DE102005015733A1

DE102005015733A1 - Fuel injector for internal combustion engine, has gate valve sleeve arranged in nozzle body to limit nozzle space, where flow path of fuel in space is enabled by movement of injection valve unit along sleeve during injection process

Info

Publication number: DE102005015733A1
Application number: DE200510015733
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-12

Abstract

The injector has an injection valve unit (18) linearly movable in a closing direction, and a piezoelectric actuator to move a translator piston in the direction. A gate valve sleeve (30) arranged in a nozzle body limits a nozzle space, and by which fuel with high speed and/or amount arrives into the space. The flow path of the fuel in the space is enabled by the movement of the unit (18) along the sleeve during the injection process. An independent claim is also included for a method of controlling an injection valve unit of a fuel injector.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor mit zweistufiger, direkter Steuerung eines Einspritzventilglieds für eine Verbrennungskraftmaschine.The The invention relates to a fuel injector with two-stage, direct Control of an injection valve member for an internal combustion engine.

Kraftstoffinjektoren mit einer direkten Steuerung des Einspritzventilglieds sind bekannt. Derartige Kraftstoffinjektoren steuern ohne ein dazwischengeschaltetes hydraulisches Ventil das Öffnen und Schließen eines Einspritzventilglieds. Die Kraftübertragung zwischen einem Aktor, insbesondere einem Piezoaktor, und einem als Düsennadel ausbildbares Einspritzventilglied wird mittels eines Kopplers bzw. eines Übersetzers realisiert, der den Aktorhub, der bei Piezoaktoren äußerst gering ist, verstärkt und so den erforderlichen Hub des Einspritzventilglieds erzeugt. Bei der direkten Steuerung des Einspritzventilglieds findet eine Wegübersetzung des Aktorhubs infolge einer Druckänderung in einem oder mehreren Koppler- bzw. Übersetzerräumen statt. Hierbei kann der Koppler bzw. Übersetzer ein mechanischer, hydraulischer oder eine Kombination von beiden sein.fuel injectors with a direct control of the injection valve member are known. Such fuel injectors control without an intervening hydraulic valve opening and closing an injection valve member. The power transmission between an actuator, in particular a piezoelectric actuator, and an injection valve member which can be embodied as a nozzle needle is realized by means of a coupler or a translator, the the Aktorhub, which is extremely low in piezo actuators, amplified and so generates the required stroke of the injection valve member. at the direct control of the injection valve member finds a Wegübersetzung the actuator stroke due to a pressure change in one or more couplers or translator rooms. Here, the coupler or translator a mechanical, hydraulic or a combination of both be.

Die Übersetzung kann sowohl einstufig als auch mehrstufig, insbesondere zweistufig sein. Der Koppler bzw. Übersetzer ist darüber hinaus zur Kompensation einer thermisch bedingten Längenänderung des Piezoaktors notwendig.The translation can be both single-stage and multi-level, in particular two-stage be. The coupler or translator is about it in addition to the compensation of a thermally induced change in length necessary for the piezo actuator.

Ferner wird zwischen einer direkten und einer inversen Ansteuerung unterschieden. Bei einer direkten Ansteuerung wird zur Einleitung des Einspritzvorganges der Piezoaktor bestromt, wodurch die resultierende Längenausdehnung des übereinander angeordneten Piezokristallstapels eine Druckerhöhung in einem Koppler- bzw. Übersetzerraum herbeiführt, die eine Hubbewegung eines Einspritzventilglieds einleitet, so dass eine Einspritzöffnung an einem Sitz des Einspritzventilglieds freigegeben wird. Im Ruhezustand, d.h. bei geschlossenem Kraftstoffinjektor, kann der Aktor im unbestromten Zustand mit keiner oder nur mit geringer Spannung beaufschlagt gehalten werden.Further a distinction is made between direct and inverse activation. In a direct control is to initiate the injection process the piezoelectric actuator is energized, whereby the resulting linear expansion of the one above the other arranged piezocrystal stack an increase in pressure in a coupler or translator causes, which initiates a stroke movement of an injection valve member, so that an injection port is released at a seat of the injection valve member. At rest, i.e. When the fuel injector is closed, the actuator in the energized Condition held with no or only low voltage become.

Bei einer inversen Ansteuerung ist der Piezoaktor im geschlossenen Zustand des Kraftstoffinjektors mit Spannung beaufschlagt. Zum Öffnen des Einspritzventilglieds und damit zur Einleitung des Einspritzvorganges wird der Piezoaktor stromlos geschaltet, so dass sich die Länge des Piezokristallstapels reduziert. Die damit in einem Koppler- bzw. Übersetzerraum eingeleitete Druckreduzierung, führt zu einer Hubbewegung und so zu einem Auslösen des Einspritzvorganges.at an inverse control is the piezoelectric actuator in the closed state the fuel injector with voltage applied. To open the injection valve member and thus to initiate the injection process is the piezoelectric actuator de-energized, so that the length of the piezocrystal stack reduced. The thus introduced in a coupler or translator room Pressure reduction, leads to a lifting movement and so to trigger the injection process.

