DE102005041996B4

DE102005041996B4 - Fuel injector with directly operable injection valve member and method for controlling the injection valve member

Info

Publication number: DE102005041996B4
Application number: DE102005041996.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: DE102005041996A1

Abstract

Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einem direkt betätigbaren Einspritzventilglied (11), welches Einspritzventilglied (11) eine Düsennadel (13) aufweist, die auf einen Düsennadeldichtsitz (14) einwirkt, mit einem Düsennadeldruckraum (16), der dem Düsennadeldichtsitz (14) vorgelagert und mit einem mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckraum (17) verbindbar ist, mit einem Aktor (20), der auf eine Druckübersetzungseinrichtung (21) einwirkt, die einen mit dem Aktor (20) in Verbindung stehenden aktorseitigen Kopplerkolben (22), einen mit der Düsennadel (13) verbundenen düsennadelseitigen Kopplerkolben (23), einen ersten Kopplerraum (24) und einen zweiten Kopplerraum (25) aufweist, wobei der aktorseitige Kopplerkolben (22) auf den ersten Kopplerraum (24) und der düsennadelseitige Kopplerkolben (23) auf den zweiten Kopplerraum (25) einwirkt, und wobei in Abhängigkeit vom Druck im ersten Kopplerraum (24) und im zweiten Kopplerraum (25) die Düsennadel (13) vom Düsennadelsichtsitz (14) abgehoben wird und dadurch der im Düsennadeldruckraum (16) anliegende und mit Druck beaufschlagte Kraftstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der düsennadelseitige Kopplerkolben (23) im aktorseitigen Kopplerkolben (22) geführt ist und mit einer weiteren Druckfläche (232) in den ersten Kopplerraum (22) weist, und dass der erste Kopplerraum (24) mittels eines Verbindungskanals (131) mit dem Düsennadeldruckraum (16) hydraulisch verbunden ist.Fuel injector for an internal combustion engine with a directly operable injection valve member (11), the injection valve member (11) having a nozzle needle (13) acting on a nozzle needle sealing seat (14), with a nozzle needle pressure chamber (16) upstream of the nozzle needle sealing seat (14) and a pressurized high-pressure space (17) can be connected, with an actuator (20) which acts on a pressure booster device (21) having an actuator-side coupler piston (22) in communication with the actuator (20), one with the nozzle needle (13 ), a first coupler space (24) and a second coupler space (25), wherein the actuator coupler piston (22) on the first coupler space (24) and the nozzle needle side coupler piston (23) on the second coupler space (25 ), and wherein depending on the pressure in the first coupler space (24) and in the second coupler space (25), the nozzle needle (13) from the nozzle a is seated (14) is lifted and thereby in the nozzle needle pressure chamber (16) applied and pressurized fuel is injected, characterized in that the nozzle needle-side coupler piston (23) in the actuator-side coupler piston (22) is guided and with a further pressure surface (232) in the first coupler space (22) points, and that the first coupler space (24) by means of a connecting channel (131) with the nozzle needle pressure chamber (16) is hydraulically connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen mit direkt betätigbarem Einspritzventilglied und Verfahren zur Ansteuerung des Einspritzventilgliedes nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a fuel injector for internal combustion engines with directly operable injection valve member and method for driving the injection valve member according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Kraftstoffinjektoren mit direkte betätigbarem Einspritzventilglied bzw. mit so genannter direkten Nadelsteuerung, bei denen die Düsennadel von einem Piezo-Aktor oder einem elektromagnetischen Aktor ohne Zwischenschaltung eines Servo-Ventils direkt angesteuert wird, sind bekannt. Ein derartiger Kraftstoffinjektor mit einer zweistufigen Übersetzung des Aktorhubs wird in EP 1174615 A1 beschrieben. Dabei greift ein hülsenförmiger aktorseitiger Kopplerkolben mit einem mechanischen Mitnehmer an der Düsennadel an, wodurch eine erste Öffnungsphase der Düsennadel eingeleitet wird. Mittels zweier hydraulisch verbundener Kopplerräumen, die eine hydraulische Übersetzung zwischen dem aktorseitigen Kopplerkolben und einem mit der Düsennadel verbundenen düsennadelseitiger Kopplerkolben bewirken, wird die zweite Öffnungsphase der Düsennadel realisiert.Fuel injectors with direct actuatable injection valve member or with so-called direct needle control, in which the nozzle needle is directly controlled by a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator without the interposition of a servo valve, are known. Such a fuel injector with a two-stage translation of Aktorhubs is in EP 1174615 A1 described. In this case, a sleeve-shaped actuator-side coupler piston engages with a mechanical driver on the nozzle needle, whereby a first opening phase of the nozzle needle is initiated. By means of two hydraulically connected coupler chambers, which cause a hydraulic transmission between the actuator-side coupler piston and a nozzle needle-side coupler piston connected to the nozzle needle, the second opening phase of the nozzle needle is realized.

