DE102005024871A1 - Injector for diesel fuel has a control chamber, which is subjected to fluid pressure whereby nozzle needle or tappet of nozzle needle of injector is coupled fluid mechanically with servo valve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen servohydraulisch betätigten Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen eines Fluids in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors.The The invention relates to an injector, in particular a servohydraulic actuated Common rail injector, for injecting a fluid into a combustion chamber an internal combustion engine.
Für eine gute Aufbereitung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs muss ein Kraftstoff, je nach Verbrennungsverfahren, mit Drücken bis über 2.000 bar in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors eingespritzt werden und dabei mit der größtmöglichen Genauigkeit je Einspritzung dosiert werden. Um einen Kompromiss zwischen einem geringen Kraftstoffverbrauch und der Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte für Emissionen (Abgase und Geräuschentwicklung des Motors) zu realisieren, ist es notwendig, den Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors präzise zu steuern. Dabei sind wesentliche Parameter ein jeweiliger Einspritzbeginn (Voreinspritzung, Haupteinspritzung(en) und Nacheinspritzung), eine Einspritzdauer, ein jeweiliges Einspritzende und ein dynamisches Verhalten einer Düsennadel während der Einspritzung.For a good Preparation of a fuel-air mixture must be a fuel depending on the combustion process, with pressures up to more than 2,000 bar in a combustion chamber an internal combustion engine are injected and thereby with the greatest possible accuracy be metered per injection. To make a compromise between one Low fuel consumption and compliance with legal limits for emissions (Exhaust gases and noise of the engine), it is necessary to start the injection process of the fuel injector precisely to control. Essential parameters are a respective start of injection (Pre-injection, main injection (s) and post-injection), an injection duration, a respective injection end and a dynamic behavior of a nozzle needle during the Injection.
Es bestehen hohe Anforderungen an das dynamisches Verhalten der Düsennadel über einen gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors hinweg. Aufgrund der hohen Einspritzdrücke wirken große hydraulische Kräfte, die insbesondere auch auf ein Dichtelement eines Servoventils wirken. Hierdurch ergibt sich in Verbindung mit den mechanischen Elastizitäten (Steifigkeiten) im Antriebsstrang des Servoventils (u. a. Servoventilglied, Piezoaktor, Injektorgehäuse) ein bistabiles Verhalten (geöffnet/geschlossen) der Düsennadel, wobei sich die Düsennadel aufgrund des vom Servoventil freigegebenen Ablaufquerschnitts mit sehr hoher Geschwindigkeit von einer Schließstellung in eine Offenstellung des Injektors bewegt. Beim Schließen des Servoventils herrschen ähnliche Verhältnisse. Durch dieses quasi digitale Öffnen bzw. Schließen der Düsennadel wird eine reproduzierbar gesteuerte Einspritzung kleinster Kraftstoffmengen, insbesondere für eine Vor- /Nacheinspritzung und Einspritzungen bei Drehzahlen unterhalb der Volllastdrehzahl, wesentlich erschwert.It There are high demands on the dynamic behavior of the nozzle needle over a entire speed range of the internal combustion engine away. by virtue of the high injection pressures work great hydraulic forces, which in particular also act on a sealing element of a servo valve. This results in connection with the mechanical elasticities (stiffnesses) in the drive train of the servo valve (inter alia servo valve member, piezoelectric actuator, injector housing) bistable behavior (open / closed) the nozzle needle, with the nozzle needle due to the released by the servo valve flow cross section with very high speed from a closed position to an open position of the Injector moves. While closing of the servo valve are similar Conditions. Through this quasi-digital opening or Close the nozzle needle is a reproducible controlled injection of small amounts of fuel, especially for a pre / post injection and injections at speeds below the full load speed, considerably more difficult.
Die Steuerung einer Einspritzmenge eines Kraftstoffinjektors ist gut beherrschbar, solange die Einspritzmenge durch diejenige Dauer bestimmt wird, während die Düsennadel des Kraftstoffinjektors voll geöffnet in ihrer Position an einem Düsennadelanschlag verweilt und eine Bewegungsphase der Düsennadel nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur gesamten Einspritzmenge liefert. Problematisch ist jedoch, dass bei Kraftfahrzeugen über 90% des Motorbetriebs derart ablaufen, dass die benötige Einspritzmenge derart gering ist, dass der Einspritzvorgang beendet werden muss, bevor die Düsennadel ihren Anschlag erreicht. Die Bewegungsphase der Düsennadel bestimmt die eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu vollständig.The Control of an injection amount of a fuel injector is good manageable, as long as the injection quantity is determined by that duration, while the nozzle needle of the fuel injector fully open in their position on a jet needle stop lingers and a movement phase of the nozzle needle only a negligible Contribution to the total injection quantity supplies. However, the problem is that in motor vehicles over Run 90% of the engine operation such that the required injection quantity is so small that the injection process has to be ended, before the nozzle needle hers Reached stop. The movement phase of the nozzle needle determines the injected one Fuel quantity almost completely.
