DE102004031595A1

DE102004031595A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE102004031595A1
Application number: DE200410031595
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1763629A1; WO2006003041A1

Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (1) mit einem Einspritzventil (7), dem Kraftstoff unter hohem Druck zuzuführen ist, wobei das Einspritzventil (7) eine von einem Aktor (30) betätigbare Ventilnadel (10) aufweist, deren unterer Endbereich zum Schließen und Freigeben von Einspritzöffnungen (14) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als Piezoaktor ausgebildete Aktor (30) mit der Ventilnadel (10) über einen Übersetzer (36) gekoppelt ist, der eine Umkehrung der Bewegungsrichtung bewirkt.A fuel injector (1) having an injection valve (7) to be supplied with fuel under high pressure, the injector (7) having a valve needle (10) operable by an actuator (30), the lower end portion thereof for closing and releasing Injection openings (14) is formed, characterized in that the preferably designed as a piezoelectric actuator (30) with the valve needle (10) via a translator (36) is coupled, which causes a reversal of the direction of movement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a fuel injection device according to the Preamble of claim 1.

Ein mit einem Hochdruckspeicher (Common Rail) zu verbindender Injektor für Kraftstoff mit direkter Nadelsteuerung ist von der Firma Delphi bekannt. Bei der direkten Nadelsteuerung ist bekanntlich eine Steuerkammer, in der der Druck von Kraftstoff durch ein Steuerventil gesteuert wird, nicht vorhanden. Vielmehr wird die Ventilnadel direkt oder indirekt durch einen Aktor betätigt. Der bekannte Injektor wird von einem piezoelektrischen Aktor betätigt, der zu den Zeiten, in denen der Injektor gerade nicht eine Einspritzung vornimmt, bestromt ist (sogenannte inverse Ansteuerung oder Dauerbestromung). Eine solche kann aus verschiedenen Gründen unerwünscht sein.One with a high-pressure accumulator (common rail) to be connected injector for fuel with direct needle control is known by the company Delphi. at the direct needle control is known to be a control chamber, in the pressure of fuel is controlled by a control valve, unavailable. Rather, the valve needle is directly or indirectly actuated by an actuator. The known injector is actuated by a piezoelectric actuator, the at the times when the injector just does not have an injection is energized (so-called inverse control or continuous power). Such may be undesirable for various reasons.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Bei der Erfindung nach Anspruch 1 ist von Vorteil, dass durch das Vorhandensein eines Übersetzers, der die vom Aktor ausgeführte Bewegung an seinem mit der Ventilnadel gekoppelten Ende umkehrt, die oben genannte Dauerbestromung nicht erforderlich ist. Vielmehr wird der Aktor nur in den Zeiten bestromt, in denen tatsächlich ein Einspritzvorgang erfolgt. Es wird auch ein einfacher Aufbau der Vorrichtung möglich.at The invention of claim 1 is advantageous that by the presence a translator, the one executed by the actor Reverses movement at its end coupled to the valve needle, the above-mentioned continuous power is not required. Much more the actor is energized only in the times when actually one Injection process takes place. It also becomes a simple construction of the device possible.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 ist von Vorteil, dass das Übersetzersystem in den Düsenkörper integriert ist.at the embodiment according to claim 2 is advantageous that the translator integrated into the nozzle body is.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist eine einfache Konstruktion möglich.at the embodiment According to claim 3, a simple construction is possible.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 4 sorgt eine Feder in vorteilhafter Weise dafür, dass der Aktorfuß, (das mit dem Injektor gekoppelte Teil des Aktors) und der Übersetzer in ständiger mechanischer Verbindung bleiben.at the embodiment According to claim 4, a spring advantageously ensures that the actuator base, (the part of the actuator coupled to the injector) and the translator in constant remain mechanical connection.

Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 5 ergibt sich durch eine einteilige Verbindung des Übersetzers mit dem Fuß des Aktors ein besonders einfacher raumsparender Aufbau.According to the embodiment according to claim 5 results from a one-piece connection of the translator with the foot of the Actors a particularly simple space-saving construction.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind in der nicht maßstäblichen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments the fuel injection device according to the invention are in the not to scale Drawing and shown in the following description explained in more detail.

