Stand der TechnikState of the art
Aus EP 1 612 403 A1 ist
ein Kraftstoffinjektor für
Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Der Kraftstoffinjektor umfasst
ein Gehäuse,
welches in einer Einspritzdüse
ausläuft, über die
Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt wird. Mittels des Einspritzventilgliedes wird die Einspritzdüse geschlossen
oder geöffnet.
Im Gehäuse
des Kraftstoffinjektors befindet sich eine Druckstange, die in axialer
Richtung verschiebbar angeordnet ist, zur Steuerung der Bewegung
des Einspritzventilgliedes. Ein Servosteuerventil ist des Weiteren
im Gehäuse
aufgenommen. Das Servosteuerungsventil umfasst eine Betätigungsvorrichtung
sowie einen Steuerraum, welcher in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffeinlass
und mit einem Kraftstoffauslassabschnitt, der einen kalibrierten
Abschnitt enthält,
in Verbindung steht. Der Druck im Steuerraum steuert die axiale
Verschiebebewegung der Druckstange, die das Einspritzventilglied
betätigt.Out EP 1 612 403 A1 a fuel injector for internal combustion engines is known. The fuel injector comprises a housing which terminates in an injection nozzle, via which fuel is injected into a corresponding cylinder of the internal combustion engine. By means of the injection valve member, the injection nozzle is closed or opened. In the housing of the fuel injector is a push rod which is slidably disposed in the axial direction, for controlling the movement of the injection valve member. A servo control valve is further housed in the housing. The servo control valve includes an actuator and a control chamber in fluid communication with a fuel inlet and with a fuel outlet portion containing a calibrated portion in communication. The pressure in the control chamber controls the axial displacement movement of the push rod, which actuates the injection valve member.
An
einem stationär
im Kraftstoffinjektor aufgenommenen Kolben ist ein entlang einer
Längsachse
bewegbares Ventilelement aufgenommen, welches über die Betätigungseinrichtung betätigt wird. Das
Ventilelement lässt
sich zwischen einer vollständig
geschlossenen Position, in welcher es den Auslassabschnitt verschließt, und
einer vollständig
geöffneten
Position, in welcher der Kraftstoffauslass offen steht, bewegen,
so dass der Druck innerhalb des Steuerraums zum Öffnen und Schließen der
Einspritzdüse
verändert
wird.At
a stationary one
in the fuel injector received piston is a along a
longitudinal axis
accommodated movable valve element, which is actuated via the actuating device. The
Valve element leaves
between one completely
closed position, in which it closes the outlet section, and
one complete
open
Move the position in which the fuel outlet is open,
allowing the pressure within the control room to open and close the
injection
changed
becomes.
Der
Kraftstoffinjektor umfasst des Weiteren den stationär im Injektorkörper befestigten
Kolben, welcher den Auslassabschnitt umfasst und der an einer seitlichen
Oberfläche
des Kolbens mündet.
Das Ventilelement ist derart ausgebildet, dass es auf der Umfangsfläche des
Kolbens axial verschiebbar bewegbar ist und in der vollständig geschlossenen
Position den Kraftstoffauslassabschnitt verschließt und die
resultierende Axialkraft, hervorgerufen durch den Kraftstoffdruck,
Null beträgt.Of the
The fuel injector further includes the stationary mounted in the injector body
Piston, which includes the outlet and the one at a side
surface
the piston opens.
The valve element is designed such that it rests on the peripheral surface of the
Piston is axially displaceable and movable in the fully closed
Position closes the fuel outlet and the
resulting axial force, caused by the fuel pressure,
Zero.
Der
aus EP 1 612 403 A1 bekannte
Kraftstoffinjektor kann in einer Ausführungsvariante mittels eines
Magnetventils betätigt
werden und in einer anderen Ausführungsvariante über einen
Piezoaktor angesteuert werden. Von Nachteil bei Kraftstoffinjektoren
betätigenden
Magnetventilen ist der Umstand, dass bei diesen oftmals ein Kleben
der Ankerplatte der Magnetventilbaugruppe an der Magnetspule des Magnetventils
auftritt, welches zu undefinierten und reproduzierbaren Einspritzmengen
von Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine führt. Der
aus EP 1 612 403 A1 bekannte
Piezoaktor baut relativ groß und
beeinflusst die Baugröße des Kraftstoffinjektors
gemäß EP 1 612 403 A1 in
unvorteilhafter Weise.The out EP 1 612 403 A1 known Kraftstoffinjektor can be actuated in a variant by means of a solenoid valve and controlled in another embodiment via a piezoelectric actuator. A disadvantage of solenoid valves actuated by fuel injectors is the fact that in these often gluing of the armature plate of the solenoid valve assembly to the solenoid of the solenoid valve occurs, which leads to undefined and reproducible injection quantities of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. The out EP 1 612 403 A1 known piezoelectric actuator is relatively large and affects the size of the fuel injector according EP 1 612 403 A1 unfavorably.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der
vorliegenden Erfindung folgend wird ein Kraftstoffinjektor vorgeschlagen,
der mittels mindestens eines Piezoaktors betätigbar ist, der mit einem kraftausgeglichen
gestalteten Schaltventil zur Betätigung
des Kraftstoffinjektors zusammenwirkt. Wegen der Kraftausgeglichenheit
des Schaltventils kann der Querschnitt des mindestens einen Piezoaktors
stark reduziert werden. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität der Piezoschichten
in Stapelanordnung wird ein Träger
eingesetzt, der die mechanische Stabilität des mindestens einen Piezoaktors
erhöht
und gleichzeitig einen extrem geringen Querschnitt der Piezoschichten
zulässt.
Die Betätigungskraft,
die an ein Ventilelement des bevorzugt kraftausgeglichen ausgebildeten
Schaltventiles übertragen
wird, wird der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung
folgend nicht über
den den mindestens einen Piezoaktor mechanisch stabilisierenden
Träger,
sondern über
den Piezoaktor selbst übertragen.Of the
According to the present invention, a fuel injector is proposed,
which can be actuated by means of at least one piezoelectric actuator, with a force-balanced
designed switching valve for actuation
the fuel injector cooperates. Because of the power balance
the switching valve, the cross section of the at least one piezoelectric actuator
be greatly reduced. To improve the mechanical stability of the piezo layers
in stack arrangement becomes a carrier
used, the mechanical stability of the at least one piezoelectric actuator
elevated
and at the same time an extremely small cross section of the piezo layers
allows.
The operating force,
formed on a valve element of the preferred force-balanced
Transfer switching valves
is, is proposed according to the invention
solution
not over
the mechanically stabilizing the at least one piezoelectric actuator
Carrier,
but about
transfer the piezoelectric actuator itself.
Bei
dem den mindestens einen Piezoaktor mechanisch stabilisierenden
Träger
kann es sich um ein hülsenförmig ausgebildetes
Bauteil handeln, welches an seinem Umfang mindestens eine Schwächungszone
in Gestalt einer Radialschlitzung aufweist und bevorzugt aus einem
Material wie Invar gefertigt wird, oder auch aus gefalztem beziehungsweise
gefaltetem Blech hergestellt wird. Der Träger, welcher den mindestens
einen Piezoaktor mechanisch stabilisiert, ist in der Lage, einen
Hubweg von 20 bis 25 μm,
der bei der Kontraktion oder der Längendehnung des mindestens
einen Piezoaktors auftritt, sowie den erforderlichen Temperaturausgleich
zu leisten.at
the mechanically stabilizing the at least one piezoelectric actuator
carrier
it may be a sleeve-shaped
Trade member, which at least one weakening zone on its circumference
has in the form of a radial slit and preferably from a
Material such as Invar is made, or also from folded or
folded sheet metal is produced. The carrier, which the at least
mechanically stabilized a piezoactuator, is capable of a
Stroke from 20 to 25 μm,
that at the time of contraction or elongation of at least
a piezoelectric actuator occurs, as well as the required temperature compensation
afford to.
Der
mindestens eine Piezoaktor kann optional mittels eines als Rohrfeder
ausgebildeten Vorspannelementes vorgespannt werden. Der mindestens
eine Piezoaktor wird bevorzugt in einem Gehäuse, welches ebenfalls aus
Invar hergestellt ist, eingelassen, so dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten
des mindestens einen Piezoaktors, des diesen mechanisch stabilisierenden
Trägers
sowie des Gehäuses
im Wesentlichen übereinstimmen.
Ein even tuell verbleibender Restfehler kann über die Realisierung eines
Vorhubs kompensiert werden.Of the
At least one piezoelectric actuator can optionally by means of a bourdon tube
trained biasing element to be biased. The at least
a piezoelectric actuator is preferably in a housing, which is also made
Invar is made, recessed, so that the thermal expansion coefficient
of the at least one piezoactuator, of this mechanically stabilizing
carrier
as well as the housing
essentially match.
