Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The
The present invention relates to an injection nozzle for internal combustion engines with the
Features of the preamble of claim 1.
Eine
derartige Einspritzdüse
ist beispielsweise aus der DE
100 58 153 A1 bekannt und besitzt einen Düsenkörper, an
dem wenigstens ein erstes Spritzloch sowie wenigstens ein zweites
Spritzloch ausgebildet sind. In einer ersten Nadelführung des Düsenkörpers ist
eine als Hohlnadel ausgebildete erste Düsennadel geführt, mit
der die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine erste
Spritzloch steuerbar ist. In der ersten Düsennadel ist eine zweite Nadelführung ausgebildet,
in der koaxial zur ersten Düsennadel
eine zweite Düsennadel
angeordnet ist, mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch das
wenigstens eine zweite Spritzloch steuerbar ist. Bei der bekannten
Einspritzdüse
besitzt die erste Düsennadel
eine erste Druckstufe, das heißt
eine Querschnittfläche
eines zwischen erster Düsennadel
und Düsenkörper ausgebildeten
ersten Ventilsitzes ist kleiner als eine Querschnittsfläche der
ersten Nadelführung.
Diese erste Druckstufe ist in einem Druckraum angeordnet, der mit
einer Zuführungsleitung kommuniziert,
die den Spritzlöchern
Kraftstoff zuführt.
Die erste Druckstufe ist dabei den Spritzlöchern zugewandt, mit der Folge,
dass bei einer Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung wirkende Kräfte in die erste
Düsennadel
eingeleitet werden. Die erste Düsennadel
ist mit einer Schließfeder
in ihre Schließrichtung
gegen den ersten Ventilsitz vorgespannt. Zur Einspritzung von Kraftstoff
durch das wenigstens eine erste Spritzloch wird in der Zuführungsleitung der
Druck so lange erhöht,
bis die an der ersten Druckstufe angreifenden, in Öffnungsrichtung
wirksamen Druckkräfte
an der ersten Düsennadel
die Schließkräfte der
Schließfeder überwinden.
Die erste Düsennadel
hebt dann vom ersten Ventilsitz ab, so dass der Kraftstoff dann
zum wenigstens einen ersten Spritzloch gelangt. Der zeitliche Ablauf
eines Einspritzvorgangs durch das wenigstens eine erste Spritzloch
hängt somit
von der Zeitdauer des Druckaufbaus in der Zuführungsleitung ab. Diese Zeitdauer kann
aufgrund von Toleranzen Schwankungen unterworfen sein. Um mit Hilfe
einer exakten Kraftstoff-Einspritzung
die Schadstoff-Emission der mit der Einspritzdüse ausgestatteten Brennkraftmaschine
zu reduzieren, ist es von entscheidender Bedeutung, den Einspritzbeginn
und das Einspritzende möglichst
exakt vorzugeben.Such injection nozzle is for example from the DE 100 58 153 A1 known and has a nozzle body on which at least a first injection hole and at least one second injection hole are formed. In a first needle guide of the nozzle body designed as a hollow needle first nozzle needle is guided, with which the injection of fuel through the at least one first injection hole is controllable. In the first nozzle needle, a second needle guide is formed in the coaxial with the first nozzle needle, a second nozzle needle is arranged, with which the injection of fuel through the at least one second injection hole is controllable. In the known injection nozzle, the first nozzle needle has a first pressure stage, that is, a cross-sectional area of a first valve seat formed between the first nozzle needle and the nozzle body is smaller than a cross-sectional area of the first needle guide. This first pressure stage is arranged in a pressure chamber which communicates with a supply line which supplies fuel to the spray holes. The first pressure stage is facing the spray holes, with the result that when pressure is applied in the opening direction acting forces are introduced into the first nozzle needle. The first nozzle needle is biased by a closing spring in its closing direction against the first valve seat. For the injection of fuel through the at least one first injection hole, the pressure in the supply line is increased until the forces acting on the first pressure stage and acting in the opening direction on the first nozzle needle overcome the closing forces of the closing spring. The first nozzle needle then lifts off from the first valve seat so that the fuel then reaches the at least one first injection hole. The timing of an injection process through the at least one first injection hole thus depends on the duration of the pressure build-up in the supply line. This period of time may be subject to variations due to tolerances. In order to reduce the pollutant emission of the engine equipped with the injection nozzle using an exact fuel injection, it is of crucial importance to specify the start of injection and the end of injection as accurately as possible.
Des
Weiteren besitzt bei der bekannten Einspritzdüse die zweite Düsennadel
eine zweite Druckstufe, das heißt
eine Querschnittfläche
eines zwischen zweiter Düsennadel
und Düsenkörper ausgebildeten
zweiten Ventilsitzes ist kleiner als eine Querschnittsfläche der
zweiten Nadelführung.
Bei geöffneter
erster Düsennadel
wird diese zweite Druckstufe mit Druck beaufschlagt, wobei die zweite
Druckstufe in Öffnungsrichtung
der zweiten Düsennadel
wirkt. Die zweite Düsennadel
ist mit einem Antriebskolben antriebsverbunden, der in einem Steuerraum
eine bei Druckbeaufschlagung in Schließrichtung wirksame Steuerfläche aufweist.
Zusätzlich
ist im Steuerraum eine weitere Schließfeder angeordnet, welche die zweite
Düsennadel
in Schließrichtung
gegen den zweiten Ventilsitz vorspannt. Wenn bei geöffneter erster
Düsennadel
zusätzlich
auch die zweite Düsennadel
geöffnet
werden soll, wird im Steuerraum der Druck abgesenkt, so dass die Öffnungskraft
an der zweiten Druckstufe überwiegt.Of
Furthermore, in the known injection nozzle has the second nozzle needle
a second pressure level, that is
a cross-sectional area
one between the second nozzle needle
and nozzle body trained
second valve seat is smaller than a cross-sectional area of
second needle guide.
When open
first nozzle needle
This second pressure stage is pressurized, the second
Pressure level in the opening direction
the second nozzle needle
acts. The second nozzle needle
is drive-connected to a drive piston, which is in a control room
has an effective in pressurizing in the closing direction control surface.
additionally
is arranged in the control room another closing spring, which is the second
nozzle needle
in the closing direction
biased against the second valve seat. If open at first
nozzle needle
additionally
also the second nozzle needle
open
is to be lowered, the pressure is lowered in the control room, so that the opening force
prevails at the second pressure level.
Vorteile der
ErfindungAdvantages of
invention
Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den
Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass die erste Düsennadel
durch einen Hub des Steuerkolbens direkt geöffnet werden kann, da dieser
bei einem Öffnungshub Hydraulikmittel,
zweckmäßig Kraftstoff,
aus dem zweiten Steuerraum durch die Kopplungsleitung in den ersten
Steuerraum verdrängt,
so dass das Hydraulikmittel die erste Düsennadel über die erste Steuerfläche anhebt.
Diese direkte Steuerung kann hinsichtlich Einspritzbeginn und Einspritzende
sehr genau vorgegeben werden, da nur sehr geringe Toleranzen auftreten.
Die Emissionswerte der mit der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ausgestatteten Brennkraftmaschine
können
somit verbessert werden.The
Injection nozzle according to the invention with the
Characteristics of the independent
Claim has in contrast
the advantage that the first nozzle needle
can be opened directly by a stroke of the control piston, as this
during an opening stroke hydraulic means,
appropriate fuel,
from the second control room through the coupling line in the first
Control room displaced,
such that the hydraulic means raises the first nozzle needle via the first control surface.
This direct control can with regard to start of injection and end of injection
be specified very precisely, since only very small tolerances occur.
The emission levels of the engine equipped with the injection nozzle according to the invention
can
thus be improved.
Von
besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die zweite Düsennadel
bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse nicht
wie die erste Düsennadel
direkt, sondern indirekt mittels eines Steuerventils zum Öffnen und
Schließen
angesteuert wird. Mit Hilfe des Steuerventils kann der Druck im
dritten Steuerraum gesteuert werden. Ein Druckabfall im dritten
Steuerraum bewirkt das Öffnen
der zweiten Düsennadel, während ein
Druckanstieg im dritten Steuerraum die zweite Düsennadel wieder zum Schließen antreibt. Die
zur Betätigung
des Steuerventils erforderlichen Kräfte sind dabei im Vergleich
zu den an der zweiten Düsennadel
wirksamen Kräften
klein, so dass diesbezüglich
auch von einer „Servosteuerung" gesprochen werden
kann. Die erfindungsgemäße Einspritzdüse charakterisiert
sich also unter anderem dadurch, dass die äußere Düsennadel direkt gesteuert ist,
während
die zweite Düsennadel
servogesteuert ist.From
Of particular importance here is that the second nozzle needle
not in the injector according to the invention
like the first nozzle needle
directly, but indirectly by means of a control valve for opening and
Shut down
is controlled. With the help of the control valve, the pressure in the
controlled third control room. A pressure drop in the third
Control room causes the opening
the second nozzle needle, while a
Pressure increase in the third control chamber drives the second nozzle needle to close again. The
for operation
the control valve required forces are compared
to the at the second nozzle needle
effective forces
small, so in that regard
also be spoken by a "servo control"
can. The injection nozzle according to the invention characterizes
Thus, among other things, the fact that the outer nozzle needle is directly controlled,
while
the second nozzle needle
is servo-controlled.
