EP1577538B1 - Fuel injection device for internal combustion engines with needle lift damping - Google Patents

Description

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

Stand der TechnikState of the art

Ein Kraftstoffinjektor mit zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, denen eine innere und koaxial dazu eine äußere Düsennadel zugeordnet ist, ist beispielsweise aus DE 102 05 970 A1 bekannt. Derartige Einspritzdüsen, die druckabhängig ansteuerbar unterschiedliche Einspritzquerschnitte freigeben, werden auch als Variodüsen bezeichnet. Der äußeren und inneren Düsennadel ist jeweils ein Steuerkolben zugeordnet, die jeweils auf einen kraftstoffgefüllten hydraulischen Raum einwirken, so dass die hydraulischen Räume als aktiv beschaltete Steuerräume wirken. Die beiden Steuerräume sind über einen Verbindungskanal hydraulisch miteinander verbunden. Der Steuerraum der äußeren Düsennadel ist über eine Ablaufdrossel mit einem Niederdruck-Rücklaufsystem verbindbar. Der Verbindungskanal ist dabei so bemessen, dass beim Öffnen der Ablaufdrossel zuerst der Druck im Steuerraum der äußeren Düsennadel abfällt und erst mit einer zeitlichen Verzögerung der Druck im Steuerraum der inneren Düsennadel.A fuel injector with two rows of holes of injection nozzles, which an inner and coaxial with an outer nozzle needle is assigned, is known for example from DE 102 05 970 A1. Such injection nozzles, which release pressure-dependent activatable different injection cross-sections, are also referred to as Variodüsen. The outer and inner nozzle needle is in each case assigned a control piston, which each act on a fuel-filled hydraulic space, so that the hydraulic chambers act as actively connected control rooms. The two control chambers are hydraulically connected to one another via a connecting channel. The control chamber of the outer nozzle needle can be connected via a discharge throttle with a low-pressure return system. The connecting channel is dimensioned so that when opening the outlet throttle first the pressure in the control chamber of the outer nozzle needle drops and only with a time delay, the pressure in the control chamber of the inner nozzle needle.

Zur Steigerung des Einspritzdrucks, der über dem Druckniveau des Druckspeichers (Common Rail) liegt, ist aus DE 102 29 417 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Druckübersetzungseinrichtung bekannt, bei der zusätzlich zur Verbesserung der Einspritzcharakteristik und zur Erhöhung des Wirkungsgrades ebenfalls eine Variodüse eingesetzt ist. Die Variodüse weist zwei koaxial angeordneten Düsennadeln auf. Dabei wird der Öffnungsdruck der inneren Düsennadel per Federunterstützung auf ein konstantes Niveau bzw. mit Hilfe eines zusätzlichen Assistenzdrucks auf ein bestimmtes Verhältnis von Raildruck und Öffnungsdruck eingestellt. Dadurch ist eine Anpassung des hydraulischen Durchflusses durch den Kraftstoffinjektor an den Lastpunkt des Verbrennungsmotors möglich. Dabei wird die innere Düsennadel so eingestellt, dass sie erst bei relativ hohen Drücken von beispielsweise größer 1500 bar öffnet, um somit gute Emissionswerte im Teillastzustand des Verbrennungsmotors zu erreichen. Die Einstellung des konstanten Öffnungsdrucks für die innere Düsennadel ist dabei sehr toleranzempfindlich, da mit der Öffnung der inneren Düsennadel ein Mengensprung in der Einspritzmenge einhergeht. Insofern machen sich Exemplarstreuungen besonders unangenehm bemerkbar. Bei der anderen Variante, den Öffnungsdruck der inneren Düsennadel über das konstante Verhältnis von Assistenzdruck und Düsendruck zu erreichen, öffnet die innere Düsennadel auch bereits bei Teillast des Verbrennungsmotors.To increase the injection pressure, which is above the pressure level of the pressure accumulator (common rail), DE 102 29 417 A1 a fuel injection device with pressure booster device is known in which in addition to improving the injection characteristics and to increase the efficiency also a Vario nozzle is used. The Variodüse has two coaxially arranged nozzle needles. In this case, the opening pressure of the inner nozzle needle is adjusted by spring assistance to a constant level or with the aid of an additional assistance pressure to a specific ratio of rail pressure and opening pressure. This is an adaptation of the hydraulic flow through the fuel injector to the load point of the internal combustion engine possible. In this case, the inner nozzle needle is adjusted so that it opens only at relatively high pressures, for example, greater than 1500 bar, so as to achieve good emissions in the partial load condition of the internal combustion engine. The setting of the constant opening pressure for the inner nozzle needle is very sensitive to tolerances, since a jump in quantity in the injection quantity is associated with the opening of the inner nozzle needle. In this respect, specimen spreads are particularly unpleasant. In the other variant, to achieve the opening pressure of the inner nozzle needle on the constant ratio of assist pressure and nozzle pressure, the inner nozzle needle opens even at partial load of the internal combustion engine.

Um die Auswirkungen der Streuungen in der Ansteuerdauer des Steuerventils auf die Einspritzmenge bei Kraftstoffeinspritzeinrichtungen mit Druckübersetzer zu verhindern, wurde bereits in DE 102 29 415.1 vorgeschlagen, die Öffnungsgeschwindigkeit einer einzelnen Düsennadel zu dämpfen, ohne dass ein schnelles Schließen der Düsennadel beeinträchtigt wird. Dabei ist im Schließraum der Düsennadel ein Dämpfungskolben axial geführt angeordnet, der einen Dämpfungsraum begrenzt und über einen Überströmkanal mit dem Schließraum der Düsennadel in Verbindung steht.In order to prevent the effects of the variations in the control period of the control valve on the injection quantity in fuel injectors with pressure booster, has already been proposed in DE 102 29 415.1 to damp the opening speed of a single nozzle needle, without a rapid closing of the nozzle needle is impaired. Here, a damping piston is arranged axially guided in the closing space of the nozzle needle, which limits a damping chamber and communicates via an overflow channel with the closing space of the nozzle needle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sich die Öffnungsgeschwindigkeit der inneren Düsennadel und damit die Einspritzrate abstimmen lässt. Die innere Düsennadel der Variodüse ist dabei aktiv oder passiv schaltbar, so dass der Düsenöffnungsdruck der inneren Düsennadel so eingestellt werden kann, dass diese erst bei einer Anforderung im Volllastbereich öffnet. Dadurch ist eine verbesserte Kleinstmengenfähigkeit und ein flaches Einspritzmengenkennfeld für Kraftstoffinjektoren mit Variodüse erzielbar, so dass eine weitere Verbesserung der Emissionswerte und des Geräuschverhaltens erreicht wird. Insofern ist ein angepasster Einspritzratenverlauf mit dem Ziel der Geräuschreduzierung ohne Voreinspritzung in weiten Lastbereichen auch bei Höchstdruckeinspritzsystemen mit Drücken über 2000 bar möglich.The fuel injection device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the opening speed of the inner nozzle needle and thus the injection rate can be tuned. The inner nozzle needle of the Variodüse is actively or passively switchable, so that the nozzle opening pressure of the inner nozzle needle can be adjusted so that it opens only when a request in the full load range. As a result, an improved minimum quantity capability and a flat injection quantity map for fuel injectors with a Variodüse can be achieved so that a further improvement of the emission values and the noise behavior is achieved. In this respect, an adapted injection rate profile with the aim of noise reduction without pilot injection in wide load ranges is also possible with very high pressure injection systems with pressures above 2000 bar.

Mittels der erfindungsgemäßen Merkmalen, wonach die äußerer Düsennadel zusätzlich mit einer Druckfläche einem Schließraum ausgesetzt ist und die mit dem Dämpfungsraum verbundene Ablaufdrossel eine größere Drosselwirkung aufweist, werden Druckverhältnisse im Dämpfungsraum und im Schließraum erzielt, die bewirken, dass zuerst der Druck im Schließraum abfällt und erst mit einer zeitlichen Verzögerung auch der Druck im Dämpfungsraum. Dadurch öffnet zunächst die äußere Düsennadel und erst nach Einwirken der äußeren Düsennadel über den äußeren Dämpfungskolben auf den zugeordneten Dämpfungsraum hebt die innere Düsennadel ab.By means of the features according to the invention, according to which the outer nozzle needle is additionally exposed to a pressure surface to a closing space and connected to the damping chamber outlet throttle has a larger throttle effect, pressure conditions in the damping chamber and in the closing space are achieved, which cause first the pressure in the closing space drops and only with a time delay also the pressure in the damping chamber. This initially opens the outer nozzle needle and only after the action of the outer nozzle needle on the outer damping piston on the associated damping chamber lifts the inner nozzle needle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.Advantageous developments of the invention are possible by the measures of the subclaims.

