DE4210563A1

DE4210563A1 - FUEL INJECTION NOZZLE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WORKING WITH PRIMARY AND MAIN INJECTION

Info

Publication number: DE4210563A1
Application number: DE19924210563
Authority: DE
Inventors: Andreas Kracke; Andreas Iwohn; Alexander Guluk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1992-10-22
Also published as: GB2254886A; GB2254886B; GB9208288D0

Abstract

The injector has an intermittent high pressure fuel supply through an inlet 3 for the main injection and piezoelectric transducers 12 in a further pressure space 11 for the pre- injection, the volume in the further pressure space 11 being reduced when the transducers 12 are energised. Separate pre-injection and main injection needles (22, 20, Fig. 2) may be provided mounted concentrically to allow the two injection operations to be directed to different parts of a combustion chamber via respective nozzle openings (24, 22, Fig. 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a fuel injector according to the upper Concept of claim 1.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse mit diesen Merkmalen ist aus der DE-PS 10 42 964, 46c² 114, in der Wei se bekannt, daß für die Haupt- und die Voreinspritzung getrennte, nebeneinander verlaufende, mit unterschiedlich dimensionierten Schließfedern versehene Düsennadeln vorhanden sind, deren Druck räume mit dem Hochdruck-Kraftstoffzulauf in Verbindung stehen. In folge der unterschiedlichen Auslegung der Schließfedern werden die beiden Düsennadeln bei Erreichen unterschiedlicher Druckwerte des Kraftstoffs in ihre Einspritzlagen verschoben. Nachteilig bei dieser Düsenkonstruktion ist die Tatsache, daß die Einspritzzeit punkte für Vor- und Haupteinspritzung über den Druckverlauf im Kraftstoffzulauf in fest vorgegebener Beziehung zueinander stehen.A fuel injector with these features is known from DE-PS 10 42 964, 46c ² 114, in the Wei se that for the main and the pre-injection separate, side by side, with differently dimensioned closing springs nozzle needles are available, the pressure spaces are connected to the high pressure fuel supply. As a result of the different design of the closing springs, the two nozzle needles are moved into their injection positions when different pressure values of the fuel are reached. A disadvantage of this nozzle construction is the fact that the injection points for pre-injection and main injection are related to each other via the pressure curve in the fuel supply.

Dies gilt auch für die aus der DE-PS 6 65 886, 46c² 105, bekannte Brennstoff-Einspritzpumpe mit zwei konzentrisch angeordneten Düsen nadeln.This also applies to the needles known from DE-PS 6 65 886, 46c ² 105, fuel injection pump with two concentrically arranged nozzles.

Zum Stand der Technik gehören auch unter Verwendung von piezoelek trischen Translatoren aufgebaute Einspritzventile; siehe z. B. die DE-OS 17 51 543, F02M 51/06. Bei diesem bekannten elektrisch steu erbaren Einspritzventil, das jedoch nur zur Erzeugung eines einzi gen Einspritzvorgangs, also eines Haupteinspritzvorgangs, ausgelegt ist, wird ein die Translatoren enthaltender, mittels einer an der Düsennadel befestigten Membran begrenzter Druckraum vom Kraftstoff zulauf her mit Kraftstoff bis zu einem bestimmten, noch keine Öff nungsbewegung der Düsennadel hervorrufenden Druck mit Kraftstoff gefüllt. Bei Erregung der piezoelektrischen Translatoren bewirken diese eine Druckspitze in diesem Druckraum, die zu einer Verschie bung der einzigen Düsennadel im Sinne der Herstellung einer Verbin dung zwischen dem Druckraum und einer Düsenöffnung führt, so daß jetzt der Einspritzvorgang beginnt. Die Druckentlastung im Druck raum in Verbindung mit einer auf die Düsennadel einwirkenden Rück stellfeder führen zur Beendigung des Einspritzvorgangs durch Rück bewegung der Düsennadel in ihre die Düsenöffnung sperrende Stel lung. Dieser Druckschrift sind jedoch keine Hinweise auf die Ausge staltung einer gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse, d. h. mit Vor- und Haupteinspritzung, zu entnehmen.The prior art also includes the use of piezoelek trical translators constructed injection valves; see e.g. B. the DE-OS 17 51 543, F02M 51/06. In this known electrically steu Erbaren injection valve, but only for the production of a single gene injection process, so a main injection process designed is, one containing the translators, by means of one at the Nozzle needle attached membrane limited pressure space from the fuel supply with fuel up to a certain, no opening movement of the nozzle needle causing pressure with fuel filled. When the piezoelectric translators are excited, effect this a pressure peak in this pressure space, which leads to a shift Practice the only nozzle needle in the sense of producing a connection leads between the pressure chamber and a nozzle opening, so that now the injection process begins. The pressure relief in the print space in connection with a back acting on the nozzle needle spring lead to the end of the injection process by return movement of the nozzle needle into its position blocking the nozzle opening lung. However, this document is no indication of the Ausge design of a generic fuel injector, d. H. With Pre and main injection.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit Vor- und Haupteinspritzung zu schaffen, die es ermöglicht, die Voreinspritzung mengen- und zeitmäßig unab hängig von der Haupteinspritzung zu gestalten.The invention has for its object a generic To create fuel injection nozzle with pre and main injection, which enables the pre-injection to be independent of quantity and timing depending on the main injection.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training the invention describe the subclaims.