Von
besonderer Bedeutung ist eine Weiterbildung, bei welcher das Steuerventil
direkt oder indirekt mit demjenigen Aktor antriebsgekoppelt ist,
mit dem auch der Steuerkolben antriebsgekoppelt ist. Das bedeutet,
dass mit einem einzigen Aktor sowohl der Steuerkolben zur Betätigung der
ersten Düsennadel
als auch das Steuerventil zur Betätigung der zweiten Düsennadel
angetrieben wird. Damit jedoch die zweite Düsennadel nicht bei jedem Hub
des Aktors öffnet,
ist das Steuerventil mit einem vorbestimmten Vorhub ausgestattet,
der in der Schließstellung
des Steuerventils beginnt und während
dem das Steuerventil noch geschlossen ist. Das Steuerventil öffnet somit
während
eines Öffnungshubs
aus seiner Schließstellung
heraus erst nach einer Hubverstellung um den genannten Vorhub. Innerhalb
des Vorhubs kann der Aktor jedoch den Steuerkolben bereits so weit
verstellen, dass damit die erste Düsennadel hinreichend geöffnet werden
kann. Durch die besondere Gestaltung des Steuerventils ist es somit
möglich,
mit nur einem einzigen Aktor die erste Düsennadel unabhängig von
der zweiten Düsennadel
zu öffnen
und zu schließen.
Außerdem
kann der Aktor bei einer über
den Vorhub des Steuerventils hinausgehenden Verstellbewegung zusätzlich auch
die zweite Düsennadel öffnen und
schließen,
wobei dann die erste Düsennadel
geöffnet
ist. Es ist klar, dass die erste Düsennadel im Düsenkörper dabei
so gelagert ist, dass sie die zum Öffnen des Steuerventils erforderlichen
Stellhübe
durchführen
kann.Of particular importance is a development in which the control valve is drive-coupled directly or indirectly with the actuator, with which also the control piston is drive-coupled. This means that with a single actuator, both the control piston for actuating the first nozzle needle and the control valve for actuating the second nozzle needle is driven. However, so that the second nozzle needle does not open every stroke of the actuator, the control valve is equipped with a predetermined advance, which starts in the closed position of the control valve and during which the control valve is still closed. The control valve thus opens during an opening stroke from its closed position only after a stroke adjustment to the aforementioned feed stroke. However, within the pre-stroke, the actuator can already adjust the control piston so far that the first nozzle needle can be opened sufficiently. Due to the special design of the control valve, it is thus possible to open and close the first nozzle needle independently of the second nozzle needle with only a single actuator. In addition, the actuator can also open and close the second nozzle needle in a beyond the advance stroke of the control valve adjusting movement, in which case the first nozzle needle is then opened. It is clear that the first nozzle needle is mounted in the nozzle body so that they can perform the necessary to open the control valve strokes.
Ein
besonders einfacher Aufbau ergibt sich dann, wenn das Steuerventil
mit dem Steuerkolben antriebsgekoppelt ist. Der Aktor treibt somit
den Steuerkolben direkt an, wodurch er das Steuerventil über den
Steuerkolben indirekt bewegt. Ein derartiger Aufbau kann preiswert
realisiert werden.One
a particularly simple structure results when the control valve
is drive-coupled with the control piston. The actor is thus driving
the control piston directly, causing the control valve on the
Control piston moved indirectly. Such a structure can be inexpensive
will be realized.
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben
sich aus den Unteransprüchen,
aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnung.Further
provide important features and advantages of the injector according to the invention
from the subclaims,
from the drawing and from the associated description of the figures
the drawing.
Zeichnungdrawing
Ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ist in
der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.One
embodiment
the injection nozzle according to the invention is in
the drawing and will be explained in more detail below.
Die
einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten
Prinzip-Längsschnitt
durch eine Einspritzdüse
nach der Erfindung.The only 1 shows a highly simplified principle longitudinal section through an injection nozzle according to the invention.
Beschreibung
des Ausführungsbeispielsdescription
of the embodiment
Entsprechend 1 besitzt
eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen
nur teilweise dargestellten Düsenkörper 2.
Die Einspritzdüse 1 dient
zur Kraftstoffversorgung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Im montierten Zustand ragt
eine Düsenspitze 3 in
einen Brennraum 4 oder in einen Vormischraum 4 des jeweiligen
Zylinders hinein, derart, dass wenigstens ein erstes Spritzloch 5 und
wenigstens ein zweites Spritzloch 6 bei einer entsprechenden
Betätigung
der Einspritzdüse 1 Kraftstoff
in den Brennraum/Vormischraum 4 eindüsen können. Es ist klar, dass die Einspritzdüse 1 mehrere
erste Spritzlöcher 5 und/oder
mehrere zweite Spritzlöcher 6 aufweisen kann,
die dann zweckmäßig jeweils
ringförmig,
in Umfangsrichtung entlang der Düsenspitze 3 verteilt angeordnet
sind.Corresponding 1 has an injection nozzle according to the invention 1 a nozzle body only partially shown 2 , The injector 1 serves to supply fuel to a cylinder of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle. When assembled, a nozzle tip protrudes 3 in a combustion chamber 4 or in a pre-mixing room 4 of the respective cylinder, such that at least one first injection hole 5 and at least a second spray hole 6 upon a corresponding actuation of the injection nozzle 1 Fuel into the combustion chamber / premix space 4 can inject. It is clear that the injector 1 several first spray holes 5 and / or several second spray holes 6 may then each suitably annularly, in the circumferential direction along the nozzle tip 3 are arranged distributed.
Der
Düsenkörper 2 enthält eine
erste Nadelführung 7,
in der eine erste Düsennadel 8 hubverstellbar
gelagert ist. Die erste Düsennadel 8 dient
zur Steuerung des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5.
Zu diesem Zweck ist zwischen einer den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten
ersten Nadelspitze 9 der ersten Düsennadel 8 und der
Düsenspitze 3 ein
erster Dichtsitz 10 ausgebildet, der bezüglich einer
Kraftstoffversorgung des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5 stromauf
des wenigstens einen ersten Spritzlochs 5 angeordnet ist.The nozzle body 2 contains a first needle guide 7 in which a first nozzle needle 8th is mounted adjustable in stroke. The first nozzle needle 8th serves to control the at least one first injection hole 5 , For this purpose is between one of the spray holes 5 . 6 facing first needle point 9 the first nozzle needle 8th and the nozzle tip 3 a first sealing seat 10 formed with respect to a fuel supply of the at least one first injection hole 5 upstream of the at least one first injection hole 5 is arranged.
Die
Kraftstoffversorgung der Spritzlöcher 5, 6 erfolgt über eine
Zuführungsleitung 11,
die im Düsenkörper 2 ausgebildet
ist, eingangsseitig mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt
wird und ausgangsseitig in einen Düsenraum 12 einmündet. Vom
Düsenraum 12 führt ein
radial zwischen erster Düsennadel 8 und
Düsenkörper 2 ausgebildeter
Ringraum 13 zu den Spritzlöchern 5, 6.
Zur Versorgung der Zuführungsleitung 11 mit
unter Hochdruck stehendem Kraftstoff kann die Zuführungsleitung 11 an eine
hier nicht gezeigte Hochdrucksammelleitung angeschlossen sein, die
von einer Hochdruckpumpe gespeist wird und an welche die Zuführungsleitungen 11 von
mehreren Einspritzdüsen 1 angeschlossen sind
(„Common-Rail-Prinzip"). Ebenso ist es
möglich, die
Zuführungsleitung 11 direkt
an eine entsprechende Hochdruckpumpe anzuschließen.The fuel supply of the injection holes 5 . 6 via a supply line 11 in the nozzle body 2 is formed, the input side is supplied with fuel under high pressure and the output side in a nozzle chamber 12 opens. From the nozzle room 12 leads radially between the first nozzle needle 8th and nozzle body 2 trained annulus 13 to the spray holes 5 . 6 , To supply the supply line 11 with high-pressure fuel, the supply line 11 be connected to a high pressure manifold, not shown here, which is fed by a high pressure pump and to which the supply lines 11 from several injectors 1 It is also possible to connect the supply line 11 directly to a corresponding high-pressure pump.
