DE102005025139A1

DE102005025139A1 - Injector for internal combustion engine has coupler plunger, which is arranged in working chamber, between working chamber sided end of nozzle needle and sealing element of coupling element

Info

Publication number: DE102005025139A1
Application number: DE200510025139
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Gottlieb; Andreas Dr. Kappel; Tim Dr. Schwebel; Carsten Wallenhauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2006-12-07

Abstract

Injector (10) has a coupler plunger (42), which is arranged in the working chamber (24), between working chamber sided end (26) of nozzle needle (14) and sealing element (13) of coupling element (42). Coupling element and sealing element are arranged relatively to each other so that they can come in contact with each other during their movement in opposite directions when the servo valve (12) is open. An independent claim is also included for the method for injecting fuel in an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft Injektor für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The The invention relates to an injector for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a method for injecting fuel according to the preamble of the claim 5th

Bei Antrieben für Brennkraftmaschinen werden die Anforderungen an die Dynamik zunehmend gesteigert. Bei modernen Antrieben kommen daher Injektoren zum Einsatz, die sehr gute dynamische Eigenschaften aufweisen und zuverlässig arbeiten müssen. Mit solchen Einspritzventilen müssen sich auch kleinste Kraftstoffmengen genau dosieren und reproduzierbar in den Brennraum eines Motors einspritzen lassen. Ein Injektor, mit dem bei großen Einspritzdrücken mit geringem Aufwand eine große Variation der Kraftstoffeinspritzung bezüglich Einspritzmenge und Einspritzzeitpunkt möglich ist, wird durch ein so genanntes Common Rail verwirklicht. Ein derartiger Injektor ist beispielsweise aus der EP 949 415 B1 bekannt. Diese Einspritzvorrichtung weist einen Kraftstoffhochdruckspeicher auf, der eine Einspritzvorrichtung mit Kraftstoff versorgt. Die Einspritzvorrichtung ist so ausgeführt, dass sowohl in einer Arbeitskammer wie auch am düsenseitigen Ende der Einspritzvorrichtung ein hoher Einspritzdruck anliegen kann. Um den Einspritzvorgang in die Brennkraftmaschine einzuleiten, wird der in der Arbeitskammer anliegende Einspritzdruck so deutlich verringert, dass eine Düsennadel gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Richtung der Arbeitskammer verschoben wird und damit die Einspritzlöcher freigegeben werden.In drives for internal combustion engines, the demands on the dynamics are increasingly increased. In modern drives, therefore, injectors are used which have very good dynamic properties and must work reliably. With such injectors, even the smallest amounts of fuel must be precisely metered and can be injected reproducibly into the combustion chamber of an engine. An injector, with which a large variation of the fuel injection with respect to injection quantity and injection time is possible at high injection pressures with little effort, is realized by a so-called common rail. Such an injector is for example from the EP 949 415 B1 known. This injection device has a high-pressure fuel accumulator which supplies fuel to an injection device. The injection device is designed so that both in a working chamber as well as at the nozzle end of the injection device, a high injection pressure can be applied. In order to initiate the injection process in the internal combustion engine, the injection pressure applied in the working chamber is so significantly reduced that a nozzle needle is moved against the force of a return spring in the direction of the working chamber and thus the injection holes are released.

Durch die hohen hydraulischen Kräfte, die insbesondere auf ein Dichtelement der Einspritzvorrichtung wirken, ergibt sich in Verbindung mit den mechanischen Elastizitäten, das heißt also den Steifigkeiten im Antriebsstrang des Servoventils der Einspritzvorrichtung, ein bistabiles Verhalten für die Zu stände "geöffnet" und "geschlossen". Die Düsennadel bewegt sich dabei mit sehr hoher Geschwindigkeit, da der von dem Servoventil freigegebene Ablaufquerschnitt sehr groß ist, jeweils von der geschlossenen in die geöffnete Stellung der Einspritzvorrichtung. Dies erschwert erheblich die Möglichkeit, auch kleinste Kraftstoffmengen reproduzierbar einspritzen zu können.By the high hydraulic forces, which act in particular on a sealing element of the injection device, arises in conjunction with the mechanical elasticities, the is called So the stiffnesses in the drive train of the servo valve of the injector, a bistable behavior for the states "open" and "closed". The nozzle needle moves at a very high speed because of the Servovalve shared flow area is very large, respectively from the closed to the open Position of the injector. This considerably complicates the Possibility, Even the smallest fuel quantities can be injected reproducibly.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine Injektor und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, mit dem die reproduzierbar steuerbare Einspritzung auch kleiner Kraftstoffmengen zu verbessert wird.The The object of the present invention is accordingly to an injector and a method of injecting fuel into to propose an internal combustion engine, with which the reproducible controllable Injection of even smaller amounts of fuel is improved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Injektor mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und in verfahrenstechnischer Hinsicht durch ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst.According to the invention this Task by an injector with the features according to claim 1 and in procedural terms by a method for Injecting fuel into an internal combustion engine with the features according to claim 5 solved.

