EP1593840A2 - Method and apparatus for shaping the injection pressure of a fuel injector - Google Patents

Method and apparatus for shaping the injection pressure of a fuel injector Download PDF

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EP1593840A2
EP1593840A2 EP05101355A EP05101355A EP1593840A2 EP 1593840 A2 EP1593840 A2 EP 1593840A2 EP 05101355 A EP05101355 A EP 05101355A EP 05101355 A EP05101355 A EP 05101355A EP 1593840 A2 EP1593840 A2 EP 1593840A2
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
injection
fuel
switching valve
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Withdrawn
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EP05101355A
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Inventor
Hans-Christoph Magel
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1593840A2 publication Critical patent/EP1593840A2/en
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    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Definitions

  • DE 101 23 910.6 relates to a fuel injection device. This is at a Internal combustion engine used.
  • the combustion chambers of the internal combustion engine are supplied with fuel via fuel injectors.
  • the fuel injectors are acted upon by a high pressure source, further comprising the fuel injector a pressure booster having a movable pressure booster piston.
  • the fuel pressure in the high-pressure chamber can be by filling a back space (differential pressure space) of the pressure booster with fuel or by emptying the back space (differential pressure chamber) of the pressure booster of Fuel vary.
  • the fuel injector comprises a movable closing piston for Opening or closing of injection openings.
  • the closing piston protrudes into a closing pressure chamber into, so that the closing piston can be acted upon by fuel pressure. Thereby a force acting on the closing piston in the closing direction is generated.
  • a closing pressure chamber into, so that the closing piston can be acted upon by fuel pressure.
  • a force acting on the closing piston in the closing direction is generated.
  • the Closing pressure room and another room are shared by a working room formed, with all parts of the working space permanently for the exchange of Fuel are interconnected.
  • a storage injection system with Variodüse and pressure booster known.
  • a high-pressure fuel source is a fuel injector fueled.
  • a pressure amplifier is arranged between an injection valve and the high-pressure fuel source.
  • the pressure booster has a booster piston, which a connectable to the high-pressure fuel source pressure chamber of a Nozzle space of the fuel injector acting high pressure chamber separates.
  • the fuel injector comprises a nozzle needle, with which a combustion chamber zu lade Injection openings are releasable or closable.
  • the nozzle needle comprises a first nozzle needle part and a further, second nozzle needle part, both of which are pressure-dependent controlled, release different injection cross sections at an injection nozzle or close.
  • the two nozzle needle parts of the nozzle needle are guided into each other, and have a hydraulic actuation enabling surface.
  • the first nozzle needle part a pressure shoulder, which over the entering in a nozzle chamber, operated under high pressure fuel.
  • the second nozzle needle part comprises a pressure shoulder, which arranged at the combustion chamber end of the second nozzle needle part is.
  • the opening pressure level the inner needle part of the multipart injection valve member can to be set to a constant, high level when spring assisted to open to prevent in the partial load range of the internal combustion engine.
  • the Switching valve which may be configured for example as a servo valve, is after the proposed driving method temporarily in a partial opening state. This can be achieved that in a critical pressure range in the high-pressure reservoir (common rail) the injection pressure at the needle parts of a multi-part design Injection valve member can be reduced and in particular an unwanted opening the second, inner needle part of the multipart injection valve member can be safely prevented.
  • the fuel injector actuated switching valve before at the multi-part injection valve member of the maximum injection pressure is reached, again disabled for a short period of time.
  • the deactivation of the Fuel injector actuated switching valve can also be done several times in succession. During deactivation of the fuel injector actuated switching valve closes this is not complete, but only performs a partial closing movement, so that a Complete closing of the multipart injection valve member is omitted.
  • the simple energization of the switching valve can certainly also phases of different high Anstellströme or different high driving voltages include.
  • phases of different high Anstellströme or different high driving voltages include.
  • connection time i. the opening time of the second, inside Needle part of the multipart injection valve, known exactly and due to determined Maps allow the correct injection amount of fuel into the combustion chamber determine the self-igniting internal combustion engine.
  • the fuel injectors operated by the proposed driving method are advantageously designed such that they have a pronounced pressure maximum on Have the beginning of the main injection phase. This allows a particularly good influenceability the maximum occurring injection pressure by a multiple control of a Servo valve of a fuel injector actuated example formable as a solenoid valve Control valve and thereby early connection of the second, inner needle part a multi-part injection valve member.
  • the inventive proposed driving method as Switching valve used a servo valve as this is a nearly linear opening and Has closing movement of the servo valve piston.
  • the opening and Closing speed of a valve piston in a control valve designed as a servo valve ideally adapt to the requirements.
  • the trained as a servo valve Control valve actuated control valve always passes through the multiple energization complete stroke range, which ensures that the control valve is always outside the tolerance sensitive ballistic area, i. operated between his attacks becomes.
  • Influencing the injection / pressure curve by multiple activation of the on-off valve such as a servo valve actuating control valve can also at a Fuel injector are used, which is a one-piece injection valve member has to the injection pressure curve in an optimal manner to different operating conditions to adapt to the internal combustion engine. This allows the respective injection pressure curve the internal combustion engine to adapt to map requirements, without that modifications to the on the internal combustion engine design-related respectively used Basic designs of fuel injectors would be required.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of one according to the invention suggested driving method controllable fuel injector to take.
  • a pressure accumulator 1 (common rail) is connected to a high pressure line 2 and a Fuel injector 3 connected.
  • the fuel injector 3 comprises an injector body 4, the is designed in several parts for easier assembly of the individual components.
  • a pressure booster 5 is accommodated.
  • the pressure amplifier 5 comprises a first Booster piston part 6 and a second booster piston part 10.
  • About the first pressure booster piston part 6 are a working space 8 and a differential pressure chamber 9 (rear space) of the booster 5 separated from each other.
  • a Return spring 7 was added.
  • the working space 8 of the pressure booster 5 is over the High pressure line 2 loaded with high pressure fuel.
  • the pressure level, with which the working space 8 of the booster 5 is applied, depends from the pressure level which prevails in pressure accumulator 1 (common rail) (system pressure).
  • the second pressure booster piston part 10 acts with its end face 12 a Compression space 11 of the pressure booster 5.
  • a control line 13 From the differential pressure chamber 9 (back space) of the Pressure booster 5 extends a control line 13 to a rear space 14, which a multi-part trained injection valve member acted upon.
  • a first throttle point 15 In the control line 13 is a first throttle point 15 is provided.
  • a first spring element 16 and a second spring element 17 In the rear space 14 for acting on the multipart Injection valve member are a first spring element 16 and a second spring element 17 recorded.
  • the first spring element 16 acts on a first, outer Needle 21 of the multi-part injection valve member, while the second Spring element 17 has a second, inner needle part 22 of the multi-part design Injection valve member acted upon.
  • a nozzle chamber 23 is formed.
  • the outer, first needle part 21 of the multipart injection valve member comprises a pressure stage 24 which lies within the nozzle chamber 23.
  • a pressure stage 25th is located at the second, inside Needle part 22 of the multipart injection valve member on combustion chamber-side end of a pressure stage 25th
  • first injection openings 26 are released or closed, while through the inner, second needle part 22 of the multi-part trained injection valve member second injection openings 27 either released or closed.
  • first injection openings 26 is provided with a first Injection rate in a not shown in Figure 1 combustion chamber of the internal combustion engine injected, while additionally by the inner, second needle part 22 released second injection openings 27 with a larger injection rate in the Combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine can be injected.
  • a nozzle chamber inlet 28 extends to the nozzle chamber 23.
  • the compressed in the compression chamber 11 fuel is on the Nozzle space inlet 28 is introduced into the nozzle chamber 23 and generates there at the pressure stage 24 of the outer, first needle member 21 acts on this in the opening direction hydraulic power.
  • the switching valve 29, which is preferably designed as a servo valve, includes next the first hydraulic chamber 30, a second hydraulic chamber 31. These are connected via a recess 40 in a valve piston 32 with each other.
  • a valve piston 32 In the valve piston 32 is a second throttle point 33 below an end face 34 of the valve piston 32nd educated.
  • the valve piston 32 is acted upon at the end face 34 via a pressure chamber 35. From pressure chamber 35 extends from a line in which a third throttle point 36 is integrated, to a preferably designed as a solenoid valve control valve 37th
  • the control valve 37 connects the pressure chamber 35 of the switching valve 29 with a low-pressure side Return 38.
  • the preferred designed as a solenoid valve control valve 37th comprises a valve piston actuated by an electromagnet, with which a valve seat 39 of the control valve 37 can be closed or completely opened.
  • the preferably designed as a servo valve switch valve 29 comprises at its end face 35 opposite end of a flat seat, with which a low-pressure chamber closed is connected to a low-pressure side return 41.
  • the differential pressure chamber 9 (backspace) of the pressure booster 5 via the switching valve 29 with the same pressure level (system pressure) as the working space 8 of the booster 5 is applied.
  • the connection via the return line 41 to the low-pressure region is closed. Therefore the pressure amplifier 5 is pressure balanced and there is no pressure gain instead; the two nozzle needle parts 21, 22 of the multipart injection valve member are located in the deactivated state of the booster 5 in the closed state.
  • the differential pressure chamber 9 (back space) of the Pressure booster 5 pressure relieved.
  • the differential pressure chamber 9 (Backspace) of the booster 5 via the switching valve 29 from the pressure source, i. the Accumulator 1 (common rail), decoupled and the differential pressure chamber 9 is on the Relief line in the low pressure range pressure relieved.
  • This increases the Pressure in the compression chamber 11 of the booster 5, which corresponds to the transmission ratio the booster 5 takes place.
  • about the nozzle chamber inlet 28 is this increased pressure to the injection nozzle, i. forwarded into the nozzle chamber 23.
  • the rear space 14 of the multipart injection valve member is also depressurized.
  • the pressure build-up takes place within a pressure chamber 42, which through the pressure stage 25, the nozzle body and the end face of the first, outer needle part 21 is limited.
  • inner needle part 22nd Within a critical system pressure range in the pressure accumulator 1 can be a multiple control the switching valve 29 done.
  • control start of the main injection phase which is a pre-injection of under high Pressurized fuel into the combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine can be upstream, and before reaching the maximum injection pressure level on combustion chamber side end of the multipart injection valve, the control valve 37 disabled for a short drive break 52.
  • the drive pause 52 which is shown in FIG is, can also in multiple succession to the first control phase 51 of the control valve 37 connect.
  • the drive pause 52 is followed by a second drive phase 52.
  • the Start of the control takes place with respect to the first drive phase 51 to a first Activation time 54 and with respect to the second drive phase 53 at a second drive time 55, as the illustration in Figure 2 can be seen.
  • valve piston 32 performs a partial closing movement 61.
  • the stroke of the Switching valves is indicated by reference numeral 60.
  • the partial closing movement 61 is so measured that there is no significant pressure reduction and therefore no complete Closing a multipart injection valve 21, 22 comes.
  • the valve piston 32 of the switching valve 29 dwells in an intermediate position 62, which is shown in Figure 3. This intermediate position 62 takes the valve piston 32 of the control valve 29 during the Driving pause 52 on.
  • the tolerance range of the opening pressure P ⁇ , NZ of the opening of the second, inner needle part 22 of the multi-part design Injector valve member determined is indicated in Figure 4 by reference numeral 71.
  • the course of the nozzle pressure 70 can be represented by a plateau 72, in dashed lines Lines a pressure increase 73 is superimposed.
  • a Single energization i. a single control of the switching valve can certainly Have phases of different high drive currents or drive voltages.
  • Solenoid valves formed switching valves is typically, for example, a first short starting current phase with higher current level and another, subsequent thereto Holding current phase used with low current level.
  • a Zuschaltzeittician 93 in which the second, inner needle part 22 of the multi-part trained injection valve member opens, is thus known exactly, so that under consideration of corresponding, the injection quantity considering maps the correct injection amount of fuel results.
  • the pressure curve 70 in an injection is in Figure 5 in dashed line through a pressure increase 73 indicated.
  • the thereby adjusting opening of the second, inside Needle part 22 of the multi-part injection valve member is in Figure 6 indicated by dashed lines.
  • the sketched driving method of a multiple control of the control valve 37 for actuation the switching valve 27 can be used particularly advantageously on fuel injectors 3, their basic design by a pronounced maximum pressure at the beginning of the injection is marked. Because of this, there is a good influenceability of the Maximum pressure due to multiple activation and an early activation time 93 of the second, inner needle part 22. Has the second, inner needle part 22 its Opening movement started, the second, inner needle part 22 sets the opening movement by the additional pressure force generated by a pressure stage 25 on the combustion chamber side End of the second, inner needle member 22, even if the nozzle pressure 70 drops again below the opening pressure.

