DE102008008111A1

DE102008008111A1 - Injector, method and apparatus for controlling an injector

Info

Publication number: DE102008008111A1
Application number: DE102008008111A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Dr. Kronberger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-13
Also published as: WO2009098100A1

Abstract

Einspritzventil (10) mit einer Düsenbaugruppe (60) und einer Atkoreinheit (14). Die Düsenbaugruppe (60) hat einen Düsenkörper (30) mit einer Düsenkörperausnehmung (32), die mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar ist, und eine in der Düsenkörperausnehmung (32) axial beweglich angeordnete Düsennadel (33), die in einer Schließposition eines Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung (62) verhindern und ansonssten den Fluidfluss freigeben kann. Die Aktoreinheit (14) hat ein Gehäuse (12) mit einer Längsachse (A) und einer Gehäuseausnehmung (13), wobei das Gehäuse (12) fest mit dem Düsenkörper (30) gekoppelt ist und die Gehäuseausnehmung (13) mit der Düsenkörperausnehmung (32) hydraulisch gekoppelt ist, derart, dass die Gehäuseausnehmung (13) mit dem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar ist, ein Deckelelement (18), das fest mit einem von dem Düsenkörper (30) abgewandten axialen Ende des Gehäuses (12) gekoppelt ist, und einen Piezoaktuator (16), der in der Gehäuseausnehmung (13) angeordnet ist, auf die Düsennadel (33) einwirken kann und an einem von der Düsennadel (33) abgewandten axialen Ende einen Kopfendabschnitt (42) hat. Der Kopfendabschnitt (42) des Piezoaktuators (16) ist direkt mit dem Deckelelement (18) gekoppelt, und das Gehäuse (12) ist aus einem oder mehreren Materialien gebildet, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses (12) dem des Piezoaktuators (16) oder dem des Piezoaktuators (16) und einem zu dem ...Injection valve (10) with a nozzle assembly (60) and an Atkoreinheit (14). The nozzle assembly (60) has a nozzle body (30) with a Düsenkörperausnehmung (32) which is hydraulically coupled to a high pressure circuit of a fluid, and in the Düsenkörperausnehmung (32) axially movably arranged nozzle needle (33) in a closed position of a fluid flow prevent by at least one injection port (62) and otherwise can release the fluid flow. The actuator unit (14) has a housing (12) with a longitudinal axis (A) and a housing recess (13), wherein the housing (12) is fixedly coupled to the nozzle body (30) and the housing recess (13) with the nozzle body recess (32 ) is hydraulically coupled, such that the housing recess (13) is hydraulically coupled to the high pressure circuit of the fluid, a cover element (18) which is fixedly coupled to one of the nozzle body (30) facing away from the axial end of the housing (12), and a piezoactuator (16), which is arranged in the housing recess (13), can act on the nozzle needle (33) and has a head end section (42) at an axial end facing away from the nozzle needle (33). The head end portion (42) of the piezo actuator (16) is directly coupled to the lid member (18), and the housing (12) is formed of one or more materials, wherein the thermal expansion coefficient of the housing (12) of the piezo actuator (16) or that of the piezoactuator (16) and one to the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils.The The invention relates to an injection valve and a method and a Device for controlling an injection valve.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Die Bildung von Ruß ist stark abhängig von der Aufbereitung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine.always Stricter legal regulations regarding the permissible Pollutant emission from internal combustion engines used in motor vehicles arranged, make it necessary to take various measures by which the pollutant emissions are lowered. One starting point here is the pollutant emissions generated by the internal combustion engine to lower. The formation of soot is highly dependent from the preparation of the air / fuel mixture in the respective Cylinder of the internal combustion engine.

Eine entsprechend verbesserte Gemischaufbereitung kann erreicht werden, wenn der Kraftstoff unter sehr hohem Druck zugemessen wird. Im Falle von Diesel-Brennkraftmaschinen betragen die Kraftstoffdrücke bis zu über 2000 Bar. Derart hohe Drücke stellen hohe Anforderungen an die Konstruktion eines Einspritzventils. Gleichzeitig werden hohe Anforderungen an die Aktoreinheit für das Einspritzventil gestellt.A correspondingly improved mixture preparation can be achieved when the fuel is metered under very high pressure. In case of Diesel internal combustion engines are the fuel pressures up to over 2000 bar. Such high pressures high demands on the construction of an injection valve. simultaneously high demands are placed on the actuator unit for the injection valve.

Die DE 196 53 555 A1 offenbart einen piezoelektrischen Aktor mit einem Gehäuse, in das mindestens ein piezoelektrisches Element eingebracht ist, das von einer Steuereinheit ansteuerbar ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die das piezoelektrische Element seitlich stabilisieren, und Mittel mit Federwirkung angeordnet sind, die das piezoelektrische Element gegen seine Ausdehnungsrichtung vorspannen.The DE 196 53 555 A1 discloses a piezoelectric actuator having a housing in which at least one piezoelectric element is driven, which is controllable by a control unit, means are provided which stabilize the piezoelectric element laterally, and means are arranged with spring action, the piezoelectric element against its extension direction Pretension.

Die DE 102 45 109 offenbart einen Injektor mit einem piezoelektrischen Aktorkörper, dessen Mantelfläche unter Einhaltung eines Zwischenraums von einem Injektorgehäuse umgeben und durch direkten Kontakt mit einem inerten, elektrisch nicht leitenden Fluid gekühlt ist.The DE 102 45 109 discloses an injector having a piezoelectric actuator body, the lateral surface of which is surrounded by an injector housing while maintaining an intermediate space and cooled by direct contact with an inert, electrically non-conductive fluid.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Einspritzventil und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils zu schaffen, durch das beziehungsweise durch die ein zuverlässiger und präziser Betrieb des Einspritzventils ermöglicht ist.The The object of the invention is an injection valve and a method and to provide an apparatus for controlling an injector, by that or by the one reliable and more precise Operation of the injection valve is enabled.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Gemäß eines ersten Aspektes zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Einspritzventil mit einer Düsenbaugruppe und einer Aktoreinheit. Die Düsenbaugruppe weist auf einen Düsenkörper mit einer Düsenkörperausnehmung, die mit einem Hochdruckkreis eines Fluids hydraulisch koppelbar ist, und eine in der Düsenkörperausnehmung axial beweglich angeordnete Düsennadel, die ausgebildet ist, um in einer Schließposition einen Fluidfluss durch mindestens eine Einspritzöffnung zu verhindern und ansonsten den Fluidfluss freizugeben. Die Aktoreinheit weist auf ein hülsenförmiges Gehäuse mit einer Längsachse, das eine Gehäuseausnehmung aufweist, wobei das hülsenförmige Gehäuse mechanisch fest mit dem Düsenkörper gekoppelt ist und die Gehäuseausnehmung mit der Düsenkörperausnehmung hydraulisch gekoppelt ist, derart, dass die Gehäuseausnehmung mit dem Hochdruckkreis des Fluids hydraulisch koppelbar ist, ein Deckelelement, das fest mit einem von dem Düsenkörper abgewandten axialen Ende des hülsenförmigen Gehäuses gekoppelt ist, und einen Piezoaktuator, der in der Gehäuseausnehmung angeordnet ist, zum Einwirken auf die Düsennadel ausgebildet ist und an einem von der Düsennadel abgewandten axialen Ende einen Kopfendabschnitt hat. Der Kopfendabschnitt des Piezoaktuators ist direkt mit dem Deckelelement gekoppelt. Das Gehäuse ist aus einem oder mehreren Materialien gebildet, die derart ausgebildet sind, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient eines Gehäuseabschnitts, der den Piezoaktuator und/oder den Piezoaktuator und ein zu dem Piezoaktuator axial angeordnetes und mit dem Piezoaktuator fest gekoppeltes Ausgleichselement umgibt, im Wesentlichen dem des Piezoaktuators oder dem des Piezoaktuators und dem Ausgleichselement entspricht.According to one In the first aspect, the invention is characterized by an injection valve with a nozzle assembly and an actuator unit. The nozzle assembly has a nozzle body with a nozzle body recess, the hydraulically coupled with a high pressure circuit of a fluid is, and one in the nozzle body recess axially movably arranged nozzle needle, which is formed in order in a closed position, a fluid flow through at least to prevent an injection opening and otherwise the fluid flow release. The actuator unit has a sleeve-shaped Housing with a longitudinal axis, the housing recess having, wherein the sleeve-shaped housing mechanically firmly coupled to the nozzle body is and the housing recess with the nozzle body recess hydraulically is coupled, such that the housing recess with the High pressure circuit of the fluid is hydraulically coupled, a cover element, this fixed with a remote from the nozzle body axial Coupled end of the sleeve-shaped housing is, and a piezo actuator, which is arranged in the housing recess is, is designed to act on the nozzle needle and at one of the nozzle needle remote from an axial end Has head end section. The head end portion of the piezo actuator is directly coupled to the cover element. The case is formed of one or more materials formed in such a way are that the thermal expansion coefficient of a housing section, the piezo actuator and / or the piezoelectric actuator and a to the Piezoaktuator axially arranged and fixed with the Piezoaktuator coupled compensation element surrounds, essentially that of the piezo actuator or that of the piezoactuator and the compensating element.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Aufbau des Einspritzventils mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen möglich ist. Damit ist ein einfacher Aufbau des Einspritzventils möglich. So kann insbesondere ein hydraulischer Kompensator zum Temperaturausgleich entfallen. Durch eine gemeinsame Ausnehmung aus Gehäuseausnehmung und Düsenkörperausnehmung kann ein relativ großes Fluidvolumen in dem Injektor erreicht werden. Damit ist eine große Stabilität der Einspritzvolumina insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen erreichbar.Of the Advantage of this arrangement is that the structure of the injection valve with a small number of components is possible. In order to is a simple construction of the injector possible. In particular, a hydraulic compensator for temperature compensation omitted. Through a common recess of housing recess and nozzle body recess may be a relatively large volume of fluid can be achieved in the injector. This is a great stability the injection volumes especially in multiple injections achievable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse aus einer Invar-Legierung gebildet.In An advantageous embodiment of the invention is the housing formed from an Invar alloy.