Aus DE 103 53 045 A1 und DE 10 2004 035 313 A1 sind ebenfalls Kraftstoffinjektoren bekannt, bei denen die Düsennadel direkt mittels eines elektrischen Aktors angesteuert wird.Out DE 103 53 045 A1 and DE 10 2004 035 313 A1 Fuel injectors are also known in which the nozzle needle is driven directly by means of an electrical actuator.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor mit direkt betätigbarem Einspritzventilglied sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des Einspritzventilgliedes zu schaffen, wobei der Kraftstoffinjektor eine einfache Konstruktion aufweisen und eine zweistufige Übersetzung ermöglich soll.The object of the invention is to provide a fuel injector with directly operable injection valve member and a method for driving the injection valve member, wherein the fuel injector have a simple construction and to enable a two-stage translation.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor hat den Vorteil, dass durch den Verbindungskanal mit der Drossel eine Drucküberhöhung vom ersten Kopplerraum auf den Düsennadeldruckraum übertragen wird, wodurch auf die Druckschulter der Düsennadel in einer ersten Öffnungsphase eine Öffnungskraft wirkt. Der Druckausgleich zwischen dem ersten Kopplerraum und dem Düsenadeldruckraum bewirkt weiterhin, dass die Düsennadel in der ersten Öffnungsphase im abgehoben Zustand schweben bleibt bis in der zweiten Öffnungsphase ein Druckentlastung der beiden Kopplerräumen einsetzt, die wiederum den düsennadelseitigen Kopplerkolben weiter ziehend bewegt und damit die Düsennadel noch weiter öffnet. Im schwebenden Zustand ist die Düsennadel kraftausgeglichen und kann dadurch mit geringem Kraftaufwand weiter bewegt werden. Dabei wird der Aktor derart angesteuert, dass der aktorseitige Kopplerkolben in der ersten Öffnungsphase der Düsennadel einen drückenden Hub und in der zweiten Öffnungsphase der Düsennadel einen ziehenden Hub vollzieht.The object of the invention is achieved with the characterizing measures of the independent claims. The fuel injector according to the invention has the advantage that a pressure increase is transmitted from the first coupler space to the nozzle needle pressure chamber through the connecting channel with the throttle, whereby an opening force acts on the pressure shoulder of the nozzle needle in a first opening phase. The pressure equalization between the first coupler space and the nozzle needle pressure chamber furthermore causes the nozzle needle to float in the lifted state in the first opening phase until a pressure relief of the two coupler spaces commences in the second opening phase, which in turn moves the nozzle needle-side coupler piston further and thus further moves the nozzle needle opens. In the floating state, the nozzle needle is force balanced and can thus be moved with little effort on. In this case, the actuator is controlled such that the actuator-side coupler piston in the first opening phase of the nozzle needle performs a pushing stroke and in the second opening phase of the nozzle needle a pulling stroke.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.Advantageous developments of the invention are possible by the measures of the subclaims.

