DE102007017729A1

DE102007017729A1 - Pressure compensated actuator

Info

Publication number: DE102007017729A1
Application number: DE102007017729A
Authority: DE
Inventors: Michael Kurz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-10-23
Also published as: EP1983186B1; EP1983186A2; EP1983186A3; ATE529624T1

Abstract

The injector (10) has a nozzle module (12), a throttle plate (14), and a holding body (18). An actuator module such as piezo actuator, is accommodated in a fuel free space within the holding body. A control valve is pressure compensated, and includes a valve body, which contains a passage opening into which a guide pin is guided. The guide pin is supplied within a high pressure area with fuel, which stays under system pressure.

Description

Stand der TechnikState of the art

Druckgesteuerte Kraftstoffinjektoren mit Druckverstärker, hydraulischem Düsenöffnungsdruck und einer Steuerung über nur ein Steuerventil sind zum Beispiel aus DE 102 18 904 A1 bekannt. Die dort offenbarte Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfasst einen von einer Kraftstoffhochdruckquelle versorgbaren Kraftstoffinjektor mit einer Druckübersetzungseinrichtung. Bei dieser ragt ein Schließkolben des Kraftstoffinjektors in einen Schließdruckraum hinein, so dass ein Schließkolben mit Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist zur Erzielung einer in Schließrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kraft. Der Schließdruckraum und der Rückraum der Druckübersetzungseinrichtung werden durch einen gemeinsamen Schließdruck-Rückraum gebildet, wobei sämtliche Teilbereiche des Schließdruck-Rückraumes permanent zum Austausch von Kraftstoff miteinander verbunden sind. Damit lässt sich trotz einer relativ niedrigen Druckverstärkung durch die Druckübersetzungseinrichtung ein relativ niedriger Einspritzöffnungsdruck erreichen. Im geöffneten Zustand eines bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes ist die wirksame Fläche, auf die ein Dämpferraumdruck wirkt, genauso groß wie die Fläche, auf die der Einspritzdruck wirkt. Aufgrund dieses Umstandes beginnt das Einspritzventilglied erst dann mit dem Schließvorgang, sobald ein Druck p_TR in einem Düsenraum kleiner als ein Druck p_ST in einem Steuerraum wird. Da das Einspritzventilglied jedoch eine bestimmte Zeit t_S benötigt, bis es wieder in seinen Sitz im Injektorkörper des Kraftstoffinjektors angelangt ist und die unterhalb des Sitzes angeordneten Einspritzöffnungen verschließt, spritzt der Kraftstoffinjektor in der Schlussphase des Einspritzvorganges mit einem Einspritzdruck ein, der unterhalb des im Hochdruckspeicher herrschenden Druckes liegt. Aufgrunddessen ist die Einspritzrate eines derartigen Kraftstoffinjektors durch ein Plateau, d. h. eine Eindellung, gekennzeichnet. Aufgrund des in der Schlussphase der Einspritzung abnehmenden Einspritzdruckes verändert sich jedoch die Emissionszusammensetzung einer derart betriebenen Verbrennungskraftmaschine zum Negativen, d. h. im Abgas sind zu viele Schadstoffe enthalten.Pressure-controlled fuel injectors with pressure booster, hydraulic nozzle opening pressure and control via only one control valve are for example out DE 102 18 904 A1 known. The fuel injection device disclosed therein comprises a fuel injector, which can be supplied by a high-pressure fuel source, with a pressure booster device. In this projecting a closing piston of the fuel injector into a closing pressure chamber, so that a closing piston can be acted upon by fuel pressure to achieve a force acting in the closing direction on the closing piston force. The closing pressure chamber and the rear space of the pressure booster device are formed by a common closing pressure-return chamber, wherein all portions of the closing pressure-return space are permanently connected to each other for the exchange of fuel. This makes it possible to achieve a relatively low injection opening pressure despite a relatively low pressure increase by the pressure booster device. In the open state of a preferably needle-shaped injection valve member, the effective area, on which a damper chamber pressure acts, is the same size as the area on which the injection pressure acts. Due to this circumstance, the injection valve member only begins the closing process as soon as a pressure p _TR in a nozzle chamber becomes smaller than a pressure p _ST in a control chamber. However, since the injection valve member requires a certain time t _S until it has returned to its seat in the injector body of the fuel injector and closes the injection openings arranged below the seat, the fuel injector injects in the final phase of the injection process with an injection pressure below that in the high-pressure accumulator prevailing pressure. Due to this, the injection rate of such a fuel injector is characterized by a plateau, ie a dent. Due to the decreasing injection pressure in the final phase of the injection, however, the emission composition of an internal combustion engine operated in this way changes to the negative, ie the exhaust gas contains too many pollutants.

