EP0467072B1 - Fuel injection device for air compressing-combustion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fuel injection device according to the preamble of claim 1.

Zur Aufteilung einer Einspritzmenge in eine Vor- und Haupteinspritzung ist es aus DE-C-736 489 bekannt, zwei Einspritzleitungen unterschiedlicher Länge vorzusehen, um durch die verzögerte Laufzeit eine Unterteilung der Einspritzung in eine Vor- und Haupteinspritzung zu erreichen. Eine Rückströmung des Brennstoffes von der Einspritzdüse in Richtung auf die Einspritzpumpe wird durch Rückschlagventile in jeder der Einspritzleitungen verhindert. Am Ausgang der Einspritzpumpe ist ein Druckventil vorgesehen, welches die Aufgabe hat in den Einspritzleitungen einen gewissen statischen Druck aufrechtzuerhalten und zugleich ein sicheres Schließen der Einspritzdüse zu garantieren. Durch das Druckventil wird zwar zudem erreicht, daß der Weg des Brennstoffes von der Einspritzpumpe zur Einspritzdüse erst ab einem gewissen Druckniveau frei gegeben wird, allerdings ist die Öffnungszeit eines konventionellen Druckventils viel zu langsam, als daß eine spontane Druckwelle mit hohem Druckniveau ausgelöst würde, welche zu einem raschen Öffnen des Einspritzventils führt.For dividing an injection quantity into a pilot and main injection, it is known from DE-C-736 489 to provide two injection lines of different lengths in order to achieve a division of the injection into a pilot and main injection due to the delayed running time. Backflow of the fuel from the injection nozzle towards the injection pump is prevented by check valves in each of the injection lines. A pressure valve is provided at the outlet of the injection pump, which has the task of maintaining a certain static pressure in the injection lines and at the same time guaranteeing a safe closing of the injection nozzle. The pressure valve also ensures that the path of the fuel from the injection pump to the injection nozzle is only released above a certain pressure level, but the opening time of a conventional pressure valve is far too slow to trigger a spontaneous pressure wave with a high pressure level, which leads to a rapid opening of the injection valve.

Zur Minderung des Verbrennungsgeräusches von direkteinspritzenden Dieselmotoren wird die sogenannte Voreinspritzung angewendet. Deren Realisierung stößt dann auf Schwierigkeiten, wenn die Kraftstoffzumessung zur Einspritzdüse hin nach dem Verdrängerkolben-Prinzip verwirklicht ist. Dies trifft zu für die bislang häufig eingesetzten Reihen- und Verteiler-Einspritzpumpen, die durchwegs nach dem vorerwähnten Wirkprinzip arbeiten. Ist z. B. beabsichtigt, die vergleichsweise kleine Voreinspritzmenge mit derselben Düse zu zerstäuben durch die auch die Haupteinspritzmenge geschleust wird, muß auf folgendes geachtet werden.Pre-injection is used to reduce the combustion noise of direct-injection diesel engines. Their implementation is difficult if the fuel metering to the injection nozzle is carried out according to the displacement piston principle. This applies to the in-line and distributor injection pumps that have been frequently used up to now, which all work according to the aforementioned principle of action. Is z. B. intends to atomize the comparatively small pilot injection quantity with the same nozzle through which the main injection quantity is also passed, attention must be paid to the following.

Infolge der angestrebten, besseren Gemischaufbereitung gelangen zunehmend Mehrlochdüsen zum Einsatz, deren Lochdurchmesser den mittlerweile üblichen, sehr kurzen Spritzzeiten angepaßt sind, also über einen verhältnismäßig großen Gesamtquerschnitt verfügen, um den hohen Volumenstrom im Vollastfalle zu beherrschen. Um mit derselben Düse einen akzeptablen Zerstäubungsgrad auch für die sehr kleine Voreinspritzmenge zu erzielen, bedarf es dafür eines sehr kurz andauernden Impulses hohen Kraftstoffdruckes. Angesichts der Verknüpfung der Verdrängergeschwindigkeit des Einspritzpumpen-Plungers mit der augenblicklichen Motordrehzahl ist bei kleiner und mittlerer Motordrehzahl - selbst bei Wahl eines großen Vorhubes - abzusehen, daß der zeitliche Verlauf des eingeprägten Kraftstoff-Volumenstromes eine ausreichende Zerstäubung der Voreinspritzmenge nur in seltenen Fällen sicherstellt.As a result of the desired, better mixture preparation, multi-hole nozzles are increasingly being used, the hole diameters of which are adapted to the now very short spray times, that is to say they have a relatively large overall cross section, in order to cope with the high volume flow in the case of full load. In order to achieve an acceptable degree of atomization for the very small pre-injection quantity with the same nozzle, a very short pulse of high fuel pressure is required. In view of the connection of the displacement speed of the injection pump plunger with the current engine speed, it is foreseeable at small and medium engine speeds - even if a large forward stroke is selected - that the course of the impressed fuel volume flow only ensures sufficient atomization of the pre-injection quantity in rare cases.