Eine kompakte Ausführung des Kraftstoffinjektors wird erzielt, wenn der hydraulische Verbindungskanal eine Drossel aufweist und mit der Drossel durch den düsennadelseitigen Kopplerkolben geführt ist. Eine zweckmäßige Ausführung des Kraftstoffinjektors liegt vor, indem am düsennadelseitigen Kopplerkolben eine Druckfläche ausgebildet ist, die zusammen mit einer am aktorseitigen Kopplerkolben ausgebildeten aktorseitigen Druckfläche in den zweiten Kopplerraum weist. Um in der zweiten Öffnungsphase eine weitere Öffnung der Düsennadel zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn die in den zweiten Kopplerraum weisende Druckfläche des düsennadelseitigen Kopplerkolbens kleiner ist als die in den ersten Kopplerraum weisende Druckfläche des düsennadelseitigen Kopplerkolbens. Zur Realisierung eines Druckausgleiches zwischen dem ersten Kopplerraum und dem Düsennadeldruckraum ist es von Vorteil, wenn der erste Kopplerraum zusätzlich über eine weitere hydraulische Verbindung mit einer weiteren Drossel mit dem Hochdruckraum verbunden ist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die weitere Drossel der weiteren hydraulischen Verbindung eine größere hydraulische Drosselwirkung aufweist als die Drossel des hydraulischen Verbindungskanals. Ein druckmodulierter Einspritzverlauf wird durch den Schiebereffekt einer Schieberhülse realisiert, die am düsennadelseitigen Kopplerkolben axial verschiebbar geführt ist und die mittels eines Dichtsitzes den mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckraum vom Düsennadeldruckraum trennt. Der druckmodulierte Einspritzverlauf wirkt sich vorteilhaft auf die Abgasemission des Brennkraftmaschine, insbesondere in Teillast aus. Die Schieberhülse besitzt an der dem Dichtsitz abgewandten Stirnseite eine Druckfläche, die in den zweiten Kopplerraum weist. Dadurch wird die Schieberhülse in Abhängigkeit vom Druck im zweiten Kopplerraum im Dichtsitz gehalten. Zur Unterstützung der Schließfunktion der Schieberhülse wirkt auf die Schieberhülse eine Druckfeder. Die axiale Bewegung der Schieberhülse wird durch die Düsennadel oder den düsennadelseitigen Kopplerkolben eingeleiet. Dazu weist die Düsennadel oder der düsennadelseitige Kopplerkolben einen mechanischer Mitnehmer für die Schieberhülse auf. Der mechanische Mitnehmer ist durch einen an der Düsennadel oder dem düsennadelseitigen Kopplerkolben ausgebildeten Bund mit einer Anschlagfläche ausgeführt, wobei die Anschlagfläche in Schließrichtung der Düsennadel weist. Die Anschlagfläche wirkt gegen eine an der Schieberhülse ausgebildete Ringfläche, die beispielsweise durch die Druckfläche gebildet wird. Die Anschlagfläche und die Druckfläche weisen in einer in den Dichtsitz gestellten Stellung der Schieberhülse einen Abstand auf, der einen Öffnungshub für die Düsennadel ausbildet.A compact embodiment of the fuel injector is achieved when the hydraulic connection channel has a throttle and is guided with the throttle through the nozzle needle side coupler piston. An expedient embodiment of the fuel injector is present in that a pressure surface is formed on the nozzle needle-side coupler piston, which faces into the second coupler space together with an actuator-side pressure surface formed on the actuator-side coupler piston. In order to achieve a further opening of the nozzle needle in the second opening phase, it is expedient if the pressure surface of the nozzle needle-side coupler piston pointing into the second coupler space is smaller than the pressure surface of the nozzle needle-side coupler piston pointing into the first coupler space. To realize a pressure equalization between the first coupler space and the nozzle needle pressure chamber, it is advantageous if the first coupler space is additionally connected via a further hydraulic connection with another throttle with the high-pressure chamber. It is expedient if the further throttle of the further hydraulic connection has a greater hydraulic throttle effect than the throttle of the hydraulic connection channel. A pressure-modulated injection curve is realized by the sliding effect of a slide sleeve, which is guided axially displaceably on the nozzle needle-side coupler piston and which separates by means of a sealing seat the high-pressure space acted upon by high pressure from the nozzle needle pressure chamber. The pressure-modulated injection course has an advantageous effect on the exhaust emission of the internal combustion engine, in particular at partial load. The slide sleeve has on the side facing away from the sealing seat a pressure surface facing in the second coupler space. As a result, the slide sleeve is held in the sealing seat as a function of the pressure in the second coupler space. To support the closing function of the sliding sleeve acts on the sliding sleeve a compression spring. The axial movement of the slide sleeve is leased by the nozzle needle or the nozzle needle-side coupler piston. For this purpose, the nozzle needle or the nozzle needle-side coupler piston on a mechanical driver for the sliding sleeve. The mechanical driver is embodied by a collar formed on the nozzle needle or the nozzle needle-side coupler piston with a stop surface, wherein the stop surface facing in the closing direction of the nozzle needle. The stop surface acts against an annular surface formed on the slide sleeve, which is formed for example by the pressure surface. The stop surface and the pressure surface have in a position provided in the sealing seat position of the slide sleeve at a distance which forms an opening stroke for the nozzle needle.

Ausführungsbeispieleembodiments

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor und 1 a sectional view through a fuel injector according to the invention and

2 einen Verlauf einer Ansteuerung eines Piezo-Aktors. 2 a course of a control of a piezo actuator.

Der in der 1 dargestellte Kraftstoffinjektor weist ein Injektorgehäuse 10 mit einem Einspritzventilglied 11 auf, das mit einem Düsenkörper 12 in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ragt. Das Einspritzventilglied 11 weist eine Düsennadel 13 auf, die im Düsenkörper 12 axial verschiebbar geführt ist. Zwischen der Spitze der Düsennadel 13 und dem Düsenkörper 12 ist ein Dichtsitz 14 ausgebildet, dem in Einspritzrichtung im Düsenkörper 12 ausgebildete und in den Brennraum hineinragende Einspritzdüsen 15 nachgeordnet sind. Dem Dichtsitz 14 ist im Einspritzventilglied 11 in Einspritzrichtung ein Düsennadeldruckraum 16 vorgelagert, dem eine an der Düsennadel 13 ausgebildete düsenadelseitige Druckschulter 29 ausgesetzt ist.The Indian 1 shown fuel injector has an injector 10 with an injection valve member 11 on top of that, with a nozzle body 12 protrudes in a combustion chamber of an internal combustion engine. The injection valve member 11 has a nozzle needle 13 on that in the nozzle body 12 is guided axially displaceable. Between the tip of the nozzle needle 13 and the nozzle body 12 is a sealing seat 14 formed, the injection direction in the nozzle body 12 trained and projecting into the combustion chamber injection nozzles 15 are subordinate. The seal seat 14 is in the injection valve member 11 in the injection direction, a nozzle needle pressure chamber 16 upstream, the one at the nozzle needle 13 trained nozzle needle-side pressure shoulder 29 is exposed.