Kraftstoffinjektoren mit piezoelektrischen Aktoren zeichnen sich durch äußerst geringe Schalt- und insbesondere Pausenzeiten aus, die fast beliebig viele Einspritzungen ermöglichen. Insbesondere ist es wünschenswert, einen mehrstufigen Einspritzvorgang zu realisieren, so dass eine Anfangs- oder Voreinspritzung und eine anschließende Haupteinspritzung bewirkt werden.fuel injectors with piezoelectric actuators are characterized by extremely low Switching and in particular pause times, almost any number Allow injections. In particular, it is desirable to realize a multi-stage injection process, so that a Initial or pilot injection and a subsequent main injection causes become.

Aus DE 697 20 145 C2 ist ein Einspritzventil bekannt, welches eine Ventilnadel umfasst, die durch eine innerhalb einer Federkammer befindliche Feder gegen eine Sitzfläche gespannt ist. Die Feder ist zwischen einem Feder-Widerlager, welches mit der Ventilnadel in Verbindung steht, und einem beweglichen Anschlag eingebettet. Es ist ein verengter Durchflussweg vorgesehen, durch den Kraftstoff mit einer beschränkten Geschwindigkeit beziehungsweise in beschränkter Menge aus der Federkammer fließen kann. Das Einspritzventil weist ferner ein Ventil unter Einschluss einer beweglichen Anschlagfläche auf, wobei dieses Ventil während des Betriebs des Einspritzventils derart betätigt werden kann, dass Kraftstoff mit einer zweiten, höheren Geschwindigkeit beziehungsweise Menge aus der Federkammer fließen kann. Das Ventil wird durch eine Sitzfläche gebildet, die rund um eine mit der Federkammer kommunizierenden Öffnung ausgebildet ist, wobei der bewegliche Anschlag mit der Sitzfläche in Anlage kommen kann, so dass sich der Kraftstofffluss durch die Öffnung steuern lässt. Der Anschlag kann unter Einwirkung des Kraftstoffdruckes innerhalb eines Pumpenraumes bewegbar ausgebildet sein.Out DE 697 20 145 C2 an injection valve is known, which comprises a valve needle, which is stretched by a spring located within a spring chamber against a seat surface. The spring is embedded between a spring abutment, which communicates with the valve needle, and a movable stop. There is a restricted flow path through which fuel can flow from the spring chamber at a limited rate or in a limited amount. The injector further includes a valve including a movable stop surface, which valve may be actuated during operation of the injector such that fuel may flow from the spring chamber at a second, higher rate. The valve is formed by a seat formed around an opening communicating with the spring chamber, the movable stop being engagable with the seat so that fuel flow through the opening can be controlled. The stop may be designed to be movable under the action of the fuel pressure within a pump chamber.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor mit einem einfachen, kompakten Aufbau bereitzustellen, mit dem eine zweistufige, direkte Steuerung des Einspritzventilglieds unter Einbeziehen einer optimal abgestimmten Schieberdüse möglich ist. Die Schieberdüse umfasst eine Schieberhülse, welche mit dem Einspritzventilglied zusammenwirkt, um einen weiteren Strömungsweg des Kraftstoffes bereitzustellen. Somit ist eine zweistufige Übersetzung realisierbar, bei der in einer ersten Stufe eine Anfangs- bzw. Voreinspritzung und in einer zweiten Stufe eine Haupteinspritzung erfolgen kann.task The present invention is a fuel injector with to provide a simple, compact structure with which a two-stage, direct control of the injection valve member under inclusion an optimally matched slide nozzle is possible. The slide nozzle includes a sliding sleeve, which cooperates with the injection valve member to another flow to provide the fuel. Thus, a two-stage translation feasible, in which in a first stage an initial or pre-injection and in a second stage a main injection can take place.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es wird ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welcher die Vorteile einer direkten Steuerung des Einspritzventilglieds aufweist und welcher gleichzeitig eine zweistufige Übersetzung ermöglicht, die hinsichtlich des Umschaltpunktes von einer Stufe in eine zweite Stufe optimiert ist. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Schieberdüse, umfassend eine Schieberhülse, in den Kraftstoffinjektor zu integrieren.The object of the invention is achieved with the characterizing features of claim 1. It is proposed a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, which has the advantages of direct control of the injection valve member and which simultaneously allows a two-stage ratio, which is optimized in terms of the switching point from one stage to a second stage. The basic idea of the invention is a slide nozzle comprising a slide sleeve to integrate into the fuel injector.

Der Kraftstoffinjektor weist ein in Schließrichtung linear bewegbares Einspritzventilglied auf, welches über mindestens einen Dichtsitz mindestens eine Einspritzöffnung freigibt oder verschließt. Weiterhin weist der Kraftstoffinjektor einen in Schließrichtung wirkenden Aktor auf, beispielsweise einen Piezoaktor, wobei auch andere Aktoren wie Magnet-Aktoren oder ähnliche denkbar sind. Ferner umfasst der Kraftstoffinjektor einen durch den Aktor beweglichen Übersetzerkolben sowie einen Übersetzerraum, der hydraulisch mit dem Einspritzventilglied gekoppelt ist. Ergänzt wird der Kraftstoffinjektor durch eine Schieberdüse, welche einen zweiten Strömungsweg für den Kraftstoff von hoher Geschwindigkeit bzw. Menge hin zur Einspritzöffnung bereitstellt.Of the Fuel injector has a linearly movable in the closing direction Injection valve member, which via at least one sealing seat at least one injection opening releases or closes. Furthermore, the fuel injector has a closing direction acting actuator on, for example, a piezoelectric actuator, and also other actuators such as magnetic actuators or similar are conceivable. Furthermore, the fuel injector comprises a through the actuator movable booster piston as well as a translator room, which is hydraulically coupled to the injection valve member. Complemented the fuel injector through a spool nozzle, which provides a second flow path for the fuel from high speed or quantity to the injection port.