Eine wirksame druckabhängige Steuerung der Öffnung der äußeren und der inneren Düsenadel in Abhängigkeit von den im Dämpfungsraum und im Schließraum herrschenden Drücken wird erreicht, wenn die in Schließrichtung wirkende Druckfläche der äußeren Düsennadel zwischen dem äußeren Dämpfungskolben und der Düsennadel ausgebildet ist und in eine zwischen dem Dämpfungskolben und der äußeren Düsennadel ausgebildeten Trennfuge weist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Dämpfungsraum über eine hydraulische Verbindung mit dem Schließraum verbunden ist, wobei die hydraulische Verbindung von einem zwischen einem der äußeren Düsennadel zugeordneten äußeren Dämpfungskolben und einem der inneren Düsennadel zugeordneten inneren Dämpfungskolben ausgebildeten Verbindungskanal und einem zwischen der düsennadelseitigen Stirnflächen des äußeren Dämpfungskolbens und der dämpfungskolbenseitigen Stirnfläche der äußeren Düsennadel ausgebildeten Trennfuge gebildet ist. Dadurch wird ein schnelles Schließen der inneren Düssennadel ermöglicht, wobei die innere Düsennadel annähend gleichzeitiges mit der äußeren Düsennadel schließt. Zur Unterstützung der Schließwirkung der inneren Düsennadel ist es zweckmäßig, wenn diese im Schließraum eine in Schließrichtung wirkende zusätzliche Druckfläche aufweist. Durch eine zusätzliche raildruckabhängige Entlastung des inneren Dämpfungskolbens über einen separaten inneren Dämpfungsraum wird ein Addieren der Schließkräfte der inneren Düsennadel derart bewirkt, dass ein Öffnen nur oberhalb eines einstellbaren Raildrucks erfolgt.An effective pressure-dependent control of the opening of the outer and the inner nozzle needle in response to the pressure prevailing in the damping chamber and in the closing space pressures is achieved when the closing direction acting pressure surface of the outer nozzle needle between the outer damping piston and the nozzle needle is formed and in between the damping piston and the outer nozzle needle formed parting line points. It is particularly useful if the damping chamber is connected via a hydraulic connection with the closing space, wherein the hydraulic connection formed by a between the outer nozzle needle associated outer damping piston and the inner nozzle needle associated inner damping piston connecting channel and between the nozzle needle side end faces of the outer Dämpfungskolbens and the damping piston side end face of the outer nozzle needle formed parting line is formed. This allows a fast closing of the inner nozzle needle, with the inner nozzle needle closing approximately simultaneously with the outer nozzle needle. To support the closing action of the inner nozzle needle, it is expedient if it has an additional pressure surface acting in the closing direction in the closing space. By an additional raildruckabhängige relief of the inner damping piston via a separate inner damping chamber, an adding of the closing forces of the inner nozzle needle is effected such that an opening takes place only above an adjustable rail pressure.

Eine weitere Ausführungsform, die keine Raildruckunterstützung benötigt, besteht darin, dass ein separater Dämpfungsraum für die innere Düsennadel mit Hilfe einer Steuerleitung und einer Drossel befüllt wird. Bei Erreichen eines Öffnungsdrucks von beispielsweise 1000 bar öffnet ein Rückschlagventil und die innere Düsennadel kann in Abhängigkeit des Drucks im Dämpfungsraums öffnen. Die Drossel muss dabei so gestaltet sein, dass die Entlastung des inneren Dämpfungsraums während der Einspritzung mit Raildruck kleiner 1000 bar nicht zu einem ungewollten Öffnen der inneren Düsennadel führt. Die Trägheit des Rückschlagventils ist dabei auf die Einspritzdauer abgestimmt, damit das Rückschlagventil nach Unterschreiten des nominellen Öffnungsdrucks lange genug geöffnet bleibt, um die innere Düsennadel zu aktivieren.Another embodiment, which does not require rail pressure support, is that a separate damping chamber for the inner nozzle needle by means of a Control line and a throttle is filled. Upon reaching an opening pressure of, for example, 1000 bar opens a check valve and the inner nozzle needle can open depending on the pressure in the damping chamber. The throttle must be designed so that the discharge of the inner damping chamber during injection with rail pressure less than 1000 bar does not lead to an unwanted opening of the inner nozzle needle. The inertia of the check valve is matched to the injection duration, so that the check valve remains open long enough to undershot the nominal opening pressure to activate the inner nozzle needle.

Bei einer weiteren Ausführungsform, die ebenfalls keine Raildruckunterstützung benötigt, wird der Dämpfungsraum mittels einer Kombination zweier Rückschlagventile gesteuert. Das erste Rückschlagventil hat hierbei einen wesentlich höheren Öffnungsdruck als das zweite Rückschlagventil.In a further embodiment, which also does not require rail pressure assistance, the damping chamber is controlled by means of a combination of two check valves. The first check valve in this case has a much higher opening pressure than the second check valve.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen

Figur 1

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Figur 2

das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in einer abgewandelten Ausführungsform,

Figur 3

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 4

eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Figur 5

eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Figur 6

eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,

Figur 7

eine Darstellung der Druckverläufe des Kraftstoffinjektors gemäß Figur i.

Show it

FIG. 1

1 is a schematic diagram of a fuel injection device according to the invention according to a first embodiment,

FIG. 2

the embodiment of Figure 1 in a modified embodiment,

FIG. 3

1 is a schematic diagram of a fuel injection device according to the invention according to a second embodiment,

FIG. 4

1 is a schematic diagram of a fuel injection device according to the invention according to a third embodiment,

FIG. 5

a fuel injection device according to the invention according to a fourth embodiment,

FIG. 6

a fuel injection device according to the invention according to a fifth embodiment,

FIG. 7

a representation of the pressure curves of the fuel injector according to FIG i.

Ausführungsbeispieleembodiments

Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen Kraftstoffinjektor 1 und einen Hochdruckspeicher 2 (Common Rail), wobei der Kraftstoffinjektor 1 über den Hochdruckspeicher 2 mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Der Kraftstoffinjektor 1 enthält einen Druckverstärker 5, ein Steuerventil 8 sowie ein Einspritzventil 6, über welches in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine am brennraumseitigen Ende Kraftstoff eingespritzt wird. Das Steuerventil 8, das beispielsweise als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt ist, wird bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen von einem Elektromagneten betätigt. Es ist aber auch möglich, das Steuerventil 8 von einem Piezo-Aktor zu betätigen.The fuel injection device illustrated in FIGS. 1 to 6 comprises a fuel injector 1 and a high-pressure accumulator 2 (common rail), the fuel injector 1 being supplied with high-pressure fuel via the high-pressure accumulator 2. The fuel injector 1 includes a pressure booster 5, a control valve 8 and an injection valve 6, via which fuel is injected into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine at the combustion chamber end. The control valve 8, which is designed for example as a 3/2-way valve is actuated in the present embodiments of an electromagnet. But it is also possible to actuate the control valve 8 by a piezo actuator.

Das Einspritzventil 6 verfügt über eine koaxiale Düsennadel mit einer äußeren Düsennadel 11 und einer inneren Düsennadel 12. Die Düsennadeln 11, 12 sind ineinander liegend geführt und unabhängig voneinander betätigbar. Das Einspritzventil 6 besitzt ferner zwei Lochreihen von Einspritzdüsen, wobei äußere Einspritzdüsen 61 der äußeren Düsennadel 11 und innere Einspritzdüsen 62 der inneren Düsennadel 12 zugeordnet sind. Die äußere Düsennadel 11 weist innerhalb eines Düsenraums 27 eine Druckschulter 63 auf. Brennraumseitig ist die innere Düsennadel 12 mit einer Druckfläche 64 ausgeführt, die den inneren Einspritzdüsen 62 vorgeschaltet ist. An der dem Brennraum abgewandten Seite ist ein Schließraum 29 angeordnet, in den die äußere Düsennadel 11 mit einer in Schließrichtung wirkenden dämpfungskolbenseitigen Stirnfläche 37 liegt. Der koaxialen Düsennadel ist eine Dämpfungseinrichtung 40 zugeordnet, die im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.The injection valve 6 has a coaxial nozzle needle with an outer nozzle needle 11 and an inner nozzle needle 12. The nozzle needles 11, 12 are guided one inside the other and independently operable. The injection valve 6 further has two rows of holes of injection nozzles, wherein outer injection nozzles 61 of the outer nozzle needle 11 and inner injection nozzles 62 of the inner nozzle needle 12 are assigned. The outer nozzle needle 11 has a pressure shoulder 63 within a nozzle chamber 27. On the combustion chamber side, the inner nozzle needle 12 is designed with a pressure surface 64, which is connected upstream of the inner injection nozzles 62. On the side facing away from the combustion chamber, a closing space 29 is arranged, in which the outer nozzle needle 11 is located with a damping piston-side end face 37 acting in the closing direction. The coaxial nozzle needle is associated with a damping device 40, which is explained in more detail in connection with the individual embodiments.

