zum größten Teil aus Serienbauteilen besteht.With the fuel injector according to the invention can high rail pressures be switched easily. The advantage is that the Pressure relief valve not the servo circuit of the injector (outlet throttle) switches, but a secondary one Hydraulic circuit, which requires a much lower control amount. by virtue of the lower control amount, the pressure reduction valve constructive smaller than today's valves are running, reducing weight and reduce the stroke of the pressure relief valve. Both are in the realization a fast-switching pressure reduction valve extremely beneficial. By the Weight reduction, the pressure reduction valve can be made in one piece, with regard to multiple injection and closely and post injections has a decisive advantage. The servo circuit the injector (outlet throttle) is preferably using a ball switched by the secondary Hydraulic circuit is controlled. Because the ball is servo-controlled is, this can be made arbitrarily large. A consequent increase in the flow of the outlet throttle leads to a more advantageous tunability of the injector. The pressure reduction valve is not liable for leakage, what about Efficiency of great advantage is. Due to the simple construction of the fuel injector according to the invention inexpensive, in particular because the pressure reduction valve for the most part consists of serial components.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous embodiments of the subject invention are the description, the drawings and the claims removable.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale sind rein schematisch und nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigt:Of the Fuel injector according to the invention is shown in the drawing and in the following description explained in more detail. The Features shown in the figures are purely schematic and not to scale understand. It shows:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit einem Steuerventil, dessen kugelförmiges Ventilelement zentrisch zur Achse der Düsennadel angeordnet ist; 1 a first embodiment of the fuel injector according to the invention with a control valve whose spherical valve element is arranged centrally to the axis of the nozzle needle;

2 den Kraftstoffinjektor von 1 mit nicht zentrisch angeordnetem Ventilelement; und 2 the fuel injector of 1 with non-centrally arranged valve element; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit einem hydraulischen Koppler zwischen Kopplerstange und Düsennadel. 3 A second embodiment of the fuel injector according to the invention with a hydraulic coupler between coupler rod and nozzle needle.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

Der in 1 gezeigte Kraftstoffinjektor 1 wird üblicherweise bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern verwendet, wobei jedem dieser Zylinder ein solcher Injektor (Kraftstoffeinspritzventil) zugeordnet ist. Der Injektor 1 ist in einer mit Hochdruck beaufschlagten Zuleitung 2 des Kraftstoffs angeordnet und ragt in den Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine. In einer axialen Führungsbohrung 3 eines Düsenkörpers 4 ist ein kolbenförmiges Ventilglied (Düsennadel) 5 mit einer konischen Ventildichtfläche 6 verschiebbar gelagert, welche durch eine Schließfeder 7 gegen eine konische Ventilsitzfläche 8 des Düsenkörpers 4 gedrückt wird und die dort vorgesehenen Spritzlöcher 9 verschließt. Die Einspritzleitung 2 mündet im Düsenkörper 4 in einen ringförmigen Düsenraum 10, von dem ein zwischen Führungsbohrung 3 und Düsennadel 5 verlaufender Ringspalt bis zur Ventilsitzfläche 8 führt. Die Düsennadel 5 hat im Bereich des Düsenraumes 10 eine als Druckschulter ausgebildete Steuerfläche 11, an welcher der über die Hochdruck-Zuleitung 2 zugeführte Kraftstoff im Öffnungssinn an der Düsennadel 5 angreift. Die Hochdruck-Zulaufleitung 2 ist an einen zentralen Hochdruckspeicher (Common Rail) 12 angeschlossen.The in 1 shown fuel injector 1 is commonly used in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, wherein each of these cylinders associated with such an injector (fuel injection valve). The injector 1 is in a high pressure acted upon supply line 2 arranged the fuel and protrudes into the combustion chamber of the engine to be supplied. In an axial guide hole 3 a nozzle body 4 is a piston-shaped valve member (nozzle needle) 5 with a conical valve sealing surface 6 slidably mounted, which by a closing spring 7 against a conical valve seat surface 8th of the nozzle body 4 is pressed and provided there injection holes 9 closes. The injection line 2 opens in the nozzle body 4 in an annular nozzle space 10 , one of which is between pilot hole 3 and nozzle needle 5 extending annular gap up to the valve seat surface 8th leads. The nozzle needle 5 has in the area of the nozzle space 10 a trained as a pressure shoulder control surface 11 at which the via the high pressure supply line 2 supplied fuel in the opening direction at the nozzle needle 5 attacks. The high-pressure inlet pipe 2 is connected to a central high pressure accumulator (Common Rail) 12 connected.

