DE3009750C2

DE3009750C2 - Fuel injection device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE3009750C2
Application number: DE19803009750
Authority: DE
Inventors: Hrvoje Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Jurisic; Günter Dipl.-Ing. Kattenbusch; Kurt Koschel; Hellmuth Dipl.-Ing. Krug; Werner Dipl.-Ing. Langer
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1987-01-02
Also published as: FR2478205B1; DE3009750A1; CH652802A5; DK111981A; JPS56143342A; FR2478205A1; BR8101422A; JPH023034B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injection device for internal combustion engines according to the preamble of patent claim 1.

Bei einer derartigen, einen fingierten Stand der Technik gemäß der DE-OS 29 22 332 darstellenden Brennstoffeinspritzvorrichtung liegen die Vorteile insbesondere in der Verwendung eines Sicherheitsvorschaltventiles, durch das die Brennstoffzuleitung von einem Hochdruckspeicher zu einem Vorlageraum an der Ventilnadel eines Einspritzventiles gesteuert durch ein Servoventil taktweise freigebbar bzw. absperrbar ist. Das Schließelement des Sicherheitsvorschaltventiles schließt in Brennstoffflußrichtung und öffnet gegen die Kraft des anstehenden Brennstoffes. Diese Lösung wird somit prinzipiell allen Sicherheitserfordernissen gerecht, da auch im Falle eines Hängenbleibens der Ventilnadel in Öffnungsstellung eine Entleerung des Hochdruckspeichers sowie eine unkontrollierte Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum vermieden und eine Zuführung von Brennstoff auch während dieses Funktionsstörungsfalles nur zu den maschinensynchron gesteuerten Einspritzzeiten möglich ist. Diese in der Praxis bereits bei schwerölbetriebenen Großdieselbrennkraftmaschinen angewandte und bewährte Lösung erwies sich im Bereich des Sicherheitsvorschaltventiles von der konstruktiven Ausgestaltung der Fertigung und der Montage von dessen Einzelteilen sowie vom Umfang der fertigungstechnischen Maßnahmen im Gehäuse des Einspritzventiles insbesondere im Hinblick auf die Einführung derartiger Brennstoffeinspritzvorrichtungen in Serienproduktion als relativ aufwendig.In such a fuel injection device, which represents a fictitious state of the art according to DE-OS 29 22 332, the advantages lie in particular in the use of a safety pre-valve, through which the fuel supply line from a high-pressure reservoir to a supply chamber on the valve needle of an injection valve can be opened or closed in cycles under the control of a servo valve. The closing element of the safety pre-valve closes in the direction of fuel flow and opens against the force of the fuel present. This solution therefore basically meets all safety requirements, since even if the valve needle gets stuck in the open position, emptying of the high-pressure reservoir and uncontrolled injection of fuel into the combustion chamber are avoided and even during this malfunction, fuel can only be supplied at the injection times controlled synchronously with the machine. This solution, which has already been used and proven in practice in heavy oil-fired large diesel engines, proved to be relatively complex in the area of the safety pilot valve in terms of the structural design of the production and assembly of its individual parts as well as the extent of the manufacturing measures in the housing of the injection valve, particularly with regard to the introduction of such fuel injection devices in series production.

Der Erfindung liegt, ausgehend von dem Sachverhalt, daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend umzugestalten, daß der bauteilseitige, fertigungsseitige und montageseitige Aufwand insbesondere im Bereich des Sicherheitsvorschaltventiles sowohl von dessen Ausgestaltung als auch von dessen Anschluß an den hydraulischen Steuerkreis her gesehen auf ein Mindestmaß reduziert ist und auch der gesamte Aufbau der Einspritzvorrichtung soweit vereinfacht ist, daß diese den kostenseitigen Anforderungen für eine Einführung in die Serienproduktion gerecht wird.Based on the facts, the invention is therefore based on the object of redesigning a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that the component-side, production-side and assembly-side expenditure, particularly in the area of the safety pre-valve, is reduced to a minimum both in terms of its design and its connection to the hydraulic control circuit, and the entire structure of the injection device is simplified to such an extent that it meets the cost requirements for introduction into series production.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by a fuel injection device having the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung erfüllt seitens der Absperrung und Freigabe der Brennstoffzuleitung vom Hochdruckspeicher zum Vorlageraum an der Ventilnadel des Einspritzventiles die gleiche Sicherheitsfunktion wie jene gemäß dem eingangs abgehandelten älteren Vorschlag, jedoch mit einem Sicherheitsvorschaltventil, das demgegenüber wesentlich einfacher aufgebaut, einfacher herstellbar und montierbar ist, sowie aufgrund einer besonderen Konstruktion auch eine Vereinfachung der übrigen Teile der Einspritzvorrichtung insbesondere im Bereich des Einspritzventiles ermöglicht. Es ist somit insgesamt gesehen eine erhebliche Kostenreduzierung bei der Herstellung desselben erzielbar, so daß die Anwendung dieser Lösung besonders für die Serienproduktion geeignet ist. Die wenigen beweglichen Bauteile der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung sind außerdem robust auszubilden und insbesondere im Hinblick auf Schwerölbetrieb konstruiert, so daß deren Funktion auch im Einsatz bei schwerölbetriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschinen jederzeit gewährleistet ist.The fuel injection device according to the invention fulfills the same safety function as the older proposal discussed at the beginning in terms of shutting off and releasing the fuel supply line from the high-pressure reservoir to the supply chamber on the valve needle of the injection valve, but with a safety pre-valve which is much simpler in construction, easier to manufacture and assemble, and also enables the other parts of the injection device to be simplified due to a special design, particularly in the area of the injection valve. Overall, a considerable reduction in costs can therefore be achieved in the manufacture of the same, so that the application of this solution is particularly suitable for series production. The few moving components of the fuel injection device according to the invention are also to be designed to be robust and designed in particular with heavy oil operation in mind, so that their function is always guaranteed even when used in heavy oil-operated marine diesel engines.

