DE102008002419A1

DE102008002419A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102008002419A1
Application number: DE102008002419A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-17
Also published as: EP2133552A1; ATE486211T1; DE502009000146D1; EP2133552B1

Abstract

The injector (1) has a low-pressure chamber (27) provided in a slave piston (19), where volume of the chamber is decreased during an opening stroke of a valve needle (8). The chamber is arranged in a blind hole (24) that is opened towards a coupling chamber sided front side of the slave piston. The chamber is closed by a plunger (25) extending into the blind hole. The chamber communicates with a relative depressurized fuel reservoir or tank via an axial bore hole penetrating the plunger. An actuator (13) i.e. piezoelectric element, is hydraulically coupled with the valve needle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a fuel injector according to the Preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, zur Einbringung von Kraftstoff in direkteinspritzende Dieselmotoren hubgesteuerte Kraftstoffinjektoren zu verwenden. Damit wird der Vorteil geboten, dass der Einspritzdruck an Last und Drehzahl angepasst werden kann. Die Ansteuerung der Injektoren kann durch einen Piezoaktor direkt oder unter Zwischenschaltung eines Servo-Steuerraumes erfolgen.It is known for introducing fuel into direct injection Diesel engines use stroke-controlled fuel injectors. In order to the advantage is offered that the injection pressure at load and speed can be adjusted. The control of the injectors can by a piezoelectric actuator directly or with the interposition of a servo control room respectively.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand und vermindertem Energiebedarf für den Aktor zu schaffen.task The invention is a fuel injector according to the The preamble of claim 1 to comparatively small constructive To create effort and reduced energy requirements for the actuator.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Kraftstoffinjektor mit

– einem Injektorgehäuse sowie einem darin angeordneten Hochdruckraum, der ständig mit einer Hochdruckquelle (common rail) für Kraftstoff kommuniziert und über durch eine Düsennadel oder dergleichen gesteuerte Düsen zur Einspritzung von Kraftstoff mit einem Brennraum verbindbar ist,
– einem Aktor, der mit der Düsennadel zu deren Betätigung hydraulisch gekoppelt ist, indem der Aktor mit einem Geberkolben, welcher in einem im Hochdruckraum abgetrennten Kopplungsraum arbeitet, und die Ventilnadel oder dergleichen mit einem im Kopplungsraum arbeitenden Nehmerkolben antriebsverbunden ist, und
– einem mit einem relativ drucklosem Kraftstoffreservoir (zum Beispiel Kraftstofftank) kommunizierenden Niederdruckraum am darin als Verdränger arbeitenden Nehmerkolben, wobei das Volumen des Niederdruckraumes beim Öffnungshub der Ventilnadel oder dergleichen abnimmt.

To solve this problem is a fuel injector with

An injector housing and a high-pressure chamber arranged therein, which is constantly communicating with a high-pressure source (common rail) for fuel and can be connected to a combustion chamber via nozzles which are controlled by a nozzle needle or the like for the injection of fuel,
- An actuator which is hydraulically coupled to the nozzle needle for their actuation by the actuator with a master piston, which operates in a separated in the high-pressure chamber coupling space, and the valve needle or the like with a slave piston operating in the coupling space is drivingly connected, and
- A low-pressure space communicating with a relatively pressureless fuel reservoir (for example fuel tank) on the slave piston operating therein as a displacer, the volume of the low-pressure chamber decreasing during the opening stroke of the valve needle or the like.

Zusätzlich zu diesem aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2006 062216.2 entnehmbaren Merkmalen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Niederdruckraum in einer zur kopplungsraumseitigen Stirnseite des Nehmerkolbens offenen Sackbohrung des Nehmerkolbens angeordnet und durch einen in die Sackbohrung hineinragenden relativ stationären Plunger abgeschlossen und über eine den Plunger durchsetzende Axialbohrung mit dem relativ drucklosen Kraftstoffreservoir in Verbindung steht.In addition to this from the not previously published DE 10 2006 062216.2 removable features is inventively provided that the low-pressure chamber arranged in a coupling space-side end face of the slave piston open blind bore of the slave piston and completed by a protruding into the blind bore relatively stationary plunger and a plunger passing through the axial bore with the relatively pressureless fuel reservoir in combination.