Gemäß der Erfindung wird also ein Injektor, vorgeschlagen, der mit einem Servoventil ausgestattet ist, das ein Dichtelement aufweist. Eine Düsennadel ist in einer Arbeitskammer angeordnet. Zum Einspritzen des Kraftstoffes werden das Dichtelement und die Düsennadel relativ zueinander gegenläufig bewegt, wobei zur Bewegung des Dichtelementes ein Piezoaktor auf das Dichtelement einwirkt. Um dabei eine rasche und präzise Einspritzung auch kleinster Kraftstoffmengen erreichen zu können, ist ein Kopplungselement zwischen dem arbeitskammerseitigen Ende der Düsennadel und dem Servoventil angeordnet. Damit sind das Kopplungselement und das Servoventil also so in dem Injektor positioniert, dass sie während ihrer gegenläufigen Bewegung miteinander in Kontakt kommen, wobei der Kontakt zwischen den Elementen bevorzugt außeraxial stattfindet.According to the invention So, an injector is proposed that comes with a servo valve equipped, which has a sealing element. A nozzle needle is arranged in a working chamber. For injecting the fuel become the sealing element and the nozzle needle relative to each other moved in opposite directions, wherein the movement of the sealing element is a piezoelectric actuator on the sealing element acts. In order to have a quick and precise injection even the smallest To be able to reach fuel quantities, is a coupling element between the working chamber end the nozzle needle and the servo valve. This is the coupling element and the servo valve so positioned in the injector that they while their opposing ones Movement come into contact with each other, with the contact between the elements preferably off-axis takes place.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Verteilerplatte vorgesehen, die in Richtung der Arbeitskammer eine Bodenfläche aufweist. Dabei ist das Servoventil so ausgeführt, dass das Dichtelement zumindest in geöffnetem Zustand über die arbeitskammerseitige Bodenfläche der Verteilerplatte hinausragt. Dieser Überstand gewährleistet die sichere Funktionsfähigkeit des Injektors.In a preferred embodiment the invention, a distributor plate is provided, which in the direction the working chamber a floor surface having. The servo valve is designed so that the sealing element at least in open Condition over the working chamber-side floor surface protruding the distributor plate. This supernatant ensures the safe functioning of the injector.

In einer weiteren Ausgestaltung der Injektor ist zur Begrenzung des maximalen Hubes der Düsennadel ein Zapfen am Ende Kopplungselement vorgesehen. Bevorzugt werden das Dichtelement und der Zapfen in ihrer Dimensionierung so aufeinander abgestimmt, dass der Kontakt der Düsennadel oder das Kopplungselement mit dem Servoventil kurz vor dem Erreichen des Maximalhubes der Düsennadel erfolgt.In Another embodiment of the injector is to limit the maximum stroke of the nozzle needle a pin provided at the end coupling element. To be favoured the sealing element and the pin in their dimensions so on each other matched that the contact of the nozzle needle or the coupling element with the servo valve shortly before reaching the maximum stroke of nozzle needle he follows.

Da erfindungsgemäß das Kopplungselement und das Dichtelement während ihrer gegenläufigen Bewegung außeraxial miteinander in Kontakt kommen, kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kontakt zwischen den beiden Komponenten durch eine Auswertung der Eigenschaften des Piezoaktors, insbesondere seiner elektrischen Ladung oder Spannung detektiert werden. Damit kann sowohl auf den Zeitpunkt wie auch auf die Intensität des Kontaktes zurückgeschlossen werden. Diese Daten können weiterhin dazu benutzt werden, einen zuverlässigen Datensatz für die Regelung des Injektors zur Verfügung zu stellen.There according to the invention, the coupling element and the sealing element during their opposing movement off-axis can come into contact with each other in one embodiment the method according to the invention the contact between the two components through an evaluation the properties of the piezoelectric actuator, in particular its electrical Charge or voltage are detected. This can be done both on the Time as well as the intensity of the contact closed become. This data can continue to be used, a reliable record for the scheme of the injector available to deliver.