Vom schematisch angedeuteten Hochdruckspeicherraum 2 gelangt Kraftstoff über eine kombiniertes Rückschlag-/Drosselventil 13 und eine Raildruckleitung 14 in einen Druckraum 15 des Druckverstärkers 5. Der Druckverstärker 5 umfasst neben dem erwähnten Druckraum 15, einen Rückraum 16 und einen Hochdruckraum 25. Innerhalb des Druckverstärkers 5 ist ein axial verschiebbarer Stufenkolben 9 aufgenommen, der einen ersten Teilkolben 18 umfasst, der im Vergleich zu einem zweiten Teilkolben 19 mit einem eine Führung ermöglichenden größeren Durchmesser ausgebildet ist. Der Stufenkolben 9 kann dabei sowohl aus zwei separaten Bauteilen bestehen als auch aus einem Bauteil gefertigt werden. Der Stufenkolben 9 weist ferner eine in den Druckraum 15 hinein ragende Kolbenstange 17 mit Federhalter 20 für eine Rückstellfeder 21 auf, die dem Federhalter 21 entgegengesetzt an einer Scheibe 22 aufliegt. Der zweite Teilkolben 19 begrenzt mit seiner Stirnfläche den Hochdruckraum 25, an welchem eine Hochdruckleitung 26 angeschlossen ist, die den Düsenraum 27 des Einspritzventils 6 mit unter sehr hohem Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagt.From the schematically indicated high-pressure accumulator 2 fuel passes through a combined check / throttle valve 13 and a rail pressure line 14 in a pressure chamber 15 of the booster 5. The pressure booster 5 includes in addition to the mentioned pressure chamber 15, a rear space 16 and a high-pressure chamber 25. Within the booster 5 is an axially displaceable stepped piston 9 was added, the a first partial piston 18, which is formed in comparison to a second partial piston 19 with a guide enabling larger diameter. The stepped piston 9 can consist of two separate components as well as be made of one component. The stepped piston 9 also has a projecting into the pressure chamber 15 in the piston rod 17 with spring holder 20 for a return spring 21 which rests opposite to the spring holder 21 on a disc 22. The second part piston 19 defines with its end face the high-pressure chamber 25, to which a high-pressure line 26 is connected, which acts on the nozzle chamber 27 of the injection valve 6 at very high pressure fuel.

Vom Rückraum 16 des Druckverstärkers 5 zweigt eine erste Leitung 23 und eine zweite Leitung 24 ab, wobei die erste Leitung 23 zu einem Anschluss des Steuerventils 8 und die zweite Leitung 24 über eine Schließraumdrossel 31 in den Schließraum 29 des Einspritzventils 6 führt. Der Schließraum 29 ist über ein Rückschlagventil 32 ferner an die Hochdruckleitung 26 angeschlossen.From the rear space 16 of the pressure booster 5, a first line 23 and a second line 24 branches off, the first line 23 leading to a connection of the control valve 8 and the second line 24 via a closing space throttle 31 into the closing space 29 of the injection valve 6. The closing space 29 is further connected via a check valve 32 to the high-pressure line 26.

Der zweite Anschluss des Steuerventils 8 ist über eine Steuerleitung 33 mit dem Druckraum 15 des Druckverstärkers 5 verbunden. Der dritte Anschluss des Steuerventils 8 ist an eine Rücklaufleitung 34 angeschlossen, die in ein Niederdruck-Rücklaufsystem 35 führt.The second connection of the control valve 8 is connected via a control line 33 to the pressure chamber 15 of the pressure booster 5. The third port of the control valve 8 is connected to a return line 34, which leads into a low-pressure return system 35.

Bei dem in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Dämpfungseinrichtung 40 über einen ersten, äußeren Dämpfungskolben 41, der in einer an den Schließraum 29 sich anschließenden Bohrung 42 geführt ist, und über einen zweiten, inneren Dämpfungskolben 43, der in Form einer Kolbenstange durch den ersten Dämpfungskolben 41 hindurch geführt ist. Der äußere Dämpfungskolben 41 ist mittels einer Druckfeder 44 im Schließraum 29 vorgespannt und besitzt innerhalb des Schließraums 29 eine düsennadelseitige Stirnfläche 47, die an der dämpfungskolbenseitigen Stirnfläche 37 der äußeren Düsennadel 11 anliegt. Zwischen der düsennadelseitigen Stirnfläche 47 und der dämpfungskolbenseitigen Stirnfläche 37 ist eine Trennfuge 45 ausgebildet. Der äußere Dämpfungskolben 41 weist außerdem eine ringförmige Stirnfläche 51 auf. Der innere Dämpfungskolben 43 hat eine kreisförmige Stirnfläche 52 und steht mit der inneren Düsennadel 12 in Wirkbeziehung, wobei der innere Dämpfungskolben 43 einstückig oder zweistückig mit der inneren Düsennadel 12 hergestellt werden kann. Die ringförmige Stirnfläche 51 des äußeren Dämpfungskolbens 41 und die kreisförmige Stirnfläche 52 des inneren Dämpfungskolbens 43 weisen jeweils in einen Dämpfungsraum 50. Zwischen dem inneren Dämpfungskolben 43 und der Innenzylinderwandung des äußeren Dämpfungskolbens 41 ist ein Strömungskanal 46 in Form eines Ringspaites ausgeführt, der vom Dämpfungsraum 50 zur Trennfuge 45 führt. Der Dämpfungsraum 50 ist über eine Leitung 53 mit einer Ablaufdrossel 54 an die zweite Leitung 24 angeschlossen.In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the damping device 40 has a first, outer damping piston 41, which is guided in a subsequent to the closing space 29 bore 42, and a second, inner damping piston 43, in the form of a piston rod through the first damping piston 41 is guided therethrough. The outer damping piston 41 is biased by a compression spring 44 in the closing chamber 29 and has within the closing chamber 29 a nozzle needle-side end face 47, which bears against the damping piston-side end face 37 of the outer nozzle needle 11. Between the nozzle needle-side end face 47 and the damping piston-side end face 37, a parting line 45 is formed. The outer damping piston 41 also has an annular end face 51. The inner damping piston 43 has a circular end surface 52 and is operatively associated with the inner nozzle needle 12, wherein the inner damping piston 43 can be made in one piece or in two pieces with the inner nozzle needle 12. The annular end face 51 of the outer damping piston 41 and the circular end face 52 of the inner damping piston 43 each have a damping chamber 50. Between the inner damping piston 43 and the inner cylinder wall of the outer damping piston 41, a flow channel 46 is designed in the form of a ring pair, which leads from the damping chamber 50 to the parting line 45. The damping chamber 50 is connected via a line 53 with an outlet throttle 54 to the second line 24.

Weiterhin ist zur Unterstützung der inneren Düsennadel 12 eine weitere Druckfläche 36 am inneren Dämpfungskolben 43 ausgebildet, die beispielsweise innerhalb des Strömungskanals 46 in Schließrichtung wirkt. Damit ist das Öffnen der inneren Düsennadel 12 sowohl abhängig vom Druck im Schließraum 29 als auch vom Druck innerhalb des gemeinsamen Dämpfungsraums 50.Furthermore, to support the inner nozzle needle 12, a further pressure surface 36 is formed on the inner damping piston 43, which acts, for example, within the flow channel 46 in the closing direction. Thus, the opening of the inner nozzle needle 12 is dependent both on the pressure in the closing chamber 29 and the pressure within the common damping chamber 50.

In einem Grundzustand, bei dem die Düsen 61, 62 von der äußeren und der inneren Düsennadel 11, 12 verschlossen sind, sind alle Druckräume im Druckverstärker 5 mit Rail- bzw. Systemdruck beaufschlagt. Der Stufenkolben 9 ist dabei druckausgeglichen. In diesem Zustand ist der Druckverstärker 5 deaktiviert, wobei der Stufenkolben 9 über die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangslage zurückgestellt und der Druckraum 15 dabei über das Rückschlagventil 13 befüllt wurde. Im Grundzustand liegt außerdem Raildruck im Schließraum 29 und im Dämpfungsraum 50 an. Aufgrund der Flächenverhältnisse der Stirnflächen 51, 52 und der Druckflächen 63, 64 wirkt eine hydraulische Schließkraft auf die innere und äußere Düsennadel 11, 12. Die auf den äußeren Dämpfungskolben 41 und damit auf die äußere Düsennadel 11 einwirkende Druckfeder 44 unterstützt außerdem den Schließvorgang. In Folge dessen kann der Raildruck ständig im Düsenraum 27 anstehen, ohne dass die äußere Düsennadel 11 sich öffnet.In a basic state, in which the nozzles 61, 62 are closed by the outer and the inner nozzle needle 11, 12, all pressure chambers in the pressure booster 5 are subjected to rail or system pressure. The stepped piston 9 is pressure balanced. In this state, the pressure booster 5 is deactivated, wherein the stepped piston 9 is returned via the return spring 21 to its initial position and the pressure chamber 15 was filled via the check valve 13. In the ground state is also rail pressure in the closing chamber 29 and the damping chamber 50 at. Due to the area ratios of the end faces 51, 52 and the pressure surfaces 63, 64 acts a hydraulic closing force on the inner and outer nozzle needle 11, 12. The force acting on the outer damping piston 41 and thus on the outer nozzle needle 11 compression spring 44 also supports the closing operation. As a result, the rail pressure can constantly be present in the nozzle chamber 27 without the outer nozzle needle 11 opens.