Aufgrund der besonderen Anordnung und Ausbildung des Niederdruckraumes wird in konstruktiv einfach zu verwirklichender Weise gewährleistet, dass im Schließzustand der Düsennadel oder dergleichen nur ein im Vergleich zum Querschnitt des Dichtsitzes der Düsennadel oder dergleichen an den Düsen verkleinerter Querschnitt der Düsennadel oder dergleichen von dem im Vergleich zum Brennraumdruck sehr hohen Druck im Hochdruckraum schließend belastet werden kann. Damit können die vom Aktor beim Öffnungshub der Düsennadel oder dergleichen aufzubringenden Stellkräfte vergleichsweise gering sein, so dass für den Stellhub vergleichsweise wenig Energie benötigt wird. Durch entsprechende Vorgabe des Durchmessers des stationären Plungers sowie der zugehörigen Sackbohrung im Nehmerkolben kann das Maß der notwendigen Stellkraft bzw. Energie beim Öffnungshub auf den Aktor eingestellt werden.by virtue of the special arrangement and training of low-pressure space is in structurally easy to be realized manner ensures that in the closed state of the nozzle needle or the like only one compared to the cross section of the sealing seat of the nozzle needle or the like reduced in cross-section at the nozzles the nozzle needle or the like of the compared to Combustion chamber pressure closing very high pressure in the high pressure chamber can be charged. This allows the actuator to open during the opening stroke the nozzle needle or the like applied actuating forces be comparatively low, so that comparatively for the Stellhub little energy is needed. By appropriate specification the diameter of the stationary plunger and the associated Blind hole in the slave piston can be the measure of the necessary actuating force or energy is set on the actuator during the opening stroke become.

Vorzugsweise sind zusätzliche Maßnahmen vorgesehen, um die beim Schließhub der Düsennadel oder dergleichen notwendigen Aktorkräfte gering zu halten.Preferably additional measures are foreseen for the during the closing stroke of the nozzle needle or the like necessary Aktorkräfte to keep low.

Dies kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, dass innerhalb eines den Hochdruckraum mit der Eingangsseite der Düsen verbindenden Strömungspfades des Kraftstoffes eine Drossel angeordnet ist. Während der Einspritzphase tritt an dieser Drossel eine Druckdifferenz auf, wobei eingangsseitig der Drossel im Wesentlichen ein dem Druck im Hochdruckraum entsprechender Eingangsdruck und ausgangsseitig ein im Wesentlichen dem vergleichsweise geringem Brennraumdruck angenäherter Ausgangsdruck vorliegt, so dass im Schließhub der Düsennadel oder dergleichen unterstützende hydraulische Kräfte auftreten müssen. In konstruktiv besonders bevorzugter Weise kann der Strömungspfad zwischen dem Innenumfang eines an dem Hochdruckraum anschließenden Düsennadelraumes und dem Außenumfang der Düsennadel oder dergleichen angeordnet und die Drossel zwischen einem düsennadelseitigen Bund bzw. Flansch und dem Innenumfang ausgebildet oder angeordnet sein.This can according to a preferred embodiment the invention can be achieved in that within a Connecting the high-pressure chamber with the inlet side of the nozzles Flow path of the fuel arranged a throttle is. During the injection phase occurs at this throttle one Pressure difference on the input side of the throttle substantially a pressure corresponding to the pressure in the high-pressure chamber and on the output side, essentially the comparatively small one Brennraumdruck approximate output pressure is present, so that in the closing stroke of the nozzle needle or the like supporting hydraulic forces must occur. In a structurally particularly preferred manner, the flow path between the inner circumference of a subsequent to the high-pressure chamber Nozzle needle space and the outer circumference of the nozzle needle or the like arranged and the throttle between a nozzle needle side Bund or flange and the inner circumference formed or arranged be.

Insbesondere kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung die genannte Drossel als Ringspaltdrossel zwischen dem Innenumfang des Düsennadelraumes und dem Außenumfang eines an der Düsennadel oder dergleichen fest angeordneten ringbundförmigen Flansches ausgebildet sein.Especially can in an expedient embodiment of the invention said throttle as an annular gap between the inner circumference the nozzle needle space and the outer circumference of a at the nozzle needle or the like fixedly arranged annular collar Flange be formed.

Für die stationäre Halterung des Plungers können hydraulische Kräfte ausgenutzt werden.For The stationary support of the plunger can be hydraulic Forces are exploited.

Zu diesem Zweck kann der Plunger mit einem Endstück, welches einen gegenüber dem Querschnitt der Sackbohrung bzw. des Plungers vergrößerten Querschnitt aufweist, auf einer der kopplungsraumseitigen Stirnseite des Nehmerkol bens gegenüberliegenden stationären Fläche am Injektorgehäuse axial abgestützt und zwischen dem Endstück und der stationären Fläche ein im Wesentlichen scheibenförmiger und mit dem relativ drucklosen Kraftstoffreservoir kommunizierender Raum mit gegenüber dem Durchmesser der Sackbohrung bzw. des Plungers größerem Scheibendurchmesser ausgebildet sein.For this purpose, the plunger with an end piece, which has a relation to the cross section of the blind bore and the plunger enlarged cross-section, on one of the coupling space side end face of the Nehmerkol bens gegenü Overlying stationary surface axially supported on the injector and between the end piece and the stationary surface a substantially disc-shaped and communicating with the relatively pressureless fuel reservoir space be formed with respect to the diameter of the blind bore and the plunger larger disc diameter.

