DE3939253A1

DE3939253A1 - IC engine fuel injection valve - has small displacement piston without return spring

Info

Publication number: DE3939253A1
Application number: DE19893939253
Authority: DE
Inventors: Gerhard Finsterwalder
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1991-05-29

Abstract

The injection valve (1) has a valve holder (2), and a valve insert (3), connected pressure-proof to the holder. Both have a pressure pipe (5) with a section (6), holding sealed a displacement piston (7). This is movable between upper and lower stops (8, 9) to control the flow of a bypass pipe (10) for the pressure pipe section. A first branch (10a) of the bypass contains a nack pressure valve (11) opening in flow direction, and a spring-loaded bypass piston (12), charged by the pressure in the pressure pipe. The piston moves between upper and lower stop (14, 15) and controls the flow of a second bypass branch (10b). USE - Fuel injection valve for IC engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil mit Voreinspritzung, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injection valve with pilot injection, especially according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil wird in der DE-PS 25 09 968 beschrieben. Hierbei ist ein feder belasteter Stufenkolben in der Druckleitung eines Einspritzventileinsatzes angeordnet, wobei der Stufen kolben den Zuflußquerschnitt einer Umgehungsleitung steuert, während die Rückseite des Stufenkolbens über eine Drossel in Strömungsverbindung mit einem Druck speicher steht. Auf diese Weise soll die Einspritzung mit geringer Förderrate beginnen, um dann ohne Unter brechung in die Haupteinspritzphase mit großer Förder rate überzugehen. Der kontinuierliche Übergang der Voreinspritz- in die Haupteinspritzphase soll das mit dem Öffnen und Schließen der Ventilnadel verbundene schlechte Zerstäuben des Kraftstoffes soweit wie möglich verhindern.A generic fuel injector is in DE-PS 25 09 968 described. Here is a spring loaded piston in the pressure line of a Injector insert arranged, the stages piston the inflow cross-section of a bypass line controls while the back of the stepped piston over a throttle in fluid communication with a pressure memory stands. In this way, the injection should start with a low delivery rate and then without a sub break into the main injection phase with large delivery rate to pass. The continuous transition of Pre-injection into the main injection phase is supposed to do that associated with the opening and closing of the valve needle bad atomization of the fuel as far as prevent possible.

Nachteilig an dieser Lösung ist unter anderem das relativ große schädliche Volumen im Hochdruckteil des Kraftstoffeinspritzventils, bedingt durch den großen Durchmesser des Stufenkolbens und die auf diesen wirkende, im Hochdruckbereich befindliche Druckfeder.One disadvantage of this solution is that relatively large harmful volume in the high pressure part of the Fuel injector due to the large Diameter of the stepped piston and that on it acting compression spring located in the high pressure area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraft stoffeinspritzventil mit Voreinspritzung zu schaffen, das aufgrund seines kleinen schädlichen Volumens ein hohes Einspritzdruckniveau zuläßt und damit die Voraus setzung für niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Schadstoffemission bietet.The invention has for its object a force to create fuel injection valve with pilot injection, this due to its small harmful volume allows high injection pressure level and thus the advance setting for low fuel consumption and low Offers pollutant emissions.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da der Verdrängerkolben einen kleinen Durchmesser und keine Rückstellfeder hat, verursacht er nur wenig schädlichen Raum. Der Verdrängerkolben wird nach Abschluß der Ein spritzung von dem Kraftstoff, den der Ausweichkolben nach Entlastung vom Einspritzdruck und unter der Ein wirkung einer Feder verdrängt, wieder in seine obere Totpunktlage verschoben. Voraussetzung dafür ist das erfindungsgemäße Rückschlagventil, das ein Rückströmen des Kraftstoffes auf die Oberseite des Verdränger kolbens verhindert und dadurch einen Druck auf dessen Unterseite bewirkt.The task is inventively characterized by nenden features of claim 1 solved. Since the Displacement pistons have a small diameter and none Return spring, it causes little harmful Room. The displacer is the one after completion injection of the fuel that the backup piston after relief from the injection pressure and under the on the effect of a spring is pushed back into its upper one Dead center position shifted. This is a prerequisite for this Check valve according to the invention, the backflow of fuel on top of the displacer prevents piston and thereby pressure on it Underside causes.

Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird die vorhandene Ventilfeder zugleich als Rückstell feder für den Ausweichkolben benutzt. Außerdem dient das damit verbundene Vorspannen der Ventilfeder zur Steigerung des Öffnungsdruckes des Kraftstoffeinspritz ventils bei der Haupteinspritzung. Auf diese Weise dringen die Kraftstoffstrahlen bei der Voreinspritzung nur wenig tief in den Brennraum ein, so daß der Kraft stoff überwiegend im heißen Kernbereich des Brennraumes verbleibt. Dadurch wird der Zündverzug vermindert und der Kaltstart verbessert. Die stärkere Wandauftragung des Kraftstoffes bei der Haupteinspritzung bedingt durch den dann höheren Öffnungsdruck fördert hingegen eine sanfte, saubere Vollast-Verbrennung mit niedriger Druckanstiegsgeschwindigkeit.Through an advantageous development of the invention the existing valve spring is also used as a reset spring used for the escape piston. Also serves the associated biasing of the valve spring Increase in the opening pressure of the fuel injection valve at the main injection. In this way penetrate the fuel jets during the pre-injection only a little deep into the combustion chamber, so that the force mainly in the hot core area of the combustion chamber remains. This reduces the ignition delay and the cold start improved. The thicker wall application of fuel at the main injection promotes by the then higher opening pressure a gentle, clean full-load combustion with lower Pressure rise rate.

Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird verhindert, daß der Öffnungsdruck der Ventilnadel zu hoch wird, was zu erhöhtem Ventilnadelverschleiß oder gar zum Nichtöffnen der Ventilnadel führen würde.Through an advantageous development of the invention prevents the opening pressure of the valve needle becomes too high, which leads to increased valve needle wear or would even lead to the valve needle not opening.

Eine erfindungsgemäße Ausbildung des Verdränger- und Ausgleichskolbens bewirkt ein sicheres Rückkehren des Verdrängerkolbens in seine Ausgangslage nach Abschluß der Einspritzung.An inventive design of the displacement and Compensating piston ensures a safe return of the Displacement piston in its starting position after completion the injection.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Teil der Beschreibung und der Zeichnung, in dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.Further features of the invention result from the following part of the description and the drawing, in an embodiment of the invention schematically is shown.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen Querschnitt durch das erfindungemäße Kraftstoffeinspritzventil 1, Fig. 1 shows a cross section through the erfindungemäße fuel injection valve 1,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch das Rückschlagventil 11. Fig. 2 is an enlarged cross-section through the check valve 11.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Einspritzventilhalter 2, einem Zwischenstück 25 und einem Einspritzventileinsatz 3, die durch eine Überwurfmutter 4 zu einem druckdichten Verband verschraubt sind.The fuel injection valve 1 according to the invention consists of an injection valve holder 2 , an intermediate piece 25 and an injection valve insert 3 , which are screwed together by a union nut 4 to form a pressure-tight bandage.

Am Einspritzventilhalter 2 ist ein Druckanschluß 20 vorgesehen, an den eine nicht dargestellte Einspritz leitung angeschlossen wird, die zur nicht dargestellten Einspritzpumpe führt.At the injection valve holder 2 , a pressure connection 20 is provided, to which an injection line, not shown, is connected, which leads to the injection pump, not shown.

Dem Druckanschluß 20 schließt sich ein Stabfilter 21 an, dessen unteres Ende als oberer Verdrängerkolben anschlag 8 fungiert.The pressure connection 20 is followed by a rod filter 21 , the lower end of which acts as an upper displacer stop 8 .

Unterhalb des Stabfilters 21 befindet sich in einem Leitungsbereich 6 einer Druckleitung 5 ein Verdränger kolben 7, der im Leitungsbereich 6 dichtend geführt ist und der zwischen einem oberen und einem unteren Ver drängerkolbenanschlag 8, 9 bewegbar ist. Der Durch messer des Verdrängerkolbens 7 ist geringfügig kleiner als der des Stabfilters 21, um die Oberflächen bearbeitung von dessen Laufbüchse zu ermöglichen.Below the rod filter 21 is in a line area 6 of a pressure line 5, a displacer piston 7 , which is sealingly guided in the line area 6 and which is displaceable between an upper and a lower United piston stop 8 , 9 . The diameter of the displacer 7 is slightly smaller than that of the rod filter 21 to allow the surface treatment of its liner.