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Abstract

The method for the forming of the injection process of a fuel injector (3) which is controlled by a switching valve (29) operated by a control valve (37) and which has a pressure intensifier to increase the pressure level of fuel to be injected in a combustion chamber, entails operating once or repeatedly the control valve piloting the switching valve during the main injection phase of fuel into the combustion chamber. At least one operating pause is interposed between a first operating phase and further operating phase of the control valve.

Description

Technisches GebietTechnical area

Zur Versorgung von Brennräumen selbstzündender Verbrennungskraftmaschinen können sowohl druckgesteuerte als auch hubgesteuerte Einspritzsysteme eingesetzt werden. Als Kraftstoffeinspritzsysteme kommen neben Pumpe-Düse-Einheiten, Pumpe-Leitung-Düse-Einheiten auch Speichereinspritzsysteme (common rail) zum Einsatz. Speichereinspritzsysteme zum Beispiel ermöglichen in vorteilhafter Weise, den Einspritzdruck an Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Zur Erzielung hoher spezifischer Leistungen und zur Reduktion der Emissionen ist generell ein möglichst hoher Einspritzdruck erforderlich.To supply combustion chambers of self-igniting internal combustion engines Both pressure-controlled and stroke-controlled injection systems are used. When Fuel injection systems come next to pump-nozzle units, pump-line-nozzle units also storage injection systems (common rail) are used. accumulator injection For example, advantageously allow the injection pressure to load and Adjust the speed of the internal combustion engine. To achieve high specific Achievement and reduction of emissions is generally the highest possible injection pressure required.

Stand der TechnikState of the art

DE 101 23 910.6 bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Diese wird an einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine werden über Kraftstoffinjektoren mit Kraftstoff versorgt. Die Kraftstoffinjektoren werden über eine Hochdruckquelle beaufschlagt, ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzeinrichtung einen Druckverstärker, der einen beweglichen Druckverstärkerkolben aufweist. Dieser trennt einen an die Hochdruckquelle anschließbaren Raum von einem mit dem Kraftstoffinjektor verbundenen Hochdruckraum. Der Kraftstoffdruck im Hochdruckraum lässt sich durch Befüllen eines Rückraumes (Differenzdruckraum) des Druckverstärkers mit Kraftstoff bzw. durch Entleeren des Rückraumes (Differenzdruckraum) des Druckverstärkers von Kraftstoff variieren. Der Kraftstoffinjektor umfasst einen beweglichen Schließkolben zum Öffnen bzw. Schließen von Einspritzöffnungen. Der Schließkolben ragt in einen Schließdruckraum hinein, so dass der Schließkolben mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist. Dadurch wird eine den Schließkolben in Schließrichtung beaufschlagende Kraft erzeugt. Der Schließdruckraum und ein weiterer Raum werden durch einen gemeinsamen Arbeitsraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Arbeitsraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind.DE 101 23 910.6 relates to a fuel injection device. This is at a Internal combustion engine used. The combustion chambers of the internal combustion engine are supplied with fuel via fuel injectors. The fuel injectors are acted upon by a high pressure source, further comprising the fuel injector a pressure booster having a movable pressure booster piston. This separates a connectable to the high pressure source space of one with the fuel injector connected high pressure room. The fuel pressure in the high-pressure chamber can be by filling a back space (differential pressure space) of the pressure booster with fuel or by emptying the back space (differential pressure chamber) of the pressure booster of Fuel vary. The fuel injector comprises a movable closing piston for Opening or closing of injection openings. The closing piston protrudes into a closing pressure chamber into, so that the closing piston can be acted upon by fuel pressure. Thereby a force acting on the closing piston in the closing direction is generated. Of the Closing pressure room and another room are shared by a working room formed, with all parts of the working space permanently for the exchange of Fuel are interconnected.