Damit wird im Ergebnis eine der Differenz des Querschnittes von Plunger bzw. Sackbohrung und des Querschnittes des scheibenförmigen Raumes entsprechender Querschnitt am Plunger vom Hochdruck im Injektorgehäuse derart beaufschlagt, dass der Plunger entsprechender Kraft auf der stationären Wand aufsitzt.In order to As a result, it becomes one of the difference of the cross section of plungers or blind bore and the cross section of the disk-shaped Space corresponding cross section of the plunger from the high pressure in the injector acted upon so that the plunger corresponding force on the stationary wall is seated.

Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der die Erfindung einschließlich besonders bevorzugter Merkmale näher beschrieben wird.Furthermore is in terms of preferred features of the invention to the claims and the following explanation of the drawing, based the invention including particularly preferred Characteristics is described in more detail.

Schutz wird nicht nur für ausdrücklich angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern prinzipiell auch für beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.protection is not only for expressly stated or illustrated feature combinations but in principle also for any combinations of the specified or illustrated individual features claimed.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die einzige Figur zeigt einen schematisierten Axialschnitt einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.The single figure shows a schematic axial section of a particular preferred embodiment of the invention Fuel injector.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Der in der Zeichnung dargestellte Kraftstoffinjektor 1 besitzt einen Injektorkörper 2, welcher einen ersten Druckraum 3, einen zweiten Druckraum 4 sowie einen daran anschließenden dritten Druckraum 5 aufnimmt. Die Druckräume 3–5 sind miteinander kommunizierend verbunden, indem ein zwischen dem ersten und zweiten Druckraum 4 angeordneter Zwischenboden 6 des Injektorkörpers 2 von einer die Druckräume 3 und 4 verbindenden Axialbohrung 7 durchsetzt wird. Der Druckraum 5 dient als Axialführung einer Düsennadel 8, die am in der Zeichnung unteren Ende des Druckraumes 5 angeordnete Einspritzdüsen 9 steuert, über die der Druckraum 5 mit einem nicht dargestellten Brennraum eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. In der Zeichnung nimmt die Düsennadel 8 ihre die Düsen 9 absperrende Schließlage ein, in der das düsenseitige Ende der Düsennadel 8 mit einer düsenseitigen Ringkante dicht auf einem die Eingänge der Düsen 9 mit radialem Abstand umschließenden ringförmigen Düsennadelsitz aufsitzt, so dass innerhalb des Druckraumes 5 ein Düseneingangsraum 10 von einem zwischen der axialen Innenwand des Druckraumes 5 und dem Außenumfang der Düsennadel 8 verbleibenden Ringraum abgetrennt wird.The fuel injector shown in the drawing 1 has an injector body 2 , which has a first pressure chamber 3 , a second pressure chamber 4 and a subsequent third pressure chamber 5 receives. The pressure chambers 3 - 5 are communicatingly connected by one between the first and second pressure chambers 4 arranged intermediate floor 6 of the injector body 2 one of the pressure chambers 3 and 4 connecting axial bore 7 is enforced. The pressure room 5 serves as axial guidance of a nozzle needle 8th , which are at the bottom of the pressure chamber in the drawing 5 arranged injection nozzles 9 controls over which the pressure chamber 5 with a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine is connectable. In the drawing, the nozzle needle takes 8th their the nozzles 9 shut-off closing position, in which the nozzle-side end of the nozzle needle 8th with a nozzle-side annular edge close to one of the inputs of the nozzles 9 seated with radial spacing annular nozzle needle seat, so that within the pressure chamber 5 a nozzle entrance room 10 from one between the axial inner wall of the pressure chamber 5 and the outer circumference of the nozzle needle 8th remaining annulus is separated.

