DE102006050164A1 - Fuel injector for internal combustion engine, has piezo-actuator actuating force-balance formed servo valve under in connection of hydraulic combiner, where injector is actuated by piezo-actuator, which controls servo valve - Google Patents

Fuel injector for internal combustion engine, has piezo-actuator actuating force-balance formed servo valve under in connection of hydraulic combiner, where injector is actuated by piezo-actuator, which controls servo valve Download PDF

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Abstract

The injector (5) has a piezo-actuator (20) actuating a force-balance formed servo valve (30) under in connection of a hydraulic combiner (10). The force-balance formed hydraulic servo valve is provided with a piston-shaped formed control slide (31). The injector is actuated by the piezo-actuator, which controls the servo valve, by which an injection valve member (44) is controlled, where the injection valve member releases or closes an injecting opening (46) at a combustion chamber-sided end of the injector.

Description

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, Piezoelemente zum Antrieb mechanischer oder hydraulischer Steuerglieder und Ventile einzusetzen. Insbesondere zum Antrieb von Kraftstoffinjektoren, die der Einspritzung von Kraftstoff bei direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen dienen, finden Piezoaktoren zunehmend Verwendung. Hierzu betätigt der Piezoaktor häufig ein hydraulisches Servoventil zur Vorsteuerung des eigentlichen Einspritzventiles. Nachteil der Verwendung des Piezoaktors als Antriebselement für hydraulische Steuerglieder und Ventile ist der geringe Hub eines einzelnen Piezo-Kristalls. Durch Reihenschaltung einer höheren Anzahl von Piezo-Elementen lässt sich dies zwar ausgleichen, jedoch steigen dadurch wiederum Bauraumbedarf und Komplexität des Piezoaktors.It is known piezoelectric elements for driving mechanical or hydraulic Use control links and valves. In particular to the drive of fuel injectors that contribute to the injection of fuel serve direct injection internal combustion engines, find Piezoelectric actuators are increasingly being used. To do this, the piezo actuator often activates Hydraulic servo valve for pilot control of the actual injection valve. Disadvantage of using the piezoelectric actuator as a drive element for hydraulic Control links and valves is the small stroke of a single piezoelectric crystal. By series connection of a higher Number of piezo elements leaves Although this offset, but in turn increase space requirements and complexity of Piezoelectric actuator.

Aus EP 1 612 403 A1 ist ein Servoventil zur Steuerung eines Kraftstoffinjektors für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt. Der Kraftstoffinjektor umfasst ein äußeres Gehäuse, welches eine Düse enthält, über die Kraftstoff in einen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Ventilelement, welches in axialer Richtung verschiebbar ist und das die Bewegung des Einspritzventilgliedes steuert. Im Gehäuse ist des Weiteren ein Servoventil aufgenommen. Dem Servoventil ist ein Betätigungselement in Form eines Magnetventils oder eines Piezoaktors zugeordnet. Der Kraftstoffinjektor umfasst des Weiteren einen Steuerraum, der mit einem Kraftstoffeinlass und mit einem Kraftstoffauslass in Verbindung steht, wobei der Kraftstoffauslass einen kalibrierten Abschnitt aufweist und der Druck im Steuerraum die axiale Bewegung des Einspritzventils steuert. An einem Ankerbolzen des Magnetventils ist ein hülsenförmiges Bauteil (Shutter) aufgenommen, welches in Längsrichtung durch das Magnetventil oder den Piezoaktor bewegbar ist. Die Bewegung verläuft zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher der Kraftstoffauslass verschlossen ist, und einer vollständig geöffneten Position, in welcher der Kraftstoffauslass offen steht, so dass der Druck innerhalb des Steuerraumes derart geändert werden kann, dass die Düse des Kraftstoffinjektors verschlossen oder geöffnet werden kann.Out EP 1 612 403 A1 For example, a servo valve for controlling a fuel injector for an internal combustion engine is known. The fuel injector includes an outer housing containing a nozzle via which fuel is injected into a cylinder of the internal combustion engine. Within the housing is a valve element which is displaceable in the axial direction and which controls the movement of the injection valve member. In addition, a servo valve is accommodated in the housing. The servo valve is associated with an actuating element in the form of a solenoid valve or a piezoelectric actuator. The fuel injector further includes a control chamber communicating with a fuel inlet and with a fuel outlet, the fuel outlet having a calibrated portion, and the pressure in the control chamber controlling the axial movement of the injector. On an anchor bolt of the solenoid valve, a sleeve-shaped component (shutter) is received, which is movable in the longitudinal direction by the solenoid valve or the piezoelectric actuator. The movement extends between a fully closed position in which the fuel outlet is closed and a fully open position in which the fuel outlet is open, so that the pressure within the control chamber can be changed such that the nozzle of the fuel injector are closed or opened can.