Mit dieser Lösung kann durch Ansteuerung des Druckverstärkers über den Rückraum erreicht werden, dass die Ansteuerverluste im Kraftstoffhochdrucksystem im Vergleich zu einer Ansteuerung über einen zeitweise mit der Kraftstoffhochdruckquelle verbundenen Arbeitsraum deutlich kleiner gehalten werden können. Ferner wird der Hochdruckraum nur bis auf das Druckniveau des Hochdruckspeicherraumes entlastet und nicht bis auf Leckagedruckniveau. Dies verbessert einerseits den hydraulischen Wirkungsgrad, andererseits kann ein schnellerer Druckaufbau bis auf das Spitzendruckniveau erfolgen, so dass die zwischen den Einspritzphasen liegenden zeitlichen Abstände verkürzt werden können. Gemäß der aus DE 101 23 93913 bekannten Lösung wird die Steuerung des Druckverstärkers und der Einspritzdüse über nur ein Ventil dargestellt, so dass ein kostengünstiger Kraftstoffinjektor mit nur geringen Bauraumanforderungen verwirklicht werden kann. Dieser Kraftstoffinjektor erlaubt einen sehr hohen maximalen Einspritzdruck und zeichnet sich durch einen variablen hydraulischen Düsenöffnungsdruck aus, so dass auch bei kleinen Einspritzmengen ein hoher Einspritzdruck erreicht werden kann und das Nadelschließen erheblich verbessert wird.With this solution can be achieved by controlling the pressure booster across the rear space be that the drive losses in the high-pressure fuel system compared to a control via a temporarily connected to the high-pressure fuel source Working space can be kept significantly smaller. Further, the high-pressure room is only relieved to the pressure level of the high pressure accumulator and not up to leakage pressure level. This improves on the one hand the hydraulic efficiency, on the other hand can a faster pressure build up to the peak pressure level, so that the between the injection phases lying temporal distances can be shortened. According to the DE 101 23 93913 known solution, the control of the pressure booster and the injection nozzle represented by just one valve, allowing a cost-effective fuel injector with only small space requirements can be realized. This fuel injector allows a very high maximum injection pressure and is characterized by a variable Hydraulic nozzle opening pressure, so that even with small injection quantities a high Injection pressure can be achieved and the needle closing is significantly improved.

Aus DE 102 29 417 A1 ist ein Speichereinspritzsystem mit Variodüse und Druckübersetzungseinrichtung bekannt. Über eine Kraftstoffhochdruckquelle wird ein Kraftstoffinjektor mit Kraftstoff versorgt. Zwischen einem Einspritzventil und der Kraftstoffhochdruckquelle ist ein Druckverstärker angeordnet. Der Druckverstärker weist einen Übersetzerkolben auf, welcher einen an die Kraftstoffhochdruckquelle anschließbaren Druckraum von einem einen Düsenraum des Kraftstoffinjektors beaufschlagenden Hochdruckraum trennt. Das Einspritzventil des Kraftstoffinjektors umfasst eine Düsennadel, mit welcher einem Brennraum zuweisende Einspritzöffnungen freigebbar oder verschließbar sind. Die Düsennadel umfasst ein erstes Düsennadelteil und einen weiteren, zweiten Düsennadelteil, die beide druckabhängig angesteuert, verschiedene Einspritzquerschnitte an einer Einspritzdüse freigeben bzw. verschließen. Die beiden Düsennadelteile der Düsennadel sind ineinander geführt, und weisen eine hydraulische Betätigung ermöglichende Fläche auf. Dazu weist das erste Düsennadelteil eine Druckschulter auf, welche über den in einem Düsenraum eintretenden, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff betätigbar ist. Das zweite Düsennadelteil umfasst eine Druckschulter, welche am brennraumseitigen Ende des zweiten Düsennadelteiles angeordnet ist.From DE 102 29 417 A1 is a storage injection system with Variodüse and pressure booster known. About a high-pressure fuel source is a fuel injector fueled. Between an injection valve and the high-pressure fuel source a pressure amplifier is arranged. The pressure booster has a booster piston, which a connectable to the high-pressure fuel source pressure chamber of a Nozzle space of the fuel injector acting high pressure chamber separates. The injection valve The fuel injector comprises a nozzle needle, with which a combustion chamber zuweisende Injection openings are releasable or closable. The nozzle needle comprises a first nozzle needle part and a further, second nozzle needle part, both of which are pressure-dependent controlled, release different injection cross sections at an injection nozzle or close. The two nozzle needle parts of the nozzle needle are guided into each other, and have a hydraulic actuation enabling surface. For this purpose, the first nozzle needle part a pressure shoulder, which over the entering in a nozzle chamber, operated under high pressure fuel. The second nozzle needle part comprises a pressure shoulder, which arranged at the combustion chamber end of the second nozzle needle part is.

Durch die aus DE 102 29 417 A1 bekannte Lösung kann die Einspritzung noch besser an die Bedürfnisse der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden. Das Öffnungsdruckniveau des innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes kann bei Federunterstützung auf ein konstantes, hohes Niveau eingestellt werden, um ein Öffnen im Teillastbereich der Verbrennungskraftmaschine zu verhindern.By the known from DE 102 29 417 A1 solution, the injection can even better the needs of the internal combustion engine are adjusted. The opening pressure level the inner needle part of the multipart injection valve member can to be set to a constant, high level when spring assisted to open to prevent in the partial load range of the internal combustion engine.

Es hat sich erwiesen, dass die Einstellung des Öffnungsdruckes des innenliegenden, zweiten Düsennadelteiles eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes sehr toleranzempfindlich ist. Ein unkontrolliertes Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes führt zu einem Mengensprung in der Einspritzmenge. Fertigungsbedingte auftretende Exemplarstreuungen hinsichtlich der herstellbaren Toleranzen schlagen demzufolge besonders negativ hinsichtlich der in den Verbrennungsraum einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingetragenen Kraftstoff durch.It has been proven that the adjustment of the opening pressure of the inner, second Nozzle needle part of a multipart injection valve member is very sensitive to tolerances. One uncontrolled opening of the second, inner needle part of a multi-part design Injection valve member leads to a jump in quantity in the injection quantity. production-related occurring specimen discrepancies in terms of manufacturable tolerances beat Consequently, particularly negative in terms of in the combustion chamber of a self-igniting Internal combustion engine registered fuel by.

Hinsichtlich der in einem Hochdruckspeicherraum (common rail) eines Kraftstoffeinspritzsystems auftretenden Druckschwankungen ist daher der Öffnungsdruck des innenliegenden, zweiten Nadelteiles eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes sehr problematisch. In Bezug auf den Öffnungsdruck des zweiten, innenliegenden Nadelteiles eines mehrteiligen Einspritzventilgliedes ergibt sich ein im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auftretender kritischer Druckbereich, innerhalb dessen aufgrund vorhandener Exemplarsteuerungen der Kraftstoffinjektoren und Ungenauigkeiten bei der Druckerfassung im Hochdruckspeicherraum (common rail) ein undefiniertes Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes auftreten kann, was zu einer undefinierten Einspritzmenge in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine führen kann.With regard to in a high-pressure reservoir (common rail) of a fuel injection system occurring pressure fluctuations is therefore the opening pressure of the inner, second needle part of a multi-part injection valve member very problematic. In relation on the opening pressure of the second, inner needle part of a multipart injection valve member results in a occurring during operation of the internal combustion engine critical pressure range, within which due to existing copy controls the Fuel injectors and inaccuracies in the pressure detection in the high-pressure reservoir (common rail) an undefined opening of the second, inner needle part of multi-part injection valve member may occur, resulting in an undefined Injection amount can lead into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Angesichts des vorstehend skizzierten technischen Problems wird zu dessen Lösung ein Ansteuerverfahren zur Beeinflussung des Einspritzdruckes von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine durch eine Mehrfachansteuerung eines den Kraftstoffinjektor betätigenden Schaltventiles während der Haupteinspritzphase vorgeschlagen. Das Schaltventil, welches beispielsweise als ein Servoventil ausgestaltet sein kann, wird nach dem vorgeschlagenen Ansteuerverfahren zeitweise in einen Teilöffnungszustand versetzt. Dadurch kann erreicht werden, dass in einem kritischen Druckbereich im Hochdruckspeicherraum (common rail) der Einspritzdruck an den Nadelteilen eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes verringert werden kann und insbesondere ein ungewolltes Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes sicher verhindert werden kann. In view of the above-outlined technical problem is to solve it Control method for influencing the injection pressure of fuel into the combustion chamber an internal combustion engine by a multiple control of the fuel injector actuating switching valve during the main injection phase proposed. The Switching valve, which may be configured for example as a servo valve, is after the proposed driving method temporarily in a partial opening state. This can be achieved that in a critical pressure range in the high-pressure reservoir (common rail) the injection pressure at the needle parts of a multi-part design Injection valve member can be reduced and in particular an unwanted opening the second, inner needle part of the multipart injection valve member can be safely prevented.

Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerverfahren folgend, wird nach dem Ansteuerbeginn der Haupteinspritzphase, der eine Voreinspritzphase zur Konditionierung des Brennraumes vorgeschaltet sein kann, das den Kraftstoffinjektor betätigende Schaltventil, bevor an dem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied der maximale Einspritzdruck erreicht ist, wieder für eine kurze Zeitspanne deaktiviert. Die Deaktivierung des den Kraftstoffinjektor betätigenden Schaltventiles kann auch mehrfach hintereinander erfolgen. Während der Deaktivierung des den Kraftstoffinjektor betätigenden Schaltventiles, schließt dieses nicht vollständig, sondern führt lediglich eine Teilschließbewegung aus, so dass ein vollständiges Schließen des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes unterbleibt.Following the driving method proposed according to the invention, after the start of control the main injection phase, which is a pre - injection phase for conditioning the Brennraumes may be upstream, the fuel injector actuated switching valve, before at the multi-part injection valve member of the maximum injection pressure is reached, again disabled for a short period of time. The deactivation of the Fuel injector actuated switching valve can also be done several times in succession. During deactivation of the fuel injector actuated switching valve closes this is not complete, but only performs a partial closing movement, so that a Complete closing of the multipart injection valve member is omitted.

Dadurch lässt sich erreichen, dass sich am brennraumseitigen Ende des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes während der Haupteinspritzphase der sich dort einstellende maximal erreichbare Einspritzdruck abgesenkt werden kann. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich in einem toleranzkritischen Druckbereich in Bezug auf den Hochdruckspeicherraum (common rail) ein Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes sicher vermeiden lässt. Ist schließlich ein Druckbereich in Bezug auf den Hochdruckspeicherraum (common rail) erreicht, bei dem ein Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes für alle an der Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Kraftstoffinjektoren erreicht ist - unter Berücksichtigung der vorhandenen Exemplarsteuerungen - wird auf eine EinfachBestromung umgestellt. Im Rahmen der Einfachbestromung wird eine einmalige Ansteuerung des Schaltventiles vorgenommen. Die Einfachbestromung des Schaltventils kann durchaus auch Phasen unterschiedlich hoher Anstellströme bzw. unterschiedlich hoher Ansteuerspannungen umfassen. So wird z.B. bei Magnetventilen eine erste kurze Anzugstromphase mit einem höheren Strom und weitere Haltestromphase mit niedrigerem Stromniveau verwendet.This makes it possible to achieve that at the combustion chamber end of the multi-part design Injection valve member during the main injection phase of there adjusting maximum achievable injection pressure can be lowered. This, in turn, that in a tolerance critical pressure range with respect to the high-pressure reservoir (common rail) opening the second, inner needle part of the multi-part design Can safely avoid injection valve member. Is finally a print area in With respect to the high-pressure storage space (common rail) achieved in which an opening of the second, inner needle part of the multipart injection valve member for all fuel injectors used on the internal combustion engine is reached - under Consideration of the existing copy controls - becomes a simple power changed. In the context of the single current supply is a one-time control the switching valve made. The simple energization of the switching valve can certainly also phases of different high Anstellströme or different high driving voltages include. For example, For solenoid valves, a first short tightening phase with a higher current and further holding current phase with lower current level used.

Dadurch ist der Zuschaltzeitpunkt, d.h. der Öffnungszeitpunkt des zweiten, innenliegenden Nadelteiles des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventiles, exakt bekannt und aufgrund ermittelter Kennfelder lässt sich die korrekte Einspritzmenge von Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine ermitteln.Thereby the connection time, i. the opening time of the second, inside Needle part of the multipart injection valve, known exactly and due to determined Maps allow the correct injection amount of fuel into the combustion chamber determine the self-igniting internal combustion engine.

Die mittels des vorgeschlagenen Ansteuerungsverfahrens betätigten Kraftstoffinjektoren sind in vorteilhafter Weise derart ausgelegt, dass diese ein ausgeprägtes Druckmaximum am Beginn der Haupteinspritzphase aufweisen. Dies erlaubt eine besonders gute Beeinflussbarkeit des maximal auftretenden Einspritzdruckes durch eine Mehrfachansteuerung des ein Servoventil eines Kraftstoffinjektors betätigenden beispielsweise als Magnetventil ausbildbaren Steuerventils und dadurch ein frühes Zuschalten des zweiten, innenliegenden Nadelteiles eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes.The fuel injectors operated by the proposed driving method are advantageously designed such that they have a pronounced pressure maximum on Have the beginning of the main injection phase. This allows a particularly good influenceability the maximum occurring injection pressure by a multiple control of a Servo valve of a fuel injector actuated example formable as a solenoid valve Control valve and thereby early connection of the second, inner needle part a multi-part injection valve member.

In vorteilhafter Weise wird beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerverfahren als Schaltventil ein Servoventil eingesetzt, da dieses ein nahezu linear verlaufende Öffnungs-und Schließbewegung des Servoventilkolbens aufweist. Zudem lässt sich die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit eines Ventilkolbens in einem als Servoventil ausgebildeten Schaltventils in idealer Weise den Erfordernissen anpassen. Das das als Servoventil ausgebildete Schaltventil betätigende Steuerventil durchläuft bei dessen Mehrfachbestromung immer den kompletten Hubbereich, wodurch sichergestellt ist, dass das Steuerventil stets außerhalb des toleranzempfindlichen, ballistischen Bereiches, d.h. zwischen seinen Anschlägen betrieben wird.Advantageously, in the inventive proposed driving method as Switching valve used a servo valve, as this is a nearly linear opening and Has closing movement of the servo valve piston. In addition, the opening and Closing speed of a valve piston in a control valve designed as a servo valve ideally adapt to the requirements. The trained as a servo valve Control valve actuated control valve always passes through the multiple energization complete stroke range, which ensures that the control valve is always outside the tolerance sensitive ballistic area, i. operated between his attacks becomes.

Die Beeinflussung des Einspritz-/Druckverlaufes durch Mehrfachansteuerung des Einschaltventils wie beispielsweise eines Servoventils betätigenden Steuerventils kann auch bei einem Kraftstoffinjektor eingesetzt werden, welcher ein einteilig ausgebildetes Einspritzventilglied aufweist, um den Einspritzdruckverlauf in optimaler Weise auf unterschiedliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Damit lässt sich der jeweilige Einspritzdruckverlauf der Verbrennungskraftmaschine an Kennfeldanforderungen anpassen, ohne dass Modifikationen an den an der Verbrennungskraftmaschine bauartbedingt jeweils eingesetzten Grundauslegungen der Kraftstoffinjektoren erforderlich wären.Influencing the injection / pressure curve by multiple activation of the on-off valve such as a servo valve actuating control valve can also at a Fuel injector are used, which is a one-piece injection valve member has to the injection pressure curve in an optimal manner to different operating conditions to adapt to the internal combustion engine. This allows the respective injection pressure curve the internal combustion engine to adapt to map requirements, without that modifications to the on the internal combustion engine design-related respectively used Basic designs of fuel injectors would be required.

Zeichnungendrawings

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawings, the invention will be described in more detail below.

Es zeigt:

Figur 1
ein hydraulisches Schaltschema eines Kraftstoffinjektors mit Druckverstärker, der mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren betreibbar ist,
Figur 2
den Hubverlauf eines Einschaltventil betätigenden Steuerventils, aufgetragen über die Zeit,
Figur 3
den Hubverlauf eines Ventilkolbens des Schaltventiles, aufgetragen über die Zeit,
Figur 4
den Druckverlauf an einem mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied,
Figur 5
den Hubweg eines ersten, äußeren Nadelteiles eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes und
Figur 6
den Hubverlauf eines zweiten, innenliegenden Nadelteiles eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes.
It shows:
FIG. 1
1 is a hydraulic circuit diagram of a fuel injector with pressure booster which is operable with the method proposed according to the invention;
FIG. 2
the stroke profile of a switch valve actuating control valve, plotted over time,
FIG. 3
the stroke profile of a valve piston of the switching valve, plotted over time,
FIG. 4
the pressure curve at a multipart injection valve member,
FIG. 5
the stroke of a first, outer needle part of a multi-part injection valve member and
FIG. 6
the stroke course of a second, inner needle part of a multipart injection valve member.