Wesentlich für die Erfindung ist die Tatsache, daß nur für die Vor einspritzung piezoelektrische Translatoren Einsatz finden, während die Haupteinspritzung in üblicher Weise allein durch den intermit tierenden Druck im Hochdruck-Kraftstoffzulauf bestimmt wird. Dies schließt jedoch gemäß Anspruch 2 die Verwendung einer einzigen Einspritznadel nicht aus, die demgemäß sowohl während der Haupt einspritzvorgänge als auch während der Voreinspritzvorgänge die Düsenöffnungen freigibt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Ver wendung von zwei insbesondere konzentrisch angeordneten, nur der Voreinspritzung bzw. nur der Haupteinspritzung dienenden Düsen nadeln gemäß Anspruch 4, da jetzt die Möglichkeit gegeben ist, die Voreinspritznadel nebst den Mitteln zu ihrer Rückstellung relativ "leicht" auszuführen, so daß die zu ihrer Axialbewegung erforder liche, mittels der piezoelektrischen Translatoren zu erzeugenden Druckspitzen nur klein zu sein brauchen und außerdem die Möglich keit besteht, die Voreinspritzmenge und die Haupteinspritzmenge in unterschiedliche Richtungen abzuspritzen.Essential to the invention is the fact that only for the previous injection piezoelectric translators are used while the main injection in the usual way solely through the intermit pressure in the high pressure fuel supply is determined. This however excludes the use of a single one according to claim 2 Injection needle not out, accordingly, both during the main injection processes as well as during the pre-injection processes Releases nozzle openings. However, the Ver is particularly advantageous Use of two, in particular concentrically arranged, only the Pre-injection or only the main injection nozzles needles according to claim 4, since it is now possible to Pre-injection needle and the means for resetting it relatively "easy" to carry out, so that it requires their axial movement Liche to be generated by means of the piezoelectric translators Pressure peaks only need to be small and also the possibility speed exists, the pilot injection quantity and the main injection quantity in to spray different directions.