Bei einer in Fig. 4 der CH-PS 5 97 510 gezeigten Ausführung wird die Ventilnadel über einen Steuerkolben durch den Brennstoffdruck ständig in Schließrichtung beaufschlagt. Der Ventilnadelöffnungshub wird dort durch den Druck einer Steuerflüssigkeit bewirkt, welcher taktweise von einem elektromagnetischen Ventil zu einem Druckraum durchgelassen wird und dort den mit der Ventilnadel verbundenen Steuerkolben in Öffnungsrichtung beaufschlagt. Die aus diesem Druck resultierende Kraft summiert sich mit der aus dem im Vorlageraum für die Ventilnadel ständig anstehenden Brennstoffdruck zu einer Gesamtkraft, die die Schließkraft des Brennstoffdruckes auf den Steuerkolben übersteigt.In a design shown in Fig. 4 of CH-PS 5 97 510, the valve needle is constantly acted upon in the closing direction by the fuel pressure via a control piston. The valve needle opening stroke is caused by the pressure of a control fluid, which is passed intermittently from an electromagnetic valve to a pressure chamber and there acts upon the control piston connected to the valve needle in the opening direction. The force resulting from this pressure is added to the fuel pressure constantly present in the supply chamber for the valve needle to form a total force that exceeds the closing force of the fuel pressure on the control piston.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen wird die Öffnung der Ventilnadel ausschließlich durch den Druck der Steuerflüssigkeit bewirkt. Nachteilig bei der bekannten Einspritzvorrichtung ist, daß das elektromagnetische Ventil unter Verzicht auf ein Sicherheitsvorschaltventil die Druckbeaufschlagung bzw. Entlastung des Steuerkolbens unmittelbar steuert, so daß hier keine Sicherheitsvorkehrungen z. B. bzgl. der Entleerung des Hochdruckspeichers bei einem Hängenbleiben der Ventilnadel getroffen sind.In the solution according to the invention, however, the opening of the valve needle is caused exclusively by the pressure of the control fluid. A disadvantage of the known injection device is that the electromagnetic valve directly controls the pressurization or relief of the control piston without a safety valve, so that no safety precautions are taken, e.g. with regard to the emptying of the high-pressure accumulator if the valve needle gets stuck.

Ferner ist aus der DE-OS 25 14 457 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem über eine an einen Hochdruckspeicher angeschlossene Brennstoffzuleitung der Brennstoff einem Vorlageraum für die Ventilnadel zugeführt wird. Von dieser Brennstoffzuleitung zweigt eine zu einem Druckraum für einen Steuerkolben am rückwärtigen Ende der Ventilnadel führende Leitung ab, in die ein elektromagnetisch betätigtes Wegeventil zwischengeschaltet ist, über das der genannte Druckraum mit dem in der Brennstoffzuleitung bzw. im Hochdruckspeicher anstehenden Brennstoffdruck gesteuert beaufschlagbar ist. Außerdem ist in die Brennstoffzuleitung zum Vorlageraum der Ventilnadel ein in Brenstoffflußrichtung öffnendes Vorschaltventil zwischengeschaltet, das mit Hilfe eines Kolbens betätigt wird, der ebenfalls vom Brennstoffdruck in der Brennstoffzuleitung und somit mit Hochdruckspeicherdruck beaufschlagt wird. Die Druckbeaufschlagung des Kolbens erfolgt dabei - und zwar gleichfalls von dem vorstehend genannten Wegeventil gesteuert - gleichzeitig mit der Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens am rückwärtigen Ventilnadelende. Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch, daß das Vorschaltventil gegen den hohen Brennstoffdruck geschlossen und in den Einspritzpausen auch gegen diesen Druck in Schließstellung gehalten werden muß sowie die baulich aufwendige und somit kostenungüstige Ausbildung der Einspritzvorrichtung.Furthermore, a fuel injection valve is known from DE-OS 25 14 457, in which the fuel is fed to a supply chamber for the valve needle via a fuel supply line connected to a high-pressure accumulator. A line leading to a pressure chamber for a control piston at the rear end of the valve needle branches off from this fuel supply line, into which an electromagnetically operated directional valve is interposed, via which the said pressure chamber can be subjected to the fuel pressure present in the fuel supply line or in the high-pressure accumulator in a controlled manner. In addition, a pilot valve that opens in the direction of fuel flow is interposed in the fuel supply line to the supply chamber of the valve needle, which is actuated by means of a piston that is also subjected to the fuel pressure in the fuel supply line and thus to high-pressure accumulator pressure. The piston is pressurized - also controlled by the above-mentioned directional valve - at the same time as the control piston at the rear end of the valve needle is pressurized. The disadvantage of this arrangement, however, is that the pilot valve must be closed against the high fuel pressure and must also be held in the closed position against this pressure during the injection pauses, as well as the structurally complex and thus cost-effective design of the injection device.