Um ein Öffnen der äußeren Düsennadel 11 zu bewirken, muss der Druck im Düsenraum 27 über den Raildruck ansteigen, was durch Zuschalten des Druckverstärkers 5 erreicht wird. Dies wird, wie in den Figuren 1 bis 7 dargestellt, durch eine Druckentlastung des Rückraums 16 des Druckverstärkers 5 eingeleitet, indem durch Aktivierung des Elektromagneten das Steuerventil 8 in die dargestellte Schaltstellung gebracht wird. Dadurch wird der Rückraum 16 vom Raildruck bzw. von der Systemdruckversorgung abgetrennt und mit der Rücklaufleitung 34 und dadurch mit dem Niederdruck-Rücklaufsystem 35 verbunden. Der Druck im Rückraum 16 fällt ab, wodurch der Druckverstärker 5 aktiviert wird und dabei der Stufenkolben 9 mit dem Teilkolben 19 den im Hochdruckraum 25 befindlichen Kraftstoff komprimiert. Der verdichtete Kraftstoff wird über die Hochdruckleitung 26 in den Düsenraum 27 geleitet. Gleichzeitig wird der Schließraum 29 über die Schließraumdrossel 31 entlastet, so dass durch Einwirkung des Hochdrucks auf die Druckschulter 63 die äußere Düsennadel 11, wie dargestellt, angehoben wird, wodurch die Einspritzung über die äußeren Einspritzdüsen 61 beginnt. Durch die dabei entstehende Aufwärtsbewegung der äußeren Düsennadel 11 wird durch die Stirnfläche 51 des ersten Dämpfungskolbens 41 ein Volumen im Dämpfungsraum 50 komprimiert, wobei der komprimierte Kraftstoff aus dem Dämpfungsraum 50 über die Ablaufdrossel 54 in die entlastete Leitung 24 strömen kann. Die Ablaufdrossel 54 besitzt dabei eine größere Drosselwirkung als die Schließraumdrossel 31, so dass es zu der Dämpfungswirkung des äußeren Dämpfungskolbens 41 im Dämpfungsraum 50 kommen kann. Durch eine geeignete Dimensionierung der Ablaufdrossel 54 lässt sich die Öffnungsgeschwindigkeit der äußeren Düsennadel 11 und damit die Einspritzrate abstimmen. Nach dem Abheben der äußeren Düsennadel 11 und Freigeben der äußeren Einspritzdüsen 61 wirkt der Druck im Druckraum 27 ebenfalls auf die Druckfläche 64 der inneren Düsennadel 12. Auf Grund des auf die Stirnfläche 52 im Dämpfungsraum 50 wirkenden Drucks und des auf die Druckfläche 64 an der Düsennadel 12 wirkenden Drucks wird eine resultierende Schließkraft wirksam, die die innere Düsennadel 12 geöffnet. Der Öffnungszeitpunkt der inneren Düsennadel 12 lässt sich dabei über eine Abstimmung der Druckfläche der Stirnfläche 52 über den Durchmessers des inneren Dämpfungskolbens 43 sowie den Durchfluss der Ablaufdrossel 54 beeinflussen. Die Stirnfläche 52 des inneren Dämpfungskolbens 43 ist zweckmäßigerweise derart dimensioniert, dass die innere Düsennadel 12 bei Erreichen des Maximalhubs der äußeren Düsennadel 11 öffnet. Durch diese Abstimmung öffnet die innere Düsennadel 12 für einen weiten Raildruckbereich, d.h., auch in Teillast passiv durch Erreichen des Hubanschlags der äußeren Düsennadel 11.To effect an opening of the outer nozzle needle 11, the pressure in the nozzle chamber 27 must increase above the rail pressure, which is achieved by connecting the pressure booster 5. This is, as shown in Figures 1 to 7, initiated by a pressure relief of the back space 16 of the booster 5, by the control valve 8 is brought into the illustrated switching position by activation of the electromagnet. As a result, the rear space 16 is separated from the rail pressure or from the system pressure supply and connected to the return line 34 and thereby to the low-pressure return system 35. The pressure in the rear chamber 16 drops, whereby the pressure booster 5 is activated, while the stepped piston 9 with the partial piston 19 the compressed in the high-pressure chamber 25 fuel. The compressed fuel is passed via the high-pressure line 26 into the nozzle chamber 27. At the same time, the closing space 29 is relieved via the closing space throttle 31, so that the action of the high pressure on the pressure shoulder 63, the outer nozzle needle 11, as shown, is raised, whereby the injection via the outer injection nozzles 61 begins. Due to the resulting upward movement of the outer nozzle needle 11, a volume in the damping chamber 50 is compressed by the end face 51 of the first damping piston 41, wherein the compressed fuel from the damping chamber 50 via the outlet throttle 54 can flow into the relieved line 24. The outlet throttle 54 in this case has a greater throttling effect than the closing space throttle 31, so that it can come to the damping effect of the outer damping piston 41 in the damping chamber 50. By a suitable dimensioning of the outlet throttle 54, the opening speed of the outer nozzle needle 11 and thus the injection rate can be tuned. After lifting the outer nozzle needle 11 and releasing the outer injection nozzles 61, the pressure in the pressure chamber 27 also acts on the pressure surface 64 of the inner nozzle needle 12. Due to the pressure acting on the end face 52 in the damping chamber 50 and the pressure surface 64 on the nozzle needle 12 acting pressure, a resulting closing force is effective, the inner nozzle needle 12 is opened. The opening time of the inner nozzle needle 12 can be influenced by a vote of the pressure surface of the end face 52 on the diameter of the inner damping piston 43 and the flow of the outlet throttle 54. The end face 52 of the inner damping piston 43 is expediently dimensioned such that the inner nozzle needle 12 opens when the maximum stroke of the outer nozzle needle 11 is reached. By this vote, the inner nozzle needle 12 opens for a wide rail pressure range, ie passively in partial load by reaching the stroke stop of the outer nozzle needle 11th

Der Schließvorgang der Variodüse wird durch einen weiteren Schaltvorgang des Steuerventils 8 durch Druckbeaufschlagung der Steuerleitung 33 eingeleitet, wodurch über die Leitungen 23, 24 der Rückraum 16 und der Schließraum 29 wieder an den Raildruck bzw. Systemdruck angelegt wird. Das Schließen der äußeren Einspritzdüsen 61 erfolgt durch Befüllen des Schließraums 29 und des dort anliegenden Drucks, der über die Trennfuge 45 auf die in Schließrichtung wirkende dämpfungskolbenseitige Stirnfläche 37 der äußeren Düsennadel 11 wirkt, sowie mit Unterstützung der auf den äußeren Dämpfungskolben 41 wirkenden Druckfeder 44. Weil die Drosselwirkung der Ablaufdrossel 54 größer ist als die Drosselwirkung der Schließraumdrossel 31 entsteht zwischen Schließraum 29 und Dämpfungsraum 50 ein Druckunterschied. Aufgrund des Druckunterschieds wirkt zunächst über die Trennfuge 45 eine Kraft auf die in Schließrichtung wirkende dämpfungskolbenseitige Stirnfläche 37 der äußeren Düsennadel 11. Gleichzeitig wird durch das Freigeben der Trennfuge 45 Kraftstoff im Wesentlichen ungedrosselt über die hydraulische Verbindung Trennfuge 45 und Strömungskanal 46 in den Dämpfungsraum 50 geleitet, so dass anhand der Drücke an der Stirnfläche 52 und der Druckfläche 64 eine resultierende Schließkraft auch auf die innere Düsennadel 12 wirkt, die diese nach unten zum Schließen der inneren Einspritzdüsen 62 bewegt. Dadurch wird ein schnelles Schließen der inneren Düsennadel 12 erreicht, das gleichzeitig mit der äußeren Düsennadel 11 einsetzt.The closing operation of the Variodüse is initiated by a further switching operation of the control valve 8 by pressurizing the control line 33, which is applied via the lines 23, 24 of the rear chamber 16 and the closing chamber 29 back to the rail pressure or system pressure. The closing of the outer injection nozzles 61 takes place by filling the closing chamber 29 and the pressure applied there, which acts on the separating gap 45 acting in the closing direction damping piston side end face 37 of the outer nozzle needle 11, and with the assistance of acting on the outer damping piston 41 compression spring 44th Because the throttling effect of Outflow throttle 54 is greater than the throttle effect of the closing space throttle 31 is formed between the closing chamber 29 and the damping chamber 50, a pressure difference. Due to the pressure difference acts first on the parting line 45, a force acting in the closing direction damping piston end face 37 of the outer nozzle needle 11. At the same time by releasing the parting line 45 fuel essentially unthrottled via the hydraulic connection parting line 45 and flow channel 46 into the damping chamber 50 such that, based on the pressures on the end face 52 and the pressure surface 64, a resultant closing force also acts on the inner nozzle needle 12 which moves it downwardly to close the inner injection nozzles 62. As a result, a rapid closing of the inner nozzle needle 12 is achieved, which starts simultaneously with the outer nozzle needle 11.

