DE102014206969A1

DE102014206969A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102014206969A1
Application number: DE102014206969.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wengert; Felix Wiedmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-10-15
Also published as: EP2930344A1; EP2930344B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Düsenkörper (1) und eine Düsennadel (2), die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung (3) in einer Hochdruckbohrung (4) des Düsenkörpers (1) hubbeweglich aufgenommen und in Richtung eines Dichtsitzes (5) von der Federkraft einer Düsenfeder (6) beaufschlagt ist, ferner umfassend einen Aktor (7) zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel (2), wobei der Aktor (7) über eine Kopplungseinrichtung (8) mit der Düsennadel (2) hydraulisch gekoppelt ist und wobei die Kopplungseinrichtung (8) einen Achsversatz zwischen einer Längsachse (A1) der Düsennadel (2) und einer Längsachse (A2) des Aktors (7) ausgleicht. Erfindungsgemäß umfasst die Kopplungseinrichtung (8) einen koaxial zur Längsachse (A2) des Aktors (7) angeordneten Kopplerkolben (9), der über wenigstens zwei Wälzkörper (10, 11), die zueinander in einem axialen Abstand angeordnet sind, axial beweglich gelagert ist.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a nozzle body (1) and a nozzle needle (2) for releasing and closing at least one injection opening (3) in a high-pressure bore (4) of the nozzle body (1). is received in a liftable manner and in the direction of a sealing seat (5) by the spring force of a nozzle spring (6) is acted upon, further comprising an actuator (7) for controlling the lifting movement of the nozzle needle (2), wherein the actuator (7) via a coupling device (8) with the nozzle needle (2) is hydraulically coupled and wherein the coupling device (8) compensates for an axial offset between a longitudinal axis (A1) of the nozzle needle (2) and a longitudinal axis (A2) of the actuator (7). According to the invention, the coupling device (8) has a co-axial with the longitudinal axis (A2) of the actuator (7) arranged coupler piston (9), which is axially movably mounted on at least two rolling elements (10, 11) which are arranged at an axial distance to each other.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 002 412 A1 ist ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung eine in einer Hochdruckbohrung eines Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommene Düsennadel sowie einen Aktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel besitzt. Der Aktor ist hierzu mit der Düsennadel hydraulisch gekoppelt und betätigt einen in einem Kopplungsraum verdrängerwirksamen Geberkolben, während die Düsennadel mit einem im Kopplungsraum verdrängerwirksamen Nehmerkolben hubgekoppelt ist. Um im Injektorkörper notwendige Hochdruckleitungen unterbringen zu können, besitzen der Aktor und der Geberkolben einerseits und die Düsennadel und der Nehmerkolben andererseits unterschiedliche Hubachsen, wobei diese Hubachsen zueinander parallel und seitlich versetzt angeordnet sind. Die Wirkrichtung des Aktors entspricht dabei der Bewegungsrichtung der Düsennadel, so dass die Aktivierung des Aktors eine auf die Düsennadel wirkende Schließkraft erzeugt.From the publication DE 10 2008 002 412 A1 a fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine is known, which for releasing and closing at least one injection port has a liftably received in a high-pressure bore of a nozzle body nozzle needle and an actuator for controlling the lifting movement of the nozzle needle. For this purpose, the actuator is hydraulically coupled to the nozzle needle and actuates a master piston which acts as a displacer in a coupling space, while the nozzle needle is coupled in a coupled manner to a slave piston which displaces the coupling in the coupling space. In order to accommodate necessary high-pressure lines in the injector body, the actuator and the master piston on the one hand and the nozzle needle and the slave piston on the other hand have different stroke axes, these stroke axes are arranged parallel to each other and laterally offset. The direction of action of the actuator corresponds to the direction of movement of the nozzle needle, so that the activation of the actuator generates a force acting on the nozzle needle closing force.

