DE102005045856A1 - Fuel injector unit for automotive piston engine has outlet passage from fluid regulating chamber opened and closed by servo-valve - Google Patents

Fuel injector unit for automotive piston engine has outlet passage from fluid regulating chamber opened and closed by servo-valve Download PDF

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Abstract

An automotive piston engine has a fuel injection unit with an outwards-opening servo-valve. The injector has a regulating chamber with an outlet passage that is opened and closed by the servo-valve closure. The valve closure is a section of a base plate forming part of the actuator. Fluid passing through the outlet passage impinges directly on the actuator, causing the fluid pressure in the regulating chamber to effect direct control of the injector.

Description

Die Erfindung betrifft einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, mit einem außenöffnenden Servoventil. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem entsprechenden Kraftstoffinjektor.The The invention relates to an injector, in particular a fuel injector, with an outside opening Servo valve. Furthermore, the invention relates to a fuel injection system with a corresponding fuel injector.

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 guten 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), Nacheinspritzung), eine jeweilige Einspritzdauer und ein jeweiliges Einspritzende, sowie ein dynamisches Verhalten einer Düsennadel während der Einspritzung. Es bestehen daher hohe Anforderungen an das dynamische Verhalten der Düsennadel über einen gesamten Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors hinweg.For a good Conditioning 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 highest possible accuracy be metered per injection. To make a good compromise between 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. Here are essential parameters: A respective start of injection (Pilot injection, main injection (s), post injection), one respective injection duration and a respective injection end, as well a dynamic behavior of a nozzle needle during injection. It Therefore, there are high demands on the dynamic behavior of the Nozzle needle over one entire speed range of the internal combustion engine away.

Aufgrund der hohen Einspritzdrücke wirken große hydraulische Kräfte, die insbesondere auch auf ein Dichtelement eines Servoventils des Injektors wirken. Hierdurch ergibt sich in Verbindung mit den mechanischen Elastizitäten (Steifigkeiten) im Antriebsstrang des Servoventils (u. a. Servoventilstößel, Piezoaktor, Injektorgehäuse) ein bistabiles Verhalten (geöffnet/geschlossen) der Düsennadel, wobei sich die Düsennadel aufgrund des vom Servoventil freigegebenen Ablaufquerschnitts mit 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 Volllast-Drehzahl wesentlich erschwert.by virtue of the high injection pressures work great hydraulic forces, in particular also to a sealing element of a servo valve of the Injectors act. This results in connection with the mechanical elasticities (Rigidities) in the drive train of the servo valve (inter alia, servo valve tappet, piezoelectric actuator, injector) a bistable behavior (open / closed) the nozzle needle, with the nozzle needle due to the released by the servo valve flow cross section with high speed from a closed position to an open position of the injector moves. When closing the servo valve prevail similar Conditions. Through this quasi-digital opening or Close the nozzle needle is a reproducible controlled injection of very 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 Injektors voll geöffnet in ihrer Position an einem Düsennadelanschlag verweilt und die Bewegungsphase der Düsennadel nur einen vernachlässigbaren Beitrag zur gesamten Einspritzmenge liefert. Problematisch ist jedoch, dass bei Kraftfahrzeugen ca. 95% des Motorbetriebs derart ablaufen, dass die benötigte 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. Die Bewegungsphase der Düsennadel ist jedoch nur 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 abhängig.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 injector fully open lingers in position on a nozzle needle stop and the movement phase of the nozzle needle only a negligible Contribution to the total injection quantity supplies. The problem is, however, that 95% of engine operation in motor vehicles take place in such a way that the needed Injection amount is so small that the injection process is terminated must, before the nozzle needle reached their stop; the movement phase of the nozzle needle determines the injected fuel quantity almost completely. The Movement phase of the nozzle needle However, it is difficult to control because the nozzle needle during the opening process of the servo valve is greatly accelerated. Furthermore, the opening process of the servo valve of complex nature and dependent on many parameters.

Die Einstellung einer definierten Öffnungscharakteristik der Düsennadel ist durch eine mit dem Servoventil strömungsmechanisch in Reihe geschaltete, feste Ablaufdrossel möglich. Als nachteilig bei solchen Lösungen wirkt sich die unerwünschte Vergrößerung des hydraulischen Totvolumens des Servoventils aus, das sich durch die zusätzliche Integration einer fixen Ablaufdrossel ergibt.The Setting a defined opening characteristic the nozzle needle is fluidically connected in series by a servovalve, fixed outlet throttle possible. As disadvantageous in such solutions affects the unwanted Magnification of the Servo valve hydraulic dead volume extending through the additional Integration of a fixed outlet throttle results.

Die EP 0 949 415 B1 lehrt einen Kraftstoffinjektor mit einem piezoelektrischem Aktor, der ein innenöffnendes Servoventil des Injektors betätigt. Der Kraftstoffinjektor weist ferner eine Düsennadel und einen die Düsennadel betätigenden Stößel auf, der in Abhängigkeit eines Fluiddrucks in einem Steuerraum auf und ab bewegbar ist und so eine Bewegung der Düsennadel steuert. Der Steuerraum ist durch einen Zulauf mit dar in integrierter Fixdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff befüllbar, und durch einen Ablauf mit darin vorgesehener Fixdrossel durch einen Ventilraum des innenöffnenden Servoventils hindurch entleerbar. In den Ventilraum des Servoventils mündet ein Ventilglied mit Ventilkopf, wobei das Ventilglied, umgeben von einem hülsenförmigen Schleppventilglied, zwei unterschiedliche Fluiddurchtritts-Querschnitte für den Kraftstoffinjektor freigeben kann.The EP 0 949 415 B1 teaches a fuel injector with a piezoelectric actuator that actuates an internal opening servo valve of the injector. The fuel injector further comprises a nozzle needle and a plunger actuating the nozzle needle, which can be moved up and down in dependence on a fluid pressure in a control chamber and thus controls a movement of the nozzle needle. The control chamber can be filled by an inlet with dar in integrated fixed throttle with fuel under high pressure, and emptied through a drain with therein fixed throttle through a valve chamber of the internal opening servo valve. In the valve chamber of the servo valve opens a valve member with valve head, wherein the valve member, surrounded by a sleeve-shaped drag valve member, can release two different fluid passage cross-sections for the fuel injector.

Durch das Ausbilden der Ablaufdrossel in einem Gehäuseabschnitt des Kraftstoffinjektors und dem vergleichsweise großen Platzbedarf des zweiteiligen Ventilglieds im Ventilraum, ist das Totvolumen des Servoventils vergleichsweise groß, was das dynamische Verhalten des Kraftstoffinjektors nachteilig beeinflusst und eine vergleichsweise lange Ansprechzeit der Düsennadel bedingt.By forming the drain throttle in a housing portion of the fuel injector and the comparatively large one Space requirement of the two-piece valve member in the valve chamber, this is Dead volume of the servo valve comparatively large, indicating the dynamic behavior of the fuel injector adversely affected and a comparatively long response time of the nozzle needle conditionally.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Servoventil für einen Injektor zur Verfügung zu stellen. Das erfindungsgemäße Servoventil soll ein dynamisches Ansprechverhalten mit kurzer Ansprechzeit einer Düsennadel realisieren und eine gesteuerte Einspritzung von Teil- und Kleinstmengen mit hoher Reproduzierbarkeit ermöglichen. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, in einem bereits vorhandenen Injektor nachträglich ein verbessertes Servoventil vorzusehen, ohne dabei wesentliche konstruktive Änderungen am Injektor vornehmen zu müssen. Hierbei sollen das Totvolumen des Servoventils so klein wie möglich und obige Anforderungen erfüllt sein.It is an object of the invention to provide an improved servovalve for an injector. The servo valve according to the invention is intended to realize a dynamic response with a short response time of a nozzle needle and allow a controlled injection of partial and very small amounts with high reproducibility. It is also an object of the invention is subsequently in a pre-existing injector verbes a verbes Sertes Servovalve provide without having to make significant structural changes to the injector. Here, the dead volume of the servo valve should be as small as possible and above requirements met.