Unter Invar-Legierungen versteht man eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen, die die Eigenschaft besitzen, in bestimmten Temperaturbereichen sehr kleine positive bzw. zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben. Der Name resultiert aus der Invarianz der Dehnung bezüglich einer Temperaturänderung. Invar-Legierungen haben eine hohe mechanische Festigkeit und können geschweißt werden. Eine häufig verwendete Invar-Legierung ist eine FeNi-Legierung mit einem Nickelgehalt von 36% Nickel. Durch Legieren mit 5% Kobalt kann der thermische Ausdehnungskoeffizient weiter reduziert werden. Darüber hinaus sind viele weitere Legierungen bekannt, bei denen ein Invar-Effekt auftritt.Invar alloys are a group of alloys and compounds that have the property of having very small positive or sometimes negative coefficients of thermal expansion in certain temperature ranges. The name results from the invariance of the strain with respect to a temperature change. Invar alloys have high mechanical strength and can be welded. A commonly used Invar alloy is a FeNi alloy with one Nickel content of 36% nickel. By alloying with 5% cobalt, the thermal expansion coefficient can be further reduced. In addition, many other alloys are known in which an Invar effect occurs.

Gehäuse aus einer Invar-Legierung, insbesondere Gehäuse für einen Stellantrieb eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, haben den Vorteil, dass bei einer Änderung der Temperatur nur eine geringe Längenänderung des Gehäuses erfolgt. Bauteile, die sich im Inneren des Gehäuses befinden, und die selbst keiner oder nur einer geringfügigen Längenänderung unterliegen, haben damit üblicherweise keine oder nur geringe negative Auswirkungen, beispielsweise mechanische Spannungen, Kräfte oder Lägeänderungen gegenüber dem Gehäuse. Insbesondere kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses aus einer Invar-Legierung dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Piezoaktuators entsprechen, so dass keine oder nur geringe mechanische Spannungen, Kräfte oder Lägeänderungen zwischen dem Gehäuse und dem Piezoaktuator auftreten.casing from an Invar alloy, in particular housing for an actuator of an injection valve of an internal combustion engine, have the advantage that when changing the temperature only a small change in length of the housing he follows. Components that are inside the case, and the themselves no or only a slight change in length usually have little or no negative effects, such as mechanical stresses, forces or changes in position relative to the housing. Especially can the thermal expansion coefficient of the housing from an Invar alloy the thermal expansion coefficient correspond to the piezo actuator, so that little or no mechanical Tensions, forces or changes in position occur between the housing and the piezo actuator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Düsennadel direkt mit dem Piezoaktuator gekoppelt, derart, dass die Düsennadel und der Piezoaktuator relativ zueinander in einer gleichen Richtung bewegbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Düsennadel direkt mit dem Piezoaktuator ohne Zwischenschaltung einer Umlenkvorrichtung gekoppelt sein kann.In A further advantageous embodiment is the nozzle needle coupled directly to the piezo actuator, such that the nozzle needle and the piezoactuator relative to each other in a same direction are movable. This has the advantage that the nozzle needle directly with the piezo actuator without the interposition of a deflection device can be coupled.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in der Gehäuseausnehmung ein Aktuatorgehäuse mit einem Innenraum angeordnet, und der Piezoaktuator ist in dem Innenraum angeordnet, und der Innenraum ist fluiddicht gegenüber der Gehäuseausnehmung abgedichtet. Damit ist ein Schutz des Piezoaktuators gegenüber aggressiven Fluiden durch eine fluiddichte Unterbringung in dem Aktuatorgehäuse möglich.In a further advantageous embodiment is in the Housing recess an actuator housing with a Interior arranged, and the piezoelectric actuator is in the interior arranged, and the interior is fluid-tight the housing recess sealed. This is a protection of the piezoactuator against aggressive fluids a fluid-tight housing in the actuator housing possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Aktuatorgehäuse einen Faltenbalg auf, der derart ausgebildet ist, dass axiale Längenänderungen des Piezoaktuators durch das Aktuatorgehäuse aufnehmbar sind. Dies hat den Vorteil, dass bei einem fest mit dem Aktuatorgehäuse gekoppelten Piezoaktuator axiale Längenänderungen des Piezoaktuators mittels des Faltenbalgs unmittelbar von dem Aktuatorgehäuse aufgenommen werden können.In a further advantageous embodiment, the Actuator on a bellows, which is formed is that axial length changes of the piezo actuator can be accommodated by the actuator housing. This has the Advantage that in a fixedly coupled to the actuator housing piezo actuator axial length changes of the piezo actuator by means of the bellows received directly from the actuator housing can be.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Faltenbalg koaxial zwischen dem Piezoaktuator und dem Gehäuse angeordnet und mit einem von dem Düsenkörper abgewandten axialen Ende fest mit dem Deckelelement gekoppelt. Der Piezoaktuator hat an einem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende ein Bodenelement und der Faltenbalg ist mit dem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende fest mit dem Bodenelement gekoppelt. Damit ist eine einfache und kompakte fluiddichte Ausführung des Aktuatorgehäuses mit Faltenbalg ohne zusätzliche Bauteile möglich.In A further advantageous embodiment of the bellows arranged coaxially between the piezoelectric actuator and the housing and with one facing away from the nozzle body axial end fixedly coupled to the lid member. The piezoactuator has on a nozzle body facing axial End of a bottom element and the bellows is with the nozzle body facing axial end fixedly coupled to the bottom element. In order to is a simple and compact fluid-tight design of the Actuator housing with bellows without additional Components possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Faltenbalg axial zwischen dem Piezoaktuator und der Einspritzöffnung angeordnet. Das Aktuatorgehäuse weist ein Rohrelement auf, das koaxial zwischen dem Piezoaktuator und dem Gehäuse angeordnet ist. Ein von dem Düsenkörper abgewandtes axiales Ende des Rohrelements ist fest mit dem Deckelelement gekoppelt und ein dem Düsenkörper zugewandtes axiales Ende des Rohrelements ist fest mit einem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende des Faltenbalgs gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die radialen Abmessungen des Faltenbalgs unabhängig von den radialen Abmessungen des Piezoaktuators sein können. Damit kann die radiale Erstreckung des Faltenbalgs kleiner als die radiale Erstreckung des Piezoaktuators sein, wodurch ein kurzer Piezoaktuator zum Einsatz kommen kann. Ein kurzer Piezoaktuator ermöglicht einen geringen Energieaufwand und geringe thermische Lasten des Piezoaktuators.In A further advantageous embodiment of the bellows axially between the piezo actuator and the injection port arranged. The actuator housing has a tubular element, coaxially disposed between the piezoactuator and the housing is. A remote from the nozzle body axial End of the tubular element is fixedly coupled to the lid member and an axial end of the nozzle body facing the Pipe element is fixed to a nozzle body coupled to the axial end of the bellows. This has the Advantage that the radial dimensions of the bellows independently can be from the radial dimensions of the piezo actuator. Thus, the radial extent of the bellows smaller than the radial Extension of the Piezoaktuators be, creating a short Piezoaktuator can be used. A short piezo actuator allows a low energy consumption and low thermal loads of the Piezo actuator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Aktuatorgehäuse eine Lochscheibe auf, und die Lochscheibe ist direkt mit dem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende des Rohrelements und direkt mit dem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende des Faltenbalgs gekoppelt.In a further advantageous embodiment, the Actuator housing a perforated disc on, and the perforated disc is directly with the nozzle body facing axial end of the tubular element and directly with the nozzle body coupled to the axial end of the bellows.