1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und 1 shows the essential components of a fuel injection device according to the invention, and

2 zeigt eine weitere Ausführungsform. 2 shows a further embodiment.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Die in 1 nicht maßstäblich gezeigte Einspritzvorrichtung 1 wird im Betrieb von einem Hochdruckspeicher (Common Rail) 3 über eine Hochdruckleitung 5 über Bohrungen 6 mit Kraftstoff unter hohem Druck versorgt. Der Kraftstoff wird dabei Bohrungen 6 der Einspritzvorrichtung 1 zugeführt. Die Einspritzvorrichtung 1 weist ein Einspritzventil 7 auf. Dieses enthält in einem Gehäuse 8 einen mit der Hochdruckleitung 5 verbundenen ringförmigen Raum 9, und in diesem eine Ventilnadel 10. Diese ist teilweise als Vollzylinder ausgebildet und in ihrem unteren Endbereich mit einer kegelstumpfförmigen Druckschulter 11 und mit einer kegelförmigen Spitze 12 versehen. Der Übergang zwischen den Bereichen 11 und 12 bildet eine Dichtkante 13 mit dem Durchmesser d4, mit der die innere Ventilnadel 10 in geschlossenen Zustand an einer gegenüberliegenden Fläche des Gehäuses 8 anliegt.In the 1 Injector not shown to scale 1 is operated by a high-pressure accumulator (common rail) 3 via a high pressure line 5 about holes 6 supplied with fuel under high pressure. The fuel is doing holes 6 the injector 1 fed. The injector 1 has an injection valve 7 on. This contains in a housing 8th one with the high pressure line 5 connected annular space 9 , and in this a valve needle 10 , This is partially formed as a solid cylinder and in its lower end with a frusto-conical pressure shoulder 11 and with a conical tip 12 Mistake. The transition between the areas 11 and 12 forms a sealing edge 13 with diameter d4, with which the inner valve needle 10 in the closed state on an opposite surface of the housing 8th is applied.

Im Gehäuse 8 des Einspritzventils 7 ist oberhalb der eigentlichen Ventilnadel 10 ein Raum 35 mit rundem Querschnitt vorhanden, in dem ein hydraulischer Übersetzer 36 oder Wandler angeordnet ist. Der Übersetzer 36 ist in das Einspritzventil 7 integriert. Der Übersetzer 36 weist einen äußeren Kolben 39 auf, der mit dem Aktor 30 durch eine Stange 31 verbunden ist, sowie einen inneren Kolben 40, der mit der Ventilnadel 10 starr verbunden ist. Der äußere Kolben 39 gleitet in einer Dichthülse 42, die durch eine Feder 47 gegen eine gerätefeste Fläche 43 einer das Einspritzventil an seinem oberen Ende schließende Platte 48 gedrückt wird. Die Bohrungen 6 in der Platte 48 leiten den Kraftstoff von der Hochdruckleitung 5 über den Raum 35 in den Raum 9. Das obere Ende der Dichthülse 42 ist bei 44 konisch nach oben hin verjüngt und bildet eine Beißkante, die gegenüber der Platte 48 eine Abdichtung bewirkt. Somit schließt die Dichthülse 42 zusammen mit der Platte 48 einen Arbeitsraum 52 ein. Dieser ist durch mindestens eine Bohrung, im Beispiel mehrere Bohrungen 54; die den Boden des etwa topfförmigen äußeren Kolbens 39 durchdringen, mit einem inneren Arbeitsraum 56 verbunden, der durch die Innenflächen des äußeren Kolbens 39 und durch die obere Endfläche des inneren Kolbens 40 definiert ist. Die Summe der Volumina der Arbeitsräume 52 und 56 ist praktisch unveränderlich, abgesehen z. B. von einem automatischen Längenausgleich des Übersetzers. Der Strömungswiderstand der Bohrungen 54 ist insgesamt klein genug, um einen schnellen Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen 52 und 56 zu ermöglichen, so dass keine unerwünschte Verzögerung des Öffnungsvorgangs der Ventilnadel 10 eintritt.In the case 8th of the injection valve 7 is above the actual valve needle 10 a room 35 available with a round cross section, in which a hydraulic translator 36 or transducer is arranged. The translator 36 is in the injector 7 integrated. The translator 36 has an outer piston 39 on that with the actor 30 through a pole 31 connected, as well as an inner piston 40 that with the valve needle 10 is rigidly connected. The outer piston 39 slides in a sealing sleeve 42 by a spring 47 against a device-proof surface 43 a plate closing the injection valve at its upper end 48 is pressed. The holes 6 in the plate 48 direct the fuel from the high pressure line 5 over the room 35 in the room 9 , The upper end of the sealing sleeve 42 is at 44 tapers conically upwards and forms a biting edge, which faces the plate 48 causes a seal. Thus closes the sealing sleeve 42 along with the plate 48 a workroom 52 one. This is through at least one hole, in the example, several holes 54 ; the bottom of the approximately cup-shaped outer piston 39 penetrate, with an inner working space 56 connected by the inner surfaces of the outer bulb 39 and through the upper end surface of the inner piston 40 is defined. The sum of the volumes of the workrooms 52 and 56 is practically immutable, apart from z. B. from an automatic length compensation of the translator. The flow resistance of the holes 54 is in total velvet small enough to provide a quick pressure balance between work spaces 52 and 56 to allow, so that no unwanted delay in the opening process of the valve needle 10 entry.