Dieser Ringraum kommuniziert ständig mit dem Druckraum 4. Zu diesem Zweck ist die Düsennadel in einem an den Druckraum 4 angrenzenden erweiterten oberen Axialabschnitt des Druckraumes 5 mit an der Düsennadel angeordneten Axialstegen oder dergleichen axial verschiebbar geführt, zwischen denen den vorgenannten Ringraum mit dem Druckraum 4 verbindende Freiräume verbleiben. Wenn die Düsennadel 8 ihre vom Sitz an den Einspritzdüsen 9 abgehobene Offenlage einnimmt, ist der Düseneingangsraum 10 über die Druckräume 5 und 4 sowie die Axialbohrung 7 im Zwischenboden 6 und den Druckraum 3 mit einem unter Hochdruck stehenden Kraftstoffspeicher 11 verbunden, der typischerweise als sogenanntes Common Rail ausgebildet ist und über eine Anschlußleitung 12 mit dem ersten Druckraum 3 kommuniziert. Damit kann unter Hochdruck stehen der Kraftstoff über die Einspritzdüsen 9 in den Brennraum des Verbrennungsmotors eingespritzt werden.This annulus communicates constantly with the pressure chamber 4 , For this purpose, the nozzle needle in a to the pressure chamber 4 adjacent extended upper axial section of the pressure chamber 5 with axially arranged on the nozzle needle arranged axial webs or the like, between which the aforementioned annular space with the pressure chamber 4 connecting spaces remain. If the nozzle needle 8th their seat on the injectors 9 open position is the nozzle entrance space 10 over the pressure chambers 5 and 4 as well as the axial bore 7 in the intermediate floor 6 and the pressure room 3 with a high pressure fuel tank 11 connected, which is typically designed as a so-called common rail and a connection line 12 with the first pressure chamber 3 communicated. This can be under high pressure the fuel through the injectors 9 be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Zur Betätigung der Ventilnadel 8 dient ein im dargestellten Beispiel als piezoelektrisches Element ausgebildeter Aktor 13, der über elektrische Leitungen 14 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden und mit der Ventilnadel 8 hydraulisch gekoppelt ist. Diese hydraulische Kopplung erfolgt dadurch, dass ein mittels des Aktors 13 hubbeweglicher Geberkolben 15 in einem Kopplungsraum 16 verdrängerwirksam arbeitet, der über eine den Zwischenboden 6 durchsetzende Leitung 17 mit einem Kopplungsraum 18 kommuniziert, in welchem ein an der Düsennadel 8 angeordneter Nehmerkolben 19 verdrängerwirksam arbeitet. Wenn also der Geberkolben 15 eine den Kopplungsraum 16 verkleinernde Abwärtsbewegung ausführt, wird Fluid aus dem Kopplungsraum 16 über die Leitung 17 in den Kopplungsraum 18 ausgeschoben, so dass der Nehmerkolben 19 mit der Düsennadel 8 eine Abwärtsbewegung in Richtung der Schließlage der Düsennadel 8 ausführt. Umgekehrt nimmt der Kopplungsraum 16 bei Aufwärtsbewegung des Geberkolbens 15 Fluid aus dem Kopplungsraum 18 auf, wobei sich der Nehmerkolben 19 mit der Ventilnadel 8 in Aufwärtsrichtung, d. h. in eine Offenlage der Ventilnadel 8 bewegt. Da die verdrängerwirksamen Kolbenquerschnitte von Geber- und Nehmerkolben 15 und 19 unterschiedlich sind, wird eine entsprechende Hubübersetzung bewirkt, wobei das Übersetzungsverhältnis invers zum Verhältnis der Querschnitte ist.For actuating the valve needle 8th serves a formed in the example shown as a piezoelectric element actuator 13 that has electrical wires 14 connected to an electrical power source and to the valve needle 8th hydraulically coupled. This hydraulic coupling takes place in that one by means of the actuator 13 liftable master piston 15 in a coupling room 16 displacer works, the one about the intermediate floor 6 enforcing line 17 with a coupling room 18 communicates in which one at the nozzle needle 8th arranged slave piston 19 displacer works. So if the master piston 15 a the coupling room 16 decreasing downward movement, fluid from the coupling space 16 over the line 17 in the coupling room 18 pushed out, leaving the slave piston 19 with the nozzle needle 8th a downward movement in the direction of the closed position of the nozzle needle 8th performs. Conversely, the coupling space decreases 16 with upward movement of the master piston 15 Fluid from the coupling space 18 on, with the slave piston 19 with the valve needle 8th in the upward direction, ie in an open position of the valve needle 8th emotional. As the displacement-effective piston cross-sections of master and slave pistons 15 and 19 are different, a corresponding Hubübersetzung is effected, wherein the gear ratio is inverse to the ratio of the cross sections.

Der Kopplungsraum 16 wird vom Druckraum 3 durch eine Dichthülse 20 abgetrennt, die auf dem Geberkolben 15 verschiebbar geführt und mittels einer Schraubendruckfeder 21, welche zwischen einem am Geberkolben 15 angeordneten Ringbund und dem zugewandten Stirnrand der Dichthülse 20 eingespannt ist, gegen die dem Geberkolben 15 zugewandte Stirnseite des Zwischenbodens 6 gespannt wird, wobei die Dichthülse 20 mit einer scharfen Ringkante auf einer Ringlinienzone des Zwischenbodens dicht aufsitzt.The coupling room 16 is from the pressure room 3 through a sealing sleeve 20 separated, on the master piston 15 slidably guided and by means of a helical compression spring 21 , which between one at the master piston 15 arranged annular collar and the facing end edge of the sealing sleeve 20 is clamped against the master piston 15 facing end face of the intermediate floor 6 is tensioned, with the sealing sleeve 20 with a sharp annular edge on a ring line zone of the false floor tightly seated.

In ähnlicher Weise wird der Kopplungsraum 18 vom Druckraum 4 durch eine Dichthülse 22 abgetrennt, die auf dem Nehmerkolben 19 verschiebbar geführt und mittels einer zwischen einem Ringbund am Nehmerkolben 19 und dem zugewandten Stirnrand der Dichthülse 22 eingespannten Schraubendruckfeder 23 gegen die dem Nehmerkolben 19 zugewandte Stirnseite des Zwischenbodens 6 gespannt wird, wobei die Dichthülse 22 mit einer scharfen Ringkante auf einer entsprechenden Ringlinienzone auf der in der Zeichnung unteren Stirnseite des Zwischenbodens 6 dicht aufsitzt.Similarly, the coupling space becomes 18 from the pressure room 4 through a sealing sleeve 22 disconnected, on the slave piston 19 slidably guided and by means of a between an annular collar on the slave piston 19 and the facing end edge of the sealing sleeve 22 clamped helical compression spring 23 against the slave piston 19 facing end face of the intermediate floor 6 is tensioned, with the sealing sleeve 22 with a sharp annular edge on a corresponding ring line zone on the bottom in the drawing lower side of the false floor 6 tightly seated.

Im Nehmerkolben 19 ist eine zum Kopplungsraum 18 offene axiale Sackbohrung 24 angeordnet, welche gegenüber dem Kopplungsraum 18 durch einen in die Sackbohrung 24 hineinragenden, stationär am Zwischenboden 6 abgestützten Plunger 25 abgesperrt wird. Der Plunger 25 wird von einer Axialbohrung durchsetzt, die über eine den Zwischenboden 6 durchsetzende Leitung 26 mit einem relativ drucklosen Kraftstoffreservoir, beispielsweise einem Kraftstofftank (nicht dargestellt), verbunden ist. Dementsprechend steht ein zwischen dem Boden der Sackbohrung 24 und dem zugewandten Stirnende des Plungers 25 verbleibender Niederdruckraum 27 ständig unter dem praktisch verschwindenden Druck des Kraftstoffreservoirs bzw. Kraftstofftanks.In the slave piston 19 is one to the coupling room 18 open axial blind hole 24 arranged, which opposite the coupling space 18 through one in the blind hole 24 protruding, stationary at the intermediate floor 6 supported plunger 25 is shut off. The plunger 25 is penetrated by an axial bore, which over a the intermediate floor 6 enforcing line 26 with a relatively unpressurized fuel reservoir, such as a fuel tank (not shown), is connected. Accordingly, there is a between the bottom of the blind hole 24 and the facing front end of the plunger 25 remaining low-pressure space 27 constantly under the virtually vanishing pressure of the fuel reservoir or fuel tank.

Der Plunger 25 wird an der zugewandten Seite des Zwischenbodens 6 durch fluidische Kräfte festgehalten. Zu diesem Zweck besitzt das dem Zwischenboden 6 zugewandte Endstück des Plungers 25 ein gegenüber dem Querschnitt des Plungers 25 bzw. der Sackbohrung 24 deutlich vergrößerten Querschnitt, wobei innerhalb der dem Zwischenboden 6 zugewandten Seite des genannten Endstückes ein scheibenförmiger Raum 28 ausgespart ist, dessen Durchmesser deut lich größer als der Außendurchmesser des Plungers 25 bzw. der Innendurchmesser der Sackbohrung 24 ist. Dieser scheibenförmige Raum 28 steht in Verbindung mit der Leitung 26 zum relativ drucklosen Kraftstoffreservoir bzw. -tank, so dass der im Kopplungsraum 18 vorliegende, dem Druck in den Druckräumen 3 und 4 entsprechende Druck, der im Wesentlichen dem Druck im Druckspeicher 11 entspricht, das Endstück des Plungers 25 mit entsprechend großer Kraft gegen die zugewandte Stirnseite des Zwischenbodens 6 andrückt, wobei das Endstück mit einer den scheibenförmigen Raum 28 umfassenden scharfen Ringkante auf einer ringlinienförmigen Zone des Zwischenbodens 6 dicht aufsitzt.The plunger 25 becomes on the facing side of the false floor 6 held by fluidic forces. For this purpose has the intermediate floor 6 facing tail of the plunger 25 one opposite the cross section of the plunger 25 or the blind hole 24 clearly enlarged cross-section, being within the intermediate floor 6 facing side of said end piece a disc-shaped space 28 recessed whose diameter is significantly larger than the outside diameter of the plunger Lich 25 or the inner diameter of the blind bore 24 is. This disc-shaped space 28 is in connection with the line 26 to the relatively pressureless fuel reservoir or tank, so that in the coupling space 18 present, the pressure in the pressure chambers 3 and 4 corresponding pressure, which is essentially the pressure in the pressure accumulator 11 corresponds, the tail of the plunger 25 with a correspondingly large force against the facing end face of the intermediate bottom 6 presses, with the tail with a disk-shaped space 28 comprehensive sharp annular edge on a ring-shaped zone of the false floor 6 tightly seated.

Im Übrigen wird das genannte Endstück des Plungers 25 noch durch eine im Niederdruckraum 27 untergebrachte und zwischen dem Boden der Sackbohrung 24 und dem zugewandten Stirnende des Plungers 25 eingespannte Schraubendruckfeder 29 gegen den Zwischenboden 6 gespannt. Die Schraubendruckfeder 29 dient jedoch im Wesentlichen nur als Montagehilfsmittel und darf dementsprechend schwach dimensioniert sein. Während des Betriebes des Injektors 1 ist die Schraubendruckfeder 29 für den Anschub des Endstückes des Plungers 25 gegen die zugewandte Seite des Zwischenbodens 6 praktisch bedeutungslos.Incidentally, the said tail of the plunger 25 still by a low-pressure room 27 housed and between the bottom of the blind hole 24 and the facing front end of the plunger 25 clamped helical compression spring 29 against the false floor 6 curious; excited. The helical compression spring 29 However, essentially serves only as an assembly aid and may therefore be dimensioned weak. During operation of the injector 1 is the helical compression spring 29 for the start of the end piece of the plunger 25 against the facing side of the false floor 6 practically meaningless.

Der dargestellte Kraftstoffinjektor 1 funktioniert wie folgt: Die Kopplungsräume 16 und 18 sind beim Betrieb mit Kraftstoff gefüllt und stehen im Wesentlichen unter gleichem Druck wie der Kraftstoff im Druckspeicher 11. Solange der piezoelektrische Aktor 13 über die elektrischen Leitungen 14 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, hält er den Geberkolben 15 in der zeichnerisch dargestellten unteren Lage, und die Düsennadel 8 nimmt die dargestellte Schließlage ein. Damit sind die Einspritzdüsen 9 gegenüber dem Druckspeicher 11 abgesperrt. Wird die elektrische Spannung an den Leitungen 14 abgeschaltet, und der piezoelektrische Aktor 13 entladen, zieht er den Geberkolben 15 in Richtung von dessen oberer Totpunktlage, d. h. der Geberkolben 15 führt in der Zeichnung ei nen Aufwärtshub aus, dem der Nehmerkolben 19 mit der Düsennadel 8 mit durch das Verhältnis der verdrängerwirksamen Querschnitte des Geber- und des Nehmerkolbens 15, 19 vorgegebener Hubübersetzung folgt. Das heißt, die Düsennadel 8 hebt von ihrem düsenseitigen Sitz ab, so dass der Düseneingangsraum 10 mit dem Druckspeicher 11 verbunden und Kraftstoff über die Düsen 9 in den angrenzenden Brennraum eingespritzt wird. Wird nachfolgend der piezoelektrische Aktor 13 über die elektrischen Anschlussleitungen 12 wieder mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, werden der Geberkolben 15 und die Düsennadel 8 wiederum in die zeichnerisch dargestellten Lagen geschoben.The illustrated fuel injector 1 works as follows: The coupling rooms 16 and 18 are filled with fuel during operation and are essentially under the same pressure as the fuel in the accumulator 11 , As long as the piezoelectric actuator 13 over the electrical wires 14 is subjected to an electrical voltage, he holds the master piston 15 in the illustrated lower position, and the nozzle needle 8th takes the illustrated closed position. This is the injectors 9 opposite the accumulator 11 shut off. Will the electrical voltage on the wires 14 shut off, and the piezoelectric actuator 13 unloaded, he pulls the master piston 15 in the direction of its top dead center, ie the master piston 15 performs in the drawing egg nen upstroke, which is the slave piston 19 with the nozzle needle 8th with by the ratio of the displacement effective cross sections of the master and slave piston 15 . 19 given stroke translation follows. That is, the nozzle needle 8th lifts off from its nozzle-side seat so that the nozzle entrance space 10 with the accumulator 11 connected and fuel through the nozzles 9 is injected into the adjacent combustion chamber. Below is the piezoelectric actuator 13 over the electrical connection lines 12 again charged with an electrical voltage, the master piston 15 and the nozzle needle 8th again pushed into the graphically illustrated layers.

Um zu gewährleisten, dass für den Öffnungshub der Düsennadel 8 vergleichsweise geringe Kräfte und dementsprechend vergleichsweise wenig Energie benötigt werden, ist die Bemessung des Querschnittes des Niederdruckraumes 27 bzw. des Querschnittes der Sackbohrung 24 und des darin verschiebbaren Plungers 25 wesentlich. Die Kräfte, welche notwendig sind, die in Schließlage befindliche Düsennadel 8 in die Offenlage zu bringen, werden im Wesentlichen bestimmt durch die Differenz zwischen dem Querschnitt des Düseneingangsraumes 10, das heißt dem Querschnitt des Düsennadelsitzes, und den Querschnitt des Niederdruckraumes 27. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querschnitt des Niederdruckraumes 27 bei etwa 60–80% des Querschnittes des Düseneingangsraumes 10 liegt.To ensure that for the opening stroke of the nozzle needle 8th comparatively low forces and accordingly comparatively little energy are required, is the design of the cross section of the low-pressure space 27 or the cross section of the blind bore 24 and the displaceable plunger 25 essential. The forces that are necessary, the nozzle needle located in the closed position 8th in the open position, are essentially determined by the difference between the cross section of the nozzle input space 10 , that is, the cross section of the nozzle needle seat, and the cross section of the low pressure space 27 , According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the cross section of the low-pressure space 27 at about 60-80% of the cross section of the Nozzle inlet space 10 lies.

Um zu gewährleisten, dass die Düsennadel 8 aus ihrer Offenlage mit vergleichsweise geringen Stellkräften und entsprechend geringem Energiebedarf in ihre Schließlage gestellt werden kann, ist zwischen den Druckräumen 4 und 5 eine Bypassdrossel 30 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel ist zur Ausbildung der Bypassdrossel 30 an der Düsennadel 8 ein Flansch 31 angeordnet, der so bemessen ist, dass zwischen seinem Außenumfang und dem Innenumfang des Druckraumes 5 ein drosselwirksamer Ringspalt gebildet wird. Wenn nun die Dü sennadel 8 ihre Offenlage einnimmt und dementsprechend der Druckspeicher 11 mit dem Düseneingangsraum 10 kommuniziert, muss zwischen Eingangs- und Ausgangsseite der Bypassdrossel 30 aufgrund der Drosselwirkung des genannten Ringspaltes eine Druckdifferenz auftreten, mit der Folge, dass der im Düseneingangsraum 10 vorliegende Druck, welcher die Düsennadel 8 in Offenlage zu halten sucht, gegenüber dem Druck im Druckspeicher 11 vermindert ist und die Düsennadel 8 mit entsprechend geringen Kräften und geringem Energiebedarf in die Schließlage geschoben werden kann.To ensure that the nozzle needle 8th can be placed in its closed position from its open position with comparatively low restoring forces and correspondingly low energy consumption is between the pressure chambers 4 and 5 a bypass throttle 30 intended. In the example shown is to form the bypass throttle 30 at the nozzle needle 8th a flange 31 arranged, which is dimensioned such that between its outer circumference and the inner circumference of the pressure chamber 5 a throttle effective annular gap is formed. If now the Dü sennadel 8th their open position occupies and accordingly the accumulator 11 with the nozzle entrance room 10 must communicate between the input and output side of the bypass choke 30 due to the throttling effect of said annular gap, a pressure difference occur, with the result that in the nozzle inlet space 10 present pressure, which the nozzle needle 8th to keep in open position, compared to the pressure in the accumulator 11 is diminished and the nozzle needle 8th can be pushed into the closed position with correspondingly low forces and low energy consumption.

Durch entsprechende Bemessung der Bypassdrossel 30 sowie des Querschnittes des Niederdruckraumes 27 können also einerseits der Energiebedarf für den Schließhub der Düsennadel 8 und andererseits der Energiebedarf für den Öffnungshub der Düsennadel 8 gering gehalten werden, so dass ein entsprechend kleiner kostengünstiger Aktor 13 für den Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 ausreichend ist.By appropriate dimensioning of the bypass throttle 30 and the cross section of the low pressure space 27 So on the one hand, the energy required for the closing stroke of the nozzle needle 8th and on the other hand the energy requirement for the opening stroke of the nozzle needle 8th be kept low, so that a correspondingly smaller cost-effective actuator 13 for the operation of the fuel injector 1 is sufficient.