Weiter ist noch aus der DD-PS 1 02 772 eine Einspritzvorrichtung mit einem gleichfalls in Brennstoffflußrichtung öffnenden Vorschaltventil bekannt, bei der die Steuerung der gleichzeitigen Beaufschlagung des rückwärtigen Endes der Ventilnadel sowie des kolbenartig ausgebildeten Endes des Vorschaltventils mit unter Einspritzdruck stehendem Brennstoff ebenfalls mit Hilfe eines Magnetventils erfolgt. Nachteilig ist auch hier die Notwendigkeit, das Vorschaltventil gegen den hohen Brennstoffdruck schließen und in den Einspritzpausen halten zu müssen.Furthermore, from DD-PS 1 02 772 an injection device with a pilot valve that also opens in the direction of fuel flow is known, in which the control of the simultaneous loading of the rear end of the valve needle and the piston-shaped end of the pilot valve with fuel under injection pressure is also carried out with the help of a solenoid valve. Another disadvantage is Here, the need to close the pilot valve against the high fuel pressure and to hold it during the injection pauses.

Schließlich wird bei einer anderen, aus der DE-OS 21 34 007 bekannten Einspritzvorrichtung die Brennstoffzufuhr vom Hochdruckspeicher zum Vorlageraum an der Ventilnadel von einem hydraulisch betätigten Vorschaltventil freigegeben bzw. in Brennstoffflußrichtung gesperrt. Die Öffnung der Ventilnadel wird dabei ausschließlich von dem im Vorlageraum an der Ventilnadel anstehenden Brennstoffdruck bewirkt. Die hydraulische Betätigung des baulich aufwendigen Vorschaltventils erfolgt durch eine mechanisch angetriebene Steuerpumpe mit festen Steuerkanten, wodurch eine Anpassung der Einspritzdauer und -menge in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors nur in aufwendiger Weise möglich ist. Die mechanische Steuerung hat somit den Nachteil, daß sie eine Vielzahl von Teilen mit hoher Fertigungsqualität benötigt und deshalb entsprechend teuer ist.Finally, in another injection device known from DE-OS 21 34 007, the fuel supply from the high-pressure reservoir to the supply chamber on the valve needle is released or blocked in the direction of fuel flow by a hydraulically operated pilot valve. The valve needle is opened exclusively by the fuel pressure in the supply chamber on the valve needle. The hydraulic actuation of the structurally complex pilot valve is carried out by a mechanically driven control pump with fixed control edges, which means that the injection duration and quantity can only be adjusted in a complex manner depending on the operating state of the engine. The mechanical control therefore has the disadvantage that it requires a large number of parts with high manufacturing quality and is therefore correspondingly expensive.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den Unteransprüchen entnehmen, wobei im Zusammenhang mit dem Anspruch 6 ein Druckhalteventil in einer Rücklaufleitung aus der bereits vorstehend genannten DD-PS 1 02 772 bekannt ist.Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims, wherein in connection with claim 6 a pressure holding valve in a return line is known from the above-mentioned DD-PS 1 02 772.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung, Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the fuel injection device according to the invention,

Fig. 2 Teilelemente des Ausführungsbeispieles der Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Druckentlastungsvorrichtung für den Vorlageraum des Einspritzventils, und Fig. 2 partial elements of the embodiment of the fuel injection device according to Fig. 1 with a pressure relief device for the supply chamber of the injection valve, and

Fig. 3 Teilelemente des Ausführungsbeispieles der Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß Fig. 2 mit einer weiter ausgebauten Druckentlastungsvorrichtung. Fig. 3 Partial elements of the embodiment of the fuel injection device according to Fig. 2 with a further developed pressure relief device.

In den Figuren sind gleiche Bauteile bzw. Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical components or elements are provided with identical reference symbols.