Die Öffnungs- und Schließbewegung der Düsennadel 5 wird durch eine Steuerstange 13 gesteuert, die in einem Injektorgehäuse 14 axial verschiebbar geführt ist und deren eines Ende über eine Distanzscheibe (Pille) 15 an der der Ventildichtfläche 6 abgewandte Stirnseite der Düsennadel 5 anliegt. Die Steuerstange 13 begrenzt anderenends mit einer in Schließrichtung wirkenden Steuerfläche 16 in einem Ventilstück 17 einen Steuerraum 18, der über eine Zulauf(Z)-Drossel 19 dauerhaft mit der Hochdruck-Zuleitung 2 verbunden und über ein 2/2-Wege-Steuerventil 20 mit einer Niederdruckseite (Rücklauf) 21 verbindbar ist. Das Steuerventil 20 weist einen Ventilraum 22 und eine darin zwischen einer geschlossenen und einer offenen Ventilstellung verschiebbar geführte Kugel (Ventilelement) 23 auf, durch die der Ventilraum 22 in einen ersten und einen zweiten Teilraum 22a, 22b getrennt ist. Der erste Teilraum 22a ist über eine kavitierenden Ablauf(A)-Drossel 24 an den Steuerraum 18 angeschlossen und weist eine zur Niederdruckseite 21 abgehende Ventilöffnung (Ventil- bzw. Kugelsitz) 25 auf, die in der geschlossenen Ventilstellung der Kugel 23 durch die Kugel 23 verschlossen ist. Der zweite Teilraum 22b ist über eine Fülldrossel 26 an die Hochdruck-Zuleitung 2 angeschlossen und über ein Druckabbauventil 27 mit der Niederdruckseite 21 verbindbar. Die Steuerstange 13 ist unter Ausbildung des Steuerraums 2 in dem Ventilstück 17 geführt, in dem auch die Drosseln 19, 24, 26 vorgesehen sind.The opening and closing movement of the nozzle needle 5 is through a control rod 13 controlled in an injector housing 14 is guided axially displaceable and one end of a spacer (pill) 15 at the valve sealing surface 6 opposite end face of the nozzle needle 5 is applied. The control rod 13 limited at the other end with a control surface acting in the closing direction 16 in a valve piece 17 a control room 18 that has an inlet (Z) restrictor 19 permanently with the high pressure supply line 2 connected and via a 2/2-way control valve 20 with a low pressure side (return) 21 is connectable. The control valve 20 has a valve chamber 22 and a ball slidably guided therein between a closed and an open valve position (valve element) 23 on, through which the valve space 22 into a first and a second subspace 22a . 22b is disconnected. The first subspace 22a is via a cavitating outflow (A) throttle 24 to the control room 18 connected and has one to the low pressure side 21 Outgoing valve opening (valve or ball seat) 25 on, in the closed valve position of the ball 23 through the ball 23 is closed. The second subspace 22b is over a filling throttle 26 to the high pressure supply line 2 connected and via a pressure reduction valve 27 with the low pressure side 21 connectable. The control rod 13 is under education of the control room 2 in the valve piece 17 led, in which also the throttles 19 . 24 . 26 are provided.