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Lochscheibe eine Ausnehmung auf und der Faltenbalg weist eine innere Faltenbalgkammer auf. Das Bodenelement weist einen Stiftfortsatz auf, der sich in der Ausnehmung und in der Faltenbalgkammer erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass der Stiftfortsatz gegenüber dem Gehäuse eine besonders günsig angeordnete Fläche zur Einmessung des Leerhubs der Aktoreinheit bereitstellt.In a further advantageous embodiment, the Perforated disc on a recess and the bellows has an inner Bellows on. The bottom element has a pin extension, which extends in the recess and in the bellows chamber. This has the advantage that the pin extension opposite the housing a particularly favorably arranged Area for measuring the idle stroke of the actuator unit provides.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Ausgleichselement den Stiftfortsatz auf, und der Stiftfortsatz weist ein Material auf, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als Stahl. Derartige Materialien sind vorzugsweise Mn-Cu-Ni-legierungen, wobei die Zusammensetzung Mn72Cu18Ni10 besonders bevorzugt ist. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse vorzugsweise aus einem Stahl ausgebildet sein kann und dass der Ausgleich der Wärmedehnungen des Gehäuses und des Piezoaktuators keine zusätzliche Baulänge des Einspritzventils erfordert.In a further advantageous embodiment, the Compensating element on the pin extension, and the pin extension points a material that has a higher thermal expansion coefficient as steel. Such materials are preferably Mn-Cu-Ni alloys, wherein the composition Mn72Cu18Ni10 is particularly preferred. This has the advantage that the housing is preferably made of a Steel can be formed and that the compensation of the thermal expansions the housing and the piezo actuator no additional Length of the injector required.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Innenraum des Aktuatorgehäuses wenigstens teilweise mit einem Fluid gefüllt, und das Fluid ist aus einem Material, das ein Silikon aufweist. Silikon ermöglicht eine mechanische Stabi lität des Faltenbalgs auch bei höheren Fluiddrücken. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Silikon eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und so eine gute Wärmeabfuhr von dem Piezoaktuator ermöglicht ist.In a further advantageous embodiment form the interior of the actuator housing is at least partially filled with a fluid, and the fluid is made of a material having a silicone. Silicone allows mechanical Stabi quality of the bellows even at higher fluid pressures. Another advantage is that silicone have a high thermal conductivity, and so a good heat dissipation is made possible by the piezoelectric actuator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Düsenkörper und das Gehäuse lösbar miteinander gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die Düsenbaugruppe und Aktoreinheit einfach miteinander montiert und wieder demontiert werden können. Bei einem Defekt von einer der beiden Komponenten kann die defekte Komponente einfach ausgetauscht werden. Es kann so erreicht werden, dass nur ein geringer Wertschöpfungsverlust entsteht.In A further advantageous embodiment of the nozzle body and the housing releasably coupled together. This has the advantage that the nozzle assembly and actuator unit easily assembled and disassembled. at A defect of one of the two components can cause the defective component simply be exchanged. It can be achieved that only a small loss of value arises.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind der Düsenkörper und das Gehäuse mittels einer Schraubverbindung lösbar miteinander gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache Montage und Demontage des Düsenkörpers und des Gehäuses möglich ist.In A further advantageous embodiment of the nozzle body and the housing by means of a screw detachable coupled together. This has the advantage of being a simple one Assembly and disassembly of the nozzle body and the Housing is possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist axial zwischen dem Düsenkörper und dem Gehäuse ein Dichtelement angeordnet. Es kann so eine hohe Fluiddichtheit zwischen den Kontaktflächen des Düsenkörpers und des Gehäuses erreicht werden. Die axiale Anordnung des Dichtelements zwischen dem Düsenkörper und dem Gehäuse ermöglicht eine hohe Prozesssicherheit bei der Montage des Dichtelements.In a further advantageous embodiment is axial between the nozzle body and the housing arranged a sealing element. It can be such a high fluid tightness between the contact surfaces of the nozzle body and the housing can be achieved. The axial arrangement the sealing element between the nozzle body and The housing allows a high process reliability during assembly of the sealing element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Düsennadel mindestens zwei Führungsabschnitte mit jeweils einer flachen Ausnehmung auf, wobei die Führungsabschnitte derart ausgebildet sind, dass die Düsennadel durch den Düsenkörper in axialer Richtung führbar ist. Damit ist eine sichere Führung der Düsennadel im Düsenkörper bei einem hohen Fluid durchfluss durch die Düsenkörperausnehmung möglich. Des Weiteren ist eine gute Beweglichkeit der Düsennadel auch bei einer Verschmutzung des Fluids, beispielsweise durch Partikel, ermöglicht.In a further advantageous embodiment, the Nozzle needle at least two guide sections each with a shallow recess, wherein the guide sections are formed such that the nozzle needle through the Nozzle body in the axial direction feasible is. This is a safe management of the nozzle needle in the nozzle body at a high fluid flow through the nozzle body recess possible. Furthermore, a good mobility of the nozzle needle even with contamination of the fluid, for example by particles, allows.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kopfendabschnitt des Piezoaktuators eine elektrische Anschlussleitung auf, mittels der der Piezoaktuator mit einer Spannungsquelle elektrisch koppelbar ist, und das Deckelelement weist eine Glasdurchführung auf, und die elektrische Anschlussleitung ist in der Glasdurchführung angeordnet. Mittels der Glasdurchführung kann eine fluiddichte Durchführung der elektrischen Anschlussleitung des Piezoaktuators durch das Deckelelement erreicht werden.In a further advantageous embodiment, the Head end portion of Piezoaktuators an electrical connection cable on, by means of which the piezoelectric actuator with a voltage source electrically coupled is, and the lid member has a glass passage on, and the electrical connection line is in the glass duct arranged. By means of the glass feedthrough, a fluid-tight Carrying out the electrical connection line of the piezoactuator be achieved by the lid member.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzventils gemäß des ersten Aspekts, das Mittel aufweist zum Ermitteln des Erreichens der Schließposition der Düsennadel. Die Mittel zum Ermitteln des Erreichens der Schließposition der Düsennadel sind ausgebildet zum Bestimmen des zeitlichen Verlaufs von elektrischen Größen an dem Piezoaktuator.According to one second aspect, the invention is characterized by a device for controlling an injection valve according to first aspect, comprising means for determining the achievement the closed position of the nozzle needle. The means for Determining the reaching of the closing position of the nozzle needle are designed to determine the time course of electrical Sizes on the piezo actuator.