Unterhalb des Leitungsbereichs 6 setzt sich die Druck leitung 5 mit kleinerem Durchmesser als im Leitungs bereich 6 fort und führt durch den Einspritzventil halter 2, das Zwischenstück 25 und den Einspritzventil einsatz 3 zu einem Ringspalt 22. Below the line area 6 , the pressure line 5 continues with a smaller diameter than in the line area 6 and leads through the injector holder 2 , the intermediate piece 25 and the injector insert 3 to an annular gap 22nd

Vom Leitungsbereich 6 zweigt kurz unterhalb des oberen Verdrängerkolbenanschlags 8 eine Umgehungsleitung 10 ab. In deren erstem Ast 10a befindet sich ein Rück schlagventil 11. Dieses besteht aus einer Kugel 23, die gegen einen konischen Sitz 26 abdichtet und deren Hub durch eine Lochplatte 24 begrenzt ist, die in einen zylindrischen Absatz 27 eingepreßt ist.A bypass line 10 branches off from the line area 6 just below the upper displacer stop 8 . In the first branch 10 a there is a check valve 11 . This consists of a ball 23 , which seals against a conical seat 26 and whose stroke is limited by a perforated plate 24 which is pressed into a cylindrical shoulder 27 .

Unterhalb des Rückschlagventils 11 befindet sich ein Ausweichkolben 12, der in einem Teil der Umgehungs leitung 10 dichtend geführt ist. Der Ausweichkolben 12 hat einen größeren Durchmesser als die Umgehungsleitung 10. Seine Fläche ist jedoch kleiner als eine Druck schulter 19 der Ventilnadel 16 im Einspritzventil einsatz 3. Der Ausweichkolben 12 ist vorteilhafterweise in der Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 angeordnet. Er ist zwischen einem oberen und einem unteren Ausweichkolbenanschlag 14, 15 bewegbar und stützt sich über einen Bolzen 28 und einen zweiten Druckpilz 29 auf eine Ventilfeder 18 ab.Below the check valve 11 is an evasive piston 12 which is guided in a part of the bypass line 10 sealing. The escape piston 12 has a larger diameter than the bypass line 10 . However, its area is smaller than a pressure shoulder 19 of the valve needle 16 in the injection valve insert 3 . The evasive piston 12 is advantageously arranged in the axis of the fuel injection valve 1 . It can be moved between an upper and a lower escape piston stop 14 , 15 and is supported on a valve spring 18 via a bolt 28 and a second pressure mushroom 29 .

Kurz unterhalb des oberen Ausweichkolbenanschlags 14 zweigt von der Führung des Ausweichkolbens 12 ein zweiter Ast 10b der Umgehungsleitung 10 ab, der wieder in die Druckleitung 5 mündet.Shortly below the upper evasive piston stop 14 , a second branch 10 b of the bypass line 10 branches off from the guidance of the evasive piston 12 and opens out again into the pressure line 5 .

Im Einspritzventileinsatz 3 ist die Ventilnadel 16 dichtend geführt, die von der Ventilfeder 18 über einen ersten Druckpilz 17 auf einen nicht dargestellten Sitz gepreßt wird. In the injection valve insert 3 , the valve needle 16 is sealingly guided, which is pressed by the valve spring 18 via a first pressure mushroom 17 onto a seat, not shown.

Die Ventilfeder 18 befindet sich in einem Federraum 30, der über eine Leckölleitung 31 und einen Leckölanschluß 32 mit einem nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf verbunden ist.The valve spring 18 is located in a spring chamber 30 which is connected to a fuel return, not shown, via a leak oil line 31 and a leak oil connection 32 .