Das Ventilstück 17 ist in eine gestufte Bohrung des Injektorgehäuses 14 unter Ausbildung eines Ringsraums 28 und eines Federraums 29 eingesetzt. Der Ringraum 28 ist an die Hochdruck-Zuleitung 2 angeschlossen und über die Fülldrossel 26 mit dem zweiten Teilraum 22b verbunden. Optional kann der Ringraum 28 so vergrößert werden, dass er als „Mini-Rail" wirkt und hydraulische Schwingungen zwischen Hochdruckspeicher 12 und Injektor 1 dämpft. Der Federraum 29 ist an die Niederdruckseite 21 angeschlossen und vom Ringraum 28 durch einen Dichtring 30 getrennt. Im Federraum 29 erstreckt sich die Steuerstange 13 vom Ventilstück 17 bis zur Düsennadel 5 und ist die Schließfeder 7 einenends am Ventilstück 17 und anderenends an einem Absatz der Steuerstange 13 abgestützt. Durch die Distanzscheibe 15 ist zwischen Düsennadel 5 und Kopplerstange 12 ein Zwischenraum 31 vorhanden, der über den Führungsspalt zwischen Steuerstange 13 und Injektorgehäuse 14 mit dem Federraum 29, also mit der Niederdruckseite 21, verbunden ist. Aufgrund der resultierenden Druckkräfte (Hochdruck bzw. Raildruck im Düsenraum 10 und im Steuerraum 18 sowie Niederdruck im Zwischenraum 31) werden Düsennadel 5 und Steuerstange 13 in Anlage aneinander gehalten. Soll die Düsennadel 5 mit einem Hubanschlag ausgeführt werden (nicht ballistisch), kann der Hub mit der Distanzscheibe 15 eingestellt werden.The valve piece 17 is in a stepped bore of the injector 14 under formation of an annular space 28 and a spring chamber 29 used. The annulus 28 is to the high pressure supply line 2 connected and via the filling throttle 26 with the second subspace 22b connected. Optionally, the annulus 28 be enlarged so that it acts as a "mini-rail" and hydraulic oscillations between high-pressure accumulator 12 and injector 1 attenuates. The spring chamber 29 is at the low pressure side 21 connected and from the annulus 28 through a sealing ring 30 separated. In the spring room 29 extends the control rod 13 from the valve piece 17 to the nozzle needle 5 and is the closing spring 7 one end on the valve piece 17 and at the other end to a shoulder of the control rod 13 supported. Through the spacer 15 is between nozzle needle 5 and coupler bar 12 a gap 31 present, passing over the guide gap between control rod 13 and injector housing 14 with the spring chamber 29 So with the low pressure side 21 , connected is. Due to the resulting pressure forces (high pressure or rail pressure in the nozzle chamber 10 and in the control room 18 as well as low pressure in the gap 31 ) become nozzle needle 5 and control rod 13 held in abutment against each other. Should the nozzle needle 5 can be executed with a stroke stop (not ballistic), the hub can with the spacer 15 be set.

In 1 sind das Steuerventil 20 und das Druckabbauventil 27 geschlossen. In beiden Teilräumen 22a, 22b herrscht daher der gleiche Hochdruck (Raildruck), aber aufgrund der verschlossen Ventilöffnung 25 ist die im ersten Teilraum 22a in Öffnungsrichtung wirkende Fläche 32a der Kugel 23 kleiner als die im zweiten Teilraum 22b in Schließrichtung wirkende Fläche 32b der Kugel 23. Die auf die Kugel 23 wirkende hydraulische Schließkraft ist somit größer als die hydraulische Öffnungskraft, so dass die Kugel 23 die Ventilöffnung 25 zuhält und die Verbindung des Steuerraums 18 zur Niederdruckseite 21 gesperrt ist. Die Düsennadel 5 ist durch den im Steuerraum 18 herrschenden Hochdruck geschlossen.In 1 are the control valve 20 and the pressure reduction valve 27 closed. In both subspaces 22a . 22b Therefore, there is the same high pressure (rail pressure), but due to the closed valve opening 25 is the first subspace 22a in the opening direction acting surface 32a the ball 23 smaller than those in the second subspace 22b in the closing direction acting surface 32b the ball 23 , The on the ball 23 acting hydraulic closing force is thus greater than the hydraulic opening force, so that the ball 23 the valve opening 25 closes and the connection of the control room 18 to the low pressure side 21 Is blocked. The nozzle needle 5 is through the in the control room 18 ruling high pressure closed.