Das Injektorgehäuse 10 weist einen Hochdruckraum 17 auf, der mit einem nicht dargestellten Kraftstoffzulauf verbunden ist, der wiederum an ein ebenfalls nicht dargestelltes Hochdrucksystem, beispielsweise an ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzeinrichtung angeschlossen ist. Im Hochdruckraum 17 ist ein Piezo-Aktor 20 angeordnet, der auf eine Übersetzungseinrichtung 21 einwirkt.The injector housing 10 has a high pressure room 17 on, which is connected to a fuel supply, not shown, which in turn is connected to a likewise not shown high pressure system, for example to a common rail system of a diesel injection device. In the high pressure room 17 is a piezo actuator 20 arranged on a translation device 21 acts.

Die Übersetzungseinrichtung 21 umfasst einen aktorseitigen Kopplerkolben 22, einen düsennadelseitigen Kopplerkolben 23, einen ersten Kopplerraum 24, einen zweiten Kopplerraum 25 sowie eine am düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 axial verschiebbar geführte Schieberhülse 30. Der Piezo-Aktor 20 steht in Verbindung mit dem aktorseitigen Kopplerkolben 22. Der düsennadelseitige Kopplerkolben 23 und die Düsennadel 13 sind zu einem Bauteil verbunden.The translation device 21 includes an actuator-side coupler piston 22 , a nozzle needle side coupler piston 23 , a first coupler room 24 , a second coupler room 25 and a coupler piston on the nozzle needle side 23 axially displaceable guided sliding sleeve 30 , The piezo actuator 20 communicates with the actuator-side coupler piston 22 , The nozzle needle-side coupler piston 23 and the nozzle needle 13 are connected to a component.

Die Schieberhülse 30 ist in einer Führungsbohrung 26 des Düsenkörpers 12 geführt und weist eine in den zweiten Kopplerraum 25 weisende Druckfläche 31 und eine dazu gegenüber liegende, vorzugsweise konisch ausgebildete Dichtfläche 32 auf. Die Dichtfläche 32 wirkt auf einen am Düsenkörper 12 ausgebildeten Dichtsitz 28. Dem Dichtsitz 28 ist in Einspritzrichtung ein Ringraum 35 vorgelagert, der über eine hydraulische Verbindung 36 mit dem Hochdruckraum 17 verbunden ist. Die Schieberhülse 30 weist ferner eine Führungsbohrung 39 auf, in der die Düsennadel 13 mit axial verschiebbar geführt ist.The sliding sleeve 30 is in a pilot hole 26 of the nozzle body 12 guided and has one in the second coupler space 25 pointing printing surface 31 and an opposite, preferably conical sealing surface 32 on. The sealing surface 32 acts on one on the nozzle body 12 trained seal seat 28 , The seal seat 28 is an annulus in the injection direction 35 upstream, via a hydraulic connection 36 with the high pressure room 17 connected is. The sliding sleeve 30 also has a guide bore 39 on, in which the nozzle needle 13 is guided with axially displaceable.

Der düsennadelseitige Kopplerkolben 23 ist im aktorseitigen Kopplerkolben 22 geführt und mit einer in den zweiten Kopplerraum 25 weisenden Druckfläche 231 und mit einer in den ersten Kopplerraum 24 weisenden weiteren Druckfläche 232 ausgeführt. Eine am aktorseitigen Kopplerkolben 22 ausgebildete aktorseitige Druckfläche 233 weist ebenfalls in den zweiten Kopplerraum 25. Die beiden Druckflächen 231 und 232 des düsennadelseitigen Kopplerkolbens 23 wirken in entgegen gesetzten Richtungen auf die Düsennadel 13, wobei die Druckfläche 231 in Öffnungsrichtung und die weitere Druckfläche 232 in Schließrichtung auf die Düsennadel 13 einwirkt. Dabei ist die in den zweiten Kopplerraum 25 weisende Druckfläche 231 kleiner als die in den ersten Kopplerraum 22 weisende weitere Druckfläche 232, wobei die Druckfläche 231 als Ringfläche ausgebildet ist.The nozzle needle-side coupler piston 23 is in the actuator-side coupler piston 22 guided and with a in the second coupler room 25 pointing printing surface 231 and with one in the first coupler room 24 pointing further printing surface 232 executed. One on the actuator-side coupler piston 22 trained actuator-side printing surface 233 also points into the second coupler space 25 , The two printing surfaces 231 and 232 the nozzle needle side coupler piston 23 act in opposite directions on the nozzle needle 13 , where the pressure surface 231 in the opening direction and the other pressure surface 232 in the closing direction on the nozzle needle 13 acts. It is in the second coupler space 25 pointing printing surface 231 smaller than the one in the first coupler room 22 pointing further printing surface 232 , where the pressure surface 231 is designed as an annular surface.