Das erfindungsgemäße Einspritzventil funktioniert folgendermaßen: Der Kraftstoff wird von der nicht dargestellten Einspritzpumpe über die nicht darge stellte Einspritzleitung zum Druckanschluß 20 befördert. Von dort gelangt er über das Stabfilter 21 zum Verdrängerkolben 7, der zu Beginn der Einspritzung am oberen Verdrängerkolbenanschlag 8 anliegt. Von dort wird der Verdrängerkolben 7 durch den Kraftstoffdruck bis zum unteren Verdrängerkolbenanschlag 9 bewegt. Dabei wird die Voreinspritzmenge, die durch das Produkt aus Fläche und Hub des Verdrängerkolbens 7 festgelegt ist, über die Druckleitung 5 und den Ringspalt 22 zum nicht dargestellten Ventilsitz gefördert und in einen nicht dargestellten Brennraum gespritzt. Da die Vorein spritzmenge nur von konstanten, geometrischen Größen, nicht aber vom variablen Druck in der Druckleitung 5 abhängt und da die Dosierung in Ventilsitznähe statt findet und damit nicht von den hydraulischen Verhält nissen der Einspritzleitung beeinflußt wird, ist sie im gesamten Last- und Drehzahlbereich des Dieselmotors konstant.The injection valve according to the invention works as follows: The fuel is transported from the injection pump, not shown, via the injection line, not shown, to the pressure connection 20 . From there it reaches the displacer piston 7 via the rod filter 21, which rests against the upper displacer piston stop 8 at the start of the injection. From there, the displacer 7 is moved by the fuel pressure to the lower displacer stop 9 . The pre-injection quantity, which is determined by the product of the area and stroke of the displacer 7, is conveyed via the pressure line 5 and the annular gap 22 to the valve seat, not shown, and injected into a combustion chamber, not shown. Since the pre-injection quantity depends only on constant, geometric sizes, but not on the variable pressure in the pressure line 5 and since the metering takes place near the valve seat and is therefore not influenced by the hydraulic conditions of the injection line, it is in the entire load and speed range of the diesel engine constant.

Kurz nach Beginn der Abwärtsbewegung des Verdränger kolbens 7 beginnt dieser mit der Öffnung der Umgehungs leitung 10, deren erster Ast 10a von dem Verdränger kolben 7 querschnittgesteuert ist. Wenn der Verdränger kolben 7 am unteren Verdrängerkolbenanschlag 9 anliegt, strömt der Kraftstoff ausschließlich durch die Umgehungsleitung 10. Dabei wird das Rückschlagventil 11 geöffnet und der Ausweichkolben 12 druckbeaufschlagt. Dieser bewegt sich von seinem oberen Ausweichkolben anschlag 14 zu seinem unteren Ausweichkolbenanschlag 15. Die dabei geförderte Kraftstoffmenge gelangt nicht in die Druckleitung 5, so daß deren Druck absinkt und die Voreinspritzung abgeschlossen wird. Gleichzeitig wird durch die Bewegung des Ausweichkolbens 12 über dessen Bolzen 28 und den zweiten Druckpilz 29 die Ventilfeder 18 stärker vorgespannt, was zum raschen Schließen und zu einem erhöhten Öffnungsdruck der Ventilnadel 16 führt.Shortly after the start of the downward movement of the displacer piston 7 , this begins with the opening of the bypass line 10 , the first branch 10 a of the displacer piston 7 is cross-section-controlled. When the displacer piston 7 abuts the lower displacer stop 9 , the fuel flows exclusively through the bypass line 10 . The check valve 11 is opened and the evasive piston 12 is pressurized. This moves from its upper alternative piston stop 14 to its lower alternative piston stop 15 . The amount of fuel delivered does not enter the pressure line 5 , so that its pressure drops and the pre-injection is completed. At the same time, the valve spring 18 is biased more strongly by the movement of the evasive piston 12 via its bolt 28 and the second pressure mushroom 29 , which leads to rapid closing and increased opening pressure of the valve needle 16 .

Kurz nach Beginn der Abwärtsbewegung des Ausweich kolbens 12 beginnt dieser den Querschnitt des zweiten Astes 10b der Umgehungsleitung 10 zu öffnen. Wenn der Ausweichkolben 12 an seinem unteren Ausweichkolben anschlag 15 anliegt und der zweite Ast 10b der Umgehungsleitung 10 voll aufgesteuert ist, strömt die gesamte geförderte Kraftstoffmenge über die Umgehungs leitung 10 in die Druckleitung 5. Dadurch steigt deren Druck wieder an, bis nach Erreichen des erhöhten Öffnungsdruckes die Haupteinspritzung beginnt.Shortly after the start of the downward movement of the evasive piston 12 , this begins to open the cross section of the second branch 10 b of the bypass line 10 . When the evasive piston 12 abuts against its lower evasive piston stop 15 and the second branch 10 b of the bypass line 10 is fully open, the entire amount of fuel delivered flows via the bypass line 10 into the pressure line 5 . This increases their pressure again until the main injection begins after the increased opening pressure has been reached.