Wird das Druckabbauventil 27 geöffnet, reduziert sich der Druck im zweiten Teilraum 22b, während im ersten Teilraum 22a weiterhin Raildruck anliegt. Die auf die Kugel 23 wirkende hydraulische Öffnungskraft ist nun größer als die hydraulische Schließkraft, so dass die Kugel 23 von der Ventilöffnung 25 abhebt und das Steuerventil 20 öffnet. Dadurch wird der Steuerraum 18 mit der Niederdruckseite 21 verbunden und der Druck im Steuerraum 18 reduziert, so dass die Düsennadel 5 gegen die Wirkung der Schließfeder 7 öffnet. Bei geöffnetem Steuerventil 20 ist die im ersten Teilraum 22a in Öffnungsrichtung wirkende Fläche 32a der Kugel 23 gleich der im zweiten Teilraum 22b in Schließrichtung wirkenden Fläche 32b. Bei geöffnetem Steuerventil 20 findet außerdem über die Ventilöffnung 25 eine solche Drosselung statt, dass der Druck im ersten Teilraum 22a größer als der Druck im zweiten Teilraum 22b ist und die Kugel 23 in ihrer offenen Ventilstellung bleibt. Der Ablauf des zweiten Teilraums 22b kann vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass dieser beim Aufspringen der Kugel 23 gedrosselt wird. Dadurch wird die Absteuermenge des Sekundärkreislaufs auf ein Minimum reduziert.Will the pressure reduction valve 27 opened, reduces the pressure in the second subspace 22b while in the first subspace 22a furthermore rail pressure is applied. The on the ball 23 acting hydraulic opening force is now greater than the hydraulic closing force, so that the ball 23 from the valve opening 25 takes off and the control valve 20 opens. This will be the control room 18 with the low pressure side 21 connected and the pressure in the control room 18 reduced, so the nozzle needle 5 against the action of the closing spring 7 opens. With open control valve 20 is the first subspace 22a in the opening direction acting surface 32a the ball 23 the same in the second subspace 22b in the closing direction acting surface 32b , With open control valve 20 also finds about the valve opening 25 such throttling takes place that the pressure in the first subspace 22a greater than the pressure in the second subspace 22b is and the ball 23 remains in its open valve position. The course of the second subspace 22b can be advantageously carried out so that this when jumping the ball 23 is throttled. As a result, the Absteuermenge the secondary circuit is reduced to a minimum.

Wird das Druckabbauventil 27 geschlossen, steigt der Druck im zweiten Teilraum 22b wieder auf Raildruck an und die Kugel 23 schließt. Dadurch wird der Steuerraum 18 von der Niederdruckseite 21 getrennt, wodurch der Druck im Steuerraum 18 ebenfalls ansteigt und die Düsennadel 5 schließt.Will the pressure reduction valve 27 closed, the pressure in the second compartment increases 22b back to rail pressure on and the ball 23 closes. This will be the control room 18 from the low pressure side 21 separated, reducing the pressure in the control room 18 also rises and the nozzle needle 5 closes.

Das Spiel zwischen der Kugel 23 und dem Ventilstück 17 muss lediglich so eng toleriert werden, dass die druckgesteuerte Schaltung der Kugel 23 problemlos funktioniert. Eine dauerhafte Leckage kann an dieser Stelle nicht auftreten, da bei geschlossenen Druckabbauventil 27 beide Teilräume 22a, 22b auf Raildruck liegen.The game between the ball 23 and the valve piece 17 need only be tolerated so closely that the pressure-controlled circuit of the ball 23 works fine. A permanent leakage can not occur at this point, as with closed pressure reduction valve 27 both subspaces 22a . 22b lie on rail pressure.