Die
erste Düsennadel 8 ist
als Hohlnadel ausgebildet und enthält eine zweite Nadelführung 14, in
welcher eine zweite Düsennadel 15 koaxial
zur ersten Düsennadel 8 hubverstellbar
gelagert ist. Die zweite Düsennadel 15 dient
zur Steuerung des wenigstens einen zweiten Spritzlochs 6.
Hierzu ist zwischen einer den Spritzlöchern 5, 6 zugewandten zweiten
Nadelspitze 16 und der Düsenspitze 3 ein zweiter
Dichtsitz 17 ausgebildet, der stromab des wenigstens einen
ersten Spritzlochs 5 und stromauf des wenigstens einen
zweiten Spritzlochs 6 angeordnet ist. Die Dichtsitze 10, 17 erstrecken
sich jeweils in Umfangsrichtung ringförmig und linienförmig.The first nozzle needle 8th is designed as a hollow needle and contains a second needle guide 14 in which a second nozzle needle 15 coaxial with the first nozzle needle 8th is mounted adjustable in stroke. The second nozzle needle 15 serves to control the at least one second injection hole 6 , For this purpose is between one of the spray holes 5 . 6 facing the second needle tip 16 and the nozzle tip 3 a second sealing seat 17 formed, the downstream of the at least one first injection hole 5 and upstream of the at least one second injection hole 6 is arranged. The sealing seats 10 . 17 each extend in the circumferential direction annular and linear.
Bei
geschlossener erster Düsennadel 8 sind sowohl
das wenigstens eine erste Spritzloch 5 als auch das wenigstens
eine zweite Spritzloch 6 von der Kraftstoffzuführung abgetrennt.
Bei geöffneter
erster Düsennadel 8 und
geschlossener zweiter Düsennadel 15 kommuniziert
das wenigstens eine erste Spritzloch 5 mit der Kraftstoffversorgung,
während das
wenigstens eine zweite Spritzloch 6 von der Kraftstoffzuführung abgesperrt
ist. Wenn beide Düsennadeln 8, 15 geöffnet sind,
kommunizieren alle Spritzlöcher 5, 6 mit
der Kraftstoffversorgung.With closed first nozzle needle 8th Both are at least a first injection hole 5 as well as the at least one second injection hole 6 of the Fuel supply separated. When the first nozzle needle is open 8th and closed second nozzle needle 15 communicates the at least one first injection hole 5 with the fuel supply, while the at least one second injection hole 6 is shut off from the fuel supply. If both nozzle needles 8th . 15 are open, communicate all the spray holes 5 . 6 with the fuel supply.
Die
Düsennadeln 8, 15 werden
mit Hilfe von daran angreifenden hydraulischen Druckkräften zum Öffnen und
Schließen
betätigt.
Dabei ist eine Öffnungsrichtung
der Düsennadeln 8, 15 durch
einen Pfeil 18 symbolisiert, während ein Pfeil 19 die Schließrichtung
der Düsennadeln 8, 15 repräsentiert. Bei
der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform besitzt die erste
Düsennadel 8 eine
erste Druckstufe 20, die im Düsenraum 12 bzw. im
Ringraum 13 angeordnet ist und im Betrieb der Einspritzdüse 1 permanent
mit Kraftstoffhochdruck beaufschlagt ist. Die erste Druckstufe 20 ist
den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt,
so dass die daran angreifenden Druckkräfte in der Öffnungsrichtung 18 wirken.
Die erste Druckstufe 20 wird dadurch realisiert, dass eine
erste Dichtungsfläche 21 im
ersten Dichtsitz 10 kleiner gewählt ist als eine erste Führungsfläche 22 in
der ersten Nadelführung 7.The nozzle needles 8th . 15 are actuated to open and close with the aid of hydraulic pressure forces acting thereon. Here is an opening direction of the nozzle needles 8th . 15 through an arrow 18 symbolizes while an arrow 19 the closing direction of the nozzle needles 8th . 15 represents. In the preferred embodiment shown here has the first nozzle needle 8th a first pressure level 20 in the nozzle room 12 or in the annulus 13 is arranged and during operation of the injector 1 permanently pressurized with high pressure fuel. The first pressure level 20 is the spray holes 5 . 6 facing, so that the pressure forces acting in the opening direction 18 Act. The first pressure level 20 is realized by having a first sealing surface 21 in the first sealing seat 10 is chosen smaller than a first guide surface 22 in the first needle guide 7 ,
Um
die erste Düsennadel 8 zum Öffnen und Schließen ansteuern
zu können,
ist eine erste Steuerfläche 23 vorgesehen,
die grundsätzlich
an der ersten Düsennadel 8 ausgebildet
sein kann. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Steuerfläche 23 jedoch
an einem ersten Antriebskolben 24 ausgebildet, der mit
der ersten Düsennadel 8 antriebsgekoppelt
ist. Da die erste Steuerfläche 23 hier
den Spritzlöchern 5, 6 zugewandt
ist, erzeugt sie bei einer Druckbeaufschlagung eine in Öffnungsrichtung 18 wirksame
Kraft. Bei der hier gezeigten Ausführungsform stützt sich
der erste Antriebskolben 24 über eine Ringscheibe 25 an
der ersten Düsennadel 8 ab.
Da im Betrieb der Einspritzdüse 1 am
ersten Antriebskolben 24 und an der ersten Düsennadel 8 permanent
Druckkräfte
angreifen, die den ersten Antriebskolben 24 über die
Ringscheibe 25 gegen die erste Düsennadel 8 andrücken, ist
es nicht zwingend erforderlich, dass die erste Düsennadel 8 fest mit dem
ersten Antriebskolben 24 verbunden ist. Die einzelnen Bauteile
(erste Düsennadel 8,
Ringscheibe 25 und erster Antriebskolben 24) können daher
insbesondere lose aufeinanderliegen. Die genannten Bauteile 8, 24, 25 bilden
dabei eine funktionale Einheit, die komplett hubverstellbar ist.
Ebenso ist eine Ausführungsform
möglich,
bei welcher zumindest zwei der genannten Bauteile 8, 24, 25 fest
miteinander verbunden sind, insbesondere ist es auch möglich, wenigstens
zwei der genannten Bauteile 8, 24, 25 einteilig
auszubilden.To the first nozzle needle 8th To be able to control the opening and closing is a first control surface 23 provided, basically at the first nozzle needle 8th can be trained. In the preferred embodiment shown here, the first control surface is 23 however, on a first drive piston 24 trained with the first nozzle needle 8th is drive-coupled. Because the first control surface 23 here the spray holes 5 . 6 facing, it generates a pressurization in the opening direction 18 effective force. In the embodiment shown here, the first drive piston is supported 24 over an annular disc 25 at the first nozzle needle 8th from. Because during operation of the injector 1 on the first drive piston 24 and at the first nozzle needle 8th permanently pressure forces attack, which is the first drive piston 24 over the ring disk 25 against the first nozzle needle 8th Press on, it is not mandatory that the first nozzle needle 8th firmly with the first drive piston 24 connected is. The individual components (first nozzle needle 8th , Ring disk 25 and first drive piston 24 ) can therefore be particularly loose on each other. The named components 8th . 24 . 25 form a functional unit that is completely adjustable in stroke. Likewise, an embodiment is possible in which at least two of said components 8th . 24 . 25 are firmly connected to each other, in particular it is also possible, at least two of said components 8th . 24 . 25 to train in one piece.
Da
die erste Druckstufe 20 und die erste Steuerfläche 23 bei
einer Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung 18 an
der ersten Düsennadel 8 wirken,
ist zur Erzeugung von in Schließrichtung 19 wirksamen
Druckkräften
eine Kompensatorfläche 26 vorgesehen,
die von den Spritzlöchern 5, 6 abgewandt
ist und hier am ersten Antriebskolben 24 ausgebildet ist.
Die Kompensatorfläche 26 ist
in einem Kompensatorraum 27 angeordnet und dort mit einem Druck
beaufschlagbar. Der Kompensatorraum 27 kommuniziert über eine
Bohrung 28 mit der Zuführungsleitung 11.
Dementsprechend herrscht im Kompensatorraum 27 der Kraftstoffhochdruck.