Das Servoventil der Steuerung des Kraftstoffinjektors umfasst des Weiteren einen Ankerbolzen, der in Bezug auf das Gehäuse in einer stationären Position angeordnet ist. Bei dem aus EP 1 612 403 A1 bekannten Kraftstoffinjektor mündet der Kraftstoffauslass in einer äußeren Oberfläche des feststehenden Ankerbolzen. Das hülsenförmige, den stationären Ankerbolzen umschließende Bauteil (Shutter) ist derart ausgebildet, dass es sich an einer seitlichen Oberfläche verschiebbar und eine Abdichtwirkung erzeugend bewegen lässt. In einer vollständig geschlossenen Position wird durch das hülsenförmige Bauteil der Kraftstoffauslass verschlossen, so dass eine resultierende Axialkraft, hervorgerufen durch den Kraftstoffdruck, den Wert 0 annimmt.The servo valve of the control of the fuel injector further comprises an anchor bolt which is disposed in a stationary position with respect to the housing. At the EP 1 612 403 A1 known fuel injector opens the fuel outlet in an outer surface of the fixed anchor bolt. The sleeve-shaped, the stationary anchor bolt enclosing member (shutter) is designed such that it can be displaced on a lateral surface and generating a sealing effect generating. In a fully closed position, the fuel outlet is closed by the sleeve-shaped component, so that a resulting axial force, caused by the fuel pressure, assumes the value 0.

Anstelle des Magnetventils lässt sich der aus EP 1 612 403 A1 bekannte Kraftstoffinjektor auch mittels eines relativ groß bauenden Piezoaktor-Elementes betätigen.Instead of the solenoid valve can be off EP 1 612 403 A1 known fuel injector also operate by means of a relatively large-scale piezoelectric actuator element.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor vorgeschlagen, der mittels eines Piezoaktors betätigbar ist, der unter Zwischenschaltung eines Druckübersetzers zur Erhöhung der Bewegung des Piezoaktors ein sehr klein bauendes Servoventil betätigt.According to the invention is a Fuel injector proposed by means of a piezoelectric actuator actuated is, with the interposition of a pressure booster to increase the Movement of the piezo actuator operates a very small servo valve.

Bevorzugt wird das über den Druckübersetzer, der dem Piezoaktor zur Erhöhung von dessen Hubbewegung nachgeordnet ist, betätigte Servosteuerventil kraftausgeglichen ausgeführt. Bei Verwendung eines Druckübersetzers zur Übersetzung der Hubbewegung des Piezoaktors, der eine Anzahl von übereinander in Stapelform geschichteten Piezo-Elementen aufweist, kann die zum Antrieb des Servoventils aufgebrachte Kraft entsprechend des Übersetzungsverhältnisses, welches am Druckübersetzer realisiert ist, reduziert werden. Die geometrische Ausführung des Servoventils stellt dabei sicher, dass bei Betätigung des Servoventiles keine statischen und symmetrisch anstehenden hydraulischen Drücke, d. h. Kräfte entgegen stehen, damit die Betätigung des Servoventils mit geringen Kräften möglich ist.Prefers will that over the pressure intensifier, the to the piezoelectric actuator to increase is arranged downstream of the lifting movement, actuated servo control valve force balanced executed. When using a pressure booster to the translation of Stroke movement of the piezoelectric actuator, a number of one above the other has stacked piezo elements, which can be used to drive the servo valve applied force according to the transmission ratio, which at the pressure intensifier realized is to be reduced. The geometric design of the Servo valve ensures that when operating the servo valve no static and symmetrical hydraulic pressures, d. H. personnel stand against, thus the operation of the servo valve with low forces is possible.

Bei einem kraftausgeglichenen Servoventil sind die auf dieses wirkenden hydraulischen Kräfte in dessen Ruhezustand ausgeglichen. Daher kann ein Piezoaktor, der ein Ventilglied eines kraftausgeglichenen Ventils, insbesondere eines Servoventils, aus einer seiner Ruhelagen bewegt, sehr kurz bauen, was die zur Betätigung bei kraftausgeglichenen Ventilen erforderlichen Kräfte drastisch reduziert.at a force balanced servo valve are acting on this hydraulic forces balanced in its resting state. Therefore, a piezoelectric actuator, the a valve member of a force-balanced valve, in particular a servo valve, moved from one of its rest positions, very short build what the actuation forces required with force balanced valves drastically reduced.