Das Druckabbauventil 27 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein 2/2-Wege-Magnetventil mit einer Ventilnadel 33, die in einem Ventilstück 34 über ein Polygonprofil 35 verschiebbar geführt ist, mit einem geschlitzten Ventilanker 36, mit einer Feder 37, welche die Ventilnadel 33 zuhält, und mit einer Magnetspule 38. Durch Bestromen der Magnetspule 38 wird ein Magnetfeld erzeugt und dadurch der Ventilanker 36 gegen die Wirkung der Feder 37 angezogen. Die Ventilnadel 33 öffnet, wobei der Ventilhub durch eine Anschlaghülse 39 begrenzt wird, und die Absteuermenge aus dem Sekundärkreislauf, d. h. aus dem Teilraum 22b, wird über die Polygonführung 35 in einen Ankerraum 40 geleitet, der mit der Niederdruckseite 21 verbunden ist.The pressure reduction valve 27 is in the illustrated embodiment, a 2/2-way solenoid valve with a valve needle 33 in a valve piece 34 over a polygon profile 35 slidably guided, with a slotted valve anchor 36 , with a spring 37 which the valve needle 33 stops, and with a magnetic coil 38 , By energizing the solenoid 38 a magnetic field is generated and thereby the valve anchor 36 against the action of the spring 37 dressed. The valve needle 33 opens, the valve lift through a stop sleeve 39 is limited, and the Absteuermenge from the secondary circuit, ie from the subspace 22b , is about the polygon guide 35 in an anchor room 40 passed, with the low pressure side 21 connected is.

Ein Vorteil des Injektors 1 ist darin begründet, dass die Hauptsteuermenge des Injektors 1 aus dem Steuerraum 18 nicht in den Ankerraum 40, sondern direkt in den Rücklauf 21 abgesteuert wird. Gerade bei kleinen Ventilen kann der Absteuerstoß zu Strömungskräften am Ventilanker 36 führen, die ein verzögertes Schließen zur Folge haben. Dies verursacht Welligkeiten im Kennfeld und Streuungen in der Einspritzmenge. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Anschlaghülse 39 hydraulisch geschlossen wird, sobald der Ventilanker 36 an der Anschlaghülse 39 anliegt. Dadurch ergibt sich eine hydraulische Dämpfung, die ein mechanisches Anschlagprellen verhindert. Dennoch kommt es beim Schließen zu keinem hydraulischen Kleben, wie das bei einem reinen hydraulischen Anschlag (Quetschspalt) auftritt.An advantage of the injector 1 is due to the fact that the main tax amount of the injector 1 from the control room 18 not in the anchor room 40 but directly into the return 21 is diverted. Especially with small valves, the Absteuerstoss to flow forces on the valve armature 36 lead to a delayed closure. This causes ripples in the map and scatters in the injection amount. Another advantage is that the stop sleeve 39 hydraulically closed as soon as the valve anchor 36 at the stop sleeve 39 is applied. This results in a hydraulic damping, which prevents a mechanical stop bouncing. Nevertheless, there is no hydraulic bonding when closing, as occurs in a pure hydraulic stop (squish gap).