Desweiteren ist eine erste Rückstellfeder 29 vorgesehen,
die im Bereich des Kompensatorraums 27 angeordnet ist und
sich einerseits am Düsenkörper 2 und
andererseits am ersten Antriebskolben 24, nämlich an
dessen Kompensatorfläche 26 abstützt.Because the first pressure level 20 and the first control surface 23 at a pressurization in the opening direction 18 at the first nozzle needle 8th act, is to generate in the closing direction 19 effective pressure forces a Kompensatorfläche 26 provided by the spray holes 5 . 6 turned away and here on the first drive piston 24 is trained. The compensator surface 26 is in a compensator room 27 arranged and there acted upon with a pressure. The compensator room 27 communicates via a hole 28 with the supply line 11 , Accordingly prevails in Kompensatorraum 27 the high pressure fuel. Furthermore, a first return spring 29 provided in the area of the compensator space 27 is arranged and on the one hand on the nozzle body 2 and on the other hand on the first drive piston 24 namely at its compensator surface 26 supported.
Im
Düsenkörper 2 ist
ein Steuerkolben 30 hubverstellbar gelagert. Der Kolben 30 ist
mit einem Aktor oder Aktuator 31, insbesondere ein Piezo-Aktor,
antriebsgekoppelt. am Steuerkolben 30 ist eine zweite Steuerfläche 32 ausgebildet,
die in einem zweiten Steuerraum 33 angeordnet und dort
mit einem Druck beaufschlagbar ist. Der zweite Steuerraum 33 kommuniziert über eine
Befüllungsleitung 34 mit
der Zuführungsleitung 11,
wobei in der Befüllungsleitung 34 ein
Rückschlagsperrventil 35 angeordnet
ist, das in Richtung zum zweiten Steuerraum 33 gegen Federkraft öffnet und
in Richtung Zuführungsleitung 11 federunterstützt sperrt. Über die
Befüllungsleitung 34 herrscht
somit im zweiten Steuerraum 33 zumindest immer der Kraftstoffhochdruck, wobei
ein Druckverlust durch das Rückschlagsperrventil 35 vernachlässigbar
ist.In the nozzle body 2 is a control piston 30 adjustable in height. The piston 30 is with an actuator or actuator 31 , in particular a piezo actuator, drive-coupled. on the control piston 30 is a second control surface 32 trained in a second control room 33 arranged there and can be acted upon with a pressure. The second control room 33 communicates via a filling line 34 with the supply line 11 , wherein in the filling line 34 a non-return valve 35 which is directed towards the second control room 33 against spring force opens and in the direction of supply line 11 spring-loaded locks. About the filling line 34 thus prevails in the second control room 33 at least always the high fuel pressure, with a pressure drop through the check valve 35 is negligible.
Die
erste Steuerfläche 23 ist
in einem ersten Steuerraum 36 angeordnet und dort mit einem
Druck beaufschlagbar. Dieser erste Steuerraum 36 kommuniziert über eine
Kopplungsleitung 37 mit dem zweiten Steuerraum 33.
Dementsprechend herrscht auch im ersten Steuerraum 36 im
Betrieb der Einspritzdüse 1 zumindest
der Kraftstoffhochdruck.The first control surface 23 is in a first control room 36 arranged and there acted upon with a pressure. This first control room 36 communicates via a coupling line 37 with the second control room 33 , Accordingly, there is also the first control room 36 during operation of the injector 1 at least the fuel high pressure.
Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
ist auch an der zweiten Düsennadel 15 eine
zweite Druckstufe 38 ausgebildet, die im Ringraum 13 angeordnet
ist und dort mit einem Druck beaufschlagbar ist. Da die zweite Druckstufe 38 stromab
des ersten Dichtsitzes 10 angeordnet ist, erfolgt eine
Druckbeaufschlagung der zweiten Druckstufe 38 nur bei geöffneter
erster Düsennadel 8.
Die zweite Druckstufe 38 wird dadurch ausgebildet, dass
eine zweite Dichtungsfläche 39,
die im zweiten Dichtsitz 17 vorliegt, kleiner ist als eine
zweite Führungsfläche 40,
die in der zweiten Nadelführung 14 vorliegt.
Da die zweite Druckstufe 38 somit in Öffnungsrichtung 18 der
zweiten Düsennadel 15 wirkt,
muss die zweite Düsennadel 15 für den Fall,
dass nur die erste Düsennadel 8 geöffnet werden
soll, zusätzlich
in Schließrichtung 19 belastet
werden. Zu diesem Zweck ist eine dritte Steuerfläche 42 vorgesehen,
die von den Spritzlöchern 5,6 abgewandt
ist und grundsätzlich
an der zweiten Düsennadel 15 ausgebildet
sein kann. Im vorliegenden Fall ist die dritte Steuerfläche 42 jedoch an
einem zweiten Antriebskolben 43 ausgebildet, der mit der
zweiten Düsennadel 15 antriebsgekoppelt
ist. Auch hier ist es grundsätzlich
möglich,
den zweiten Antriebskolben 43 nur lose an der zweiten Düsennadel 15 anliegend
auszugestalten, da im Betrieb stets nur Druckkräfte resultieren, welche die
beiden Komponenten (zweiter Antriebskolben 43 und zweite
Düsennadel 15)
gegeneinander drücken.
Ebenso ist es möglich,
die beiden Komponenten 15, 43 aneinander zu befestigen,
insbesondere einteilig auszubilden. In jedem Fall bilden die beiden
Komponenten 15, 43 eine gemeinsam hubverstellbare
Einheit.In the embodiment shown here is also on the second nozzle needle 15 a second pressure level 38 trained in the annulus 13 is arranged and there is acted upon by a pressure. Because the second pressure level 38 downstream of the first sealing seat 10 is arranged, there is a pressurization of the second pressure stage 38 only with open first nozzle needle 8th , The second pressure level 38 is formed by a second sealing surface 39 in the second sealing seat 17 is smaller than a second guide surface 40 in the second needle guide 14 is present. Because the second pressure level 38 thus in the opening direction 18 the second nozzle needle 15 Acts, the second nozzle needle must 15 in the event that only the first nozzle needle 8th should be opened, in addition in the closing direction 19 be charged. For this purpose, a third control surface 42 provided by the spray holes 5 . 6 turned away and basically to the second nozzle needle 15 can be trained. In the present case, the third control surface 42 but on a second drive piston 43 formed with the second nozzle needle 15 is drive-coupled. Again, it is basically possible, the second drive piston 43 only loose on the second nozzle needle 15 present design, since in operation always only compressive forces result, which the two components (second drive piston 43 and second nozzle needle 15 ) press against each other. Likewise it is possible the two components 15 . 43 to fasten together, in particular to form one piece. In any case, the two components form 15 . 43 a common hubverstellbare unit.
Die
dritte Steuerfläche 42 ist
in einem dritten Steuerraum 44 angeordnet und dort mit
einem Druck beaufschlagbar. Um im dritten Steuerraum 44 einen zum
Schließen
der zweiten Düsennadel 15 erforderlichen
Druck zu erzeugen, ist der dritte Steuerraum 44 über eine
Zulaufleitung 45 an eine Druckquelle angeschlossen. Diese
Druckquelle ist im vorliegenden Fall durch den Kompensatorraum 27 gebildet,
in dem im Betrieb der Einspritzdüse 1 der
Kraftstoffhochdruck herrscht. Der Kompensatorraum 27 wirkt
somit für
den dritten Steuerraum als Druckquelle. Die Zulaufleitung 45 könnte ebenso
direkt an die Zuführungsleitung 11 angeschlossen
sein, die dann die Druckquelle bildet. Die Zulaufleitung 45 ist
gedrosselt, was hier mit einer geeigneten Zulaufdrossel 46 erreicht
wird, die in der Zulaufleitung 45 angeordnet ist.The third control surface 42 is in a third control room 44 arranged and there acted upon with a pressure. In the third control room 44 one for closing the second nozzle needle 15 producing the required pressure is the third control space 44 via a supply line 45 connected to a pressure source. This pressure source is in the present case through the Kompensatorraum 27 formed in the operation of the injector 1 the fuel high pressure prevails. The compensator room 27 thus acts as a pressure source for the third control room. The supply line 45 could also be directly to the supply line 11 be connected, which then forms the pressure source. The supply line 45 is throttled, what here with a suitable inlet throttle 46 is achieved in the supply line 45 is arranged.