Ausgehend von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unabhängig vom Last- und Drehzahlzustand einer Brennkraftmaschine mit einer Erzwingung eines reproduzierbaren zeitlichen Druckverlaufs am Eintritt der Einspritzdüse für eine konstante Gesamtmenge Brennstoff in der Voreinspritzphase eines Arbeitsspieles zu sorgen.Starting from a fuel injection device according to the generic term, the object of the invention is to provide a constant total amount of fuel in the pre-injection phase of an operating cycle, regardless of the load and speed state of an internal combustion engine, by forcing a reproducible pressure curve at the inlet of the injection nozzle.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.

Durch die schlagartige Öffnung des Stellgliedes im Druckwellenbildner als Folge der sich nach dem Öffnen des Stellgliedes vergrößernden, dem Brennstoffdruck ausgesetzten Druckfläche wird die im Druckraum gespeicherte potentielle Energie frei zum Aufbau einer stromabwärts laufenden, sehr steilen Druckwelle, deren Druckauswirkung sich, wie schon beschrieben, durch Reflektion beim Auftreffen auf den Dichtsitz der Düsennadel der Einspritzdüse noch verdoppelt. Dadurch öffnet die Düsennadel für die Voreinspritzung, um anschließend nach dem Zusammenbruch des Druckes wieder zu schließen. Durch Nachschub von Brennstoff aus der Einspritzpumpe sinkt der Druck im Druckraum des Druckwellenbildners nicht unter einem eingestellten Schließdruck ab, so daß nach dem verzögerten Eintreffen der Druckwelle aus der zweiten Einspritzleitung am Düsenhalter das Stellglied noch geöffnet ist und durch abermaliges Öffnen der Düsennadel bei Reflektion dieser Druckwelle die Haupteinspritzung eingeleitet wird. Durch diesen hohen Druck öffnet die Düsennadel und es bildet sich wunschgemäß ein Einspritzstrahl mit fein verteilten Tröpfchen. Durch die unterschiedliche Länge der Einspritzleitung wird eine reproduzierbare Aufteilung der Einspritzmenge in eine Vor- und Haupteinspritzung erzielt. Durch die Wahl des Längenunterschiedes der beiden Einspritzleitungen kann unter Berücksichtigung der sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreitenden Druckwellen der Zeitunterschied zwischen Beginn der Vor- und Haupteinspritzung nach Wunsch festgelegt werden.Due to the sudden opening of the actuator in the pressure wave generator as a result of the pressure surface exposed to the fuel pressure, which increases after the actuator is opened, the potential energy stored in the pressure chamber becomes free to build up a very steep pressure wave running downstream, the pressure effect of which, as already described, results from Reflection when hitting the sealing seat of the nozzle needle of the injection nozzle doubled. This opens the nozzle needle for the pre-injection and then closes again after the pressure has collapsed. By supplying fuel from the injection pump, the pressure in the pressure chamber of the pressure wave generator does not drop below a set closing pressure, so that after the delayed arrival of the pressure wave from the second injection line on the nozzle holder, the actuator is still open and by opening the nozzle needle again when this pressure wave is reflected the main injection is initiated. Due to this high pressure, the nozzle needle opens and, as desired, an injection jet with finely divided droplets is formed. Due to the different length of the injection line, a reproducible division of the injection quantity into a pre-injection and a main injection is achieved. By choosing the length difference of the two injection lines, the time difference between the start of the pre-injection and the main injection can be determined, taking into account the pressure waves propagating at the speed of sound.

Der den Ventilschaft belastende Kolben kann nach Anspruch 2 auch durch eine Feder ersetzt werden, die mit einer Kraft in Höhe der Kraft des Kolbens vorgespannt ist. Eine solche Ausführung ist preiswerter und bei geringeren Ansprüchen an die Regelbarkeit praktikabel.The piston loading the valve stem can also be replaced according to claim 2 by a spring which is biased with a force equal to the force of the piston. Such a design is cheaper and practical with lower demands on the controllability.