Im Gegensatz zum Steuerventil 20 der 1, bei dem sich der Ventilraum 22 zentrisch zur Achse 41 der Düsennadel 5 bzw. der Steuerstange 13 und die den Steuerraum 18 und den ersten Teilraum 22a miteinander verbindende Verbindungsleitung bzw. Ablaufdrossel 24 parallel versetzt (außermittig) zur Achse 41 erstrecken, erstrecken sich bei dem in 2 gezeigten Steuerventil 20 die Verbindungsleitung bzw. Ablaufdrossel 24 zentrisch zur Achse 41 der Düsennadel 5 und der Ventilraum 22 parallel versetzt (außermittig) zur Achse 41. Durch diese zentrische Anordnung der Ablaufdrossel 24 können der Fertigungsprozess vereinfacht und die Stückkosten reduziert werden.In contrast to the control valve 20 of the 1 in which the valve space 22 centric to the axis 41 the nozzle needle 5 or the control rod 13 and the the control room 18 and the first subspace 22a interconnecting connecting line or outlet throttle 24 parallel offset (off-center) to the axis 41 extend, extend at the in 2 shown control valve 20 the connecting line or outlet throttle 24 centric to the axis 41 the nozzle needle 5 and the valve room 22 parallel offset (off-center) to the axis 41 , Through this centric arrangement of the outlet throttle 24 The manufacturing process can be simplified and the unit costs reduced.

Vom Injektor der 1 und 2 unterscheidet sich der in 3 gezeigte Injektor 1 dadurch, dass hier der Federraum 29 an den zentralen Hochdruckspeicher 12 angeschlossen ist und zusätzlich die Funktion eines Mini-Rails übernimmt, mit dem Druckschwingungen zwischen Injektor 1 und Hochdruckspeicher 12 gedämpft werden können. Mit dem Federraum 29 sind der Düsenraum 10 über die Zuleitung 2, der Steuerraum 18 über die Z-Drossel 19 und der zweite Teilraum 22b über die Fülldrossel 26 verbunden. Aufgrund der fehlenden Niederdruckstufe tritt an der Führung der Düsennadel 5 keine Leckage auf und wird ein hydraulischer Koppler 42 zur Bewegungskopplung von Düsennadel 5 und Steuerstange 13 verwendet. Das Kopplungsvolumen 43 des Kopplers 42 ist durch eine Kopplerhülse 44 definiert, die im Federraum 29 auf der Steuerstange 13 geführt und durch eine an der Steuerstange 13 abgestützte Zuhaltefeder 45 in dichtender Anlage am Düsenkörper 4 gehalten ist. Die Federkraft der Schließfeder 7 ergibt sich somit aus der geforderten Düsennadelzuhaltekraft und der Federkraft der Zuhaltefeder 45. Der Koppler 42 verbindet zum einen die Düsennadel 5 und die Kopplerstange 13 hydraulisch und erzeugt zum anderen eine schließende Kraft, da im Zwischenraum 31 der im Düsenkörper 4 geführte Durchmesser der Steuerstange 13 größer ist als der der Düsennadel 5. Dadurch wird mit der Öffnungsbewegung der Düsennadel 5 ein Druckabfall im Kopplungsvolumen 43 und somit eine schließende Nadelkraft erzeugt. Ergänzend kann mit einer Schließdrossel 46 in der Zuleitung 2 eine zusätzliche Nadelschließkraft erzeugt werden. Um eine Niederdruckanbindung an das Druckabbauventil 27 zu ermöglichen, ist der Ringraum 29 mit der Niederdruckseite 21 verbunden. Die Hauptabsteuermenge aus dem Steuerraum 18 wird somit über die Ablaufdrossel 24 in den Ringraum 29 und somit in den Rücklauf 21 geleitet. Auch die Steuermenge des Druckabbauventils 27 wird vom zweiten Teilraum 22b direkt in den Ringraum 29 geleitet. Auf eine Polygonführung an der Ventilnadel 33 kann daher verzichtet werden. Dieser in 3 gezeigte Injektor zeichnet sich durch eine äußerst geringe Leckage und Steuermenge aus. Hohe Raildrücke, wie sie in Zukunft vom Motorenhersteller gefordert werden, lassen sich dennoch problemlos schalten.From the injector 1 and 2 is different in the 3 shown injector 1 in that here the spring space 29 to the central high-pressure accumulator 12 is connected and additionally assumes the function of a mini-rail, with the pressure oscillations between the injector 1 and high pressure storage 12 can be damped. With the spring chamber 29 are the nozzle space 10 over the supply line 2 , the control room 18 over the Z-throttle 19 and the second subspace 22b over the filling throttle 26 connected. Due to the lack of low pressure stage occurs at the leadership of the nozzle needle 5 no leakage and becomes a hydraulic coupler 42 for the motion coupling of nozzle needle 5 and control rod 13 used. The coupling volume 43 of the coupler 42 is through a coupler sleeve 44 defined in the spring chamber 29 on the control rod 13 guided and by one on the control rod 13 supported locking spring 45 in sealing contact with the nozzle body 4 is held. The spring force of the closing spring 7 thus results from the required Düsennadelzuhaltekraft and the spring force of the tumbler spring 45 , The coupler 42 on the one hand connects the nozzle needle 5 and the coupler bar 13 hydraulically and on the other hand creates a closing force, as in the space 31 in the nozzle body 4 guided diameter of the control rod 13 larger than that of the nozzle needle 5 , As a result, with the opening movement of the nozzle needle 5 a pressure drop in the coupling volume 43 and thus produces a closing needle force. In addition, with a closing throttle 46 in the supply line 2 an additional needle closing force can be generated. To a low pressure connection to the pressure reduction valve 27 to enable, is the annulus 29 with the low pressure side 21 connected. The main amount of tax deduction from the tax room 18 is thus on the outlet throttle 24 in the annulus 29 and thus in the return 21 directed. Also, the control amount of the pressure reduction valve 27 is from the second subspace 22b directly into the annulus 29 directed. On a polygonal guide on the valve needle 33 can therefore be waived. This in 3 shown injector is characterized by an extremely low leakage and control amount. High rail pressures, as required by the engine manufacturer in the future, can nevertheless be switched easily.