Darüber hinaus sind Kraftstoffinjektoren mit einer hydraulischen Kopplungseinrichtung bekannt, die zu einer Umkehr der Wirkrichtung des Aktors führen. Die Aktivierung des Aktors bewirkt in diesem Fall das Öffnen der Düsennadel. Ein solcher Kraftstoffinjektor geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 003 443 A1 hervor. Der Aktor ist in diesem Fall ein Piezoaktor, der sich bei Aktivierung längt und den Geberkolben entgegen der Federkraft einer Vorspannfeder in Richtung der Düsennadel bewegt, so dass der Druck in einem ersten Kopplerraum steigt. Der erste Kopplerraum steht mit einem weiteren Kopplerraum in Verbindung, der unterhalb eines mit der Düsennadel verbundenen Kopplerkolbens angeordnet ist, so dass der im weiteren Kopplerraum bewirkte Druckanstieg zum Abheben der Düsennadel von ihrem Dichtsitz führt. Zum Schließen wird die Aktivierung des Aktors beendet, der sich daraufhin wieder zusammenzieht, wobei die Federkraft der Vorspannfeder zur Rückstellung des Geberkolbens führt. Die beiden Kopplerräume werden entlastet, während in einem weiteren Kopplervolumen ein auf die Düsennadel wirkender Schließdruck aufgebaut wird, so dass in der Folge auch die Düsennadel in ihren Dichtsitz zurückgestellt wird.In addition, fuel injectors with a hydraulic coupling device are known, which lead to a reversal of the effective direction of the actuator. The activation of the actuator in this case causes the opening of the nozzle needle. Such a fuel injector is an example of the published patent application DE 10 2011 003 443 A1 out. In this case, the actuator is a piezoactuator, which lengthens upon activation and moves the master piston counter to the spring force of a biasing spring in the direction of the nozzle needle, so that the pressure rises in a first coupler space. The first coupler space communicates with a further coupler space, which is arranged below a coupler piston connected to the nozzle needle, so that the increase in pressure caused in the further coupler space leads to the lifting of the nozzle needle from its sealing seat. To close the activation of the actuator is terminated, which then contracts again, the spring force of the biasing spring leads to the return of the master piston. The two coupler spaces are relieved, while in a further coupler volume acting on the nozzle needle closing pressure is built up, so that in the sequence and the nozzle needle is returned to its sealing seat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Kraftstoffinjektors mit exzentrisch angeordnetem Aktor und Umkehrkoppler zu vereinfachen. Ferner soll die Robustheit eines solchen Injektors gesteigert werden. Insbesondere soll der Verschleiß an den beweglichen Bauteilen aufgrund von Querkräften gemindert werden, die auf eine exzentrische Krafteinleitung zurückzuführen sind.The present invention has for its object to simplify the structure of a fuel injector with eccentrically arranged actuator and reverse coupler. Furthermore, the robustness of such an injector should be increased. In particular, the wear on the moving components due to lateral forces to be reduced, which are due to an eccentric force application.

Zur Lösung der Aufgabe wird der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, the fuel injector with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper und eine Düsennadel, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung in einer Hochdruckbohrung des Düsenkörpers hubbeweglich aufgenommen ist. Der Kraftstoffinjektor umfasst ferner einen Aktor zur Steuerung der Hubbewegung der Düsennadel, wobei der Aktor über eine Kopplungseinrichtung mit der Düsennadel hydraulisch gekoppelt ist. Die Kopplungseinrichtung gleicht dabei einen Achsversatz zwischen einer Längsachse der Düsennadel und einer Längsachse des Aktors aus. Erfindungsgemäß umfasst die Kopplungseinrichtung einen koaxial zur Längsachse des Aktors angeordneten Kopplerkolben, der über wenigstens zwei Wälzkörper, die zueinander in eine axialen Abstand angeordnet sind, axial beweglich gelagert ist. Die axial bewegliche Lagerung des Kopplerkolbens über wenigstens zwei Wälzkörper, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind, bewirkt eine Führung des Kopplerkolbens. In der Folge wird der Verschleiß am Kopplerkolben, der auf auf den Kopplerkolben einwirkende Querkräfte aufgrund einer außermittigen Belastung zurückzuführen ist, verringert. In der Folge steigt die Robustheit des Injektors. Zugleich kann ein solcher Injektor einfach aufgebaut sein, was die Herstellungskosten verringert.The fuel injector proposed for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprises a nozzle body and a nozzle needle, which is received in a liftable manner for releasing and closing at least one injection opening in a high-pressure bore of the nozzle body. The fuel injector further comprises an actuator for controlling the lifting movement of the nozzle needle, wherein the actuator is hydraulically coupled via a coupling device with the nozzle needle. The coupling device compensates for an axial offset between a longitudinal axis of the nozzle needle and a longitudinal axis of the actuator. According to the invention, the coupling device comprises a coaxial with the longitudinal axis of the actuator arranged coupler piston, which is mounted axially movably via at least two rolling elements, which are arranged at an axial distance to each other. The axially movable mounting of the coupler piston via at least two rolling elements, which are arranged at an axial distance from each other, causes a guide of the coupler piston. As a result, the wear on the coupler piston, which is due to acting on the coupler piston shear forces due to an eccentric load is reduced. As a result, the robustness of the injector increases. At the same time, such an injector can be simply constructed, which reduces the manufacturing costs.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zur axial beweglichen Lagerung des Kopplerkolbens mehrere Wälzkörper in einer Radialebene angeordnet. Die Anordnung mehrerer Wälzkörper in einer Radialebene bewirkt eine verbesserte Kraftverteilung. Vorzugsweise sind wenigstens zwei in einem axialen Abstand zueinander angeordnete Radialebenen mit mehreren Wälzkörpern zur axial beweglichen Lagerung des Kopplerkolbens vorgesehen.According to a preferred embodiment of the invention a plurality of rolling elements are arranged in a radial plane for the axially movable mounting of the coupler piston. The arrangement of several rolling elements in a radial plane causes an improved distribution of force. Preferably, at least two radial planes arranged at an axial distance from one another are provided with a plurality of rolling elements for axially movable mounting of the coupler piston.