Ein Ausführungsbeispiel der Brennstoffeinspritzvorrichtung ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Figur 1

einen Schaltplan für die Zuordnung einer Einspritzpumpe und einer Einspritzdüse mit den diese verbindenden Einspritzleitungen

Figur 2

einen Längsschnitt durch einen Druckwellenbildner

Figur 3

eine Kraft auf ein Stellglied des Druckwellenbildners als Funktion des Druckes vor dem Stellglied.

An embodiment of the fuel injector is shown in drawings. It shows:

Figure 1

a circuit diagram for the assignment of an injection pump and an injection nozzle with the connecting injection lines

Figure 2

a longitudinal section through a pressure wave generator

Figure 3

a force on an actuator of the pressure wave generator as a function of the pressure in front of the actuator.

Ein hydraulisches Schaltbild einer Brennstoffeinspritzvorrichtung ist aus Figur 1 zu ersehen. Eine Einspritzpumpe 1 ist über eine erste und zweite Einspritzleitung 2 und 3 mit einer Einspritzdüse 4 verbunden. Nach dem Ausgang 5a der Einspritzpumpe 1 zweigt die zweite Einspritzleitung 3 mittels eines ersten Verteilerstückes 5 von der ersten Einspritzleitung 2 ab. Erfindungsgemäß wird nun zwischen dem Ausgang 5a der Einspritzpumpe 1 und dem ersten Verteilerstück 5 ein Druckventil 6 eingeschaltet, welches als Druckwellenbildner 6a ausgebildet ist, dessen Wirkungsweise später erläutert werden soll. Die beiden Einspritzleitungen 2 und 3 werden vor der Einspritzdüse 4 mittels eines zweiten Verteilerstückes 7 wieder vereint. Die erste Einspritzleitung 2 dient zunächst dem Transport einer Voreinspritzmenge, während die zweite Einspritzleitung der Einleitung der Haupteinspritzung dient. Zu diesem Zweck ist die zweite Einspritzleitung 3 um einen Betrag _ΔL länger als die erste Einspritzleitung 2. Diese Längendifferenz ergibt sich zu $${\text{}}_{\text{Δ}}{\text{L = c '}}_{\text{Δ}}\text{T}$$

mit

c

= Schallgeschwindigkeit im Brennstoff

_ΔT

= Zeitdifferenz zwischen Beginn der Vor- und Haupteinspritzung

A hydraulic circuit diagram of a fuel injection device can be seen in FIG. 1. An injection pump 1 is connected to an injection nozzle 4 via a first and second injection line 2 and 3. After the output 5a of the injection pump 1, the second injection line 3 branches off from the first injection line 2 by means of a first distributor piece 5. According to the invention, a pressure valve 6 is now switched on between the output 5a of the injection pump 1 and the first distributor 5, which is designed as a pressure wave generator 6a, the mode of operation of which will be explained later. The two injection lines 2 and 3 are reunited in front of the injection nozzle 4 by means of a second distributor piece 7. The first injection line 2 initially serves to transport a pre-injection quantity, while the second injection line serves to initiate the main injection. For this purpose, the second injection line 3 is longer than the first injection line 2 by an amount _Δ L. This length difference results in $${}_{\text{Δ}}{\text{L = c '}}_{\text{Δ}}\text{T}$$

With

c

= Speed of sound in the fuel

_Δ T

= Time difference between the start of the pre-injection and the main injection

Dem zweiten Verteilerstück 7 sind zwei Rückschlagventile 8 und 9 vorgelagert, wobei ein erstes Rückschlagventil 8 in die erste Einspritzleitung 2 und ein zweites Rückschlagventil 9 in die zweite Einspritzleitung 3 eingebaut ist. Die Rückschlagventile 8 und 9 sind dabei in Richtung von der Einspritzpumpe 1 auf das Einspritzventil 4 durchlässig, während sie in der Gegenrichtung sperren. Die Rückschlagventile 8 und 9, sowie die Einspritzdüse 4 sollen soweit an das zweite Verteilerstück 7 herangerückt werden, als dies konstruktiv lösbar ist.The second distributor 7 is preceded by two check valves 8 and 9, a first check valve 8 being installed in the first injection line 2 and a second check valve 9 in the second injection line 3. The check valves 8 and 9 are permeable in the direction from the injection pump 1 to the injection valve 4 while blocking in the opposite direction. The check valves 8 and 9, and the injector 4 are so far to the second Distributor 7 are moved closer than this can be solved constructively.