Nach Abschluß der Kraftstofförderung durch die Einspritzpumpe sinkt der Druck in der Druckleitung 5. Dadurch bewegt sich die Ventilnadel 16 auf ihren Sitz zu und der Ausweichkolben 12 in Richtung oberen Ausweichkolbenanschlags 14. Durch beide Bewegungen wird Kraftstoff in Richtung Einspritzpumpe verdrängt. After fuel delivery by the injection pump has ended, the pressure in the pressure line 5 drops. As a result, the valve needle 16 moves toward its seat and the evasive piston 12 in the direction of the upper evasive piston stop 14 . Both movements push fuel towards the injection pump.

Dadurch schließt das Rückschlagventil 11 sofort, so daß die gesamte verdrängte Kraftstoffmenge zum Bewegen des Verdrängerkolbens 7 von dessen unteren zu dessen oberen Verdrängerkolbenanschlag dient. Auf diese Weise wird eine Rückstellfeder mit großem schädlichen Volumen vermieden.As a result, the check valve 11 closes immediately, so that the entire amount of fuel displaced serves to move the displacer 7 from its lower to its upper displacer stop. In this way, a return spring with a large harmful volume is avoided.

Zur Verwirklichung dieser Verhältnisse muß das vom Aus weichkolben 12 verdrängte Volumen in etwa dem Vorein spritzvolumen entsprechen. Dadurch ergibt sich eine Einspritzpause zwischen Vor- und Haupteinspritzung, die in etwa der Dauer der Voreinspritzung entspricht.To achieve these conditions, the volume displaced by the soft piston 12 must correspond approximately to the pre-injection volume. This results in an injection pause between the pre-injection and the main injection, which corresponds approximately to the duration of the pre-injection.

Der Querschnitt des Ausweichkolbens 12 wurde so gewählt, daß der Kraftstoffdruck auf die Druckschulter 19 der Ventilnadel 16 eine höhere Kraft bewirkt, als der Kraftstoffdruck auf den Ausweichkolben 12 plus der Federkraft der Ventilfeder 18.The cross section of the evasive piston 12 was chosen so that the fuel pressure on the pressure shoulder 19 of the valve needle 16 causes a higher force than the fuel pressure on the evasive piston 12 plus the spring force of the valve spring 18 .

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine exakte Dosierung einer konstanten Voreinspritzmenge im gesamten Betriebsbereich des Dieselmotors, und zwar mit geringem schädlichen Volumen im Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzventils.The arrangement according to the invention enables an exact Dosage of a constant pre-injection quantity in the entire operating range of the diesel engine, with low harmful volume in the high pressure area of the Fuel injector.

Claims

1. Fuel injection valve (1) with a one injection valve holder (2) and an injection valve insert (3) which is pressure-tightly connected to the injector holder (2), wherein the injection valve holder (2) and the injection valve insert (3) a pressure line (5) with a Have line area ( 6 ) in which a displacer ( 7 ) is sealingly guided, which is movable between an upper displacer stop ( 8 ) and a lower displacer stop ( 9 ) and thereby the inflow of a bypass line ( 10 ) for the line area ( 6 ) controls, characterized in that in a first branch ( 10 a) of the bypass line ( 10 ) a check valve ( 11 ) opening in the flow direction and a spring-loaded soft piston ( 12 ) acted upon by the pressure of the pressure line ( 5 ) are provided , wherein the evasive piston ( 12 ) which is between an upper evasive piston stop ( 14 ) and a lower evasive piston stop ( 15 ) is movable, controls the inflow of a second branch ( 10 b) of the bypass line ( 10 ).

2. Fuel injection valve according to claim 1, the injection valve insert ( 3 ) has a valve needle ( 16 ) which is acted upon by a compression spring ( 18 ) via a first pressure mushroom ( 17 ), characterized in that the side of the compression spring facing away from the valve needle ( 16 ) ( 18 ) is in operative connection with the evasive piston ( 12 ).

3. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional area of the evasive piston ( 12 ) is smaller than the cross-sectional area of a pressure shoulder ( 19 ) of the valve needle ( 16 ).

4. Fuel injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel volume displaced by the alternative piston ( 12 ) is at least as large as the fuel volume displaced by the displacement piston ( 7 ).