Gemäß eines dritten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren zur Steuerung eines Einspritzventils gemäß des ersten Aspekts, wobei das Erreichen der Schließposition der Düsennadel ermittelt wird, indem ein zeitlicher Verlauf von elektrischen Größen an dem Piezoaktuator bestimmt wird.According to one third aspect, the invention is characterized by a method for controlling an injection valve according to first aspect, wherein the achievement of the closed position The nozzle needle is determined by a time course is determined by electrical quantities on the piezoelectric actuator.

Durch die Bestimmung des zeitlichen Verlaufs von elektrischen Größen an dem Piezoaktuator zum Erkennen der Schließposition der Düsennadel kann die Schließposition der Düsennadel sehr präzise bestimmt werden. Des Weiteren kann ein adaptiver Re gelkreis zur Kompensation zeitlicher Veränderungen der Dehnung des Piezoaktuators eingesetzt werden. Damit ist auch eine hohe Langzeitstabilität des Betriebsverhaltens des Einspritzventils erreichbar.By the determination of the time course of electrical quantities on the piezo actuator for detecting the closing position of Nozzle needle can be the closing position of the nozzle needle be determined very precisely. Furthermore, an adaptive Re circuit for compensating temporal changes in the Elongation of the piezo actuator can be used. This is also one high long-term stability of the operating behavior of the injection valve reachable.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention are described in more detail below with reference to the schematic drawings explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einspritzventil im Längsschnitt, 1 a first embodiment of an injection valve in longitudinal section,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Einspritzventils im Längsschnitt, und 2 a further embodiment of the injection valve in longitudinal section, and

3 einen Teilbereich des Einspritzventils im Längsschnitt. 3 a partial region of the injection valve in longitudinal section.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.elements the same construction or function are cross-figurative provided with the same reference numerals.

Die 1 und 2 zeigen ein Einspritzventil 10 mit einer Aktoreinheit 14 und einer Düsenbaugruppe 60. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Die Aktoreinheit 14 hat ein hülsenförmiges Gehäuse 12 mit einer Gehäuseausnehmung 13, in der ein Piezoaktuator 16 angeordnet ist.The 1 and 2 show an injection valve 10 with an actuator unit 14 and a nozzle assembly 60 , The injection valve 10 is preferably used for use as a fuel injection valve for an internal combustion engine of a vehicle. The actuator unit 14 has a sleeve-shaped housing 12 with a housing recess 13 in which a piezoactuator 16 is arranged.

Das Gehäuse 12 besteht bevorzugt aus einer Invar-Legierung. Besonders bevorzugt weist die Invar-Legierung einen Nickelanteil von ca. 36% auf. Neben FeNi-Legierungen, die gegebenenfalls noch Legierungsanteile an Kobalt aufweisen, kommen noch folgende Legierungen für Invar in Betracht: FePt, FePd, FeMn, CoMn, FeNiPt, FeNiMn, CoMnFe, CrFe, CrMn, CoCr, FeB, FeP, TiFe2, ZrFe2, RECo2 (RE=seltene Erden außer Eu), FeC, Dy2 (FeCo) 17.The housing 12 preferably consists of an Invar alloy. Particularly preferably, the Invar alloy has a nickel content of about 36%. In addition to FeNi alloys, which may still contain cobalt alloy constituents, the following alloys are also suitable for Invar: FePt, FePd, FeMn, CoMn, FeNiPt, FeNiMn, CoMnFe, CrFe, CrMn, CoCr, FeB, FeP, TiFe 2, ZrFe 2, RECo2 (RE = rare earth except Eu), FeC, Dy2 (FeCo) 17 ,

Der Piezoaktuator 16 hat mindestens ein Piezoelement 17, das seine Länge in axialer Richtung ändert abhängig von einem Steuersignal, das an den Piezoaktuator 16 angelegt wird.The piezoactuator 16 has at least one piezoelement 17 which changes its length in the axial direction depending on a control signal applied to the piezoactuator 16 is created.

Die Düsenbaugruppe 60 umfasst einen Düsenkörper 30 mit einer Längsachse A und einer Düsenkörperausnehmung 32, die sich in axialer Richtung in dem Düsenkörper 30 erstreckt. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 32 ist ein Fluidaustritt 28 ausgebildet, der in geöffneter oder geschlossener Position ist, abhängig von der axialen Position einer Düsennadel 33.The nozzle assembly 60 includes a nozzle body 30 with a longitudinal axis A and a nozzle body recess 32 extending in the axial direction in the nozzle body 30 extends. At a free end of the nozzle body recess 32 is a fluid outlet 28 formed, which is in the open or closed position, depending on the axial position of a nozzle needle 33 ,

Das Einspritzventil 10 hat weiter einen Hochdruckanschluss 20, in dem ein Fluideintritt 26 ausgebildet ist. In dem Hochdruckanschluss 20 ist weiter ein Verbindungskanal 27 ausgebildet, mittels dem der Fluideintritt 26 mit der Gehäuseausnehmung 13 des Gehäuses 12 und mit der Düsenkörperausnehmung 32 hydraulisch gekoppelt ist.The injection valve 10 has a high pressure connection 20 in which a fluid inlet 26 is trained. In the high pressure connection 20 is still a connection channel 27 formed, by means of which the fluid inlet 26 with the housing recess 13 of the housing 12 and with the nozzle body recess 32 hydraulically coupled.

Über eine nicht dargestellte Fluidleitung ist der Hochdruckanschluss 20 mit dem Fluideintritt 26 mit einer Hochdruckkammer einer Brennkraftmaschine gekoppelt, in der der Kraftstoff unter einem bestimmten Druck, zum Beispiel unter einem Druck von ungefähr 200 bar gespeichert ist.About a fluid line, not shown, is the high pressure port 20 with the fluid inlet 26 coupled to a high-pressure chamber of an internal combustion engine, in which the fuel is stored under a certain pressure, for example under a pressure of about 200 bar.

Der Düsenkörper 30 hat einen Absatz 34 und die Düsennadel 33 hat einen Absatz 35, wobei beide Absätze 34, 35 als Auflage für eine Feder 24 dienen, die zwischen dem Düsenkörper 30 und der Düsennadel 33 angeordnet ist.The nozzle body 30 has a paragraph 34 and the nozzle needle 33 has a paragraph 35 , both paragraphs 34 . 35 as a support for a spring 24 serve that between the nozzle body 30 and the nozzle needle 33 is arranged.

Die Düsennadel 33 ist direkt mit dem Piezoaktuator 16 ohne Zwischenschaltung einer Umlenkvorrichtung gekoppelt. Die Düsennadel 33 und der Piezoaktuator 16 bewegen sich damit relativ zueinander in einer gleichen Richtung. Damit ist das Einspritzventil 10 als ein nach außen öffnendes Ventil ausgebildet.The nozzle needle 33 is directly with the piezo actuator 16 coupled without the interposition of a deflecting device. The nozzle needle 33 and the piezo actuator 16 thus move relative to each other in a same direction. This is the injection valve 10 formed as an outwardly opening valve.

Der Piezoaktuator 16 hat an seinem der Düsenbaugruppe 60 abgewandten Ende einen Kopfendabschnitt 42 mit einem Deckelelement 18, das an das Piezoelement 17 grenzt. Die Gehäuseausnehmung 13 hat eine innere Wand 15. An einem dem Düsenkörper 30 zugewandeten axialen Ende hat der Piezoaktuator 16 ein Bodenelement 19. Das Bodenelement 19 ist fest mit dem Faltenbalg 40 des Aktuatorgehäuses 36 gekoppelt.The piezoactuator 16 has at its the nozzle assembly 60 opposite end a head end section 42 with a cover element 18 to the piezo element 17 borders. The housing recess 13 has an inner wall 15 , At a the nozzle body 30 facing axial end of the piezoelectric actuator 16 a floor element 19 , The floor element 19 is firm with the bellows 40 of the actuator housing 36 coupled.