In der Zeichnung ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen gezeigt, bei der Brennstoff aus einem Brennstofftank 1 mittels einer Förderpumpe 2 einem Hochdruckspeicher 3 drucküberwacht zuführbar ist, von dem aus die Brennstoffeinspritzvorrichtungen einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit Brennstoff konstanten Druckes versorgbar sind. Eine dieser Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die dem Aufbau nach alle gleich ausgebildet sind, ist in der Zeichnung dargestellt. Diese besitzt ein Einspritzventil 4, das aus einem Gehäuse 5, einer Ventilnadel 6 und einem auf diese einwirkenden Steuerkolbens 7 besteht. Die Ventilnadel 6 ist innerhalb des Gehäuses 5 in einer Bohrung 8 axial beweglich gelagert und besitzt an ihrem vorderen Ende ein kegelförmig ausgebildetes Schließelement 9, das mit einem entsprechend angepaßten Ventilsitz 10 im Gehäuse 5 zur Absperrung einer Brennstoffzuführung oder Freigabe von Brennstoff zur Einspritzung durch Spritzlöcher 11 in einen Brennraum zusammenwirkt. Der Steuerkolben 7 besteht aus einem Kolbenteil 12 und einem durchmessergrößeren Kolbenteil 13 und ist ebenso wie die Ventilnadel 6 in entsprechend angepaßten Bohrungen des Gehäuses 5 axial beweglich gelagert. Das Kolbenteil 12 begrenzt mit seiner äußeren Stirnfläche im Zusammenwirken mit den Wandteilen seiner Aufnahmebohrung 14 einen ersten Druckraum 15, während das zweite Kolbenteil 13 mit seiner der Ventilnadel 6 zugewandten Stirnfläche im Zusammenwirken mit Wandteilen seiner Aufnahmebohrung 16 einen zweiten Druckraum 17 begrenzt. Der erste Druckraum 15 ist über eine erste Druckleitung 18 an den Hochdruckspeicher 3 angeschlossen und von diesem ständig mit Brennstoff konstanten Druckes versorgt, so daß im Druckraum 15 ständig ein bestimmter in Schließrichtung des Einspritzventiles wirksamer Druck ansteht. Die in Schließrichtung wirksame Fläche am Kolbenteil 12 ist jedoch kleiner als die in Öffnungsrichtung des Einspritzventils wirksame Fläche am Kolbenteil 13 des Steuerkolbens 7. Von der ersten Druckleitung 18 zweigt innerhalb des Gehäuses 5 eine Brennstoffzuleitung 19 ab, die in einen Vorlageraum 20 an der Ventilnadel 6 einmündet. Die Brennstoffzuleitung 19 und damit die Brennstoffzuführung vom Hochdruckspeicher 3 über die erste Druckleitung 18 zum Vorlageraum 20 an der Ventilnadel 6 ist durch ein Sicherheitsvorschaltventil 21 absperrbar bzw. freigebbar. Das Sicherheitsvorschaltventil 21 ragt mit einem Schließelement 22 in die Brennstoffzuleitung 19, diese in Brennstoffflußrichtung absperrend hinein. Das Schließelement 22 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Ventilkegel 23 gebildet, der mit einer entsprechend angepaßten, an der Brennstoffzuleitung 19 angeformten kegligen Sitzfläche 24 zusammenwirkt und am äußeren Ende einer Verbindungsstange 25 angeordnet ist, die zu einem Druckkolben 26 führt. Die Verbindungsstange 25 durchdringt dabei innerhalb des Gehäuses 5 die erste Druckleitung 18, die im Durchdringungsbereich einen erweiterten Raum 27 aufweist, von dem auch die Brennstoffzuleitung 19 mit jenem, den Ventilsitz 24 aufweisenden Teilstück 28 abzweigt. Der Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses 5 und dort in einer Aufnahmekammer 29 axial beweglich gelagert.The drawing shows a fuel injection device for internal combustion engines, in which fuel can be fed from a fuel tank 1 by means of a feed pump 2 to a high-pressure accumulator 3 in a pressure-monitored manner, from which the fuel injection devices of an internal combustion engine (not shown) can be supplied with fuel at a constant pressure. One of these fuel injection devices, which are all constructed identically, is shown in the drawing. It has an injection valve 4 which consists of a housing 5 , a valve needle 6 and a control piston 7 acting on the latter. The valve needle 6 is mounted axially movably in a bore 8 within the housing 5 and has a conical closing element 9 at its front end which interacts with a correspondingly adapted valve seat 10 in the housing 5 to shut off a fuel supply or to release fuel for injection through spray holes 11 into a combustion chamber. The control piston 7 consists of a piston part 12 and a larger-diameter piston part 13 and, like the valve needle 6 , is mounted so as to be axially movable in correspondingly adapted bores in the housing 5. The piston part 12 delimits a first pressure chamber 15 with its outer end face in interaction with the wall parts of its receiving bore 14 , while the second piston part 13 delimits a second pressure chamber 17 with its end face facing the valve needle 6 in interaction with wall parts of its receiving bore 16. The first pressure chamber 15 is connected to the high-pressure accumulator 3 via a first pressure line 18 and is constantly supplied by the latter with fuel at a constant pressure, so that a certain pressure effective in the closing direction of the injection valve is constantly present in the pressure chamber 15. The area on the piston part 12 effective in the closing direction is, however, smaller than the area on the piston part 13 of the control piston 7 effective in the opening direction of the injection valve. A fuel supply line 19 branches off from the first pressure line 18 within the housing 5 and opens into a storage chamber 20 on the valve needle 6. The fuel supply line 19 and thus the fuel supply from the high-pressure accumulator 3 via the first pressure line 18 to the storage chamber 20 on the valve needle 6 can be blocked or opened by a safety valve 21. The safety valve 21 projects with a closing element 22 into the fuel supply line 19 , blocking it in the direction of fuel flow. In the exemplary embodiment shown, the closing element 22 is formed by a valve cone 23 which interacts with a correspondingly adapted conical seat surface 24 formed on the fuel supply line 19 and is arranged at the outer end of a connecting rod 25 which leads to a pressure piston 26 . The connecting rod 25 penetrates the first pressure line 18 within the housing 5 , which has an enlarged space 27 in the penetration area, from which the fuel supply line 19 branches off with the section 28 having the valve seat 24. The pressure piston 26 of the safety pre-valve 21 is also mounted axially movably within the housing 5 and there in a receiving chamber 29 .