Eine konstruktive Ausbildung des Druckwellenbildners 6a ist in Figur 2 dargestellt. In seinem Aufbau ähnelt der Druck- wellenbildner einem Einspritzventil. Er besteht zunächst aus einem Düsenhalter 10, einem Düsenkörper 11 und einer Überwurfmutter 12, welche beide Teile verbindet. Im Düsenkörper 11 ist ein Stellglied 13 axial beweglich geführt, welches sich in einen Ventilschaft 14 und einen Kolben 15 gliedert, welcher in losem Kontakt mit dem Ventilschaft 14 verbunden ist. Der Ventilschaft 14 mit Durchmesser dl weist eine kegelstumpfartig ausgebildete Spitze auf, welche eine planebene Dichtfläche 16 mit Durchmesser d2 trägt. Diese dichtet einen Druckraum 17 gegen eine Auslaßbohrung 18 ab, welche in das erste Verteilerstück 5 (Figur 1) mündet. Der Druckraum 17 umgibt den Ventilschaft 14 koaxial, wobei der Druckraum über eine Zulaufbohrung 19 mit dem Ausgang 5a der Einspritzpumpe 1 verbunden ist. Zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit des Stellgliedes 13 ist ein Anschlag an einer Koppelplatte 20 vorgesehen, welche zwischen den Düsenhalter 10 und den Düsenkörper 11 eingespannt ist.A structural design of the pressure wave generator 6a is shown in FIG. The structure of the pressure wave generator resembles an injection valve. It initially consists of a nozzle holder 10, a nozzle body 11 and a union nut 12, which connects both parts. In the nozzle body 11, an actuator 13 is axially movably guided, which is divided into a valve stem 14 and a piston 15, which is connected in loose contact with the valve stem 14. The valve stem 14 with a diameter d1 has a frustoconical tip which carries a flat sealing surface 16 with a diameter d2. This seals a pressure chamber 17 against an outlet bore 18 which opens into the first distributor piece 5 (FIG. 1). The pressure chamber 17 coaxially surrounds the valve stem 14, the pressure chamber being connected via an inlet bore 19 to the outlet 5a of the injection pump 1. To limit the axial mobility of the actuator 13, a stop is provided on a coupling plate 20, which is clamped between the nozzle holder 10 and the nozzle body 11.

Um die Steuerung des Stellgliedes 13 möglichst flexibel handhaben zu können ist es vorteilhaft, den Kolben 15 über eine Bohrung 21 mit einer kennfeldgesteuerten, hier nicht näher dargestellten Hilfsdruckquelle zu verbinden. Als einfachere, jedoch weniger anspruchsvolle Lösung der Schließkrafterzeugung am Ventilschaft ist anstelle des hilfsdruckbeaufschlagten Kolbens 15 der Einsatz einer entsprechend dimensionierten vorgespannten Druckfeder denkbar. Die Vorspannkraft der Druckfeder liegt dann im Bereich der Kraft F_K des Kolbens 15 (Figur 3).In order to be able to handle the control of the actuator 13 as flexibly as possible, it is advantageous to connect the piston 15 to a map-controlled auxiliary pressure source, not shown here, via a bore 21. As a simpler, but less demanding solution for generating the closing force on the valve stem, instead of the auxiliary pressure-loaded piston 15, the use of an appropriately dimensioned prestressed compression spring is conceivable. The biasing force of the compression spring is then in the range of the force F _{K of} the piston 15 (Figure 3).

Nachfolgend sei die Wirkungsweise unter Zuhilfenahme eines Diagrammes nach Figur 3 erläutert.The mode of operation is explained below with the aid of a diagram according to FIG. 3.

In Figur 3 ist auf der Abszisse der Druck im Druckraum 17 des Druckwellenbildners nach Figur 1 aufgetragen, während die Ordinate die am Ventilschaft 14 angreifenden Kräfte repräsentiert. Die, aufgrund ihrer Wirkung mit negativen Vorzeichen versehen zu denkende Kraft F_K des Kolbens 15 oder von der Druckfeder herrührend ist als Linienzug F_K-B parallel zur Abszisse angedeutet.The pressure in the pressure chamber 17 of the pressure wave generator according to FIG. 1 is plotted on the abscissa in FIG. 3, while the ordinate represents the forces acting on the valve stem 14. The force F _{K of} the piston 15, which is to be thought of as having a negative sign due to its effect, or originating from the compression spring is indicated as a line F _K -B parallel to the abscissa.