Sofern der Zapfen des Kopplungselementes weggelassen wird, kann diese Ausführungsform auch dazu verwendet werden, dass der Hub der Düsennadel selbstregelnd erfolgt. Denn der Arbeitskammerdruck steigt mit zunehmender Drosselung des Servoventils an und verursacht eine zunehmende Schließkraftkomponente auf die Düsennadel, so dass das Servoventil wieder weiter geöffnet wird.If the pin of the coupling element is omitted, this embodiment also be used to ensure that the stroke of the nozzle needle is self-regulating. For the working chamber pressure increases with increasing throttling of the servo valve and causes an increasing closing force component on the nozzle needle, so that the servo valve is opened again.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile.Further Advantages and advantageous embodiments The invention are the subject of the following figures and their Description parts.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1: eine Ausführungsform des Injektors mit einem Kopplerkolben in betriebsbereitem Zustand 1 : An embodiment of the injector with a coupler piston in the ready state

2: einen Injektor mit einem Kopplerkolben bei vollständig geöffnetem Servoventil 2 : an injector with a coupler piston with the servo valve fully open

3: einen Injektor mit einem Kopplerkolben beim Kontakt des Kopplerkolbens mit dem Dichtelement 3 : an injector with a coupler piston upon contact of the coupler piston with the sealing element

4: einen Injektor mit einem Kopplerkolben beim Auftreffen des Zapfens auf die Verteilerplatte 4 : an injector with a coupler piston when the pin hits the distributor plate

5: einen Injektor mit einem Kopplerkolben beim Schließen 5 : an injector with a coupler piston when closing

Anhand der 1 wird die grundsätzliche Funktionsweise des erfindungsgemäßen Injektors 10 erläutert. Die Injektor 10 weist dabei eine Hochdruckbohrung 18 und einen Ringkanal 20 sowie eine Fixdrossel 22 auf. Über diese Komponenten steht in der Arbeitskammer 24 der Einspritzdruck an, der typischerweise bei 2000 Bar liegt. Dieser volle Einspritzdruck liegt ebenfalls gleichzeitig am düsenseitigen Ende 28 sowie am arbeitskammerseitigen Ende 26 der Düsennadel 14 an. Die Düsennadel 14 wird wegen der größeren druckwirksamen Fläche des arbeitskammerseitigen Endes 26 im Ventilsitz (nicht dargestellt) gehalten. Der Injektor ist in diesem Zustand geschlossen. Eine Düsennadel-Rückstellfeder 30 wirkt hierbei unterstützend, so dass die Düsennadel 14 auch im drucklosen Zustand im Ventilsitz hält. Die Arbeitskammer 24 steht unter vollem Einspritzdruck und ist über das Servoventil 12 mit einem unten nur geringen unter Umgebungsdruck stehenden Ablaufbereich 32, etwa einem Tank, verbunden. Ein Dichtelement 13 und ein ServoventilDichtsitz 34 bilden dabei das Servoventil 12. Das Dichtelement 13 weist Führungsflächen in einer Verteilerplatte 36 auf. Gleichzeitig gestattet es jedoch den Durchtritt von Kraftstoff aus der Arbeitskammer 24 in den Ablaufbereich 32.Based on 1 becomes the basic operation of the injector according to the invention 10 explained. The injector 10 has a high pressure hole 18 and a ring channel 20 as well as a fixed throttle 22 on. About these components is in the working chamber 24 the injection pressure, which is typically at 2000 bar. This full injection pressure is also at the same time at the nozzle end 28 as well as at the working chamber end 26 the nozzle needle 14 at. The nozzle needle 14 is due to the larger pressure-effective surface of the working chamber end 26 held in the valve seat (not shown). The injector is closed in this state. A nozzle needle return spring 30 this helps to support, so that the nozzle needle 14 holds in the valve seat even in the pressureless state. The working chamber 24 is under full injection pressure and is over the servo valve 12 with a low outlet area below ambient pressure 32 , about a tank, connected. A sealing element 13 and a servo valve seat 34 form the servo valve 12 , The sealing element 13 has guide surfaces in a distributor plate 36 on. At the same time, however, it allows the passage of fuel from the working chamber 24 in the drain area 32 ,