Der Ablauf der Bewegungen der Düsennadeln 11 und 12 und des Druckverlaufes an den Druckflächen der Düsennadeln 11, 12 und im Dämpfungsraum 50 sowie der resultierenden Schließkraft für die innere Düsennadel 12 wird nachfolgend anhand der in Figur 7 dargestellten Druck- und Kraftverläufe erläutert, wobei der Düsendruck an den Druckflächen der Düsennadeln 11, 12 mit p1, der Dämpferdruck im Dämpfungsraum 50 mit p2 und die aus den Druckkräften an der Druckfläche 64 und der Stirnfläche 52 der inneren Düsennadel 12 wirkenden Druckkräfte resultierenden Schließkraft der inneren Düsennadel 12 mit Fs bezeichnet sind. Zunächst besitzt der Düsendruck p1 und der Dämpferdruck p2 den Wert des Raildrucks pR von beispielsweise 1350 bar. Die Schließkraft Fs ist bis dahin als resultierende Kraft zwischen den Druckkräften an der Druckfläche 64 und der Stirnfläche 52 positiv. Der Zeitpunkt t1 stellt den Schaltzeitpunkt des Steuerventils 8 dar, mit dem das Steuerventil 8 eine Druckentlastung des Rückraums 16 des Druckverstärkers 5 durch die in Figur 1 dargestellte Schaltstellung einleitet. Etwas zeitverzögert setzt dann auf Grund der Bewegung des Stufenkolbens 9 eine Komprimierung des Kraftstoffs im Hochdruckraum 25 ein, so dass der Düsendruck p1 ansteigt, wodurch die äußere Düsennadel 11 abhebt und es zur Einspritzung über die äußeren Einspritzdüsen 61 kommt. Dabei wird gleichzeitig der äußere Dämpfungskolben 41 in Richtung Dämpfungsraum 50 bewegt, was zunächst einen leichten Druckanstieg des Dämpferdrucks p2 bis zu einem Zeitpunkt t2 bewirkt. Das leichte Absinken der Schließkraft Fs an der inneren Düsennadel 11 kommt daher, weil aufgrund des Öffnens der äußeren Düsennadel 11 und des Druckanstiegs im Dämpfungsraum 50 zunächst nur eine geringe Kräfteverschiebung an der inneren Düsennadel 12 eintritt. Zum Zeitpunkt t2 ist die äußere Düsennadel 11 und damit der äußere Dämpfungskolben 43 am oberen Endanschlag und der Druck p2 im Dämpfungsraum 50 sinkt danach stark ab. Gleichzeitig sinkt die auf die innere Düsennadel 12 wirkende Schließkraft Fs sprungartig unterhalb Null, d.h., dass die auf die Druckfläche 64 wirkende Kraft die auf die Stirnfläche 52 wirkende Kraft übersteigt. Dadurch kommt es zum Öffnen der inneren Düsennadel 12 kurz nach t2. Der Zeitpunkt t3 ist der zweite Schaltzeitpunkt des Steuerventils 8, der die Entlastung der Leitung 23 über die Rücklaufleitung 24 abschließt, so dass der Aufbau eines druckausgeglichenen Systems beginnt. Mit dem Zeitpunkt t3 wird erneut Rail- bzw. Systemdruck über die Schließraumdrossel 31 im Schließraum 29 sowie über die Ablaufdrossel 54 und über die Trennfuge 45 und den Strömungskanal 46 im Dämpfungsraum 50 aufgebaut. Gleichzeitig wird der Stufenkolben 9 durch die Rückstellfeder 21 in seine Ausgangsstellung gebracht. Der Druck p2 im Dämpfungsraum 50 steigt somit wieder an und gleichzeitig erhöht sich die Kraftkomponente an der Stirnfläche 52 und die Schließkraft Fs steigt ebenfalls, so dass beim Nulldurchgang wieder eine positive Schließkraft Fs auf die innere Düsennadel 12 wirkt und die inneren Einspritzdüsen 62 zum Zeitpunkt t4 verschlossen werden. Durch die Unterstützung der Druckfeder 44 hat zum gleichen Zeitpunkt die äußere Düsennadel 11 die äußeren Einspritzdüsen 61 verschlossen. Gleichzeitig hat der Verlauf des Düsendrucks p1 zum Zeitpunkt t4 den Raildruck pR von 1350 bar wieder erreicht. Der im Druckverlauf erkennbare Unterschwinger bezüglich des Düsendrucks p1 wird durch die kurzzeitige Dekompression des Druckraums 25 durch Zurückfahren des Stufenkolbens 9 ausgelöst. Kurz darauf ist zum Zeitpunkt t5 der eingeschwungene Zustand erreicht, das System ist druckausgeglichen und die Einspritzdüsen 61, 62 sind geschlossen. Ein erneuter Öffnungsvorgang der Einspritzdüsen 61, 62 setzt mit erneuter Ansteuerung des Steuerventils 8 ein.The sequence of the movements of the nozzle needles 11 and 12 and the pressure profile at the pressure surfaces of the nozzle needles 11, 12 and in the damping chamber 50 and the resulting closing force for the inner nozzle needle 12 will be explained below with reference to the pressure and force curves shown in Figure 7, wherein the nozzle pressure at the pressure surfaces of the nozzle needles 11, 12 with p1, the damper pressure in the damping chamber 50 with p2 and the forces resulting from the pressure forces on the pressure surface 64 and the end surface 52 of the inner nozzle needle 12 pressure forces resulting closing force of the inner nozzle needle 12 are designated by Fs. First of all, the nozzle pressure p1 and the damper pressure p2 have the value of the rail pressure pR of, for example, 1350 bar. The closing force Fs is hitherto positive as a resultant force between the compressive forces on the pressure surface 64 and the end surface 52. The time t1 represents the switching time of the control valve 8, with which the control valve 8 initiates a pressure relief of the back space 16 of the pressure booster 5 by the switching position shown in Figure 1. Due to the movement of the stepped piston 9, the compression of the fuel in the high-pressure chamber 25 starts somewhat later, so that the nozzle pressure p1 rises, whereby the outer nozzle needle 11 lifts off and injection takes place via the outer injection nozzles 61. At the same time the outer damping piston 41 is moved in the direction of damping chamber 50, which initially causes a slight increase in pressure of the damper pressure p2 up to a time t2. The slight decrease in the closing force Fs on the inner nozzle needle 11 is due to the fact that due to the opening of the outer nozzle needle 11 and the pressure rise in the damping chamber 50, only a slight force shift at the inner nozzle needle 12 initially occurs. At time t2, the outer nozzle needle 11 and thus the outer damping piston 43 at the top End stop and the pressure p2 in the damping chamber 50 then drops sharply. At the same time, the closing force Fs acting on the inner nozzle needle 12 suddenly drops below zero, ie, the force acting on the pressure surface 64 exceeds the force acting on the end face 52. This causes the inner nozzle needle 12 to open shortly after t2. The time t3 is the second switching time of the control valve 8, which closes the discharge of the line 23 via the return line 24, so that the construction of a pressure-balanced system begins. With the time t3, rail or system pressure is again built up via the closing space throttle 31 in the closing space 29 and via the outlet throttle 54 and via the parting line 45 and the flow channel 46 in the damping space 50. At the same time the stepped piston 9 is brought by the return spring 21 in its initial position. The pressure p2 in the damping chamber 50 thus increases again and at the same time the force component on the end face 52 increases and the closing force Fs also increases, so that at the zero crossing again a positive closing force Fs acts on the inner nozzle needle 12 and the inner injection nozzles 62 at the time t4 be closed. Due to the support of the compression spring 44, the outer nozzle needle 11 has closed the outer injection nozzles 61 at the same time. At the same time, the course of the nozzle pressure p1 has again reached the rail pressure pR of 1350 bar at the time t4. The undershoot with respect to the nozzle pressure p1, which can be recognized in the course of the pressure, is triggered by the short-term decompression of the pressure chamber 25 by retraction of the stepped piston 9. Shortly thereafter, at the time t5, the steady state is reached, the system is pressure balanced and the injectors 61, 62 are closed. A renewed opening operation of the injection nozzles 61, 62 starts with renewed activation of the control valve 8.