Zeichnung:Drawing:

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based In the drawings, the invention will be described below in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor, der mittels eines Piezoaktors betätigt wird, welcher auf ein Ventilglied eines Servosteuerventiles unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Druckübersetzers wirkt.The single figure shows a section through the invention proposed Fuel injector, which is actuated by means of a piezoelectric actuator, which to a valve member of a servo control valve with interposition a hydraulic pressure booster acts.

Ausführungsvarianten:Models:

Der Darstellung gemäß 1 ist in Schnittdarstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor zu entnehmen, der mittels eines Piezoaktors in Stapelbauweise betätigt wird, der unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Druckübersetzers auf ein bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildetes Servosteuerventil wirkt.The representation according to 1 is to take in a sectional view of the invention proposed fuel injector, which is actuated by means of a piezoelectric actuator in stack construction, which acts with the interposition of a hydraulic pressure booster on a preferably force-balanced trained servo control valve.

Der Darstellung gemäß 1 ist zu entnehmen, dass ein erfindungsgemäß vorgeschlagener Kraftstoffinjektor 5 mittels eines im Injektorkörper 27 untergebrachten Piezoaktors 20 betätigt wird. Der Piezoaktor 20 ist in Stapelform aus einer Anzahl übereinandergeschichteter Piezo-Elemente 21 aufgebaut, die von einem Vorspannelement 22, welches zum Beispiel in Gestalt einer Rohrfeder ausgebildet sein kann, vorgespannt wird. Am oberen und unteren Ende weist der in Stapelform ausgebildete Piezoaktor 20 jeweils eine Endplatte 23 auf. Eine der Endplatten ist von elektrischen Kontaktierungen 24 beziehungsweise 25 durchzogen, über welche der Stapel aus Piezo-Elementen 21 mit einer Spannung beaufschlagt werden kann. Der Piezoaktor 20 ist mitsamt seiner Endplatten 23 und dem Vorspannelement 22 in einem Aktorraum 26 innerhalb des Injektorkörpers 27 des Kraftstoffinjektors 5 aufgenommen, in welchem ein Systemdruck psys wirkt. Mit Systemdruck wird nachfolgend der Druck verstanden, mit welchem der Kraftstoffinjektor 5 gemäß der Zeichnung über einen Hochdruckzulauf 38 beaufschlagt wird. Der Hochdruckzulauf 38 seinerseits steht mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) in Verbindung, in welchem über ein Hochdruckförderaggregat, wie zum Beispiel eine Hochdruckpumpe, ein Systemdruck psys in der Größenordnung von mehr als 1.600 bar aufrecht erhalten wird und mit dem der Kraftstoffinjektor 5 beaufschlagt ist.The representation according to 1 It can be seen that a fuel injector proposed according to the invention 5 by means of a in the injector body 27 accommodated piezoelectric actuator 20 is pressed. The piezo actuator 20 is in stack form of a number of stacked piezo elements 21 constructed by a biasing element 22 , which may be formed, for example, in the form of a tube spring, is biased. At the top and bottom of the trained piezoelectric actuator in stack form 20 one end plate each 23 on. One of the end plates is made of electrical contacts 24 respectively 25 crossed over which the stack of piezo elements 21 can be applied with a voltage. The piezo actuator 20 is complete with its end plates 23 and the biasing element 22 in an actuator room 26 within the injector body 27 of the fuel injector 5 recorded, in which a system pressure p sys acts. System pressure is understood below to mean the pressure with which the fuel injector 5 according to the drawing via a high-pressure inlet 38 is charged. The high pressure inlet 38 in turn communicates with a high-pressure accumulator (common rail) not shown in the drawing, in which a system pressure p sys on the order of more than 1,600 bar is maintained via a high-pressure delivery unit, such as a high-pressure pump, and with the fuel injector 5 is charged.