Any remaining residual error may be due to the realization of a
Vorhubs be compensated.
In
einer Ausführungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors kann auf ein Vorspannelement in Gestalt einer
Rohrfeder zur Vorspannung des mindestens einen Piezoaktors verzichtet
werden, wenn der den mindestens einen Piezoaktor mechanisch stabilisierende
Träger gleichzeitig
die Vorspannfunktion der Piezokristallschichten, die als horizontal übereinander
geschichtete Piezokristallstapel ausgebildet sind, übernimmt.In one embodiment of the inventively proposed fuel injector can be dispensed with a biasing element in the form of a tube spring for biasing the at least one piezoelectric actuator when the at least one piezoelectric actuator mechanically stabilizing carrier simultaneously the biasing function of the piezocrystal layers, which geschich as a horizontal stacked Piezo crystal stack are formed takes over.
In
einer weiteren Ausführungsvariante
des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens wird im Kraftstoffinjektor
zur Betätigung
eines bevorzugt nadelförmig
ausgebildeten Einspritzventilgliedes ein Piezoaktor eingesetzt,
der ein kraftausgeglichen ausgebildetes Schaltventil betätigt. In
dieser Ausführungsvariante
weist das Schaltventil ein kolbenförmig ausgebildetes Ventilelement
auf, dessen Ventilsitz so gestaltet ist, dass dieser in Hubrichtung
des kolbenförmig
ausgebildeten Schaltventiles öffnet,
wobei die Hubrichtung des kolbenförmig ausgebildeten Schaltventils
mit der Richtung zusammenfällt,
in die sich der mindestens eine Piezoaktor bei Bestromung längt. In
dieser Ausführungsvariante
stützt
sich der mindestens eine Piezoaktor in einem hülsenförmig ausgebildeten Bauteil
ab, welches bevorzugt aus Invar gefertigt wird, um dem auftretenden
temperaturbedingten Dehnungsunterschied zwischen dem mindestens
einen Piezoaktor und dem diesen umschließenden Gehäuse zu gewährleisten. Auch gemäß dieser
Ausführungsvariante
ist der mindestens eine Piezoaktor schmalbauend ausgeführt und
wird über einen
Träger
mechanisch stabilisiert. Der Träger
ist derart konfiguriert, dass er hinsichtlich seiner Axialsteifigkeit
in Richtung der Dehnungsrichtung des mindestens einen Piezoaktors
in axiale Richtung Rechnung trägt
und gleichzeitig eine ausreichende Stützwirkung auf den mindestens
einen Piezoaktor ausübt.
Der mindestens eine Piezoaktor wird bevorzugt auf den die mechanische
Stabilität
leistenden Träger
geklebt, wobei der Fußbereich
des mindestens einen Piezoaktors nicht mit dem Träger verbunden
wird. Zwischen diesem und einer dem Fuß des mindestens einen Piezoaktors
gegenüberliegenden Stirnseite
des kolbenförmig
ausgebildeten Schaltventils verbleibt ein Vorhubweg, mittels dessen
sich ein Restfehler aufgrund unterschiedlicher temperaturbedingter
Längungen
des Gehäuses
und des mindestens einen Piezoaktors ausgleichen lässt.In
a further embodiment
the idea underlying the invention is in the fuel injector
for operation
a preferably acicular
trained injection valve member a piezoelectric actuator used,
the actuated a force balanced trained switching valve. In
this embodiment
the switching valve has a piston-shaped valve element
on, whose valve seat is designed so that this in the stroke direction
of the piston-shaped
trained switching valve opens,
wherein the stroke direction of the piston-shaped switching valve
coincides with the direction
in which the at least one piezoelectric actuator lasts when energized. In
this embodiment
supports
the at least one piezoelectric actuator in a sleeve-shaped component
which is preferably made of Invar to the occurring
temperature-induced strain difference between the at least
To ensure a piezoelectric actuator and enclosing this housing. Also according to this
variant
is the at least one piezoelectric actuator designed to be slim and
is about one
carrier
mechanically stabilized. The carrier
is configured to be axial stiff
in the direction of the expansion direction of the at least one piezoelectric actuator
in the axial direction
and at the same time a sufficient support effect on the at least
a piezoelectric actuator exerts.
The at least one piezoelectric actuator is preferably on the mechanical
stability
performing carrier
glued, with the foot area
of the at least one piezoelectric actuator not connected to the carrier
becomes. Between this and one of the foot of the at least one piezoelectric actuator
opposite end face
of the piston-shaped
trained switching valve remains a Vorhubweg, by means of which
a residual error due to different temperature
elongations
of the housing
and compensate for the at least one piezoelectric actuator.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante des
erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors wird dieser mittels eines Piezoaktors betätigt, der
sich bei Anlegen einer Spannung in axialer Richtung kontrahiert
(d31-Effekt). Da auch gemäß dieser Ausführungsvariante
der eingesetzte Piezoaktor sehr schmal baut, wird dieser bevorzugt
auf einen den mindestens einen Piezoaktor mechanisch stabilisierenden
Träger
aufgeklebt, der bevorzugt mit einer die Übertragung des Hubweges des
Piezoaktors gewährleistenden,
in axialer Richtung geringen Steifigkeit ausgebildet. Dies kann
zum Beispiel über
eine Radialschlitzung oder andersgeartete Schwächungszonen am Umfang des Trägers realisiert
werden. Mittels des den Piezoaktor stabilisierenden Trägers und eine
mit dem Träger
gekoppelte Hülse
wird die vom Piezoaktor erzeugte Kraft auf ein Ventilelement eines Schaltventiles übertragen.According to a further embodiment variant of the fuel injector proposed according to the invention, the latter is actuated by means of a piezoactuator, which contracts in the axial direction when a voltage is applied (d 31 effect). Since according to this embodiment of the piezoelectric actuator used is very narrow, this is preferably adhered to a mechanically stabilizing the at least one piezoelectric actuator carrier, which preferably formed with a transmission of the stroke of the piezoelectric actuator ensuring, low in the axial direction stiffness. This can be realized for example via a radial slit or other weakened zones on the circumference of the wearer. By means of the piezoelectric actuator stabilizing carrier and a sleeve coupled to the carrier, the force generated by the piezoelectric actuator is transmitted to a valve element of a switching valve.
Aufgrund
des Umstandes, dass der mindestens eine Piezoaktor aus einem Material
gefertigt ist, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, der vom Wärmeausdehnungskoeffizienten
eines Haltekörpers
oder eines Gehäuseteils
des Kraftstoffinjektors verschieden ist, ist der Piezoaktor über ein
hülsenförmiges Bauteil,
welches aus Invar gefertigt wird, im Injektorkörper oder im Haltekörper des Kraftstoffinjektors
abgestützt.
Dabei ist es nicht erforderlich, dass die gesamte Axiallänge der
den Piezoaktor abstützenden
Hülse aus
Invar gefertigt wird, sondern lediglich ein Teilbereich dieser Hülse.by virtue of
the fact that the at least one piezoelectric actuator made of a material
is made, which has a thermal expansion coefficient
having the coefficient of thermal expansion
a holding body
or a housing part
of the fuel injector is different, the piezoelectric actuator via a
sleeve-shaped component,
which is made of Invar, in the injector body or in the holding body of the fuel injector
supported.
It is not necessary that the entire axial length of the
supporting the piezoelectric actuator
Sleeve off
Invar is made, but only a portion of this sleeve.
Ein
eventuell verbleibender Restfehler aufgrund unterschiedlicher temperaturbedingter
Längsdehnungen
des Gehäuses
beziehungsweise des Haltekörpers
und des Piezoaktors kann über
einen Vorhub ausgeglichen werden.One
possibly remaining residual error due to different temperature-related
longitudinal strains
of the housing
or the holding body
and the piezoelectric actuator can over
a preliminary lift are compensated.
Bevorzugt
werden sowohl ein Teilbereich der den mindestens einen Piezoaktor
im Haltekörper oder
im Gehäuse
abstützenden
Hülse aus
Invar als auch der den mindestens einen Piezoaktor in mechanischer
Hinsicht stabilisierende Träger
aus Invar gefertigt.Prefers
Both a portion of the at least one piezoelectric actuator
in the holding body or
in the case
supporting
Sleeve off
Invar and the at least one piezoelectric actuator in mechanical
Respect stabilizing carrier
made from Invar.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Based
In the drawings, the invention will be described below in more detail.