Im Ausgangszustand eines geschlossenen Injektors wird das Dichtelement 13 durch ein mechanisches Rückstellelement 38 dicht im Ventilsitz 34 gehalten. Das Rückstellelement 38 kann beispielsweise als Biege- oder Plattfeder ausgeführt sein. In dieser Position ist das Servoventil 12 geschlossen. Bei einem anliegenden Druck in der Arbeitskammer 24 wirkt entsprechend dem Sitzdurchmesser des Servoventils 12 eine zusätzliche hydraulische Kraft auf das Dichtelement 13. Damit ist das Servoventil 12 auch bei Drücken von typischerweise 2000 Bar sicher geschlossen. Die Betätigung des Servoventils 12 erfolgt über einen mechanisch/hydraulisch druckvorgespannten Festkörperaktor, insbesondere einen Piezoaktor 16. Dieser stützt sich am Gehäuse des Injektors 10 ab, so dass dessen freies Ende auf das Dichtelement 13 des Servoventils 12 einwirken kann. Bei einer elektrischen Aktivierung des Piezoaktors 16, etwa durch Aufladung oder Bestromung, dehnt sich der Piezoaktor 16 longitudinal aus und verschiebt das Dichtelement 13 vom Ventilsitz 36, so dass eine fluidische Verbindung zwischen der Arbeitskammer 24 und dem Ablaufbereich 32 hergestellt wird. Durch die Begrenzung des Zulaufvolumenstroms in die Arbeitskammer durch die Fixdrossel 22 fällt der Druck in der Arbeitskammer 24 schlagartig ab. Da gleichzeitig am einspritzseitigen Ende 28 der Düsennadel 14 weiterhin der volle Einspritzdruck von etwa 2000 Bar anliegt, am arbeitskammerseitigen Ende 26 der Düsennadel 14 jedoch nur ein wesentlich geringerer Druck von typischerweise einigen 100 Bar herrscht, wird die Düsennadel 14 gegen die Kraft der Rückstellfeder 30 in Richtung der Arbeitskammer 24 verschoben. Die Einspritzlöcher werden damit freigegeben und es erfolgt die Kraftstoffeinspritzung.In the initial state of a closed injector, the sealing element 13 through a mechanical reset element 38 tight in the valve seat 34 held. The reset element 38 can be designed for example as a bending or flat spring. In this position is the servo valve 12 closed. At an applied pressure in the working chamber 24 acts according to the seat diameter of the servo valve 12 an additional hydraulic force on the sealing element 13 , This is the servo valve 12 safely closed even at pressures typically 2000 bar. The actuation of the servo valve 12 via a mechanical / hydraulic pressure-biased solid-state actuator, in particular a piezoelectric actuator 16 , This is supported on the housing of the injector 10 off, leaving its free end on the sealing element 13 of the servo valve 12 can act. In an electrical activation of the piezoelectric actuator 16 , for example, by charging or energizing, the piezoelectric actuator expands 16 longitudinally and displaces the sealing element 13 from the valve seat 36 , so that a fluidic connection between the working chamber 24 and the drain area 32 will be produced. By limiting the inlet volume flow in the working chamber through the fixed throttle 22 the pressure drops in the working chamber 24 abruptly. Since at the same time at the injection end 28 the nozzle needle 14 continue to apply the full injection pressure of about 2000 bar, at the working chamber end 26 the nozzle needle 14 However, only a much lower pressure of typically some 100 bar prevails, the nozzle needle 14 against the force of the return spring 30 in the direction of the working chamber 24 postponed. The injection holes are thus released and the fuel injection takes place.

Erfindungsgemäß ist nun zwischen dem arbeitskammerseitigen Ende 26 der Düsennadel 14 und der Arbeitskammer 24 ein Kopplungselement, wie etwa der dargestellte Kopplerkolben 42 vorgesehen. Mit einem üblichen Öffnungshub des Servoventils 12 im Bereich von 20 Mikrometern umfasst der Bereich, in dem die Düsennadel 14 dedektiert werden kann maximal die letzten 20 Mikrometer bis zum Auftreffen des Zapfens 40 auf die Verteilerplatte 36. Die Düsennadel 14 legt allerdings typischer Weise einen Weg zwischen 100 Mikrometern bis 200 Mikrometern zurück. Durch das Einfügen eines Kopplungselementes, insbesondere eines Kopplerkolbens 42, wird es möglich, die Bewegung der Düsennadel 14 auf das Kopplungselement abzubilden. Üblicher Weise wird diese Bewegung nicht unmittelbar, sondern über ein Verhältnis