In einer ersten Stufe des Einspritzvorganges wird die Bestromung des Aktors aufgehoben, so reduziert sich die Längenausdehnung des Piezoaktors, wodurch der Übersetzerkolben über ein diesem zugeordnetes Federelement zurückgezogen wird und sich der Druck in dem Übersetzerraum reduziert. Durch die Druckabsenkung im Übersetzerraum wird das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied in den Übersetzerraum ebenfalls aufgezogen.In a first stage of the injection process, the energization of the Actuator canceled, so reduces the length of the piezoelectric actuator, which the booster piston over this associated spring element is withdrawn and the Pressure in the translator room reduced. Due to the pressure reduction in the interpreter room is called nozzle needle formable injection valve member also wound up in the interpreter room.

Desweiteren ist das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied derart gestaltet, dass es an seinem Umfang verteilt Strömungsfreiflächen aufweist, welche in Überdeckung mit einer Führung an einer das Einspritzventilglied umgebenden Schieberhülse stehen. Das Einspritzventilglied gleitet mit seinen im Bereich der Strömungsfreiflächen vorgesehenen Führungsabschnitten, bedingt durch die von dem Piezoaktor in dem Übersetzerraum eingeleiteten Druckabsenkung, entlang der Führung der Schieberhülse und bei weiterer Druckabsenkung über die Führung der Schieberhülse hinweg. Die somit freigelegten Strömungsfreiflächen bewirken, dass Kraftstoff mit einer höheren Geschwindigkeit und somit in größerer Menge in gleicher Zeiteinheit aus der von dem Einspritzventilglied freigegebenen Öffnung aus einem Düsenraum in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.Furthermore is that as a nozzle needle formable injection valve member designed such that it at his Circumference distributed has flow areas, which in overlap with a guide standing on a valve sleeve surrounding the injection valve member. The injection valve member slides with its provided in the region of the flow relief surfaces Guide portions, due to the pressure reduction introduced by the piezoelectric actuator in the booster chamber, along the guide the sliding sleeve and with further pressure reduction over the leadership the sliding sleeve time. The thus exposed flow areas cause fuel with a higher one Speed and thus in greater quantity in the same time unit from the released from the injection valve member opening of a nozzle chamber be injected into the combustion chamber of an internal combustion engine can.

Stimmt man den Übergang von der ersten Stufe, die bestimmt wird durch eine hydraulische Wegübersetzung eines Aktorhubs auf ein linear in Schließrichtung bewegbares Einspritzventilglied, welches als Düsennadel ausbildbar ist, in die zweite Stufe, die bestimmt wird durch die Ausgestaltung der Führung an der Schieberhülse und den Strömungsfreiflächen an dem Einspritzventilglied, optimal ab, so erzielt man eine zweistufige, optimierte Übersetzung mit einfachen Mitteln.Right one the transition from the first stage, which is determined by a hydraulic path ratio an Aktorhubs on a linearly movable in the closing direction injection valve member, which as a nozzle needle is formable, in the second stage, which is determined by the Design of the leadership on the sliding sleeve and the flow clearances the injection valve member, optimally, so you get a two-stage, optimized translation with simple means.

Es werden schnelle Öffnungs- und Schließbewegungen des Einspritzventilglieds erzielt, da keine unnötigen hydraulischen Volumina vom Druck zu entlasten bzw. mit Hochdruck zu beaufschlagen sind. Durch die Verwendung einer konstruktiv einfach ausgestalteten Schieberhülse in Verbindung mit Strömungsfreiflächen am Einspritzventilglied ist eine schnelle Befüllung des Düsenraums möglich. Der vorgeschlagene Kraftstoffinjektor zeichnet sich durch eine extrem kompakte Bauweise und eine geringe Anzahl von Bauteilen aus. Durch eine exakte Abstimmung der Bauteile aufeinander kann der Verlauf des Einspritzvorganges des Kraftstoffinjektors optimiert werden.It will be fast opening and closing movements of the injection valve member achieved because no unnecessary hydraulic volumes be relieved of pressure or act on high pressure. By the use of a structurally simple designed sliding sleeve in conjunction with flow areas at the Injector valve member is a quick filling of the nozzle chamber possible. The proposed fuel injector is characterized by an extremely compact design and a small number of components. By an exact matching of the components to each other can the course of the injection process of the fuel injector be optimized.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobeiOne embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail, wherein

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors im Schnitt zeigt. 1 a schematic diagram of a fuel injector according to the invention in section.