Zum Öffnen der
zweiten Düsennadel 15 muss
der Druck im dritten Steuerraum 45 abgesenkt werden, was
mit Hilfe einer Ablaufleitung 47 erreicht wird, über die
der dritte Steuerraum 44 mit einer nicht näher dargestellten
Drucksenke 48 verbindbar ist. Die Drucksenke 48 kann
beispielsweise ein relativ druckloser Kraftstofftank sein. Im vorliegenden
Fall ist die Ablaufleitung 47 an eine Leckageleitung 49 angeschlossen,
die ihrerseits zur Drucksenke 48 führt und somit für die Ablaufleitung 47 die
Drucksenke bildet bzw. als solche wirkt. Auch die Ablaufleitung 47 ist
gedrosselt, was beispielsweise mittels einer entsprechenden Ablaufdrossel 50 erreicht
wird. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die Zulaufleitung 45 stärker gedrosselt
ist als die Ablaufleitung 47, was zweckmäßig dadurch
erreicht wird, dass die Dimensionierungen der Zulaufdrossel 46 und
der Ablaufdrossel 50 in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt
sind.To open the second nozzle needle 15 must be the pressure in the third control room 45 be lowered, what with the help of a drain line 47 is reached, over which the third control room 44 with a pressure sink, not shown 48 is connectable. The pressure sink 48 For example, it may be a relatively pressureless fuel tank. In the present case, the drain line 47 to a leakage line 49 connected, which in turn to the pressure sink 48 leads and thus for the drainage line 47 forms the pressure sink or acts as such. Also the drainage line 47 is throttled, which, for example, by means of a corresponding outlet throttle 50 is reached. Of particular importance is that the supply line 45 throttled more than the drain line 47 , which is suitably achieved by the dimensions of the inlet throttle 46 and the outlet throttle 50 suitably matched to each other.
In
der Ablaufleitung 47 ist außerdem ein Steuerventil 51 angeordnet,
das in der hier gezeigten Schließstellung die Ablaufleitung 47 sperrt
und in einer Offenstellung entsprechend freigibt. Das Steuerventil 51 ist
als Hubventil ausgebildet, so dass es durch eine Hubverstellung
betätigt werden
kann. Im vorliegenden Fall ist ein Ventilkörper 41 des Steuerventils 51 über eine
Steuerstange 52 fest mit dem Steuerkolben 30 verbunden,
so dass eine Hubverstellung des Steuerkolbens 30 automatisch
eine Hubverstellung des Ventilkörpers 41 bewirkt.
Diese Antriebskopplung zwischen Steuerventil 51 und Steuerkolben 30 hat
gleichzeitig zur Folge, dass das Steuerventil 51 über die
Steuerstange 52 und den Steuerkolben 30 mit dem
Aktor 31 antriebsgekoppelt ist. Dementsprechend ist nur
ein einziger Aktor 31 erforderlich, um sowohl den Steuerkolben 30 als
auch das Steuerventil 51 zu betätigen.In the drain line 47 is also a control valve 51 arranged, the drain line in the closed position shown here 47 locks and releases in an open position accordingly. The control valve 51 is designed as a lifting valve, so that it can be actuated by a stroke adjustment. In the present case is a valve body 41 of the control valve 51 via a control rod 52 firmly with the control piston 30 connected, so that a stroke adjustment of the control piston 30 automatically a stroke adjustment of the valve body 41 causes. This drive coupling between the control valve 51 and control piston 30 At the same time, this results in the control valve 51 over the control rod 52 and the control piston 30 with the actor 31 is drive-coupled. Accordingly, there is only one actor 31 required to both the spool 30 as well as the control valve 51 to press.
Eine
Besonderheit wird auch darin gesehen, dass das Steuerventil 51 einen
vorbestimmten Vorhub 53 aufweist, innerhalb dem das Steuerventil 51 geschlossen
ist. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass der Ventilkörper 41 einen
zylindrischen Kragen 54 aufweist, der mit einem zylindrischen
Abschnitt 55 eines Sitzes 56 des Steuerventils 51 zusammenwirkt.
In der hier gezeigten Schließstellung des
Steuerventils 51 sitzt ein Kegel 57 des Ventilkörpers 41 in
einem kegelförmigen
Abschnitt 58 des Sitzes 56, außerdem ragt der Kragen 54 maximal
in den zylindrischen Abschnitt 55 des Sitzes 56 hinein.
Das Steuerventil 51 ist somit dicht geschlossen. Bei einem Öffnungshub
des Aktors 31, der in 1 durch einen
Pfeil 59 symbolisiert ist, hebt zunächst der Kegel 57 vom
kegelförmigen
Abschnitt 58 ab. Solange der Öffnungshub 59 kleiner
ist als der Vorhub 53 befindet sich der Kragen 54 jedoch
noch im zylindrischen Abschnitt 55, so dass das Steuerventil 51 noch immer
geschlossen ist. Erst wenn der Öffnungshub 59 über den
Vorhub 53 hinausgeht, kommt der Kragen 54 vom
zylindrischen Abschnitt 55 frei, so dass das Steuerventil 51 dann
geöffnet
ist.A special feature is also seen in the fact that the control valve 51 a predetermined forward stroke 53 within which the control valve 51 closed is. This is achieved for example by the fact that the valve body 41 a cylindrical collar 54 which has a cylindrical section 55 a seat 56 of the control valve 51 interacts. In the closed position of the control valve shown here 51 sits a cone 57 of the valve body 41 in a cone-shaped section 58 of the seat 56 , in addition, the collar protrudes 54 maximum in the cylindrical section 55 of the seat 56 into it. The control valve 51 is thus tightly closed. At an opening stroke of the actuator 31 who in 1 through an arrow 59 is symbolized, first raises the cone 57 from the conical section 58 from. As long as the opening stroke 59 is smaller than the forward stroke 53 is the collar 54 but still in the cylindrical section 55 so that the control valve 51 is still closed. Only when the opening stroke 59 over the forward stroke 53 goes out, comes the collar 54 from the cylindrical section 55 free, leaving the control valve 51 then it is open.
Der
Steuerkolben 30 ist zu seiner Hubverstellung in einer Steuerkolbenführung 60 gelagert, die
im Düsenkörper 2 ausgebildet
ist. Im Unterschied dazu ist der erste Antriebskolben 24 ist
radial außen in
einer ersten Antriebskolbenführung 61 und
radial innen an einer zweiten Antriebskolbenführung 65 am Düsenkörper 2 hubverstellbar
gelagert. In entsprechender Weise ist zur Lagerung des zweiten Antriebskolbens 43 im
Düsenkörper 2 eine
dritte Antriebskolbenführung 62 ausgebildet.The control piston 30 is to its stroke adjustment in a spool guide 60 stored in the nozzle body 2 is trained. In contrast, the first drive piston 24 is radially outward in a first drive piston guide 61 and radially inward on a second drive piston guide 65 on the nozzle body 2 adjustable in height. In a corresponding manner is for storage of the second drive piston 43 in the nozzle body 2 a third drive piston guide 62 educated.
Die
Leckageleitung 49 ist im vorliegenden Fall an ein Leckageraumsystem 63 angeschlossen, das
mehrere Leckageräume
umfasst. Ein erster Leckageraum 64 ist als Ringnut im Düsenkörper 2 ausgebildet
und dabei so angeordnet, dass er eine Leckage entlang der ersten
Antriebskolbenführung 61 aufnehmen
kann.The leakage line 49 is in the present case to a leakage chamber system 63 connected, which includes several leakage chambers. A first leakage room 64 is as an annular groove in the nozzle body 2 formed and arranged so that there is a leakage along the first drive piston guide 61 can record.
Ein
zweiter Leckageraum 66 ist ebenfalls ringförmig im
Düsenkörper 2 ausgebildet
und so angeordnet, dass er Leckagen entlang der zweiten Antriebskolbenführung 65 aufnehmen
kann. Der erste Antriebskolben 24 enthält hier eine oder mehrere Querbohrungen 67,
durch die der erste Leckageraum 64 mit dem zweiten Leckageraum 66 kommuniziert. Desweiteren
ist ein dritter Leckageraum 68 vorgesehen, der im Düsenkörper 2 ebenfalls
ringförmig
ausgebildet und dabei so angeordnet ist, dass Leckagen entlang der
dritten Antriebskolbenführung 62 in
den dritten Leckageraum 68 eintreten. Über eine oder mehrere Bohrungen 69 kommuniziert
der dritte Leckageraum 68 mit dem zweiten Leckageraum 66. Schließlich ist
im Düsenkörper 2 im
Bereich der Ringscheibe 25 ein vierter Leckageraum 70 ausgebildet, in
den Leckagen entlang der ersten Nadelführung 7 sowie entlang
der zweiten Nadelführung 14 eintreten können. Der
vierte Leckageraum 70 kommuniziert über die Antriebskolbenführungen 61, 62, 65 mit
den anderen Leckageräumen 64, 66, 68.