Figur 2 zeigt eine weitergebildete Ausführungsform des Ausführungsbeispiels in Figur 1, wobei zusätzlich zur Ablaufdrossel 54 eine Befüllungsleitung 55 in den Dämpfungsraum 50 führt und ein Rückschlagventil 56 zwischengeschaltet ist, das gegen eine Entleerung des Dämpfungsraums 50 in die Leitung 24 wirkt. Dadurch ist in der Schaltstellung zum Schließen der Düsennadeln 11, 12 ein zur Ablaufdrossel 54 zusätzlicher Pfad zum Befüllen des Dämpfungsraums 50 geschaffen. Bei dieser Ausführungsform kann die in Figur 1 beschriebene zusätzliche Befüllung des Dämpfungsraums 50 über die Trennfuge 45 und den Strömungskanal 46 entfallen. Es ist aber genauso denkbar, beide Befüllungspfade vorzusehen.Figure 2 shows a further developed embodiment of the embodiment in Figure 1, wherein in addition to the outlet throttle 54, a filling line 55 leads into the damping chamber 50 and a check valve 56 is interposed, which acts against an emptying of the damping chamber 50 in the conduit 24. As a result, in the switching position for closing the nozzle needles 11, 12, an additional path for filling the damping chamber 50 to the outlet throttle 54 is created. In this embodiment, the additional filling described in Figure 1 of the damping chamber 50 via the parting line 45 and the flow channel 46 can be omitted. But it is equally conceivable to provide both filling paths.

Bei dem in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist jedem Dämpfungskolben 41, 43 jeweils ein separater Dämpfungsraum zugeordnet. Der äußere Dämpfungskolben 41 weist dabei in einen ersten Dämpfungsraum 71. Der innere Dämpfungskolben 43 wird von einem Steuerkolben 70 gebildet, der in einem Zylinderraum 72 geführt ist, wobei der Zylinderraum 72 einen oberhalb des Steuerkolbens 70 liegenden zweiten Dämpfungsraum 73 und einen unterhalb des Steuerkolbens 70 liegenden Steuerraum 74 aufweist. Der zweite Dämpfungsraum 73 ist mit einer Leitung 75 über die Leitung 24 an den Rückraum 16 des Druckverstärkers 5 angeschlossen. Der Steuerraum 74 ist über eine weitere Leitung 76 mit dem Druckraum 15 des Druckverstärkers 5 verbunden und mit Raildruck beaufschlagt. Der Steuerkolben 70 weist eine in den zweiten Dämpfungsraum 73 weisende Stirnfläche 77 auf. In den Steuerraum 74 weisend besitzt der Steuerkolben 70 eine Ringfläche 78. Durch den mit Raildruck beaufschlagten Steuerraum 74 ist der Steuerkolben 70 zusätzlich raildruckabhängig entlastet. Mittels einer Rückstellfeder 79 wird das Abheben des Steuerkolbens 70 vom Dämpfungskolben 43 vermieden. Gleichzeitig bietet die Rückstellfeder 79 eine bessere Abstimmbarkeit des Öffnungsmechanismus.In the second exemplary embodiment illustrated in FIG. 3, each damping piston 41, 43 is assigned a separate damping chamber. The outer damping piston 41 has in this case in a first damping chamber 71. The inner damping piston 43 is formed by a control piston 70 which is guided in a cylinder chamber 72, wherein the cylinder chamber 72 is located above the control piston 70 second damping chamber 73 and one below the control piston 70th has lying control room 74. The second damping chamber 73 is connected to a line 75 via the line 24 to the rear space 16 of the booster 5. The control chamber 74 is connected via a further line 76 to the pressure chamber 15 of the booster 5 and acted upon by rail pressure. The control piston 70 has an end face 77 pointing into the second damping chamber 73. Pointing into the control chamber 74, the control piston 70 has an annular surface 78. The control piston 74, which is acted upon by rail pressure, additionally relieves the control piston 70 in dependence on the rail pressure. By means of a return spring 79, the lifting of the control piston 70 is avoided by the damping piston 43. At the same time, the return spring 79 provides better tunability of the opening mechanism.

Dieses Ausführungsbeispiel erfordert die in Schließrichtung auf die innere Düsennadel 12 wirkende zusätzliche Druckfläche 36, die als Druckstufe am inneren Dämpfungskolben 43 ausgebildet ist. Die Schließkraft für die innere Düsennadel 12 resultiert somit aus einer "UND"-Funktion der Kräfteverhältnisse am Steuerkolben 70 und an der Druckstufe 36. Damit ist das Öffnen der inneren Düsennadel sowohl abhängig vom Raildruck als auch von den Druckverhältnissen im Dämpfungsraum 71. Das Öffnen der inneren Düsennadel 12 folgt somit nur oberhalb eines über die Kräfteverhältnisse am Steuerkolben 70 einstellbaren Raildrucks. Zum Öffnen der koaxialen Düsennadel wird zunächst das Steuerventil 8 in die gezeigte Schaltstellung gebracht, so dass der Rückraum 16, der Steuerraum 29, der erste Dämpfungsraum 71 und der zweite Dämpfungsraum 73 duckentlastet werden. Durch die Druckentlastung des Rückraums 16 erfolgt, wie bei den Ausführungsbeispielen in Figur 1 beschrieben, eine Komprimierung des Druckraums 25, so dass eine Druckerhöhung über die Hochdruckleitung 26 an die Druckschulter 63 der äußeren Düsennadel 11 weitergegeben wird. Die äußere Düsennadel 11 hebt von den äußeren Einspritzdüsen 61 ab und bewegt den äußeren Dämpfungskolben 41 in die gezeigte Stellung. Durch die Komprimierung des Kraftstoffs im ersten Dämpfungsraum 71 erfolgt eine Dämpfung der äußeren Düsennadel 11 mittels des Dämpfungskolbens 41. Gleichzeitig wirkt der komprimierte Kraftstoff über den Strömungskanal 46 auf die Druckstufe 36 der inneren Düsennadel 12, so dass diese in ihrer Schließstellung während des Öffnens der äußeren Düsennadel 12 verharrt. Ein Öffnen der inneren Düsennadel 12 setzt ein, wenn die auf die Düsennadel 12 in Schließrichtung wirkende Schließkraft kleiner ist als die auf die Druckfläche 64 wirkende Öffnungskraft. Die Schließkraft setzt sich dabei zusammen aus der anhand des Drucks im ersten Dämpfungsraum 71 auf die Druckstufe 36 wirkenden Kraft und aus der aus dem Flächenverhältnis der Stirnfläche 77 und der Ringfläche 78 resultierenden Kraft am Steuerkolben 70. Da die Kraft an der Druckstufe 36 im ersten Dämpfungsraum 71 vernachlässigbar gering ist, ist die Kraft zum Öffnen der inneren Düsennadel 12 im Wesentlichen von der am Steuerkolben 70 resultierenden Kraft abhängig, die anhand des Raildrucks im Steuerraum 74 festzulegen ist.This embodiment requires acting in the closing direction on the inner nozzle needle 12 additional pressure surface 36 which is formed as a compression stage on the inner damping piston 43. The closing force for the inner nozzle needle 12 thus results from an "AND" function of the force relationships on the control piston 70 and the pressure stage 36. Thus, the opening of the inner nozzle needle is dependent both on the rail pressure and on the pressure conditions in the damping chamber 71 inner nozzle needle 12 thus follows only above an adjustable via the balance of power on the control piston 70 rail pressure. To open the coaxial nozzle needle, the control valve 8 is first brought into the switching position shown, so that the rear chamber 16, the control chamber 29, the first damping chamber 71 and the second damping chamber 73 are duckentlastet. By the pressure relief of the rear space 16, as described in the embodiments in Figure 1, a compression of the pressure chamber 25, so that an increase in pressure via the high pressure line 26 to the pressure shoulder 63 of the outer nozzle needle 11 is passed. The outer nozzle needle 11 lifts from the outer injectors 61 and moves the outer damping piston 41 in the position shown. By compressing the fuel in the first damping chamber 71, an attenuation of the outer nozzle needle 11 by means of the damping piston 41 takes place. At the same time, the compressed fuel via the flow channel 46 acts on the Compression 36 of the inner nozzle needle 12 so that it remains in its closed position during the opening of the outer nozzle needle 12. An opening of the inner nozzle needle 12 begins when the force acting on the nozzle needle 12 in the closing direction closing force is smaller than the force acting on the pressure surface 64 opening force. The closing force is composed of the force acting on the pressure stage 36 on the basis of the pressure in the first damping chamber 71 and the force on the control piston 70 resulting from the area ratio of the end face 77 and the annular surface 78. Since the force at the pressure stage 36 in the first damping chamber 71 is negligibly small, the force for opening the inner nozzle needle 12 is substantially dependent on the force resulting from the control piston 70, which is determined based on the rail pressure in the control chamber 74.