Die obere Arbeitsfläche des äußeren Kolbens 39 ist durch den Außendurchmessers d2 des äußeren Kolbens 39 und den Durchmesser d1 der Stange 31 definiert. Diese Arbeitsfläche ist größer als die obere Endfläche des inneren Kolbens 40 mit dem Durchmesser d3. Der Durchmesser d4 ist kleiner als d3, damit an der Druckschulter 11 eine die Ventilnadel anhebende Kraft entsteht.The upper working surface of the outer bulb 39 is by the outer diameter d2 of the outer piston 39 and the diameter d1 of the rod 31 Are defined. This work surface is larger than the upper end surface of the inner piston 40 with the diameter d3. The diameter d4 is smaller than d3, thus at the pressure shoulder 11 a valve needle lifting force arises.

Wenn der Aktor 30 bestromt wird und somit der äußere Kolben 39 in der Darstellung der 1 nach unten bewegt wird, bewegt sich der innere Kolben 40 nach oben und bewirkt bei Betrieb der Vorrichtung einen Einspritzvorgang. Das Einspritzventil öffnet durch Absenken des Drucks in den Arbeitsräumen 52 und 56. Wenn der Aktor 30 nicht bestromt ist, ist das Einspritzventil 7 geschlossen.If the actor 30 is energized and thus the outer piston 39 in the presentation of the 1 is moved down, the inner piston moves 40 upwards and causes an operation during operation of the device. The injector opens by lowering the pressure in the work spaces 52 and 56 , If the actor 30 is not energized, is the injector 7 closed.

Das untere Ende der Feder 47 stützt sich auf einer Fläche 49 der Ventilnadel 10 ab. Dadurch wird das Einspritzventil in die Schließrichtung vorgespannt.The lower end of the spring 47 rests on a surface 49 the valve needle 10 from. As a result, the injection valve is biased in the closing direction.

Die Arbeitsräume 52 und 56 sind im Betrieb ständig mit Kraftstoff gefüllt, der durch nicht gezeigte Führungsspalte zwischen der Dichthülse 42 und dem Kolben 39 sowie zwischen dem Kolben 39 und dem inneren Kolben 40 gelangt. In bekannter Weise sind diese Führungsspalte jedoch eng genug, um die Übersetzerwirkung nicht zu beeinträchtigen.The workrooms 52 and 56 are constantly filled with fuel in operation, by not shown guide gaps between the sealing sleeve 42 and the piston 39 as well as between the piston 39 and the inner piston 40 arrives. In a known manner, however, these guide gaps are narrow enough not to affect the translator effect.