Der Kopfendabschnitt 42 des Piezoaktuators 16 umfasst weiter eine elektrische Anschlussleitung 44 für die Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Piezoaktuator 16. Der Piezoaktuator 16 ändert seine Länge in axialer Richtung, wenn an ihn eine elektrische Spannung angelegt wird. Durch die Änderung der Länge des Piezoaktuators 16 kann eine Kraft auf die Düsennadel 33 ausgeübt werden. Über die von dem Piezoaktuator 16 ausgeübte Kraft kann sich die Düsennadel 33 in axialer Richtung bewegen, um so einen Fluidstrom durch eine Einspritzöffnung 62 zu ermöglichen oder zu verhindern.The head end section 42 of the piezoactuator 16 further includes an electrical connection cable 44 for the supply of electrical energy to the piezo actuator 16 , The piezoactuator 16 changes its length in the axial direction when an electrical voltage is applied to it. By changing the length of the piezo actuator 16 can put a force on the nozzle needle 33 be exercised. About the of the piezo actuator 16 applied force may be the nozzle needle 33 move in the axial direction so as to flow fluid through an injection port 62 to enable or prevent.

Die Aktoreinheit 14 für das Einspritzventil 10 hat weiter einen Anschlussstecker 56 mit einem Steckerkörper 57, in dem ein Anschlussstift 58 angeordnet ist. Über den Anschlussstecker 56 kann eine Spannung an den Anschlussstift 58 des Anschlusssteckers 56 angelegt werden. Der Anschlussstift 58 des Anschlusssteckers 56 und die elektrische Anschlussleitung 44 des Piezoaktuators 16 bilden zusammen einen elektrischen An schluss des Piezoaktuators 16. Da der Anschlussstift 58 des Anschlusssteckers 56 mit der Anschlussleitung 44 des Piezoaktuators 16 elektrisch gekoppelt ist, ist auf einfache Weise eine Zufuhr von elektrischer Energie von außen an den Piezoaktuator 16 möglich.The actuator unit 14 for the injection valve 10 also has a connector 56 with a plug body 57 in which a pin 58 is arranged. About the connector 56 can apply a voltage to the pin 58 of the connector 56 be created. The pin 58 of the connector 56 and the electrical connection line 44 of the piezoactuator 16 together form an electrical connection of the piezoactuator 16 , Because the pin 58 of the connector 56 with the connecting cable 44 of the piezoactuator 16 is electrically coupled, is a simple way a supply of electrical energy from the outside to the piezoelectric actuator 16 possible.

In der Gehäuseausnehmung 13 ist ein Aktuatorgehäuse 36 angeordnet mit einem Innenraum 38, in dem der Piezoaktuator 16 angeordnet ist. Damit ist der Piezoaktuator 16 auf eine mechanisch stabile Weise in dem Aktuatorgehäuse 36 untergebracht.In the housing recess 13 is an actuator housing 36 arranged with an interior 38 , in which the piezoactuator 16 is arranged. This is the piezo actuator 16 in a mechanically stable manner in the actuator housing 36 accommodated.

Das Aktuatorgehäuse 36 hat einen Faltenbalg 40, der sich in Richtung der Längsachse A erstreckt und so ausgebildet ist, dass mittels des Faltenbalgs 40 axiale Längenänderungen des Piezoaktuators 16 unmittelbar von dem fest mit dem Piezoaktuator 16 gekoppelten Aktuatorgehäuse 36 aufgenommen werden können.The actuator housing 36 has a bellows 40 which extends in the direction of the longitudinal axis A and is formed so that by means of the bellows 40 axial length changes of the piezo actuator 16 immediately from the fixed with the piezo actuator 16 coupled actuator housing 36 can be included.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Einspritzventils 10 ist der Faltenbalg 40 koaxial zwischen dem Piezoaktuator 16 und dem Gehäuse 12 angeordnet. Der Faltenbalg 40 ist mit einem von dem Düsenkörper 30 abgewandeten axialen Ende fest mit dem Deckelelement 18 gekoppelt. Der Faltenbalg 40 ist mit dem dem Düsenkörper 30 zugewandeten axialen Ende fest mit dem Bodenelement 19 gekoppelt. An seinem dem Düsenkörper 30 abgewandten axialen Ende ist der Piezoaktuator 16 fest mit einer Glasdurchführung 45 gekoppelt. Die elektrische Anschlussleitung 44 ist in der Glasdurchführung 45 angeordnet, wodurch eine fluiddichte Durchführung der elektrischen Anschlussleitung 44 des Piezoaktuators 16 durch das Deckelelement 18 erreicht werden kann.In the in 1 shown embodiment of the injection valve 10 is the bellows 40 coaxial between the piezo actuator 16 and the housing 12 arranged. The bellows 40 is with one of the nozzle body 30 remote axial end fixed to the cover element 18 coupled. The bellows 40 is with the nozzle body 30 facing axial end fixed to the bottom element 19 coupled. At his the nozzle body 30 opposite axial end is the piezoelectric actuator 16 firmly with a glass passage 45 coupled. The electrical connection cable 44 is in the glass passage 45 arranged, whereby a fluid-tight passage of the electrical connection line 44 of the piezoactuator 16 through the lid element 18 can be achieved.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform des Einspritzventils 10 ist der Faltenbalg 40 axial zwischen dem Piezoaktuator 16 und der Einspritzöffnung 62 angeordnet. Das Aktuatorgehäuse 36 hat ein Rohrelement 46, das koaxial zwischen dem Piezoaktuator 16 und dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Das Rohrelement 46 erstreckt sich mit seinem von dem Düsenkörper 30 abgewandeten axialen Ende bis zu seinem dem Düsenkörper 30 zugewandeten axialen Ende von dem Deckelelement 18 bis zu einer Lochscheibe 64. Die Lochscheibe 64 ist mit dem dem Düsenkörper 30 zugewandten axialen Ende des Rohrelements 46 und mit dem dem Düsenkörper zugewandten axialen Ende des Faltenbalgs 40 fest gekoppelt. Das von dem Düsenkörper 30 abgewandte Ende des Rohrelements 46 ist fest mit dem Deckelelement 18 gekoppelt. Der Faltenbalg 40 ist innerhalb des Rohrelements 46 angeordnet. Es ist so möglich, dass die radialen Abmessungen des Faltenbalgs 40 unabhängig von den radialen Abmessungen des Piezoaktuators 16 ausgebildet sein können. Damit kann die radiale Erstreckung des Faltenbalgs 40 kleiner sein als die radiale Erstreckung des Piezoaktuators 16. Somit ist die hydraulisch wirksame Fläche in Richtung der Längsachse A sehr klein, wodurch auch ein kurzer Piezoaktuator 16 in dem Einspritzventil 10 zum Einsatz kommen kann. Dies hat den Vorteil, dass ein geringerer Energieaufwand und damit eine geringere thermische Last des Piezoaktuators 16 erreicht werden kann.In the in 2 shown embodiment of the injection valve 10 is the bellows 40 axially between the piezo actuator 16 and the injection port 62 arranged. The actuator housing 36 has a tube element 46 coaxial between the piezoactuator 16 and the housing 12 is arranged. The pipe element 46 extends with his from the nozzle body 30 remote axial end to its the nozzle body 30 facing axial end of the lid member 18 up to a perforated disc 64 , The perforated disc 64 is with the nozzle body 30 facing axial end of the tubular element 46 and with the nozzle body facing axial end of the bellows 40 firmly coupled. That of the nozzle body 30 opposite end of the tubular element 46 is fixed to the cover element 18 coupled. The bellows 40 is inside the pipe element 46 arranged. It is possible that the radial dimensions of the bellows 40 regardless of the radial dimensions of the piezo actuator 16 can be trained. This can be the radial extent of the bellows 40 be smaller than the radial extent of the piezo actuator 16 , Thus, the hydraulically effective surface in the direction of the longitudinal axis A is very small, whereby a short piezoelectric actuator 16 in the injection valve 10 can be used. This has the advantage that a lower energy consumption and thus a lower thermal load of the piezo actuator 16 can be achieved.