Darüber hinaus umfasst der Injektorkörper 27 des in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors 5 ein Servoventil 30. Das Servoventil 30 umfasst einen Steuerschieber 31, der bevorzugt kolbenförmig ausgebildet ist. Der Steuerschieber 31 des bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventiles 30 wird mittels eines Verdränger kolbens 12 eines hydraulischen Übersetzers 10 betätigt. Der hydraulische Übersetzer 10 umfasst einen Übersetzerraum 11, auf welchem der Verdrängerkolben 12 des hydraulischen Übersetzers 10 einwirkt. Der Verdrängerkolben 12 umfasst einen Hohlraum, in dem ein Federelement 32 aufgenommen ist, welches eine obere Stirnseite des Steuerschiebers 31 des kraftausgeglichenen Servoventiles 30 beaufschlagt. Der Hohlraum innerhalb des Verdrängerkolbens 12 des hydraulischen Übersetzers 10 steht über einer Öffnung mit dem Aktorraum 26, in dem der Piezoaktor 20 innerhalb des Injektorkörpers 27 untergebracht ist, hydraulisch in Verbindung. Demzufolge herrscht auch im Hohlraum innerhalb des Verdrängerkolbens 12 Systemdruck psys.In addition, the injector body includes 27 of the fuel injector according to the invention shown in the drawing 5 a servo valve 30 , The servo valve 30 includes a spool 31 , which is preferably formed piston-shaped. The spool 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 is piston by means of a displacer 12 a hydraulic translator 10 actuated. The hydraulic translator 10 includes a translator room 11 on which the displacer 12 of the hydraulic translator 10 acts. The displacer 12 includes a cavity in which a spring element 32 is received, which is an upper end face of the spool 31 of the force balanced servo valve 30 applied. The cavity inside the displacer 12 of the hydraulic translator 10 is above an opening with the actuator room 26 in which the piezoelectric actuator 20 within the injector body 27 is housed, hydraulically connected. Consequently, there is also in the cavity within the displacer 12 System pressure p sys .

Der bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildete Steuerschieber 31 des kraftausgeglichenen Servoventiles 30 wird über das im Hohlraum des Verdrängerkolbens 12 aufgenommene Federelement 32 in einen Ventilsitz 33 gedrückt. Der Ventilsitz 33 ist im Injektorkörper 27 des Kraftstoffinjektors 5 ausgeführt. Der Steuerschieber 31 weist einen Sitzdurchmesser im Bereich des Ventilsitzes 33 auf, welcher dem Führungsdurchmesser des bevorzugt kolbenförmig ausgebildeten Steuerschiebers 31 im Injektorkörper 27 entspricht, so dass der Steuerschieber 31 kraftausgeglichen ist.The preferred force-balanced trained spool 31 of the force balanced servo valve 30 is about that in the cavity of the displacer 12 recorded spring element 32 in a valve seat 33 pressed. The valve seat 33 is in the injector body 27 of the fuel injector 5 executed. The spool 31 has a seat diameter in the region of the valve seat 33 on which the guide diameter of the preferred piston-shaped spool 31 in the injector body 27 corresponds, so the spool 31 balanced force.

Unterhalb des Ventilsitzes 33 des kraftausgeglichenen Servoventiles 30 im Injektorkörper 27 zweigt eine mit Bezugszeichen 34 bezeichnete Rücklaufleitung 34 ab. Die Rücklaufleitung 34 steht mit einer zum Beispiel als Querbohrung ausgebildeten Ablaufbohrung 54 in Verbindung. Die Ablaufbohrung 54, welchen den kraftausgeglichenen ausgebildeten Steuerschieber 31 in Querrichtung durchzieht, ermöglicht ein Abströmen an Steuermengen in die Rücklaufleitung 34, wenn das Servoventil 30 geöffnet wird.Below the valve seat 33 of the force balanced servo valve 30 in the injector body 27 branches one with reference numerals 34 designated return line 34 from. The return line 34 is with a trained example as a transverse bore drain hole 54 in connection. The drain hole 54 , which the force-balanced trained spool 31 traverses in the transverse direction, allows an outflow of control amounts in the return line 34 when the servo valve 30 is opened.

Dem kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventil 30 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 5 ist darüber hinaus die erste Zulaufdrossel 36 zugeordnet, welche vom Hochdruckzulauf 38 abzweigt. Die erste Zulaufdrossel 36 mündet in einem mit Bezugszeichen 53 bezeichneten Ventilraum, der sich oberhalb des Ventilsitzes 33 im Injektorkörper 27 erstreckt.The force-balanced trained servo valve 30 the inventively proposed fuel injector 5 is also the first inlet throttle 36 assigned, which from the high-pressure inlet 38 branches. The first inlet throttle 36 opens in a with reference number 53 designated valve space, which is located above the valve seat 33 in the injector body 27 extends.

Im Ventilraum 53 innerhalb des Injektorkörpers 27 mündet des Weiteren eine Verbindungsleitung 39. Die Verbindungsleitung 39 ihrerseits umfasst eine zum Beispiel als Einpressteil ausgebildete Ablaufdrossel 35. Die Ablaufdrossel 35, die in der Verbindungsleitung 39 aufgenommen ist, wird bei Druckentlastung eines Steuerraumes 41, der in einem Düsenkörper 50 ausgebildet ist, wirksam.In the valve room 53 within the injector body 27 Furthermore, a connection line opens 39 , The connection line 39 In turn, for example, comprises an outlet throttle designed as an injection-molded part 35 , The outlet throttle 35 that in the connection line 39 is absorbed, is at pressure relief of a control room 41 in a nozzle body 50 is formed, effective.