Ausführungsvariantenvariants

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein hydraulisches Schaltschema eines mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerverfahren ansteuerbaren Kraftstoffinjektors zu entnehmen. Ein Druckspeicher 1 (common rail) ist mit einer Hochdruckleitung 2 und einem Kraftstoffinjektor 3 verbunden. Der Kraftstoffinjektor 3 umfasst einen Injektorkörper 4, der zur leichteren Montage der einzelnen Komponenten mehrteilig ausgebildet ist. Im Injektorkörper 4 ist ein Druckverstärker 5 aufgenommen. Der Druckverstärker 5 umfasst einen ersten Druckverstärker-Kolbenteil 6 sowie einen zweiten Druckverstärker-Kolbenteil 10. Über den ersten Druckverstärker-Kolbenteil 6 sind ein Arbeitsraum 8 und ein Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 voneinander getrennt. Im Arbeitsraum 8 ist eine Rückstellfeder 7 aufgenommen. Der Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 wird über die Hochdruckleitung 2 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Das Druckniveau, mit welchem der Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 beaufschlagt wird, hängt von dem Druckniveau ab, welches im Druckspeicher 1 (common rail) herrscht (Systemdruck).The illustration according to FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of one according to the invention suggested driving method controllable fuel injector to take. A pressure accumulator 1 (common rail) is connected to a high pressure line 2 and a Fuel injector 3 connected. The fuel injector 3 comprises an injector body 4, the is designed in several parts for easier assembly of the individual components. In the injector body 4, a pressure booster 5 is accommodated. The pressure amplifier 5 comprises a first Booster piston part 6 and a second booster piston part 10. About the first pressure booster piston part 6 are a working space 8 and a differential pressure chamber 9 (rear space) of the booster 5 separated from each other. In the working space 8 is a Return spring 7 was added. The working space 8 of the pressure booster 5 is over the High pressure line 2 loaded with high pressure fuel. The pressure level, with which the working space 8 of the booster 5 is applied, depends from the pressure level which prevails in pressure accumulator 1 (common rail) (system pressure).

Der zweite Druckverstärker-Kolbenteil 10 beaufschlagt mit seiner Stirnfläche 12 einen Kompressionsraum 11 des Druckverstärkers 5. Vom Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 verläuft eine Steuerleitung 13 zu einem Rückraum 14, welcher ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied beaufschlagt. In der Steuerleitung 13 ist eine erste Drosselstelle 15 vorgesehen. Im Rückraum 14 zur Beaufschlagung des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes sind ein erstes Federelement 16 und ein zweites Federelement 17 aufgenommen. Das erste Federelement 16 beaufschlagt einen ersten, außenliegenden Nadelteil 21 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes, während das zweite Federelement 17 einen zweiten, innenliegenden Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes beaufschlagt. Im Rückraum 14 zur Beaufschlagung des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes befindet sich ein ringförmig ausgebildeter Anschlag 19 sowie ein Zapfen 18, an welche eine in den Rückraum 14 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes hineinragende Stirnfläche des zweiten, innenliegenden Nadelteils 22 anschlägt. Zwischen dem Rückraum 14 zur Beaufschlagung des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes und dem Kompressionsraum 11 des Druckverstärkers 5 ist ein Rückschlagventil 20 integriert, welches zur Wiederbefüllung des Kompressionsraumes 11 des Druckverstärkers 5 dient.The second pressure booster piston part 10 acts with its end face 12 a Compression space 11 of the pressure booster 5. From the differential pressure chamber 9 (back space) of the Pressure booster 5 extends a control line 13 to a rear space 14, which a multi-part trained injection valve member acted upon. In the control line 13 is a first throttle point 15 is provided. In the rear space 14 for acting on the multipart Injection valve member are a first spring element 16 and a second spring element 17 recorded. The first spring element 16 acts on a first, outer Needle 21 of the multi-part injection valve member, while the second Spring element 17 has a second, inner needle part 22 of the multi-part design Injection valve member acted upon. In the rear space 14 for acting on the multipart formed injection valve member is a ring-shaped stop 19th and a pin 18, to which a in the rear space 14 of the multipart injection valve member projecting end face of the second, inner needle part 22 abuts. Between the rear space 14 for acting on the multi-part injection valve member and the compression space 11 of the booster 5 is a check valve 20 integrated, which for refilling the compression chamber 11 of the Pressure booster 5 is used.

Im vorzugsweise mehrteilig ausgebildeten Injektorkörper 4 ist ein Düsenraum 23 ausgebildet. Das äußere, erste Nadelteil 21 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes umfasst eine Druckstufe 24, welche innerhalb des Düsenraumes 23 liegt. Am zweiten, innenliegenden Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes befindet sich am brennraumseitigen Ende eine Druckstufe 25.In a preferably multi-part injector body 4, a nozzle chamber 23 is formed. The outer, first needle part 21 of the multipart injection valve member comprises a pressure stage 24 which lies within the nozzle chamber 23. At the second, inside Needle part 22 of the multipart injection valve member is located on combustion chamber-side end of a pressure stage 25th

Durch das erste, außenliegende Nadelteil 21 werden erste Einspritzöffnungen 26 freigegeben bzw. verschlossen, während durch das innenliegende, zweite Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes zweite Einspritzöffnungen 27 entweder freigegeben oder verschlossen werden. Durch die ersten Einspritzöffnungen 26 wird mit einer ersten Einspritzrate in einen in Figur 1 nicht näher dargestellten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt, während bei zusätzlich durch das innenliegende, zweite Nadelteil 22 freigegebenen zweiten Einspritzöffnungen 27 mit einer größeren Einspritzrate in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Vom Kompressionsraum 11 des Druckverstärkers 5 erstreckt sich ein Düsenraumzulauf 28 zum Düsenraum 23. Der im Kompressionsraum 11 verdichtete Kraftstoff wird über den Düsenraumzulauf 28 in den Düsenraum 23 eingeleitet und erzeugt dort an der Druckstufe 24 des außenliegenden, ersten Nadelteiles 21 eine dieses in Öffnungsrichtung beaufschlagende hydraulische Kraft.By the first, outer needle part 21 first injection openings 26 are released or closed, while through the inner, second needle part 22 of the multi-part trained injection valve member second injection openings 27 either released or closed. Through the first injection openings 26 is provided with a first Injection rate in a not shown in Figure 1 combustion chamber of the internal combustion engine injected, while additionally by the inner, second needle part 22 released second injection openings 27 with a larger injection rate in the Combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine can be injected. From the compression chamber 11 of the booster 5, a nozzle chamber inlet 28 extends to the nozzle chamber 23. The compressed in the compression chamber 11 fuel is on the Nozzle space inlet 28 is introduced into the nozzle chamber 23 and generates there at the pressure stage 24 of the outer, first needle member 21 acts on this in the opening direction hydraulic power.

Vom Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 aus erstreckt sich eine Entlastungsleitung, die in einem ersten hydraulischen Raum 30 eines als Schaltventil 29 dienenden Servoventils mündet.From the differential pressure chamber 9 (back space) of the pressure booster 5 extends from a discharge line, in a first hydraulic chamber 30 serving as a switching valve 29 Servovalves opens.

Das Schaltventil 29, welches bevorzugtermaßen als Servoventil ausgebildet ist, umfasst neben dem ersten hydraulischen Raum 30 einen zweiten hydraulischen Raum 31. Diese sind über eine Ausnehmung 40 in einem Ventilkolben 32 miteinander verbunden. Im Ventilkolben 32 ist eine zweite Drosselstelle 33 unterhalb einer Stirnfläche 34 des Ventilkolbens 32 ausgebildet. Der Ventilkolben 32 wird an der Stirnseite 34 über einen Druckraum 35 beaufschlagt. Von Druckraum 35 aus erstreckt sich eine Leitung, in welcher eine dritte Drosselstelle 36 integriert ist, zu einem bevorzugt als Magnetventil ausgebildeten Steuerventil 37. Das Steuerventil 37 verbindet den Druckraum 35 des Schaltventiles 29 mit einem niederdruckseitigen Rücklauf 38. Das bevorzugt als Magnetventil ausgebildete Steuerventil 37 umfasst einen über einen Elektromagneten betätigbaren Ventilkolben, mit welchem ein Ventilsitz 39 des Steuerventils 37 verschlossen bzw. vollständig geöffnet werden kann.The switching valve 29, which is preferably designed as a servo valve, includes next the first hydraulic chamber 30, a second hydraulic chamber 31. These are connected via a recess 40 in a valve piston 32 with each other. In the valve piston 32 is a second throttle point 33 below an end face 34 of the valve piston 32nd educated. The valve piston 32 is acted upon at the end face 34 via a pressure chamber 35. From pressure chamber 35 extends from a line in which a third throttle point 36 is integrated, to a preferably designed as a solenoid valve control valve 37th The control valve 37 connects the pressure chamber 35 of the switching valve 29 with a low-pressure side Return 38. The preferred designed as a solenoid valve control valve 37th comprises a valve piston actuated by an electromagnet, with which a valve seat 39 of the control valve 37 can be closed or completely opened.