Die Aufgabe der Erfindung wird mittels eines außenöffnenden Servoventils für einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor, gelöst. Das nach außen öffnende Servoventil umfasst dabei im Wesentlichen einen Dichtsitz, der an einem strömungsabwärtigen Ende eines Ablaufkanals eines Steuerraums vorgesehen ist, und einen damit zusammenwirkenden Ventilkörper, der als Abschnitt einer Aktoreinheit des Injektors ausgestaltet ist. Bevorzugt ist hierbei eine Bodenplatte der Aktoreinheit als Ventilkörper ausgebildet.The The object of the invention is by means of an externally opening servo valve for a Injector, in particular a fuel injector, solved. The outward opening Servo valve essentially comprises a sealing seat, the a downstream end a drain channel of a control room is provided, and one with it cooperating valve body, configured as a section of an actuator unit of the injector is. In this case, a bottom plate of the actuator unit is preferred as valve body educated.

Da sich innerhalb des Ablaufkanals des Steuerraums kein Ventilkörper mehr befindet, ist erfindungsgemäß der druckwirksame Querschnitt des Servoventils im Vergleich mit dem Stand der Technik geringer, wodurch sich die hydrostatischen Kräfte auf den Ventilkörper reduzieren und somit für eine verbesserte Steuerbarkeit (u. a. Dosiergenauigkeit und Ansprechzeit der Düsennadel) des Injektors gesorgt ist. Ferner ist der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor aufgrund des Wegfall eines separaten Servoventilkörpers und einer dafür notwendigen Servoventil-Rückstellfeder einfacher aufgebaut und somit in seiner Herstellung kostengünstiger.There no longer valve body within the drainage channel of the control room is located according to the invention, the pressure-effective Cross-section of the servo valve in comparison with the prior art lower, whereby the hydrostatic forces are reduced to the valve body and thus for improved controllability (including dosing accuracy and response time the nozzle needle) the injector is taken care of. Furthermore, the fuel injector according to the invention is due to the elimination of a separate servo valve body and a necessary for it Servo valve return spring simpler and thus cheaper to manufacture.

Der erfindungsgemäße Injektor wird invers angesteuert, d. h. die Aktoreinheit, bevorzugt ein Piezoaktor, wird im Betrieb des Injektors derart angesteuert, dass bei einem elektrischen Aufladen des Piezoaktors das Servoventil geschlossen und bei einem Entladen des Piezoaktors das Servoventil geöffnet wird.Of the Inventive injector is addressed inversely, d. H. the actuator unit, preferably a piezoelectric actuator, is controlled in the operation of the injector such that at a electrical charging of the piezoelectric actuator, the servo valve closed and when a discharge of the piezoelectric actuator, the servo valve is opened.

Ein durch den Ablaufkanal strömendes Fluid bzw. eine Druckänderung im Fluid wirkt direkt auf den Piezoaktor ein, da der Bodenplatte des Piezoaktors ein Fluiddruck des Steuerraums bzw. des Ablaufkanals unmittelbar aufgeprägt wird. Hierdurch ist der Fluiddruck direkt in die Aktoreinheit zur Steuerung des Injektors einkoppelbar, wobei die sensorischen Eigenschaften des Piezoaktors ausgenutzt werden.One flowing through the drainage channel Fluid or a pressure change in the fluid acts directly on the piezoelectric actuator, as the bottom plate the piezoelectric actuator, a fluid pressure of the control chamber or the drainage channel Immediately imprinted becomes. As a result, the fluid pressure is directly into the actuator unit for Control of the injector can be coupled, with the sensory properties be exploited the piezoelectric actuator.

Erfindungsgemäß fällt beim Öffnen des Servoventils (Entladen des Piezoaktors) die auf den Ventilkörper wirkende hydraulische Kraft stark ab, wodurch das Servoventil nicht wie im Stand der Technik spontan weit aufschnappt. Durch ein Vermeiden eines solchen Aufschnappeffekts ergibt sich eine verbesserte Steuerbarkeit des Injektors.According to fall upon opening the Servo valve (discharging the piezoelectric actuator) acting on the valve body Hydraulic force strong, making the servo valve not as in State of the art spontaneously far snaps. By avoiding such a snap-up effect results in improved controllability of the injector.

Dadurch, dass innerhalb des Ablaufkanals kein Ventilkörper mehr vorgesehen ist, weist das erfindungsgemäße Servoventil kein Totvolumen mehr auf, sodass sich ein Totvolumen des Steuerraums reduzieren lässt. Das Totvolumen des Steuerraums hängt nur noch von der Länge des Ablaufkanals ab, wobei der Ablaufkanal des Servoventils bevorzugt so kurz wie möglich ist. Eine Verkürzung des Ablaufkanals kann z. B. dadurch erreicht werden, indem die Bodenplatte der Aktoreinheit dicker ausgestaltet wird.Thereby, that no valve body is provided within the drainage channel, points the servo valve according to the invention no Dead volume more, so that a dead volume of the control room can be reduced. The dead volume of the control room hangs only of the length of the drainage channel, wherein the flow channel of the servo valve preferred as short as possible is. A shortening the drain channel can, for. B. be achieved by the bottom plate the actuator is made thicker.