Es
zeigt:It
shows:
1 eine
erste Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors, der mittels eines auf einem Träger beispielsweise aufgeklebten
Piezoaktors betätigbar
ist und der Piezoaktor ein kraftausgeglichenes Ventil betätigt, 1 a first embodiment of the present invention proposed fuel injector, which is actuated by means of a carrier, for example, glued piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator actuates a force-balanced valve,
2 eine
Ausführungsvariante
des in 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors mit
zwei nebeneinanderliegend angeordneten Piezoaktoren, die auf ein
kraftausgeglichenes Ventil wirken, 2 an embodiment of the in 1 illustrated fuel injector according to the invention with two juxtaposed piezoelectric actuators acting on a force-balanced valve,
3 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors, bei dem das kraftausgeglichene Schaltventil
in Hubrichtung des Piezoaktors öffnet, 3 an embodiment of the present invention proposed fuel injector, wherein the force-balanced switching valve opens in the stroke direction of the piezoelectric actuator,
3.1 eine Darstellung der Hülse gemäß 3 in vergrößertem Maßstab und 3.1 an illustration of the sleeve according to 3 on an enlarged scale and
4 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors, der über einen
Piezoaktor betätigt
ist, der keine Vorspannung benötigt. 4 an embodiment of the present invention proposed fuel injector, which is actuated via a piezoelectric actuator, which requires no bias.
Ausführungsformenembodiments
Der
Darstellung gemäß 1 ist
ein Kraftstoffinjektor 10 zu entnehmen, der einen Injektorkörper 12 umfasst.
Auf den Injektorkörper 12 ist
ein Gehäuseteil 14 aufgesetzt,
welches mit einer Schraubverbindung 26 am Injektorkörper 12 fixiert
ist. Im Inneren des Gehäuseteils 14 ist
ein Piezoaktor 16 aufgenommen. Der Piezoaktor 16 ist
derart ausgestaltet, dass dieser eine Breite l1 aufweist,
die im Vergleich seiner Länge
l2 gering ist, wobei dem Piezoaktor 16 ein
Träger 18 zugeordnet
ist. Über
eine elektrische Kontaktierung 20 können die Piezokristalle des
Piezoaktors 16 mit einer Spannungsquelle verbunden werden.The representation according to 1 is a fuel injector 10 to be taken, the one injector body 12 includes. On the injector body 12 is a housing part 14 mounted, which with a screw connection 26 on the injector body 12 is fixed. Inside the housing part 14 is a piezoelectric actuator 16 added. The piezo actuator 16 is designed such that it has a width l 1 , which is low in comparison of its length l 2 , wherein the piezoelectric actuator 16 A carrier 18 assigned. About an electrical contact 20 can the piezocrystals of the piezoelectric actuator 16 be connected to a voltage source.
Der
Piezoaktor 16 ist in einem vom Gehäuseteil 14 umschlossenen
Niederdruckraum 22, von dem aus ein Leckölablauf 24 abzweigt.
Das Gehäuseteil 14 ist über die
Schraubverbindung 26 auf den Injektorkörper 12 aufgebracht.The piezo actuator 16 is in one of the housing part 14 enclosed low pressure space 22 , from which a leak oil drain 24 branches. The housing part 14 is about the screw connection 26 on the injector body 12 applied.
Der
Piezoaktor 16 in der in 1 dargestellten
Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 10 ist von einer Isolation 28 umschlossen,
welche den Piezoaktor, insbesondere dessen Piezokristallschichten,
nach außen gegen
das im Niederdruckraum 22 bevorratete Medium, bei dem es
sich in der Regel um Kraftstoff handelt, abschirmt.The piezo actuator 16 in the in 1 illustrated embodiment of the inventively proposed fuel injector 10 is from an isolation 28 enclosed, which the piezoelectric actuator, in particular its piezocrystal layers, outwardly against that in the low pressure space 22 stockpiled medium, which is usually fuel shields.
Über eine
erste Einstellscheibe 30, die von der Schraubverbindung 26 umschlossen
zwischen dem Gehäuseteil 14 und
dem Injektorkörper 12 angeordnet
ist, erfolgt eine genaue Einstellung der Position zwischen dem Gehäuseteil 14 und
dem Injektorkörper 12.About a first shim 30 that of the screw connection 26 enclosed between the housing part 14 and the injector body 12 is arranged, there is a precise adjustment of the position between the housing part 14 and the injector body 12 ,
Im
Kraftstoffinjektor 10 befindet sich ein kraftausgeglichenes
Schaltventil 32, welches ein hülsenförmig beschaffenes Ventilelement 34 aufweist.
Das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 ist an einer stationären Führung 44 verschiebbar
aufgenommen. Die stationäre
Führung 44 weist
einen Führungsdurchmesser 42 auf,
welcher einem Sitzdurchmesser 40 der stationären Führung 44 entspricht.
In diesen Sitzdurchmesser 40 der stationären Führung 44 wird
das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 durch die Wirkung einer Ventilfeder 36 gedrängt, so
dass der Sitz des kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventiles 32 bei
unbestromtem Piezoaktor 16 aufgrund der Wirkung der Ventilfeder 36 geschlossen ist.
Die stationäre
Führung 44 weist
oberhalb des Sitzdurchmessers 40 eine kopfartige Verbreiterung auf.
Unterhalb des Sitzdurchmessers 40 der stationären Führung 44 verläuft eine
Einschnürung 35,
in die mindestens eine Mündung 66 eines
die stationäre Führung 44 in
axiale Richtung durchziehenden Ablaufkanales 52 mündet. Der
Sitz 38 ist in der Darstellung gemäß 1 aufgrund
des unbestromten Piezoaktors 16 und der Wirkung der Ventilfeder 36 verschlossen.
Die stationäre
Führung 44 ist
in einem scheibenförmig
ausgebildeten Kolbenträger 112 an einer
Fügestelle 114 befestigt.
Die Fügestelle 114 kann – wie in 1 angedeutet – als eine
Schraubverbindung ausgebildet sein. Der Kolbenträger 112 ist mittels
einer Spannschraube 46 im Injektorkörper 12 fixiert. Im
Kolbenträger 112 kann
eine Ringnut eingelassen sein, in welcher die das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 beaufschlagende Ventilfeder 36 eingelassen
ist.In the fuel injector 10 there is a force-balanced switching valve 32 , which is a sleeve-shaped valve element 34 having. The sleeve-shaped valve element 34 is at a stationary leadership 44 slidably received. The stationary leadership 44 has a guide diameter 42 on which a seat diameter 40 the stationary leadership 44 equivalent. In this seat diameter 40 the stationary leadership 44 becomes the sleeve-shaped valve element 34 by the action of a valve spring 36 urged so that the seat of the force balanced trained switching valve 32 with no-current piezoelectric actuator 16 due to the action of the valve spring 36 closed is. The stationary leadership 44 points above the seat diameter 40 a head-like broadening on. Below the seat diameter 40 the stationary leadership 44 runs a constriction 35 , in the at least one estuary 66 one the stationary leadership 44 in the axial direction traversing drainage channel 52 empties. The seat 38 is in the illustration according to 1 due to the de-energized piezoelectric actuator 16 and the effect of the valve spring 36 locked. The stationary leadership 44 is in a disk-shaped piston carrier 112 at a joint 114 attached. The joint 114 can - as in 1 indicated - be designed as a screw connection. The piston carrier 112 is by means of a clamping screw 46 in the injector body 12 fixed. In the piston carrier 112 may be recessed an annular groove in which the sleeve-shaped valve element 34 acting valve spring 36 is admitted.
Im
Injektorkörper 12 befindet
sich unterhalb des Kolbenträgers 112 ein
Ventilstück 48.
Innerhalb dieses Ventilstückes 48 ist
ein Steuerraum 50 ausgebildet. Der Steuerraum 50 ist über eine
Ablaufdrossel 54 beim Öffnen
des kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventiles 32 druckentlastbar,
die Ablaufdrossel 54 mündet
in den bereits erwähnten
Ablaufkanal 52, der über
mindestens eine Mündung 66 in
der stationären
Führung 44 verfügend unterhalb
des Sitzes 38 in die dort ausgebildete Einschnürung 35 übergeht.In the injector body 12 is located below the piston carrier 112 a valve piece 48 , Within this valve piece 48 is a tax room 50 educated. The control room 50 is via an outlet throttle 54 when opening the force balanced trained switching valve 32 relieved of pressure, the outlet throttle 54 flows into the already mentioned drainage channel 52 that has at least one estuary 66 in the stationary leadership 44 located below the seat 38 in the trained there constriction 35 passes.