Zur Steuerung des Sicherheitsvorschaltventiles 21 und des Einspritzventiles 4 ist als weiteres Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung ein in der Zeichnung nur teilweise dargestellter hydraulischer Steuerkreis mit einem von einem maschinensynchron gesteuerten Geber 30 betätigbaren Servoventil 31 vorgesehen. Letzteres ist eingangsseitig in eine Druckflüssigkeit konstanten Druckes führende Speiseleitung 32 sowie an eine Entleerungsleitung 33 angeschlossen und besitzt zwei Ausgänge 34 bzw. 35, welche wechselweise an die Speiseleitung 32 oder die Entleerungsleitung 33 anschließbar sind. Der elektrische Steuerteil des Servoventiles 31 ist über einen elektrischen Steuerkanal 36 mit dem Geber 30 verbunden, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mikroprozessor handelt, der nach einprogrammierten Kriterien in Abhängigkeit von in ihn über Kanäle 37 eingespeisten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine arbeitet sowie resultierend hieraus seine Befehle an das Servoventil abgibt.To control the safety pre-valve 21 and the injection valve 4 , a hydraulic control circuit (only partially shown in the drawing) with a servo valve 31 that can be actuated by a sensor 30 controlled synchronously with the machine is provided as a further part of the fuel injection device. The latter is connected on the input side to a feed line 32 leading to a hydraulic fluid of constant pressure and to a drain line 33 and has two outputs 34 and 35 , respectively, which can be alternately connected to the feed line 32 or the drain line 33. The electrical control part of the servo valve 31 is connected via an electrical control channel 36 to the sensor 30 , which is preferably a microprocessor that works according to programmed criteria depending on operating parameters of the internal combustion engine fed into it via channels 37 and issues its commands to the servo valve as a result.

An den Ausgang 34 des Servoventiles 31 ist ein Druck- Kanal 38 angeschlossen, der innerhalb des Gehäuses 5 verläuft und in den zweiten, in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 6 wirksamen Druckraum 17 einmündet. Am Ausgang 35 des Servoventils 31 dagegen ist eine Steuerdruckleitung 39 angeschlossen, die in einen Steuerdruckraum 40 einmündet, der hinter dem Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 andernends der Verbindungsstange 25 angeordnet und durch Wandteile der Aufnahmekammer 29 für den Druckkolben 26 sowie dessen Stirnseite 41 begrenzt ist. Bei Anschluß der Steuerdruckleitung 39 an die Speiseleitung 32 steht im Steuerdruckraum 40 Druck an, der den Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventils 21 in Schließrichtung desselben beaufschlagt. Darüber hinaus ist an der Verbindungsstange 25 eine Druckfläche 42 angeordnet, die ständig vom Druck des in der ersten Druckleitung 18 anstehenden Brennstoffes beaufschlagt ist und zur Öffnung des Sicherheitsvorschaltventiles 21 dient, wobei dieser Öffnungsdruck dann wirksam wird, wenn der andernends des Druckkolbens 26 angeordnete Steuerdruckraum 40 über die Steuerdruckleitung 39 nach Umschaltung des Servoventiles 31 an die Entleerungsleitung 33 angeschlossen ist. Zum Erhalt der Druckfläche 42 besteht die Verbindungsstange 25 aus zwei durchmesserverschiedenen Teilabschnitten, wobei der durchmesserkleinere Teilabschnitt 43 an seinem äußeren Ende das Schließelement 22 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 trägt, ferner der durchmesergrößere Teilabschnitt 44 am Druckkolben 26 angrenzt und die Druckfläche 42 durch die ringförmige Übergangsfläche zwischen beiden Teilabschnitten gebildet ist. Außer der Verbindungsstange 25 ist andernends derselben am Druckkolben 26 noch ein Anschlagbolzen 45 vorgesehen, durch dessen Länge der Hubweg des Druckkolbens 26 in Öffnungsrichtung und damit das minimale Volumen des Steuerdruckraumes 40 vorgegeben ist.A pressure channel 38 is connected to the outlet 34 of the servo valve 31 , which runs inside the housing 5 and opens into the second pressure chamber 17 , which is effective in the opening direction of the valve needle 6. On the other hand, a control pressure line 39 is connected to the outlet 35 of the servo valve 31 , which opens into a control pressure chamber 40 , which is arranged behind the pressure piston 26 of the safety pilot valve 21 at the other end of the connecting rod 25 and is delimited by wall parts of the receiving chamber 29 for the pressure piston 26 and its front side 41. When the control pressure line 39 is connected to the feed line 32 , pressure is present in the control pressure chamber 40 , which acts on the pressure piston 26 of the safety pilot valve 21 in the closing direction of the same. In addition, a pressure surface 42 is provided on the connecting rod 25 . which is constantly subjected to the pressure of the fuel present in the first pressure line 18 and serves to open the safety pre-valve 21 , this opening pressure becoming effective when the control pressure chamber 40 arranged at the other end of the pressure piston 26 is connected to the drain line 33 via the control pressure line 39 after switching the servo valve 31. To obtain the pressure surface 42 , the connecting rod 25 consists of two sections with different diameters, the smaller diameter section 43 carrying the closing element 22 of the safety pre-valve 21 at its outer end, the larger diameter section 44 adjoins the pressure piston 26 and the pressure surface 42 is formed by the annular transition surface between the two sections. In addition to the connecting rod 25, a stop bolt 45 is provided at the other end of the pressure piston 26 , the length of which determines the stroke of the pressure piston 26 in the opening direction and thus the minimum volume of the control pressure chamber 40 .