Durch ein stufenweises elektrisches Ansteuern der Aktoreinheit ist es möglich, unterschiedliche Servoventilhübe zu erzielen, wodurch sich beim Zusammenwirken des Ventilkörpers mit dem Ventilsitz die Funktion einer im Durchflussquerschnitt veränderbaren Ablaufdrossel realisieren lässt. Darüber hinaus lässt sich in den Injektor eine fixe Ablaufdrossel integrieren, die keinen Einfluss auf das Totvolumen des Steuerraums hat. Ferner lässt sich innerhalb des Injektors eine Gegenkopplungsdrossel in einem Ablaufraum stromabwärts des Ablaufkanals einfach vorsehen, wodurch sich eine Durchflusscharakteristik und eine Kraft-Weg-Charakteristik des Servoventils einfach einstellen lässt. Die Kraft-Weg-Charakteristik bestimmt die Regelgröße: Hydraulische Kraft auf das Servoventil bzw. die Aktoreinheit.By it is a stepwise electrical driving of the actuator unit possible, different servo valve strokes to achieve, resulting in the interaction of the valve body with the valve seat, the function of a variable in the flow area Flow throttle can be realized. About that lets out to integrate into the injector a fixed outlet throttle, the no Influence on the dead volume of the control room has. Furthermore, it is possible within the injector a negative feedback reactor in a drainage chamber downstream simply provide the drainage channel, resulting in a flow characteristics and Simply set a force-displacement characteristic of the servo valve leaves. The force-displacement characteristic determined the controlled variable: hydraulic Force on the servo valve or actuator unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einem bestehenden, erfindungsgemäß umzurüstenden Kraftstoffinjektor der Servoventilabschnitt durch eine Platte mit Ablaufkanal ersetzt, wobei der Ablaufkanal den Steuerraum und einen Ablaufraum des Injektors miteinander fluidisch verbindet. Die Funktion des Servoventilkörpers wird von einem als Ventilglied ausgestalteten Servoventilstößel bzw. einer u. a. als Ventilglied ausgestalteten Bodenplatte der Aktoreinheit übernommen. Hierbei wirkt der Ventilkörper der Aktoreinheit von außen auf die Ventilplatte im Bereich (Ventilsitz) des Ablaufkanals. Der Ablaufkanal kann steuerraumseitig und/oder ablaufraumseitig trichterförmig oder hohlsphärisch ausgebildet sein, um eine definierte Durchflusscharakteristik durch den Ablaufkanal und/oder Abflusscharakteristik aus dem Steuerraum zu erzielen.In a preferred embodiment The invention is in an existing, according to the invention to be converted Fuel injector of the servo valve section through a plate with Replaces drain channel, the drain channel the control room and a Drainage space of the injector fluidly connects to each other. The function of the servo valve body is of a designed as a valve member servo valve lifter or a u. a. taken as a valve member designed bottom plate of the actuator. Here, the valve body acts the actuator unit from the outside on the valve plate in the area (valve seat) of the drainage channel. Of the Drain channel can funnel-shaped or on the drain chamber side or funnel-shaped hollow spherical be formed to a defined flow characteristic through the drainage channel and / or drainage characteristic from the control room to achieve.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ablaufbereich des Injektors mittels einer Platte, in der der Ventilkörper geführt ist, in seinem Volumen verkleinert, wobei sich innerhalb der Platte ein Abflusskanal mit Gegenkopplungsdrossel befindet. Dies ermöglicht ein Einstellen der Durchflusscharakteristik sowie der Kraft-Weg-Charakteristik des Servoventils (s. o.).In a preferred embodiment the invention, the drainage area of the injector by means of a Plate in which the valve body guided is, in its volume reduced, being inside the plate a drainage channel with negative feedback choke is located. This allows a Adjusting the flow characteristics as well as the force-displacement characteristic of the servo valve (see above).

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 beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference on the attached Drawing closer explained. In the drawing show:

1 einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Stand der Technik; 1 a fuel injector according to the prior art;

2a–5a ein Öffnen und ein Wiederschließen einer Servoventilsektion des Injektors nach 1; 2a - 5a opening and reconnecting a servo valve section of the injector 1 ;

2b–5b ein Öffnen und ein Wiederschließen einer erfindungsgemäßen Servoventilsektion; 2 B - 5b opening and reclosing a servo valve section according to the invention;

6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Servoventilsektion; und 6 a second embodiment of the servo valve section according to the invention; and

7 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Servoventilsektion. 7 A third embodiment of the servo valve section according to the invention.

Die folgenden Ausführungen betreffen einen servohydraulisch betätigten Common-Rail-Dieselinjektor mit piezoelektrischem Antrieb. Die Erfindung soll jedoch nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt sein, sondern sämtliche Injektoren, z. B. auch mit elektromagnetischem Antrieb, umfassen. Ferner bezeichnen im Folgenden Bezugszeichen, die mit einem Strich (') gekennzeichnet sind, Merkmale des Stands der Technik, welche in der Erfindung in einer anderen Weise realisiert sind.The following versions relate to a servohydraulically actuated common rail diesel injector with piezoelectric drive. However, the invention is not intended to be such an embodiment limited be, but all Injectors, z. B. also with electromagnetic drive include. Further In the following, reference numerals denote with a dash (') are features of the prior art, which in the invention in realized in a different way.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist ein in 1 gezeigter Kraftstoffinjektor 1 gemäß dem Stand der Technik. Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktion des Injektors 1 insbesondere im Bereich eines Servoventils 40 kurz erläutert.The starting point for the invention is an in 1 shown fuel injector 1 according to the prior art. The following is the structure and function of the injector 1 especially in the area of a servo valve 40 briefly explained.

Durch eine in einem Injektorgehäuse 10 befindliche Hochdruckbohrung 12 und einem stromabwärts folgenden Ringkanal 22 und eine Fixdrossel 32 steht in einem Steuerraum 34 des Injektors 1 ein Einspritzdruck pCR, auch Raildruck genannt, von bevorzugt ca. 2.000 bar an. Ebenso liegt der Einspritzdruck pCR gleichzeitig an einem düsenseitigen Ende 62 und einem steuerraumseitigen Ende 66 einer im Injektor 1 verschieblich geführten Düsennadel 60 an. Aufgrund einer größeren druckwirksamen Fläche des steuerraumseitigen Endes 66 der Düsennadel 60, wird diese im Düsennadeldichtsitz 63 gehalten. Hierbei ist der Injektor 1 geschlossen und eine Einspritzung 1 nicht möglich. Damit die Düsennadel 60 auch im drucklosen Zustand des Injektors 1 fluiddicht in ihrem Düsennadelsitz 63 sitzt, wirkt hierbei eine Düsennadel-Rückstellfeder 64 unterstützend, wodurch die Düsennadel 60 in Bezug auf die 1 nach unten gedrückt wird.By one in an injector housing 10 located high-pressure bore 12 and a downstream annular channel 22 and a fixed throttle 32 is in a control room 34 of the injector 1 an injection pressure p CR , also called rail pressure, of preferably about 2,000 bar. Likewise, the injection pressure p CR is at the same time at a nozzle-side end 62 and a control room end 66 one in the injector 1 slidably guided nozzle needle 60 at. Due to a larger pressure-effective area of the control room end 66 the nozzle needle 60 , this is in the nozzle needle sealing seat 63 held. Here is the injector 1 closed and an injection 1 not possible. So that the nozzle needle 60 even in the pressureless state of the injector 1 fluid-tight in their nozzle needle seat 63 sits, this acts a nozzle needle return spring 64 supportive, eliminating the nozzle needle 60 in terms of the 1 is pressed down.

Der unter dem vollen Einspritzdruck pCR stehende Steuerraum 34 wird durch das Servoventil 40 mit einem unter nur geringen Druck oder Umgebungsdruck pN stehenden Ablaufbereich 72 und einer in der Zeichnung nicht dargestellten Leckageleitung, z. B. mit einem Tank oder einem Zulaufbereich einer Hochdruckpumpe, verbunden.The under the full injection pressure p CR standing control room 34 is through the servo valve 40 with a running under only low pressure or ambient pressure p N drainage area 72 and a leakage line, not shown in the drawing, z. B. with a tank or an inlet region of a high pressure pump connected.