Die Tatsache, daß an sich die mittels derartiger Translatoren er zeugten Volumenänderungen nur relativ gering sind, findet bei der Erfindung auch dadurch Berücksichtigung, daß nur für die Vorein spritzungen, nicht aber für die Haupteinspritzungen piezoelektri sche Translatoren Einsatz finden. Für die relativ kleinen Vorein spritzmengen reichen jedoch die so erzeugbaren Volumenänderungen der weiteren Druckkammer aus. Durch entsprechende Einstellung der an die Translatoren angelegten elektrischen Spannung läßt sich die Voreinspritzmenge ebenso wie der Voreinspritzzeitpunkt sehr genau festlegen.The fact that by means of such translators he witnessed volume changes are only relatively small, takes place at the Invention also taking into account that only for the beginning injections, but not for the main piezoelectric injections use of translators. For the relatively small size injection volumes are sufficient for the volume changes that can be generated in this way the further pressure chamber. By setting the the electrical voltage applied to the translators can be Pre-injection quantity as well as the pre-injection time very precisely establish.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Axialschnitte darstellen.Two embodiments of the invention are described below of the drawing, the figures of which represent axial sections.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit einer einzi gen Düsennadel 1 wiedergegeben. In das allgemein mit 2 bezeichnete, aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzten Gehäuse der Einspritz düse ist als Kanal der Hochdruck-Kraftstoffzulauf 3 eingearbei tet, in dessen Verlauf das Rückschlagventil 4 liegt, das einen Rück lauf von Kraftstoff aus der Einspritzdüse verhindern soll. Der Kraftstoffzulauf 3, der mit einer nicht dargestellten, an sich be kannten, intermittierend liefernden Kraftstoffpumpe in Verbindung steht, dient zur Speisung des Druckraums 5 mit Kraftstoff, der durch Abheben der Düsennadel 1 von den Düsenöffnungen 6 in einen nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine geliefert wird. Dieses Abheben der Düsennadel 1 wird zum Zwecke der Hauptein spritzung von dem periodisch sich ändernden Druck im Hochdruck-Zu lauf in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil 4 bewirkt, der auf die Schulter 7 der Einspritznadel 1 entgegen der Wirkung der Schließfeder 8 eine in Fig. 1 nach oben gerichtete Öffnungs kraft ausübt. Sobald diese Öffnungskraft die in Fig. 1 nach unten wirkende, aus der Federkraft 8 und dem Druck in dem Raum 9 erzeugte Kraft übersteigt, hebt die Düsennadel 1 in der Figur nach oben von den Düsenöffnungen 6 ab und verbindet diese dadurch mit dem Druckraum 5.In Fig. 1, an embodiment of the invention is shown with a single nozzle needle 1 gene. In the generally designated 2 , composed of several components of the injector nozzle is worked as a channel of the high-pressure fuel inlet 3 , in the course of which the check valve 4 is located, which is to prevent a return flow of fuel from the injector. The fuel inlet 3 , which is connected to a not shown, be known, intermittently supplying fuel pump, serves to supply the pressure chamber 5 with fuel, which is supplied by lifting the nozzle needle 1 from the nozzle openings 6 in a combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine . This lifting of the nozzle needle 1 is for the purpose of Hauptein injection effected by the periodically changing pressure in the high pressure to pass in flow direction behind the check valve 4, the one on the shoulder 7 of the injection needle 1 against the action of the closing spring 8 in Fig. 1 exerts opening force directed above. As soon as this opening force exceeds the force acting downwards in FIG. 1 from the spring force 8 and the pressure in the space 9 , the nozzle needle 1 in the figure lifts upward from the nozzle openings 6 and thereby connects them to the pressure chamber 5 .

Durch Beeinflussung des Drucks in der Kammer 9 durch geeignete Maß nahmen in der Leckleitung 10 kann der Haupteinspritzvorgang beein flußt werden.By influencing the pressure in the chamber 9 by taking suitable measures in the leak line 10 , the main injection process can be influenced.

Zur Voreinspritzung ist der weitere Druckraum 11 vorgesehen, der mit dem erstgenannten Druckraum 5 in Verbindung steht und piezo elektrische Translatoren 12 aufnimmt, deren achsparallel gemessene Länge sich bei Erregung vergrößert, so daß dann durch die Transla toren 12 das Volumen des weiteren Druckraums 11 - wenn auch gering fügig - verringert wird. Dies bedeutet eine Druckerhöhung auch im Druckraum 5, so daß - zumindest weitgehend unabhängig vom Druckver lauf im Kraftstoffzulauf 3 - zum Zwecke der Voreinspritzung die Düsennadel 1 aus ihrer gezeichneten Schließstellung wiederum entgegen der Wirkung der Feder 8 zur Freigabe der Düsenöffnungen 6 bewegt wird.For pre-injection, the further pressure chamber 11 is provided, which is connected to the first-mentioned pressure chamber 5 and receives piezoelectric translators 12 , the axis-parallel length of which increases with excitation, so that the volume of the further pressure chamber 11 - when through the translaors 12 also slight - is reduced. This means a pressure increase also in the pressure chamber 5 , so that - at least largely independently of the pressure run in the fuel inlet 3 - the nozzle needle 1 is again moved from its drawn closed position against the action of the spring 8 to release the nozzle openings 6 for the purpose of pre-injection.

Die Belieferung des weiteren Druckraums 11 mit Kraftstoff erfolgt aus dem Kraftstoffzulauf 3. Obwohl also in vorteilhafter Weise nur eine Kraftstoffzufuhr erforderlich ist, bietet diese Ausführungs form der Erfindung infolge Verwendung piezoelektrischen Translato ren 12 doch die Möglichkeit, Voreinspritzungen zu zumindest weitge hend von der Lage der Haupteinspritzungen unabhängigen Zeiten vor zunehmen.The further pressure chamber 11 is supplied with fuel from the fuel inlet 3 . Thus, although advantageously only one fuel supply is required, this embodiment of the invention, due to the use of piezoelectric translators 12 , offers the possibility of pre-injections at least largely independent of the position of the main injections.

Während die eben anhand Fig. 1 beschriebene Ausführungsform der Erfindung nur eine einzige Düsennadel für Haupt- und Voreinsprit zung besitzt, weist die Ausführung gemäß Fig. 2 zusätzlich zu der Haupteinspritznadel 20 mit dem wiederum eine Druckfläche bildenden Bund 21 die von dieser koaxial aufgenommene Voreinspritznadel 22 auf. Ein erster Vorteil dieser Konstruktion ist darin zu sehen, daß die Düsenöffnungen 23 für die Haupteinspritzung eine andere Spritz richtung besitzen als die zumindest eine Düsenöffnung 24 für die Voreinspritzung, so daß die Haupteinspritzung nicht in Zonen des Brennraums mit verbranntem Gemisch erfolgt.While the embodiment of the invention described just with reference to FIG. 1, only one nozzle needle for the main and Voreinsprit Zung has, 2, the embodiment of FIG. Addition to the main injection needle 20 with the turn, a pressure face forming collar 21 of this coaxial recorded Voreinspritznadel 22 on. A first advantage of this construction can be seen in the fact that the nozzle openings 23 for the main injection have a different spray direction than the at least one nozzle opening 24 for the pre-injection, so that the main injection does not take place in zones of the combustion chamber with a burned mixture.

Die Betätigung der Haupteinspritznadel 20 erfolgt in bereits be schriebener Weise durch den Kraftstoffdruck im Hochdruck-Kraft stoffzulauf 25 unter Ausnutzung der Schulter 21 als Druckfläche entgegen der Wirkung der Schließfeder 26 und entgegen dem Druck in der Kammer 27, die mit der Leckleitung 28 verbunden ist.The actuation of the main injection needle 20 takes place in the manner already described by the fuel pressure in the high-pressure fuel supply 25 using the shoulder 21 as a pressure surface against the action of the closing spring 26 and against the pressure in the chamber 27 , which is connected to the leakage line 28 .

Die Ausgestaltung der Voreinspritznadel 22 ist recht ähnlich: Bei 29 erkennt man eine zur Bildung einer Druckfläche vorgesehene Schulter, auf der letztlich der Druck im weiteren Druckraum 30 la stet, der wiederum zur Veränderung seines Volumens piezoelektrische Translatoren 31 enthält. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Speisung des weiteren Druckraums 30 von der Leckleitung 28 her über das nur in Lieferrichtung öffnende Rückschlagventil 32, so daß im weiteren Druckraum 30 ein relativ geringer Druck herrscht.The design of the pre-injection needle 22 is quite similar: at 29 one recognizes a shoulder which is intended to form a pressure surface, on which ultimately the pressure in the further pressure chamber 30 la, which in turn contains piezoelectric translators 31 for changing its volume. In this exemplary embodiment, the further pressure chamber 30 is supplied from the leak line 28 via the check valve 32 , which only opens in the delivery direction, so that a relatively low pressure prevails in the further pressure chamber 30 .