Mit dem einsetzenden Fördervorgang der Einspritzpumpe erfolgt der Druckaufbau im Druckraum 17 des Druckwellenbildners (Figur 2). Besagter Druck greift an dem, mit der Durchmesserdifferenz d1 - d2 beschriebenen hydraulischen Wirkquerschnitt (des Ventilschaftes 14) an und erzeugt am Ventilschaft eine Kraft die im Diagramm mit dem Geraden-Abschnitt A-B beschrieben ist. Erreicht diese Kraft infolge weiter gesteigerten Druckes den Betrag der Kolbenkraft F_K, besteht Gleichgewicht zwischen Schließkraft und entgegenwirkender hydraulischer Öffnungskraft, hervorgerufen vom Druck pö (Öffnungsdruck). Ein geringfügiges Überschreiten des Druckwertes pö (infolge Fortschritt des Fördervorganges) führt zum Öffnen des Ventil-Dichtsitzes. Die sich im gleichen Augenblick vergrößernde Druckangriffsfläche auf den Wert einer Kreisfläche mit dem Durchmesser d1 hat ein sprungartiges Anwachsen der, am Ventilschaft 14 angreifenden hydraulischen Kraft gemäß dem Geraden-Abschnitt B-C zur Folge. Der vergleichsweise hohe Betrag dieser Kraft erklärt die große Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils. Der sofort einsetzende Druckzusammenbruch im Druckraum 17 läßt die von Punkt C gekennzeichnete hydraulische Kraft (am Ventilschaft) auf einen mit E gekennzeichneten Wert sinken (entspricht dem Druckwert pr) wobei der Ventilschaft ständig am Anschlag der Öffnungsposition verbleibt. Der vom bewegten Kolben des Pumpenelementes weiterhin aufrechterhaltene Fördervorgang veranlaßt ein erneutes Ansteigen des Druckes auf einen Wert kleiner pö jedoch größer als pr bei weiterhin voll geöffnetem Ventilquerschnitt.When the injection pump starts to deliver, the pressure builds up in the pressure chamber 17 of the pressure wave generator (FIG. 2). Said pressure acts on the hydraulic effective cross section (of the valve stem 14) described with the diameter difference d1-d2 and generates a force on the valve stem which is described in the diagram with the straight section AB. If this force reaches the amount of the piston force F _K as a result of further increased pressure, there is a balance between the closing force and the counteracting hydraulic opening force, caused by the pressure pö (opening pressure). If the pressure value pö is slightly exceeded (due to the progress of the delivery process), the valve sealing seat opens. The pressure application area that increases at the same time to the value of a circular area with the diameter d1 results in a sudden increase in the hydraulic force acting on the valve stem 14 in accordance with the straight section BC. The comparatively high amount of this force explains the high opening speed of the valve. The instantaneous pressure collapse in the pressure chamber 17 causes the hydraulic force (at the valve stem) marked by point C to drop to a value marked by E (corresponds to the Pressure value pr) with the valve stem constantly remaining in the open position. The delivery process, which is still maintained by the moving piston of the pump element, causes the pressure to rise again to a value smaller than pO but greater than pr with the valve cross section still fully open.

Mit der Beendigung des Fördervorganges der Einspritzpumpe 1 und dem damit verbundenen Absinken des Kraftstoffdruckes im Druckraum 17 (Figur 2) verringert sich im gleichen Maße die hydraulische Kraft am Ventilschaft 14 entsprechend der Geraden C-A und zwar in Richtung auf den Punkt A zu. Erreicht das Druckniveau den Schließdruck ps des Druckwellenbildners, ergibt sich ein Kräftegleichgewicht zwischen Schließkraft F_K des Kolbens 15 und hydraulischer Öffnungskraft, eine Situation, die im Diagramm am Schnittpunkt der Geraden C-A mit der Geraden F_K-B zu erkennen ist. Unterschreitet der Kraftstoffdruck geringfügig den Wert ps überwiegt die Kraft des Kolbens 15 und das Ventil geht in Schließstellung (Änderung der hydraulischen Kraft entspricht im Diagramm einem Sprung von Punkt D nach Punkt F).With the termination of the delivery process of the injection pump 1 and the associated decrease in the fuel pressure in the pressure chamber 17 (FIG. 2), the hydraulic force on the valve stem 14 is reduced to the same extent along the straight line CA, namely in the direction of the point A. If the pressure level reaches the closing pressure ps of the pressure wave generator, there is an equilibrium of forces between the closing force F _{K of} the piston 15 and the hydraulic opening force, a situation which can be seen in the diagram at the intersection of the straight line CA and the straight line F _K -B. If the fuel pressure falls slightly below the value ps, the force of the piston 15 predominates and the valve closes (change in the hydraulic force corresponds to a jump from point D to point F in the diagram).