Es ist bekannt, Piezoaktoren zum Antrieb mechanischer oder hydraulischer Steuerglieder oder Ventile einzusetzen. Insbesondere zum Antrieb und zur Betätigung von Einspritzventilen in Kraftstoffeinspritzeinrichtungen bei direkt einspritzenden Verbrennungskraftmaschinen finden Piezoaktoren zunehmend Verwendung. Besonders vorteilhaft erscheinen direktgesteuerte Systeme, da diese sehr schnell reagieren und das mehrfache Einspritzen von Kraftstoff in kurzen zeitlichen Abständen während eines Verbrennungstaktes erlauben. Mehrfacheinspritzungen erweisen sich in Bezug auf Geräuschkomfort und Abgasqualität als sehr vorteilhaft. Bei direktgesteuerten Kraftstoffeinspritzventilen umgibt das einzuspritzende Medium, d. h. im Regelfall der Kraftstoff, den das Einspritzventil betätigenden Aktor. In diesem Zusammenhang wird auch von einem „nassen" Aktor gesprochen.It is known, piezo actuators for driving mechanical or hydraulic Use control links or valves. In particular to the drive and for actuating injectors in fuel injectors In directly injecting internal combustion engines find piezo actuators increasingly use. Particularly advantageous appear directly controlled Systems, as they react very fast and multiple injections of fuel at short intervals during allow a combustion cycle. To prove multiple injections in terms of noise comfort and exhaust quality as very beneficial. For direct operated fuel injection valves surrounds the medium to be injected, d. H. usually the fuel, the actuator actuating the injection valve. In this context is also spoken by a "wet" actor.

Da einzuspritzende Medien, wie zum Beispiel Dieselkraftstoff, teilweise elektrisch leitend sind und korrosive Eigenschaften haben können, ist das eingesetzte Piezoaktormodul gegenüber dem einzuspritzende Medium zu isolieren. Im Stand der Technik erfolgt diese Isolation des Aktormoduls gegen das einzuspritzende Medium durch einen auf den Aktor aufgebrachten Überzug in Gestalt eines Schrumpfschlauches oder durch aufwändig aufgebrachte Beschichtungen. Eine dergestalt auf einem Piezoaktor aufgebrachte Isolierung erweist sich insbesondere bei hohen Systemdrücken, die mehr als 1600 bar betragen können, als problematisch, einerseits bezüglich der Kosten und andererseits bezüglich der erzielbaren Dauerhaltbarkeit. Die Notwendigkeit zur Verbesserung der Abgasqualität direkt einspritzender Verbrennungskraftmaschinen durch eine weitere Anhebung der Einspritzdrücke verschärft diese Problematik zusätzlich.There injected media, such as diesel fuel, partially are electrically conductive and may have corrosive properties, is the inserted piezoelectric actuator module to be injected Isolate medium. In the prior art, this isolation takes place of the actuator module against the medium to be injected by a on the actuator applied coating in the form of a shrink tube or by consuming applied coatings. A in such a way applied to a piezoelectric actuator applied insulation especially at high system pressures exceeding 1600 bar, as a problem, on the one hand in terms of cost and on the other hand the achievable durability. The need for improvement the exhaust quality of directly injecting internal combustion engines exacerbated by a further increase in injection pressures this problem in addition.

Ein weiteres Problemfeld in Bezug auf die in Rede stehenden Kraftstoffinjektoren stellen hydraulische Druckschwingungen dar, die im einzuspritzenden Medium, in der Regel Kraftstoff, durch schnelles Öffnen und schnelles Schließen des Einspritzventilgliedes hervorgerufen werden. Damit diese auftretenden Druckschwingungen die einzuspritzende Kraftstoffmenge nicht unkontrolliert beeinflussen, was zur unerwünschten Abweichungen im Verbrennungsablauf und hinsichtlich der erzielbaren Abgasqualität führen kann, sind diese Druckschwingungen durch ausreichend große Flüssigkeitsvolumina innerhalb des Kraftstoffinjektors zu bedämpfen.One Another problem area with respect to the fuel injectors in question represent hydraulic pressure oscillations to be injected in the Medium, usually fuel, by opening quickly and caused rapid closing of the injection valve member become. So that these occurring pressure oscillations the fuel quantity to be injected do not influence uncontrollably, causing the undesirable Deviations in the combustion process and in terms of achievable Can lead exhaust gas quality, these pressure oscillations through sufficiently large volumes of liquid within to dampen the fuel injector.