Der Steuerraum 41, der im Düsenkörper 50 des Kraftstoffinjektors 5 ausgebildet ist, wird über eine zweite Zulaufdrossel 37 befüllt. Die zweite Zulaufdrossel 37 ist in einer den Steuerraum 41 begrenzenden Steuerhülse 42 ausgebildet und wird über den den Injektorkörper 27 durchziehenden, mit dem Hochdruckspeicherraum in Verbindung stehenden Hochdruckzulauf 38 ebenfalls mit Systemdruck psys beaufschlagt.The control room 41 in the nozzle body 50 of the fuel injector 5 is formed, is via a second inlet throttle 37 filled. The second inlet throttle 37 is in a the control room 41 limiting control sleeve 42 is formed and is over the the injector body 27 passing, associated with the high-pressure accumulator high-pressure inlet 38 also subjected to system pressure p sys .

Am bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 44 ist ein Bund ausgebildet. An diesem Bund stützt sich eine Düsenfeder 43 ab, die ihrerseits eine untere Stirnfläche der Steuerungshülse 42 beaufschlagt und diese mit einer Beißkante an eine plan ausgebildete Stirnseite des Injektorkörpers 27 des Kraftstoffinjektors 5 anstellt.At preferably needle-shaped injection valve member 44 is a covenant trained. A nozzle spring is supported on this collar 43 off, the in turn, a lower end face of the control sleeve 42 acted upon and these with a biting edge to a plan-shaped end face of the injector body 27 of the fuel injector 5 hires.

Unterhalb des Bundes am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 44 verläuft mindestens ein Anschliff 48 oder eine Freifläche, über welche vom Düsenraum 40 aus unter Systemdruck psys stehender Kraftstoff einem Ringraum 47 zuströmt. Der Ringraum 47 ist einerseits vom Außenumfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspitzventilgliedes 44 und andererseits von der Innenseite des Düsenkörpers 50 begrenzt.Below the collar on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 44 At least one polished section runs 48 or an open space over which from the nozzle space 40 from under system pressure p sys standing fuel an annulus 47 flows in. The annulus 47 is on the one hand from the outer periphery of the preferably needle-shaped Einspitzventilgliedes 44 and on the other hand from the inside of the nozzle body 50 limited.

Bei in seinen Dichtsitz 45 gestellten, bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglied 44 ist mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete Einspritzöffnung 46 verschlossen.In his tight seat 45 Asked, preferably needle-shaped injection valve member 44 is at least one at the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 locked.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Düsenkörper 50, in dem das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 44 beweglich geführt aufgenommen ist, mit dem Injektorkörper 27 über eine Spannmutter 49 oder dergleichen im Wege einer Schraubverbindung 51 druckdicht verbunden ist.For completeness, it should be mentioned that the nozzle body 50 in which the preferably needle-shaped injection valve member 44 movably guided, with the injector body 27 over a clamping nut 49 or the like by way of a screw connection 51 pressure-tight connected.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 5 können unter Zwischenschaltung des hydraulischen Übersetzers 10 die geringen Hubwege des Piezoaktors 20 auf die zur Betätigung des bevorzugt kraftausgeglichenen Servoventiles 30 erforderlichen Stellwege vergrößert werden. Zur Reduzierung der Betätigungskräfte des Steuerschiebers 31 des bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventiles 30 wird dieses vorzugsweise derart ausgelegt, dass die auf den Steuerschieber 31 wirkenden hydrostatischen Kräfte ausgeglichen sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser des Ventilsitzes 33 dem Führungsdurchmesser des bevorzugt kolbenförmig ausgebildeten Steuerschiebers 31 innerhalb des Injektorkörpers 27 entspricht.With the inventively proposed fuel injector 5 can with the interposition of the hydraulic translator 10 the short strokes of the piezoelectric actuator 20 on the actuation of the preferred force-balanced servo valve 30 required travel distances are increased. To reduce the actuating forces of the spool valve 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 this is preferably designed so that the on the spool 31 acting hydrostatic forces are balanced. This is achieved by the diameter of the valve seat 33 the guide diameter of the preferred piston-shaped spool 31 within the injector body 27 equivalent.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 5 stellt sich wie folgt dar:
Zum Öffnen des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspitzventilgliedes 44 wird der Piezoaktor 20 mit einer Spannung beaufschlagt, so dass sich die Piezo-Elemente 21 in der Längsrichtung, d. h. parallel zur Symmetrieachse des Kraftstoffinjektors 5, längen. Dadurch wird der Verdrängerkolben 12, auf dem eine der Endplatten 23 des Piezoaktors 20 ruht, in den Übersetzerraum 11 geschoben. Dort verdrängt er hydraulische Flüssigkeit und hebt den bevorzugt kolbenförmig ausgebildeten Steuerschieber 31 des bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten Servoventiles 30 entgegen der Kraftwirkung des Federelements 32 aus seinem Ventilsitz 33.
The mode of operation of the inventively proposed fuel injector 5 Is as follows:
For opening the preferably needle-shaped Einspitzventilgliedes 44 becomes the piezoelectric actuator 20 subjected to a voltage, so that the piezo elements 21 in the longitudinal direction, ie parallel to the axis of symmetry of the fuel injector 5 , length. This will make the displacer 12 on which one of the end plates 23 of the piezo actuator 20 rest, in the interpreter room 11 pushed. There he displaces hydraulic fluid and raises the preferred piston-shaped spool 31 the preferred force balanced trained Servovalent 30 against the force of the spring element 32 from his valve seat 33 ,