Die Bewegungsphase der Düsennadel ist schwer steuerbar, da die Düsennadel beim Öffnungsvorgang des Servoventils stark beschleunigt wird. Ferner ist der Öffnungsvorgang des Servoventils von komplexer Natur und von vielen Parametern – wie z. B. parasitärer Elastizitäten; einer Temperaturverteilung im Kraftstoffinjektor; einem elektromechanischen Zustand des Aktors, der hysterese- und alterungsbedingt schwanken kann und daher zumindest nicht einfach vorhersagbar ist; und von mechanischer Reibung – abhängig.The Movement phase of the nozzle needle is difficult to control because of the nozzle needle during the opening process of the servo valve is greatly accelerated. Furthermore, the opening process the servo valve of complex nature and many parameters - such. B. parasitic elasticities; a temperature distribution in the fuel injector; an electromechanical State of the actuator, which fluctuate due to hysteresis and aging can and therefore is at least not easily predictable; and from mechanical friction - dependent.
Die
Durch das Ausbilden der Ablaufdrossel in einem Gehäuseabschnitt der Einspritzeinrichtung sowie den vergleichsweise großen Platzbedarf des zweiteiligen Ventilglieds im Ventilraum ist das Totvolumen des Servoventils der Einspritzeinrichtung vergleichsweise groß, was das dynamische Verhalten der Einspritzeinrichtung nachteilig beeinflusst und eine vergleichsweise lange Ansprechzeit der Düsennadel bedingt.By forming the drain throttle in a housing portion of the injector as well as the comparatively large one Space requirement of the two-part valve member in the valve chamber is the Dead volume of the servo valve of the injector comparatively large, what the dynamic behavior of the injector disadvantageous influenced and a comparatively long response time of the nozzle needle conditionally.
Generell wirkt sich bei bekannten Lösungen das große hydraulische Totvolumen des Servoventils negativ aus, welches sich durch zusätzliche Integration eines fixen Ablaufdrosselabschnitts in Form einer Drosselscheibe über den gesamten Querschnitt des Kraftstoffinjektors hinweg ergibt.As a general rule this affects the known solutions size hydraulic dead volume of the servo valve negative, which is by additional Integration of a fixed outlet throttle section in the form of a throttle plate over the gives complete cross section of the fuel injector away.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Injektor zur Verfügung zu stellen, der insbesondere ein dynamisches Ansprechverhalten mit kurzer Ansprechzeit der Düsennadel realisiert, um so eine gesteuerte Einspritzung von Teil- und Kleinstmengen mit hoher Reproduzierbarkeit zu ermöglichen. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, in einen bereits vorhandenen Injektor, insbesondere einen servohydraulisch betätigten Kraftstoffinjektor, nachträglich eine Ablaufdrossel ohne wesentliche konstruktive Änderungen des Kraftstoffinjektors zu integrieren, und dabei das Totvolumen des Servoventils so gering wie möglich zu halten.It is an object of the invention to provide an improved injector which can be used in the art Specially realized a dynamic response with short response time of the nozzle needle, so as to allow a controlled injection of partial and very small amounts with high reproducibility. Furthermore, an object of the invention is to integrate into an existing injector, in particular a servohydraulically actuated fuel injector, subsequently an outlet throttle without significant design changes of the fuel injector, while keeping the dead volume of the servo valve as low as possible.
Die Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Injektors, insbesondere eines servohydraulisch betätigten Common-Rail-Kraftstoffinjektors gelöst, der eine mit einem Servoventil strömungsmechanisch in Reihe geschaltete Ablaufdrossel aufweist, wobei die Ablaufdrossel als gesondertes Bauteil direkt am Servoventil vorgesehen ist. Hierdurch stellt die Erfindung einen Injektor zur Verfügung, der ein Servoventil mit darin integrierter Drossel umfasst.The The object of the invention is achieved by means of an injector, in particular a servohydraulically operated Common rail fuel injector solved, one fluidically connected in series with a servo valve Outflow throttle, wherein the outlet throttle as a separate Component is provided directly on the servo valve. This provides the Invention provides an injector having a servo valve with therein integrated throttle includes.
Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, mit der Ablaufdrossel so nah wie möglich an ein Ventilglied bzw. Dichtelement des Servoventils heranzugelangen und so das zwischen einer Dichtfläche des Servoventils und der Ablaufdrossel vorhandene Totvolumen des Servoventils so gering wie möglich zu halten. Besonders einfach ist diese erfinderische Anordnung bei nach innen öffnenden Servoventilen innerhalb eines piezoelektrisch betriebenen Kraftstoffinjektors zu realisieren. Durch das kleine Totvolumen zwischen Ablaufdrossel und einem Servoventil-Dichtsitz ist einerseits eine sehr kurze Ansprechzeit bzw. ein dynamisches Ansprechverhalten der Düsennadel realisiert, und andererseits eine reproduzierbar gesteuerte Einspritzung von kleinsten Kraftstoffmengen des Injektors möglich. Erfindungsgemäß ist es möglich, die Bewegungsphase der Düsennadel zwischen ihrer geschlossenen und ihrer vollständig offenen Position im Injektor zu beeinflussen, ohne dass die Düsennadel digital auf- oder zusteuert, wodurch die Einspritzung kleinster Kraftstoffmengen realisierbar ist.through the inventive arrangement is it is possible with the outlet throttle as close as possible to a valve member or Approached sealing element of the servo valve and so the between a sealing surface the servo valve and the outlet throttle existing dead volume of the Servovalve as low as possible to keep. This inventive arrangement is particularly simple inwardly opening servo valves within a piezoelectric fuel injector to realize. Due to the small dead volume between outlet throttle and a servo valve seat is on the one hand a very short response time or realized a dynamic response of the nozzle needle, and on the other hand a reproducible controlled injection of smallest fuel quantities of the injector possible. It is according to the invention possible, the movement phase of the nozzle needle between its closed and fully open positions in the injector to influence without the nozzle needle digitally auf- or zurueuert, whereby the injection smallest Fuel quantities can be realized.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ablaufdrossel als eine extra montierte Drosselplatte an einem Ventilkörper des Servoventils vorgesehen. Hierbei ist die Drosselplatte bevorzugt an einem einem dichtenden Abschnitt des Servoventils gegenüberliegenden Ende einer Ventilbohrung angeordnet. Dies ermöglicht einerseits das geringe Totvolumen des Servoventils und andererseits eine nachträgliche Anbringung der Drosselplatte am Ventilkörper, sodass in den Montageprozess des Injektors bzw. des Servoventils nur geringfügig eingegriffen werden muss, da zuerst das Dichtelement des Servoventils in die Ventilbohrung eingesetzt wird, anschließend die Drosselplatte angebracht wird und dann mit dem herkömmli chen Montageverfahren des Injektors weiter fortgefahren werden kann. Insbesondere das erfindungsgemäße nachträgliche Vorsehen der Drosselplatte in einem bereits existierenden Kraftstoffinjektor rüstet diesen dahingehend aus, dass er auch kleinste Kraftstoffmengen reproduzierbar einspritzen kann, ohne in das Konzept des bestehenden Injektors eingreifen zu müssen. D. h. erfindungsgemäß ist es möglich einen bereits bestehenden Kraftstoffinjektor mit einer Ablaufdrossel nachzurüsten, ohne diesen konstruktiv verändern zu müssen.In a preferred embodiment the invention is the outlet throttle as an extra mounted throttle plate on a valve body provided the servo valve. Here, the throttle plate is preferred at a sealing portion of the servo valve opposite End of a valve bore arranged. On the one hand, this enables the low one Dead volume of the servo valve and on the other a subsequent attachment the throttle plate on the valve body, so that in the assembly process of the injector or the servo valve only slightly must be intervened, since first the sealing element of the servo valve is inserted into the valve bore, then attached to the throttle plate and then with the herkömmli chen Assembly process of the injector can be continued. In particular, the subsequent provision according to the invention Throttle plate in an existing fuel injector upgraded this to the effect that it reproducible even the smallest fuel quantities can inject without going into the concept of the existing injector to intervene. Ie. It is according to the invention possible an existing fuel injector with a drain throttle retrofit, without changing it constructively to have to.
Erfindungsgemäß ist eine Ventilplatte des Servoventils bevorzugt derart bemessen, dass sie einerseits das Dichtelement des Servoventils einschließlich einer Führung (ausgebildet als Fortsatz am Dichtelement) für das Dichtelement aufnehmen kann, andererseits ist ein Vorsehen der Drosselplatte bevorzugt wenigstens teilweise innerhalb der Ventilbohrung der Ventilplatte ermöglicht. Ferner ist bevorzugt die Ventilplatte derart ausgestaltet, dass sich die Drosselplatte in einer Ausnehmung innerhalb der Ventilplatte befindet, die als Steuerraum zum Steuern der Düsennadel dient.According to the invention is a Valve plate of the servo valve preferably dimensioned so that they on the one hand, the sealing element of the servo valve including a guide (designed as an extension on the sealing element) can accommodate the sealing element, On the other hand, provision of the throttle plate is preferably at least partially within the valve bore of the valve plate allows. Furthermore, the valve plate is preferably designed such that the throttle plate in a recess within the valve plate located, which serves as a control room for controlling the nozzle needle.