Betrachtet man weiterhin die Verhältnisse im Bereich der Vorein spritznadel 22, so grenzt sie mit ihrer rückseitigen Stirnfläche 33 an die Druckkammer 34 an, die über den Kanal 35 in Strömungsverbin dung mit dem Zulauf 25 steht und die Schließfeder 36 enthält. Diese Schließfeder 36 kann angesichts des relativ hohen Drucks in der Druckkammer 34 schwach ausgelegt sein. Da die Hauptnadel 20 nur bei relativ hohen Drücken im Zulauf 25 in Fig. 2 in Richtung nach oben in ihre Öffnungsstellung bewegt wird, bedeutet dies, daß gerade in diesen Phasen die in Richtung nach unten auf die Voreinspritznadel 22 ausgeübte Druckkraft ebenfalls hoch ist, so daß mit Sicherheit ein Öffnen der Voreinspritznadel 22 während des Haupteinspritzvor gangs unterbunden ist.Still referring to the ratios in the range of Preset injection needle 22, so it is adjacent with its rear end face 33 to the pressure chamber 34, the dung via the channel 35 in Strömungsverbin communicates with the inlet 25 and includes the closing spring 36th This closing spring 36 can be designed to be weak in view of the relatively high pressure in the pressure chamber 34 . Since the main needle 20 is only moved upwards into its open position at relatively high pressures in the inlet 25 in FIG. 2, this means that the pressure force exerted on the pre-injection needle 22 in the downward direction is also high in these phases, so that opening of the pre-injection needle 22 during the main injection is definitely prevented.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel erfolgt bei Erregung der piezo elektrischen Translatoren 31 eine Druckerhöhung in der weiteren Druckkammer 30 und damit eine Vergrößerung der auf der Schulter 29 lastenden Druckkraft, so daß zu weitgehend vom Druck im Zulauf 25 unabhängigen Zeitpunkten Voreinspritzvorgänge durch Anheben der Voreinspritznadel 22 eingeleitet werden können. Das Schließen dieser Nadel erfolgt, sobald der Druck im weiteren Druckraum 30 und damit unterhalb der Schulter 29 durch den Einspritzvorgang abgesunken ist.In this embodiment too, when the piezoelectric translators 31 are excited, the pressure in the further pressure chamber 30 is increased and thus the pressure on the shoulder 29 is increased , so that pre-injection processes are initiated by lifting the pre-injection needle 22 largely independently of the pressure in the inlet 25 can. This needle closes as soon as the pressure in the further pressure chamber 30 and thus below the shoulder 29 has dropped due to the injection process.

Das erneute Auffüllen des weiteren Druckraums erfolgt dann während des anschließenden Haupteinspritzvorgangs über das Rückschlagventil 32.The further pressure chamber is then refilled during the subsequent main injection process via the check valve 32 .

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Kraftstoff einspritzdüse geschaffen, die nur eine pumpenbestückte Kraftstoff zufuhr benötigt, aber dennoch die Möglichkeit bietet, auf einfache Weise von Haupteinspritzvorgängen zeitlich und mengenmäßig unabhän gige Voreinspritzvorgänge zu erzeugen.With the invention is accordingly a generic fuel injector created which is only a pump-fueled feed needed, but still offers the possibility of simple Way of main injection processes independent of time and quantity Generate pre-injection processes.

Claims

1.Fuel injection nozzle for an internal combustion engine working with pre-injection and main injection, in particular a diesel engine, with a main injection needle axially displaceable from the intermittent fuel pressure in a high-pressure fuel inlet against the action of a closing spring for the purpose of connecting a pressure chamber with nozzle openings, and with another one likewise supplied via the fuel inlet Pressure chamber for the pressure-dependent generation of the pilot injections, characterized in that piezoelectric translators ( 12 ) are arranged for the introduction of the pilot injections in the further pressure chamber ( 11 ) to the pressure profile in the fuel supply ( 3 ).

2. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the further pressure chamber ( 11 ) with the pressure chamber ( 5 ) is in flow connection and the main injection needle ( 1 ) also serves as a pre-injection needle.

3. Injection nozzle according to claim 2, characterized in that a check valve ( 4 ) is arranged in the fuel inlet ( 3 ).

4. The injector of claim 1, characterized by a zusätz Lich provided for the main injection needle (20) Voreinspritznadel (22), which ren by piezoelectrically generated pressure peaks in the wide pressure chamber (30) for connection thereof with other SI senöffnungen (24) is axially displaceable.

5. Injection nozzle according to claim 4, characterized by different union spray directions of the nozzle openings ( 23 ) and the further nozzle openings ( 24 ).

6. Injection nozzle according to claim 4 or 5, characterized in that the pre-injection needle ( 22 ) is acted upon by a return force derived from the pressure in the fuel supply ( 25 ).

7. Injection nozzle according to one of claims 4 to 6, characterized in that the pre-injection needle ( 22 ) is arranged within the main injection needle ( 20 ).

8. Injection nozzle according to claims 6 and 7, characterized in that the restoring force is generated in a in the main injection needle ( 20 ), with the fuel inlet ( 25 ) in connec tion pressure chamber ( 34 ).

9. Injection nozzle according to one of claims 4 to 8, characterized in that the further pressure chamber ( 30 ) via a Rückschlagven valve ( 32 ) with a leak line ( 28 ) is in supply connection.