Nachfolgend ist die Funktion dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Lage ihrer beweglichen Elemente beschrieben, wobei das Servoventil eine Schaltstellung eingenommen hat, in der der Steuerdruckraum 40 über die Steuerdruckleitung 39 an die Speiseleitung 32 angeschlossen, somit der Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 druckbeaufschlagt und die Brennstoffzuleitung 19 durch das Schließelement 22 abgesperrt ist, ferner der zweite Druckraum 17 am Steuerkolben 7 des Einspritzventiles über die zweite Druckleitung 38 an die Entleerungsleitung 33 angeschlossen ist, und somit der im ersten Druckraum 15 am Steuerkolben 7 anstehende Druck voll wirksam und die Ventilnadel 6 in Schließlage befindlich ist.The function of this fuel injection device is described below, starting from the position of its movable elements shown in Fig. 1, wherein the servo valve has assumed a switching position in which the control pressure chamber 40 is connected to the feed line 32 via the control pressure line 39 , thus the pressure piston 26 of the safety pilot valve 21 is pressurized and the fuel supply line 19 is blocked by the closing element 22 , furthermore the second pressure chamber 17 on the control piston 7 of the injection valve is connected to the drain line 33 via the second pressure line 38 , and thus the pressure in the first pressure chamber 15 on the control piston 7 is fully effective and the valve needle 6 is in the closed position.

Wenn nun vom Geber 30 in das Servoventil 31 ein Befehl für einen Einspritzvorgang eingespeist wird, schaltet dieses intern um. Dadurch wird zunächst die Steuerdruckleitung 39 mit der Entleerungsleitung 33 verbunden, so daß der Steuerdruckraum 40 druckentlastet und der an der Druckfläche 42 anstehende Brennstoffdruck wirksam wird, mit der Folge, daß das Sicherheitsvorschaltventil 21 geöffnet, damit die Brennstoffzuleitung 19 freigegeben und über diese dem Vorlageraum 20 an der Ventilnadel 6 Brennstoff zugeführt wird. Kurzzeitig nach Anschluß der Steuerdruckleitung 39 an die Rücklaufleitung 33 wird der Druckkanal 38 von der Entleerungsleitung 33 ab- und an die Speiseleitung 32 angeschlossen, wodurch der zweite Druckraum 17 mit Druck versorgt und der Steuerkolben unter Mitnahme der Ventilnadel in seine Öffnungsstellung überführt wird, in der der im Vorlageraum 20 anstehende Brennstoff durch die Spritzlöcher 11 in den zugehörigen Brennraum abspritzbar ist. Nach geberseitiger Signalisierung des Einspritzendes schaltet das Servoventil 31 wieder in seine vorstehend erwähnte Ausgangslage zurück. Dabei wird zunächst wieder die Steuerdruckleitung 39 von der Entleerungsleitung 33 ab- und an die Speiseleitung 32 angeschlossen, so daß am Steuerdruckraum 40 wieder Druck angelegt ist und das Sicherheitsvorschaltventil 21 in Schließrichtung betätigt wird mit der Folge, daß die Brennstoffzuleitung 19 wieder abgesperrt wird. Anschließend wird der Druckkanal 38 servoventilseitig von der Speiseleitung 32 ab- und an die Entleerungsleitung 33 angeschlossen, wodurch der zweite Druckraum 17 druckentlastet und die Ventilnadel 6 infolge des im ersten Druckraum 15 anstehenden Brennstoffdruckes durch den Steuerkolben 7 wieder in ihre Schließlage rückgeführt wird. Durch den geringfügigen zeitlichen Versatz zwischen dem vorlaufenden Absperren der Brennstoffzuleitung 19 durch das Sicherheitsvorschaltventil und dem Schließen der Ventilnadel 6 ist es möglich, eine Volumen- und Druckentlastung in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19zu erzielen.If a command for an injection process is now fed from the sensor 30 into the servo valve 31 , the latter switches internally. This initially connects the control pressure line 39 to the drain line 33 , so that the control pressure chamber 40 is relieved of pressure and the fuel pressure present at the pressure surface 42 becomes effective, with the result that the safety valve 21 opens so that the fuel supply line 19 is released and fuel is supplied via this to the supply chamber 20 at the valve needle 6. Shortly after the control pressure line 39 is connected to the return line 33, the pressure channel 38 is disconnected from the drain line 33 and connected to the feed line 32 , whereby the second pressure chamber 17 is supplied with pressure and the control piston, taking the valve needle with it, is transferred to its open position, in which the fuel present in the supply chamber 20 can be sprayed through the spray holes 11 into the associated combustion chamber. After the end of injection is signaled by the sensor, the servo valve 31 switches back to its previously mentioned starting position. In this case, the control pressure line 39 is first disconnected from the drain line 33 and connected to the feed line 32 so that pressure is again applied to the control pressure chamber 40 and the safety valve 21 is actuated in the closing direction, with the result that the fuel supply line 19 is shut off again. The pressure channel 38 on the servo valve side is then disconnected from the feed line 32 and connected to the drain line 33 , whereby the second pressure chamber 17 is relieved of pressure and the valve needle 6 is returned to its closed position by the control piston 7 as a result of the fuel pressure in the first pressure chamber 15 . Due to the slight time offset between the preliminary shut-off of the fuel supply line 19 by the safety valve and the closing of the valve needle 6 , it is possible to achieve a volume and pressure relief in the shut-off fuel supply line 19 .

Es ist selbstverständlich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, möglich, durch Verwendung anderer Druckleitungslängen- oder -volumina oder eines Servoventiles mit anderen internen Druck- bzw. Entlastungswegsteuerelementen andere Steuercharakteristiken zu erzielen, beispielsweise dergestalt, daß für einen Einspritzvorgang zunächst die Ventilnadel 6 angehoben und dann erst das Sicherheitsvorschaltventil 21 für eine Brennstoffzuführung freigegeben wird sowie zur Beendigung des Einspritzvorganges zunächst die Ventilnadel 6 und erst dann das Sicherheitsvorschaltventil in seine Schließlage rückgeführt wird. Weiter ist es möglich, durch entsprechende Ausbildung des Servoventiles 31 den zeitlichen Ablauf so zu steuern, daß sowohl das Sicherheitsvorschaltventil als auch die Ventilnadel gleichzeitig öffnen und auch gleichzeitig wieder schließen.It is of course possible, without departing from the scope of the invention, to achieve other control characteristics by using other pressure line lengths or volumes or a servo valve with other internal pressure or relief path control elements, for example in such a way that for an injection process the valve needle 6 is first raised and only then the safety valve 21 is released for fuel supply and to end the injection process the valve needle 6 is first returned to its closed position and only then the safety valve. Furthermore, by designing the servo valve 31 accordingly, it is possible to control the timing so that both the safety valve and the valve needle open and close again at the same time.

In den Fällen der beiden zuletzt genannten Steuermöglichkeiten erweist es sich als zweckmäßig, Vorkehrungen für eine Druckentlastung der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19 zu treffen. Eine derartige Maßnahme ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 gezeigt, in welchem Ausführungsbeispiel bei ansonstem gleichen Aufbau wie bei Fig. 1 von der Brennstoffzuleitung 19 zu deren Druckentlastung im abgesperrten Zustand eine Drosselbohrung 46 abzweigt, die in eine Rücklaufleitung 47 zum Brennstofftank 1 einmündet. Zur Verhinderung von Kavitation und zur Erhaltung eines Restdrukkes in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19 kann bei dieser Lösung noch, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigt, am Übergang von der Drosselbohrung 46 in die Rücklaufleitung 47 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckhalteventil 48 eingeschaltet sein. Letzteres besteht im einfachsten Falle aus einer Druckfeder und einer Kugel als Absperrelement, wobei die Rückstellkraft der Druckfeder auf den gewünschten Restdruck in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19 abgestimmt ist. Der weitere Aufbau des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels entspricht wieder jenem von Fig. 1.In the cases of the last two control options mentioned, it proves to be expedient to take precautions for a pressure relief of the shut-off fuel supply line 19. Such a measure is shown in the embodiment according to Fig. 2, in which embodiment, with otherwise the same structure as in Fig. 1, a throttle bore 46 branches off from the fuel supply line 19 to relieve its pressure in the shut-off state, which opens into a return line 47 to the fuel tank 1. To prevent cavitation and to maintain a residual pressure in the shut-off fuel supply line 19 , in this solution, as shown in the embodiment according to Fig. 3, a pressure holding valve 48 designed as a check valve can be inserted at the transition from the throttle bore 46 to the return line 47 . In the simplest case, the latter consists of a compression spring and a ball as a shut-off element, whereby the restoring force of the compression spring is matched to the desired residual pressure in the shut-off fuel supply line 19. The further structure of the embodiment shown in Fig. 3 corresponds again to that of Fig. 1.