Am düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 ist ferner als mechanischer Mitnehmer für die Schieberhülse 30 ein Bund 133 mit einer Anschlagfläche 134 ausgebildet, wobei die Anschlagfläche 134 in Schließrichtung der Düsennadel 13 weist. Die Anschlagfläche 134 wirkt gegen eine an der Schieberhülse 30 ausgebildete Ringfläche, die beispielsweise durch die Druckfläche 31 gebildet wird. Die Anschlagfläche 134 und die Druckfläche 31 weisen in einer in den Dichtsitz 28 gestellten Stellung der Schieberhülse 30 einen Abstand aufweist, der einen Öffnungshub h1 für die Düsennadel 13, wie später noch beschrieben wird, ausbildet.At the nozzle needle-side coupler piston 23 is also as a mechanical driver for the sliding sleeve 30 A bunch 133 with a stop surface 134 formed, wherein the stop surface 134 in the closing direction of the nozzle needle 13 has. The stop surface 134 acts against one on the sliding sleeve 30 trained annular surface, for example, by the pressure surface 31 is formed. The stop surface 134 and the printing area 31 show in one in the sealing seat 28 Asked position of the sliding sleeve 30 a distance having an opening stroke h1 for the nozzle needle 13 , as will be described later, trains.

Durch den düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 führt ein Verbindungskanal 131 mit einer Drossel 132. Über den Verbindungskanal 131 und die Drossel 132 wird der erste Kopplerraum 24 mit dem Düsennadeldruckraum 16 hydraulisch verbunden. Eine weitere hydraulische Verbindung 47 mit einer weiteren Drossel 48 führt vom ersten Kopplerraum 24 in den Hochdruckraum 17. Die Drosselwirkung der weiteren Drossel 48 ist dabei starker als die Drosselwirkung der Drossel 132. Auf die Drosselwirkung der beiden Drosseln 48, 132 wird später eingegangen.Through the nozzle needle-side coupler piston 23 leads a connection channel 131 with a throttle 132 , Via the connection channel 131 and the throttle 132 becomes the first coupler room 24 with the nozzle needle pressure chamber 16 hydraulically connected. Another hydraulic connection 47 with another throttle 48 leads from the first coupler room 24 in the high pressure room 17 , The throttle effect of the other throttle 48 is stronger than the throttle effect of the throttle 132 , On the throttling effect of the two throttles 48 . 132 will be discussed later.

Am Außenumfang des aktorseitigen Kopplerkolbens 22 ist ferner eine weitere Schieberhülse 40 geführt, die den zweiten Kopplerraum 25 gegenüber dem Hochdruckraum 17 trennt. Die weitere Schieberhülse 40 ist dabei mittels einer Druckfeder 41 am aktorseitigen Kopplerkolbens 22 abgestützt und drückt mit einer Dichtkante 42 gegen eine am Düsenkörper 12 ausgebildete Stirnfläche 29. An der weiteren Schieberhülse 40 ist an der Stelle der weiteren hydraulischen Verbindung 47 eine Öffnung 49 ausgebildet, so dass über die Öffnung 49 eine hydraulische Verbindung entsteht.On the outer circumference of the actuator-side coupler piston 22 is also another sliding sleeve 40 led the second coupler space 25 across from the high pressure room 17 separates. The further sliding sleeve 40 is by means of a compression spring 41 on the actuator-side coupler piston 22 supported and pressed with a sealing edge 42 against one on the nozzle body 12 trained face 29 , At the other sliding sleeve 40 is at the location of the other hydraulic connection 47 an opening 49 formed so that over the opening 49 a hydraulic connection is created.

Im ersten Kopplerraum 24 ist ferner eine Schließfeder 44 angeordnet, die auf den düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 einwirkt und die Düsennadel 13 in Schließrichtung drückt. Eine weitere Druckfeder 45 drückt die Schieberhülse 30 in den Dichtsitz 28, wobei sich die weitere Druckfeder 45 an der Druckfläche 231 des düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 abstützt.In the first coupler room 24 is also a closing spring 44 arranged on the nozzle needle side coupler piston 23 acts and the nozzle needle 13 in the closing direction presses. Another pressure spring 45 pushes the sliding sleeve 30 in the seal seat 28 , wherein the further compression spring 45 on the printing surface 231 the nozzle needle side coupler piston 23 supported.

Der Kraftstoffinjektor in 1 weist gemäß 2 eine erste Öffnungsphase I und eine zweite Öffnungsphase II zum Öffnen der Düsenadel 13 auf. Die erste Öffnungsphase I wird mit einem drückenden Piezo-Aktor 20 und die zweite Öffnungsphase II mit einem ziehenden Piezo-Aktor 20 realisiert. Das Schließen der Düsennadel 13 erfolgt wieder mit einem drückenden Piezo-Aktor 20 in einer Schließphase III.The fuel injector in 1 according to 2 a first opening phase I and a second opening phase II for opening the nozzle needle 13 on. The first opening phase I is with a pushing piezo actuator 20 and the second opening phase II with a pulling piezo actuator 20 realized. Closing the nozzle needle 13 again with a pushing piezo actuator 20 in a closing phase III.