Das bevorzugt als Servoventil ausbildbare Schaltventil 29 umfasst an seinem der Stirnfläche 35 gegenüberliegenden Ende einen Flachsitz, mit welchem ein Niederdruckraum verschließbar ist, der mit einem niederdruckseitigen Rücklauf 41 verbunden ist.The preferably designed as a servo valve switch valve 29 comprises at its end face 35 opposite end of a flat seat, with which a low-pressure chamber closed is connected to a low-pressure side return 41.

Im deaktivierten Ruhezustand ist der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 über das Schaltventil 29 mit dem selben Druckniveau (Systemdruck) wie der Arbeitsraum 8 des Druckverstärkers 5 beaufschlagt. In diesem Betriebszustand des Kraftstoffinjektors 3 ist die Verbindung über den Rücklauf 41 zum Niederdruckbereich geschlossen. Daher ist der Druckverstärker 5 druckausgeglichen und es findet keine Druckverstärkung statt; die beiden Düsennadelteile 21, 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes befinden sich im deaktivierten Zustand des Druckverstärkers 5 im geschlossenen Zustand.In the deactivated state of rest, the differential pressure chamber 9 (backspace) of the pressure booster 5 via the switching valve 29 with the same pressure level (system pressure) as the working space 8 of the booster 5 is applied. In this operating state of the fuel injector 3, the connection via the return line 41 to the low-pressure region is closed. Therefore the pressure amplifier 5 is pressure balanced and there is no pressure gain instead; the two nozzle needle parts 21, 22 of the multipart injection valve member are located in the deactivated state of the booster 5 in the closed state.

Zur Aktivierung des Kraftstoffinjektors 3 wird der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 druckentlastet. Zu diesem Zweck wird der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 über das Schaltventil 29 von der Druckquelle, d.h. dem Druckspeicher 1 (common rail), abgekoppelt und der Differenzdruckraum 9 wird über die Entlastungsleitung in den Niederdruckbereichdruck druckentlastet. Dadurch steigt der Druck im Kompressionsraum 11 des Druckverstärkers 5 an, was entsprechend des Übersetzungsverhältnisses des Druckverstärkers 5 erfolgt. Über den Düsenraumzulauf 28 wird dieser erhöhte Druck an die Einspritzdüse, d.h. in den Düsenraum 23 weitergeleitet. Durch die an der Druckstufe 24 des ersten Nadelteiles 21 angreifende hydraulische Kraft, öffnet das erste Nadelteil 21 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes und gibt die ersten Einspritzöffnungen 26 in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine frei. Der Rückraum 14 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes wird ebenfalls druckentlastet. Der Öffnungsdruck, der auf das zweite, innenliegende Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes wirkt, ist über das zweite Federelement 17 eingestellt. Steigt der Druck an der Spitze, d.h. am brennraumseitigen Ende des zweiten Nadelteiles 22 und überschreitet den Öffnungsdruck, so öffnet auch das zweite, innenliegende Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 21, 22. Der Druckaufbau erfolgt innerhalb eines Druckraumes 42, welcher durch die Druckstufe 25, dem düsenkörper und die Stirnfläche des ersten, außenliegenden Nadelteiles 21 begrenzt ist.To activate the fuel injector 3, the differential pressure chamber 9 (back space) of the Pressure booster 5 pressure relieved. For this purpose, the differential pressure chamber 9 (Backspace) of the booster 5 via the switching valve 29 from the pressure source, i. the Accumulator 1 (common rail), decoupled and the differential pressure chamber 9 is on the Relief line in the low pressure range pressure relieved. This increases the Pressure in the compression chamber 11 of the booster 5, which corresponds to the transmission ratio the booster 5 takes place. About the nozzle chamber inlet 28 is this increased pressure to the injection nozzle, i. forwarded into the nozzle chamber 23. By the at the pressure stage 24 of the first needle member 21 attacking hydraulic force, opens the first needle part 21 of the multi-part injection valve member and are the first Injection openings 26 in the combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine free. The rear space 14 of the multipart injection valve member is also depressurized. The opening pressure applied to the second, inner needle part 22 of the multi-part injection valve member acts, is on the second spring element 17th set. If the pressure at the tip, i. at the combustion chamber end of the second Needle part 22 and exceeds the opening pressure, so opens the second, internal Needle part 22 of the multi-part injection valve member 21, 22. The pressure build-up takes place within a pressure chamber 42, which through the pressure stage 25, the nozzle body and the end face of the first, outer needle part 21 is limited.

Zur Beendigung der Einspritzung wird über das Schaltventil 29 der Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 vom weiteren Rücklauf 41 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors 3 getrennt und mit dem Systemdruck, der im Druckspeicher 1 (common rail) herrscht, verbunden. Dadurch baut sich der Systemdruck im Differenzdruckraum 9 (Rückraum) des Druckverstärkers 5 sowie in der Steuerleitung 13 und im Kompressionsraum 11 auf. Gleichzeitig fällt der Druck im Düsenraum 23 auf Systemdruckniveau ab, so dass die beiden Nadelteile 21, 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes schließen.To end the injection is via the switching valve 29 of the differential pressure chamber. 9 (Backspace) of the pressure booster 5 from further return 41 in the low pressure region the fuel injector 3 separated and with the system pressure in the pressure accumulator 1 (common rail), connected. As a result, the system pressure builds up in the differential pressure chamber 9 (back space) of the pressure booster 5 and in the control line 13 and the compression chamber 11 on. At the same time the pressure in the nozzle chamber 23 drops to system pressure level, so that close the two needle parts 21, 22 of the multi-part injection valve member.

In der Figurensequenz der Figuren 2-6 sind die Hübe des Schaltventiles 29 des Ventilkolbens 32, der Druckverlauf an der Einspritzdüse sowie die Hübe des ersten Nadelteiles 21 sowie des zweiten Nadelteiles 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes jeweils über die Zeitachse aufgetragen.In the figure sequence of Figures 2-6 are the strokes of the switching valve 29 of the valve piston 32, the pressure curve at the injection nozzle and the strokes of the first needle part 21st and the second needle part 22 of the multi-part injection valve member respectively plotted over the time axis.

Zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Öffnens des zweiten, innenliegenden Nadelteils 22 innerhalb eines kritischen Systemdruckbereiches im Druckspeicher 1 kann eine Mehrfachansteuerung des Schaltventils 29 erfolgen.To avoid unintentional opening of the second, inner needle part 22nd Within a critical system pressure range in the pressure accumulator 1 can be a multiple control the switching valve 29 done.

Nach Ansteuerbeginn der Haupteinspritzphase, der eine Voreinspritzphase von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine vorgeschaltet sein kann, und vor Erreichen des maximalen Einspritzdruckniveaus am brennraumseitigen Ende des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventils, wird das Steuerventil 37 für eine kurze Ansteuerpause 52 deaktiviert. Die Ansteuerpause 52, die in Figur 2 dargestellt ist, kann sich auch in mehrfacher Abfolge an die erste Ansteuerphase 51 des Steuerventiles 37 anschließen. Der Ansteuerpause 52 folgt eine zweite Ansteuerphase 52. Der Beginn der Ansteuerung erfolgt hinsichtlich der ersten Ansteuerphase 51 zu einem ersten Ansteuerzeitpunkt 54 und hinsichtlich der zweiten Ansteuerphase 53 zu einem zweiten Ansteuerzeitpunkt 55, wie der Darstellung gemäß Figur 2 entnommen werden kann.After control start of the main injection phase, which is a pre-injection of under high Pressurized fuel into the combustion chamber of the self-igniting internal combustion engine can be upstream, and before reaching the maximum injection pressure level on combustion chamber side end of the multipart injection valve, the control valve 37 disabled for a short drive break 52. The drive pause 52, which is shown in FIG is, can also in multiple succession to the first control phase 51 of the control valve 37 connect. The drive pause 52 is followed by a second drive phase 52. The Start of the control takes place with respect to the first drive phase 51 to a first Activation time 54 and with respect to the second drive phase 53 at a second drive time 55, as the illustration in Figure 2 can be seen.

