DE102006014770A1 - Fuel injector for internal-combustion engine, has coupler sleeve with two partial sleeves placed axially one behind other, where joint is created between coupler piston and coupler sleeve at head of actuator module - Google Patents

Fuel injector for internal-combustion engine, has coupler sleeve with two partial sleeves placed axially one behind other, where joint is created between coupler piston and coupler sleeve at head of actuator module Download PDF

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Abstract

The injector has an actuator module with an actuator (34) connected with a coupler piston (35), into which a coupler sleeve is guided. The sleeve hydraulically separates a coupler area (50) from a high pressure area (33). A needle (15) is raised from a needle hub (16) based on the pressure in a control space (30) so that a fuel subjected with the system pressure is injected. The coupler sleeve comprises two partial sleeves (41, 42) placed axially one behind the other. A joint is created between the coupler piston and the coupler sleeve at a head of the actuator module.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a fuel injector for internal combustion engines the preamble of claim 1.

Ein Kraftstoffinjektor mit einer direkt betätigbaren Düsennadel und mit einer einstufigen Übersetzung des Aktorhubs wird in DE 10 2004 005 452 A1 beschrieben. Zum Übersetzen des Aktorhubs auf die Düsennadel ist eine Übersetzungseinrichtung vorgesehen, die einen mit dem Aktor verbundenen Kopplerkolben und einen mit der Düsennadel verbundenen Düsennadelkolben aufweist, wobei der Kopplerkolben auf einen Kopplerraum und der Düsennadelkolben auf einen Steuerraum einwirkt. Zum Abdichten des Kopplerraums gegenüber einem mit Hochdruck beaufschlagten Hochdruckraum ist am Kopplerkolben eine Kopplerhülse axial geführt, die mit einer Dichtkante gegen eine Stirnfläche einer Zwischenplatte drückt. Die Zwischenplatte ist dabei zwischen einem Injektorkörper und einem Düsenkörper angeordnet und weist unter anderem eine Drosselverbindung auf, über die der Kopplerraum und der Steuerraum hydraulisch verbunden sind. Bei derartigen Kraftstoffinjektoren mit direkt betätigbarer Düsennadel werden Piezo-Aktoren verwendet, die im Gehäuse in einem Haltekörper hydraulisch dicht verbunden werden müssen. Bei einer Schieflage des Kopfes des Piezo-Aktors im Haltekörper können über die Kopplerhülse Querkräfte in den Aktormodul übertragen werden, die der Aktormodul nicht standhält. Aus diesem Grunde muss der Aktormodul sehr genau ausgerichtet werden.A fuel injector with a directly operable nozzle needle and with a one-stage translation of Aktorhubs in DE 10 2004 005 452 A1 described. To translate the Aktorhubs on the nozzle needle, a translation device is provided which has a coupler piston connected to the actuator and a nozzle needle connected to the nozzle needle piston, wherein the coupler piston acts on a coupler space and the nozzle needle piston on a control chamber. For sealing the coupler space with respect to a high-pressure space subjected to high pressure, a coupler sleeve is axially guided on the coupler piston, which presses with a sealing edge against an end face of an intermediate plate. The intermediate plate is arranged between an injector body and a nozzle body and has inter alia a throttle connection via which the coupler space and the control chamber are hydraulically connected. In such fuel injectors with directly operable nozzle needle piezo actuators are used, which must be hydraulically sealed in the housing in a holding body. If the head of the piezoactuator in the holding body is tilted, lateral forces can be transmitted to the actuator module via the coupler sleeve which the actuator module does not withstand. For this reason, the actuator module must be aligned very accurately.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor zu schaffen, bei dem die Übertragung von Querkräften auf den Aktormodul weitestgehend verhindert wird.task the present invention is to provide a fuel injector, where the transfer of lateral forces is largely prevented on the actuator module.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Kraftstoffinjektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verwendung einer mehrteiligen, insbesondere zweiteiligen Kopplerhülse wird am Kopf des Aktormoduls ein Gelenk zwischen Kopplerkolben und Kopplerhülse geschaffen, so dass der Aktormodul von Querkräften entkoppelt ist. Dadurch werden die Anforderungen an die Fertigung und die Montage des Kraftstoffinjektors reduziert, wodurch der Kraftstoffinjektor kostengünstiger herstellbar ist.The The object of the invention is with a fuel injector with the characterizing features of claim 1 solved. By using a multi-part, in particular two-piece coupler sleeve is at the top of the actuator module created a joint between the coupler piston and coupler sleeve, so that the Actuator module of shear forces is decoupled. This makes the demands on the production and reduces the assembly of the fuel injector, causing the fuel injector cost-effective can be produced.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich. Eine besonders einfach zu realisierende Dichtung zwischen den beiden Teilen der Kopplerhülse wird durch einen Kugel-Kegel-Verband geschaffen, wobei an den Berührungsflächen die kopplerraumnahe Kopplerhülse eine Kugelform und die kopplerraumferne Kopplerhülse eine Kegelform aufweist. Ein Winkelausgleich wird vorteilhaft dadurch realisiert, indem die kopplerraumnahe Kopplerhülse am Kopplerkolben spielbehaftet geführt ist. Die kopplerraumferne Kopplerhülse ist dagegen hydraulisch dichtend am Kopplerkolben geführt.advantageous Further developments of the invention are possible by the measures of the subclaims. A particularly easy-to-implement seal between the two Split the coupler sleeve is created by a ball-and-cone association, wherein at the contact surfaces the Coupler close to coupler sleeve a spherical shape and the kopplerraumferne coupler sleeve has a conical shape. An angle compensation is advantageously realized by the Coupler sleeve close to the coupler Coupling piston playful guided is. In contrast, the coupler sleeve remote from the coupler chamber is hydraulically sealed guided on the coupler piston.