Der
Steuerraum 50 gemäß der Darstellung
in 1 wird über
eine Zulaufdrossel 58, die im Ventilstück 48 ausgebildet
ist, mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Die
Zulaufdrossel 58 steht ihrerseits in hydraulischer Verbindung
mit einem Hochdruckzulauf 56, der seitlich in den Injektorkörper 12 des
Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung in 1 mündet. Im
Düsenraum 50 befindet
sich eine Stirnseite 62 einer Druckstange oder eines, bevorzugt
nadelförmig
ausgebildeten Einspritzventilgliedes 60. Der Hochdruckzulauf 56 beaufschlagt
einerseits den im Injektorkörper 12 ausgebildeten
Ringraum, der das Ventilstück 48 umschließt, und
andererseits einen Düsenzulauf 64,
der sich durch den Injektorkörper 12 zum
brennraumseitigen des Kraftstoffinjektors 10 zur Beaufschlagung
des hier nicht dargestellten Düsenraumes
erstreckt.The control room 50 as shown in 1 is via an inlet throttle 58 in the valve piece 48 is formed filled with fuel under system pressure. The inlet throttle 58 in turn is in hydraulic communication with a high-pressure inlet 56 , the side of the injector body 12 of the fuel injector 10 as shown in 1 empties. In the nozzle room 50 there is an end face 62 a push rod or a preferably needle-shaped injection valve member 60 , The high pressure inlet 56 on the one hand acts on the one in the injector body 12 trained annular space, which is the valve piece 48 encloses, and on the other hand, a nozzle inlet 64 passing through the injector body 12 to the combustion chamber side of the fuel injector 10 extends to act on the nozzle space, not shown here.
Aus
der Darstellung gemäß 1 geht
hervor, dass der Piezoaktor 16 von einem als Rohrfeder ausgebildeten
Vorspannelement 100 umgeben ist. Oberhalb des Piezoaktors 16 ist
ein bevorzugt aus Aluminium gefertigter Körper 102 zum Ausgleich temperaturbedingter
Dehnungen angeordnet. Der parallel zum Piezokristallstapel des Piezoaktors 16 ange ordnete
Träger 18 weist
mehrere Schwächungszonen 104 auf
und ist an einer Platte 110 aufgenommen. Die Platte 110 an
der Unterseite des Piezoaktors 16 liegt einer Abstützung 106,
die auf das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 des kraftausgeglichenen Schaltventiles 32 wirkt,
gegenüber. Die
Abstützung 106 gibt
den verbreitert ausgebildeten Kopf der stationären Führung 44 oberhalb
von deren Sitz 38. In der Abstützung 106 ist mindestens ein
Durchbruch 108 ausgebildet, über welchen bei geöffnetem
Sitz 38 Kraftstoff in den Niederdruckraum 22 und
von dort in den Leckölablauf 24 überströmen kann.From the illustration according to 1 shows that the piezoelectric actuator 16 from a biasing element designed as a tube spring 100 is surrounded. Above the piezoelectric actuator 16 is a body preferably made of aluminum 102 arranged to compensate for temperature-induced strains. The parallel to the piezocrystal stack of the piezoelectric actuator 16 arranged carrier 18 has several weakening zones 104 and is on a plate 110 added. The plate 110 at the bottom of the piezo actuator 16 is a support 106 on the sleeve-shaped valve element 34 the force-balanced switching valve 32 works, opposite. The support 106 gives the widened trained head of the stationary guide 44 above their seat 38 , In the support 106 is at least a breakthrough 108 formed over which with the seat open 38 Fuel in the low pressure space 22 and from there into the drain 24 can overflow.
Der
Träger 18 kann
zum Beispiel aus einem metallischen Material gefertigt werden, wobei
die mindestens eine Schwächungszone 104 zum
Beispiel als Schlitzung oder als Materialschwächung ausgebildet werden kann.
Bevorzugt wird ein metallisches Material, zum Beispiel Invar oder
ein gefalztes Blech, eingesetzt. Der Träger 18 ist so ausgebildet, dass
er dem Hubweg des Piezoaktors 16 in der Größenordnung
von 20 bis 25 μm
und dem Temperaturgang des Piezoaktors 16 zu folgen vermag.
Eine zusätzliche
Vorspannung, die auf dem Piezoaktor 16 aufzubringen ist,
wird über
das bevorzugt als Rohrfeder ausgebildete Vorspannelement 100 auf
diesen aufgebracht. Das Gehäuseteil 14,
von welchem der Piezoaktor 16 umschlossen ist, wird bevorzugt
ebenfalls aus Invar hergestellt, so dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten
von Piezoaktor 16, Träger 18 sowie
Gehäuseteil 14 in
etwa miteinander übereinstimmen.
Ein eventuell verbleibender Restfehler kann über einen Vorhub hv,
der in der Darstellung gemäß 1 als
Abstand zwischen der Unterseite der Platte 110 und der
Oberseite der Abstützung 106 eingezeichnet
ist, kompensiert werden.The carrier 18 can be made of a metallic material, for example, wherein the at least one weakening zone 104 For example, can be designed as slotting or weakening material. Preferably, a metallic material, for example Invar or a folded sheet, is used. The carrier 18 is designed so that it is the stroke of the piezoelectric actuator 16 in the order of 20 to 25 microns and the temperature coefficient of the piezoelectric actuator 16 to follow. An additional bias on the piezo actuator 16 is applied is via the preferred trained as a tube spring biasing element 100 applied to this. The housing part 14 of which the piezoelectric actuator 16 is preferably also made of Invar, so that the thermal expansion coefficient of piezoelectric actuator 16 , Carrier 18 as well as housing part 14 roughly agree with each other. Any remaining error can be achieved via a pre-stroke h v , which in the illustration in accordance with 1 as a distance between the bottom of the plate 110 and the top of the support 106 is drawn, be compensated.
Wird
der Piezoaktor über
die elektrische Kontaktierung 20 bestromt, drückt der
Piezoaktor 16 über
die Abstützung 106 auf
das hülsenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 nach unten und öffnet somit den Sitz 38 zwischen
dem hülsenförmig ausgebildeten
Ventilelement 34 und der stationären Führung 44. Die Kraftausgeglichenheit
des Schaltventiles 32 wird dadurch erreicht, dass der Sitzdurchmesser 40 und der
Führungsdurchmesser 42 einander
entsprechen. Bei geöffnetem
Sitz 38 erfolgt eine Druckentlastung des Steuerraums 50 über die
Ablaufdrossel 54, den Ablaufkanal 52, die Einschnürung 35,
die Durchbrüche 108 in
den Niederdruckraum 22 und von dort in die Leckölleitung 24.
Aufgrund des Druckabfalls im Steuerraum 50 führt die
Stirnseite 62 der Druckstange 60 beziehungsweise
eines bevorzugt nadelförmig ausgebildeten
Einspritzventilgliedes in den Steuerraum 50 ein. Damit
werden am in 1 nicht dargestellten brennraumseitigen
Ende des Injektorkörpers 12 des
Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Einspritzöffnungen
freigegeben, so dass Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt werden kann.Will the piezoelectric actuator via the electrical contact 20 energized, pushes the piezoelectric actuator 16 about the support 106 on the sleeve-shaped valve element 34 down and thus opens the seat 38 between the sleeve-shaped valve element 34 and the stationary leadership 44 , The force balance of the switching valve 32 is achieved by the fact that the seat diameter 40 and the guide diameter 42 correspond to each other. With the seat open 38 there is a pressure relief of the control room 50 over the outlet throttle 54 , the drainage channel 52 , the constriction 35 , the breakthroughs 108 in the low pressure room 22 and from there into the drain line 24 , Due to the pressure drop in the control room 50 leads the front side 62 the push rod 60 or a preferably needle-shaped injection valve member into the control chamber 50 one. This will be on in 1 not shown, the combustion chamber end of the injector body 12 of the fuel injector 10 trained injection openings released so that fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Ein
Schließen
des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten
Einspritzventilgliedes 60 beziehungsweise einer auf ein
Einspritzventilglied einwirkenden Druckstange erfolgt durch Aufhebung
der Bestromung des Piezoaktors 16, der im Niederdruckraum 22 des
Kraftstoffinjektors 10 aufgenommen ist. Bei Aufhebung der
Bestromung des Piezoaktors 16 zieht sich dieser in axiale
Richtung gesehen zusammen, so dass die Abstützung 106, die auf
der oberen Stirnseite des hülsenförmig ausgebildeten
Ventilelementes 34 ruht, mitsamt dem Ventilelement 34 durch
die Wirkung der Ventilfeder 36 in Schließrichtung
des Sitzes 38 gedrückt
wird. Dadurch wird die Druckentlastung des Steuerraumes 50 über die
Ablaufdrossel 54 und den Ablaufkanal 52 aufgehoben,
so dass es aufgrund der stetigen Befüllung des Steuerraumes 50 über die
Zulaufdrossel 58 dort zu einem Druckanstieg auf Systemdruckniveau
kommt und die Druckstange 60 beziehungsweise das bevorzugt
nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied aufgrund der Druckerhöhung an
der Stirnseite 62 wieder in seinen Sitz gestellt wird und
mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Injektorkörpers 12 des
Kraftstoffinjektors 10 ausgebildete Einspritzöffnung verschließt.Closing of the preferably needle-shaped injection valve member 60 or a pressure rod acting on an injection valve member is effected by canceling the energization of the piezoelectric actuator 16 in the low pressure room 22 of the fuel injector 10 is included. When the current supply to the piezo actuator is canceled 16 this pulls together seen in the axial direction, so that the support 106 on the upper end face of the sleeve-shaped valve element 34 rests, together with the valve element 34 by the action of the valve spring 36 in the closing direction of the seat 38 is pressed. This will reduce the pressure of the control room 50 over the outlet throttle 54 and the drainage channel 52 canceled, leaving it due to the constant filling of the control room 50 via the inlet throttle 58 There comes to a pressure rise to system pressure level and the push rod 60 or the preferably needle-shaped injection valve member due to the pressure increase on the front side 62 is placed back in his seat and at least one at the combustion chamber end of the injector body 12 of the fuel injector 10 closed injection port closes.