Der Kraftstoffinjektor 10 weist einen Injektorkörper 12 und einen Düsenkörper 14 auf, der mit seinem unteren freien Ende in einen Brennraum 8 einer Verbrennungskraftmaschine ragt. Im Düsenkörper 14 ist innerhalb eines Führungsabschnitts 16 ein Einspritzventilglied 18 derart gelagert, dass das Einspritzventilglied 18 parallel zu einer Schließrichtung 20 verschiebbar ist. Das Einspritzventilglied 18 weist im Bereich des Führungsabschnitts 16 mindestens eine Strömungsfreifläche 22 auf, wobei auch mehrere Strömungsfreiflächen 22 möglich sind, die an seinem Umfang beispielsweise einander gegenüberliegend um 180° versetzt, verteilt sein können. Die Strömungsfreifläche 22 kommt zu einer teilweisen Überdeckung mit dem Führungsabschnitt 16 des Düsenkörpers 14. An dem Einspritzventilglied 18, welches einen Durchmesser D₃ aufweist, schließt sich in Schließrichtung 20 gesehen, unterhalb der Strömungsfreifläche 22, ein verengter zylindrischer Bereich mit einem Durchmesser D₄ an, wobei D₄ kleiner als D₃ ist. Dadurch bildet sich eine Druckstufe 24 an dem Einspritzventilglieds 18 aus. In Schließrichtung 20 gesehen, folgt am Umfang des Einspritzventilgliedes 18 mindestens eine weitere Strömungsfreifläche 26, wobei mehrere gleichmäßig über den Umfang des Einspritzventilgliedes 18 verteilte Strömungsfreiflächen 26 denkbar sind. Das Einspritzventilglied 18 wird, in Schließrichtung 20 betrachtet, oberhalb der Strömungsfreifläche 26 an einem Führungsabschnitt 28 einer Schieberhülse 30 geführt.The fuel injector 10 has an injector body 12 and a nozzle body 14 on, with its lower free end in a combustion chamber 8th an internal combustion engine protrudes. In the nozzle body 14 is within a lead section 16 an injection valve member 18 stored such that the injection valve member 18 parallel to a closing direction 20 is displaceable. The injection valve member 18 points in the area of the guide section 16 at least one flow area 22 on, including several flow areas 22 are possible, the offset, for example, at its periphery, for example, opposite to each other by 180 °, can be distributed. The flow area 22 comes to a partial overlap with the guide section 16 of the nozzle body 14 , At the injection valve member 18 , which has a diameter D ₃ , closes in the closing direction 20 Seen below the flow area 22 , a narrowed cylindrical region with a diameter D ₄ , where D _{4 is} smaller than D ₃ . This creates a pressure stage 24 at the injection valve member 18 out. In the closing direction 20 seen, follows the circumference of the injection valve member 18 at least one further flow area 26 , with several evenly over the circumference of the injection valve member 18 distributed flow areas 26 are conceivable. The injection valve member 18 is, in the closing direction 20 considered, above the flow area 26 at a guide section 28 a sliding sleeve 30 guided.

Das Einspritzventilglied 18 ist an seinem in Schließrichtung 20 unteren Ende 32 kegelförmig ausgebildet. Wird das Einspritzventilglied 18 in Schließrichtung 20 mit einer Kraft beaufschlagt, so wird das Einspritzventilglied 18 in einen Dichtsitz 34 gepresst, wodurch ein sackförmiger Bereich 36 in einem Düsenraum 38 des Düsenkörpers 14 gegen den Kraftstoff abgedichtet wird. Dadurch wird eine in die Wand des sacklochförmigen Bereichs 36 eingelassene mindestens eine Einspritzöffnung 40 kraftstoffdicht verschlossen.The injection valve member 18 is at its in the closing direction 20 lower end 32 cone-shaped. Will the injection valve member 18 in the closing direction 20 acted upon by a force, the injection valve member 18 in a sealing seat 34 pressed, creating a bag-shaped area 36 in a nozzle room 38 of the nozzle body 14 is sealed against the fuel. As a result, one in the wall of the blind-hole-shaped area 36 let in at least one injection port 40 sealed fuel-tight.

Der Kraftstoffinjektors 10 ist über eine Hochdruckleitung 42, welche in einen Aktorraum 44 des Injektorkörpers 12 mündet, mit einem Druckspeicher (Common- Rail) 46 verbunden. Somit strömt Kraftstoff mit in dem im Druckspeicher 46 herrschenden Systemdruck, als p_CR bezeichnet, in den Aktorraum 44. Über einen ersten Kraftstoffkanal 48 kann unter Systemdruck stehender Kraftstoff in einen Druckraum 50 gelangen. Von diesem strömt der Kraftstoff über die Strömungsfreifläche 22 am Einspritzventilglied 18 einem zweiten Druckraum 52 zu. Dieser Druckraum 52 wiederum steht über eine in der Schieberhülse 30 vorgesehene Drosselstelle 54 mit dem Düsenraum 38 fluidisch in Verbindung. So gelangt Kraftstoff mit einem gegenüber dem Systemdruck p_CR reduzierten Druck bis hin zu dem Dichtsitz 34 im Düsenraum 38.The fuel injector 10 is via a high pressure line 42 which is in an actuator room 44 of the injector body 12 opens, with a pressure accumulator (common rail) 46 connected. Thus, fuel flows with in the pressure accumulator 46 prevailing system pressure, referred to as p _CR , in the actuator room 44 , Via a first fuel channel 48 can be under system pressure fuel in a pressure chamber 50 reach. From this, the fuel flows over the flow area 22 at the injection valve member 18 a second pressure chamber 52 to. This pressure room 52 in turn is about one in the sliding sleeve 30 provided throttle point 54 with the nozzle space 38 fluidically in communication. Thus, fuel reaches a reduced pressure with respect to the system pressure p _CR all the way to the sealing seat 34 in the nozzle room 38 ,

Weiterhin umfasst der Kraftstoffinjektor 10 einen Piezoaktor 56, welcher in einem Aktorraum 44 aufgenommen ist und über elektrische Kontakte (nicht dargestellt) bestrombar bzw. mit Spannung beaufschlagbar ist, so dass eine Längenänderung einer Anzahl übereinander geschichtet angeordneter Piezokristalle in Schließrichtung 20 erfolgen kann. Der Piezoaktor 56 ist kraftstoffdicht ummantelt, um eine Beschädigung des Piezoaktors 56 durch den unter Systemdruck p_CR stehenden Kraftstoff im Aktorraum 44 zu vermeiden.Furthermore, the fuel injector includes 10 a piezoelectric actuator 56 which is in an actuator room 44 is received and via electrical contacts (not shown) can be energized or supplied with voltage, so that a change in length of a number of stacked piezocrystals arranged in the closing direction 20 can be done. The piezo actuator 56 is fuel-tight sheathed to damage the piezoelectric actuator 56 by the fuel under system pressure p _CR in the actuator chamber 44 to avoid.

Der Piezoaktor 56 steht über eine Stirnfläche 58, an welche ein als Rohrfeder ausgebildetes Federelement 60 angestellt ist, mit einem Übersetzerkolben 62 in Verbindung, der mittels einer Hülse 64 in einem Führungsbereich 66 in Schließrichtung 20 linear verschiebbar gelagert ist. Dabei ist der Führungsbereich 66 derart gestaltet, dass die Führung des Übersetzerkolbens 62 kraftstoffdicht erfolgt. Unter Systemdruck stehender Kraftstoff gelangt vom Aktorraum 44 über in der Hülse 64 vorgesehene Verbindungsbohrungen 70 aus dem Aktorraum 44 und über Spaltströmung entlang der Berührungsfläche 78 in einen Übersetzerraum 72.The piezo actuator 56 stands over an end face 58 , to which a spring element designed as a tubular spring 60 hired, with a translator piston 62 in connection, by means of a sleeve 64 in a leadership area 66 in the closing direction 20 is mounted linearly displaceable. This is the management area 66 designed such that the leadership of the booster piston 62 fuel-tight. Fuel under system pressure passes from the actuator chamber 44 over in the sleeve 64 provided connection holes 70 from the actuator room 44 and via gap flow along the interface 78 in a translator room 72 ,

Die Hülse 64, welche im Injektorkörper 12 gelagert ist, weist an ihrer in Schließrichtung 20 gesehenen Unterseite eine zylindrische Aussparung 68 auf.The sleeve 64 , which in the injector body 12 is mounted, points at its in the closing direction 20 underside seen a cylindrical recess 68 on.

Der Übersetzerkolben 62 ist weiterhin so gestaltet, dass er innerhalb des Führungsbereichs 66 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser D₁ aufweist und sich an seinem in Schließrichtung 20 gesehenen unteren Ende ein verbreiterter zylinderförmiger Bereich mit einem Durchmesser D₂ anschließt, wobei D₂ größer als D₁ ist. Dadurch bildet sich eine ringförmige Schulterfläche 74 aus, welche zur Schließrichtung 20 senkrecht angeordnet ist. Die Schulterfläche 74 kann zum Anschlag mit einer ringförmigen Stirnfläche 76 der Hülse 64 kommen. Der verbreiterte zylinderförmige Bereich mit dem Durchmesser D₂ des Übersetzerkolbens 62 ist verschiebbar in der Hülse 64 gelagert, wobei entlang einer Berührungsfläche 78 zwischen Übersetzerkolben 62 und Hülse 64 Kraftstoff mittels Spaltströmungen in den Übersetzerraum 72 gelangen kann. Der Übersetzerkolben 62 weist eine Stirnfläche 80 auf, welche den Übersetzerraum 72 begrenzt.The translator piston 62 is still designed to be within the leadership area 66 has a cylindrical shape with a diameter D ₁ and at its in the closing direction 20 seen lower end followed by a widened cylindrical portion having a diameter D ₂ , wherein D _{2 is} greater than D ₁ . This forms an annular shoulder surface 74 off, which to the closing direction 20 is arranged vertically. The shoulder surface 74 can stop with an annular end face 76 the sleeve 64 come. The widened cylindrical area with the diameter D _{2 of} the booster piston 62 is slidable in the sleeve 64 stored, being along a contact surface 78 between the translator piston 62 and sleeve 64 Fuel by means of slit flows in the interpreter room 72 can get. The translator piston 62 has an end face 80 on which the translator room 72 limited.