Ausführungsbeispieleembodiments

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail. The FIG. 1 shows a cross section through a fuel injector according to the invention.

Der dargestellte Kraftstoffinjektor weist ein Gehäuse mit einem Injektorkörper 10, einem Düsenkörper 11 und einer Drosselplatte 12 auf. Die Drosselplatte 12 ist zwischen Injektorkörper 10 und Düsenkörper 11 angeordnet und mittels einer Spannmutter 13 hydraulisch dicht verspannt. Im Düsenkörper 11 ist eine Düsennadel 15 axial verschiebbar geführt. Am Düsenkörper 11 ist an der Spitze der Düsennadel 15 ein Düsennadelsitz 16 ausgebildet, dem in Einspritzrichtung am Düsenkörper 11 ausgebildete und in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragende Einspritzdüsen 17 nachgeordnet sind. Dem Düsennadelsitz 16 ist am Düsenkörper 11 in Einspritzrichtung ein Düsennadeldruckraum 18 vorgelagert, dem eine an der Düsennadel 15 ausgebildete düsennadelseitige Druckschulter 19 ausgesetzt ist. Die Düsennadel 15 weist ferner eine Führungsfläche 21 auf mit der die Düsennadel 15 im Düsenkörper 11 geführt ist. An der Führungsfläche 21 ist eine Abflachung 22 angefräst, über die eine hydraulische Verbindung des Düsennadeldruckraums 18 mit einem vorgelagerten düsenkörperseitigem Hochdruckraum 23 realisiert ist.The fuel injector shown has a housing with an injector body 10 a nozzle body 11 and a throttle plate 12 on. The throttle plate 12 is between injector body 10 and nozzle body 11 arranged and by means of a clamping nut 13 hydraulically tightly clamped. In the nozzle body 11 is a nozzle needle 15 guided axially displaceable. At the nozzle body 11 is at the top of the nozzle needle 15 a nozzle needle seat 16 formed, the injection direction in the nozzle body 11 trained and projecting into the combustion chamber of an internal combustion engine injectors 17 are subordinate. The nozzle needle seat 16 is on the nozzle body 11 in the injection direction, a nozzle needle pressure chamber 18 upstream, the one at the nozzle needle 15 trained nozzle needle-side pressure shoulder 19 is exposed. The nozzle needle 15 also has a guide surface 21 on with the nozzle needle 15 in the nozzle body 11 is guided. At the guide surface 21 is a flattening 22 milled, via a hydraulic connection of the nozzle needle pressure chamber 18 with an upstream nozzle body-side high-pressure chamber 23 is realized.