Der Piezo-Aktor 20 arbeitet dabei nicht dauerhaft auf einem maximalen Spannungsniveau UAmax von beispielsweise 200 V. Gemäß 2 wird der Piezo-Aktor 20 für einen geschlossen Zustand der Düsennadel 13 mit einer unterhalb der maximalen Aktorspannung UAmax liegenden Aktorspannung UA0 von beispielsweise 100 V betrieben.The piezo actuator 20 does not work permanently at a maximum voltage level UAmax of, for example, 200 V. According to 2 becomes the piezo actuator 20 for a closed state of the nozzle needle 13 operated with a lying below the maximum actuator voltage UAmax actuator voltage UA0, for example, 100 volts.

Zum Einleiten der ersten Öffnungsphase I wird die Aktorspannung UA auf eine erstes Spannungsniveau AU1 von beispielsweise 150 V erhöht, wodurch der Piezo-Aktor 20 eine Längenausdehnung erfährt. Dadurch wirkt der Piezo-Aktor 20 mit einem drückenden aktorseitigen Kopplerkolben 22 auf den ersten Kopplerraum 24, wodurch das Volumen des ersten Kopplerraums 24 reduziert wird und dort der Druck p1 ansteigt. Gleichzeitig drückt der aktorseitige Kopplerkolben 22 mit der Druckfläche 233 in den zweiten Kopplerraum 25, so dass auch dort der Druck p2 ansteigt. Der erhöhte Druck p1 im ersten Kopplerraum 24 wird über den hydraulischen Verbindungskanal 131 und die Drossel 132 in den Düsennadeldruckraum 16 übertragen, wodurch auch dort der Druck p3 ansteigt. Damit die Druckübertragung vom ersten Kopplerraum 24 auf den Düsennadeldruckraum 16 erfolgt, ist die Drosselwirkung der in den Hochdruckraum 17 führenden weiteren Drossel 48 stärker ausgebildet als die Drosselwirkung der in den Düsenadeldruckraum 16 führenden Drossel 132. Durch den Druckanstieg im Düsennadeldruckraum 16 wird der Druck auf die Druckschulter 29 der Düsennadel 13 erhöht und die Druckunterwanderung der Druckschulter 29 führt zum Abheben der Düsennadel 13 vom Düsennadeldichtsitz 14. Der ebenfalls ansteigenden Druck p2 im zweiten Kopplerraum 25 unterstützt die Öffnungskraft der Düsennadel 13 durch Einwirkung auf die Druckfläche 131 in Öffnungrichtung. Durch die über den Verbindungskanal 131 mit Drossel 132 hergestellte hydraulische Verbindung zwischen ersten Kopplerraum 24 und Düsennadeldruckraum 16 und die Abstimmung der Drosselwirkung der Drosseln 48 und 132 herrscht Druckausgleich zwischen p1 und p2, so dass sich die Düsennadel 13 im hydraulischen Gleichgewicht befindet und im abgehobenen Zustand steht bzw. schwebt. Die Schieberhülse 30 bleibt in der ersten Öffnungsphase I mit der Dichtfläche 32 auf dem Dichtsitz 28 liegen.To initiate the first opening phase I, the actuator voltage UA is increased to a first voltage level AU1 of, for example, 150 V, whereby the piezo actuator 20 undergoes a longitudinal expansion. As a result, the piezo actuator acts 20 with a pushing actuator-side coupler piston 22 on the first coupler room 24 , whereby the volume of the first coupler space 24 is reduced and there the pressure p1 increases. At the same time, the actuator-side coupler piston pushes 22 with the printing surface 233 in the second coupler room 25 , so that also there, the pressure p2 increases. The increased pressure p1 in the first coupler space 24 is via the hydraulic connection channel 131 and the throttle 132 in the nozzle needle pressure chamber 16 transferred, whereby there also increases the pressure p3. So that the pressure transmission from the first coupler space 24 on the nozzle needle pressure chamber 16 takes place, the throttle effect is in the high-pressure chamber 17 leading another throttle 48 stronger than the throttle effect of the nozzle needle in the pressure chamber 16 leading throttle 132 , Due to the pressure increase in the nozzle needle pressure chamber 16 the pressure on the pressure shoulder becomes 29 the nozzle needle 13 increased and the pressure infiltration of the pressure shoulder 29 leads to the lifting of the nozzle needle 13 from the nozzle needle seat 14 , The likewise increasing pressure p2 in the second coupler space 25 supports the opening force of the nozzle needle 13 by acting on the printing surface 131 in opening direction. Through the over the connection channel 131 with throttle 132 manufactured hydraulic connection between first coupler space 24 and nozzle needle pressure chamber 16 and the tuning of the throttling effect of the throttles 48 and 132 There is pressure balance between p1 and p2, so that the nozzle needle 13 is in hydraulic equilibrium and stands or hovers in the lifted state. The sliding sleeve 30 remains in the first opening phase I with the sealing surface 32 on the seal seat 28 lie.