Ein Piezoaktor 70, betätigt das Servoventil 40 und ist mittels einer Metallbalgabdichtung 74 gegen Kraftstoff abgedichtet, der aus dem Servoventil 40 strömt.A piezoelectric actuator 70 , actuates the servo valve 40 and is by means of a metal bellows seal 74 sealed against fuel coming out of the servo valve 40 flows.

Das Servoventil 40 gemäß dem Stand der Technik wird von einer Ventilplatte 42, einem Ventilkörper 44' und einem Servoventil-Dichtsitz 45' gebildet, wobei der Ventilkörper 44' innerhalb der Ventilplatte 42 Führungsflächen aufweist, wodurch dem Kraftstoff bei offenem Servoventil 40 ein Abfließen aus dem Steuerraum 34 in den Ablaufbereich 72 möglich ist.The servo valve 40 According to the prior art is of a valve plate 42 , a valve body 44 ' and a servo valve seat 45 ' formed, wherein the valve body 44 ' inside the valve plate 42 Has guide surfaces, whereby the fuel with open servo valve 40 a drain from the control room 34 in the drain area 72 is possible.

Bei geschlossenem Injektor 1 (keine Einspritzung statt) wird der Ventilkörper 44' durch ein mechanisches Rückstellelement 46', z. B. in Form einer Biege- oder Blattfeder, fluiddicht im Ventilsitz 45' gehalten. Das Servoventil 40 ist geschlossen. Bei anliegendem Druck im Steuerraum 34 wirkt entsprechend einem Sitzdurchmesser d' (s. 2a) des Servoventils 40 eine zusätzliche hydraulische Kraft auf den Ventilkörper 44', wodurch das Servoventil 40 auch bei Drücken von 2.000 bar sicher geschlossen ist. Die Betätigung des Servoventils 40 erfolgt über den mechanisch und hydraulisch druckvorgespannten Piezoaktor 70, der sich oben am Injektorgehäuse 10 abstützt und dessen freies Ende auf den Ventilkörper 44' des Servoventils 40 wirkt. Bei einer elektrischen Aktivierung des Piezoaktors 70 dehnt sich der Festkörperaktor 70 longitudinal aus und verschiebt den Ventilkörper 44' vom Servoventil-Dichtsitz 45', wodurch eine fluidische Verbindung zwischen dem Steuerraum 34 und dem Ablaufbereich 72 hergestellt ist. Durch eine Begrenzung des Zulaufvolumenstroms in den Steuerraum 34 durch die Fixdrossel 32, fällt der Druck p34 in Steuerraum 34 schlagartig ab.With the injector closed 1 (no injection takes place) becomes the valve body 44 ' through a mechanical reset element 46 ' , z. B. in the form of a bending or leaf spring, fluid-tight in the valve seat 45 ' held. The servo valve 40 is closed. At applied pressure in the control room 34 acts according to a seat diameter d '(s. 2a ) of the servo valve 40 an additional hydraulic force on the valve body 44 ' , causing the servo valve 40 is safely closed even at pressures of 2,000 bar. The actuation of the servo valve 40 via the mechanically and hydraulically pressure-biased piezoactuator 70 located at the top of the injector housing 10 supports and its free end on the valve body 44 ' of the servo valve 40 acts. In an electrical activation of the piezoelectric actuator 70 the solid-state factor expands 70 longitudinally and displaces the valve body 44 ' from the servo valve seat 45 ' , whereby a fluidic connection between the control room 34 and the drain area 72 is made. By limiting the inflow volume flow into the control room 34 through the fixed throttle 32 , the pressure p 34 falls into the control room 34 abruptly.

Da am einspritzseitigen Ende 62 der Düsennadel 60 weiterhin der volle Einspritzdruck pCR ansteht, am steuerraumseitigen Ende 66 der Düsennadel 60 aber nur ein wesentlich geringerer Druck herrscht (typischerweise einige 100 bar), wird die Düsennadel 60 gegen die Kraft der Rückstellfeder 64 in Richtung Steuerraum 34 verschoben, wobei Spritzlöcher (nicht dargestellt) des Injektors 1 freigegeben werden.As at the injection end 62 the nozzle needle 60 continue the full injection pressure p CR is pending, at the control room end 66 the nozzle needle 60 but only a much lower pressure prevails (typically some 100 bar), the nozzle needle 60 against the force of the return spring 64 in the direction of the control room 34 shifted, with injection holes (not shown) of the injector 1 be released.

Ein Beenden der Einspritzung erfolgt analog in umgekehrter Reihenfolge. D. h. Kontraktion des Piezoaktors 70 (Entladen), Schließen des Servoventils 40 und Druckaufbau im Steuerraum 34 auf den Raildruck pCR, womit sich die Düsennadel 60 wieder in ihren Ventilsitz 63 bewegt und die Spritzlöcher verschlossen werden.A termination of the injection is carried out analogously in the reverse order. Ie. Contraction of the piezoelectric actuator 70 (Discharge), closing the servo valve 40 and pressure build-up in the control room 34 on the rail pressure p CR , bringing the nozzle needle 60 again in ih ren valve seat 63 moves and the spray holes are closed.

Erfindungsgemäß wird eine andere Servoventilsektion für einen Kraftstoffinjektor 1 zur Verfügung gestellt. Dies ist in den 2b bis 5b sowie den 6 und 7 dargestellt.According to the invention, another servo-valve section for a fuel injector 1 made available. This is in the 2 B to 5b as well as the 6 and 7 shown.

Das erfindungsgemäße Servoventil 40 ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper 44' und das Rückstellelement 46' des Stand der Technik fehlen, wobei die Funktion des Ventilkörpers 44' von einer Aktoreinheit 70 des Injektors 1 übernommen wird. Hierbei ist die Aktoreinheit 70 derart ausgestaltet, dass ein freies Ende der Aktoreinheit 70, bevorzugt eine Bodenplatte 75 oder ein Servoventilstößel 76', als Ventilkörper 76 ausgebildet ist. Dieser erfindungsgemäße Ventilkörper 76 bildet zusammen mit einem Ablaufkanal 47 des Steuerraums 34 das erfindungsgemäße Servoventil 40. Bevorzugt ist hierbei der Ablaufkanal 47 in einer Ventilplatte 42 ausgebildet, wobei der Ablaufkanal 47 den Steuerraum 34 mit dem Ablaufbereich 72 fluidisch verbindet. Der Ventilkörper 76 wirkt nun derart auf einen Ventilsitz 45 der Ventilplatte 42, dass der Ablaufkanal 47 durch den Ventilkörper 76 verschließbar ist.The servo valve according to the invention 40 is now characterized in that the valve body 44 ' and the return element 46 ' of the prior art, the function of the valve body 44 ' from an actuator unit 70 of the injector 1 is taken over. Here is the actuator unit 70 configured such that a free end of the actuator unit 70 , preferably a bottom plate 75 or a servo valve tappet 76 ' , as a valve body 76 is trained. This valve body according to the invention 76 forms together with a drainage channel 47 of the control room 34 the servo valve according to the invention 40 , In this case, the drainage channel is preferred 47 in a valve plate 42 formed, wherein the drainage channel 47 the control room 34 with the drain area 72 fluidly connects. The valve body 76 now acts on a valve seat 45 the valve plate 42 that the drainage channel 47 through the valve body 76 is closable.