Die Düsennadel 15 ist weiterhin mit einem Düsennadelkolben 25 fest verbunden, an dem eine Steuerraumhülse 26 axial geführt ist. Die Steuerraumhülse 26 ist dabei mittels einer Druckfeder 27 vorgespannt und drückt mit einer nicht näher bezeichneten Dichtkante gegen eine an der Drosselplatte 12 ausgebildete düsenkörperseitige Stirnfläche 28. Dadurch umschließt die Steuerraumhülse 26 einen Steuerraum 30, dem der Düsennadelkolben 25 mit einer Druckfläche 31 ausgesetzt ist. An der gegenüberliegenden Seite der Drosselplatte 12 ist eine aktorseitige Stirnfläche 38 ausgebildet.The nozzle needle 15 is still with a nozzle needle piston 25 firmly connected, on which a control chamber sleeve 26 is guided axially. The control chamber sleeve 26 is by means of a compression spring 27 biased and presses with an unspecified sealing edge against a throttle plate 12 trained nozzle body-side end face 28 , This encloses the control chamber sleeve 26 a control room 30 , which the nozzle needle piston 25 with a printing surface 31 is exposed. On the opposite side of the throttle plate 12 is an actuator-side face 38 educated.

Der Injektorkörper 10 weist einen Hochdruckraum 33 auf, der mit einem nicht dargestellten Anschluss an ein nicht dargestelltes Hochdrucksystem, beispielsweise an ein Common-Rail-System einer Dieseleinspritzeinrichtung angeschlossen ist. Im Hochdruckraum 33 ist ein Aktormodul mit einem Piezo-Aktor 34 und einem Kopplerkolben 35 angeordnet, wobei der Kopplerkolben 35 mit dem Piezo-Aktor 34 fest verbunden ist. Die Verbindung zwischen Piezo-Aktor 34 und Kopplerkolben 35 bildet den Aktorkopf des Aktormoduls. Der Kopplerkolben 35 weist einen Führungsabschnitt 36 auf, an dem eine kopplerraumferne Kopplerhülse 41 und eine kopplerraumnahe Kopplerhülse 42 angeordnet sind. Die kopplerraumferne Kopplerhülse 41 ist dabei hydraulisch dicht am Führungsabschnitt 36 geführt und mit einer Druckfeder 44 an einem Bund des Kopplerkolbens 35 vorgespannt. Die kopplerraumnahe Kopplerhülse 42 ist spielbehaftet am Führungsabschnitt 36 geführt und drückt mit einer Dichtkante 45 gegen die aktorseitige Stirnfläche 38 der Drosselplatte 12. Die kopplerraumnahe Kopplerhülse 42 umschließt dadurch einen Kopplerraum 50, dem der Kopplerkolben 35 mit einer Druckfläche 39 ausgesetzt ist.The injector body 10 has a high pressure room 33 on, which is connected to a non-illustrated connection to a high pressure system, not shown, for example, to a common rail system of a diesel injector. in the High-pressure chamber 33 is an actuator module with a piezo actuator 34 and a coupler piston 35 arranged, with the coupler piston 35 with the piezo actuator 34 is firmly connected. The connection between piezo actuator 34 and coupler pistons 35 forms the actuator head of the actuator module. The coupler piston 35 has a guide section 36 on, on which a Kopplerraumferne coupler sleeve 41 and a coupler sleeve close to the coupler 42 are arranged. The coupler sleeve remote from the coupler 41 is hydraulically close to the guide section 36 guided and with a compression spring 44 on a collar of the coupler piston 35 biased. The coupler sleeve near the coupler 42 is at play on the leader section 36 guided and presses with a sealing edge 45 against the actuator-side end face 38 the throttle plate 12 , The coupler sleeve near the coupler 42 encloses thereby a coupler space 50 to which the coupler piston 35 with a printing surface 39 is exposed.

In der Drosselplatte 15 sind beispielsweise zwei Verbindungskanäle 51 angeordnet, die eine hydraulische Verbindung zwischen dem aktorseitigen Hochdruckraum 33 und dem düsenkörperseitigen Hochdruckraum 23 herstellen. In der Drosselplatte 12 befindet sich außerdem eine Drosselverbindung 52, die eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kopplerraum 50 und dem Steuerraum 30 herstellt.In the throttle plate 15 For example, there are two connection channels 51 arranged, which is a hydraulic connection between the actuator-side high-pressure chamber 33 and the nozzle body side high pressure chamber 23 produce. In the throttle plate 12 There is also a throttle connection 52 providing a hydraulic connection between the coupler space 50 and the control room 30 manufactures.

Die hydraulische Dichtung zwischen der kopplerraumfernen Kopplerhülse 41 und der kopplerraumnahen Kopplerhülse 42 wird mittels eines Kugel-Kegel-Verbandes der Berührungsflächen der kopplerraumfernen Teilhülse 41 und der kopplerraumnahen Teilhülse 42 realisiert. Dabei ist beispielsweise die drosselplattenseitige Ringfläche der kopplerraumfernen Kopplerhülse 41 mit einer kegelförmigen Oberfläche 47 und die aktorseitige Ringfläche der kopplerraumnahen Kopplerhülse 42 mit einer kugelförmigen Oberfläche 48 ausgeführt. Mittels der kegelförmigen Oberfläche 47 und der kugelförmigen Oberfläche 48 wird zwischen beiden Kopplerhülsen 41, 42 als Berührungsfläche eine Linienberührung erzeugt, die aufgrund der auf die Kopplerhülsen 31, 32 wirkenden Federkraft der Druckfeder 44 eine hydraulische Dichtung an dieser Stelle erzeugt. Durch den Kugel-Kegel-Verband der kegelförmigen Oberfläche 47 und der kugelförmigen Oberfläche 48 bildet sich ein Gelenk zwischen Kopplerkolben 35 und kopplerraumnaher Kopplerhülse 42 aus, durch das der Aktormodul einen Winkelausgleich ausführen kann, ohne dass die Dichtung mittels der Dichtkante 45 an der Drosselplatte 12 die kopplerraumnahe Kopplerhülse 42 verkantet. Dadurch wird die Entstehung von Querkräften, die auf den Aktormodul mit dem Piezo-Aktor 34 wirken könnten, unterbunden.The hydraulic seal between the coupler sleeve remote from the coupler 41 and the coupler sleeve close to the coupler 42 is by means of a ball-and-cone association of the contact surfaces of the kopplerraumfernen partial sleeve 41 and the coupler close to the partial sleeve 42 realized. In this case, for example, the throttle plate-side annular surface of the coupler sleeve remote from the coupler space 41 with a conical surface 47 and the actuator-side annular surface of the coupler sleeve close to the coupler 42 with a spherical surface 48 executed. By means of the conical surface 47 and the spherical surface 48 is between both coupler sleeves 41 . 42 as a contact surface generates a line contact, due to the on the coupler sleeves 31 . 32 acting spring force of the compression spring 44 creates a hydraulic seal at this point. Through the ball-and-cone bandage of the conical surface 47 and the spherical surface 48 a joint forms between coupler piston 35 and a coupler sleeve close to the coupler 42 through which the actuator module can perform an angle compensation, without the seal by means of the sealing edge 45 at the throttle plate 12 the coupler sleeve close to the coupler 42 canted. This causes the formation of shear forces on the actuator module with the piezo actuator 34 could act, prevented.

Claims (6)

Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine mit einer Düsennadel (15), die in einem Düsenkörper (11) axial geführt ist und einen Düsennadelkolben (25) aufweist, der auf einen Steuerraum (30) einwirkt, und mit einem Aktor (34), der mit einem Kopplerkolben (35) verbunden ist, an dem eine Kopplerhülse geführt ist, die einen Kopplerraum (50) von einem Hochruckraum (33) hydraulisch trennt, wobei der Kopplerkolben (35) den Kopplerraum (50) druckbeaufschlagt und druckentlastet, wobei der Kopplerraum (50) und der Steuerraum (30) hydraulisch verbunden sind, und wobei in Abhängigkeit vom Druck im Steuerraum (30) die Düsennadel (15) von einem Düsennadelsitz (16) abgehoben wird und dadurch der in einem Düsennadeldruckraum (18) anliegende und mit Systemdruck beaufschlagte Kraftstoff eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplerhülse mindestens zwei axial hintereinander liegende Teilhülsen (41, 42) aufweist.Fuel injector for an internal combustion engine with a nozzle needle ( 15 ) in a nozzle body ( 11 ) is axially guided and a nozzle needle piston ( 25 ) pointing to a control room ( 30 ) and with an actuator ( 34 ) fitted with a coupler piston ( 35 ), to which a coupler sleeve is guided, which has a coupler space ( 50 ) from a high pressure room ( 33 ) hydraulically, wherein the coupler piston ( 35 ) the coupler space ( 50 ) is pressurized and relieved of pressure, wherein the coupler space ( 50 ) and the control room ( 30 ) are hydraulically connected, and wherein depending on the pressure in the control room ( 30 ) the nozzle needle ( 15 ) from a nozzle needle seat ( 16 ) and thereby the in a nozzle needle pressure chamber ( 18 ) is applied and pressurized with system pressure fuel, characterized in that the coupler sleeve at least two axially one behind the other sub-sleeves ( 41 . 42 ) having. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander liegenden Teilhülsen (41, 42) mit Berührungsflächen (48, 49) aneinander angrenzen, derart, dass eine winkelausgleichendes und hydraulisch dichtendes Gelenk zwischen den Teilhülsen (41, 42) entsteht.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the successive sub-sleeves ( 41 . 42 ) with contact surfaces ( 48 . 49 ) are adjacent to one another, such that an angle-compensating and hydraulically sealing joint between the sub-sleeves ( 41 . 42 ) arises. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk an den Berührungsflächen (47, 48) der Teilhülsen (41, 42) durch einen Kugel-Kegel-Verband ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 2, characterized in that the joint at the contact surfaces ( 47 . 48 ) of the sub-sleeves ( 41 . 42 ) is formed by a ball-and-cone bandage. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Teilhülse (41) eine kopplerraumferne Kopplerhülse und die andere Teilhülse (42) eine kopplerraumnahe Kopplerhülse bildet, und dass die kopplerraumnahe Kopplerhülse (42) spielbehaftet am Kopplerkolben (35) und die kopplerraumferne Kopplerhülse (41) hydraulisch dichtend am Kopplerkolben (35) geführt ist.Fuel injector according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the one partial sleeve ( 41 ) a Kopplerraumferne coupler sleeve and the other partial sleeve ( 42 ) forms a Kopplerraumnahe coupler sleeve, and that the Kopplerraumnahe coupler sleeve ( 42 ) play on the coupler piston ( 35 ) and the Kopplerraumferne coupler sleeve ( 41 ) hydraulically sealing on the coupler piston ( 35 ) is guided. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche der kopplerraumfernen Teilhülse (41) eine kegelförmige Oberfläche (47) und die Berührungsfläche der kopplerraumnahen Teilhülse (42) eine kugelförmige Oberfläche (48) ausbildet, so dass zwischen den beiden Oberflächen (47, 48) der Teilhülsen (41, 42) eine Linienberührung eines Kugel-Kegel-Verbandes vorliegt.Fuel injector according to claim 4, characterized in that the contact surface of the coupler space remote sub-sleeve ( 41 ) a conical surface ( 47 ) and the contact surface of the coupler close partial sleeve ( 42 ) a spherical surface ( 48 ), so that between the two surfaces ( 47 . 48 ) of the sub-sleeves ( 41 . 42 ) there is a line contact of a ball-and-cone bandage. Kraftstoffinjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kopplerraumnahe Kopplerhülse (42) mit einer Dichtkante (45) gegen eine Stirnfläche (38) einer Drosselplatte (12) drückt und dadurch den Kopplerraum (50) gegenüber dem Hochdruckraum (33) im Wesentlichen hydraulisch dichtend abschließt.Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the coupler sleeve close to the coupler ( 42 ) with a sealing edge ( 45 ) against an end face ( 38 ) of a throttle plate ( 12 ) and thereby pushes the coupler space ( 50 ) opposite the high-pressure chamber ( 33 ) completes substantially hydraulically sealing.
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