Durch ein wenigstens teilweises Vorsehen der Drosselplatte innerhalb der Ventilbohrung ist garantiert, dass das Totvolumen des Servoventils so klein wie möglich ist und der Kraftstoffinjektor nicht durch eine zusätzliche Scheibe, in welcher die Ablaufdrossel vorgesehen ist, verlängert wird, was eine teilweise Neukonstruktion des Kraftstoffinjektors notwendig machen würde.By an at least partial provision of the throttle plate within the Valve bore is guaranteed that the dead volume of the servo valve as small as possible is and the fuel injector not by an additional Disc, in which the outlet throttle is provided is extended, which requires a partial redesign of the fuel injector would do.
Zur fluiddichten Verbindung zwischen Drosselplatte und Ventilplatte kann die Drosselplatte im Bereich der Ventilbohrung in die Ventilplatte eingepresst werden und/oder mit einer um den Rand der Ventilbohrung umlaufenden Schweißnaht mit der Ventilplatte verbunden werden.to fluid-tight connection between throttle plate and valve plate can the throttle plate in the valve bore in the valve plate be pressed and / or with a around the edge of the valve bore circumferential weld be connected to the valve plate.
Ferner betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor; sowie einen Verbrennungsmotor, ins besondere einen Dieselmotor, mit einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.Further the invention relates to an injection system, in particular a common rail injection system, with a fuel injector according to the invention; such as an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a Fuel injector according to the invention.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.Further preferred embodiments The invention results from the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference closer to the drawing explained.
In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:
Die folgenden Ausführungen betreffen einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, mit einem nach innen öffnenden (Servo-)Ventil, d. h. einem gegen eine Flussrichtung eines Arbeitsfluids öffnenden Ventil. Die Erfindung soll jedoch nicht auf solche Ventile beschränkt sein – sondern ebenso nach außen öffnende Ventile, d. h. in Fluidflussrichtung öffnende Ventile; von außen öffnende Ventile, d. h. von der drucklosen Seite betätigte Ventile; und von innen öffnende Ventile, d. h. von der unter Druck stehenden Seite betätigte Ventile; bzw. Injektoren mit solchen (Servo-)Ventilen umfassen. Ferner soll die Erfindung nicht auf Kraftstoffinjektoren beschränkt sein, sondern allgemein Injektoren umfassen.The following versions relate to an injector, in particular a fuel injector, with an inward opening (Servo) valve, d. H. a against a flow direction of a working fluid opening Valve. However, the invention should not be limited to such valves - but equally outward opening Valves, d. H. valves opening in the direction of fluid flow; opening from the outside Valves, d. H. from the non-pressurized side actuated valves; and opening from the inside Valves, d. H. from the pressurized side actuated valves; or injectors with such (servo) valves. Furthermore, should the invention should not be limited to fuel injectors, but generally include injectors.
Im
in
Zwischen
der Ventilplatte
Im
Folgenden wird die Funktion des Kraftstoffinjektors kurz skizziert:
In
der in
In the in
Im
dargestellten Ausgangszustand des geschlossenen Kraftstoffinjektors
wird das Servoventil-Dichtelement
Bei
einer elektrischen Aktivierung des Piezoaktors
Das
Beenden der Einspritzung erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, d.
h. nach Kontraktion (Entladen) des Piezoaktors
Beim Öffnen des
Servoventils
Bei
einem Verbrennungsmotor laufen über 90%
des Motorbetriebs derart ab, dass die benötigte Einspritzmenge so gering
ist, dass der Einspritzvorgang beendet werden sollte, bevor die
Düsennadel ihren
oberen Anschlag an der Ventilplatte
Erfindungsgemäß wird eine
Einstellung einer definierten Öffnungscharakteristik
der Düsennadel
Die
Montage des erfindungsgemäßen Servoventils
Die
Position der Drosselplatte
Im
Ausführungsbeispiel
der
Bei
dieser Ausführungsform
muss lediglich innerhalb der Ventilplatte
Bei
der vorstehenden Erfindung ist die Drosselplatte
Die
Drosselbohrung
Bei
einer solchen Ausführungsform
entfallen sämtliche
Maßnamen,
die ein wie auch immer geartetes Umkonstruieren des Injektors bzw.
des Servoventils
Bei
den beiden Ausführungsformen
des Kraftstoffinjektors nach den
Vorteilhaft
bei dieser Ausführungsform
ist, dass die erfindungsgemäße Anordnung
der Drosselplatte
Erfindungsgemäß wird ein
Servoventil
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DE200510024871 DE102005024871A1 (en) | 2005-05-31 | 2005-05-31 | Injector for diesel fuel has a control chamber, which is subjected to fluid pressure whereby nozzle needle or tappet of nozzle needle of injector is coupled fluid mechanically with servo valve |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |