DE102011121384A1 - Injector e.g. common rail fuel injector for e.g. diesel engine of vehicle, has actuators with actuating units which are displaced with respect to each other in specific directions - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an injector for a fuel injection device according to the preamble of
Im Stand der Technik ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannt, deren Solenoidventil mit einem weiteren Solenoid zusammenwirkt, um das Schalten von Hubstufen des Solenoidventils zu ermöglichen. Im Rahmen des Schaltens der Hubstufen wird ein Sperrschieber in Abhängigkeit einer Erregung oder Entregung des weiteren Solenoids bewegt. Eine derartige Lösung zeigt z. B. die Druckschrift
Der mit dem weiteren Solenoid magnetisch koppelbare Sperrschieber ist hierbei mit einem Ringbund an einer Rückstellfeder abgestützt, welche andererseits an einer magnetisch mit dem Solenoid des Ventils magnetisch koppelbaren Ventilscheibe abgestützt ist. Diese mechanische Kopplung über die Rückstellfeder führt zu einer nachteiligen Schwingungsanfälligkeit des Systems.The magnetically coupled to the other solenoid gate valve is supported here with a collar on a return spring, which on the other hand is supported on a magnetically magnetically coupled to the solenoid of the valve valve disc. This mechanical coupling via the return spring leads to an adverse susceptibility to vibration of the system.
Nachteilig bei der bekannten Lösung ist weiterhin, dass die bekannte Anordnung hinsichtlich ihres Funktionsvorrats eingeschränkt ist, insbesondere insoweit, als die dauerhafte Einnahme einer Teilhubstellung ohne eine kontinuierliche Bestromung des weiteren Solenoids nicht ermöglicht ist.A disadvantage of the known solution is further that the known arrangement is limited in terms of their functional stock, in particular insofar as the permanent taking a Teilhubstellung is not possible without a continuous energization of the other solenoid.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Injektor vorzuschlagen, welcher vorstehend geschilderte Nachteile des Standes der Technik überwindet.Proceeding from this, the present invention seeks to propose an injector, which overcomes the above-described disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the features of
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Injektor für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere eines Common-Rail-Systems, wobei der Injektor allgemein zur Verwendung mit Brennkraftmaschinen in Form von Otto- oder Dieselmotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren vorgesehen ist, z. B. in Offroad- oder Schiffsanwendungen.The invention proposes an injector for a fuel injection device, in particular a common rail system, wherein the injector is generally provided for use with internal combustion engines in the form of gasoline or diesel engines, in particular vehicle engines, z. In off-road or marine applications.
Der Injektor kann zur einlassseitigen Kraftstoffbeaufschlagung mit einem Druckspeicher oder einer Hochdruckzufördervorrichtung verbunden sein, z. B. einer Kraftstoffpumpe. Zur Abgabe des hochdruckbeaufschlagten Kraftstoffs weist der Injektor eine Kraftstoffabgabevorrichtung auf, bevorzugt eine Düsenanordnung.The injector may be connected to the inlet side Kraftstoffbeaufschlagung with a pressure accumulator or a high pressure feed device, for. B. a fuel pump. To deliver the high-pressure fuel, the injector has a fuel dispenser, preferably a nozzle arrangement.
Erfindungsgemäß umfasst der Injektor ein Pilotventil bzw. Steuerventil, welches über ein Stellglied eines ersten Aktuators des Injektors betätigbar ist, wobei der erste Aktuator z. B. ein Piezoaktuator oder bevorzugt ein Magnetaktuator sein kann. Das Pilotventil ist dazu vorgesehen, den Druck in einem Steuerraum des Injektors geeignet einzustellen bzw. zu beeinflussen, insbesondere durch Entlastung, um über die Druckverhältnisse im Steuerraum eine Düsennadel des Injektors zu steuern, i. e. deren Hub. Über das Pilotventil kann hierzu insbesondere eine Ablaufdrossel seitens des Steuerraums durchströmt werden.According to the invention, the injector comprises a pilot valve or control valve which can be actuated via an actuator of a first actuator of the injector, wherein the first actuator z. B. may be a piezoelectric actuator or preferably a magnetic actuator. The pilot valve is provided to suitably adjust or influence the pressure in a control chamber of the injector, in particular by relieving it in order to control a nozzle needle of the injector via the pressure conditions in the control chamber, i. e. their hub. For this purpose, in particular an outlet throttle on the part of the control chamber can be flowed through via the pilot valve.
Das Pilotventil ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung über das Stellglied eines ersten Aktuators in eine Offenstellung, eine Schließstellung und eine teilgeöffnete Zwischenstellung steuerbar, wobei der Öffnungsquerschnitt in der Zwischenstellung gegenüber demjenigen der Offenstellung insbesondere reduziert ist, wobei eine Drosselwirkung erzielt werden kann.The pilot valve is controllable in the context of the present invention via the actuator of a first actuator in an open position, a closed position and a partially open intermediate position, wherein the opening cross-section is reduced in the intermediate position relative to that of the open position, wherein a throttle effect can be achieved.
Erfindungsgemäß weist der Injektor einen zweiten Aktuator mit einem Stellglied auf, welcher ebenfalls als Piezoaktuator oder bevorzugt als Magnetaktuator gebildet sein kann (woneben weitere Aktuatorformen denkbar sind), wobei das Stellglied des ersten und das Stellglied des zweiten Aktuators in Abhängigkeit einer einzunehmenden Ventilstellung von einander mechanisch entkoppelt in insbesondere entgegen gesetzte Richtungen steuer- und gegen einander verlagerbar sind. Des Weiteren sind das erste und zweite Stellglied insbesondere auch in entgegen gesetzten Richtungen von einander mechanisch entkoppelt selbstrückstellbar. Durch Bereitstellung zweier mechanisch entkoppelter Stellglieder ist es dem Pilotventil erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglicht, Ventilstellungen mittels des Stellglieds des ersten Aktuators unbeeinflusst vom Stellglied des weiteren Aktuators einzunehmen und zu halten, i. e. weitgehend schwingungsfrei.According to the invention, the injector on a second actuator with an actuator, which may also be formed as a piezo actuator or preferably as Magnetaktuator (woneben other actuator forms are conceivable), wherein the actuator of the first and the actuator of the second actuator in response to a valve position to be adopted by each other mechanically decoupled in particular opposite directions tax and against each other are displaced. Furthermore, the first and second actuator are in particular also in opposite directions mechanically decoupled from each other self-recoverable. By providing two mechanically decoupled actuators, it is advantageously possible according to the pilot valve to take and hold valve positions unaffected by the actuator of the further actuator by means of the actuator of the first actuator, i. e. largely free of vibration.
Vorteilhaft wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung hierbei die Möglichkeit eröffnet, einen Injektor derart auszubilden, dass das Stellglied des ersten Aktuators in jeglicher Stellung des Pilotventils gegen einen festen Anschlag und somit in eine dauerhaft stabile Position gesteuert oder rückgestellt ist bzw. werden kann. Ein Anschlag für das Stellglied des ersten Aktuators in der Offenstellung des Pilotventils kann vorteilhaft unaufwändig durch den Aktuatorkörper selbst, z. B. ein Magnetpaket gebildet sein, ein Anschlag für die Schließstellung bevorzugt durch den Ventilsitz, alternativ z. B. das Injektorgehäuse. Alternativ können je eigens zu diesem Zweck gebildete Anschläge bereitgestellt sein.Advantageously, in the context of the present invention, this opens up the possibility of designing an injector such that the actuator of the first actuator is controlled or reset in any position of the pilot valve against a fixed stop and thus into a permanently stable position. A stop for the actuator of the first actuator in the open position of the pilot valve can be advantageously uncomplicated by the actuator body itself, z. B. a magnetic packet may be formed, a stop for the closed position preferably through the valve seat, alternatively z. B. the injector. Alternatively, it may be provided for each specially formed for this purpose stops.