Bei zukünftig zu erwartenden Neuentwicklungen von Kraftstoffinjektoren für Hochdruckeinspritzsysteme wird der Schwerpunkt auf Robustheit und kostengünstiger Herstellbarkeit liegen. Des Weiteren haben künftige Injektorgenerationen die neuen nochmals verschärften Abgasnormen, so zum Beispiel die Norm EU5 und weitere zu erwartende Normen, zu erfüllen. Die Abgaswerte werden bei heutigen und zukünftigen Systemauslegungen mehrheitlich über eine Druckerhöhung, so zum Beispiel über eine Systemdruckerhöhung im Hochdruckspeicherraum (Common-Rail) sowie über intelligente Ansteuerstrategien, welche eine sehr eng gelagerte Mehrfacheinspritzung voraussetzen, zu reduzieren sein. Die heute eingesetzten, insbesondere bei Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail) eingesetzten Kraftstoffinjektoren sind hinsichtlich ihres Aufbaus sehr teuer, da sie eine Vielzahl von hochgenau zu bearbeitenden Komponenten aufweisen und für zukünftig zu erwartende Ansteuerstrategien nur bedingt tauglich sind.Future developments of fuel injectors for high-pressure injection systems will focus on robustness and cost-effective manufacturability. In addition, future generations of injectors will have to meet the new, even more stringent emissions standards, such as the EU5 standard and other standards to be expected. The exhaust gas values are to be reduced in the majority of today's and future system designs via an increase in pressure, such as a system pressure increase in the high-pressure reservoir (common rail) as well as intelligent control strategies, which require a very closely spaced multiple injection. The fuel injectors used today, especially in high-pressure accumulator injection systems (common rail) used fuel injectors are very expensive in terms of their structure, as they have a variety of hochge Have to be machined components and are suitable for future expected driving strategies only conditionally.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Kraftstoffinjektor erlaubt eine Realisierung von kurz aufeinanderfolgenden Mehrfacheinspritzungen und eine sehr gute Reproduzierbarkeit hinsichtlich der eingebrachten Kraftstoffmenge, d. h. eine besonders gute Hub/Hub-Stabilität. Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor ist ein schnellschaltendes, toleranzunempfindliches Schaltventil eingebaut, welches auch bei höheren Systemdrücken, die im Hochdruckspeicherkörper mittels eines Hochdruckaggregates erzeugt werden, problemlos schaltet. Das Schaltventil wird bevorzugt druckausgeglichen ausgebildet, so dass geringere Schaltkräfte notwendig sind. Dies wiederum begünstigt die Beaufschlagung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors mit höheren Systemdrücken, d. h. höheren im Hochdruckspeicher erzeugten Drücken. Durch die Entkopplung des Betätigungsorganes, bei dem es sich z. B. um einen Piezoaktor handelt, vom Kraftstoff, insbesondere vom Dieselkraftstoff, wird die Integration des Aktormoduls in den Kraftstoffinjektor wesentlich einfacher und damit kostengünstiger, da der Aktor der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung nunmehr nicht mehr gegen den Kraftstoff abzuschirmen ist. Die erheblich reduzierte Anzahl der Bauteile führt zu einem kostengünstig in Großserienproduktion herstellbaren Kraftstoffinjektor, der insbesondere an Hochdruckspeichereinspritzsystemen (Common-Rail) eingesetzt werden kann.Of the Inventive proposed fuel injector allows a realization of short consecutive multiple injections and a very good reproducibility with regard to the introduced Fuel quantity, d. H. a particularly good stroke / stroke stability. In accordance with the invention proposed fuel injector is a fast-switching, tolerance-insensitive switching valve installed, which also at higher system pressures, in the high pressure reservoir body by means of a high pressure unit be generated, switches smoothly. The switching valve is preferred designed pressure-balanced, so that lower switching forces necessary. This in turn favors the admission of the Inventive proposed fuel injector with higher system pressures, d. H. higher in the high-pressure accumulator generated pressures. By decoupling the actuator, which is z. B. one Piezoaktor acts of fuel, especially diesel fuel, the integration of the actuator module in the fuel injector becomes essential simpler and thus more cost-effective, since the actuator proposed by the invention Solution now no longer shield against the fuel is. The significantly reduced number of components leads at a cost in mass production producible fuel injector, in particular on high-pressure accumulator injection systems (common rail) can be used.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, wird das bevorzugt als Piezoaktor ausgebildete Betätigungsorgan in einem kraftstofffreien, insbesondere in einem dieselkraftstofffreien Raum im Haltekörper untergebracht, welcher zum einen durch eine zum Beispiel als O-Ring ausgebildete Abdichtung und zum anderen durch ein Federelement vom Niederdruckpfad des Kraftstoffinjektors getrennt ist, so dass das Aktormodul nicht durch den noch unter einem Restdruckniveau stehenden Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, beaufschlagt ist.Of the proposed solution according to the invention following, preferably designed as a piezoelectric actuator is in a fuel-free, especially in a diesel fuel-free Room housed in the holding body, which on the one hand by a for example, formed as an O-ring seal and the other by a spring element from the low pressure path of the fuel injector is disconnected, so that the actuator module is not under the still under one Residual pressure level of standing fuel, in particular diesel fuel, is charged.

Das druckausgeglichen ausgebildete Schaltventil umfasst einen Führungsstift, einen Ventilbolzen sowie eine Druckfeder, welche den Ventilbolzen in einer Ruhestellung gegen einen Dichtsitz drückt. An der den Einspritzöffnungen zugewandten Stirnfläche des Füh rungsstiftes steht ein in einem Steuerraum herrschender Druck an, so dass der Führungsstift stets gegen eine Einstellscheibe gedrückt wird. Bedingt durch den relativ großen Druckunterschied zwischen dem Hochdruckbereich und dem Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors, kommt es zu einer kontinuierlichen Leckage durch die Radialführung zwischen dem Führungsstift, der im Ventilbolzen verschieblich aufgenommen ist. Diese Leckage wird durch die Radialführung zwischen Ventilbolzen und Ventilbohrung über mindestens eine Querbohrung in einen Niederdruckraum und von dort in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors geleitet.The pressure balanced trained switching valve comprises a guide pin, a valve pin and a compression spring which the valve pin in a rest position presses against a sealing seat. At the the injection openings facing the end face of the Fuhrungsstiftes stands in a control room ruling Press on so that the guide pin is always against a dial is pressed. Due to the relatively large Pressure difference between the high pressure area and the low pressure area of the fuel injector, there is a continuous leakage through the radial guide between the guide pin, which is slidably received in the valve pin. This leakage is transmitted through the radial guide between the valve pin and valve bore at least one transverse hole in a low pressure chamber and from there passed into a low pressure region of the fuel injector.

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 einen Schnitt durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektor, einen Haltekörper einer Drosselplatte sowie ein Düsenmodul umfassend, die zusammen mit einer Düsenspannmutter einen Schraubverbund bilden, 1 a section through the inventively proposed fuel injector comprising a holding body of a throttle plate and a nozzle module, which together with a nozzle retaining nut form a Schraubverbund,

1.1 ein niederdruckseitiges Drosselrückschlagventil, 1.1 a low-pressure side throttle check valve,

2 eine vergrößerte Darstellung des druckausgeglichen ausgebildeten, als 2/2-Wege-Ventil ausgebildeten Schaltventiles, 2 an enlarged view of the pressure-compensated designed as a 2/2-way valve switching valve,

3 eine alternative Ausgestaltung der Ankopplung eines hydraulischen Kopplers. 3 an alternative embodiment of the coupling of a hydraulic coupler.

Ausführungsformenembodiments

1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors, einen Haltekörper, eine Drosselplatte, ein Düsenmodul umfassend, die miteinander über eine Düsenspannmutter zu einem Schraubverbund gefügt sind. 1 shows an embodiment of the inventively proposed fuel injector comprising a holding body, a throttle plate, a nozzle module, which are joined together via a nozzle lock nut to a screw connection.

Der Darstellung gemäß 1 ist entnehmbar, dass ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kraftstoffinjektor 10 ein Düsenmodul 12, eine Drosselplatte 14 sowie einen Haltekörper 18 umfasst, die über eine Düsenspannmutter 16 miteinander gefügt sind und einen Schraubverbund bilden. Die in den Kraftstoffinjektor 10 eingebrachte Axialkraft, mit der das Düsenmodul 12, die Drosselplatte 14 sowie der Haltekörper 18 miteinander verspannt sind, ist abhängig von dem Anzugsdrehmoment, mit dem die Düsenspannmutter 16 bei der Montage beaufschlagt wird.The representation according to 1 is removable, that an inventively designed fuel injector 10 a nozzle module 12 , a throttle plate 14 and a holding body 18 includes, via a nozzle retaining nut 16 are joined together and form a screw connection. The in the fuel injector 10 introduced axial force with which the nozzle module 12 , the throttle plate 14 as well as the holding body 18 are braced with each other, depends on the tightening torque, with the nozzle retaining nut 16 is acted upon during assembly.

Im Haltekörper 18 des Kraftstoffinjektors 10 befindet sich ein Aktormodul 20. Mittels des Aktormoduls 20 wird ein hydraulisches 2/2-Wege-Schaltventil 22 angesteuert. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend, ist das Aktormodul 20 in einem kraftstofffreien Raum 24 im Haltekörper 18 angeordnet. Der kraftstofffreie Raum 24 ist durch eine Abdichtung 26, die in einfacher und wirksamer Weise als O-Ring ausgebildet ist, und zum anderen durch ein Federelement 28 vom Niederdruckpfad des Kraftstoffinjektors 10 getrennt. Das Federelement 28 ist einerseits an einem oberen Bund 32 mit einem Kopplerkopf 34 stoffschlüssig verbunden, so zum Beispiel verklebt oder verschweißt, und hält den Aktor des Aktormoduls 20 in jedem seiner Betriebszustände unter einer definierten Vorspannung. Des Weiteren ist das Federelement 28 am unteren Bund 36 derart ausgebildet, dass ein Radialspiel zwischen dem Kopplerkopf 34 und dem Federelement 28 einen kurzzeitigen Druckaufbau innerhalb eines Kopplerraumes 38 zulässt. Die Einstellung der durch das Federelement 28 erzeugten Federkraft erfolgt durch die Einstellscheibe 40, die im unteren Bereich des Haltekörpers 18 oberhalb einer oberen Planseite der Drosselplatte 14 eingelegt ist. Zwischen der Einstellscheibe 40, dem Haltekörper 18 und dem unteren Bund 36 befindet sich die Abdichtung 26, die in bevorzugter Weise als O-Ring ausgebildet ist.In the holding body 18 of the fuel injector 10 there is an actuator module 20 , By means of the actuator module 20 becomes a hydraulic 2/2-way switching valve 22 driven. Following the solution proposed according to the invention is the actuator module 20 in a fuel-free room 24 in the holding body 18 arranged. The fuel-free room 24 is through a seal 26 , which is formed in a simple and effective manner as an O-ring, and on the other by a spring element 28 from the low pressure path of Kraftst offinjektors 10 separated. The spring element 28 is on the one hand on an upper waistband 32 with a coupler head 34 cohesively connected, so for example glued or welded, and holds the actuator of the actuator module 20 in each of its operating states under a defined bias voltage. Furthermore, the spring element 28 at the bottom 36 formed such that a radial play between the coupler head 34 and the spring element 28 a short-term pressure build-up within a coupler space 38 allows. The adjustment of the spring element 28 spring force generated by the shim 40 at the bottom of the holder body 18 above an upper plan side of the throttle plate 14 is inserted. Between the dial 40 , the holding body 18 and the lower fret 36 is the seal 26 , which is preferably formed as an O-ring.

Unterhalb der Einstellscheibe 40, die unter Zwischenschaltung der Abdichtung 26 in den Haltekörper 18 des Kraftstoffinjektors 10 eingelassen ist, befindet sich das druckausgeglichen ausgebildete 2/2-Wege-Schaltventil 22.Below the dial 40 , with the interposition of the seal 26 in the holding body 18 of the fuel injector 10 is recessed, there is the pressure balanced trained 2/2-way switching valve 22 ,

1.1 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Niederdruckseite. 1.1 shows an enlarged view of the low pressure side.

In der Niederdruckleitung, über welche Leckage aus der Leckagebohrung 64 in den Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors 10 abgesteuert wird, ist zur Erhöhung des niederdruckseitigen Restdruckes ein Drosselrückschlagventil 100 eingelassen. Anstelle des in 1.1 in vergrößerter Darstellung wiedergegebenen Drosselrückschlagventiles 100 kann auch in der Leitung unmittelbar eine Drosselstelle ausgebildet sein.In the low pressure line, about which leakage from the leakage hole 64 in the low pressure region of the fuel injector 10 is controlled to increase the low pressure side residual pressure is a throttle check valve 100 admitted. Instead of in 1.1 in an enlarged view reproduced throttle check valve 100 can also be formed in the line directly a throttle point.

Der Darstellung gemäß 2 ist entnehmbar, dass das 2/2-Wege-Ventil 22 einen Ventilbolzen oder Ventilkolben 44 aufweist, der eine Durchgangsöffnung, insbesondere eine Durchgangsbohrung, aufweist, in der sich ein Führungsstift 42 befindet. Der Ventilbolzen oder Ventilkolben 44 des 2/2-Wege-Schaltventiles 22 wird über eine Druckfeder 46 beaufschlagt, die sich – wie in 1 dargestellt – an der Unterseite der in den Haltekörper 18 eingelegten Einstellscheibe 40 abstützt. An der dem Düsenmodul 12 zuweisenden Stirnsei te ist der Führungsstift 42 mit in einem Steuerraum 86 herrschenden Systemdruck beaufschlagt. Dadurch wird der Führungsstift 42 mit seiner gegenüberliegenden Stirnseite gegen die untere Stirnseite der Einstellscheibe 40 gedrückt. Bedingt durch den großen Druckunterschied zwischen einem Hochdruckbereich 52, d. h. einem Bereich, in dem Systemdruck vom Steuerraum 86 aus anliegend, herrscht, und einem Ventilraum 54 oberhalb des Ventilbolzens oder Ventilkolbens 44, kommt es zu einer kontinuierlichen Leckage entlang einer Radialführung 56, in der der Führungsstift 42 im Ventilbolzen oder Ventilkolben 44 des druckausgeglichen ausgebildeten 2/2-Wege-Ventils 22 geführt ist. Diese kontinuierlich über die Radialführung 56 abströmende Leckagemenge wird wiederum durch die Radialführung zwischen dem Ventilbolzen beziehungsweise Ventilkolben 44 und einer Ventilbohrung 58 über mindestens eine Querbohrung 60, eine Leckagebohrung 64 und einen Niederdruckraum 62 in den Niederdruckbereich 66 des Kraftstoffinjektors abgesteuert.The representation according to 2 is removable, that the 2/2-way valve 22 a valve pin or valve piston 44 having a through hole, in particular a through hole, in which a guide pin 42 located. The valve pin or valve piston 44 of the 2/2-way switching valve 22 is via a compression spring 46 which, as in 1 shown - at the bottom of the holding body 18 inserted shim 40 supported. At the nozzle module 12 assigning Stirnsei te is the guide pin 42 with in a control room 86 prevailing system pressure applied. This will be the guide pin 42 with its opposite end face against the lower end face of the shim 40 pressed. Due to the large pressure difference between a high pressure area 52 ie an area in which system pressure from the control room 86 out of fitting, prevails, and a valve room 54 above the valve pin or valve piston 44 , there is a continuous leakage along a radial guide 56 in which the guide pin 42 in the valve pin or valve piston 44 the pressure balanced trained 2/2-way valve 22 is guided. This continuously over the radial guidance 56 outflowing leakage is again through the radial guide between the valve pin or valve piston 44 and a valve bore 58 via at least one transverse bore 60 , a leakage hole 64 and a low pressure room 62 in the low pressure area 66 of the fuel injector.

Zurückkommend auf die Darstellung gemäß 1, ist im Düsenmodul 12 des Schraubverbundes des Kraftstoffinjektors 10 ein Düsenraum 68 ausgebildet. Der Düsenraum 68 ist durch eine Steuerraumhülse 85 vom Steuerraum 86 getrennt. Die Steuerraumhülse 85 ist durch eine Druckfeder beaufschlagt, die sich an einem Bund eines bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 92 abstützt. Der Düsenraum 68 wird über eine Hochdruckpumpe 7 oder eine andere Hochdruckquelle, wie zum Beispiel einen Hochdrucksammelraum (Common-Rail) eines Kraftstoffeinspritzsystems mit unter jeweiligem Systemdruck stehenden Kraftstoff versorgt. Der unter Systemdruck stehende Kraftstoff strömt über Versorgungsbohrungen 70 durch den Haltekörper 18 und die Drosselplatte 14 dem Düsenraum 68 zu. Der Steuerraum 86 wird über einen Abzweig von der Versorgungsbohrung 70, in der eine Zulaufdrossel 96 ausgebildet ist, mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt. Die Druckentlastung des Steuerraumes 86 erfolgt mittels des druckausgeglichen ausgebildeten 2/2-Wege-Schaltventiles 22 und über eine den Steuerraum 86 druckentlastende, zum Führungsstift 42 im Ventilbolzen oder Ventilkolben 44 fluchtend angebrachte Ablaufdrossel 88. Bezugszeichen 90 bezeichnet den Durchmesser, den das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 92 im Bereich seines Sitzes oberhalb der mindestens einen Einspritzöffnung 94 im Düsenmodul 12 aufweist. Der Darstellung gemäß 1 kann überdies entnommen werden, dass das Aktormodul 20 einen aus einem Piezokristallstapel geschichtet aufgebauten Aktor 74 aufnimmt, der über eine elektrische Kontaktierung 56 bestrombar ist. Mit Bezugszeichen 80 ist ein Aktorfuß bezeichnet, Bezugszeichen 84 bezeichnet einen Ventilsitz gemäß der Darstellung in 2, auf dem eine auch ballig ausbildbare Unterseite des Ventilbolzens oder Ventilkolbens 44 des druckausgeglichen ausgebildeten 2/2-Wege-Schaltventils 22 aufsitzt. Der in 2 dargestellte Bereich stellt eine vergrößerte Darstellung des in 1 bereits dargestellten 2/2-Wege-Schaltventils 22 dar.Coming back to the presentation according to 1 , is in the nozzle module 12 the Schraubverbundes the fuel injector 10 a nozzle space 68 educated. The nozzle room 68 is through a control chamber sleeve 85 from the control room 86 separated. The control chamber sleeve 85 is acted upon by a compression spring which bears against a collar of a preferably needle-shaped injection valve member 92 supported. The nozzle room 68 is via a high pressure pump 7 or another high-pressure source, such as a high-pressure common rail of a fuel injection system supplied with fuel under respective system pressure. The fuel under system pressure flows through supply holes 70 through the holding body 18 and the throttle plate 14 the nozzle space 68 to. The control room 86 is via a branch off the supply hole 70 in which an inlet throttle 96 is formed, pressurized with fuel under system pressure. The pressure relief of the control room 86 takes place by means of the pressure-compensated 2/2-way switching valve 22 and about the control room 86 pressure relieving, to the guide pin 42 in the valve pin or valve piston 44 flush mounted outlet throttle 88 , reference numeral 90 denotes the diameter of the preferred needle-shaped injection valve member 92 in the region of its seat above the at least one injection opening 94 in the nozzle module 12 having. The representation according to 1 In addition, it can be seen that the actuator module 20 a layered from a piezocrystal stack actuator 74 receives, via an electrical contact 56 is currentable. With reference number 80 is an actuator base referred to, reference numerals 84 denotes a valve seat as shown in FIG 2 , on which a convex underside of the valve pin or valve piston 44 the pressure compensated trained 2/2-way switching valve 22 seated. The in 2 shown area provides an enlarged view of the in 1 already shown 2/2-way switching valve 22 represents.

Im Zusammenhang mit der Darstellung gemäß 2 ist noch zu erwähnen, dass mit p_K der Druck im Kopplerraum 38 bezeichnet ist und p_N einen Druck bezeichnet, der im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors 10 herrscht.In connection with the presentation according to 2 It should also be mentioned that with p _K the pressure in the coupler space 38 is designated and p _N denotes a pressure in the low pressure region of the fuel injector 10 prevails.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, in den 1 und 2 dargestellten Kraftstoffinjektors stellt sich folgendermaßen dar:
Während der Öffnungsphase des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 92 wird der Aktor 74 über die elektrische Kontaktierung 76, die über eine niederdruckfeste Abdichtung 78 am Aktorfuß 80 aus dem Kraftstoffinjektor 10 geführt wird, invers angesteuert. Das inverse Ansteuern des Aktors 74 bedeutet, dass in der Ruhestellung des Aktors 74 eine positive Spannung an diesem anliegt. Der Aktor 74 hat somit in seiner Ruhestellung seine maximale Länge in axiale Richtung, d. h. in Richtung der Mittellinie des Piezokristallstapels – wie in 1 angedeutet.The operation of the invention proposed in the 1 and 2 illustrated fuel injector is shown as follows:
During the opening phase of the preferably needle-shaped injection valve member 92 becomes the actor 74 via the electrical contact 76 , which have a low-pressure seal 78 at the actuator base 80 from the fuel injector 10 is guided, inversely controlled. The inverse control of the actuator 74 means that in the resting position of the actor 74 a positive voltage is applied to this. The actor 74 Thus, in its rest position has its maximum length in the axial direction, ie in the direction of the center line of the piezocrystal stack - as in 1 indicated.

Wird der Piezoaktor 74 entladen, verkürzt sich seine Länge. Aufgrunddessen bewegt sich der Kopplerkopf 34 in vertikale Richtung nach oben. Bedingt durch das eng tolerierte Spiel zwischen dem Kopplerkopf 34 und dem Federelement 28 im Bereich des unteren Bundes 36 baut sich der Druck p_K innerhalb des Kopplerraumes 38 ab. Über die Verbindungsbohrung 82 baut sich im Ventilraum 54 der Druck ebenfalls ab. Da der Ventilsitz 84 am Ventilkolben 44 den Sitzdurchmesser d_S aufweist, wirkt in Öffnungsrichtung eine hydraulische Kraft F_Öff an der Fläche π/4·(d_V ² – d_S ²). Der Druck im Rücklaufsystem liegt höher als 1 bar, bedingt durch eine dort angeordnete Drossel 100 oder ein Drosselrückschlagventil 100, vergleiche 1.1.Will the piezo actuator 74 unloaded, its length shortens. Because of this, the coupler head moves 34 in vertical direction upwards. Due to the tight tolerance between the Kopplerkopf 34 and the spring element 28 in the area of the lower federal 36 the pressure p _K builds up within the coupler space 38 from. About the connection hole 82 builds up in the valve room 54 the pressure also decreases. Because the valve seat 84 on the valve piston 44 the seat diameter d _S , acts in the opening direction, a hydraulic force F _Öff on the surface π / 4 · (d _V ² - d _S ² ). The pressure in the return system is higher than 1 bar, due to a throttle arranged there 100 or a throttle check valve 100 , compare 1.1 ,

Der Ventilbolzen beziehungsweise der Ventilkolben 44 verfährt erst aus seinem Dichtsitz 48, wenn eine in Schließrichtung wirkende Kraft F_Schließ ≤ F_Öff beträgt, wobei F_Schließ aus der Federkraft F_F und der hydraulischen Kraft F_Hyd, die ebenfalls an der Fläche π/4·(d_V ² – d_S ²) wirkt, gebildet wird. Der Ventilbolzen beziehungsweise der Ventilkolben 44 verfährt bis zum Anschlag, der durch die Unterkante der Einstellscheibe 40 gebildet wird. Da nun der Niederdruckpfad freigegeben wird, baut sich der Druck im Steuerraum 86 oberhalb des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 92 über die Ablaufdrossel 88 ab. Bedingt durch die Ausbildung einer Druckstufe oberhalb des Nadelsitzdurchmessers 90 bewegt sich das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 92 aus seinem Sitz und ermöglicht eine Einspritzung von unter Systemdruck stehendem Kraftstoff über die mindestens eine am brennraumseitigen Ende des Düsenmoduls 12 angeordnete Einspritzöffnung 94. Über die Dimensionierung der Ablaufdrossel 88 sowie die Dimensionie rung der Zulaufdrossel 96 kann die Öffnungsgeschwindigkeit beziehungsweise die Schließgeschwindigkeit des nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes vorgegeben werden.The valve pin or the valve piston 44 only moves out of his tight seat 48 When a force acting in the closing direction force F _closing ≤ F _Publ is where F is _closed from the spring force F _F and the hydraulic force F _Hyd that also at the area π / 4 · (d _V ² - d _S ²⁾ acts formed, becomes. The valve pin or the valve piston 44 moves up to the stop, which passes through the lower edge of the shim 40 is formed. Now that the low-pressure path is released, the pressure builds up in the control room 86 above the preferred needle-shaped injection valve member 92 over the outlet throttle 88 from. Due to the formation of a pressure level above the needle seat diameter 90 moves the preferred needle-shaped injection valve member 92 from its seat and allows injection of system under pressure fuel over the at least one of the combustion chamber end of the nozzle module 12 arranged injection port 94 , About the dimensioning of the outlet throttle 88 as well as the dimensioning tion of the inlet throttle 96 the opening speed or the closing speed of the needle-shaped injection valve member can be predetermined.

Zur Beendigung der Einspritzung wird der Piezoaktor 74 des Aktormoduls 20 wieder auf seine Basisspannung geladen, so dass sich, im Gegensatz zur Öffnungsphase des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 92, in der Schließphase die längste Ausdehnung des Piezokristallstapels des Aktors 74 einstellt. Aufgrund der Längung des Piezokristallstapels des Piezoaktors 74 bei Beaufschlagung mit seiner Basisspannung wird das im Kopplerraum 38 enthaltene Kraftstoffvolumen komprimiert, so dass der Druck p_K im Kopplerraum ansteigt. Da nun der Druck p_K im Kopplerraum den im Niederdruckbereich herrschenden Druck p_N unterhalb der Ventilsitzfläche 84 übersteigt, verfährt der Ventilbolzen beziehungsweise der Ventilkolben 44 wieder in den Dichtsitz 48 und entkoppelt die Verbindung zwischen dem Steuerraum 86 und dem niederdruckseitigen Bereich des Kraftstoffinjektors 10. Daraufhin gleicht sich der Druck im Steuerraum 86 durch den Zufluss über die Zulaufdrossel 96 wieder dem Systemdruck an, der im Hochdrucksammelraum herrscht oder durch ein Hochdruckförderaggregat erzeugt wird.To complete the injection, the piezoelectric actuator 74 of the actuator module 20 again charged to its base voltage, so that, in contrast to the opening phase of the preferably needle-shaped injection valve member 92 , in the closing phase, the longest extent of the piezocrystal stack of the actuator 74 established. Due to the elongation of the piezocrystal stack of the piezoelectric actuator 74 when subjected to its base voltage that is in the coupler space 38 contained fuel volume is compressed, so that the pressure p _{K increases} in the coupler space. Since now the pressure p _K in the coupler space the pressure prevailing in the low pressure area p _N below the valve seat surface 84 exceeds, moves the valve pin or the valve piston 44 back in the tight seat 48 and decouples the connection between the control room 86 and the low-pressure side region of the fuel injector 10 , As a result, the pressure in the control room is similar 86 through the inflow via the inlet throttle 96 again to the system pressure prevailing in the high-pressure collecting chamber or generated by a high-pressure pumping unit.

Da am brennraumseitigen Ende des bevorzugt nadelförmig ausgebildeten Einspritzventilgliedes 92 ein geringerer Druck herrscht als an der dem Brennraum abgewandten Stirnfläche des Einspritzventilgliedes 92 innerhalb des Steuerraumes 86, verfährt das bevorzugt nadelförmig ausgebildete Einspritzventilglied 92 wieder in seinen Düsensitz, so dass die Einspritzung beendet ist.Since the combustion chamber end of the preferably needle-shaped injection valve member 92 a lower pressure prevails than at the combustion chamber facing away from the end face of the injection valve member 92 within the control room 86 , moves the preferred needle-shaped injection valve member 92 back into his nozzle seat, so that the injection is finished.

Alternativ zur in den 1 und 2 vorstehend beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffinjektors 10, ist eine Befüllung des kraftstofffreien Raumes 24 mit einem elektrisch isolierenden Fluid denkbar. Durch das elektrisch isolierende Fluid wird bewirkt, dass die Temperatur am Aktor 74, welche im Betrieb des Aktors 74 entsteht, aufgrund des höheren Temperaturleitwertes von Flüssigkeiten gegenüber Luft schneller abgeführt werden kann.Alternatively to in the 1 and 2 above-described embodiment of the present invention proposed fuel injector 10 , is a filling of the fuel-free space 24 conceivable with an electrically insulating fluid. The electrically insulating fluid causes the temperature at the actuator 74 which in the operation of the actuator 74 arises due to the higher thermal conductivity of liquids compared to air can be dissipated faster.

3 zeigt eine alternative Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors 10, bei der eine zusätzliche Hülse 98 in den Innendurchmesser des Federelementes 28 eingepresst ist. Zu dieser Ausführungsvariante kann dann gegriffen werden, falls die Radialführung zwischen dem Kopplerkopf 34 und dem Federelement 28 am unteren Bund 36 aus fertigungstechnischen Gründen nicht umsetzbar ist. 3 shows an alternative embodiment of the fuel injector 10 in which an additional sleeve 98 in the inner diameter of the spring element 28 is pressed. For this embodiment can then be used, if the radial guide between the coupler head 34 and the spring element 28 at the bottom 36 for manufacturing reasons is not feasible.

Durch die Drossel 100 beziehungsweise das in der Niederdruckleitung angeordnete Drosselrückschlagventil im Niederdruckbereich wird der Druck angehoben. Anstelle der in 1 dargestellten Drosselstelle 100 kann in der Niederdruckleitung auch das in 1.1 dargestellte Drosselrückschlagventil 100 eingesetzt werden, durch das das niederdruckseitige Druckniveau angehoben wird. Je höher das Niederdruckniveau gehalten werden kann, umso leichter lässt sich die Funktion des Schaltventiles aufgrund des geringen Aktorhubes umsetzen.Through the throttle 100 or arranged in the low pressure line throttle check valve in the low pressure range, the pressure is raised. Instead of in 1 illustrated throttle point 100 can in the low pressure line also in 1.1 shown throttle check valve 100 can be used, by which the low-pressure side pressure level is raised. The higher the low pressure level can be maintained, the easier the function of the switching valve can be implemented due to the small Aktorhubes.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10218904 A1 [0001]

Claims

Fuel injector ( 10 ) with a nozzle module ( 12 ), a throttle plate ( 14 ) and a holding body ( 18 ), wherein in the holding body ( 18 ) an actuator module ( 20 . 74 ), which is a switching valve ( 22 ) for pressurizing or depressurizing a control room ( 86 ), via which a preferably needle-shaped injection valve member ( 92 ), characterized in that the 2/2-way switching valve ( 22 ) is pressure balanced, a valve body ( 44 ), which contains a passage opening in which a guide pin ( 42 ) guided within a high-pressure area ( 52 ) is pressurized with fuel under system pressure.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the valve body ( 44 ) of the 2/2-way switching valve ( 22 ) of a compression spring ( 46 ) is applied to a shim ( 40 ) on the holding body ( 18 ) is supported.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the passage opening in the valve body ( 44 ) with a channel for pressure relief of the control room ( 86 ), in which an outlet throttle ( 88 ) is trained.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the actuator module ( 20 ), in particular a piezoelectric actuator ( 74 ), in a fuel-free room ( 24 ) within the holding body ( 18 ) is recorded.

Fuel injector according to claim 4, characterized in that the fuel-free space ( 24 ) by a seal ( 26 ) on the one hand and by a coupler head ( 34 ) acting spring element ( 28 ) is sealed against fuel.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the spring element ( 28 ) from an upper collar ( 32 ) of the coupler head ( 34 ) to its lower collar ( 36 ) and between the shim ( 40 ) and the holding body ( 18 ) is clamped.

Fuel injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the actuator module ( 20 ), in particular the actuator ( 74 ), in each operating state via the upper collar ( 32 ) on the coupler head ( 34 ) positively fastened spring element ( 28 ) is held under prestress.

Fuel injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the spring element ( 28 ) on the upper fret ( 32 ) of the coupler head ( 34 ) is positively secured and the spring element ( 28 ) via an additionally pressed-in sleeve ( 98 ) on the holding body ( 18 ) is attached.

Fuel injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that the adjusting disk ( 40 ) a connection hole ( 82 ), via which a coupler space ( 38 ) below the coupler head ( 34 ) and a valve space ( 54 ) above the valve body ( 44 ) of the 2/2-way switching valve ( 22 ) communicate hydraulically.

Fuel injector according to one or more of the preceding claims, characterized in that via a radial guide ( 56 ) of the guide pin ( 52 ) in the valve body ( 44 ) leakage through a leakage hole ( 64 ) in the low pressure range ( 66 ) is discharged from the fuel injection system.