Zur Einleitung der zweiten Öffnungsphase II wird die Bewegungsrichtung des Piezo-Aktors 20 umgekehrt. Dazu wird die Aktorspannung UA gemäß 2 auf die Aktorspannung UA2 von beispeilsweise 50 V verringert, so dass der aktorseitige Kopplerkolben 22 eine ziehende Bewegung vollzieht, wodurch sich der Druck p2 im zweiten Kopplerraum 25 reduziert. Gleichzeitig reduziert sich auch der Druck p1 im ersten Kopplerraum 24. Es ist aber auch denkbar, im bipolaren Betrieb mit einem deutlich geringen Wert zu arbeiten. Da die Druckfläche 232 größer ist als die Druckfläche 23I wirkt keine Schließkraft auf den düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 und die Düsennadel 13 bleibt geöffnet. Aufgrund des geringeren Drucks p2 im zweiten Kopplerraum 25 folgt die Schieberhülse 30 der Druckreduzierung und die Schieberhülse 30 hebt vom Dichtsitz 28 ab. Dadurch wird der Hochdruckzulauf über die hydraulische Verbindung 36 und den Ringraum 35 freigegeben und der Druck im Düsennadeldruckraum 16 wird auf Rail-Druckniveau erhöht. Durch die weitere ziehende Bewegung des aktorseitigen Kopplerkolbens 22 wird die Hubbewegung der Schieberhülse 30 über den Anfangshub h1 hinaus ausgedehnt und die Schieberhülse 30 nimmt aufgrund des Anschlagen der Druckfläche 31 an der Anschlagfläche 134 des Bundes 133 den düsennadelseitigen Kopplerkolben 23 mit einer größeren Übersetzung als der Aktor-Hub mit. Die Düsennadel 13 wird dadurch noch weiter vom Dichtsitz 14 abgehoben und die Einsspritzrate erreicht in der zweiten Öffnungsphase II ihr Maximum.To initiate the second opening phase II, the direction of movement of the piezo actuator 20 vice versa. For this purpose, the actuator voltage UA according to 2 reduced to the actuator voltage UA2, for example, 50 V, so that the actuator-side coupler piston 22 a pulling movement takes place, whereby the pressure p2 in the second coupler space 25 reduced. At the same time, the pressure p1 in the first coupler space is also reduced 24 , However, it is also conceivable to work in bipolar mode with a significantly low value. Because the printing surface 232 larger than the printing area 23I no closing force acts on the nozzle needle-side coupler piston 23 and the nozzle needle 13 stays open. Due to the lower pressure p2 in the second coupler space 25 follows the sliding sleeve 30 the pressure reduction and the sliding sleeve 30 lifts from the seal seat 28 from. As a result, the high-pressure inlet via the hydraulic connection 36 and the annulus 35 released and the pressure in the nozzle needle pressure chamber 16 is increased to rail pressure level. By the further pulling movement of the actuator-side coupler piston 22 becomes the lifting movement of the sliding sleeve 30 extended beyond the initial stroke h1 and the pusher sleeve 30 decreases due to the striking of the printing surface 31 at the stop surface 134 of the federal government 133 the nozzle needle side coupler piston 23 with a larger translation than the actuator hub with. The nozzle needle 13 gets even further from the sealing seat 14 lifted and the injection rate reaches its maximum in the second opening phase II.

Zum Schließen der Düsennadel 13 wird die Aktorspannung UA in der Schließphase III wieder bis auf die Ausgangsspannung UA0 von beispielsweise 100 V erhöht. Dadurch wird der aktorseitige Kopplerkolben 22 wieder in den zweiten Steuerraum 25 gedrückt, wodurch eine Schließkraft auf die Schieberhülse 30 wirkt, die die Schieberhülse 30 wird wieder auf den Dichtsitz 28 presst. Der Kraftstoffzulauf in den Düsennadeldruckraum 16 wird unterbrochen und der Druck im Düsennadeldruckraum 16 fällt ab, so dass die auf die Druckfläche 232 wirkende Schließkraft unterstützt durch die Schließfeder 44 die Düsenadel 13 wieder in den Dichtsitz 14 stellt. Die Einspritzung ist beendet.To close the nozzle needle 13 the actuator voltage UA in the closing phase III is increased again up to the output voltage UA0 of, for example, 100V. This will cause the actuator-side coupler piston 22 back to the second control room 25 pressed, creating a closing force on the sliding sleeve 30 which acts the sliding sleeve 30 will be back on the seal 28 pressed. The fuel feed into the nozzle needle pressure chamber 16 is interrupted and the pressure in the nozzle needle pressure chamber 16 drops off, leaving on the pressure surface 232 acting closing force supported by the closing spring 44 the nozzle needle 13 back in the tight seat 14 provides. The injection is finished.