Im Folgenden wird anhand der 2b bis 5b (Erfindung) im Vergleich mit dem Stand der Technik der 2a bis 5a ein typischer Arbeitszyklus des Servoventils 40 näher erläutert.The following is based on the 2 B to 5b (Invention) in comparison with the prior art of 2a to 5a a typical duty cycle of the servo valve 40 explained in more detail.

Die 2a und 2b zeigen jeweils die Servoventilsektion eines betriebsbereiten Injektors 1 unter Hochdruck pCR stehend. Die dunkle Punktschraffur in der Hochdruckbohrung 12, im Ringkanal 22, der Zulaufdrossel 32 und dem Steuerraum 34 symbolisiert den Kraftstoff unter Hochdruck pCR. Das jeweilige Dichtelement 44' und 76 befindet sich auf Anlage mit dem in die Ventilplatte 42 eingearbeiteten Ventilsitz 45', 45. Hierbei wird ein Kraftstofffluss aus dem Steuerraum 34 in den drucklosen bzw. mit geringem Druck pN behafteten Ablaufbereich 72 unterbrochen.The 2a and 2 B each show the servo valve section of an operational injector 1 under high pressure p CR standing. The dark dot hatching in the high pressure bore 12 , in the ring channel 22 , the inlet throttle 32 and the control room 34 symbolizes the fuel under high pressure p CR . The respective sealing element 44 ' and 76 is on plant with the in the valve plate 42 incorporated valve seat 45 ' . 45 , This is a fuel flow from the control room 34 in the unpressurized or at low pressure p N afflicted drainage area 72 interrupted.

Im Stand der Technik gemäß 2a wird der Ventilkörper 44' mittels des Rückstellelements 46' im Nichtbetriebszustand des Injektors 1 im Ventilsitz 45' gehalten. Hierbei ist der Piezoaktor 70 entladen, wie es in der Skizze (links neben der jeweiligen Figur) zum zeitlichen Spannungsverlauf am Piezoaktor 70 gezeigt ist. Der Punkt in den links dargestellten Skizzen stellt den Zeitpunkt im Arbeitszyklus dar. Hierbei bezeichnet U0 den vollständig aufgeladenen Piezoaktor 70 und Grd. eine Grund- oder Nullspannung des entladenen Piezoaktors 70.In the prior art according to 2a becomes the valve body 44 ' by means of the return element 46 ' in the non-operating state of the injector 1 in the valve seat 45 ' held. Here is the piezoelectric actuator 70 unload, as in the sketch (left next to each figure) to the temporal voltage curve at the piezoelectric actuator 70 is shown. The point in the sketches on the left represents the point in the work cycle. U0 denotes the fully charged piezo actuator 70 and Grd. a ground or zero voltage of the discharged piezoelectric actuator 70 ,

Wird mit d' der Durchmesser der Dichtlinie des Servoventils 40 bezeichnet, so berechnet sich der druckwirksame Querschnitt des Servoventils 40 zu A' = (π/4)·d'2. Da im Schließzustand des Servoventils 40 (Injektor 1 im Betrieb) über dem Ventilkörper 44' der Druck pCR abfällt, wird der Ventilkörper 44' druckbedingt mit einer hydrostatischen Kraft von mehreren 100 N im Ventilsitz 45' auf Anlage gehalten. Diese Kraft muss durch den Piezoaktor 70 erst aufgebracht werden, bevor der Ventilkörper 44' öffnen kann.Is with d 'the diameter of the sealing line of the servo valve 40 designates, the pressure-effective cross-section of the servo valve is calculated 40 to A '= (π / 4) · d' 2 . Since in the closed state of the servo valve 40 (injector 1 in operation) above the valve body 44 ' the pressure p CR drops, the valve body becomes 44 ' Pressure-related with a hydrostatic force of several 100 N in the valve seat 45 ' kept on investment. This force must be through the piezoelectric actuator 70 first be applied before the valve body 44 ' can open.

In der erfindungsgemäßen Lösung gemäß 2b wird durch ein erstes Aufladen des Piezoaktors 70 der Ventilkörper 76 zunächst auf Anlage mit dem Ventilsitz 45 gebracht und durch ein Beibehalten des Ladezustands dort gehalten (s. auch Skizze). Dies wird als Initialaufladung bezeichnet, wonach durch ein Anlegen des Hochdrucks pCR der Injektor 1 in den betriebsbereiten Ausgangszustand gebracht wird.In the inventive solution according to 2 B is achieved by first charging the piezo actuator 70 the valve body 76 initially on contact with the valve seat 45 brought and kept there by maintaining the state of charge (see also sketch). This is called an initial charge, after which by applying the high pressure p CR of the injector 1 is brought into the ready initial state.

Wird mit d der Durchmesser der Dichtlinie des erfindungsgemäßen Servoventils 40 bezeichnet, so berechnet sich ein druckwirksamer Querschnitt zu A = (π/4)·d2. Da zur Erzielung einer im Vergleich mit dem Stand der Technik (2a) ähnlichen Durchflusscharakteristik nur ein wesentlich geringerer Durchmesser d erforderlich ist, werden die hydrostatischen Kräfte F im demselben Maße wie die Querschnittsfläche A verringert (F/F' = d2/d'2), was zu einer deutlichen Verringerung der Elastizitätsverluste führt und eine Steuerung des Servoventils 40 erleichtert. Dies rührt daher, dass der Ventilkörper 44' nicht mehr innerhalb der Ventilplatte 42 geführt ist, sondern der Ventilkörper 76 von außen auf die Ventilplatte 42 drückt.If d is the diameter of the sealing line of the servo valve according to the invention 40 denotes a pressure-effective cross section is calculated to A = (π / 4) · d 2 . Since to achieve a comparison with the prior art ( 2a ) similar flow characteristics only a much smaller diameter d is required, the hydrostatic forces F are reduced to the same extent as the cross-sectional area A (F / F '= d 2 / d' 2 ), which leads to a significant reduction in elasticity losses and control of the servo valve 40 facilitated. This is due to the fact that the valve body 44 ' no longer inside the valve plate 42 is guided, but the valve body 76 from the outside to the valve plate 42 suppressed.

Erfindungsgemäß entfällt das Rückstellelement 46' und der als ein separates Teil ausgebildete Ventilkörper 44', da der Ventilkörper 44' vorzugsweise als Teil der Aktoreinheit 70 ausgebildet ist und daher von der Aktoreinheit 70 gehalten ist. Ferner kann der Ablaufkanal 47 optional als eine fixe Ablaufdrossel ausgebildet werden.According to the invention, the return element is eliminated 46 ' and the valve body formed as a separate part 44 ' because of the valve body 44 ' preferably as part of the actuator unit 70 is formed and therefore by the actuator unit 70 is held. Furthermore, the drainage channel 47 optionally be designed as a fixed outlet throttle.

Die 3a und 3b zeigen die Druckverhältnisse unmittelbar nach einem Öffnen des Servoventils 40, aber noch bevor sich die Düsennadel 60 des Injektors 1 in Bewegung gesetzt hat.The 3a and 3b show the pressure conditions immediately after opening the servo valve 40 but still before the nozzle needle 60 of the injector 1 set in motion.