abgebildet. Dabei ist d_N der Durchmesser der Düsennadel 14 und d_K der Durchmesser des Kopplerkolbens 42. Im Hinblick auf die Dimensionierung wird der Durchmesser des Kopplerkolbens 42 so gewählt, dass der Durchmesser d_K des Kopplerkolbens 42 größer ist als der Durchmesser d_D der Düsennadel. Mit dem Einfügen des Kopplerkolbens 42 ist es möglich, die Lage des Kopplerkolbens im Wesentlichen für die letzten 20 Mikrometer bis zum Aufsetzen des Kopplerkolbenzapfens 44 auf die Verteilerplatte 36 zu dedektieren. Dieser Weg von maximal 20 Mikrometern entspricht einer Bewegung der Düsennadel 14, entsprechend von maximal von 20 Mikrometern. Typischer Weise wird das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich von 1/3 bis 1/10 gewählt, so dass die Bewegung der Düsennadel 14 in einem Bereich von 60 Mikrometer bis 200 Mikrometer beobachtet werden kann. Ein Kopplerrückstellelement 46 kann vorgesehen sein, um den Kopplerkolben 42 nach jedem Arbeitszyklus in eine definierte Ausgangslage bringen zu können. Diese Ausgangslage wird durch den Querschnittssprung 48 definiert. 1 zeigt somit einen erfindungsgemäßen Injektor 10 im betriebsbereiten Zustand unter Hochdruck.According to the invention is now between the working chamber end 26 the nozzle needle 14 and the working chamber 24 a coupling element, such as the illustrated coupler piston 42 intended. With a standard opening stroke of the servo valve 12 in the range of 20 microns includes the area where the nozzle needle 14 can be dedektiert maximum of the last 20 microns until the impact of the pin 40 on the distributor plate 36 , The nozzle needle 14 However, typically travels a path between 100 microns to 200 microns. By inserting a coupling element, in particular a coupler piston 42 , it becomes possible the movement of the nozzle needle 14 to image on the coupling element. Usually this movement does not become immediate but through a relationship

displayed. Here, d _{N is} the diameter of the nozzle needle 14 and d _{K is} the diameter of the coupler piston 42 , In terms of sizing is the diameter of the coupler piston 42 so chosen that the diameter d _{K of} the coupler piston 42 larger than the diameter d _{D of} the nozzle needle. With the insertion of the coupler piston 42 it is possible, the position of the coupler piston substantially for the last 20 microns to the placement of the coupler piston pin 44 on the distributor plate 36 to dedicate. This maximum travel of 20 microns corresponds to a movement of the nozzle needle 14 , corresponding to a maximum of 20 microns. Typically, the reduction ratio is selected in a range of 1/3 to 1/10, so that the movement of the nozzle needle 14 in a range of 60 microns to 200 microns can be observed. A coupler return element 46 may be provided to the coupler piston 42 to bring to a defined starting position after each work cycle. This starting position is due to the cross-sectional jump 48 Are defined. 1 thus shows an injector according to the invention 10 in the ready state under high pressure.