Insbesondere kann das Stellglied des zweiten Aktuators in der Zwischenstellung des Pilotventils den festen Anschlag für das Stellglied des ersten Aktuators bilden. Zur Einnahme der Zwischenstellung des Pilotventils werden die Stellglieder der Aktuatoren gesteuert gegen einander in Anlage an einander verlagert, i. e. durch Bestromung der jeweiligen Aktuatoren. Das Stellglied des zweiten Aktuators wird hierbei ebenfalls in eine dauerhaft stabile Position gesteuert, i. e. bevorzugt bevor der erste Aktuator aktiviert wird.In particular, the actuator of the second actuator in the intermediate position of the pilot valve form the fixed stop for the actuator of the first actuator. To take the intermediate position of the pilot valve, the actuators of the actuators are controlled against each other in contact with each other shifts, ie by energizing the respective actuators. The actuator of the second actuator is also controlled in this case in a permanently stable position, ie preferably before the first actuator is activated.
Vorgesehen ist hierbei, das Stellglied des zweiten Aktuators gegen einen weiteren Anschlag zu steuern bzw. zu verlagern, welcher vorteilhaft unaufwändig bevorzugt durch den Aktuatorkörper des zweiten Aktuators selbst gebildet ist, z. B. ein Magnetpaket, alternativ z. B. gegen einen separat gebildeten Anschlag. Vorgesehen ist die Einnahme der Zwischenstellung insbesondere aus jeweiligen Rückstellstellungen.Provided here is to control the actuator of the second actuator against another stop or to relocate, which is advantageously unobtrusive preferably formed by the actuator body of the second actuator itself, z. B. a magnetic package, alternatively z. B. against a separately formed stop. The provision of the intermediate position is provided in particular from respective reset positions.
Durch vorstehend vorgeschlagene Maßnahmen kann die Schwingneigung des Systems bei Definition stabiler Stellungen für die Stellglieder, insbesondere einer vorteilhaft stabilen Zwischenstellung weiter reduziert werden.By measures proposed above, the tendency of the system to oscillate can be further reduced when defining stable positions for the actuators, in particular an advantageously stable intermediate position.
In der definierten Zwischenstellung kann das Pilotventil, wie bereits angemerkt, einen weiteren Widerstand zu der Ablaufdrossel darstellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft für die präzise Zuteilung kleinster Einspritzmengen, für welche eine flache Fördermengenkennlinie im vorderen ballistischen Düsennadelbereich benötigt wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass eine Abflachung der Kennlinie durch ein moderates, sogar langsames Öffnen der Düsennadel, insbesondere kombiniert mit einem schnellen Schließen, erreicht werden kann. Durch die Bereitstellung einer definierten Zwischenstellung kann ein reproduzierbar höherer Ablaufwiderstand für das zu verdrängende Medium im Steuerraum erzielt werden, so dass sich der Steuerraum langsamer entleert, d. h. die Düsennadel vorteilhaft langsam öffnet. Aus der Zwischenstellung der Pilotventils, welche mit einer Teilhubstellung des Stellglieds des ersten Aktuators korrespondiert, kann das Pilotventil zudem schnell schließen.In the defined intermediate position, the pilot valve, as already noted, represent a further resistance to the outlet throttle. This is particularly advantageous for the precise allocation of smallest injection quantities, for which a flat flow rate characteristic in the front ballistic nozzle needle area is required. In the context of the present invention, it has been recognized that a flattening of the characteristic curve can be achieved by a moderate, even slow opening of the nozzle needle, in particular combined with a fast closing. By providing a defined intermediate position, a reproducibly higher flow resistance for the medium to be displaced in the control chamber can be achieved, so that the control chamber empties more slowly, d. H. the nozzle needle advantageously opens slowly. From the intermediate position of the pilot valve, which corresponds to a Teilhubstellung of the actuator of the first actuator, the pilot valve can also close quickly.
Während die Aktuatoren zur gesteuerten Verlagerung der Stellglieder bestromt werden können, im Falle der Verwendung von Magnetaktuatoren vorzugsweise zur Erzeugung einer Magnetkraft, welche auf die Stellglieder wirken kann, ist zur Einnahme der Rückstellstellungen bzw. zur Selbstrückstellung vorgesehen, die Stellglieder bevorzugt je mit wenigstens einem Federelement zu belasten, insbesondere mittels je einer eigenständigen Feder. Die Federn sind bevorzugt Schraubenfedern, insbesondere Schraubendruckfedern, woneben z. B. auch elastomere Materialien denkbar sind.While the actuators for controlled displacement of the actuators can be energized, in the case of using magnetic actuators preferably for generating a magnetic force which can act on the actuators, is provided for taking the reset positions or for self-provision, the actuators preferably each with at least one spring element to burden, in particular by means of a separate spring. The springs are preferably coil springs, in particular helical compression springs, woneben z. B. also elastomeric materials are conceivable.
Eine Rückstellstellung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung hierbei eingenommen werden, insbesondere je unabhängig vom weiteren Aktuator, wenn der jeweilige Aktuator stromlos bzw. deaktiviert ist.In the context of the present invention, a reset position can be assumed here, in particular independently of the further actuator, if the respective actuator is de-energized or deactivated.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Injektor ausgebildet, zur – gegenüber dem Stand der Technik – beschleunigten Einnahme einer Schließstellung des Pilotventils, insbesondere ausgehend von der Offenstellung des Pilotventils, das Stellglied des zweiten Aktuators gesteuert gegen das Stellglied des ersten Aktuators zu verlagern, i. e. derart, dass eine Kraft gegen das erste Stellglied in Schließrichtung wirkt. Durch das resultierend stark beschleunigte Einnehmen der Schließstellung kann eine verbesserte Kleinstmengenfähigkeit des Injektors ausgebildet werden, insofern als ein flacherer Fördermengen-Kennlinienverlauf erzielt werden kann.In accordance with a further aspect of the invention, the injector is designed to shift the actuator of the second actuator in a controlled manner against the actuator of the first actuator, compared to the prior art, by accelerating taking a closed position of the pilot valve, in particular proceeding from the open position of the pilot valve , e. such that a force acts against the first actuator in the closing direction. As a result of the resulting greatly accelerated assumption of the closed position, an improved minimum quantity capability of the injector can be formed insofar as a flatter flow rate characteristic curve can be achieved.
Insbesondere im Rahmen der Verwendung von Magnetaktuatoren ist hierbei vorgesehen, den zweiten Aktuator bereits zu einem Zeitpunkt zu bestromen, zu welchem auch der erste Aktuator noch aktiviert ist, d. h. dessen Stellglied sich in einer Vollhubstellung befindet. Somit kann nach Wegfall der Bestromung des ersten Aktuators ein insbesondere selbstinduktionsbedingter Lösewiderstand, welchen dessen Stellglied erfährt, durch Bereitstellung einer Vorspannkraft schnell überwunden werden.In particular, in the context of the use of Magnetaktuatoren here is provided to energize the second actuator already at a time at which the first actuator is still activated, d. H. whose actuator is in a Vollhubstellung. Thus, after elimination of the energization of the first actuator, in particular a self-induction-induced release resistance, which its actuator learns by providing a biasing force can be overcome quickly.
Vorgesehen ist hierbei bevorzugt, dass die Kraft, insbesondere eine Magnetkraft, mittels welcher das Stellglied des zweiten Aktuators zur Einnahme der Schließstellung gegen das erste Stellglied gedrängt bzw. verlagert wird, deutlich größer ist, z. B. um einen Faktor > 2, als eine auf das Stellglied des ersten Aktuators, i. e. in der Offenstellung, wirkende Selbstrückstellkraft, wobei eine hohe Vorspannkraft erreicht werden kann.It is preferably provided here that the force, in particular a magnetic force, by means of which the actuator of the second actuator is urged or displaced to take the closed position against the first actuator, is significantly greater, for. B. by a factor> 2, as one on the actuator of the first actuator, i. e. in the open position, acting self-restoring force, with a high biasing force can be achieved.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird insoweit auch ein Verfahren zur Ausführung mit einem wie vorstehend beschriebenen Injektor vorgeschlagen, wobei zur beschleunigten Überwindung des Lösewiderstands, welchen das erste Stellglied in der Offenstellung erfährt, das Stellglied des zweiten Aktuators gegen das Stellglied des ersten Aktuators gesteuert verlagert wird, insbesondere vor einer Deaktivierung des ersten Aktuators.In the context of the present invention, a method is also proposed for execution with an injector as described above, wherein the actuator of the second actuator is displaced controlled against the actuator of the first actuator to accelerate overcoming the release resistance, which experiences the first actuator in the open position , in particular before a deactivation of the first actuator.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Pilotventil zur Abgabe von Kleinstmengen in die Zwischenstellung gesteuert wird, wobei das Pilotventil insbesondere als Drossel wirkt.It is further provided that the pilot valve is controlled to deliver small amounts to the intermediate position, wherein the pilot valve acts in particular as a throttle.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, based the figures of the drawings showing essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference numerals correspond to elements of the same or comparable function.
Die
Mit dem Steuerraum
Das Pilotventil
Um das Ventil
Die Stellplatte
Der erste Aktuator
Wie den
Korrespondierend mit der Ausbildung des ersten Aktuators
Die Stellplatte
Für eine Selbstrückstellung des Stellgliedes
Nunmehr insbesondere wiederum mit Bezug auf die
Ausgehend von einer in
In der Schließstellung gemäß der
Um nunmehr die Zwischenstellung einzunehmen, z. B. um Kleinstmengen zu dosieren,
Bei einer nachfolgend einsetzenden Bestromung des ersten Aktuators
Ersichtlich werden hierbei die im Rahmen der vorliegenden Erfindung voneinander mechanisch entkoppelten Stellglieder
Um die Offenstellung ausgehend von der Zwischenstellung einzunehmen, z. B.
Um das Pilotventil
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass der zweite Aktuator
Zur Ansteuerung des ersten
Zur Aktivierung des Teilhubes kann dem normalen Boost-Strom ein „Boost-Peak” vorausgehen, welcher den zweiten Aktuator
Alternativ kann vorgesehen sein, die Aktuatoren
Durch die geschilderte Ausbildung des Injektors
Mittels der Erfindung kann eine Egalisierung der Düsennadel-Öffnungs- und Schließcharakteristik über einen großen Einspritzdruckbereich erzielt werden. Die Entleerung des Steuerraums, infolge des brennkammerseitig auf die Nadel wirkenden, stark unterschiedlichen Systemdrucks, kann durch die Stellung- bzw. Hubumschaltung des Pilotventils derart gesteuert werden, dass sich die Düsennadel bei hohem Druck nahezu genauso schnell öffnet und schließt wie bei niedrigem Systemdruck.By means of the invention, a leveling of the nozzle needle opening and closing characteristics over a large injection pressure range can be achieved. The emptying of the control chamber, due to the combustion chamber side acting on the needle, greatly different system pressure can be controlled by the position or Hubumschaltung the pilot valve such that the nozzle needle opens at high pressure almost as fast and closes as at low system pressure.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Injektorinjector
- 22
-
Gehäuse
1 casing 1 - 33
-
Düsennadel
1 nozzle needle 1 - 44
-
Steuerraum
1 control room 1 - 55
-
Krafstoffabgabevorrichtung
1 Krafstoffabgabevorrichtung 1 - 66
- Ablaufdrosseloutlet throttle
- 77
-
Pilotventil
1 pilot valve 1 - 88th
-
Stellglied
9 actuator 9 - 99
-
erster Aktuator
1 first actuator 1 - 1010
-
Stellstange
9 control rod 9 - 1111
-
Ventilglied
7 valve member 7 - 1212
-
Ventilsitz
7 valve seat 7 - 1313
-
Stellplatte
8 adjusting plate8th - 1414
-
Magnetpaket
9 magnet set9 - 1515
-
Feder
9 feather 9 - 1616
-
zweiter Aktuator
1 second actuator 1 - 1717
-
Stellglied
16 actuator 16 - 1818
-
Stellstange
16 control rod 16 - 1919
-
Stellplatte
17 adjustingplate 17 - 2020
-
Magnetpaket
16 magnet set16 - 2121
-
Feder
16 feather 16 - 2222
- Anschlagattack
- 2323
- Anschlagattack
- 2424
- Anschlagattack
- 2525
- Anschlagattack
- +A, –A+ A, -A
- Richtungendirections
- THTH
- Teilhubpartial stroke
- VHVH
- VollhubFull lift
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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R082 | Change of representative |
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