Dadurch gibt das kraftausgeglichen ausgebildete Servoventil 30 über den nun geöffneten Ventilsitz 33 einen Abströmquerschnitt zur drucklos ausgebildeten Rücklaufleitung 34 frei. Aufgrund dieses Umstandes sinkt auch der Druck in der Verbindungsleitung 39, welche die Ablaufdrossel 35 aufnimmt. Das Absinken des Druckes in der Verbindungsleitung 39 führt zu einem Absinken des Druckes im Steuerraum 41. Aufgrund des Absinkens des Druckes im Steuerraum 41 unterhalb des Systemdruckniveaus fährt das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 44 aus seinem Dichtsitz 45 auf und gibt mindestens eine, am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete Einspritzöffnung 46 frei. Im Düsenraum 40 anstehender, unter Systemdruck psys stehender Kraftstoff strömt über den mindestens einen am Umfang des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilglieds 44 ausgebildeten Anschliff 48 in den Ringraum 47 und von dort über den geöffneten Dichtsitz 45, der mindestens einen, am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 5 ausgebildeten Einspritzöffnung 46 zu.This gives the force-balanced trained servo valve 30 over the now open valve seat 33 an outflow cross section to the depressurized return line 34 free. Due to this circumstance, the pressure in the connecting line also drops 39 , which the drain throttle 35 receives. The drop in pressure in the connecting line 39 leads to a drop in pressure in the control room 41 , Due to the drop in pressure in the control room 41 below the system pressure level moves the preferably needle-shaped injection valve member 44 from his seal seat 45 on and gives at least one, the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 free. In the nozzle room 40 upcoming, under system pressure p sys standing fuel flows over the at least one on the circumference of the preferably needle-shaped injection valve member 44 trained polished section 48 in the annulus 47 and from there over the open sealing seat 45 at least one, at the combustion chamber end of the fuel injector 5 trained injection port 46 to.

Beim Schließen der mindestens einen, am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 5 ausgebildeten Einspritzöffnung 46 wird die Bestromung des Piezoaktors 20 über die beiden elektrischen Kontaktierungen 24 und 25 aufgehoben. Demzufolge wird die Längung des Piezoaktors in Hubrichtung des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 44 gesehen aufgehoben, so dass der Verdrängerkolben 12 aufgrund der Wirkung des Federelements 32 aus dem Übersetzerraum 11 ausfährt. Dadurch sinkt in diesem der hydraulische Druck, welcher am bevorzugt kolbenförmig und kraftausgeglichen ausgebildeten Steuerschieber 31 des Servoventiles 30 gegen die Kraft des Federelements 32 wirkt. Der Steuerschieber 31 wird demzufolge von dem vom Verdrängerkolben 12 umschlossenen Federelement 32 in den Ventilsitz 33 gedrückt, so dass der zwischen Ventilraum 53 und Wand des Injektorkörpers 27 gebildete Abströmquerschnitt in die drucklose Rücklaufleitung 34 verschlossen wird.When closing the at least one, at the combustion chamber end of the fuel injector 5 trained injection port 46 is the energization of the piezoelectric actuator 20 over the two electrical contacts 24 and 25 canceled. Accordingly, the elongation of the piezoelectric actuator in the stroke direction of the preferably needle-shaped injection valve member 44 Seen lifted, so that the displacer 12 due to the action of the spring element 32 from the translation room 11 extending. As a result, the hydraulic pressure which is formed on the preferably piston-shaped and force-balanced spool decreases in this 31 of the servo valve 30 against the force of the spring element 32 acts. The spool 31 is therefore from that of the displacer 12 enclosed spring element 32 in the valve seat 33 pressed so that the between valve space 53 and wall of the injector body 27 formed outflow cross section in the non-pressurized return line 34 is closed.