Die Lochscheibe 64 hat eine Ausnehmung 65 und der Faltenbalg 40 hat eine innere Faltenbalgkammer 66. In der Ausnehmung 65 der Lochscheibe 64 und in der inneren Faltenbalgkammer 66 ist ein Stiftfortsatz 68 angeordnet. Der Stiftfortsatz 68 ist fest, vorzugsweise einstückig, mit dem Bodenelement 19 gekoppelt. Das Bodenelement 19 und der Stiftfortsatz 68 bilden zusammen ein Ausgleichselement 70. Das Ausgleichselement 70 kann der Kompensation von Längenänderungen des Rohrelements 46 dienen, insbesondere dann, wenn das Gehäuse 12 aus einem Material ausgebildet ist, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der Piezoaktuator 16. Das Ausgleichselement 70 ist dann bevorzugt derart ausgebildet, dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient erheblich größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 12, und dass sein thermischer Ausdehnungskoeffizient in Verbindung mit den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Piezoaktuators 16 gerade so groß ist wie der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 12. Damit kann erreicht werden, dass die thermische Ausdehnung eines Gehäuseabschnitts 12a, das den Piezoaktuator 16 und das Ausgleichselement 70 umschließt, im Wesentlichen genauso groß ist wie die thermische Ausdehnung des Piezoaktuators 16 mit dem Ausgleichselement 70 zusammen.The perforated disc 64 has a recess 65 and the bellows 40 has an inner bellows chamber 66 , In the recess 65 the perforated disc 64 and in the inner bellows chamber 66 is a pin extension 68 arranged. The penis appendage 68 is solid, preferably in one piece, with the bottom element 19 coupled. The floor element 19 and the pin extension 68 together form a compensation element 70 , The compensation element 70 can compensate for changes in length of the pipe element 46 serve, especially if the housing 12 is formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the piezoelectric actuator 16 , The compensation element 70 is then preferably designed such that its coefficient of thermal expansion is significantly greater than the thermal expansion coefficient of the housing 12 , And that its thermal expansion coefficient in conjunction with the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 16 just as large as the thermal expansion coefficient of the housing 12 , This can be achieved that the thermal expansion of a housing section 12a that the piezo actuator 16 and the compensation element 70 encloses, is substantially the same size as the thermal expansion of the piezo actuator 16 with the compensation element 70 together.

Der Innenraum 38 des Aktuatorgehäuses 36 ist vorzugsweise wenigstens teilweise mit einem Fluid gefüllt. Das Fluid in den Innenraum 38 des Aktuatorgehäuses 36 ist vorzugsweise nicht leitend und chemisch innert. Besonders bevorzugt ist, wenn das Fluid in den Innenraum 38 des Aktuatorgehäuses aus einem Material ist, das ein Silikon aufweist. Damit kann zum einen sichergestellt werden, dass der Faltenbalg 40 auch bei höheren Fluiddrücken eine gute mechanische Stabilität erreicht.The interior 38 of the actuator housing 36 is preferably at least partially filled with a fluid. The fluid in the interior 38 of the actuator housing 36 is preferably non-conductive and chemically inert. It is particularly preferred if the fluid in the interior 38 of the actuator housing is made of a material comprising a silicone. This can be on the one hand to ensure that the bellows 40 also achieves good mechanical stability at higher fluid pressures.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Einspritzventils 10 kann das Fluid in dem Innenraum 38 des Aktuatorgehäuses 36 des Weiteren einen Wärmefluss von dem Piezoaktuator 16 in Richtung zu dem Gehäuse 12 ermöglichen und so einen Wärmeabtransport in einer lateralen Richtung aus dem Piezoaktuator 16 heraus erreichen.In the in 1 shown embodiment of the injection valve 10 can the fluid in the interior 38 of the actuator housing 36 Furthermore, a heat flow from the piezo actuator 16 towards the housing 12 allow and thus a heat dissipation in a lateral direction from the piezoelectric actuator 16 reach out.

Zwischen dem Düsenkörper 30 und dem Gehäuse 12 sind Gewinde ausgebildet, mittels denen eine Schraubverbindung 50 zwischen dem Düsenkörper 30 und dem Gehäuse 12 hergestellt werden kann. Die Schraubverbindung 50 ermöglicht eine einfache Demontage des Düsenkörpers 30 von dem Gehäuse 12. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn entweder die Düsenbaugruppe 60 oder die Aktoreinheit 14 eine defekte oder nicht passende Einheit aufweisen. Es ist dann möglicht, die defekte oder nicht passende Düsenbaugruppe 60 oder die defekte oder nicht passende Aktoreinheit 14 auszutauschen, ohne das gesamte Einspritzventil 10 austauschen zu müssen. Dies führt insbesondere zu niedrigen Kosten bei der Herstellung des Einspritzventils 10.Between the nozzle body 30 and the housing 12 are threaded, by means of which a screw connection 50 between the nozzle body 30 and the housing 12 can be produced. The screw connection 50 allows easy disassembly of the nozzle body 30 from the case 12 , This is particularly advantageous when either the nozzle assembly 60 or the actuator unit 14 have a defective or improper unit. It is then possible, the defective or improper nozzle assembly 60 or the defective or non-matching actuator unit 14 replace without the entire injector 10 to have to exchange. This leads in particular to low costs in the production of the injection valve 10 ,

Zwischen dem Düsenkörper 30 und dem Gehäuse 12 ist bevorzugt ein Dichtelement 52 angeordnet, das eine axiale Dichtung zwischen dem Düsenkörper 30 und dem Gehäuse 12 ermöglicht. Es kann so eine gute Fluiddichtheit zwischen den Kontaktflächen des Düsenkörpers 30 und dem Gehäuse 12 erreicht werden. Die axiale Anordnung des Dichtelements 52 zwischen dem Düsenkörper 30 und dem Gehäuse 12 erlaubt insbesondere eine hohe Prozesssicherheit bei der Montage des Dichtelements 52.Between the nozzle body 30 and the housing 12 is preferably a sealing element 52 arranged, which has an axial seal between the nozzle body 30 and the housing 12 allows. It can thus be a good fluid tightness between the contact surfaces of the nozzle body 30 and the housing 12 be achieved. The axial arrangement of the sealing element 52 between the nozzle body 30 and the housing 12 allows in particular a high process reliability during assembly of the sealing element 52 ,

Der Düsenkörper 30 hat einen unteren Düsenkörperteil 30a und einen oberen Düsenkörperteil 30b. Der untere Düsenkörperteil 30a ist mit dem oberen Düsenkörperteil 30b bevorzugt kraftschlüssig verbunden, beispielsweise durch einen Presssitz. Für die Abdichtung zwischen dem unteren Düsenkörperteil 30a und dem oberen Düsenkörperteil 30b ist ein weiteres Dichtelement 53 vorgesehen, so dass eine Abdichtung in radialer Richtung ermöglicht ist.The nozzle body 30 has a lower nozzle body part 30a and an upper nozzle body part 30b , The lower nozzle body part 30a is with the upper nozzle body part 30b preferably positively connected, for example by a press fit. For sealing between the lower nozzle body part 30a and the upper nozzle body part 30b is another sealing element 53 provided, so that a seal in the radial direction is made possible.