In
besonders vorteilhafter Weise lässt
sich der Vorhub hv durch die zwischen dem
Gehäuseteil 14,
welches bevorzugt aus Invar hergestellt wird, und dem Injektorkörper 12 angeordnete
erste Einstellscheibe 30 einstellen. Da der Piezoaktor 16 samt Ausgleichskörper 102 am
Gehäuseteil 12 befestigt
ist und das kraftausgeglichene Ventil 32 im Injektorkörper 12 befestigt
ist, kann über
eine entsprechend klassifizierte erste Einstellscheibe 30 der
Vorhub hv gezielt eingestellt werden.In a particularly advantageous manner, the pre-stroke h v by the between the housing part 14 , which is preferably made of Invar, and the injector body 12 arranged first shim 30 to adjust. Because the piezoelectric actuator 16 including compensating body 102 on the housing part 12 is attached and the force balanced valve 32 in the injector body 12 attached, may have a correspondingly classified first shim 30 the pre-stroke h v be targeted.
Der
Vorteil der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 10 ist darin zu erblicken, dass einerseits
ein preiswerter Piezoaktor 16 eingesetzt werden kann, der
sich in fertigungstechnisch einfacher Weise auf einen Träger 18 aufkleben
lässt. Wird
dieser Piezoaktor 16 mit dem in 1 dargestellten
kraftausgeglichen ausgebildeten Schaltventil 32 kombiniert,
lässt sich
ein bei sehr hohen Drücken schnell
schaltender Kraftstoffinjektor 10 darstellen, welches die
hohe Dynamik des Piezoaktors 16 – ein entscheidender Vorteil
gegenüber
Magnetventilen – ausnutzt.The advantage of in 1 shown first embodiment of the present invention proposed fuel injector 10 is to be seen in that on the one hand a cheap piezoelectric actuator 16 can be used, in a simple manufacturing technology on a support 18 stick on. Will this piezoelectric actuator 16 with the in 1 illustrated force balanced trained switching valve 32 combined, can be a very fast switching at very high pressure fuel injector 10 represent the high dynamics of the piezoelectric actuator 16 - a decisive advantage over solenoid valves - exploits.
Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
eine Ausführungsform
des in 1 dargestellten Kraftstoffinjektors 10 hervor.
Gemäß der Darstellung
in 2 ist der Piezoaktor geteilt ausgebildet. Der
geteilt ausgebildete Piezoaktor 16 ist ebenfalls im Niederdruckraum 22,
welcher vom Gehäuseteil 14 aus Invar
umschlossen ist, aufgenommen. Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 1 sind
die beiden Teile des Piezoaktors 16 am Träger 18 ausgebildet,
der mit zum Beispiel als Schlitzen ausführbaren Schwächungszonen 104 versehen
ist. In der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist das in der Darstellung gemäß 1 die
Vorspannung erzeugende Vorspannelement 100 in Gestalt einer
Rohrfeder entfallen, da in der in 2 dargestellten
Ausführungsform
der Träger 18 die
Vorspannung des geteilt ausgebildeten Aktors 16 unmittelbar übernimmt.
Der Träger 18 ist
in Trägerwi derlagern 200 beziehungsweise 202 einerseits
mit dem Gehäuseteil 14,
welches bevorzugt aus Invar gefertigt wird, aufgenommen und andererseits
in der Abstützung 106 aufgenommen.From the illustration according to 2 is an embodiment of the in 1 illustrated fuel injector 10 out. As shown in 2 the piezoelectric actuator is designed to be split. The shared trained piezoelectric actuator 16 is also in the low pressure room 22 , which from the housing part 14 from Invar is included. In contrast to the embodiment according to 1 are the two parts of the piezoelectric actuator 16 on the carrier 18 formed, which can be executed with, for example, as slits weakening zones 104 is provided. In the in 2 The embodiment shown in the illustration 1 the bias generating biasing element 100 omitted in the form of a bourdon tube, as in the in 2 illustrated embodiment of the carrier 18 the bias of the shared trained actuator 16 immediately takes over. The carrier 18 is derlager in Trägerwi 200 respectively 202 on the one hand with the housing part 14 , which is preferably made of Invar, added and on the other hand in the support 106 added.
Die
mindestens zwei Piezoaktoren 16 gemäß der in 2 dargestellten
Ausführungsform
befinden sich unterhalb eines scheibenförmig ausgebildeten Aktordeckels 204.
Zur Gestaltung der zweiten Trägerlager 202 an
der Unterseite der Abstützung 106 ist
diese von zwei Bohrungen 206 durchsetzt.The at least two piezo actuators 16 according to the in 2 embodiment shown are located below a disk-shaped actuator cover 204 , For the design of the second carrier bearing 202 at the bottom of the support 106 this is from two holes 206 interspersed.
Abgesehen
von den obenstehend skizzierten Unterschieden ist die in 2 dargestellte
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 10 identisch zur in 1 dargestellten
Ausführungsform.
Auch die Funktion des Piezoaktors 10 gemäß 2 ist
identisch zur Funktion des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung
in 1.Apart from the differences outlined above, the in 2 illustrated further embodiment of the present invention proposed fuel injector 10 identical to in 1 illustrated embodiment. Also the function of the piezo actuator 10 according to 2 is identical to the function of the fuel injector 10 as shown in 1 ,
Im
Zusammenhang mit der in 2 dargestellten weiteren Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors 10 soll nicht unerwähnt bleiben,
dass auch in dieser Ausführungsform
die erste Einstellscheibe 30, die an der Verschraubung 26 zwischen
dem Gehäuseteil 14 und
dem Injektorkörper 12 eingelegt
wird, die Voreinstellung des Vorhubes hv zwischen
der Abstützung 106 und
dem hülsenförmig ausgebildeten Ventilelement 34 erlaubt.In connection with in 2 illustrated further embodiment of the fuel injector 10 should not go unmentioned, that in this embodiment, the first shim 30 at the screw connection 26 between the housing part 14 and the injector body 12 is inserted, the presetting of the pre-stroke h v between the support 106 and the sleeve-shaped valve element 34 allowed.
3 ist
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors zu entnehmen, bei welchem ein kraftausgeglichen
ausgebildetes Schaltventil zum Einsatz kommt, welches in Hubrichtung
des eingesetzten Piezoaktors gesehen öffnet. 3 is a further embodiment of the inventively proposed Kraftstoffinjektors refer to, in which a force-balanced trained switching valve is used, which opens seen in the stroke direction of the piezoelectric actuator used.
Der
in 3 dargestellten Ausführungsform ist ein Kraftstoffinjektor 10 zu
entnehmen, unterhalb von dessen Gehäuseteil 14, welches
als Haltekörper dient,
eine Ventilplatte aufgenommen ist, die sich auf einer Drosselplatte
abstützt.
Unterhalb dieser befindet sich ein mit Bezugszeichen 316 bezeichneter
Düsenkörper, in
welchem das nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied 60 geführt ist.
Der Haltekörper 14, die
das kraftausgeglichen ausgebildete Schaltventil 32 aufnehmende
Ventilplatte sowie die die Drosselkanäle aufnehmende Drosselplatte
und der Düsenkörper 316 werden
mittels einer Düsenspannmutter an
einer Schraubverbindung 26 gegeneinander verschraubt und
aufgrund der sich einstellenden Flächenpressungen an den Kontaktflächen gegeneinander
abgedichtet.The in 3 illustrated embodiment is a fuel injector 10 to be seen below the housing part 14 , which serves as a holding body, a valve plate is received, which is supported on a throttle plate. Below this is a with reference numerals 316 designated nozzle body, in which the needle-shaped injection valve member 60 is guided. The holding body 14 that the force balanced trained switching valve 32 receiving valve plate and the throttle channels receiving throttle plate and the nozzle body 316 be by means of a nozzle lock nut on a screw 26 screwed against each other and sealed against each other due to the adjusting surface pressures on the contact surfaces.