In den 2 bis 5 sind die verschiedenen Betriebsphasen eines derartigen Injektors 10, was während der Öffnung, während der Einspritzung und beim Schließen dargestellt. Die Verhältnisse zum Zeitpunkt zu dem das Servoventil 12 des Injektors 10 gerade vollständig geöffnet ist, dem also der Hub des Piezoaktors 16 gerade maximal ist, ist in 2 wieder gegeben. Dieser Zeitpunkt ist aber gerade so gewählt, dass noch keine signifikante Bewegung der Düsennadel 14 eingesetzt hat, was als Entlastungsphase der Düsennadel 14 bezeichnet wird. Das Servoventil 12 ist bewusst so konstruiert, dass das Dichtelement 13 zumindest im geöffneten Zustand des Servoventils 12 über die arbeitskammerseitige Bodenfläche der Verteilerplatte 36 herausragt. Durch diesen Überstand d₂ und die Abstände d₀ und d₁ (2) wird die Funktion des Injektors festgelegt. Diese geometrischen Größen lassen sich entsprechend der jeweiligen Erfordernisse anpassen. Durch das geöffnete Servoventil strömt das Fluid aus der Arbeitskammer 24 in den Abflussbereich 32 ab, wobei der Druck in der Arbeitskammer 24 und der Kopplerkammer 50 schnell abnimmt. Dadurch wird eine Bewegung der Düsennadel 14 und eine entsprechende, Weguntersetzte Bewegung des Kopplerkolbens 42 in Richtung der Verteilerplatte 36 initiiert.In the 2 to 5 are the different phases of operation of such an injector 10 what is shown during the opening, during the injection and when closing. The circumstances at the time to which the servo valve 12 of the injector 10 is just fully open, ie the stroke of the piezoelectric actuator 16 is just maximum, is in 2 given again. However, this time is just chosen so that no significant movement of the nozzle needle 14 has used, what as a relief phase of the nozzle needle 14 referred to as. The servo valve 12 is deliberately designed so that the sealing element 13 at least in the open state of the servo valve 12 over the working chamber-side bottom surface of the distributor plate 36 protrudes. By this supernatant d ₂ and the distances d ₀ and d ₁ ( 2 ) determines the function of the injector. These geometric sizes can be adjusted according to the respective requirements. Through the open servo valve, the fluid flows out of the working chamber 24 in the drainage area 32 from, with the pressure in the working chamber 24 and the coupler chamber 50 decreases rapidly. This will cause a movement of the nozzle needle 14 and a corresponding, Weguntersetzte movement of the coupler piston 42 in the direction of the distributor plate 36 initiated.

In 3 ist gezeigt, dass es in Folge dieser Bewegung zu einem Kontakt der Kopplerkolbenoberfläche 43 mit dem Dichtelement 13 kommt und zwar noch zu einem Zeitpunkt bevor der Kopplerkolben 42 mit seinem Kopplerkolbenzapfen 44 den Boden der Verteilerplatte 36 berührt. Der Zeitpunkt und die Heftigkeit des Kontaktes werden durch die gewählte Anordnung des Dichtelementes 13 und des Kopplerkolbens 42 sowie durch die Abstände d₀, d₁ und d₂ bestimmt. Mit diesen Abständen kann entsprechend festgelegt werden, bei welchem Hub des Kopplerkolbens 42 und damit bei welchem Hub der Düsennadel 14 der Kontakt erfolgen soll. Das Kontaktereignis, also der Kontaktzeitpunkt und andere Eigenschaften des Kontaktes, insbesondere die Heftigkeit des Kontaktes sind durch eine Signalauswertung des Piezoaktors 16 im Hinblick auf den Kontaktzeitpunkt sowie die Heftigkeit eindeutig identifizierbar. Die Eigenschaften des Kontaktes werden über elektrische Signalauswertung, z.B. durch die Erfassung der Spannung oder Ladung am Piezoaktor ermittelt. Die Eigenschaften des Kontaktes werden vorzugsweise zur Steuerung des Servoventils verwendet, um eine genaue Steuerung oder Regelung des Einspritzvorgangs zu erhalten. Denn die hydraulische Kraft der Düsennadel 14 wird durch den Kopplerkolben 42 mit dem Faktor P^–1 übersetzt und über das Dichtelement 13 unmittelbar auf den Piezoaktor 16 übertragen. Zusammen mit dem bekannten Hub der Düsennadel 14 zu diesem Zeitpunkt kann ein verlässlicher Datensatz für die Regelung des Injektors 10 zur Verfügung gestellt werden.In 3 is shown to be in contact with the coupler piston surface as a result of this movement 43 with the sealing element 13 comes and still at a time before the coupler piston 42 with its coupler piston pin 44 the bottom of the distributor plate 36 touched. The timing and the severity of the contact are determined by the selected arrangement of the sealing element 13 and the coupler piston 42 and determined by the distances d ₀ , d ₁ and d ₂ . With these distances can be set accordingly, at which stroke of the coupler piston 42 and thus at which stroke of the nozzle needle 14 the contact should be made. The contact event, ie the contact time and other characteristics of the contact, in particular the intensity of the contact, are determined by a signal evaluation of the piezoactuator 16 clearly identifiable in terms of time of contact and severity. The properties of the contact are determined by electrical signal evaluation, eg by recording the voltage or charge on the piezoelectric actuator. The characteristics of the contact are preferably used to control the servo valve to obtain accurate control of the injection event. Because the hydraulic power of the nozzle needle 14 is through the coupler piston 42 translated by the factor P ^-1 and via the sealing element 13 directly on the piezoelectric actuator 16 transfer. Together with the known hub of the nozzle needle 14 At this time can be a reliable record for the control of the injector 10 to provide.