Der Übersetzerraum 72 wird durch die Stirnfläche 80 des Übersetzerkolbens 62, der Hülse 64, der Innenwand des Injektorkörpers 12, sowie einer ringförmigen Zwischenscheibe 82, welche zwischen Injektorkörper 12 und Düsenkörper 14 vorgesehen ist, und einer Druckfläche 84 des Einspritzventilgliedes 18 begrenzt. An einer in Schließrichtung 20 unteren Planseite 86 der Zwischenscheibe 82 ist eine Dichthülse 88 mit einer Beißkante 90 derart angestellt, dass eine verbesserte Dichtung des Übersetzerraumes 72 gegenüber dem Druckraum 50 erreicht wird. In Richtung der Einspritzöffnung 40, ist die Dichthülse 88 mittels eines Federelements 92 gegen eine ringförmige Schulter 94 des Einspritzventilgliedes 18 angestellt.The translator room 72 gets through the frontal area 80 of the booster piston 62 , the sleeve 64 , the inner wall of the injector body 12 , as well as an annular washer 82 between injector body 12 and nozzle body 14 is provided, and a printing surface 84 of the injection valve member 18 limited. At one in the closing direction 20 lower plan side 86 the washer 82 is a sealing sleeve 88 with a biting edge 90 adjusted so that an improved seal of the translator 72 opposite the pressure chamber 50 is reached. In the direction of the injection opening 40 , is the sealing sleeve 88 by means of a spring element 92 against an annular shoulder 94 of the injection valve member 18 hired.

Im Düsenraum 38 ist die Schieberhülse 30 derart angeordnet, dass das Einspritzventilglied 18 entlang des Führungsabschnitts 28 in Schließrichtung 20 linear verschiebbar gelagert ist. Die Schieberhülse 30 ist über ein Federelement 96, welches sich auf eine obere ringförmige Stirnfläche 98 der Schieberhülse 30 gegen eine Zwischenscheibe 100 des Düsenkörpers 14 des Kraftstoffinjektors 10 abstützt, gegen einen Schieberhülsensitz 102 im Düsenkörper 14 so gespannt, dass ein kraftstoffdichter Sitz erreicht wird.In the nozzle room 38 is the sliding sleeve 30 arranged such that the injection valve member 18 along the guide section 28 in the closing direction 20 is mounted linearly displaceable. The sliding sleeve 30 is via a spring element 96 , which is on an upper annular end face 98 the sliding sleeve 30 against a washer 100 of the nozzle body 14 of the fuel injector 10 rests against a pusher sleeve seat 102 in the nozzle body 14 so excited that a fuel-tight seat is achieved.

Der Übersetzerkolben 62 ist entlang der Führung 66 der Hülse 64 um eine Hubhöhe (h₁) 104 verschiebbar gelagert, die sich aus der Gestaltung des Übersetzerkolbens 62 in Zusammenhang mit der Hülse 64 ergibt. Das Einspritzventilglied 18 gleitet um eine Hubhöhe (h₂) 106 entlang der Führung 28 an der Schieberhülse 30.The translator piston 62 is along the guide 66 the sleeve 64 by one lifting height (h ₁ ) 104 slidably mounted, resulting from the design of the booster piston 62 in connection with the sleeve 64 results. The injection valve member 18 slides around a lifting height (h ₂ ) 106 along the guide 28 on the sliding sleeve 30 ,

Die Funktionsweise des Kraftstoffinjektors 10 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Initiierung und des Ablaufs eines Einspritzvorganges. Wird die Bestromung des Piezoaktors 56 aufgehoben, so reduziert sich dessen Länge in Schießrichtung 20. Aufgrund der Wirkung des Federelements 60 wird der Übersetzerkolben 62 entgegen der Schließrichtung 20 aufgezogen. Damit steigt kurzfristig das Volumen des Übersetzerraums 72, wodurch der Druck im Übersetzerraum sinkt. In Folge dessen wird über die Druckstufe 24 des Einspritzventilgliedes 18 eine hydraulische Kraft entgegen der Schließrichtung 20 auf das Einspritzventilglied 18 ausgeübt, so dass sich das Einspritzventilglied 18, gegen der Kraft des Federelements 60, entgegen der Schließrichtung 20 nach oben bewegt. Bei gleichen Durchmessern von Übersetzerkolben 62, mit D₂ bezeichnet, und Einspritzventilglied 18 im Bereich des Übersetzerraums, mit D₃ bezeichnet, entspricht die Hubhöhe des Einspritzventilglieds 18 der Hubhöhe (h₁) 104 des Übersetzerkolbens 62.The operation of the fuel injector 10 According to the illustrated embodiment results from the following description of the initiation and the course of an injection process. Is the energization of the piezoelectric actuator 56 canceled, so its length is reduced in the shooting direction 20 , Due to the effect of the spring element 60 becomes the translator piston 62 against the closing direction 20 reared. This increases the volume of the translator's room in the short term 72 , which reduces the pressure in the interpreter room. As a result, it is about the pressure level 24 of the injection valve member 18 a hydraulic force against the closing direction 20 on the injection valve member 18 exercised, so that the injection valve member 18 , against the force of the spring element 60 , contrary to the closing direction 20 moved upwards. With equal diameters of booster piston 62 , denoted by D ₂ , and injection valve member 18 in the area of the compiler room, denoted by D ₃ , corresponds to the lift height of the injection valve member 18 the lifting height (h ₁ ) 104 of the booster piston 62 ,