Im
Unterschied zu den Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der 1 und 2 verläuft der
Hochdruckzulauf 56 durch den bevorzugt aus Invar gefertigten
Haltekörper 14 über einen
entsprechenden in der Ventilplatte ausgebildeten Bohrungsabschnitt, einen
dazu korrespondierenden Bohrungsabschnitt, der in der Drosselplatte
ausgebildet ist, und mündet
in den Hohlraum des Düsenkörpers 316.Unlike the embodiment of the fuel injector 10 according to the 1 and 2 runs the high-pressure inlet 56 by the preferably made of Invar holding body 14 via a corresponding formed in the valve plate bore portion, a corresponding bore portion which is formed in the throttle plate, and opens into the cavity of the nozzle body 316 ,
Im
Haltekörper 14 ist
der Piezoaktor 16 angeordnet, der in der in 3 dargestellten
Ausführungsform
des Kraftstoffinjektors 10 von einem z. B. als Rohrfeder
ausgebildeten Vorspannelement 100 umschlossen ist. Der
Piezoaktor 16 umfasst einen Aktorkopf 306 sowie
einen Aktorfuß 308,
die ebenfalls aus einem temperaturbedingte Dehnungen ausgleichenden
Material wie Invar gefertigt sindIn the holding body 14 is the piezoelectric actuator 16 arranged in the in 3 illustrated embodiment of the fuel injector 10 from a z. B. formed as a tube spring biasing element 100 is enclosed. The piezo actuator 16 includes an actuator head 306 as well as an actuator foot 308 , which are also made of a temperature-exerting straightening material such as Invar
Zwischen
dem Aktorkopf 306 und dem Aktorfuß 308 wird das bevorzugt
als Rohrfeder ausgebildete Vorspannelement 100 eingespannt.
Auch das Vorspannelement 100 wird bevorzugt aus einem Werkstoff
wie z. B. Invar gefertigt. Die Spannungsbeaufschlagung des Piezoaktors 16 erfolgt über die elektrischen
Kontakte 20, die durch den Aktorkopf 306 geleitet
werden. Der Piezoaktor 16 beziehungsweise der Aktorkopf 306 stützen sich
an einer Hülse 300 ab,
die sich ihrerseits in einer Ausnehmung 304 des Haltekörpers 14 abstützt.Between the actuator head 306 and the actuator foot 308 is preferably formed as a tube spring biasing element 100 clamped. Also the biasing element 100 is preferably made of a material such. B. Invar made. The voltage applied to the piezoelectric actuator 16 takes place via the electrical contacts 20 passing through the actuator head 306 be directed. The piezo actuator 16 or the actuator head 306 rely on a sleeve 300 which, in turn, are in a recess 304 of the holding body 14 supported.
Der
Aktorfuß 308 weist
einen Vorhubweg hv in Bezug auf die Stirnseite
des kraftausgeglichenen Ventilelementes 34 auf. Dieses
ist im Unterschied zu den in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsform
nicht hülsenförmig ausgebildet,
sondern kolbenförmig
und öffnet
den Sitz 38 in axiale Richtung nach unten in die gleiche
Wirkrichtung, in die sich der Piezoaktor 16 sich an der
Hülse 300 abstützend, bei
Bestromung über
die elektrischen Kontakte 20 ausdehnt. Die Kraftausgeglichenheit
des kolbenförmig ausgebildeten
Ventilelementes 34 rührt
aus der Identität
des Sitzdurchmessers 40 mit dem Führungsdurchmesser 42 her.
Das Ventilelement 34 ist über die Ventilfeder 36 beaufschlagt,
die sich ihrerseits unterhalb des Sitzes 38 in einer Vertiefung
der Drosselplatte abstützt.The actuator foot 308 has a Vorhubweg h v with respect to the end face of the force-balanced valve element 34 on. This is unlike the ones in 1 and 2 embodiment illustrated not sleeve-shaped, but piston-shaped and opens the seat 38 in the axial direction downward in the same direction of action, in which the piezoelectric actuator 16 on the sleeve 300 supporting, when energized via the electrical contacts 20 expands. The force balance of the piston-shaped valve element 34 stems from the identity of the seat diameter 40 with the guide diameter 42 ago. The valve element 34 is over the valve spring 36 impinged, in turn, below the seat 38 supported in a recess of the throttle plate.
Vom
Steuerraum 50 aus verläuft
der Ablaufkanal 52 durch die Drosselplatte, an der zwischen Ablaufkanal 52 und
Steuerraum 50 die Ablaufdrossel 54 ausgebildet
ist. Über
einen weiteren Kanalabschnitt innerhalb der Ventilplatte mündet der
Ablaufkanal 52 oberhalb des Sitzes 38 im Bereich
der Einschnürung 35,
die an der Umfangsfläche
des kolbenförmig
ausgebildeten Ventilelementes ausgebildet ist.From the control room 50 off the drainage channel runs 52 through the throttle plate, at the between drain channel 52 and control room 50 the outlet throttle 54 is trained. About another channel section within the valve plate opens the drainage channel 52 above the seat 38 in the area of constriction 35 formed on the peripheral surface of the piston-shaped valve element.
Im
Unterschied zu den in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 10 ist der Steuerraum 50 nicht
in einem Ventilstück 48,
wie in den 1 und 2 dargestellt,
ausgebildet, sondern durch eine Steuerraumhülse 310 begrenzt,
die von einer Anstellfeder 312, die sich an einem Bund des
nadelförmig
ausgebildeten Einspritzventilgliedes 60 abstützt, an
eine Stirnseite der Dros selplatte angestellt. In der Wand der Steuerraumhülse 310 ist
die Zulaufdrossel 58 zur Befüllung des Steuerraumes 50 mit
unter Systemdruck stehendem Kraftstoff ausgebildet. Am bevorzugt
nadelförmig
ausgebildeten Einspritzventilglied 60 befindet sich mindestens
eine Freifläche 314, über welche
unter Systemdruck stehender Kraftstoff aus dem Hohlraum des Düsenkörpers 316 einem
Ringkanal 320 zuströmt.
In der Darstellung gemäß 3 ist
das Einspritzventilglied 60 in seinen Sitz 318 gestellt,
so dass die mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 316 ausgebildete
Einspritzöffnung 322 verschlossen ist.
Wird der in 3 dargestellte Piezoaktor 16 über die
elektrische Kontaktierung 20 bestromt, so dehnt er sich
aus und betätigt
nach Überwinden
des Vorhubes hv das in der Ausführungsform
gemäß 3 kolbenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 des kraftausgeglichenen Schaltventiles 32.
Dadurch öffnet der
Sitz 38, so dass unter Systemdruck stehender Kraftstoff
aus dem Steuerraum 50 über
die Ablaufdrossel 54 dem Ablaufkanal 52, die Einschnürung 35 nach
Passage der Mündung 66 über den
geöffneten Sitz 38 in
den Leckölablauf 24 abströmt. Bei
der Längenausdehnung
des Piezoaktors 16 stützt
sich dieser an der Hülse 300 ab.
Die Hülse 300 wird
bevorzugt ebenfalls aus einem Material wie Invar gefertigt, um die
Wärmeausdehnungsunterschiede
zwischen dem Piezoaktor 16 und dem Haltekörper 14 auszugleichen.
Der Piezoaktor 16 gemäß der in 3 dargestellten
Ausführungsform
ist sehr schmalbauend ausgelegt, so dass er über den Träger 18 abgestützt wird.
Der Träger 18 ist
derart aufgebaut, dass er den Hubweg des Piezoaktors 16 mit
durchlauft und gleichzeitig eine ausreichende Stützwirkung in Bezug auf die
mechanische Stabilität
des Piezokristallstapels des Piezoaktors 16 bietet. Der
Piezoaktor 16 wird bevorzugt mit dem Träger 18 verklebt. Der
Aktorfuß 308 des
Piezoaktors 16 ist nicht mit dem Träger 18 verbunden.