Die hydraulischen Kräfte, die auf die Düsennadel 14 und deren Übersetzung auf den Kolben 42 wirken, betragen typischer Weise mehrere hundert bis tausend Newton. Durch die Höhe dieser hydraulischen Kräfte erfolgt nun im weiteren eine gleichsinnige Verschiebung des Kopplerkolbens 42 mit seinem Kopplerkolbenzapfen 44 in Richtung des Bodens der Verteilerplatte 36, bis diese berührt wird. Dieser Zustand ist in 9 dargestellt. Das Dichtelement 13 wird dabei in Richtung auf den Sitz des Servoventils 12 zurückgeschoben. Damit erfolgt gleichzeitig eine Androsselung, wodurch der Druck in der Arbeitskammer 34 mäßig ansteigt, gleichzeitig die Düsennadel 14 allerdings vollständig geöffnet bleibt. Damit wird wiederum einerseits die Schaltleckage reduziert und andererseits aufgrund des höheren Druckniveaus in der Arbeitskammer 24 ein schnelles Schließens des Injektors 10 möglich.The hydraulic forces acting on the nozzle needle 14 and their translation to the piston 42 act typically amount to several hundred to a thousand Newton. Due to the height of these hydraulic forces, a co-directional displacement of the coupler piston now takes place in the further 42 with its coupler piston pin 44 towards the bottom of the distributor plate 36 until this is touched. This condition is in 9 shown. The sealing element 13 will be in the direction of the seat of the servo valve 12 pushed back. This is at the same time a throttling, whereby the pressure in the working chamber 34 moderately increases, at the same time the nozzle needle 14 but remains fully open. Thus, on the one hand, the switching leakage is reduced and, on the other hand, due to the higher pressure level in the working chamber 24 a quick closing of the injector 10 possible.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der Kopplerkolbenzapfen 44 weggelassen werden, so dass der Düsennadelhub selbst regulierend erfolgen kann. Denn der Druck in der Arbeitskammer 24 steigt mit zunehmender Drosselung des Servoventils 12 und somit wirkt eine zunehmende Schließkraftkomponente auf die Düsennadel 14, so dass das Servoventil 12 wieder weiter geöffnet wird. Diese Prozedur wird nun fortgesetzt, so dass die hydraulische Selbstregelung des Düsennadelhubes verwirklicht wird.In a further alternative embodiment of the invention, the coupler piston journal 44 be omitted, so that the Düsennadelhub can be self-regulating. Because the pressure in the working chamber 24 increases with increasing throttling of the servo valve 12 and thus an increasing closing force component acts on the nozzle needle 14 so that the servo valve 12 is opened again. This procedure is now continued, so that the hydraulic self-regulation of the nozzle needle stroke is realized.

In 5 ist das Schließen des Injektors 10 gezeigt. Der Einspritzvorgang wird dadurch beendet, dass der Piezoaktor 16 entladen wird und sich dadurch kontrahiert. Das Dichtelement 13 hat nun einen wesentlich verkürzten Stellweg, da es bereits teilgeschlossen ist. Durch das höhere Druckniveau der Arbeitskammer 24 und der Kopplerkammer 50 sowie durch den verkürzten Schließweg des Dichtelementes 30 kann sich der erforderliche Druck sehr schnell aufbauen und insgesamt ein schnelles Schließen des Injektors 10 erreicht werden, der sich nach dem Schließen wieder in dem Zustand befindet, der in 2 dargestellt ist.In 5 is the closing of the injector 10 shown. The injection process is terminated by the fact that the piezoelectric actuator 16 is discharged and thereby contracts. The sealing element 13 now has a much shorter travel, since it is already partially closed. Due to the higher pressure level of the working chamber 24 and the coupler chamber 50 such as through the shortened closing path of the sealing element 30 can build up the required pressure very quickly and overall fast closing of the injector 10 be reached, which is after closing in the state in 2 is shown.