Da der Ventilraum 53 des kraftausgeglichen ausgeführten Servoventiles 30 über die erste Zulaufdrossel 36, die vom Hochdruckzulauf 38 abzweigt, mit unter Systemdruck psys stehendem Kraftstoff beaufschlagt wird, steigt der Druck im Ventilraum 53 an, so dass demzufolge auch der Druck in der Verbindungsleitung 39 ansteigt. In diesem Falle wird die Abströmdrossel 35 in rückwärtige Richtung durchströmt, d. h. es erfolgt ein Druckaufbau im Steuerraum 41 sowohl über die in rückwärtige Richtung durchströmte Verbindungsleitung 39 als auch über die in der Steuerraumhülse 42 ausgebildete Zulaufdrossel 37, die ihrerseits mit dem Hochdruckzulauf 38 in Verbindung steht.As the valve room 53 the force balanced executed Servovalent 30 over the first inlet throttle 36 that from the high pressure inlet 38 branches off, with pressurized fuel under system pressure p sys , the pressure in the valve chamber increases 53 so that consequently also the pressure in the connecting line 39 increases. In this case, the outflow throttle 35 flows through in the rearward direction, ie there is a pressure build-up in the control room 41 both via the flowed through in the rear direction connecting line 39 as well as over in the control chamber sleeve 42 trained inlet throttle 37 , in turn, with the high pressure feed 38 communicates.

Steigt der Druck im Steuerraum 41 an, wird das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 44 wieder in den Dichtsitz 45 gefahren, so dass die mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 50 ausgebildete Einspritzöffnung 46 geschlossen wird. Aufgrund der Kraftausgeglichenheit des Steuerschiebers 31 des Kraftstoffinjektors 10 kann auch der dieses betätigende Piezoaktor 20 sehr kurz sein. Dessen Hubbewegung wird in vorteilhafter Weise durch den ebenfalls sehr kompakt bauenden hydraulischen Übersetzer 10 vergrößert. Entsprechend des realisierten Übersetzungsverhältnisses am hydraulischen Übersetzer 10 werden die vom Piezoaktor 20 aufzubringenden Kräfte verringert. Weiterhin günstig wirkt sich aus, dass aufgrund der Druckausgeglichenheit des bevorzugt kolbenförmig ausgebildeten Steuerschiebers 31 die Wirkung unterschiedlicher hydrostatischer Kräfte nicht mehr zu berücksichtigen ist, sondern lediglich nur noch dynamische Kräfte zu überwinden sind, die bei der Dimensionierung des Piezoaktors 20 des Kraftstoffinjektors 5 zu berücksichtigen sind.If the pressure in the control room increases 41 on, is the preferred needle-shaped injection valve member 44 back in the tight seat 45 drove, so that the at least one at the combustion chamber end of the nozzle body 50 trained injection port 46 is closed. Due to the force balance of the spool valve 31 of the fuel injector 10 can also be this actuated piezoelectric actuator 20 be very short. Its lifting movement is advantageously by the also very compact hydraulic translator 10 increased. According to the realized gear ratio at the hydraulic translator 10 become the piezoelectric actuator 20 reduced applied forces. Another favorable effect that due to the pressure balance of the preferred piston-shaped control slide 31 the effect of different hydrostatic forces is no longer to be considered, but only dynamic forces are to be overcome in the dimensioning of the piezoelectric actuator 20 of the fuel injector 5 to take into account.

Claims (10)