Dadurch führt der Ventilkolben 32 eine Teilschließbewegung 61 aus. Der Hubweg des Schaltventiles ist durch Bezugszeichen 60 angedeutet. Die Teilschließbewegung 61 ist so bemessen, dass es zu keinem starken Druckabbau und demzufolge zu keinem vollständigen Schließen eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventiles 21, 22 kommt. Der Ventilkolben 32 des Schaltventils 29 verweilt in einer Zwischenstellung 62, die in Figur 3 dargestellt ist. Diese Zwischenstellung 62 nimmt der Ventilkolben 32 des Steuerventils 29 während der Ansteuerpause 52 an. Dadurch stellt sich am mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilglied 21, 22 während der Haupteinspritzphase ein geringerer Druck ein, der unterhalb des maximal erreichbaren Spitzendruckniveaus liegt. Im toleranzkritischen Druckbereich des Druckspeichers 1 ist somit ein Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes unterbunden. Der Toleranzbereich des Öffnungsdruckes PÖ, NZ der das Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes bestimmt, ist in Figur 4 durch Bezugszeichen 71 gekennzeichnet. Der Verlauf des Düsendruckes 70 ist durch ein Plateau 72 darstellbar, dem in gestrichelten Linien eine Drucküberhöhung 73 überlagert ist.As a result, the valve piston 32 performs a partial closing movement 61. The stroke of the Switching valves is indicated by reference numeral 60. The partial closing movement 61 is so measured that there is no significant pressure reduction and therefore no complete Closing a multipart injection valve 21, 22 comes. The valve piston 32 of the switching valve 29 dwells in an intermediate position 62, which is shown in Figure 3. This intermediate position 62 takes the valve piston 32 of the control valve 29 during the Driving pause 52 on. This results in the multi-part injection valve member 21, 22 during the main injection phase, a lower pressure, which is below the maximum achievable peak pressure levels. In the tolerance-critical pressure range of the pressure accumulator 1 is thus an opening of the second, inner needle part 22 of the multipart prevented trained injection valve member. The tolerance range of the opening pressure PÖ, NZ of the opening of the second, inner needle part 22 of the multi-part design Injector valve member determined is indicated in Figure 4 by reference numeral 71. The course of the nozzle pressure 70 can be represented by a plateau 72, in dashed lines Lines a pressure increase 73 is superimposed.

Nach Erreichen eines Druckniveaus innerhalb des Druckspeichers 1 (common rail), bei dem ein Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes an allen Kraftstoffinjektoren 3 unter Berücksichtigung der vorhandenen Exemplarstreuungen gewährleistet ist, wird auf eine Einfachbestromung umgestellt. Eine Einfachbestromung, d.h. eine Einfachansteuerung des Schaltventiles kann durchaus auch Phasen unterschiedlich hoher Ansteuerströme oder Ansteuerspannungen aufweisen. Bei als Magnetventilen ausgebildeten Schaltventilen wird typischerweise beispielsweise eine erste kurze Anzugsstromphase mit höheren Stromniveau und eine weitere, sich daran anschließende Haltestromphase mit niedrigem Stromniveau verwendet.After reaching a pressure level within the accumulator 1 (common rail), in which an opening of the second, inner needle part 22 of the multipart injection valve member at all fuel injectors 3, taking into account the existing Copy tolerances is guaranteed is converted to a single current. A Single energization, i. a single control of the switching valve can certainly Have phases of different high drive currents or drive voltages. When as Solenoid valves formed switching valves is typically, for example, a first short starting current phase with higher current level and another, subsequent thereto Holding current phase used with low current level.

Ein Zuschaltzeitpunkt 93, bei dem das zweite, innenliegende Nadelteil 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes öffnet, ist somit exakt bekannt, so dass sich unter Berücksichtigung von entsprechenden, die Einspritzmenge berücksichtigender Kennfelder die korrekte Einspritzmenge von Kraftstoff ergibt.A Zuschaltzeitpunkt 93, in which the second, inner needle part 22 of the multi-part trained injection valve member opens, is thus known exactly, so that under consideration of corresponding, the injection quantity considering maps the correct injection amount of fuel results.

Aus den Figuren 5 und 6 sind die Hubverläufe wie die Hubwege 80 bzw. 90 eines ersten Nadelteiles 21 bzw. eines zweiten Nadelteiles 22 zu entnehmen. Bezugszeichen 81 emittiert den Öffnungszeitpunkt des ersten Nadelteiles 21, während durch Bezugszeichen 92 der Öffnungszeitpunkt des zweiten innenliegenden Nadelteiles, an dem die Druckfläche 25 ausgebildet ist, angedeutet wird. Der Öffnungsbeginn 92 des zweiten Nadelteiles 22 ist mit dessen Zuschaltzeitpunkt 93 identisch. Ab dem Zuschaltzeitpunkt 93 wird mithin Kraftstoff sowohl über die ersten Einspritzöffnungen 26 als auch über die zweiten Einspritzöffnungen 27 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.From Figures 5 and 6, the Hubverläufe as the strokes 80 and 90 of a first Needle member 21 and a second needle member 22 can be seen. Reference numeral 81 emitted the opening time of the first needle part 21, while by 92 the opening time of the second inner needle part on which the pressure surface 25 is formed is, is implied. The beginning of the opening 92 of the second needle part 22 is with the Connection time 93 identical. From the Zuschaltzeitpunkt 93 is thus fuel both via the first injection openings 26 and via the second injection openings 27 in FIG injected the combustion chamber of the internal combustion engine.

Der Druckverlauf 70 bei einer Einspritzung ist in Figur 5 in gestrichelter Darstellung durch eine Drucküberhöhung 73 angedeutet. Das sich dabei einstellende Öffnen des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22 des mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ist in Figur 6 gestrichelt angedeutet.The pressure curve 70 in an injection is in Figure 5 in dashed line through a pressure increase 73 indicated. The thereby adjusting opening of the second, inside Needle part 22 of the multi-part injection valve member is in Figure 6 indicated by dashed lines.

Das skizzierte Ansteuerverfahren einer Mehrfachansteuerung des Steuerventiles 37 zur Betätigung des Schaltventiles 27 lässt sich besonders vorteilhaft an Kraftstoffinjektoren 3 einsetzen, deren Grundauslegung durch ein ausgeprägtes Druckmaximum zu Beginn der Einspritzung gekennzeichnet ist. Aufgrund dessen ergibt sich eine gute Beeinflussbarkeit des Maximaldruckes aufgrund der Mehrfachansteuerung und ein früher Zuschaltzeitpunkt 93 des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22. Hat das zweite, innenliegende Nadelteil 22 seine Öffnungsbewegung begonnen, setzt das zweite, innenliegende Nadelteil 22 die Öffnungsbewegung durch die zusätzliche Druckkraft, erzeugt durch eine Druckstufe 25 am brennraumseitigen Ende des zweiten, innenliegenden Nadelteiles 22, fort, auch wenn der Düsendruck 70 nochmals unterhalb des Öffnungsdruckes abfällt. The sketched driving method of a multiple control of the control valve 37 for actuation the switching valve 27 can be used particularly advantageously on fuel injectors 3, their basic design by a pronounced maximum pressure at the beginning of the injection is marked. Because of this, there is a good influenceability of the Maximum pressure due to multiple activation and an early activation time 93 of the second, inner needle part 22. Has the second, inner needle part 22 its Opening movement started, the second, inner needle part 22 sets the opening movement by the additional pressure force generated by a pressure stage 25 on the combustion chamber side End of the second, inner needle member 22, even if the nozzle pressure 70 drops again below the opening pressure.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Druckspeicher (common rail)Accumulator (common rail)
22
HochdruckzuleitungHigh pressure supply line
33
Kraftstoffinjektorfuel injector
44
Injektorkörperinjector
55
Druckverstärkerbooster
66
erstes Druckverstärker-Kolbenteilfirst pressure intensifier piston part
77
RückstellfederReturn spring
88th
Arbeitsraumworking space
99
Differenzdruckraum (Rückraum)Differential pressure chamber (backspace)
1010
zweites Druckverstärker-Kolbenteilsecond pressure intensifier piston part
1111
Kompressionsraumcompression chamber
1212
Stirnflächeface
1313
Steuerleitungcontrol line
1414
Rückraum EinspritzventilgliedRear chamber injection valve member
1515
erste Drosselstellefirst throttle point
1616
erstes Federelementfirst spring element
1717
zweites Federelementsecond spring element
1818
Zapfenspigot
1919
Anschlagattack
2020
Rückschlagventil (Wiederbefüllung)Check valve (refilling)
2121
erstes Nadelteil (außenliegend)first needle part (outside)
2222
zweites Nadelteil (innenliegend)second needle part (inside)
2323
Düsenraumnozzle chamber
2424
Druckstufepressure stage
2525
Druckstufe zweites NadelteilPressure stage second needle part
2626
erste Einspritzöffnungenfirst injection openings
2727
zweite Einspritzöffnungensecond injection openings
2828
DüsenraumzulaufNozzle chamber inlet
2929
Schaltventil (Servoventil)Switching valve (servo valve)
3030
erster hydraulischer Raum Schaltventilfirst hydraulic room switching valve
3131
zweiter hydraulischer Raum Schaltventilsecond hydraulic room switching valve
3232
Ventilkolbenplunger
3333
zweite Drosselstellesecond throttle point
3434
Stirnfläche Ventilkolben 32End face valve piston 32
3535
Druckraum Schaltventil 29Pressure chamber switching valve 29
3636
dritte Drosselstelle third throttle point
3737
Steuerventil (Magnetventil)Control valve (solenoid valve)
3838
Rücklauf NiederdruckReturn low pressure
3939
Ventilsitzvalve seat
4040
Ausnehmungrecess
4141
weiterer Rücklauf (Niederdruck)further return (low pressure)
4242
Druckraum (spitzes Einspritzventilglied)Pressure chamber (pointed injection valve member)
5050
Hub SteuerventilHub control valve
hmax h max
Maximalhubmaximum stroke
5151
erste Ansteuerphasefirst drive phase
5252
Ansteuerpausecontrol interval
5353
zweite Ansteuerphasesecond drive phase
5454
erster Ansteuerzeitpunktfirst activation time
5555
zweiter Ansteuerzeitpunktsecond activation time
6060
Hub SchaltventilHub switching valve
6161
Teilschließbewegung Ventilkolben 32Partial closing movement valve piston 32nd
6262
Zwischenstellung Ventilkolben 32Intermediate position valve piston 32
7070
Verlauf DüsendruckCourse nozzle pressure
7171
Toleranzbereich pöffnung; innenliegende NadelTolerance range p opening ; inside needle
7272
Plateauplateau
7373
Drucküberhöhungexcess pressure
8080
Hubweg erstes NadelteilStroke first needle part
8181
Öffnungszeitpunkt erstes NadelteilOpening time first needle part
9090
Hubweg zweites NadelteilStroke second needle part
9292
Öffnungsbeginn zweites NadelteilStart of opening second needle part
9393
Zuschaltzeitpunkt zweites NadelteilConnection time second needle part