Mit der Aufwärtsbewegung des Einspritzventilglieds 18 hebt das als Düsennadel ausbildbare Einspritzventilglied 18 von dem Dichtsitz 34 ab. Der Kraftstoff, der aus dem Druckspeicher 46 über die Hochdruckleitung 42 in den Aktorraum 44, dem Kraftstoffkanal 48, den Druckraum 50, der Strömungsfreifläche 22, den Druckraum 52, der Drosselstelle 54 in den Düsenraum 38 und weiter in den sackförmigen Bereich 36 gelangen kann, wird nun unter gegenüber dem Systemdruck p_CR reduziertem Druck durch die Einspritzöffnung 40 in den Brennraum 8 einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Dies entspricht einer ersten Stufe im Ablauf der Einspritzung.With the upward movement of the injection valve member 18 raises the injection valve member that can be formed as a nozzle needle 18 from the sealing seat 34 from. The fuel coming out of the accumulator 46 over the high pressure line 42 in the actuator room 44 , the fuel channel 48 , the pressure room 50 , the flow surface 22 , the pressure room 52 , the throttle point 54 in the nozzle chamber 38 and further into the bag-shaped area 36 is now under reduced pressure compared to the system pressure p _CR through the injection port 40 in the combustion chamber 8th an internal combustion engine injected. This corresponds to a first stage in the course of the injection.

Bei einer weiteren Aufwärtsbewegung des Einspritzventilglieds 18, bei der eine Hubhöhe (h₂) 106 überschritten wird, gleitet die Strömungsfreifläche 26 im Bereich der Schieberhülse 30 über den Führungsbereich 28 hinaus, so dass die Strömungsfreifläche 26 in den Druckraum 52 aufgezogen wird. Somit ist eine fluidische Verbindung zwischen dem Druckraum 52 und dem Düsenraum 38 gegeben, so dass in einer zweiten Stufe unter Systemdruck p_CR stehender Kraftstoff aus dem Druckraum 52 über die Strömungsfreifläche 26 in den Düsenraum 38 und weiter in den sackförmigen Bereich 36 gelangen kann, und von dort durch die Einspritzöffnung 40 in den Brennraum 8 einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.In a further upward movement of the injection valve member 18 in which a lifting height (h ₂ ) 106 is exceeded, the flow area slides 26 in the area of the sliding sleeve 30 over the leadership area 28 out, leaving the flow area free 26 in the pressure room 52 is raised. Thus, a fluidic connection between the pressure chamber 52 and the nozzle space 38 given, so that in a second stage under system pressure p _CR standing fuel from the pressure chamber 52 over the flow area 26 in the nozzle chamber 38 and further into the bag-shaped area 36 and from there through the injection port 40 in the combustion chamber 8th an internal combustion engine is injected.

Als optimal für den zweistufigen Einspritzvorgang erweist sich, wenn die Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors 10 derart ist, dass die Hubhöhe (h₂) 106, die das Einspritzventilglied 18 durchläuft, in einem Bereich liegt, welcher begrenzt wird einerseits dadurch, dass die Hubhöhe (h₂) 106 gleich der Hubhöhe (h₁) 104 des Übersetzerkolbens 62 ist, und andererseits, dass die Hubhöhe (h₂) 106 des Einspritzventilglieds 18 kleiner ist als die Hubhöhe (h₁) 104 des Übersetzerkolbens 62, wobei das Hubverhältnis h₁ zu h₂ nicht größer als 20% von h₁ ist.As optimal for the two-stage injection process proves, if the design of the fuel injector 10 such is that the lifting height (h ₂ ) 106 that the injection valve member 18 passes, lies in an area which is limited on the one hand by the fact that the lifting height (h ₂ ) 106 equal to the lifting height (h ₁ ) 104 of the booster piston 62 is, and on the other hand, that the lifting height (h ₂ ) 106 of the injection valve member 18 is less than the lifting height (h ₁ ) 104 of the booster piston 62 , wherein the stroke ratio h ₁ to h _{2 is} not greater than 20% of h ₁ .

Zum Verschließen der Einspritzöffnung 40 wird entsprechend wieder der Piezoaktor 56 mit Spannung beaufschlagt, dass sich der Piezoaktor ausdehnt, wodurch sich der Übersetzerkolben 62 in den Übersetzerraum 72 bewegt, der Druck im Übersetzerraum 72 steigt und somit das Einspritzventilglied 18 wieder nach unten, d.h. in Schließrichtung 20, bewegt wird und über den Dichtsitz 34 die mindestens eine Einspritzöffnung 40 verschließt.For closing the injection opening 40 is accordingly again the piezoelectric actuator 56 energized that the piezoelectric actuator expands, causing the booster piston 62 in the translator room 72 moved, the pressure in the translator room 72 increases and thus the injection valve member 18 back down, ie in the closing direction 20 , is moved and over the sealing seat 34 the at least one injection port 40 closes.