Weiterhin bevorzugt ist wenigstens ein Wälzkörper kugelförmig oder zylinderförmig ausgeführt. Bei einer zylinderförmigen Ausführung des Wälzkörpers erfolgt die Anordnung vorzugsweise quer zur Bewegungsrichtung des Kopplerkolbens, um die Beweglichkeit des Kopplerkolbens in axialer Richtung sicherzustellen. Bei einer kugelförmigen Ausführung des Wälzkörpers spielt die Ausrichtung keine Rolle.Further preferably, at least one rolling element is spherical or cylindrical. In a cylindrical embodiment of the rolling element, the arrangement is preferably transverse to Direction of movement of the coupler piston to ensure the mobility of the coupler piston in the axial direction. In a spherical design of the rolling element, the orientation does not matter.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Wälzkörper in einem Ringraum zwischen dem Kopplerkolben und einem Körperbauteil des Kraftstoffinjektors angeordnet ist. Zur Ausbildung einer Lauffläche für den Wälzkörper kann in das Körperbauteil eine Hülse eingesetzt sein. Zwar kann auch eine Innenumfangsfläche des Körperbauteils als Lauffläche dienen, die hierzu bevorzugt eine besondere Oberflächenqualität besitzt. Einfacher lässt sich eine entsprechende Oberflächenqualität an einer Innenumfangsfläche einer separaten Hülse herstellen, so dass dieser Ausführungsform der Vorzug gilt.In addition, it is proposed that at least one rolling element is arranged in an annular space between the coupler piston and a body component of the fuel injector. To form a running surface for the rolling element, a sleeve can be inserted into the body component. Although it is also an inner peripheral surface of the body member serve as a tread, this preferably has a special surface quality. It is easier to produce a corresponding surface quality on an inner circumferential surface of a separate sleeve, so that this embodiment is preferred.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Körperbauteil oder in der Hülse eine Längsnut zur teilweisen Aufnahme und Führung eines Wälzkörpers ausgebildet ist. Die Lauffläche für den Wälzkörper wird in diesem Fall vom Boden der Längsnut gebildet. Die teilweise Aufnahme und Führung des Wälzkörpers über die Längsnut verhindert, dass der Wälzkörper bei Belastung seitlich auszuweichen vermag. Alternativ oder ergänzend kann im Kopplerkolben eine Längsnut zur teilweisen Aufnahme und Führung eines Wälzkörpers ausgebildet sein.In a further development of the invention it is proposed that in the body component or in the sleeve, a longitudinal groove for partially receiving and guiding a rolling element is formed. The running surface for the rolling element is formed in this case from the bottom of the longitudinal groove. The partial absorption and guidance of the rolling body over the longitudinal groove prevents the rolling element is able to evade laterally under load. Alternatively or additionally, a longitudinal groove for partially receiving and guiding a rolling element may be formed in the coupler piston.