Die oben beschriebene hydraulische Kopplung von Geber- und Nehmerkolben 15, 19 bewirkt auch ohne weitere konstruktive Maßnahmen einen Ausgleich von Temperaturdehnungen, so dass keine weiteren Maßnahmen zur Kompensation von Schwankungen der Betriebstemperatur des Injektors 1 notwendig werden. In der die Kopplungsräume 16 und 18 verbindenden Leitung 17 ist vorzugsweise eine Drossel angeordnet, die eine dämpfende Wirkung auf die Kolbenhübe ausübt. Dadurch kann das Betriebsverhalten des Injektors 1 verbessert werden. Die obere Endlage der Düsennadel sollte vorzugsweise durch einen Anschlag definiert sein. Dieser kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die dem Zwischenboden 6 zugewandte Stirnseite des Nehmerkolbens 19 in der oberen Endlage anschlagartig mit dem Endstück am oberen Ende des Plungers 25 zusammenwirkt. Dabei wird zwischen den einander zugewandten Flächen des Nehmerkolbens 19 und des genannten Endstückes ein Quetschspalt gebildet, aus dem beim Aufwärtshub des Nehmerkolbens 19 Fluid unter Dämpfung der Aufwärtsbewegung verdrängt wird, so dass der Nehmerkolben 19 und die Düsennadel 8 kurz vor Einnahme ihrer oberen Endlage gedämpft abgebremst werden.The above-described hydraulic coupling of master and slave pistons 15 . 19 causes even without further design measures a compensation of thermal expansion, so that no further measures to compensate for fluctuations in the operating temperature of the injector 1 become necessary. In the the coupling rooms 16 and 18 connecting line 17 Preferably, a throttle is arranged, which exerts a damping effect on the piston strokes. This can improve the performance of the injector 1 be improved. The upper end position of the nozzle needle should preferably be defined by a stop. This can be realized, for example, that the intermediate floor 6 facing end face of the slave piston 19 in the upper end position stop-like with the tail at the upper end of the plunger 25 interacts. In this case, between the mutually facing surfaces of the slave piston 19 and said end piece, a nip formed from the upstroke of the slave piston 19 Fluid is displaced under damping of upward movement, leaving the slave piston 19 and the nozzle needle 8th slowed down shortly before taking their upper end position attenuated.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006062216 [0005]

Claims

Fuel injector ( 1 ) with an injector housing or body ( 2 ) and a high-pressure space ( 4 . 5 ), which is constantly connected to a high pressure source ( 11 ) communicates with fuel and via a nozzle needle ( 8th ) or the like, controlled nozzles ( 9 ) is connectable to a combustion chamber for the injection of fuel, - an actuator ( 13 ), which with the nozzle needle ( 8th ) or the like is hydraulically coupled to their actuation by the actuator with a master piston ( 15 ), which in a coupling space separated in the high-pressure chamber ( 16 . 18 ), and the valve needle ( 8th ) or the like with a slave piston operating in the coupling space ( 19 ) is drivingly connected, and - a low pressure space ( 27 ) acting on it as a displacer slave piston ( 19 ), wherein the volume of the low-pressure chamber during the opening stroke of the valve needle ( 8th ) or the like, characterized in that the low pressure space ( 27 ) in a coupling space-side end face of the slave piston ( 19 ) open blind bore ( 24 ) arranged and by a projecting into the blind bore plunger ( 25 ) is completed and communicates via a plunger passing through axial bore with the relatively pressureless fuel reservoir.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that within a high pressure chamber with a nozzle input space ( 10 ) connecting flow path of the fuel a throttle ( 30 ) is arranged.

Fuel injector according to claim 2, characterized in that the flow path between the inner circumference of a to the high-pressure chamber ( 3 . 4 ) subsequent pressure chamber ( 5 ) and the outer circumference of the nozzle needle ( 8th ) or the like and the throttle ( 30 ) between a nozzle needle-side collar or flange ( 31 ) and the inner circumference is arranged or formed.

Fuel injector according to claim 3, characterized in that the throttle ( 30 ) is designed as an annular gap choke.

Fuel injector according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plunger ( 25 ) with an end piece, which has a relative to the cross section of the blind bore ( 24 ) has enlarged cross section, on one of the coupling chamber side end face of the slave piston ( 19 ) opposite surface of a part ( 6 ) of the injector housing or body ( 2 ) or a coupler element or the master piston ( 15 ) axially supported and between the end piece and the surface of a substantially disc-shaped and communicating with the relatively pressureless fuel reservoir space ( 28 ) with respect to the diameter of the blind bore ( 24 ) is formed enlarged disc diameter.

Fuel injector according to claim 5, characterized in that the end piece with a frontally arranged, the disc-shaped space ( 28 ) annularly enclosing sealing edge is seated on the surface.

Fuel injector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cross section of the plunger ( 25 ) or the blind bore ( 24 ) has a dimension which is approximately 60-80% of the cross-section of a sealing seat of the nozzle needle ( 8th ) or the like at the injection nozzles ( 9 ) lies.