Claims

Fuel injector for an internal combustion engine with a directly actuatable injection valve member ( 11 ), which injection valve member ( 11 ) a nozzle needle ( 13 ) mounted on a nozzle needle sealing seat ( 14 ), with a nozzle needle pressure chamber ( 16 ), which the nozzle needle sealing seat ( 14 ) and with a high-pressure chamber ( 17 ) is connectable with an actuator ( 20 ) related to a pressure intensifier ( 21 ) interacting with the actuator ( 20 ) associated actuator-side coupler piston ( 22 ), one with the nozzle needle ( 13 ) associated nozzle needle side coupler piston ( 23 ), a first coupler space ( 24 ) and a second coupler space ( 25 ), wherein the actuator-side coupler piston ( 22 ) on the first coupler space ( 24 ) and the nozzle needle-side coupler piston ( 23 ) to the second coupler space ( 25 ), and wherein depending on the pressure in the first coupler space ( 24 ) and in the second coupler space ( 25 ) the nozzle needle ( 13 ) from the nozzle needle seat ( 14 ) and thereby the in the nozzle needle pressure chamber ( 16 ) is applied and applied pressurized fuel, characterized in that the nozzle needle side coupler piston ( 23 ) in the actuator-side coupler piston ( 22 ) and with another printing surface ( 232 ) in the first coupler space ( 22 ), and that the first coupler space ( 24 ) by means of a connection channel ( 131 ) with the nozzle needle pressure chamber ( 16 ) is hydraulically connected.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the connecting channel ( 131 ) a hydraulic throttle ( 132 ) having.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting channel ( 131 ) through the nozzle needle-side coupler piston ( 23 ) is guided.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that at the nozzle needle-side coupler piston ( 23 ) a printing surface ( 231 ) is formed, which together with a on the actuator-side coupler piston ( 22 ) formed actuator-side pressure surface ( 233 ) in the second coupler space ( 25 ).

Fuel injector according to claim 4, characterized in that in the second coupler space ( 25 ) facing printing surface ( 231 ) is smaller than that in the first coupler space ( 24 ) facing printing surface ( 232 ).

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the first coupler space ( 24 ) via another hydraulic connection ( 47 ) with another throttle ( 48 ) with the high-pressure chamber ( 17 ) connected is.

Fuel injector according to claim 6, characterized in that the further throttle ( 48 ) of the further hydraulic connection ( 47 ) has a greater hydraulic throttle effect than the throttle ( 132 ) of the hydraulic connection channel ( 131 ).

Fuel injector according to claim 1, characterized in that on the nozzle needle ( 13 ) or at the nozzle needle side coupler piston ( 23 ) a sliding sleeve ( 30 ) is axially displaceably guided, which by means of a sealing seat ( 28 ) the high-pressure space ( 17 ) from the nozzle needle pressure chamber ( 16 ) separates.

Fuel injector according to claim 8, characterized in that on the nozzle needle ( 13 ) or at the nozzle needle side coupler piston ( 23 ) a mechanical driver for the sliding sleeve 30 is trained.

Fuel injector according to claim 9, characterized in that as a mechanical driver on the nozzle needle ( 13 ) or at the nozzle needle side coupler piston ( 23 ) a stop surface ( 134 ), which stop surface ( 134 ) in the closing direction of the nozzle needle ( 13 ), and that the stop surface ( 134 ) against one on the sliding sleeve ( 30 ) formed annular surface ( 31 ) acts.

Fuel injector according to claim 10, characterized in that the stop surface ( 134 ) and the ring surface ( 31 ) in one in the sealing seat ( 28 ) Asked position of the sliding sleeve ( 30 ) have a distance which an opening stroke h1 for the nozzle needle ( 13 ) trains.

Fuel injector according to one of claims 8 to 11, characterized in that the sliding sleeve ( 30 ) at the sealing seat ( 28 ) facing away from a printing surface ( 31 ), which in the second coupler space ( 25 ).

Method for controlling the injection valve member according to one of claims 1 to 10, characterized in that the actuator ( 20 ) is controlled such that the actuator-side coupler piston ( 22 ) in a first opening phase of the nozzle needle ( 13 ) a pressing stroke and in a second opening phase of the nozzle needle ( 13 ) makes a pulling stroke.

A method according to claim 11, characterized in that in the second opening phase of the nozzle needle ( 13 ) by the pulling stroke of the actuator-side coupler piston ( 22 ) the pressures in the first coupler space ( 24 ) and in the second coupler space ( 25 ), and that in the second opening phase of the nozzle needle ( 13 ) the sliding sleeve ( 30 ) from the sealing seat ( 28 ) and thereby the nozzle needle pressure chamber ( 16 ) with the high-pressure chamber ( 17 ) is connected.