Ebenso ist es möglich,
dass der vierte Leckageraum 70 auf andere Weise direkt
oder indirekt an die Leckageleitung 49 angeschlossen ist.A second leakage room 66 is also annular in the nozzle body 2 trained and so on ordered that it leaks along the second drive piston guide 65 can record. The first drive piston 24 contains here one or more cross holes 67 through which the first leakage space 64 with the second leakage chamber 66 communicated. Furthermore, there is a third leakage chamber 68 provided in the nozzle body 2 also annular in shape and is arranged so that leaks along the third drive piston guide 62 in the third leakage room 68 enter. About one or more holes 69 communicates the third leakage chamber 68 with the second leakage chamber 66 , Finally, in the nozzle body 2 in the area of the annular disk 25 a fourth leakage room 70 formed in the leaks along the first needle guide 7 as well as along the second needle guide 14 can enter. The fourth leakage room 70 communicates via the drive piston guides 61 . 62 . 65 with the other leakage chambers 64 . 66 . 68 , It is also possible that the fourth leakage space 70 otherwise directly or indirectly to the leakage line 49 connected.
Die
Leckageleitung 49 ist an den ersten Leckageraum 64 angeschlossen.
Da die anderen Leckageräume 66, 68, 70 jeweils
direkt oder indirekt mit dem ersten Leckageraum 64 kommunizieren,
ist das gesamte Leckageraumsystem 63 mit der Leckageleitung 49 verbunden.The leakage line 49 is at the first leakage room 64 connected. Because the other leakage spaces 66 . 68 . 70 each directly or indirectly with the first leakage chamber 64 communicate is the entire leakage chamber system 63 with the leakage line 49 connected.
Die
erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 arbeitet
wie folgt:
In einer in 1 gezeigten
Ausgangsstellung ist die Einspritzdüse 1 geschlossen,
d.h. sowohl die erste Düsennadel 8 als
auch die zweite Düsennadel 15 sind
geschlossen. Desweiteren befindet sich auch das Steuerventil 51 in
seiner Schließstellung.
In der Schließstellung
der ersten Düsennadel 8 ist
die zweite Druckstufe 48 der zweiten Düsennadel 15 drucklos,
während
im dritten Steuerraum 44 der Kraftstoffhochdruck herrscht,
der sich über
die Zulaufleitung 45 dort einstellt. Die zweite Düsennadel 15 wird
somit mit einer relativ großen
resultierenden Schließkraft
in den zweiten Dichtsitz 17 eingepresst. Im Unterschied dazu
herrscht an der ersten Druckstufe 20 der ersten Düsennadel 8 Kraftstoffhochdruck,
so dass hier bereits eine in Öffnungsrichtung 18 wirkende
Druckkraft angreift. Desweiteren herrscht auch im Kompensatorraum 27 der
Kraftstoffhochdruck. Desweiteren herrscht auch im zweiten Steuerraum 33 und
somit auch im ersten Steuerraum 36 der Kraftstoffhochdruck.
Insgesamt ergibt sich für
die erste Düsennadel 8 eine
resultierende Kraft, die in Schließrichtung 19 wirkt,
so dass auch die erste Düsennadel 8 in
den ersten Dichtsitz 10 eingedrückt ist.The injection nozzle according to the invention 1 works as follows:
In an in 1 shown starting position is the injector 1 closed, ie both the first nozzle needle 8th as well as the second nozzle needle 15 are closed. Furthermore, there is also the control valve 51 in its closed position. In the closed position of the first nozzle needle 8th is the second pressure level 48 the second nozzle needle 15 depressurized while in the third control room 44 the fuel high pressure prevails, which is via the supply line 45 set there. The second nozzle needle 15 Thus, with a relatively large resulting closing force in the second sealing seat 17 pressed. In contrast, there is the first pressure level 20 the first nozzle needle 8th High fuel pressure, so here already one in the opening direction 18 acting pressure force attacks. Furthermore, there is also in Kompensatorraum 27 the high pressure fuel. Furthermore, there is also in the second control room 33 and thus also in the first control room 36 the high pressure fuel. Overall, this results for the first nozzle needle 8th a resultant force in the closing direction 19 acts, so that also the first nozzle needle 8th in the first seal seat 10 is pressed in.
Um
nun eine Kraftstoffeinspritzung ausschließlich durch das wenigstens
eine erste Spritzloch 5 zu erzeugen, wird der Aktor 31 so
betätigt, dass
er den Steuerkolben 30 zur Durchführung eines Öffnungshubs 59 antreibt.
Sobald der Steuerkolben 30 einen Öffnungshub 59 durchführt, taucht
seine zweite Steuerfläche 32 tiefer
in den zweiten Steuerraum 33 ein. Durch die damit einhergehende
Verdrängungswirkung
kommt es im zweiten Steuerraum 33 unmittelbar zu einem
Druckanstieg, der sich direkt über
die Kopplungsleitung 37 in den ersten Steuerraum 36 fortpflanzt
und der dementsprechend unmittelbar auch an der ersten Steuerfläche 23 wirkt.
Bei einem hinreichenden Öffnungshub 59,
der kleiner ist als der Vorhub 53, stellt sich an der ersten
Düsennadel 8 eine
neue Kräftebilanz
ein, die eine nunmehr in Öffnungsrichtung 18 wirksame
resultierende Kraft hervorbringt. Dementsprechend kann dann die
erste Düsennadel 8 vom
ersten Dichtsitz 10 abheben; die erste Düsennadel 8 öffnet. Sobald
die erste Düsennadel 8 geöffnet ist,
liegt am wenigstens einen ersten Spritzloch 5 der Kraftstoffhochdruck
an, so dass Kraftstoff in den Brennraum 4 eingedüst werden kann.In order now to fuel injection exclusively through the at least one first injection hole 5 to generate, becomes the actor 31 so he pressed the control piston 30 for performing an opening stroke 59 drives. As soon as the spool 30 an opening stroke 59 performs, plunges his second control surface 32 deeper into the second control room 33 one. Due to the associated displacement effect occurs in the second control room 33 directly to a pressure increase, which is directly over the coupling line 37 in the first control room 36 propagates and, accordingly, directly on the first control surface 23 acts. With a sufficient opening stroke 59 which is smaller than the forward stroke 53 , turns on the first nozzle needle 8th a new balance of forces, the one now in the opening direction 18 produces effective resultant force. Accordingly, then the first nozzle needle 8th from the first seal seat 10 take off; the first nozzle needle 8th opens. As soon as the first nozzle needle 8th is open, lies at least a first injection hole 5 the fuel high pressure on, leaving fuel in the combustion chamber 4 can be injected.
Zum
Beenden der Kraftstoffeindüsung
durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 wird der Steuerkolben 30 durch
eine entsprechende Betätigung des
Aktors 31 entgegen dem Öffnungshub 59 wieder zurückgefahren.
Dabei nimmt das Volumen im zweiten Steuerraum 33 wieder
zu, was mit einem entsprechenden Druckabfall einhergeht. Dieser
Druckabfall wird unmittelbar auch an der ersten Steuerfläche 23 wirksam,
wodurch sich an der ersten Düsennadel 8 die
Kräftebilanz
wieder ändert
und erneut eine in Schließrichtung 19 wirksame
resultierende Kraft entsteht. Zusätzlich unterstützt die
erste Rückstellfeder 29 dabei
die Schließbewegung
der ersten Düsennadel 8.To terminate the fuel injection through the at least one first injection hole 5 becomes the control piston 30 by a corresponding actuation of the actuator 31 against the opening stroke 59 moved back again. The volume in the second control room decreases 33 back to what goes along with a corresponding pressure drop. This pressure drop is also directly at the first control surface 23 effective, which attaches to the first nozzle needle 8th the balance of forces changes again and again in the closing direction 19 effective resulting force arises. In addition, the first return spring supports 29 while the closing movement of the first nozzle needle 8th ,
Da
der Öffnungshub
für den
Fall, dass nur die erste Düsennadel 8 geöffnet werden
soll, so bemessen ist, dass er jedenfalls kleiner als der Vorhub 53 ist,
bleibt während
der Betätigung
der ersten Düsennadel 8 das
Steuerventil 51 geschlossen. Wie oben erläutert bleibt
bei einem Öffnungshub 59,
der kleiner ist als der Vorhub 53, der Kragen 54 noch
innerhalb des zylindrischen Abschnitts 55 des Sitzes 56.