Claims (12)

Verfahren zur Formung des Einspritzverlaufes eines Kraftstoffinjektors (3), welcher über ein mittels eines Steuerventils (37) betätigbaren Schaltventils (29) ansteuerbar ist und welcher einen Druckverstärker (5) zur Erhöhung des Druckniveaus von in einen Brennraum einzuspritzenden Kraftstoff aufweist, wobei der Kraftstoffinjektor (3) ein einteilig oder ein mehrteilig ausgebildetes Einspritzventilglied (21, 22) aufweist und der Druckverstärker (5) durch Druckentlastung oder Druckbeaufschlagung eines Differenzdruckraumes (9) betätigbar ist, wobei ein Arbeitsraum (8) des Druckverstärkers (5) permanent mit der Hochdruckquelle (1) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass während der Haupteinspritzphase von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine das das Schaltventil (29) ansteuernde Steuerventil (37) zur Beeinflussung des Einspritzdruckverlaufes ein- oder mehrfach angesteuert wird.Method for shaping the course of injection of a fuel injector (3) which can be actuated via a switching valve (29) which can be actuated by means of a control valve (37) and which has a pressure booster (5) for increasing the pressure level of fuel to be injected into a combustion chamber, wherein the fuel injector ( 3) has a one-piece or a multipart injection valve member (21, 22) and the pressure booster (5) by pressure relief or pressurization of a differential pressure chamber (9) is actuated, wherein a working space (8) of the pressure booster (5) permanently with the high pressure source (1 ) is in connection, characterized in that during the main injection phase of fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine, the control valve (37) controlling the switching valve (29) is actuated once or several times for influencing the injection pressure curve. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, zwischen einer ersten Ansteuerphase (51) des Steuerventils (37) und einer weiteren Ansteuerphase (53) des Steuerventils (37) mindestens eine Ansteuerpause (52) zwischengeschaltet ist.A method according to claim 1, characterized in that , between a first drive phase (51) of the control valve (37) and a further drive phase (53) of the control valve (37) at least one drive pause (52) is interposed. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ansteuerpause (52) des Steuerventils (37) ein Ventilkolben (32) des Schaltventils (29) eine Zwischenstellung (62) zwischen seiner Öffnungs- und seiner Schließposition einnimmt.A method according to claim 1, characterized in that during the control pause (52) of the control valve (37), a valve piston (32) of the switching valve (29) occupies an intermediate position (62) between its open and its closed position. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerpause (52) des den Kraftstoffinjektor (3) betätigenden Schaltventiles (29) das Spitzendruckniveau am brennraumseitigen Ende eines mehrteilig ausgebildeten Einspritzventilgliedes (21, 22) unter das maximale Druckniveau absinkt.A method according to claim 1, characterized in that by the control pause (52) of the fuel injector (3) actuated switching valve (29) the peak pressure level at the combustion chamber end of a multi-part injection valve member (21, 22) drops below the maximum pressure level. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Mehrfachansteuerung des das Schaltventil (29) betätigenden Steuerventils (37) dieses seinen vollständigen Hubweg durchläuft und außerhalb des ballistischen Bereiches zwischen seiner Öffnungs- und seiner Schließstellung (39) betätigt wird.A method according to claim 1, characterized in that when multiple control of the switching valve (29) actuated control valve (37) passes through its full stroke and outside the ballistic range between its open and its closed position (39) is actuated. Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor 1 ein als Schaltventil (29) ausgebildetes Servoventil aufweist, welches über ein ein- oder mehrfach betätigbares Steuerventil (37) angesteuert wird, welches bei Ein- oder Mehrfachansteuerung außerhalb des ballistischen Bereiches betrieben wird. Fuel injection device for carrying out the method according to one or more of claims 1-5, characterized in that the fuel injector 1 as a switching valve (29) formed servo valve, which is controlled by a one or more times actuatable control valve (37), which at Ein - or multiple control is operated outside the ballistic range. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (29) einen Ventilkolben (32) aufweist, welcher eine eine zweite Drosselstelle (33) enthaltenden Ventilkolben (32) aufweist, über welche ein zweiter hydraulischer Raum (31) und ein Druckraum (35) des Schaltventiles (35) hydraulisch miteinander in Verbindung stehen.Fuel injection device according to claim 6, characterized in that the switching valve (29) has a valve piston (32) which has a second throttle point (33) containing valve piston (32) via which a second hydraulic chamber (31) and a pressure chamber (35 ) of the switching valve (35) are hydraulically in communication with each other. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkolben (32) des als Servoventil ausbildbaren Schaltventils (29) eine einen zweiten hydraulischen Raum (30) und einen ersten hydraulischen Raum (31) verbindende Ausnehmung (40) aufweist, über welche in einer Teilschließposition des Servoventilkolbens (32) ein Kraftstoffvolumen abströmt.Fuel injection device according to Claim 6, characterized in that a valve piston (32) of the switching valve (29) which can be designed as a servo valve has a recess (40) connecting a second hydraulic chamber (30) and a first hydraulic chamber (31), via which in a partial closing position of the servo valve piston (32) flows out a fuel volume. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Differenzdruckraum (9) des Druckverstärkers (5) entlastende Leitung im ersten hydraulischen Raum (30) des Schaltventils (29) mündet.Fuel injection device according to claim 6, characterized in that the differential pressure chamber (9) of the pressure booster (5) relieving pipe in the first hydraulic chamber (30) of the switching valve (29) opens. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein niederdruckseitiger Rücklauf (41) des Schaltventils (29) über einen der Stirnfläche (34) des Servoventilkolbens (32) gegenüberliegenden Flachsitz freigebbar oder verschließbar ist.Fuel injection device according to claim 6, characterized in that a low-pressure side return (41) of the switching valve (29) via one of the end face (34) of the servo valve piston (32) opposite flat seat is releasable or closable. Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein einteilig ausgebildetes Einspritzventilglied (21, 22) umfasst.Fuel injection device according to claim 6, characterized in that it comprises a one-piece injection valve member (21, 22). Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein mehrteiliges ausgebildetes Einspritzventilglied (21, 22) umfasst.Fuel injection device according to claim 6, characterized in that it comprises a multipart formed injection valve member (21, 22).
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