Dieser ist mittels eines Vorspannelementes 100 vorgespannt,
welches mit Aktorfuß 308 und
mit Aktorkopf 306 des Piezoaktors 16 verbunden ist.Unlike the in 1 and 2 illustrated embodiments of the present invention proposed fuel injector 10 is the control room 50 not in a valve piece 48 as in the 1 and 2 shown, formed, but by a control chamber sleeve 310 limited by a return spring 312 located on a collar of the needle-shaped injection valve member 60 supported, employed on a front side of the Dros selplatte. In the wall of the control chamber sleeve 310 is the inlet throttle 58 for filling the control room 50 with fuel under system pressure forms. At preferably needle-shaped injection valve member 60 there is at least one open space 314 , about which under system pressure fuel from the cavity of the nozzle body 316 a ring channel 320 flows in. In the illustration according to 3 is the injection valve member 60 in his seat 318 placed so that the at least one at the combustion chamber end of the nozzle body 316 trained injection port 322 is closed. Will the in 3 shown piezoelectric actuator 16 via the electrical contact 20 energized, it expands and actuates after overcoming the advance stroke h v in the embodiment according to 3 piston-shaped valve element 34 the force-balanced switching valve 32 , This opens the seat 38 , so that fuel under system pressure from the control room 50 over the outlet throttle 54 the drainage channel 52 , the constriction 35 after passage of the estuary 66 over the open seat 38 in the leak oil drain 24 flows. For the length expansion of the piezo actuator 16 this is supported on the sleeve 300 from. The sleeve 300 is also preferably made of a material such as Invar to the thermal expansion differences between the piezoelectric actuator 16 and the holding body 14 compensate. The piezo actuator 16 according to the in 3 illustrated embodiment is designed very narrow construction, so that he over the carrier 18 is supported. The carrier 18 is constructed such that it the stroke of the piezoelectric actuator 16 with passes through and at the same time a sufficient support effect with respect to the mechanical stability of the piezocrystal stack of the piezoelectric actuator 16 offers. The piezo actuator 16 is preferred with the carrier 18 bonded. The actuator foot 308 of the piezo actuator 16 is not with the carrier 18 connected. This is by means of a biasing element 100 preloaded, which with actuator foot 308 and with actuator head 306 of the piezo actuator 16 connected is.
Über den
bereits mehrfach angesprochenen Vorhubweg hv wird
ein eventuell verbleibender Restfehler hinsichtlich des Temperaturgangs
zwischen dem Haltekörper 14 und
dem Piezoaktor selbst ausgeglichen.About the already discussed several Vorhubweg h v is a possibly remaining residual error with respect to the temperature coefficient between the holding body 14 and the piezoelectric actuator itself balanced.
Die
in 3 dargestellte Ausführungsform zeichnet sich durch
ihre Kompaktheit aus, da der Querschnitt des Piezoaktors 16 samt
Träger 18 sehr klein
baut.In the 3 illustrated embodiment is characterized by its compactness, since the cross section of the piezoelectric actuator 16 velvet carrier 18 very small builds.
In
der Darstellung gemäß 3.1 ist eine vergrößerte Darstellung des Piezoaktors
gemäß der in 3 wiedergegebenen
Ausführungsform
wiedergegeben.In the illustration according to 3.1 is an enlarged view of the piezoelectric actuator according to the in 3 reproduced embodiment reproduced.
3.1 zeigt, dass die Hülse 300 mit ihrem Hülsenfuß 302 sich
an einer Ausnehmung 304 des bevorzugt aus Invar gefertigten
Haltekörpers 14 des Kraftstoffinjektors 10 abstützt. An
der Hülse 300 wiederum
stützt
sich der Aktorkopf 306 des sehr schmalbauenden Piezo aktors 16 gemäß der Ausführungsform
in 3 ab. Der schmalbauende, in Stapelform geschichtet
aufgebaute Piezoaktor 16 wird über den Träger 18 abgestützt, der
eine Vielzahl von Schwächungszonen 104 aufweist,
die z. B. als in horizontaler Richtung verlaufende Schlitze ausgebildet
sein können.
Der Träger
ist in der Lage, einerseits den Piezokristallstapel des Piezoaktors 16 eine
ausreichende mechanische Stabilität zu verleihen und andererseits
den Hubweg des Piezoaktors 16 bei dessen Bestromung über die
elektrischen Kontakte 20 mit auszuführen. 3.1 shows that the sleeve 300 with her sleeve foot 302 at a recess 304 preferably made of Invar holding body 14 of the fuel injector 10 supported. On the sleeve 300 in turn, the actuator head is supported 306 the very narrow piezo actuator 16 according to the embodiment in 3 from. The slimline, stacked piezoelectric actuator 16 is about the carrier 18 supported, a variety of weakening zones 104 has, z. B. may be formed as running in the horizontal direction slots. The carrier is capable, on the one hand, of the piezocrystal stack of the piezoelectric actuator 16 to give sufficient mechanical stability and on the other hand, the stroke of the piezoelectric actuator 16 during its energization via the electrical contacts 20 with execute.
4 schließlich ist
eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors
zu entnehmen, der mittels eines Piezoaktors betätigbar ist, dem jedoch kein
Vorspannelement zugeordnet ist. 4 Finally, a further embodiment of the present invention proposed fuel injector can be seen, which is actuated by means of a piezoelectric actuator, which, however, is assigned no biasing element.
Analog
zur Darstellung der in 3 wiedergegebenen Ausführungsform
umfasst der Kraftstoffinjektor 10 gemäß der in 4 wiedergegebenen Variante
den Haltekörper 14,
die darunterliegend angeordnete Ventilplatte, die unter dieser liegende Drosselplatte
sowie die sich daran anschließenden Düsenkörper. Analog
zur Darstellung gemäß 3 wird
der Steuerraum 50 über
eine Steuerraumhülse begrenzt,
die über
eine Anstellfeder an die Unterseite der Drosselplatte angestellt
ist. Im Steuerraum 50 liegt die Stirnfläche 62 des bevorzugt
nadelförmig ausgebildeten
Einspritzventilgliedes, welches innerhalb des Düsenkörpers geführt ist.Analogous to the representation of in 3 reproduced embodiment, the fuel injector 10 according to the in 4 reproduced variant the holding body 14 , the underlying valve plate, the underlying throttle plate and the adjoining nozzle body. Analogous to the representation according to 3 becomes the control room 50 bounded by a control chamber sleeve, which is employed via a positioning spring to the underside of the throttle plate. In the control room 50 lies the face 62 the preferably needle-shaped injection valve member, which is guided within the nozzle body.
Auch
in der Variante gemäß 4 verläuft der
Hochdruckzulauf 56 durch den Haltekörper 14, geht in einen
Bohrungsabschnitt innerhalb der Ventilplatte über und mündet in einen Bohrungsabschnitt, der
in der Drosselplatte ausgebildet ist. Der Bohrungsabschnitt der
Drosselplatte wiederum mündet in
einen Hohlraum des Düsenkörpers, in
dem die mittels der Anstellfeder beaufschlagte Steuerraumhülse aufgenommen
ist.Also in the variant according to 4 runs the high-pressure inlet 56 through the holding body 14 , merges into a bore portion within the valve plate and opens into a bore portion formed in the throttle plate. The bore portion of the throttle plate in turn opens into a cavity of the nozzle body, in which the acted upon by the adjusting spring control chamber sleeve is received.
Die
in 4 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Kraftstoffinjektors 10 wird ebenfalls mittels des Piezoaktors 16 betätigt. Der
Piezoaktor 16 in der Ausführungsform gemäß 4 ist
nicht als geschichteter Kristallstapel, sondern als Ringstruktur
aufgebaut. Hülsenförmig ausgebildete
Piezokristalle sind konzentrisch zueinander an einem Träger 18 aufgenommen.
Der Träger 18 weist
eine Anzahl von Schwächungszonen 104 auf
und ist mit den einzelnen konzentrisch ausgebildeten hülsenförmigen Piezokristallen
verklebt. Der Träger 18 dient
der mechanischen Stabilisierung des Piezoaktors 16 und überträgt die vom
Piezoaktor 16 erzeugten Kräfte, die in der Größenordnung
zwischen 0 und 80 N liegen, an eine Kopplungshülse 400. Die Kopplungshülse 400 umfasst
einen Übergriff 402 sowie
mindestens einen Durchbruch 404. Die Kopplungshülse 400 umschließt die Ventilfeder 36, die
die obere Stirnseite des in der Darstellung gemäß 4 kolbenförmig ausgebildeten
Ventilelementes 34 des kraftausgeglichenen Schaltventiles 32 beaufschlagt.