Bei geschlossenem Steuerventil 51 ist die Ablaufleitung 47 gesperrt,
so dass im dritten Steuerraum 44 der Kraftstoffhochdruck
herrscht. Auch bei geöffneter erster
Düsennadel 8,
also bei einer Druckbeaufschlagung der zweiten Druckstufe 38,
stellt sich an der zweiten Düsennadel 15 eine
in Schließrichtung 19 wirksame
resultierende Kraft ein, die jedoch durch die Aktivierung der zweiten
Druckstufe 38 erheblich reduziert ist.Because the opening stroke in the event that only the first nozzle needle 8th should be opened, so that it is at least smaller than the forward stroke 53 is, remains during operation of the first nozzle needle 8th the control valve 51 closed. As explained above remains at an opening stroke 59 which is smaller than the forward stroke 53 , the collar 54 still within the cylindrical section 55 of the seat 56 , With closed control valve 51 is the drain line 47 locked so that in the third control room 44 the fuel high pressure prevails. Also with open first nozzle needle 8th , ie when pressurizing the second pressure stage 38 , turns on the second nozzle needle 15 one in the closing direction 19 effective resulting force, however, by activating the second pressure stage 38 is considerably reduced.
Das Öffnen bzw.
Schließen
der ersten Düsennadel 8 erfolgt
somit durch eine direkt hydraulische Kopplung zwischen dem Steuerkolben 30 und der
Einheit aus erster Düsennadel 8 und
erstem Antriebskolben 24. Aufgrund dieser direkten Ansteuerung
der ersten Düsennadel 8 können deren Öffnungszeitpunkt
sowie deren Schließzeitpunkt
sehr genau vorgegeben werden. Die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 eignet
sich daher in besonderer Weise zur Realisierung von Einspritzvorgängen, die
eine Reduzierung der Schadstoffemissionen der mit der Einspritzdüse 1 ausgestatteten
Brennkraftmaschine bewirken.Opening or closing the first nozzle needle 8th thus takes place by a direct hydraulic coupling between the control piston 30 and the unit of the first nozzle needle 8th and first drive piston 24 , Due to this direct control of the first nozzle needle 8th can their Öff time and their closing time are specified very precisely. The injection nozzle according to the invention 1 is therefore particularly suitable for the realization of injection processes, which reduce the emissions of pollutants with the injector 1 equipped internal combustion engine effect.
Wenn
sowohl durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 als
auch durch das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 eine
Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 4 durchgeführt werden
soll, kann bei geöffneter
erster Düsennadel 8 der
Aktor 31 so betätigt
werden, dass er den Steuerkolben 30 zur Durchführung eines Öffnungshubs 59 antreibt,
der über den
vorbestimmten Vorhub 53 hinausgeht. Dabei verstellt sich
die erste Düsennadel 8 zusätzlich in Öffnungsrichtung 18.
Es ist klar, dass die erste Düsennadel 8 für einen
derartigen zusätzlichen
Hub ausgebildet ist.If both through the at least one first injection hole 5 as well as through the at least one second spray hole 6 a fuel injection into the combustion chamber 4 can be performed, with the first nozzle needle open 8th the actor 31 be pressed so that he the control piston 30 for performing an opening stroke 59 drives, over the predetermined Vorhub 53 goes. At the same time, the first nozzle needle is adjusted 8th additionally in the opening direction 18 , It is clear that the first nozzle needle 8th is designed for such an additional stroke.
Sobald
der Öffnungshub 59 über den
Vorhub 53 hinausgeht, öffnet
das Steuerventil 51 und die Ablaufleitung 47 ist
frei. Dementsprechend ist dann über die
Ablaufleitung 47 der dritte Steuerraum 44 mit
der Leckageleitung 49, also mit der Drucksenke 48 verbunden.
In der Folge kann Kraftstoff aus dem dritten Steuerraum 44 über die
Ablaufleitung 47 abfließen. Die Abströmgeschwindigkeit
wird dabei durch die Ablaufdrossel 50 definiert. Gleichzeitig
kann jedoch über
die Zulaufleitung 45 Kraftstoff in den dritten Steuerraum 44 nachströmen, wobei
die Zuströmgeschwindigkeit
hier durch die Zulaufdrossel 46 begrenzt ist. Wie bereits
weiter oben genannt, ist die Zulaufleitung 45 stärker gedrosselt
als die Ablaufleitung 47, so dass weniger Kraftstoff in
den dritten Steuerraum 44 nachströmen kann als daraus abströmt. Dementsprechend
kommt es im dritten Steuerraum 44 zu einem Druckabfall.
Bei abnehmenden Druck im dritten Steuerraum 44 ändert sich
die Kräftebilanz
an der Einheit aus zweiter Düsennadel 15 und
zweitem Antriebskolben 43, bei der eine in Öffnungsrichtung 18 wirkende
resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend kann dann die zweite
Düsennadel 15 von
ihrem zweiten Dichtsitz 17 abheben. Somit ist dann auch
das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 mit der Zuführungsleitung 11 verbunden, so
dass nunmehr durch alle Spritzlöcher 5, 6 eine Kraftstoffeinspritzung
erfolgt.As soon as the opening stroke 59 over the forward stroke 53 goes out, opens the control valve 51 and the drain line 47 is free. Accordingly, then via the drain line 47 the third control room 44 with the leakage line 49 So with the pressure sink 48 connected. As a result, fuel may leak from the third control room 44 via the drain line 47 flow away. The outflow velocity is through the outlet throttle 50 Are defined. At the same time, however, via the supply line 45 Fuel in the third control room 44 nachström, the inflow velocity here by the inlet throttle 46 is limited. As already mentioned above, the supply line 45 throttled more than the drain line 47 , so less fuel in the third control room 44 can flow as it flows out of it. Accordingly, it comes in the third control room 44 to a pressure drop. At decreasing pressure in the third control room 44 the balance of forces changes at the unit of the second nozzle needle 15 and second drive piston 43 in which one in the opening direction 18 acting resulting force arises. Accordingly, then the second nozzle needle 15 from her second tight seat 17 take off. Thus, then that is at least a second injection hole 6 with the supply line 11 connected, so that now through all the injection holes 5 . 6 a fuel injection takes place.
Es
ist klar, dass eine Kraftstoffeinspritzung durch sämtliche
Spritzlöcher 5, 6 auch
dadurch erzeugt werden kann, dass ausgehend von der Ausgangsstellung
der Aktor 31 so betätigt
wird, dass er den Steuerkolben 30 sofort zur Durchführung eines über den
Vorhub 53 hinausgehenden Öffnungshubs 59 antreibt.
Zwar muss auch hier zuerst die erste Düsennadel 8 abheben,
um an der zweiten Druckstufe 38 den benötigten Druckanstieg zu erzeugen,
jedoch kann dies nahezu übergangslos
erfolgen, so dass eine Einspritzung durch das wenigstens eine erste Spritzloch 5 und
das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 quasi simultan
gestartet werden kann.It is clear that fuel injection through all the spray holes 5 . 6 can also be generated by starting from the starting position of the actuator 31 is operated so that he the control piston 30 Immediately to carry one over the forward stroke 53 outgoing opening stroke 59 drives. Although here must first the first nozzle needle 8th take off to the second pressure level 38 However, this can be done almost seamless, so that an injection through the at least one first injection hole 5 and that at least a second spray hole 6 can be started almost simultaneously.
Zum
Beenden der Kraftstoff-Einspritzung durch das wenigstens eine zweite
Spritzloch 6 wird der Aktor 31 so betätigt, dass
er den Steuerkolben 30 und somit den damit gekoppelten
Ventilkörper 41 entgegen
dem Öffnungshub 59 soweit
zurückfährt, dass der Öffnungshub 59 kleiner
wird als der Vorhub 53. Das bedeutet, dass der Kragen 54 des
Ventilkörpers 41 in
den zylindrischen Abschnitt 55 des Sitzes 56 einfährt und
das Steuerventil 51 in der Folge schließt. Die Ablaufleitung 47 ist
somit wieder gesperrt, so dass sich im dritten Steuerraum 44 über die
Zulaufleitung 45 wieder der Kraftstoffhochdruck einstellen kann.