Kraftstoffinjektor (5) mit einem hydraulischen Übersetzer (10) zum Einspritzen von unter hohem Druck stehenden Flüssigkeiten in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor (5) mittels eines Piezoaktors (20) betätigt wird, welcher ein Servoventil (30) steuert, über das ein Einspitzventilglied (44) angesteuert wird, welches mindestens eine Einspritzöffnung (46) am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors (5) freigibt oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (20) unter Zwischenschaltung des hydraulischen Übersetzers (10) das kraftausgeglichen ausgebildete Servoventil (30) betätigt.Fuel injector ( 5 ) with a hydraulic translator ( 10 ) for injecting high-pressure liquids into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the fuel injector ( 5 ) by means of a piezoelectric actuator ( 20 ), which is a servo valve ( 30 ) via which a Einspitzventilglied ( 44 ), which has at least one injection opening ( 46 ) at the combustion chamber end of the fuel injector ( 5 ) releases or closes, characterized in that the piezoelectric actuator ( 20 ) with the interposition of the hydraulic translator ( 10 ) the force-balanced trained servo valve ( 30 ). Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftausgeglichen ausgebildete hydraulische Servoventil (30) einen kolbenförmig ausgebildeten Steuerschieber (31) umfasst.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the force-balanced formed hydraulic servo valve ( 30 ) a piston-shaped control slide ( 31 ). Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (20) in einem Brennraum (26) innerhalb eines Injektorkörpers (27) des Kraftstoffinjektors (5) aufgenommen ist, der mit einem Systemdruck psys beaufschlagt ist.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the piezoelectric actuator ( 20 ) in a combustion chamber ( 26 ) within an injector body ( 27 ) of the fuel injector ( 5 ) is received, which is acted upon by a system pressure p sys . Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftausgeglichen ausgebildete Steuerventil (30) einen Ventilraum (53) umfasst, in welchen eine Verbindungsleitung (39) zu einem Steuerraum (41) des Kraftstoffinjektors (5) mündet.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the force-balanced control valve ( 30 ) a valve space ( 53 ), in which a connecting line ( 39 ) to a control room ( 41 ) of the fuel injector ( 5 ) opens. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (39) zwischen dem Ventilraum (53) und dem Steuerraum (41) eine Ablaufdrossel (35) ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 4, characterized in that in the connecting line ( 39 ) between the valve space ( 53 ) and the control room ( 41 ) an outlet throttle ( 35 ) is trained. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Ventilraum (53) über eine Zulaufdrossel (36) als auch der Steuerraum (41) des Kraftstoffinjektors über eine Zulaufdrossel (37) gleichzeitig mit unter Systemdruck psys stehendem Kraftstoff beaufschlagt sind, wobei die Drosseln (36, 37) als Zulaufdrosseln wirken und von einem Hochdruckzulauf (38) abzweigen.Fuel injector according to claim 4, characterized in that both the valve space ( 53 ) via an inlet throttle ( 36 ) as well as the control room ( 41 ) of the fuel injector via an inlet throttle ( 37 ) are simultaneously exposed to fuel under system pressure p sys , the throttles ( 36 . 37 ) act as inlet throttles and from a high-pressure inlet ( 38 ) branch off. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bevorzugt kolbenförmig ausgebildete Steuerschieber (31) unterhalb seines Ventilsitzes (33) eine Ablaufbohrung (54) aufweist, über welche bei geöffnetem Ventilsitz (33) im Ventilraum (31) anstehender Kraftstoff in einen drucklosen Rücklauf (34) absteuerbar ist.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the preferred piston-shaped control slide ( 31 ) below its valve seat ( 33 ) a drain hole ( 54 ), over which with open valve seat ( 33 ) in the valve chamber ( 31 ) Pending fuel in a non-pressurized return ( 34 ) is deductible. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Ventilsitzes (33) dem Führungsdurchmesser des bevorzugt kolbenförmig ausgebildeten Steuerschiebers (31) im Injektorkörper (27) des Kraftstoffinjektors (5) entspricht.Fuel injector according to claim 1, characterized in that the diameter of the valve seat ( 33 ) the guide diameter of the preferred piston-shaped spool ( 31 ) in the injector body ( 27 ) of the fuel injector ( 5 ) corresponds. Kraftstoffinjektor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Injektorkörpers (27) sowohl der den Piezoaktor (20) aufnehmende Aktorraum (26) als auch das Innere des Verdrängerkolbens (12) des hydraulischen Übersetzers (10) über eine hydraulische Verbindung vom Hochdruckzulauf (38) mit unter Systemdruck psys stehendem Kraftstoff beaufschlagt sind.Fuel injector according to claim 1, characterized in that inside the injector body ( 27 ) of both the piezoelectric actuator ( 20 ) receiving actuator space ( 26 ) as well as the interior of the displacer ( 12 ) of the hydraulic translator ( 10 ) via a hydraulic connection from the high-pressure inlet ( 38 ) are pressurized with system pressure p sys standing fuel. Kraftstoffinjektor gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (20) mit einem seiner Endbereiche (23) den Verdrängerkolben (12) des hydraulischen Übersetzers (10), in welchem der bevorzugt kolbenförmig ausgebildete Steuerschieber (31) geführt ist, direkt beaufschlagt.Fuel injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the piezoelectric actuator ( 20 ) with one of its end regions ( 23 ) the displacer ( 12 ) of the hydraulic translator ( 10 ), in which the preferred piston-shaped control slide ( 31 ), directly applied.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2136067A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-23 Robert Bosch GmbH Fuel injector
WO2010097284A1 (en) * 2009-02-24 2010-09-02 Robert Bosch Gmbh Fuel injector
DE102009039647A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-24 Continental Automotive Gmbh Fuel injector, particularly common rail fuel injector, for injecting fuel into combustion chamber of internal combustion engine, has servo valve that is controlled by piezoelectric actuator

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