In der Lösung gemäß dem Stand der Technik (3a) wird aufgrund des geöffneten Servoventils 40 eine Fluidverbindung zwischen dem Steuerraum 34 und dem drucklosen Ablaufbereich 72 hergestellt. Dies geschieht durch ein Aufladen des Piezoaktors 70 und der damit einhergehenden Elongation, die den Ventilkörper 44' nach unten bewegt. Im Steuerraum 34 stellt sich zu diesem Zeitpunkt der Druck p34 ein, der wesentlich geringer als der Raildruck pCR ist und daher eine wesentlich geringere Kraft auf den Ventilkörper 44' ausübt. Der reduzierte Druck im Steuerraum 34' ist durch die helle Punktschraffur verdeutlicht. Hierbei schnappt das Servoventil 40 spontan weit auf, da alle im Kraftfluss des Servoventil-Antriebs befindlichen Elemente instantan mit dem Öffnen des Servoventils 40 entlastet werden. Durch das spontane Aufschnappen des Servoventils 40 in Kombination mit einer äußerst starken Abhängigkeit des Sterraumdrucks p34 von der Stellung des Dichtelements 44' wird eine Steuerbarkeit des Injektors 1 in dieser Phase verhindert. Man spricht von einer so genannten Mitkopplung.In the solution according to the prior art ( 3a ) is due to the open servo valve 40 a fluid connection between the control room 34 and the non-pressurized drain area 72 produced. This is done by charging the piezoelectric actuator 70 and the concomitant elongation, which is the valve body 44 ' moved down. In the control room 34 At this time, the pressure p 34 is set , which is much lower than the rail pressure p CR and therefore a much lower force on the valve body 44 ' exercises. The reduced pressure in the control room 34 ' is ver by the bright dot hatching interpreting light. At this the servo valve snaps 40 spontaneously wide open, since all elements in the power flow of the servo valve drive instantaneously with the opening of the servo valve 40 be relieved. By spontaneously snapping the servo valve 40 in combination with an extremely strong dependence of the Sterraumdrucks p 34 of the position of the sealing element 44 ' becomes a controllability of the injector 1 prevented in this phase. One speaks of a so-called positive feedback.

In der erfindungsgemäßen Lösung nach 3b wird durch ein Entladen des Piezoaktors 70 und der damit korrelierten Kon traktion des Piezoaktors 70 der Ventilkörper 76 vom Dichtsitz 45 abgehoben. Aufgrund des geöffneten Servoventils 40 wird eine gedrosselte fluidische Verbindung zwischen dem Steuerraum 34 und dem Ablaufbereich 72 hergestellt, wodurch der Druck p34 im Steuerraum 34 abfällt. Die auf den Ventilkörper 76 wirkende hydrostatische Kraft fällt ab, sodass sich die im Kraftfluss des Servoventils 40 enthaltenen Elastizitäten spontan entlasten und elongieren. Die frei werdende Dehnung wirkt bei der Erfindung in Schließrichtung des Servoventils 40. D. h. dem spontanen Druckabfall im Steuerraum 34 wird durch eine Reduzierung des Ablaufquerschnitts entgegengewirkt. Man spricht von einer so genannten Gegenkopplung. Diese Gegenkopplung führt zu einer Stabilisierung der Bewegung des Ventilkörpers 76 und damit zu einer verbesserten Steuerbarkeit des Injektors 1 in dieser Betriebsphase.In the solution according to the invention 3b is due to a discharge of the piezoelectric actuator 70 and the correlated Kon traction of the piezoelectric actuator 70 the valve body 76 from the seal seat 45 lifted. Due to the opened servo valve 40 is a throttled fluidic connection between the control room 34 and the drain area 72 manufactured, whereby the pressure p 34 in the control room 34 drops. The on the valve body 76 acting hydrostatic force drops, so that in the power flow of the servo valve 40 spontaneously relieve and elongate elastics contained. The released strain acts in the invention in the closing direction of the servo valve 40 , Ie. the spontaneous pressure drop in the control room 34 is counteracted by a reduction of the flow cross-section. One speaks of a so-called negative feedback. This negative feedback leads to a stabilization of the movement of the valve body 76 and thus to an improved controllability of the injector 1 in this operating phase.

Die 4a und 4b zeigen die Druckverhältnisse bei jeweils geöffnetem Servoventil 40 während einer Bewegungsphase der Düsennadel 60. Während der Bewegungsphase der Düsennadel 60 herrscht im Steuerraum 34 in beiden Fällen nahezu wieder der volle Hochdruck p34 = pCR (dunkle Punktschraffur), da am düsenseitigen Ende 62 der Düsennadel 60 pCR anliegt und die Düsennadel 60 so lange beschleunigt wird, bis sich an ihrem steuerraumseitigen Ende 66 ebenfalls wieder nahezu pCR einstellt (bis auf die Kraft der Düsennadelrückstellfeder 64) und ein Kräftegleichgewicht herrscht.The 4a and 4b show the pressure conditions at each opened servo valve 40 during a movement phase of the nozzle needle 60 , During the movement phase of the nozzle needle 60 prevails in the control room 34 in both cases nearly the full high pressure p 34 = p CR (dark dot hatching), as at the nozzle end 62 the nozzle needle 60 p CR is applied and the nozzle needle 60 as long accelerates until at their control room end 66 again sets almost p CR (except for the force of the nozzle needle return spring 64 ) and a balance of power prevails.

Im in der 4a dargestellten Stand der Technik ist die hydraulische Kraft, die auf den Ventilkörper 44' wirkt, nahezu unabhängig von der exakten Position des Ventilkörpers 44'. Die Stellung des Ventilkörpers 44' bestimmt jedoch äußerst empfindlich die Geschwindigkeit und damit die Bewegung der Düsennadel 60. Eine praxisnahe Abschätzung zeigte, dass zur Erzielung hinreichend reproduzierbarer Einspritzmengen eine Positioniergenauigkeit des Ventilkörpers 44' mit einer Toleranz von weniger als 0,2 μm erreichen werden muss. Dies zu realisieren ist im Stand der Technik prinzipiell ausgeschlossen.I'm in the 4a Prior art shown is the hydraulic force acting on the valve body 44 ' acts, almost independent of the exact position of the valve body 44 ' , The position of the valve body 44 ' However, it determines extremely sensitive the speed and thus the movement of the nozzle needle 60 , A practical estimation showed that in order to achieve sufficiently reproducible injection quantities, a positioning accuracy of the valve body 44 ' must be achieved with a tolerance of less than 0.2 microns. To realize this is in principle excluded in the prior art.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung nach 4b ist die Kraft auf den Ventilkörper 76 stark wegabhängig. Dies kann durch eine geometrische Ausgestaltung des Ventilsitzes 45 beeinflusst werden. Der Ventilkörper 76 steht bei der Erfindung in unmittelbarer Wirkverbindung mit dem Piezoaktor 70. Hierdurch wird jede Kraftänderung auf den Ventilkörper 76 unmittelbar auf den Piezoaktor 70 übertragen. Durch eine Kraftänderung auf den Piezoaktor 70 wird durch den piezoelektrischen Effekt im Piezoaktor 70 eine zur Kraftänderung direkt proportionale Ladung generiert, die mittels einer geeigneten schnellen Elektronik messbar ist, sodass in dieser Weise ein Sensorsignal verfügbar gemacht wird, das eine Positionsregelung des Servoventils 40 mit der geforderten Genauigkeit erlaubt.In the solution according to the invention 4b is the force on the valve body 76 strongly dependent on distance. This can be achieved by a geometric configuration of the valve seat 45 to be influenced. The valve body 76 is in the invention in direct operative connection with the piezoelectric actuator 70 , This will cause any force change on the valve body 76 directly on the piezoelectric actuator 70 transfer. By a force change on the piezoelectric actuator 70 becomes due to the piezoelectric effect in the piezoelectric actuator 70 generates a charge directly proportional to the force change, which is measurable by means of a suitable fast electronics, so in this way a sensor signal is made available, the position control of the servo valve 40 allowed with the required accuracy.