Der im Inneren des Raums 35 bei Betrieb der Vorrichtung herrschende Druck wirkt auch auf die untere ringförmige Fläche des äußeren Kolbens 39, die durch den Außendurchmesser des Kolbens 39 und durch den Außendurchmesser des Kolbens 40 begrenzt wird.The inside of the room 35 In operation of the device prevailing pressure also acts on the lower annular surface of the outer piston 39 passing through the outer diameter of the piston 39 and by the outer diameter of the piston 40 is limited.

Der Aktor 30 ist im Beispiel ein Piezoaktor, der nur im bestromten Zustand auf die Schubstange 31 eine nach unten gerichtete Kraft ausübt. Bei stromlosem Aktor 30 ist das Einspritzventil geschlossen.The actor 30 In the example, this is a piezoelectric actuator, which is only in the energized state on the push rod 31 exerts a downward force. With de-energized actuator 30 the injection valve is closed.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind nachfolgend lediglich die Unterschiede gegenüber dem erstgenannten Ausführungsbeispiel erläutert. Es sind für in der Funktion übereinstimmende, wenn auch im Einzelnen abweichend gestaltete Elemente Bezugszeichen gewählt, die um 100 größer sind, als in 1. Sofern die Teile weitestgehend übereinstimmen, sind die selben Bezugszeichen verwendet wie in 1.At the in 2 shown embodiment, only the differences from the first-mentioned embodiment are explained below. There are for matching in the function, albeit differently designed elements selected reference numbers that are greater by 100 than in 1 , If the parts are largely identical, the same reference numerals are used as in 1 ,

Der äußere Kolben 139 ist hier mit der Ventilnadel 110 starr verbunden, und der innere Kolben 140 ist mit der Stange 131 starr verbunden. Die Feder 143 drückt die Dichthülse 142 nach oben gegen die gerätefeste Fläche 153 und drückt gleichzeitig die Ventilnadel 110 in Richtung Schließstellung. Es ist eine zusätzliche Feder 146 vorgesehen, die den inneren Kolben 140 nach oben drückt und die Ventilnadel 110 über deren Fläche 147 nach unten drückt. Die Feder 146 sorgt dafür, dass das untere Ende (der Fuß) des Aktors 130, der ein Piezoaktor ist, stets in Kontakt mit dem oberen Ende der Stange 131 bleibt. Vorteilhaft ist bei einer anderen Konstruktion der Fuß des Aktors mit der Stange 131 fest verbunden. Eine den Aktor 130 umgebende Zugfeder belastet den Aktor auf Druck, damit der Aktor niemals auf Zug beansprucht wird. Durch mindestens eine Bohrung 148 in dem oberen, im Wesentlichen den äußeren Kolben 139 bildenden Teil der Ventilnadelanordnung besteht eine Verbindung zwischen dem Raum 135 im Gehäuse 103, der den Wandler 136 (gebildet im Wesentlichen durch den inneren und äußeren Kolben und die Dichthülse 142) aufnimmt, und der Unterseite des inneren Kolbens 140, an der somit der hohe Kraftstoffdruck (CR-Druck) herrscht.The outer piston 139 is here with the valve needle 110 rigidly connected, and the inner piston 140 is with the rod 131 rigidly connected. The feather 143 pushes the sealing sleeve 142 upwards against the device-fixed surface 153 and at the same time presses the valve needle 110 in the direction of the closed position. It is an additional spring 146 provided the inner piston 140 pushes up and the valve needle 110 over their surface 147 pushes down. The feather 146 ensures that the lower end (the foot) of the actuator 130 , which is a piezoelectric actuator, always in contact with the upper end of the rod 131 remains. It is advantageous in another construction, the foot of the actuator with the rod 131 firmly connected. One the actor 130 surrounding tension spring loads the actuator to pressure, so that the actuator is never subjected to tension. Through at least one hole 148 in the upper, substantially the outer piston 139 forming part of the valve needle assembly is a connection between the space 135 in the case 103 who is the converter 136 (formed essentially by the inner and outer pistons and the sealing sleeve 142 ) and the underside of the inner piston 140 , at which thus the high fuel pressure (CR pressure) prevails.