Zum Schließen der koaxialen Düsennadel wird das Steuerventil 8 in die zweite Schaltstellung gebracht, so dass der Steuerraum 29, der erste Dämpfungsraum 71 und der zweite Dämpfungsraum 73 wieder mit Raildruck beaufschlagt werden, wobei auf Grund der unterschiedlichen Drosselwirkungen der Schließraumdrossel 31 und der Ablaufdrossel 54 der Schließraum 29 schneller befüllt wird. Der in den Schließraum 29 gelangende Kraftstoff strömt jedoch über die Trennfuge 45 und den Strömungskanal 46 ebenfalls in den ersten Dämpfungsraum 71, so dass ein entsprechender Druck auf die Stirnfläche 51 des äußeren Dämpfungskolbens 41 und auf die Druckstufe 36 des inneren Dämpfungskolbens 43 wirkt. Gleichzeitig wird über die Verbindungsleitung 75 und die weitere Leitung 76 eine druckausgeglichener Zustand im zweiten Dämpfungsraum 73 und im Steuerraum 74 eingestellt. Die resultierende Schließkraft für die innere Düsennadel 12 wird dabei über die zusätzliche Druckfläche 36 erzielt, wobei die Rückstellfeder 79 die Schließwirkung der inneren Düsennadel 12 unterstützt. Die Rückstellfeder 79 dient bei einer zweiteiligen Ausführung von Steuerkolben 70 und von inneren Dämpfungskolben 43 auch dazu, dass zwischen diesen kein Spalt entsteht bzw. ein Trennen der Bauteile vermieden wird.To close the coaxial nozzle needle, the control valve 8 is brought into the second switching position, so that the control chamber 29, the first damping chamber 71 and the second damping chamber 73 are again acted upon by rail pressure, wherein due to the different throttling effects of the closing space throttle 31 and the outlet throttle 54 of Closing chamber 29 is filled faster. However, the reaching into the closing chamber 29 fuel flows via the parting line 45 and the flow channel 46 also in the first damping chamber 71, so that a corresponding pressure on the end face 51 of the outer damping piston 41 and the pressure stage 36 of the inner damping piston 43 acts. At the same time, a pressure-compensated state in the second damping chamber 73 and in the control chamber 74 is set via the connecting line 75 and the further line 76. The resulting closing force for the inner nozzle needle 12 is achieved via the additional pressure surface 36, wherein the return spring 79 supports the closing action of the inner nozzle needle 12. The return spring 79 is used in a two-part design of control piston 70 and the inner damping piston 43 also to ensure that there is no gap between them or a separation of the components is avoided.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist ebenfalls ein erster Dämpfungsraum 81 und ein zweiter Dämpfungsraum 82 vorgesehen, wobei der zweite Dämpfungsraum 82 lediglich auf die innere Düsennadel 12 wirkt. Der zweite Dämpfungsraum 82 ist über eine Leitung 83, an die ein gegen den Zulauf zum Dämpfungsraum 82 gerichtetes Rückschlagventil 84 eingesetzt ist, und über die Leitung 24 an den Rückraum 16 des Druckverstärkers 5 gelegt. Parallel zum Rückschlagventil 84 ist eine weitere Drossel 85 geschaltet, über die ein Befüllen des zweiten Dämpfungsraums 82 erfolgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem separaten zweiten Dämpfungsraum 82 für die innere Düsennadel 12 ist somit keine Raildruckunterstützung notwendig. Der Öffnungsdruck für die innere Dusennadel 12 wird über das Rückschlagventil 84 eingestellt, so dass beispielsweise bei Erreichen eines Öffnungs-Raildrucks von 1000 bar das Rückschlagventil 84 öffnet und die innere Düsennadel 12 in Abhängigkeit vom Druck im ersten Dämpfungsraum 81 öffnet. Die Drossel 85 muss dabei so gestaltet sein, dass die Entlastung des zweiten Dämpfungsraums 82 während der Einspritzung mit Raildruck kleiner 1000 bar nicht zu einem ungewollten Öffnen der Innennadel führt. Die Trägheit des Rückschlagventils 84 ist auf die Einspritzdauer des Einspritzventils 6 abgestimmt, damit das Rückschlagventil 84 nach Unterschreiten des nominalen Öffnungsdrucks lange genug geöffnet bleibt, um die innere Düsennadel 12 zu aktivieren.In the embodiment according to FIG. 4, a first damping chamber 81 and a second damping chamber 82 are likewise provided, the second damping chamber 82 acting only on the inner nozzle needle 12. The second damping chamber 82 is connected via a line 83, to which a non-return valve 84 directed against the inlet to the damping chamber 82 is inserted, and via the line 24 to the rear chamber 16 of the pressure booster 5. Parallel to the check valve 84 is another throttle 85th connected, via which a filling of the second damping chamber 82 takes place. In this embodiment, with a separate second damping chamber 82 for the inner nozzle needle 12 thus no rail pressure support is necessary. The opening pressure for the inner nozzle needle 12 is adjusted via the check valve 84, so that, for example, upon reaching an opening rail pressure of 1000 bar, the check valve 84 opens and the inner nozzle needle 12 opens in response to the pressure in the first damping chamber 81. The throttle 85 must be designed so that the discharge of the second damping chamber 82 during the injection with rail pressure less than 1000 bar does not lead to an unwanted opening of the inner needle. The inertia of the check valve 84 is matched to the injection duration of the injection valve 6, so that the check valve 84 remains open after falling below the nominal opening pressure long enough to activate the inner nozzle needle 12.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 benötigt der zweite Dämpfungsraum 82 ebenfalls keine Raildruckunterstützung. Hierbei ist der zweite Dämpfungsraum 82 an Stelle der Drossel 85 in Figur 4 über ein weiteres Rückschlagventil 86 mit der Leitung 24 verbunden, wobei das weitere Rückschlagventil 86 in entgegengesetzte Richtung zum Rückschlagventil 84 wirkt. Das Rückschlagventil 84 hat hierbei beispielsweise wieder einen Öffnungsdruck von ca. 1000 bar, während das weitere Rückschlagventil 86 einen Öffnungsdruck von beispielsweise nur ca. 100 bar aufweist. Dadurch wird der zweite Dämpfungsraum 82 erst bei einem Raildruck von größer 1000 bar entlastet, aber über das weitere Rückschlagventil 86 schon ab ca. 100 bar wieder befüllt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel muss die Trägheit der Rückschlagventile 84, 86 geeignet abgestimmt sein, wobei das weitere Rückschlagventil 86 ein möglichst schnelles und das Rückschlagventil 84 ein eher träges Schaltverhalten aufweisen sollte.In the embodiment of Figure 5, the second damping chamber 82 also requires no rail pressure support. Here, the second damping chamber 82 is connected instead of the throttle 85 in Figure 4 via a further check valve 86 to the line 24, wherein the further check valve 86 acts in the opposite direction to the check valve 84. The check valve 84 in this case, for example, again has an opening pressure of about 1000 bar, while the other check valve 86 has an opening pressure of, for example, only about 100 bar. As a result, the second damping chamber 82 is relieved only at a rail pressure of greater than 1000 bar, but refilled via the further check valve 86 already from about 100 bar. Also in this embodiment, the inertia of the check valves 84, 86 must be suitably matched, the further check valve 86 should have as fast as possible and the check valve 84 should have a rather sluggish switching behavior.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der zweite Dämpfungsraum 82 über das Rückschlagventil 84, wie bei den Ausführungsbeispielen in Figur 4 und 5, mit dem Rückraum 16 der Dämpfungseinrichtung 5 verbunden ist. Hierbei existiert eine zusätzliche Verbindung des zweiten Dämpfungsraums 82 über eine in den Druckraum 15 des Druckverstärkers 5 führende Leitung 87, wobei in die Leitung 87 eine weitere Drossel 88 integriert ist. Damit ist der zweite Dämpfungsraum 82 über die Drossel 88 an Raildruck angekoppelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Steuermenge während der Einspritzdauer über die inneren Einspritzdüsen 62 notwendig.Figure 6 shows an embodiment in which the second damping chamber 82 is connected via the check valve 84, as in the embodiments in Figure 4 and 5, with the rear space 16 of the damping device 5. In this case, there is an additional connection of the second damping chamber 82 via a leading into the pressure chamber 15 of the pressure booster 5 line 87, wherein in the conduit 87, a further throttle 88 is integrated. Thus, the second damping chamber 82 is coupled via the throttle 88 to rail pressure. In this embodiment, an additional control amount during the injection period via the inner injection nozzles 62 is necessary.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Düsen 61, 62 und die Dämpfungsräume 50, 71, 81, 82 druckbeaufschlagt. Um eine Leckage über die Führung zwischen der inneren Düsennadel 12 und der äußeren Düsennadel 11 zu vermeiden, sind an sich bekannte Maßnahmen zu wahlen, wie zum Beispiel doppelter Düsennadelsitz an der äußeren Düsennadel 11 oder es ist eine zusätzliche Leckageabfuhr zwischen den Düsennadeln 11, 12 vorzusehen.In all embodiments, the nozzles 61, 62 and the damping chambers 50, 71, 81, 82 are pressurized. In order to avoid leakage through the guide between the inner nozzle needle 12 and the outer nozzle needle 11, known measures are to be selected, such as double nozzle needle seat on the outer nozzle needle 11 or there is an additional leakage removal between the nozzle needles 11, 12 provide ,