Mit anderen Worten sind bei allen oben beschriebenen Injektoren bei offener Ventilöffnung 25 die im ersten Teilraum 22a in Öffnungsrichtung wirkende Fläche 32a der Kugel 23, die im zweiten Teilraum 22b in Schließrichtung wirkende Fläche 32b der Kugel 23 und die jeweiligen Verbindungen der beiden Teilräume 22a, 22b mit der Hochdruckseite 2 und mit der Niederdruckseite 21 derart ausgelegt, dass die auf die Kugel 23 in Schließrichtung wirkende hydraulische Schließkraft bei geschlossenem Druckabbauventil 27 größer und bei geöffnetem Druckabbauventil 27 kleiner als die auf die Kugel 23 in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Öffnungskraft ist. Weiterhin sind die jeweiligen Verbindungen der beiden Teilräume 22a, 22b mit der Hochdruckseite 2 und mit der Niederdruckseite 21 derart ausgelegt, dass bei offener Ventilöffnung 25 und bei geöffnetem Druckabbauventil 27 der im ersten Teilraum 22a herrschende Druck größer als der im zweiten Teilraum 22b herrschende Druck ist. Die auf die Kugel 23 in Schließrichtung wirkende hydraulische Schließkraft ist bei geschlossenem Druckabbauventil 27 größer und bei geöffnetem Druckabbauventil 27 kleiner als die auf die Kugel 23 in Öffnungsrichtung wirkende hydraulische Öffnungskraft.In other words, with all the injectors described above open valve opening 25 in the first subspace 22a in the opening direction acting surface 32a the ball 23 in the second subspace 22b in the closing direction acting surface 32b the ball 23 and the respective connections of the two subspaces 22a . 22b with the high pressure side 2 and with the low pressure side 21 designed so that the on the ball 23 acting in the closing direction hydraulic closing force with closed pressure reduction valve 27 larger and with the pressure relief valve open 27 smaller than the one on the ball 23 in the opening direction acting hydraulic opening force. Furthermore, the respective compounds of the two subspaces 22a . 22b with the high pressure side 2 and with the low pressure side 21 designed so that with open valve opening 25 and with the pressure relief valve open 27 in the first subspace 22a prevailing pressure greater than that in the second subspace 22b prevailing pressure is. The on the ball 23 acting in the closing direction hydraulic closing force is closed pressure reduction valve 27 larger and with the pressure relief valve open 27 smaller than the one on the ball 23 in the opening direction acting hydraulic opening force.