Die Düsennadel 33 hat vorzugsweise zwei Führungsabschnitte 54 mit jeweils einer flachen Ausnehmung 55. Die Führungsabschnitte 54 sind so ausgebildet, dass die Düsennadel 33 durch den Düsenkörper 30 in axialer Richtung führbar ist. Damit ist eine sehr sichere Führung der Düsennadel 33 im Düsenkörper 30 möglich. Gleichzeitig ist durch die flachen Ausnehmungen 55 ein hoher Fluiddurchfluss in Richtung zu dem Fluidaustritt 28 im Bereich der Einspritzöffnung 62 möglich.The nozzle needle 33 preferably has two guide sections 54 each with a shallow recess 55 , The guide sections 54 are designed so that the nozzle needle 33 through the nozzles body 30 can be guided in the axial direction. This is a very safe management of the nozzle needle 33 in the nozzle body 30 possible. At the same time is through the shallow recesses 55 a high fluid flow towards the fluid outlet 28 in the area of the injection opening 62 possible.

Im Folgenden soll die Funktion des Einspritzventils 10 kurz beschrieben werden:
Der Kraftstoff wird von dem Fluideintritt 26 durch das Gehäuse 12 zu der Düsenkörperausnehmung 32 und schließlich zu dem Fluidaustritt 28 geführt. Ein Fluidstrom vom Fluideintritt 26 in de Innenraum 38 des Aktuatorgehäuses 36 mit dem Piezoaktuator 16 wird durch den Faltenbalg 40 beziehungsweise das Rohrelement 46 und die Lochscheibe 64 verhindert.The following is the function of the injection valve 10 be briefly described:
The fuel is from the fluid inlet 26 through the housing 12 to the nozzle body recess 32 and finally to the fluid exit 28 guided. A fluid flow from the fluid inlet 26 in the interior 38 of the actuator housing 36 with the piezo actuator 16 gets through the bellows 40 or the pipe element 46 and the perforated disc 64 prevented.

In einer Schließposition der Düsennadel 33 verhindert diese einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 im Düsenkörper 30.In a closed position of the nozzle needle 33 this prevents fluid flow through the fluid outlet 28 in the nozzle body 30 ,

Durch Anlegen einer Spannung an den Piezoaktuator 16 können die Piezoelemente 17 ihre Länge ändern. Durch die Längenänderung der Piezoelemente 17 kann eine Kraft auf die Düsennadel 33 ausgeübt werden. Die Düsennadel 33 kann damit in axialer Richtung aus ihrer Schließposition bewegt werden. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 33 besteht eine Lücke zwischen dem Düsenkörper 30 und der Düsennadel 33 an der Einspritzöffnung 62. Außerhalb der Schließposition der Düsennadel 33 ermöglicht die Düsennadel 33 einen Fluidstrom durch den Fluidaustritt 28 und damit durch die Einspritzöffnung 62.By applying a voltage to the piezoactuator 16 can the piezo elements 17 change their length. By the change in length of the piezo elements 17 can put a force on the nozzle needle 33 be exercised. The nozzle needle 33 can thus be moved in the axial direction from its closed position. Outside the closed position of the nozzle needle 33 there is a gap between the nozzle body 30 and the nozzle needle 33 at the injection port 62 , Outside the closed position of the nozzle needle 33 allows the nozzle needle 33 a fluid flow through the fluid outlet 28 and thus through the injection opening 62 ,

Die Feder 24 kann die Düsennadel 33 über den Absatz 35 der Düsennadel 33 in Richtung auf den Piezoaktuator 16 mit Kraft beaufschlagen. Liegt keine Spannung an dem Piezoaktuator 16 an, so ist die Länge des Piezoaktuators 16 reduziert. Die Feder 24 zwingt die Düsennadel 33 zu einer Bewegung in axialer Richtung in ihre Schließposition. Abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der durch die Feder 24 auf die Düsennadel 33 ausgeübte Kraft und der durch den Piezoaktuator 16 auf die Düsennadel 33 ausgeübte Kraft ist die Düsennadel 33 in einer Schließposition oder in einer Öffnungsposition.The feather 24 can the nozzle needle 33 about the paragraph 35 the nozzle needle 33 in the direction of the piezo actuator 16 apply force. There is no voltage on the piezo actuator 16 on, that is the length of the piezoactuator 16 reduced. The feather 24 forces the nozzle needle 33 to a movement in the axial direction in its closed position. Depending on the balance of power between by the spring 24 on the nozzle needle 33 applied force and by the piezo actuator 16 on the nozzle needle 33 applied force is the nozzle needle 33 in a closed position or in an open position.

Soll die Düsennadel 33 von einer Öffnungsposition in eine Schließposition gebracht werden, so wird der Piezoaktuator 16 stromlos gemacht, wobei eine Längenänderung des Piezoaktuators 16 ausgelöst wird, indem sich der Piezoaktuator 16 zusammenzieht. Gleichzeitig wird durch die von der Feder 24 auf die Düsennadel 33 ausgeübte Kraft die Düsennadel 33 versuchen, in ihre Schließposition zu gelangen. Da die Längenänderung des Piezoaktuators 16 phasenweise zuerst schneller und dann langsamer erfolgt als die Bewegung der Düsennadel 33 in ihre Schließposition, wird auf dem Piezoaktuator 16 eine Kraftänderung ausgeübt, wodurch ein elektrisches Signal an den Piezoaktuator 16 anliegen kann. Aus dem zeitlichen Verlauf dieses elektrischen Signals kann ermittelt werden, wann die Düsennadel 33 tatsächlich ihre Schließposition erreicht. Die so erhaltene Information über das Erreichen der Schließposition der Düsennadel 33 kann in einem nächsten Öffnungsvorgang der Düsennadel 33 als Information verwertet werden, derart, dass ein entsprechendes Signal an dem Piezoaktuator 16 angelegt wird, und dieser so eine an die ermittelte Schließposition der Düsennadel 33 angepasste Längenänderung ausführen kann. Es ist so eine adaptive Regelung für den Öffnungs- und Schließvorgang der Düsennadel 33 mittels des Piezoaktuators 16 möglich.Should the nozzle needle 33 be brought from an open position to a closed position, so the piezoelectric actuator 16 de-energized, with a change in length of the piezo actuator 16 is triggered by the piezo actuator 16 contracts. At the same time by the spring 24 on the nozzle needle 33 applied force the nozzle needle 33 try to get into their closed position. Since the change in length of the piezo actuator 16 phased first faster and then slower than the movement of the nozzle needle 33 in its closed position, is on the piezo actuator 16 exerted a force change, whereby an electrical signal to the piezoelectric actuator 16 can be present. From the time course of this electrical signal can be determined when the nozzle needle 33 actually reached their closed position. The information thus obtained about reaching the closed position of the nozzle needle 33 can in a next opening operation of the nozzle needle 33 be used as information, such that a corresponding signal to the piezoelectric actuator 16 is created, and this one to the determined closing position of the nozzle needle 33 adapted length change can perform. It is such an adaptive control for the opening and closing operation of the nozzle needle 33 by means of the piezoactuator 16 possible.

Insbesondere kann so ein adaptiver Regelkreis zur Kompensation zeitlicher Veränderungen der Dehnung des Piezoaktuators 16 bereitgestellt werden.In particular, such an adaptive control loop can be used to compensate for changes over time in the expansion of the piezoactuator 16 to be provided.

Im Folgenden soll das Verfahren zur Messung des Aktuatorleerhubs des Einspritzventils 10 gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform dargestellt werden (3):
Vor dem Zusammenbau der Aktoreinheit 14 und der Düsenbaugruppe 60 wird die axiale Position einer ersten Planfläche 72 an dem Stiftfortsatz 68 und einer zweiten Planfläche 74 an dem Gehäuse 12 ermittelt. Der axiale Abstand S1 zwischen der ersten Planfläche 72 und der zweiten Planfläche 74 wird bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die axiale Position einer dritten Planfläche 76 der Düsennadel 33 und eine vierte Planfläche 78 des Düsenkörpers 30 ermittelt. Der axiale Abstand S2 zwischen der dritten Planfläche 76 und der vierten Planfläche 78 wird bestimmt.The following is the method for measuring the Aktuatorleerhubs the injector 10 according to the in 2 shown embodiment shown ( 3 ):
Before assembling the actuator unit 14 and the nozzle assembly 60 becomes the axial position of a first plane surface 72 at the pin extension 68 and a second plane surface 74 on the housing 12 determined. The axial distance S1 between the first plane surface 72 and the second plane surface 74 is determined. In a further step, the axial position of a third plane surface 76 the nozzle needle 33 and a fourth plane surface 78 of the nozzle body 30 determined. The axial distance S2 between the third plane surface 76 and the fourth plane surface 78 is determined.