Auslegungshinweise für ein erwünschtes ventilspezifisches Verhältnis Vpö von Schließdruck zu Öffnungsdruck gibt die Beziehung Vpö = Vd $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{2}}$

mit Vd $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{1}}$

als quadriertem Durchmesserverhältnis, letzteres gebildet aus d2 zu d1.Design information for a desired valve-specific ratio Vpö from closing pressure to opening pressure gives the relationship Vpö = Vd $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{2nd}}$

with Vd $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{}$$\genfrac{}{}{0ex}{}{}{\text{1}}$

as squared diameter ratio, the latter formed from d2 to d1.

Zu Erklärung der Wirkungsweise der zweiten Einspritzleitung 3 sei nochmals die zeitliche Phase des Ventilöffnens im Druckwellenbildner 6a in Erinnerung gebracht. Sie war begleitet von der Erzeugung einer Druckwelle, die stromabwärts laufend in die Auslaßkanalbohrung 18 des Druckwellenbildners 6a (Figur 2) eingekoppelt wurde. Auf ihrem weiteren Weg gelangt nun diese Druckwelle in das unmittelbar nachgeordnete erste Verteilerstück 5. Ab diesem erfolgt eine symmetrische Aufteilung der Druckwellenenergie infolge Einlaufens der Druckwelle in die - gleichen Querschnitt aufweisenden - parallel geschalteten Einspritzleitungen 2, 3. Die zweite Einspritzleitung 3 (Verzögerungsleitung) ist um einen solchen Betrag länger auszulegen, daß die, von der Schallgeschwindigkeit des Kraftstoffes abhängige Laufzeit des Druckimpulses in ihr, verglichen zur Impulslaufzeit in der ersten Einspritzleitung 2, um den Betrag _ΔT größer ist. _ΔT bedeutet eine Zeit, die gleich oder geringfügig größer ist als die Zündverzugszeit der geplanten Voreinspritzmenge. Von den beiden, in den Einspritzleitungen 2 und 3 mit Schallgeschwindigkeit stromabwärts laufenden Druckwellen erreicht zuerst die von der Einspritzleitung 2 geführte das zugeordnete, federvorgespannte erste Rückschlagventil 8. Nach erfolgtem Öffnen desselben pflanzt sich die Druckwelle weiter über eine Verbindungsleitung, das zweite Verteilerstück 7 und eine weitere Verbindungsleitung (beide sehr kurz dimensioniert) fort, um schließlich in den Düsenhalter des Einspritzventils 4 (Figur 1) zu gelangen. Ein unerwünschtes Eindringen von Druckwellenenergie in die zweite Einspritzleitung 3 wird vom zweiten Rückschlagventil 9 verhindert. Infolge Reflektion der Druckwelle am zunächst geschlossenen Dichtsitz der Einspritzdüse 4 erfolgt in üblicher Weise eine Überlagerung dieses reflektierten Anteils der Druckwelle mit der weiterhin auf den Dichtsitz zulaufenden Druckwellen-Komponente, was Anlaß zu einer Druckverdoppelung am Reflektionsort gibt. Der sehr hohe Betrag des resultierenden Druckes führt neben einem schnellen Öffnen des Ventilspaltes, verbunden mit dem Abspritzen der Voreinspritzmenge, zu einer besonders guten Zerstäubung des Kraftstoffes. Nach dem sich sofort anschließenden Zurückfallen der Düsennadel (Schließen des Dichtspaltes) erreicht zwischenzeitlich die von der zweiten Einspritzleitung 3 geführte Druckwelle das Rückschlagventil 8, um von dort über das Verteilerstück 7 in den Düsenhalter der Einspritzdüse 4 um die Zeit _ΔT (Zündverzugszeit von Einspritzmenge) verzögert einzutreten. Wiederum wird das Verarmen der Druckwellenenergie (infolge Eindringen in die erste Einspritzleitung 2) durch ein Rückschlagventil 8 wirksam verhindert. Auch hierbei sorgt diesmal der bereits vorab beschriebene Effekt der Druckverdoppelung (infolge Druckwellen-Superposition) wiederum für eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes während der nunmehr eingeleiteten Anfangsphase der Haupteinspritzung. Ein unerwünschtes neuerliches Schließen der Düsennadel unmittelbar nach Beginn der Haupteinspritzung (ähnlich wie im Falle der Voreinspritzung) muß nicht befürchtet werden, da zwischenzeitlich zunächst über die erste Einspritzleitung 2 - verzögert dann auch über die zweite Einspritzleitung 3 - weiterer Kraftstoff zur Aufrechterhaltung der Haupteinspritzung zur Verfügung gestellt wird. Der weitere zeitliche Ablauf der Haupteinspritzung gestaltet sich wie sonst auch im Falle einer konventiell ausgelegten Einspritzanlage (ausgestattet mit nur einer Einspritzleitung). Zu beachten ist allerdings der vom Schließdruck des Druckwellenbildners bestimmte Standdruck in den beiden Einspritzleitungen 2 und 3. Bei der Dimensionierung des druckgesteuerten Druckwellenbildners ist bei der Festlegung von dessen Schließdruck demzufolge darauf zu