Bevorzugt liegt an einer der Düsennadel zugewandten Stirnfläche des Kopplerkolbens ein koaxial zur Längsachse der Düsennadel angeordneter Druckstift an. Dieser dient vorzugsweise der Wirkverbindung des Kopplerkolbens mit einem weiteren düsenseitig angeordneten Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung. Durch die Wirkverbindung des aktorseitig angeordneten Kopplerkolbens mit einem weiteren Kopplerkolben kann in einfacher Weise eine Umkehrung der Aktorkraft erreicht werden. Aufgrund der Koaxialität des Druckstifts in Bezug auf die Düsennadel, belastet der Druckstift den aktorseitigen Kopplerkolben außermittig. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Druckstift die Rückstellung des Kopplerkolbens in seine Ausgangslage bewirken soll, sobald die Aktivierung des Aktors zum Schließen der Düsennadel beendet wird. Dies gilt aber auch dann, wenn zum Öffnen der Aktor aktiviert wird und dieser den Kopplerkolben gegen den Druckstift drückt. In beiden Fällen kommen die Vorteile der Erfindung zum Tragen, da die axial bewegliche Lagerung des aktorseitigen Kopplerkolbens über wenigstens zwei Wälzkörper ein Verkippen des Kopplerkolbens während der axialen Bewegung verhindert. Dadurch wird zum Einen der Verschleiß gemindert, zum Anderen wird die Funktionssicherheit erhöht.Preferably, a pressure pin arranged coaxially with the longitudinal axis of the nozzle needle abuts against an end face of the coupler piston facing the nozzle needle. This preferably serves the operative connection of the coupler piston with a further nozzle side arranged coupler piston of the coupling device. By the operative connection of the actuator side arranged coupler piston with another coupler piston, a reversal of the actuator force can be achieved in a simple manner. Due to the coaxiality of the pressure pin with respect to the nozzle needle, the pressure pin loads the actuator-side coupling piston off-center. This is especially true when the pressure pin is to bring the provision of the coupler piston in its initial position as soon as the activation of the actuator to close the nozzle needle is terminated. However, this also applies if the actuator is activated to open and presses the coupler piston against the pressure pin. In both cases, the advantages of the invention come into play, since the axially movable mounting of the actuator-side coupler piston over at least two rolling elements prevents tilting of the coupler piston during the axial movement. This reduces the wear on the one hand, on the other hand, the reliability is increased.

Zur Begrenzung eines ersten Kopplerraums wird vorgeschlagen, dass der düsenseitige Kopplerkolben zumindest teilweise in einer Kopplerplatte aufgenommen ist. Bei der Kopplerplatte kann es sich insbesondere um ein plattenförmiges Körperbauteil handeln, das mit dem die Düsennadel aufnehmenden Düsenkörper und wenigstens einem weiteren Körperbauteil über eine Düsenspannmutter axial verspannt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung trennt die Kopplerplatte einen Niederdruckraum, in dem der Aktor aufgenommen ist, von einem Hochdruckraum des Kraftstoffinjektors. Die erforderliche Abdichtung wird vorzugsweise über eine Spaltdichtung im Bereich einer Führungsbohrung der Kopplerplatte bewirkt, die der Führung des Druckstifts dient, der die Kopplerplatte durchsetzt, so dass eine Wirkverbindung des aktorseitigen Kopplerkolbens mit dem düsenseitigen Kopplerkolben herstellbar ist.To limit a first coupler space, it is proposed that the nozzle-side coupler piston is accommodated at least partially in a coupler plate. The coupler plate may in particular be a plate-shaped body component which is axially braced with the nozzle body receiving the nozzle body and at least one further body component via a nozzle retaining nut. According to a preferred embodiment of the invention, the coupler plate separates a low pressure chamber, in which the actuator is received, from a high-pressure chamber of the fuel injector. The required sealing is preferably effected via a gap seal in the region of a guide bore of the coupler plate, which serves to guide the pressure pin, which passes through the coupler plate, so that an operative connection of the actuator-side coupler piston with the nozzle-side coupler piston can be produced.

Vorteilhafterweise ist im düsenseitigen Kopplerkolben eine Bohrung zur Verbindung des ersten Kopplerraums mit einem zweiten Kopplerraum ausgebildet. Die Bohrung vermag aufwendig herzustellende Verbindungsbohrungen in der Kopplerplatte zu ersetzen und vereinfacht auf diese Weise die Herstellung des Kraftstoffinjektors.Advantageously, a bore for connecting the first coupler space is formed with a second coupler space in the nozzle-side coupler piston. The bore can replace expensive to be produced connecting holes in the coupler plate and simplifies in this way the production of the fuel injector.