Folglich ändert
sich wieder die Kräftebilanz
an der zweiten Düsennadel 15,
aus der dann eine in Schließrichtung 19 wirksame
resultierende Kraft hervorgeht. Sobald die zweite Düsennadel 15 in
den zweiten Dichtsitz 17 einfährt, ist die Einspritzung durch
das wenigstens eine zweite Spritzloch 6 beendet.To end the fuel injection through the at least one second injection hole 6 becomes the actor 31 so he pressed the control piston 30 and thus the valve body coupled thereto 41 against the opening stroke 59 so far retracts that the opening stroke 59 gets smaller than the forward stroke 53 , That means the collar 54 of the valve body 41 in the cylindrical section 55 of the seat 56 retracts and the control valve 51 in the sequence closes. The drain line 47 is thus locked again, so that in the third control room 44 via the supply line 45 can adjust the fuel high pressure again. Consequently, the balance of forces at the second nozzle needle changes again 15 , then one in the closing direction 19 effective resulting force emerges. As soon as the second nozzle needle 15 in the second sealing seat 17 enters, is the injection through the at least one second injection hole 6 completed.
Das
Zurückfahren
des Steuerkolbens 30 kann dabei grundsätzlich so dimensioniert werden, dass
dabei zwar das Steuerventil 51 geschlossen wird, die erste
Düsennadel 8 jedoch
offen bleibt. Dementsprechend kann bei geöffneter erster Düsennadel 8 die
zweite Düsennadel 15 unabhängig von der
ersten Düsennadel 8 einmal
oder mehrmals geöffnet
und geschlossen werden.Returning the control piston 30 can basically be dimensioned so that while doing the control valve 51 closed, the first nozzle needle 8th however remains open. Accordingly, with the first nozzle needle open 8th the second nozzle needle 15 regardless of the first nozzle needle 8th opened and closed once or several times.
Wenn
die Einspritzung von Kraftstoff sowohl durch das wenigstens eine
erste Spritzloch 5 als auch durch das wenigstens eine zweite
Spritzloch 6 gleichzeitig beendet werden soll, wird der
Aktor 31 so betätigt,
dass er den Steuerkolben 30 direkt in die Ausgangsstellung
zurückbewegt.
Wie bereits weiter oben erläutert
führt der
damit einhergehende Druckabfall im zweiten Steuerraum 33 direkt
zum Schließen
der ersten Düsennadel 8.
Sobald die erste Düsennadel 8 im
ersten Dichtsitz 10 sitzt, sind sämtliche Spritzlöcher 5, 6 von
der Zuführungsleitung 11 getrennt,
so dass sich ein gleichzeitiges Einspritzende für sämtliche Einspritzlöcher 5, 6 ergibt.
Mit dem Schließen
der ersten Düsennadel 8 fällt auch
der Druck an der zweiten Druckstufe 38 ab, so dass an der
zweiten Düsennadel 15 keine
in Öffnungsrichtung 18 wirksamen
Kräfte
mehr angreifen. Die zweite Düsennadel 15 schließt schon
aus diesem Grund automatisch.When the injection of fuel through both the at least one first injection hole 5 as well as through the at least one second spray hole 6 is to end simultaneously, the actor 31 so he pressed the control piston 30 moved back directly to the starting position. As already explained above, the associated pressure drop in the second control room leads 33 directly to close the first nozzle needle 8th , As soon as the first nozzle needle 8th in the first sealing seat 10 sitting, are all the spray holes 5 . 6 from the supply line 11 separated, so that a simultaneous injection end for all injection holes 5 . 6 results. With the closing of the first nozzle needle 8th also falls the pressure at the second pressure level 38 off, leaving at the second nozzle needle 15 none in the opening direction 18 attacking effective forces more. The second nozzle needle 15 For this reason, it automatically closes.
Bei
der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 wird
eine direkte Ansteuerung der ersten Düsennadel 8 mit einer
Servoansteuerung der zweiten Düsennadel 15 kombiniert.
Durch diese Bauweise können
für die
erste Düsennadel 8 die Öffnungszeiten
und Schließzeiten
sehr exakt bestimmt werden. Bei der zweiten Düsennadel 15 kommt
es bei bestimmten Anwendungen auf einen exakten Einspritzbeginn nicht
so sehr an wie bei der ersten Düsennadel 8,
so dass für
die Betätigung
der zweiten Düsennadel 8 die Servosteuerung
bevorzugt wird, bei der deutlich kleinere Kräfte mit Hilfe des Steuerventils 51 beherrscht werden
müssen.In the injection nozzle according to the invention 1 is a direct control of the first nozzle needle 8th with a servo control of the second nozzle needle 15 combined. This construction allows for the first nozzle needle 8th the opening hours and closing times are determined very accurately. At the second nozzle needle 15 it comes with certain Applications to an exact injection start not as much as with the first nozzle needle 8th , allowing for the actuation of the second nozzle needle 8th the servo control is preferred, at the much smaller forces by means of the control valve 51 must be mastered.
-
11
-
Einspritzdüseinjection
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22
-
Düsenkörpernozzle body
-
33
-
Düsenspitzenozzle tip
-
44
-
Brennraum/VormischraumCombustion chamber / premix
-
55
-
erstes
Spritzlochfirst
spiracle
-
66
-
zweites
Spritzlochsecond
spiracle
-
77
-
erste
Nadelführungfirst
needle guide
-
88th
-
erste
Düsennadelfirst
nozzle needle
-
99
-
erste
Nadelspitzefirst
pinpoint
-
1010
-
erster
Dichtsitzfirst
sealing seat
-
1111
-
Zuführungsleitungfeed pipe
-
1212
-
Düsenraumnozzle chamber
-
1313
-
Ringraumannulus
-
1414
-
zweite
Nadelführungsecond
needle guide
-
1515
-
zweite
Düsennadelsecond
nozzle needle
-
1616
-
zweite
Nadelspitzesecond
pinpoint
-
1717
-
zweiter
Dichtsitzsecond
sealing seat
-
1818
-
Öffnungsrichtungopening direction
-
1919
-
Schließrichtungclosing direction
-
2020
-
erste
Druckstufefirst
pressure stage
-
2121
-
erste
Dichtungsflächefirst
sealing surface
-
2222
-
erste
Führungsflächefirst
guide surface
-
2323
-
erste
Steuerflächefirst
control surface
-
2424
-
erster
Antriebskolbenfirst
drive piston
-
2525
-
Ringscheibewasher
-
2626
-
Kompensatorflächecompensator
-
2727
-
Kompensatorraumcompensator
-
2828
-
Bohrungdrilling
-
2929
-
RückstellfederReturn spring
-
3030
-
Steuerkolbenspool
-
3131
-
Aktoractuator
-
3232
-
zweite
Steuerflächesecond
control surface
-
3333
-
zweiter
Steuerraumsecond
control room
-
3434
-
Befüllungsleitungfill line
-
3535
-
RückschlagsperrventilCheck stop valve
-
3636
-
erster
Steuerraumfirst
control room
-
3737
-
Kopplungsleitungcoupling line
-
3838
-
zweite
Druckstufesecond
pressure stage
-
3939
-
zweite
Dichtungsflächesecond
sealing surface
-
4040
-
zweite
Führungsflächesecond
guide surface
-
4141
-
Ventilkörpervalve body
-
4242
-
dritte
Steuerflächethird
control surface
-
4343
-
zweiter
Antriebskolbensecond
drive piston
-
4444
-
dritter
Steuerraumthird
control room
-
4545
-
Zulaufleitungsupply line
-
4646
-
Zulaufdrosselinlet throttle
-
4747
-
Ablaufleitungdrain line
-
4848
-
Drucksenkepressure sink
-
4949
-
Leckageleitungleakage line
-
5050
-
Ablaufdrosseloutlet throttle
-
5151
-
Steuerventilcontrol valve
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5252
-
Steuerstangecontrol rod
-
5353
-
Bohrhubbore stroke
-
5454
-
Kragencollar
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5555
-
zylindrischer
Abschnittcylindrical
section
-
5656
-
SitzSeat
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5757
-
Kegelcone
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5858
-
kegelförmiger Abschnittcone-shaped section
-
5959
-
Öffnungshubopening stroke
-
6060
-
SteuerkolbenführungControl piston guide
-
6161
-
erste
Antriebskolbenführungfirst
Drive piston guide
-
6262
-
dritte
Antriebskolbenführungthird
Drive piston guide
-
6363
-
LeckageraumsystemLeakage chamber system
-
6464
-
erster
Leckageraumfirst
leakage chamber
-
6565
-
zweite
Antriebskolbenführungsecond
Drive piston guide
-
6666
-
zweiter
Leckageraumsecond
leakage chamber
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6767
-
Querbohrungcross hole
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6868
-
dritter
Leckageraumthird
leakage chamber
-
6969
-
Bohrungdrilling
-
7070
-
vierter
Leckageraumfourth
leakage chamber