achten, daß dieser zum einen deutlich unter dem Wert von pr liegt (pr ist der, unmittelbar nach erfolgter Druckwellenerzeugung - zum Zwecke der Voreinspritzung - im Druckraum 17 verbleibende minimale Druck, siehe Figur 1 und 2) und zum anderen aber gleich dem Betrag des angestrebten Standdruckes ist. Daraus folgt gleichzeitig, daß der Schließdruck des Einspritzventils höher auszulegen ist als der des Druckwellenbildners.To explain the mode of operation of the second injection line 3, the time phase of the valve opening in the pressure wave generator 6a should be recalled. It was accompanied by the generation of a pressure wave which was continuously coupled into the outlet channel bore 18 of the pressure wave generator 6a (FIG. 2). On its further way this now arrives Pressure wave into the immediately downstream first distributor piece 5. From this, the pressure wave energy is divided symmetrically as a result of the pressure wave entering the same cross-section - parallel connected injection lines 2, 3. The second injection line 3 (delay line) is to be designed longer by such an amount, that the running time of the pressure pulse in it, which is dependent on the speed of sound of the fuel, is greater by the amount _Δ T compared to the running time of the pulse in the first injection line 2. _Δ T means a time that is equal to or slightly longer than the ignition delay time of the planned pilot injection quantity. Of the two pressure waves running downstream in the injection lines 2 and 3 at the speed of sound, the first spring check valve 8 guided by the injection line 2 first reaches the associated spring-biased first check valve 8. After the latter has opened, the pressure wave continues to grow via a connecting line, the second distributor 7 and one further connecting line (both of very short dimensions) to finally get into the nozzle holder of the injection valve 4 (Figure 1). The second check valve 9 prevents undesired penetration of pressure wave energy into the second injection line 3. As a result of reflection of the pressure wave at the initially closed sealing seat of the injection nozzle 4, this reflected portion of the pressure wave is superimposed in the usual way with the pressure wave component which continues to approach the sealing seat, which gives rise to a doubling of pressure at the reflection location. The very high amount of the resulting pressure leads to a rapid opening of the valve gap, combined with the spraying of the pre-injection quantity, to a particularly good atomization of the fuel. After immediately following Falling back of the nozzle needle (closing of the sealing gap) in the meantime the pressure wave led by the second injection line 3 reaches the check valve 8 in order to enter from there via the distributor piece 7 into the nozzle holder of the injection nozzle 4 with a time delay _Δ T (ignition delay time of injection quantity). Again, the depletion of the pressure wave energy (due to penetration into the first injection line 2) is effectively prevented by a check valve 8. Here too, the previously described effect of pressure doubling (as a result of pressure wave superposition) in turn ensures good atomization of the fuel during the initial phase of the main injection that has now been initiated. An undesired re-closing of the nozzle needle immediately after the start of the main injection (similar to that in the case of the pre-injection) need not be feared, since in the meantime additional fuel is available via the first injection line 2 - then also delayed via the second injection line 3 - to maintain the main injection is provided. The further timing of the main injection is as usual in the case of a conventional injection system (equipped with only one injection line). However, the stand pressure in the two injection lines 2 and 3, which is determined by the closing pressure of the pressure wave generator, must be taken into account. When dimensioning the pressure-controlled pressure wave generator, it is important to ensure when determining the closing pressure that the pressure is below the value of pr (pr is the minimum pressure remaining in pressure chamber 17 immediately after pressure wave generation - for the purpose of preinjection - see FIGS. 1 and 2) and on the other hand it is equal to the amount of the desired static pressure. It follows at the same time that the closing pressure of the injection valve is to be designed higher than that of the pressure wave generator.