88th: Brennraumcombustion chamber
1010: Kraftstoffinjektorfuel injector
1212: Injektorkörperinjector
1414: Düsenkörpernozzle body
1616: Führungguide
1818: EinspritzventilgliedInjection valve member
2020: Schließrichtungclosing direction
2222: StrömungsfreiflächeFlow open space
2424: Druckstufepressure stage
2626: StrömungsfreiflächeFlow open space
2828: Führungguide
3030: Schieberhülsesliding sleeve
3232: unteres Ende Einspritzventilgliedlower End of injection valve member
3434: Dichtsitzsealing seat
3636: sackförmiger Bereichbag-shaped area
3838: Düsenraumnozzle chamber
4040: EinspritzöffnungInjection port
4242: HochdruckleitungHigh-pressure line
4444: Aktorraumactuator chamber
4646: Druckspeicheraccumulator
4848: KraftstoffkanalFuel channel
5050: Druckraumpressure chamber
5252: Druckraumpressure chamber
5454: Drosselstellerestriction
5656: Piezoaktorpiezo actuator
5858: Stirnflächeface
6060: Federelementspring element
6262: ÜbersetzerkolbenBooster piston
6464: Hülseshell
6666: Führungguide
6868: zylindrische Aussparungcylindrical recess
7070: Verbindungsbohrungconnecting bore
7272: ÜbersetzerraumBooster chamber
7474: Schulterflächeshoulder surface
7676: ringförmige Stirnflächeannular end face
7878: BerührungsflächeTouchpad
8080: Stirnflächeface
8282: Zwischenscheibewasher
3434: Druckfläche EinspritzventilgliedPressure surface injection valve member
8686: Planseiteplan page
8888: Dichthülsesealing sleeve
9090: Beißkantebiting edge
9292: Federelementspring element
9494: ringförmige Schulterannular shoulder
9696: Federelementspring element
9898: ringförmige Stirnflächeannular end face
100100: Zwischenscheibewasher
102102: SchieberhülsensitzSlide sleeve seat
104104: Hubhöhe h₁ Lifting height h ₁
106106: Hubhöhe h₂ Lifting height h ₂

Claims

Fuel injector ( 10 ) for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel injector ( 10 ) has the following: a) a linear in the closing direction ( 20 ) movable injection valve member ( 18 ), which has at least one sealing seat ( 34 ) at least one injection opening ( 40 ) in a nozzle body ( 14 ) releases or closes; b) at least one in the closing direction ( 20 ) acting actuator ( 56 ); c) at least one in the closing direction ( 20 ) by the actuator ( 56 ) movable booster piston ( 62 ); d) at least one translation room ( 72 ), wherein by moving the at least one booster piston ( 62 ) against the closing direction ( 20 ) a volume of the at least one translator room ( 72 ) is enlargeable; e) at least one in the nozzle body ( 14 ) arranged sliding sleeve ( 30 ), which has a nozzle space ( 38 ), with at least one restriction ( 54 ), via which fuel at a first speed or quantity into the nozzle chamber ( 38 ); and f) at least one second flow path of the fuel into the nozzle space ( 38 ) caused by the movement of the injection valve member ( 18 ) during the injection process along the sliding sleeve ( 30 ) is released.

Fuel injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the sliding sleeve ( 30 ) via a spring element ( 96 ) against a pusher sleeve seat ( 102 ) in the nozzle body ( 14 ) is employed.

Fuel injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the sliding sleeve ( 30 ) the nozzle space ( 38 ) against a pressure chamber ( 52 ) delimits.

Fuel injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the injection valve member ( 18 ) along the sliding sleeve ( 30 ) is guided.

Fuel injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the injection valve member ( 18 ) over at least one flow area ( 26 ), by the movement of the injection valve member ( 18 ) along the sliding sleeve ( 30 ) Fuel at a second, higher speed or quantity into the nozzle chamber ( 38 ).

Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the booster piston ( 62 ) a lifting height (h ₁ ) ( 104 ) against the closing direction ( 20 ) goes through.

Fuel injector ( 10 ) according to the preceding claim, characterized in that the injection valve member ( 18 ) a lifting height (h ₂ ) ( 106 ), which equals the lifting height (h ₁ ) ( 104 ) of the booster piston ( 62 ), wherein the outflow of fuel at a second, higher speed or quantity into the nozzle chamber ( 38 ) over the flow area ( 26 ) is possible.

Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 64 ) Connection holes ( 70 ) to the translator room ( 72 ) with an actuator space ( 44 ) fluidly connect.

Fuel injector ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the injection valve member ( 18 ) over at least one flow area ( 22 ), via which fuel from a pressure chamber ( 50 ) in a second pressure chamber ( 52 ) in the nozzle body ( 14 ).

Method for controlling an injection valve member ( 18 ) of a fuel injector ( 10 ) comprising the following steps: a) at least one linear actuator ( 56 ) is controlled, wherein at least one end face ( 58 ) of the at least one linear actuator ( 56 ) against a closing direction ( 20 ) is moved; b) at least one booster piston ( 62 ) is from the at least one end face ( 58 ) against the closing direction ( 20 ), where a volume of at least one translator's room ( 72 ) is increased and a pressure reduction of a hydraulic fluid in the at least one compiler room ( 72 ) results; - wherein the injection valve member ( 18 ) against the closing direction ( 20 ), and - wherein fuel via a first flow path with a first, lower speed or quantity to an injection port ( 40 ) in a nozzle body ( 14 ) can get; c) the injection valve member ( 18 ) over a lifting height (h ₂ ) ( 106 ) is raised, a second flow path of the fuel is exposed, via the fuel at a second, higher speed or quantity to the injection port ( 40 ) in the nozzle body ( 14 ) flows.