Die Abstände S1 der Aktoreinheit 14 und S2 der Düsenbaugruppe 60 werden miteinander verglichen und jeweils eine Aktoreinheit 14 und eine Düsenbaugruppe 60, die möglichst ähnliche Werte der Abstände S1 und S2 aufweisen, werden miteinander gepaart. Da die Planflächen 72, 74, 76, 78 für eine Messung des Aktuatorleerhubs sehr leicht zugänglich sind, kann der Aktuatorleerhub mit einer hohen Genauigkeit, im Bereich von einigen Zehntel Mikrometer, bestimmt werden.The distances S1 of the actuator unit 14 and S2 of the nozzle assembly 60 are compared with each other and each actor unit 14 and a nozzle assembly 60 , which have as similar values of the distances S1 and S2, are paired with each other. Because the plane surfaces 72 . 74 . 76 . 78 For a measurement of the Aktuatorleerhubs are very easily accessible, the Aktuatorleerhub can be determined with a high accuracy, in the range of a few tenths of micrometers.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19653555 A1 [0004]
- DE 10245109 [0005]

Claims

Injection valve ( 10 ) with a nozzle assembly ( 60 ) and an actuator unit ( 14 ), wherein - the nozzle assembly ( 60 ) has a nozzle body ( 30 ) with a nozzle body recess ( 32 ), which is hydraulically coupled with a high-pressure circuit of a fluid, and one in the Düsenenkörperausnehmung ( 32 ) axially movably arranged nozzle needle ( 33 ), which is designed to, in a closed position, a fluid flow through at least one injection opening ( 62 ) and otherwise release the fluid flow, - and the actuator unit ( 14 ) has a sleeve-shaped housing ( 12 ) with a longitudinal axis (A) having a housing recess (A) 13 ), wherein the sleeve-shaped housing ( 12 ) mechanically fixed to the nozzle body ( 30 ) is coupled and the housing recess ( 13 ) with the nozzle body recess ( 32 ) is hydraulically coupled, such that the housing recess ( 13 ) is hydraulically coupled to the high-pressure circuit of the fluid, a cover element ( 18 ) fixed to one of the nozzle body ( 30 ) facing away from the axial end of the sleeve-shaped housing ( 12 ), and a piezoactuator ( 16 ), in the housing recess ( 13 ) is arranged, for acting on the nozzle needle ( 33 ) is formed and at one of the nozzle needle ( 33 ) facing away from a head end portion ( 42 ), wherein the head end section ( 42 ) of the piezoactuator ( 16 ) directly with the cover element ( 18 ), and the housing ( 12 ) is formed of one or more materials, which are formed such that the thermal expansion coefficient of a housing portion ( 12a ), the piezo actuator ( 16 ) and / or the piezoactuator ( 16 ) and one to the piezo actuator ( 16 ) axially arranged and with the piezo actuator fixedly coupled compensation element ( 70 ), essentially that of the piezo actuator ( 16 ) or the piezo actuator ( 16 ) and the compensation element ( 70 ) corresponds.

Injection valve ( 10 ) according to claim 1, wherein the housing ( 12 ) is formed of an Invar alloy.

Injection valve ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the nozzle needle ( 33 ) directly with the piezo actuator ( 16 ), such that the nozzle needle ( 33 ) and the piezo actuator ( 16 ) are movable relative to each other in a same direction.

Injection valve ( 10 ) according to claim 3, wherein in the housing recess ( 13 ) an actuator housing ( 36 ) with an interior ( 38 ) is arranged, and the piezo actuator ( 16 ) in the interior ( 38 ), and the interior ( 38 ) fluid-tight with respect to the housing recess ( 13 ) is sealed.

Injection valve ( 10 ) according to claim 4, wherein the actuator housing ( 36 ) a bellows ( 40 ), which is formed such that axial length changes of the piezo actuator ( 16 ) through the actuator housing ( 36 ) are receivable.

Injection valve ( 10 ) according to claim 5, wherein the bellows ( 40 ) coaxial between the piezoactuator ( 16 ) and the housing ( 12 ) is arranged with one of the nozzle body ( 30 ) facing away from the axial end fixed to the cover element ( 18 ), the piezoactuator ( 16 ) on a nozzle body ( 30 ) facing axial end a bottom element ( 19 ) and the bellows ( 40 ) with the nozzle body ( 30 ) facing the axial end fixed to the bottom element ( 19 ) is coupled.

Injection valve ( 10 ) according to claim 5, wherein the bellows ( 40 ) axially between the piezo actuator ( 16 ) and the injection opening ( 62 ) is arranged, and the actuator housing ( 36 ) a tubular element ( 46 ) which is coaxial between the piezoactuator ( 16 ) and the housing ( 12 ), one of the nozzle body ( 30 ) facing away from the axial end of the tubular element ( 46 ) fixed to the cover element ( 18 ) and a nozzle body ( 30 ) facing axial end of the tubular element ( 46 ) firmly with a nozzle body ( 30 ) facing axial end of the bellows ( 40 ) is coupled.

Injection valve ( 10 ) according to claim 7, wherein the actuator housing ( 36 ) a perforated disc ( 64 ), and the perforated disc ( 64 ) directly with the nozzle body ( 30 ) facing axial end of the tubular element ( 46 ) and directly with the nozzle body ( 30 ) facing axial end of the bellows ( 40 ) is coupled.

Injection valve ( 10 ) according to claim 8, wherein the perforated disc ( 64 ) a recess ( 65 ) and the bellows ( 40 ) an inner bellows chamber ( 66 ) and the bottom element ( 19 ) a pin extension ( 68 ), which is located in the recess ( 65 ) and in the bellows chamber ( 66 ).

Injection valve ( 10 ) according to claim 9, wherein the compensating element ( 70 ) the pin extension ( 68 ), and the pin extension ( 68 ) has a material which has a higher thermal expansion coefficient than steel.

Injection valve ( 10 ) according to one of claims 4 to 10, wherein the interior ( 38 ) of the actuator housing ( 36 ) is at least partially filled with a fluid and the fluid is of a material comprising a silicone.

Injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the nozzle body ( 30 ) and the housing ( 12 ) are releasably coupled together.

Injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the nozzle body ( 30 ) and the housing ( 12 ) by means of a screw connection ( 50 ) are releasably coupled together.

Injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein axially between the nozzle body ( 30 ) and the housing ( 12 ) a sealing element ( 52 ) is arranged.

Injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the nozzle needle ( 33 ) at least two guide sections ( 54 ) each having a shallow recess ( 55 ), wherein the guide sections ( 54 ) are formed such that the nozzle needle ( 33 ) through the nozzle body ( 30 ) Is feasible in the axial direction.

Injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the head end section ( 42 ) of the piezoactuator ( 16 ) an electrical connection line ( 44 ), by means of which the piezoactuator ( 16 ) is electrically coupled to a voltage source, and the cover element ( 18 ) a glass feedthrough ( 45 ), and the electrical connection line ( 44 ) in the glass passage ( 45 ) is arranged.

Device for controlling an injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, comprising means for determining that the closing position of the nozzle needle has been reached ( 33 ), wherein the means are designed to determine the time profile of electrical variables on the piezoactuator ( 16 ).

Method for controlling an injection valve ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the achievement of the closing position of the nozzle needle ( 33 ) is determined by a time characteristic of electrical variables on the piezo actuator ( 16 ) is determined.