Claims

Injector ( 10 ) for an internal combustion engine with a servo valve ( 12 ), which is a sealing element ( 13 ) and to a working chamber ( 24 ) connected; with a nozzle needle ( 14 ) adjacent to the working chamber ( 24 ), wherein the sealing element ( 13 ) and the nozzle needle ( 14 ) are movable in opposite directions for injecting fuel into the internal combustion engine, wherein for movement of the sealing element ( 13 ) an actor ( 16 ) on the sealing element ( 13 ), characterized in that between a working chamber end ( 26 ) of the nozzle needle ( 14 ) and the sealing element ( 13 ) a coupling element, in particular a coupler piston ( 42 ) in the working chamber ( 24 ) is movably arranged, that the coupling element ( 42 ) and the sealing element ( 13 ) are arranged relative to each other so that they during their opposite movement with open servo valve ( 12 ) can come into contact with each other.

Injector ( 10 ) according to claim 1, characterized in that further comprises a distributor plate ( 36 ) is provided and the servo valve ( 12 ) is designed so that the sealing element ( 13 ) at least in the open state of the servo valve via a working chamber-side bottom surface of the distributor plate ( 36 protrudes).

Injector ( 10 ) according to claim 2, characterized in that on the coupling element ( 42 ) for limiting the maximum stroke of the nozzle needle ( 14 ) a pin ( 44 ) is provided, which is dimensioned so that the pin ( 44 ) the working chamber-side bottom surface of the distributor plate ( 36 ) only after the contact of the nozzle needle ( 14 ) or the coupling element ( 42 ) with the servo valve ( 12 ) touched.

Injector ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sealing element ( 13 ) and the pin ( 44 ) are matched in their dimensions to one another such that the contact of the coupling element ( 42 ) with the servo valve ( 12 ) shortly before reaching the maximum stroke of the nozzle needle ( 14 ), in particular 10 to 30 microns before reaching the maximum stroke occurs.

Method for injecting fuel into an internal combustion engine with a servo valve ( 12 ), which is a sealing element ( 13 ) and a nozzle needle ( 14 ) in a working chamber ( 24 ), wherein the servo valve ( 12 ) to the working chamber ( 24 ) is connected, wherein the sealing element ( 13 ) and the nozzle needle ( 14 ) for injecting fuel into the internal combustion engine are moved in opposite directions and the movement of the sealing element ( 13 ) is caused by a piezoelectric actuator ( 16 ) on the sealing element ( 13 ), characterized in that a coupling element, in particular a coupler piston ( 42 ) in the working chamber ( 24 ) is movably arranged, and that the coupling element and the sealing element ( 13 ) are brought into contact with each other during the opposite movement.

A method of injecting fuel according to claim 5, characterized in that the contact between the coupling element ( 42 ) and the sealing element ( 13 ) associated properties, in particular the contact time, the contact intensity or the location of the contact by an evaluation of the properties of the piezoelectric actuator ( 16 ), in particular its electrical charge, are detected.

A method of injecting fuel according to claim 5 or 6, characterized in that a distributor plate ( 36 ) is provided with a working chamber-side bottom surface and the coupling element ( 42 ) with the sealing element ( 13 ) comes into contact before the nozzle needle ( 14 ) with the working chamber-side bottom surface of the distributor plate ( 36 ) comes into contact.

Method of injecting fuel according to claim 7, characterized in that on the coupling element ( 42 ) a pin ( 44 ) for limiting the stroke of the nozzle needle ( 14 ) is provided.

Method for injecting fuel according to one of claims 5-8, characterized in that the contact between the coupling element ( 42 ) and the sealing element ( 13 ) shortly before reaching the maximum stroke of the nozzle needle ( 14 ), in particular between 10 and 30 microns before reaching the maximum stroke.

A method of injecting fuel according to any one of claims 5-9, characterized in that for determining the from the contact between the sealing element ( 13 ) and the coupling element ( 42 ), in particular the contact time, the contact location or the contact strength signals of the piezoelectric actuator ( 16 ) be evaluated.

A method of injecting fuel according to claim 10, characterized in that as a signal of the piezoelectric actuator ( 16 ) whose charge or voltage is evaluated.

A method of injecting fuel according to claim 11, characterized in that the signals for controlling the injector ( 10 ) be used.

Method for injecting fuel according to one of Claims 5 to 12 after the contact of the coupling element ( 42 ) with the sealing element ( 13 ) a same-directional displacement of the nozzle needle ( 14 ) and the sealing element ( 13 ) counter to the drive direction of the drive train of the servo valve ( 12 ) he follows.

A method of injecting fuel according to any one of claims 5-13, characterized in that the stroke of the nozzle needle ( 14 ) is self-regulating.

Method according to one of claims 5-14, characterized in that the properties of the contact in the control of the piezoelectric actuator ( 16 ).