Die 5a und 5b zeigen die Druckverhältnisse bei einem sich schließenden Servoventil 40 während der Bewegung der Düsennadel 60. Zu beachten ist hierbei, dass in ca. 95% der Betriebszustände eines Verbrennungsmotors die Einspritzung beendet werden muss, bevor die Düsennadel 60 an ihrem steuerraumseitigen Anschlag aufsetzt. D.h. die Bewegung der Düsennadel 60 bestimmt die eingespritzte Kraftstoffmenge nahezu vollständig. Die Bewegung der Düsennadel 60 ist wiederum von der Stellung des Ventilkörpers 44', 76 abhängig. Je genauer die Position des Ventilkörpers 44', 76 bekannt ist, desto genauer können die Einspritzmengen gesteuert werden.The 5a and 5b show the pressure conditions in a closing servo valve 40 during the movement of the nozzle needle 60 , It should be noted here that in about 95% of the operating states of an internal combustion engine, the injection must be stopped before the nozzle needle 60 touches on her control room side stop. That is the movement of the nozzle needle 60 determines the injected fuel quantity almost completely. The movement of the nozzle needle 60 is again the position of the valve body 44 ' . 76 dependent. The more accurate the position of the valve body 44 ' . 76 is known, the more accurate the injection quantities can be controlled.

Im Fall der bekannten Lösung nach 5a wird das Servoventil 40 durch ein Entladen des Piezoaktors 70 geschlossen. Der Druck im Steuerraum 34 bleibt nahezu unverändert. Der Zustrom aus der Zulaufdrossel 32 bestimmt die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 60.In the case of the known solution 5a becomes the servo valve 40 by discharging the piezoelectric actuator 70 closed. The pressure in the control room 34 remains almost unchanged. The inflow from the inlet throttle 32 determines the closing speed of the nozzle needle 60 ,

Im Fall der erfindungsgemäßen Lösung nach 5b wird das Servoventil 40 durch ein Aufladen des Piezoaktors 70 geschlossen. Der Druck im Steuerraum 34 bleibt unverändert. Der Zustrom der Zulaufdrossel 32 bestimmt die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 60.In the case of the solution according to the invention 5b becomes the servo valve 40 by charging the piezoelectric actuator 70 closed. The pressure in the control room 34 stays unchanged. The inflow of the inlet throttle 32 determines the closing speed of the nozzle needle 60 ,

Danach stellt sich wieder der jeweils in den 2a und 2b dargestellte Zustand des Servoventils 40 ein.After that, each again in the 2a and 2 B illustrated state of the servo valve 40 one.

Erfindungsgemäß korreliert die Position des Ventilglieds 76 gegenüber dem Ventilsitz 45 mit dem Ladungszustand des Piezoaktors 70. D. h. der Ladungszustand ist ein direktes Maß für die Position des Ventilkörpers 76, sodass jederzeit eine aus dem erfindungsgemäßen Servoventil 40 strömende Fluidmenge bekannt ist. Dies ist im Stand der Technik nicht realisiert, da durch das spontane Aufschnappen des Servoventilkörpers 44' dessen Position nicht bekannt ist.According to the invention correlates the position of the valve member 76 opposite the valve seat 45 with the state of charge of the piezoelectric actuator 70 , Ie. the state of charge is a direct measure of the position of the valve body 76 so that anytime from the servo valve of the invention 40 flowing amount of fluid is known. This is not realized in the prior art, since the spontaneous snapping the servo valve body 44 ' whose position is unknown.

Die 6 stellt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils 40 mit einem modifizierten Ventilsitz 45 dar. Hierbei ist der Ablaufkanal 47 in der Ventilplatte 42 im Bereich des Ventilsitzes 45 trichterförmig ausgebildet. Dieser Trichter kann z. B. ein Abschnitt eines Kegelmantels sein. Darüber hinaus ist eine sphärische Ausbildung dieses Bereichs oder der Übergangskanten zum Ablaufbereich 72 möglich. Selbiges gilt auch für einen steuerraumseitigen Bereich des Ablaufkanals 47. Der Übergang von der Bohrung des Ablaufkanals 47 zum Eintrittsbereich in oder zum Austrittsbereich aus dem Ablaufkanal 47 ist bevorzugt stetig ausgebildet. Ferner kann der Ablaufkanal 47 zwei oder mehr unterschiedliche Durchmesser aufweisen.The 6 represents a second embodiment of the servo valve according to the invention 40 with a modified valve seat 45 dar. Here is the flow channel 47 in the valve plate 42 in the area of the valve seat 45 funnel-shaped. This funnel can z. B. be a section of a cone sheath. In addition, a spherical formation of this area or the transition edges to the drain area 72 possible. The same applies to a control room side area of the drainage channel 47 , The transition from the bore of the drainage channel 47 to the entry area into or to the exit area from the drainage channel 47 is preferably formed continuously. Furthermore, the drainage channel 47 have two or more different diameters.

Die 7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Servoventils 40 in Kombination mit einer Gegenkopplungsdrossel 79. Die Gegenkopplungsdrossel 79 ist in dem Ablaufbereich 72 des Injektors 1 stromabwärts vorgesehen, wodurch im Ablaufbereich 72 ein bestimmtes Druckniveau einstellbar ist. Durch die Gegenkopplungsdrossel 79 steht ein weiterer Parameter zur Einstellung der Kraft-Weg-Abhängigkeit als auch der Durchflusscharakteristik des Servoventils 40 zur Verfügung. Bevorzugt ist hierbei der Ablaufbereich 72 des Injektors 1 verkleinert ausgebildet. Dies wird durch eine den Ventilkörper 76 umgebende Platte 78 realisiert, die gegenüber der Ventilplatte 42 eine feste Position einnimmt. Hierbei ist die Platte 78 gegenüber der Ventilplatte 42 und/oder dem Ventilkörper 76 im Wesentlichen fluiddicht vorgesehen. Innerhalb der Platte 78 ist eine Ablaufbohrung vom Ablaufbereich 72 zu einem Niederdruckbereich des Injektors 1 vorgesehen, wobei diese Ablaufbohrung die Gegenkopplungsdrossel 79 aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform kann eine Gestaltung wie zu 6 erläutert vorgesehen sein.The 7 shows a third embodiment of a servo valve according to the invention 40 in combination with a negative feedback choke 79 , The negative feedback reactor 79 is in the drain area 72 of the injector 1 provided downstream, whereby in the drain area 72 a certain pressure level is adjustable. By the negative feedback choke 79 is another parameter for setting the force-distance dependence as well as the flow characteristics of the servo valve 40 to disposal. In this case, the drainage area is preferred 72 of the injector 1 reduced trained. This is done by a valve body 76 surrounding plate 78 realized, the opposite to the valve plate 42 takes a firm position. Here is the plate 78 opposite the valve plate 42 and / or the valve body 76 provided substantially fluid-tight. Inside the plate 78 is a drain hole from the drain area 72 to a low pressure area of the injector 1 provided, this drain hole, the negative feedback reactor 79 having. In such an embodiment, a design such as 6 be provided explained.