Hinsichtlich des kraftstofführenden Querschnittes sowohl der Verbindungsleitungen von der Einspritzpumpe 1 zum Druck wellenbildner 6a, bzw. vom zweiten Verteilerstück 7 zur Einspritzdüse 4 (Figur 1) wie auch der kraftstofführenden Kanäle innerhalb des Druckwellenbildners 6a und der Verteilerstücke 5 und 7 gilt, daß diese mindestens gleich der Summe, gebildet aus den beiden kraftstofführenden Querschnitten der Einspritzleitungen 2 und 3, auszulegen sind. Auf die Gleichheit der Querschnitte der Einspritzleitungen 2 und 3 wurde bereits hingewiesen, was nicht ausschließt, daß deren Verhältnis - konstant bleibende Querschnittssumme vorausgesetzt - unter bestimmten Bedingungen zugunsten eines größeren Querschnittes der zweiten Einspritzleitung 3 geändert werden muß. Ein solcher Fall liegt dann vor, wenn sich die Voreinspritzmenge als zu groß herausstellt. Deren Minderung ist dann in einfacher Weise durch entsprechende Verkleinerung des Durchmessers der ersten Einspritzleitung 2 möglich, die begleitend mit einer solchen Durchmesservergrößerung der zweiten Einspritzleitung 3 vorzunehmen ist, daß die vorerwähnte Konstanz der Querschnittssumme der Einspritzleitungen 2 und 3 erhalten bleibt.With regard to the fuel-carrying cross-section of both the connecting lines from the injection pump 1 to the pressure wave generator 6a, or from the second distributor piece 7 to the injection nozzle 4 (FIG. 1), as well as the fuel-carrying channels within the pressure wave generator 6a and the distributor pieces 5 and 7, it applies that these are at least the same the sum, formed from the two fuel-carrying cross sections of the injection lines 2 and 3, are to be designed. The equality of the cross sections of the injection lines 2 and 3 has already been pointed out, which does not exclude that their ratio — assuming the cross-sectional sum remains constant — must be changed under certain conditions in favor of a larger cross section of the second injection line 3. Such a case exists when the pre-injection quantity turns out to be too large. Their reduction is then possible in a simple manner by correspondingly reducing the diameter of the first injection line 2, which is to be carried out simultaneously with an increase in the diameter of the second injection line 3 such that the aforementioned constant cross-sectional sum of the injection lines 2 and 3 is retained.

Claims (2)

1. A fuel injection device for air-compression internal combustion engines, consisting of an injection pump (1), an injection nozzle (4) and injection lines (2, 3) which connect the two parts, a first injection line (2) connecting the injection pump (1) directly to the injection nozzle (4) for the purpose of a pre-injection, while a second injection line (3) of greater length, connected in parallel, serves for the timed initiation of the main injection, in such a way that the difference in length of the two injection lines (2, 3) is selected so that the difference in the travel time of a pressure wave proceeding from the injection pump (1) corresponds to the time difference between the start of the pre- and the main injection, a pressure valve (6) being connected between an outlet of the injection pump (1) and a first distributor member (5) of the injection lines (2, 3), and non-return valves (8, 9) being installed in both injection lines (2, 3) upstream of a second distributor member (7), such that the non-return valves (8, 9) prevent return flow from the point of union in the direction towards the pressure valve (6), the line portions between the non-return valves (8, 9) on the one hand, and the second distributor member (7) at the point of union on the other hand, or between the second distributor member (7) and the injection nozzle (4), being kept as short as possible on constructional grounds, characterised in that the pressure valve (6) is designed as a pressure wave generator (6a), and in that the pressure wave generator (6a), like an injection valve, is essentially composed of a nozzle holder (10), a nozzle body (11) and an actuator (13), fuel being supplied to the actuator (13) by the injection pump (1) by way of an inlet bore (19) which opens into a pressure chamber (17), in that the actuator (13) is formed from a valve stem (14) loaded by a piston (15) and the valve stem (14) blocks or opens an outlet bore (18) in the direction towards the injection lines, and in that the valve stem (14) consists of a cylindrical part and a conically tapering part, such that the difference of the surfaces with the diameter d1 and the diameter d2 loaded with the fuel pressure is sufficient, at a preset pressure pö, to open the actuator (13) against the force of the piston (15), wherein the piston (15) may be acted upon via a bore (21) by an auxiliary pressure source with a predetermined characteristic-controlled hydraulic pressure.
2. A fuel injection device according to claim 1, characterised in that the valve stem (14) is loaded by a prestressed spring instead of the piston (15), the prestressing force of the spring corresponding to the force of the piston (15).

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