Am Umfang des in 4 kolbenförmig ausgebildeten Ventilelementes 34 verläuft eine
Ausnehmung, in welche der Überbegriff 402 der
Kopplerhülse 400 unter
Ausbildung des Vorhubweges hv eingreift.In the 4 illustrated embodiment of the inventively proposed fuel injector 10 is also using the piezoelectric actuator 16 actuated. The piezo actuator 16 in the embodiment according to 4 is not constructed as a layered crystal stack, but as a ring structure. Sleeve-shaped piezo crystals are concentric with one another on a carrier 18 added. The carrier 18 has a number of weakening zones 104 and is glued to the individual concentrically shaped sleeve-shaped piezocrystals. The carrier 18 serves for mechanical stabilization of the piezoactuator 16 and transmits those from the piezo actuator 16 generated forces, which are in the order of 0 to 80 N, to a coupling sleeve 400 , The coupling sleeve 400 includes an attack 402 and at least one breakthrough 404 , The coupling sleeve 400 encloses the valve spring 36 , the upper end of the in the illustration according to 4 piston-shaped valve element 34 the force-balanced switching valve 32 applied. On the circumference of in 4 piston-shaped valve element 34 runs a recess, in which the umbrella term 402 the coupler sleeve 400 engages training the Vorhubweges h v .
Der
Träger 18 des
Piezoaktors 16 ist in der Ausführungsform gemäß 4 in
einer Lagerung 406 aufgenommen, durch welche auch die elektrische
Kontaktierung 20 verläuft.
Wie bereits erwähnt, umfasst
der Träger 18 eine
Anzahl von Schwächungszonen 104,
wobei das Lager 406 des Trägers 18 in der Ausführungsform
gemäß 4 auf
einer Stützhülse 408 ruht.
Da der Piezoaktor 16 einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat verglichen zum Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Haltekörpers 14,
wird der Piezoaktor 16 über
die Stützhülse 408 abgestützt. Die
Stützhülse 408 ist
z. B. zweiteilig ausgebildet und umfasst einen ersten Hülsenabschnitt 414 und
einen zweiten Hülsenabschnitt 416,
die an einer Fügestelle 412 miteinander
gefügt sind.
In der Stützhülse 408 befindet
sich ein Durchbruch 410, um ein Abströmen von abgesteuerter Steuermenge
aus dem von der Stützhülse 408 umschlossenen
Hohlraum bei Öffnen
des Sitzes 38 in den Leckölablauf 24 zu ermöglichen.The carrier 18 of the piezo actuator 16 is in the embodiment according to 4 in a storage 406 received, by which also the electrical contact 20 runs. As already mentioned, the carrier comprises 18 a number of weakening zones 104 , where the bearing 406 of the carrier 18 in the embodiment according to 4 on a support sleeve 408 rests. Because the piezoelectric actuator 16 has a different thermal expansion coefficient compared to the thermal expansion coefficient of the holding body 14 , becomes the piezo actuator 16 over the support sleeve 408 supported. The support sleeve 408 is z. B. formed in two parts and includes a first sleeve portion 414 and a second sleeve portion 416 at a joint 412 are joined together. In the support sleeve 408 there is a breakthrough 410 to a flow of taxed control amount from that of the support sleeve 408 enclosed cavity when opening the seat 38 in the leak oil drain 24 to enable.
Zum
Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Haltekörper 14 und
dem Piezoaktor 16 ist die Stützhülse 408 vorgesehen,
von der lediglich einer der Hülsenabschnitte 414 beziehungsweise 416 aus
einem Material wie Invar gefertigt wird, um die temperaturbedingten
Dehnungen auszugleichen. Ein eventuell verbleibender Restfehler,
der thermisch bedingt ist, wird über
den Vorhub hv zwischen dem kolbenförmig ausgebildeten
Ventilelement 34 des kraftausgeglichenen Schaltventils 32 und
dem Übergriff 402 der Kopplungshülse 400 ausgeglichen.To compensate for the different thermal expansion coefficients between the holding body 14 and the piezo actuator 16 is the support sleeve 408 provided, of the only one of the sleeve sections 414 respectively 416 made of a material such as Invar to compensate for the temperature-induced strains. A possibly remaining residual error, which is thermally induced, is the advance stroke h v between the piston-shaped valve element 34 the force-balanced switching valve 32 and the attack 402 the coupling sleeve 400 balanced.
Der
in der Ausführungsform
gemäß 4 dargestellte
Piezoaktor 16 umfasst kein Vorspannelement. Wird der Piezoaktor 16 über die
elektrische Kontaktierung 20 mit einer Spannung beaufschlagt, dehnt
sich dieser in radiale Richtung aus und zieht sich in axiale Richtung
zusammen. Dadurch erfolgt eine vertikal gerichtete Hubbewegung der
Kopplungshülse 400,
wodurch das in 4 dargestellte, kolbenförmig ausgebildete
Ventilelement 34 aus dem Sitz 38 gezogen wird.
Bei geöffnetem
Sitz 38 strömt aus
dem Steuerraum 50 über
die Ablaufdrossel 54 in den Ablaufkanal 52 Steuermenge
der Einschnürstelle 35 des
kolbenförmig
ausgebildeten Ventilelementes 34 zu. Über den geöffneten Sitz 38 strömt die aus dem
Steuerraum 50 abgesteuerte Steuermenge in das Innere der
Stützhülse 408 ein
und von dort über den
mindestens einen Durchbruch 410 in den Leckölablauf 24.
Bei einer Druckentlastung des Steuerraumes 50 fährt das
bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied 60 in diesen ein und öffnet demzufolge
am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors – in 4 jedoch
nicht dargestellt – Einspritzöffnungen, über die
Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt
wird.In the embodiment according to 4 shown piezoelectric actuator 16 does not include a biasing element. Will the piezo actuator 16 via the electrical contact 20 subjected to a voltage, this expands in the radial direction and contracts in the axial direction. This results in a vertically directed lifting movement of the coupling sleeve 400 , which makes the in 4 shown, piston-shaped valve element 34 from the seat 38 is pulled. With the seat open 38 flows out of the control room 50 over the outlet throttle 54 into the drainage channel 52 Control quantity of constriction point 35 the piston-shaped valve element 34 to. Over the open seat 38 that flows out of the control room 50 controlled amount of tax in the interior of the support sleeve 408 on and off the at least one breakthrough 410 in the leak oil drain 24 , At a pressure relief of the control room 50 moves the preferred needle-shaped injection valve member 60 in this one and therefore opens at the combustion chamber end of the fuel injector - in 4 not shown, however - injection ports through which fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Wird
hingegen die Bestromung des Piezoaktors 16 über die
elektrischen Kontakte 20 aufgehoben, langen sich die hülsenförmig ausgebildeten, konzentrisch
am Träger 18 angeordneten
Piezokristalle, und der Piezoaktor nimmt seine ursprüngliche, in
axiale Richtung verlaufende Längenausdehnung an.
Dadurch wird das kolbenförmig
ausgebildete Ventilelement 34 des kraftausgeglichenen Schaltventiles 32 wieder
in seinen Sitz 38 gestellt. Die Kraftausgeglichenheit des
Schaltventiles 32 rührt
daher, dass der Sitzdurchmesser 40 am Sitz 38 dem
Führungsdurchmesser 42 des
kolbenförmig
ausgebildeten Ventilelementes 34 in der Ventilplatte des
Kraftstoffinjektors 10 entspricht.If, however, the current supply of the piezoelectric actuator 16 over the electrical contacts 20 lifted, the sleeve-shaped trained, concentric on the carrier 18 arranged piezoelectric crystals, and the piezoelectric actuator assumes its original, extending in the axial direction of elongation. As a result, the piston-shaped valve element 34 the force-balanced switching valve 32 back in his seat 38 posed. The force balance of the switching valve 32 Stems, therefore, that the seat diameter 40 at the seat 38 the guide diameter 42 the piston-shaped valve element 34 in the valve plate of the fuel injector 10 equivalent.
Ist
der Sitz 38 verschlossen, so ist die Druckentlastung des
Steuerraumes 50 über
den Ablaufkanal 52 in den Leckölablauf 24 unterbunden
und der Druck im Steuerraum 50 steigt aufgrund des an der Zulaufdrossel 58 über den
Hochdruckzulauf 56 anstehenden Systemdruck an, so dass
das bevorzugt nadelförmig
ausgebildete Einspritzventilglied 60 in seinen am brennraumseitigen
Ende des Kraftstoffinjektors 10 ausgebildeten Sitz gestellt
wird und die mindestens eine in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
mündende
Einspritzöffnung wieder
verschlossen wird.Is the seat 38 closed, so is the pressure relief of the control room 50 over the drainage channel 52 in the leak oil drain 24 stopped and the pressure in the control room 50 increases due to the at the inlet throttle 58 over the high pressure inlet 56 pending system pressure, so that the preferred needle-shaped injection valve member 60 in its at the combustion chamber end of the fuel injector 10 trained seat is placed and the at least one opening into the combustion chamber of the internal combustion engine injection port is closed again.