Claims

1. Fuel injection device for internal combustion engines, in which fuel at constant pressure is supplied from a high-pressure accumulator

a) via a pressure line to a first pressure chamber for a constant pressurisation of a control piston acting on a valve needle of an injection valve in the closing direction, and

b) can be fed to a storage chamber at the injection-side end of the valve needle via a fuel supply line branching off from this pressure line,

in which a servo valve is arranged in a hydraulic control circuit and can be actuated by a sensor controlled synchronously with the combustion engine, to which,

a) on the inlet side, a feed line carrying a control fluid of constant pressure,

b) a drain line on the drain side, and

c) on the output side, a pressure channel leading to a second pressure chamber assigned to the control piston of the valve needle on the injection side is connected for pressurising the control piston in the opening direction of the injection valve, and

which servo valve also controls a safety valve that

a) has a pressure piston which, within a receiving chamber on the side facing away from a closing element, delimits a control pressure chamber which, like the second pressure chamber for the control piston of the valve needle for opening or closing the injection valve via the pressure channel, for safety pre-valve actuation via a control pressure line, controlled by the servo valve, can be connected alternately to the pressure-supplying feed line or the pressure-relieving discharge line and which

b) with the closing element at the end of a connecting rod connected to the pressure piston protruding into the fuel supply line, blocking it in the direction of fuel flow,

characterized in that the closing element ( 22 ) of the safety valve ( 21 ) is formed at the outer end of the connecting rod ( 25 ) adjoining the pressure piston ( 26 ), the

a) the pressure line ( 18 ) leading to the first pressure chamber ( 15 ) passes transversely, and

b) consists of two sections of different diameters, of which the smaller-diameter section ( 43 ) carries the closing element ( 22 ) at its outer end and the larger-diameter section ( 44 ) adjoins the pressure piston ( 26 ), an annular transition surface between the two sections ( 43, 44 ) serving as a pressure surface ( 42 ) which is constantly acted upon by the fuel in the pressure line ( 18 ),

that furthermore the pressure line ( 18 ) leading to the first pressure chamber ( 15 ) is widened in the region of the connecting rod ( 25 ) passing through it by a chamber ( 27 ) which forms a pressure chamber for the annular transition surface on the connecting rod serving as a pressure surface, and from which the fuel supply line ( 19 ) also branches off with its section ( 28 ) having the valve seat ( 24 ) for the closing element ( 22 ) of the safety pilot valve ( 21 ), and finally by appropriate switching of the servo valve ( 31 ) the safety pilot valve ( 21 ) and the second pressure chamber for the piston ( 7 ) of the injection valve are controlled in such a way that

a) the safety valve ( 21 ) for releasing the fuel supply line ( 19 ) after the pressure piston ( 26 ) has been relieved by connecting the control pressure chamber ( 40 ) to the drain line ( 33 ) can be moved from its shut-off position to a through-flow position by the fuel pressure constantly present on the annular pressure surface ( 42 ) on the connecting rod, while the second pressure chamber ( 17 ) on the piston ( 7 ) of the injection valve is subjected to control pressure by connecting it to the pressure-carrying feed line ( 32 ) to raise the valve needle ( 6 ), and

b) the safety pre-valve ( 21 ) can be returned from the through position to its shut-off position by pressurizing its pressure piston ( 26 ) by connecting the control pressure chamber ( 40 ) to the pressurized feed line ( 32 ), while the second pressure chamber ( 17 ) on the piston ( 7 ) of the injection valve is relieved of pressure by connecting it to the drain line ( 33 ) to lower the valve needle into its closed position.

2. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the closing element ( 22 ) of the safety valve ( 21 ) is formed by a valve cone ( 23 ) at the end of the connecting rod ( 25 ), which cooperates with a correspondingly adapted conical seat surface ( 24 ) formed in the fuel supply line ( 19 ).

3. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that the pressure piston ( 26 ) of the safety pilot valve ( 21 ) carries a stop bolt ( 45 ) at its end opposite the connecting rod ( 25 ), by means of which, for a given length and position of the receiving chamber ( 29 ) receiving the pressure piston ( 26 ), the stroke of the pressure piston ( 26 ) in the opening direction of the safety pilot valve is limited and the minimum volume of the control pressure chamber ( 40 ) of this valve is determined.

4. Fuel injection device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pressure piston ( 26 ) of the safety pre-valve ( 21 ) is constructed in one piece together with the stop bolt ( 45 ) and the connecting rod ( 25 ) with the closing element ( 22 ) formed at the end thereof.

5. Fuel injection device according to claim 1, characterized in that, controlled by the servo valve ( 31 ), the safety valve ( 21 ) is returned to its closed position after or simultaneously with the valve needle ( 6 ), and that a throttle bore ( 46 ) leading into a return line ( 47 ) branches off from the region of the fuel supply line ( 19 ) blocked off thereby in order to relieve the pressure in this region.

6. Fuel injection device according to claim 5, characterized in that for maintaining a residual pressure in the shut-off fuel supply line ( 19 ) at the transition from the throttle bore ( 46 ) to the return line ( 47 ), a pressure holding valve ( 48 ) designed as a check valve is interposed.