Claims (16)

Injektor, insbesondere Kraftstoffinjektor (1), mit einem außenöffnendem Servoventil (40), wobei – ein Ablaufkanal (47) eines Steuerraums (34) des Injektors (1) von einem Ventilkörper (76) des Servoventils (40) verschließbar ist, und der Ventilkörper (76) als Abschnitt einer Bodenplatte (75) einer Aktoreinheit (70) des Injektors (1) ausgestaltet ist, wobei – ein durch den Ablaufkanal (47) strömbares Fluid direkt auf die Aktoreinheit (70) einwirkt und so ein Fluiddruck (p34) des Steuerraums (34) in die Aktoreinheit (70) zur Steuerung des Injektors (1) unmittelbar einkoppelbar ist.Injector, in particular fuel injector ( 1 ), with an externally opening servo valve ( 40 ), wherein - a drainage channel ( 47 ) of a control room ( 34 ) of the injector ( 1 ) of a valve body ( 76 ) of the servo valve ( 40 ) is closable, and the valve body ( 76 ) as a section of a floor slab ( 75 ) an actuator unit ( 70 ) of the injector ( 1 ), wherein - a through the drainage channel ( 47 ) flowable fluid directly to the actuator unit ( 70 ) and so a fluid pressure (p 34 ) of the control room ( 34 ) into the actuator unit ( 70 ) for controlling the injector ( 1 ) is directly einkoppelbar. Injektor gemäß Anspruch 1, wobei der Ventilkörper (76) des Servoventils (40) in einem Ablaufbereich (72) des Injektors (1) angeordnet ist, der stromabwärts des Ablaufkanals (47) vorgesehen ist.Injector according to claim 1, wherein the valve body ( 76 ) of the servo valve ( 40 ) in a drain area ( 72 ) of the injector ( 1 ) located downstream of the drainage channel ( 47 ) is provided. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einer Schließposition des Servoventils (40) der Piezoaktor (70) elektrisch aufgeladen und in einer Offenposition des Servoventils (40) der Piezoaktor (70) elektrisch entladen ist.Injector according to one of claims 1 to 3, wherein in a closed position of the servo valve ( 40 ) the piezo actuator ( 70 ) electrically charged and in an open position of the servo valve ( 40 ) the piezo actuator ( 70 ) is electrically discharged. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ablaufkanal (47) des Steuerraums (34) als fixe Ablaufdrossel aufgebildet istInjector according to one of claims 1 to 4, wherein the drainage channel ( 47 ) of the control room ( 34 ) is formed as a fixed outlet throttle Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Servoventil (40) eine Ventilplatte (42) aufweist, die den Steuerraum (34) des Injektors (1) wenigstens teilweise begrenzt und in der der Ablaufkanal (47) vorgesehen ist.Injector according to one of claims 1 to 4, wherein the servo valve ( 40 ) a valve plate ( 42 ) having the control room ( 34 ) of the injector ( 1 ) is at least partially limited and in which the drainage channel ( 47 ) is provided. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ablaufkanal (47) des Steuerraums (34) in der Offenposition des Servoventils (40) frei durchströmbar ist.Injector according to one of claims 1 to 5, wherein the drainage channel ( 47 ) of the control room ( 34 ) in the open position of the servo valve ( 40 ) is freely flowed through. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Ventilkörper (76) der Aktoreinheit (70) von außen auf die Ventilplatte (42) einwirkt.Injector according to one of claims 1 to 6, wherein the valve body ( 76 ) of the actuator unit ( 70 ) from the outside onto the valve plate ( 42 ) acts. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ablaufkanal (47) im Bereich eines Ventilsitzes (45) des Ventilkörpers (76) trichterförmig oder hohlsphärisch ausgebildet ist, oder eine Austrittskante des Ablaufkanals (47) abgerundet ist.Injector according to one of claims 1 to 7, wherein the drainage channel ( 47 ) in the region of a valve seat ( 45 ) of the valve body ( 76 ) funnel-shaped or hollow spherical, or a trailing edge of the drain channel ( 47 ) is rounded. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ablaufkanal (47) an seinem steuerraumseitigen Endabschnitt einen größeren Durchmesser aufweist, als an einem stromabwärts folgenden Abschnitt (d).Injector according to one of claims 1 to 8, wherein the drainage channel ( 47 ) has a larger diameter at its control-room-side end portion than at a downstream-following portion (d). Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ablaufkanal (47) an seinem steuerraumseitigen Endabschnitt trichterförmig oder hohlsphärisch ausgebildet ist.Injector according to one of claims 1 to 9, wherein the drainage channel ( 47 ) is formed funnel-shaped or hollow spherical at its control room-side end portion. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der dichtende Abschnitt des Ventilkörpers (76) sphärisch, bevorzugt kugelabschnitts- oder kugelschichtförmig ausgebildet ist, oder eine Eintrittskante des Ablaufkanals (47) abgerundet ist.Injector according to one of claims 1 to 10, wherein the sealing portion of the valve body ( 76 ) is spherical, preferably spherical segment or spherical layer-shaped, or an inlet edge of the drain channel ( 47 ) is rounded. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Ventilkörper (76) des Servoventils (40) in einem Bereich seines freien Endes geführt ist.Injector according to one of claims 1 to 11, wherein the valve body ( 76 ) of the servo valve ( 40 ) is guided in a region of its free end. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Ablaufbereich (72) des Servoventils (40) durch eine Gegenkopplungsdrossel (79) hindurch entleerbar ist.Injector according to one of claims 1 to 12, wherein the drainage area ( 72 ) of the servo valve ( 40 ) by a negative feedback reactor ( 79 ) is emptied through. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei mittels einer den Ventilkörper (76) umgebenden Platte (78) der Ablaufbereich (72) des Servoventils (40) verkleinert ist und in der Platte (78) ein Abflusskanal vorgesehen ist.Injector according to one of claims 1 to 13, wherein by means of a valve body ( 76 ) surrounding plate ( 78 ) the drain area ( 72 ) of the servo valves ( 40 ) and in the plate ( 78 ) A drainage channel is provided. Injektor gemäß Anspruch 14, wobei im Abflusskanal der Platte (78) die Gegenkopplungsdrossel (79) vorgesehen ist.Injector according to claim 14, wherein in the drainage channel of the plate ( 78 ) the negative feedback reactor ( 79 ) is provided. Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoffinjektor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.Fuel injection system with a fuel injector ( 1 ) according to one of the preceding claims.
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