Claims

Fuel injector ( 1 ) for internal combustion engines, with one to a high-pressure fuel side ( 2 ) connected control room ( 18 ), over the pressure of which the movement of a nozzle needle ( 5 ) and with a control valve ( 20 ), the connection of the control room ( 18 ) to a low pressure side ( 21 ) either locks or opens, characterized in that the control valve ( 20 ) in a valve chamber ( 22 ) between a closed and an open valve position slidably guided valve element ( 23 ), through which the valve space ( 22 ) into a first and a second subspace ( 22a . 22b ), that the first subspace ( 22a ) to the control room ( 18 ) and one to the low pressure side ( 21 ) connected valve opening ( 25 ), which in the closed valve position of the valve element ( 23 ) through the valve element ( 23 ) is closed, and the second subspace ( 22b ) to the high pressure side ( 2 ) and via a pressure reduction valve ( 27 ) with the low pressure side ( 21 ) is connectable, and that on the valve element ( 23 ) in the closing direction, in particular exclusively hydraulically, acting closing force with the pressure relief valve closed ( 27 ) larger and with open pressure relief valve ( 27 ) smaller than that on the valve element ( 23 ) in the opening direction, in particular exclusively hydraulically, acting opening force.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that when the valve opening is closed ( 25 ) in the first subspace ( 22a ) in the opening direction acting surface ( 32a ) of the valve element ( 23 ) smaller than those in the second subspace ( 22b ) in the closing direction acting surface ( 32b ) of the valve element ( 23 ).

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that when the valve opening is open ( 25 ) in the first subspace ( 22a ) in the opening direction acting surface ( 32a ) of the valve element ( 23 ), which in the second subspace ( 22b ) in the closing direction acting surface ( 32b ) of the valve element ( 23 ) and the respective connections of the two subspaces ( 22a . 22b ) with the high pressure side ( 2 ) and with the low pressure side ( 21 ) are designed such that on the valve element ( 23 ) acting in the closing direction hydraulic closing force with closed pressure reduction valve ( 27 ) larger and with open pressure relief valve ( 27 ) smaller than that on the valve element ( 23 ) is in the opening direction acting hydraulic opening force.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that when the valve opening is open ( 25 ) in the first subspace ( 22a ) in the opening direction acting surface ( 32a ) of the valve element ( 23 ) equal to that in the second subspace ( 22b ) in the closing direction acting surface ( 32b ) of the valve element ( 23 ).

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the respective connections of the two subspaces ( 22a . 22b ) with the high pressure side ( 2 ) and with the low pressure side ( 21 ) are designed such that when the valve opening is open ( 25 ) and with pressure relief valve open ( 27 ) in the first subspace ( 22a ) prevailing pressure greater than that in the second subspace ( 22b ) is prevailing pressure.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve element ( 23 ) is a ball.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve space ( 22 ) centric to the axis ( 41 ) of the nozzle needle ( 5 ) and the control room ( 18 ) and the first subspace ( 22a ) interconnecting connecting line or outlet throttle ( 24 ) offset parallel to the axis ( 41 ) of the nozzle needle ( 5 ), or vice versa.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that between control chamber ( 18 ) and nozzle needle ( 5 ) a slidably guided control rod ( 13 ) located in the control room ( 18 ) in the closing direction of the nozzle needle ( 5 ) acting control surface ( 16 ) and with the nozzle needle ( 5 ) is motion coupled.

Fuel injector according to claim 8, characterized in that a between nozzle needle ( 5 ) and coupler rod ( 13 ) existing space ( 31 ) to the low pressure side ( 21 ) connected.

Fuel injector according to claim 8, characterized characterized in that between nozzle needle ( 5 ) and coupler rod ( 13 ) to the high pressure side ( 2 ) connected hydraulic coupler ( 42 ) is provided.