Wenn bei Bestromung des Piezoaktors 130 der Raum 152 dazu tendiert, sich zu vergrößern, so wird diese Vergrößerung dadurch ausgeglichen, dass der äußere Kolben 139 sich nach oben bewegt und dadurch das Einspritzventil öffnet. Die nach oben weisende Ringfläche des äußeren Kolbens 139 ist kleiner als die radial außerhalb der Stange 131 liegende Ringfläche der nach oben weisenden Seite des Kolbens 140; daher wird die Bewegung der Stange 131 auf die Ventilnadel 110 mit einer Geschwindigkeits- und Wegübersetzung (Übersetzung = Vergrößerung) übertragen, aber in umgekehrter Richtung. Bei dieser Ausführungsform ist lediglich ein einziger Arbeitsraum vorhanden, und es sind somit auch keine den Bohrungen 54 der 1 ähnliche Bohrungen vorhanden.When energized by the piezo actuator 130 the space 152 tends to increase, this magnification is compensated by the fact that the outer piston 139 moves up and thereby opens the injector. The upward-facing annular surface of the outer piston 139 is smaller than the radially outside of the rod 131 lying annular surface of the upward-facing side of the piston 140 ; therefore, the movement of the rod 131 on the valve needle 110 with a speed and distance translation (translation = magnification) transferred, but in the opposite direction. In this embodiment, only a single working space is present, and thus there are no holes 54 of the 1 similar holes available.

Der Aktor 130 ist in die Kraftstoff-Zuführung eingefügt und hierzu von einem angedeuteten Gehäuseteil 160 umgeben, das über die Hochdruckleitung 5 mit dem Druckspeicher 3 verbunden ist und den Kraftstoff über die Bohrungen 6 und den Raum 135 in den Raum 9 leitet. Dadurch wird Leckage an der Stange 131 verhindert.The actor 130 is inserted in the fuel supply and this by an indicated housing part 160 surrounded by the high pressure line 5 with the accumulator 3 is connected and the fuel through the holes 6 and the room 135 in the room 9 passes. This will cause leakage on the rod 131 prevented.

Bei einer Variante der 1 ist statt der dort gezeigten Kraftstoffzuführung eine der 2 gleiche Kraftstoffzuführung vorgesehen.In a variant of 1 is one of the fuel supply instead of the one shown there 2 provided the same fuel supply.

Claims

Fuel injection device ( 1 . 101 ) with an injection valve ( 7 . 107 ), the fuel is to be supplied under high pressure, wherein the injection valve ( 7 . 107 ) one of an actuator ( 30 . 130 ) operable valve needle ( 10 . 110 ) whose lower end region for closing and releasing injection openings ( 14 ) is formed, characterized in that the preferably designed as a piezoelectric actuator ( 30 . 130 ) with the valve needle ( 10 . 110 ) via a translator ( 36 . 136 ), which causes a reversal of the direction of movement.

Device according to claim 1, characterized in that the translator ( 36 . 136 ) in a housing ( 8th . 108 ) of the injection valve ( 7 . 107 ) is arranged.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the translator a radially outer piston ( 39 . 139 ), which contains a bore in which an inner piston slides, that the outer piston against a fixed surface in the device ( 53 . 153 ) together with an outer sleeve surrounding the sealing sleeve ( 42 . 142 ) limits a translator's space, and that of the injection ports ( 14 ) facing away from surface of the inner piston ( 40 . 140 ) is in contact with the translator room.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a spring ( 146 ) for pressing an actuator ( 130 ) with the translator coupling rod ( 131 ) is provided to the actuator.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the actor with the translator is firmly connected.