Es ist außerdem denkbar, die in den Figuren 1 bis 7 beschriebene Dämpfungseinrichtung 40 für die koaxiale Düsennadel auch ohne Druckverstärker 5 einzusetzen. Dabei ist die in den Hochdruckraum 25 führende Leitung 26 an Raildruck anzuschließen.It is also conceivable to use the damping device 40 for the coaxial nozzle needle described in FIGS. 1 to 7 without a pressure amplifier 5. The leading into the high-pressure chamber 25 line 26 is to be connected to rail pressure.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Kraftstoffinjektorfuel injector

22

HochdruckspeichenaumHochdruckspeichenaum

55

Druckverstärkerbooster

66

EinspritzventilInjector

88th

Steuerventilcontrol valve

99

Stufenkolbenstepped piston

1111

Äußere DüsennadelOuter nozzle needle

1212

Innere DüsennadelInner nozzle needle

1313

Kombiniertes Rückschlag-/DrosselventilCombined check / throttle valve

1414

System- bzw. RaildruckleitungSystem or rail pressure line

1515

Druckraumpressure chamber

1616

Rückraumbackcourt

1717

Kolbenstangepiston rod

1818

Erster TeilkolbenFirst partial piston

1919

Zweiter TeilkolbenSecond partial piston

2020

Federhalterpenholder

2121

RückstellfederReturn spring

2222

Scheibedisc

2323

Erste LeitungFirst line

2424

Zweite LeitungSecond line

2525

HochdruckraumHigh-pressure chamber

2626

HochdruckleitungHigh-pressure line

2727

Düsenraumnozzle chamber

2929

Schließraumclosing chamber

3131

SchließraumdrosselClosing chamber throttle

3232

Erstes RückschlagventilFirst check valve

3333

Steuerleitungcontrol line

3434

RücklaufleitungReturn line

3535

Niederdruck-RücklaufsystemLow-return system

3636

Weitere DruckflächeFurther printing surface

3737

Dämpfungskolbenseitige StirnflächeDamping piston end face

4040

Dämpfungseinrichtungattenuator

4141

Erster DämpfungskolbenFirst damping piston

4242

Bohrungdrilling

4343

Zweiter DämpfungskolbenSecond damping piston

4444

Druckfedercompression spring

4545

Trennfugeparting line

4646

Strömungskanalflow channel

4747

Düsennadelseitige StirnflächeNozzle needle-side end face

5050

Dämpfungsraumdamping space

5151

Ringförmige StirnflächeRing-shaped end face

5252

Kreisförmige StirnflächeCircular face

5353

Leitungmanagement

5454

Ablaufdrosseloutlet throttle

5555

Befüllungsleitungfill line

5656

Zusätzliches RückschlagventilAdditional check valve

6161

äußere Einspritzdüsenouter injectors

6262

innere Einspritzdüseninner injectors

6363

Druckschulterpressure shoulder

6464

Druckflächeprint area

7070

Steuerkolbenspool

7171

erster Dämpfungsraumfirst damping chamber

7272

Zylinderraumcylinder space

7373

Zweiter DämpfungsraumSecond damping room

7474

Steuerraumcontrol room

7575

Verbindungsleitungconnecting line

7676

Weitere LeitungFurther management

7777

Stirnflächeface

7878

Ringflächering surface

7979

RückstellfederReturn spring

8181

Erster DämpfungsraumFirst damping room

8282

Zweiter Dämpfungsraum/SteuerraumSecond damping room / control room

8383

Leitungmanagement

8484

Rückschlagventilcheck valve

8585

Drosselthrottle

8686

Weiteres RückschlagventilAnother check valve

8787

Leitungmanagement

8888

Weitere DrosselMore throttle

9090

weiteres Schaltventilanother switching valve

Claims (13)

1. Fuel injection device for internal combustion engines having a fuel injector which can be supplied by a high-pressure fuel source and which has an injection valve with injection nozzles pointing to a combustion chamber, an inner nozzle needle and an outer nozzle needle which is arranged coaxially thereto being assigned to the injection nozzles, said inner and outer nozzle needles clearing or closing different injection cross sections on the injection nozzles which can be actuated as a function of the pressure, each nozzle needle being assigned in each case one damping piston which are moveable relative to one another and act on at least one fuel-filled space, and it being possible to connect the fuel-filled space to a low-pressure return flow system via an outflow throttle, characterized in that the fuel-filled space forms a damping space (50, 71, 81) for the damping pistons (41, 43), in that a closing space (29) is provided to which a pressure surface (37), acting in the closing direction, of the outer nozzle needle (11) is subjected, in that the closing space (29) can be connected to the low-pressure return flow system (35) via a closing space throttle (31), and in that the outflow throttle (54) has a larger throttle effect than the closing space throttle (31).
2. Fuel injection device according to Claim 1,
   characterized in that the pressure surface (37) which acts in the closing direction is formed between the damping piston (41) for the outer nozzle needle (11) and the nozzle needle (11) and points into a partition line (45) formed between the damping piston (41) and the outer nozzle needle (11).
3. Fuel injection device according to Claim 1 or 2, characterized in that the damping space (50, 71, 81) which is assigned to the outer nozzle needle (11) can be connected to the closing space (29) via a hydraulic connection.
4. Fuel injection device according to Claim 3,
   characterized in that the hydraulic connection is formed by a connection (46) between the outer damping piston (41) assigned to the outer nozzle needle (11) and the inner damping piston (43) assigned to the inner nozzle needle (12), and by the partition line (45) between a nozzle needle end face (47) of the outer damping piston (41) and the end face (37) of the outer nozzle needle (11) which acts in the closing direction.
5. Fuel injection device according to Claim 1,
   characterized in that the inner damping piston (43) which is assigned to the inner nozzle needle (12) has an additional pressure surface (36) acting in the closing direction in the closing space (29).
6. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a common damping space (50) is provided for the two damping pistons (41, 43).
7. Fuel injection device according to Claim 6,
   characterized in that a non-return valve (56) which blocks emptying of the damping space (50) and clears only one filling direction is connected parallel to the outflow throttle (54).
8. Fuel injection device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that a first damping space (71, 81) is provided for the outer damping piston (41) which acts on the outer nozzle needle (11), and a second damping space (71, 82) is provided for the inner damping piston (43) which acts on the inner nozzle needle (12).
9. Fuel injection device according to Claim 8,
   characterized in that the inner damping piston (43) acts via a control piston (70) to which a control space (74) with a rail-pressure-dependent relieving means is assigned.
10. Fuel injection device according to Claim 8,
    characterized in that the second damping space (82) is connected to the low-pressure return line system (35) via a further outflow throttle (85) and via a non-return valve (84) which is connected parallel thereto, the non-return valve (84) blocking the filling direction of the second damping space (82) and being set with its opening pressure at the opening pressure of the inner nozzle needle (11).
11. Fuel injection device according to Claim 8,
    characterized in that the second damping space (82) is connected to the low-pressure return flow system (35) via two non-return valves (84, 86) which are connected in parallel, and in that the two non-return valves (84, 86) block in opposite directions, the non-return valve (84) which blocks the filling having an opening pressure for emptying the second damping space (82) which is significantly higher than the opening pressure of the non-return valve (86) which blocks the emptying and which is set to the opening pressure of the inner nozzle needle (11).
12. Fuel injection device according to Claim 8,
    characterized in that the second damping space (82) is connected to the low-pressure return flow system (35) via a non-return valve (84) which blocks the filling, the opening pressure of the non-return valve (84) being set to the opening pressure of the inner nozzle needle (12), and in that rail pressure can be applied to the second damping space (82) via a further throttle (88).
13. Fuel injection device according to one of the preceding claims, characterized in that a pressure intensifying device (5) is provided with a back space (16) which can be connected to the low-pressure return flow system (35), and in that the damping space (50, 71, 81, 82) is connected to the back space (16).

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