Während der erste Kopplerraum bevorzugt innerhalb der Kopplerplatte ausgebildet ist, wird vorzugsweise der zweite Kopplerraum vom düsenseitigen Kopplerkolben, der Düsennadel und einer am Kopplerkolben anliegenden Hülse begrenzt, welche ein dem Aktor zugewandtes Ende der Düsennadel umgibt und über die Federkraft einer Kopplerfeder in Richtung des düsenseitigen Kopplerkolbens axial vorgespannt ist. Durch die Abstützung der Hülse am Kopplerkolben, wird auch dieser von der Federkraft der Kopplerfeder beaufschlagt. In Abhängigkeit von den beidseits des Kopplerkolbens in den beiden Kopplerräumen herrschenden Druckverhältnissen kann somit eine auf den Kopplerkolben einwirkende Druckkraft erzielt werden, welche nach Beendigung der Aktivierung des Aktors zu einer Rückstellung des Kopplerkolbens in seine Ausgangslage führt. Dies wiederum hat ein Anheben des Druckstifts zur Folge, der somit auf den aktorseitigen Kopplerkolben drückt. Die außermittige Belastung des aktorseitigen Kopplerkolbens über den Druckstift wird dabei über die Wälzlagerung des Kopplerkolbens kompensiert. Bevorzugt ist die Federkraft der Kopplerfeder größer als die einer Düsenfeder gewählt, die die Düsennadel in Richtung eines Dichtsitzes beaufschlagt.While the first coupler space is preferably formed within the coupler plate, the second coupler space is preferably bounded by the nozzle-side coupler piston, the nozzle needle and a sleeve adjacent to the coupler piston, which surrounds an end of the nozzle needle facing the actuator and via the spring force of a coupler spring in the direction of the nozzle-side coupler piston is axially biased. By supporting the sleeve on the coupler piston, this is acted upon by the spring force of the coupler spring. Depending on the pressure conditions prevailing on both sides of the coupler piston in the two coupler chambers, a compressive force acting on the coupler piston can thus be achieved, which leads to a return of the coupler piston to its initial position after the activation of the actuator. This in turn results in a lifting of the pressure pin, which thus presses on the actuator-side coupler piston. The off-center loading of the actuator-side coupler piston via the pressure pin is compensated via the rolling bearing of the coupler piston. Preferably, the spring force of the coupler spring is greater than that selected a nozzle spring, which acts on the nozzle needle in the direction of a sealing seat.

Zur Hubbegrenzung der Düsennadel wird ferner vorgeschlagen, dass ein Anschlagelement in Form einer (weiteren) Hülse vorgesehen ist, die vorzugsweise über die Federkraft der zuvor genannten Kopplerfeder in Richtung eines im Düsenkörper ausgebildeten Absatzes axial vorgespannt ist.To limit the stroke of the nozzle needle is also proposed that a stop element in the form of a (further) sleeve is provided, which is preferably axially biased by the spring force of the aforementioned coupler spring in the direction of a formed in the nozzle body paragraph.

Vorteilhafterweise ist das Anschlagelement gestuft, insbesondere mehrfach gestuft, ausgeführt. Auf diese Weise kann das Anschlagelement ferner zur Abstützung der Kopplerfeder und/oder der Düsenfeder dienen. Advantageously, the stop element is stepped, in particular multi-stepped executed. In this way, the stop element can also serve to support the coupler spring and / or the nozzle spring.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Aktor ein Piezoaktor ist, der sich bei Aktivierung längt und sich bei Deaktivierung zusammenzieht. Über den Aktor kann auf diese Weise unmittelbar oder mittelbar eine Druckkraft auf den aktorseitigen Kopplerkolben übertragen werden. Der als Piezoaktor ausgebildete Aktor ist vorzugsweise in dem Körperbauteil aufgenommen, in dem auch die Wälzkörper angeordnet sind.Furthermore, it is proposed that the actuator is a piezoelectric actuator that lengthens when activated and contracts when deactivated. About the actuator can be transmitted directly or indirectly a compressive force on the actuator-side coupler piston in this way. The actuator designed as a piezoelectric actuator is preferably accommodated in the body component, in which the rolling elements are arranged.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor, 1 a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention,

2 eine perspektivische Schnittansicht durch einen Kopplerkolben einer Kopplungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, der über zwei kugelförmige Wälzkörper gelagert ist, 2 a perspective sectional view through a coupler piston of a coupling device of a fuel injector according to the invention, which is mounted on two spherical rolling elements,

3 eine perspektivische Schnittansicht durch einen Kopplerkolben einer Kopplungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, der über zwei zylinderförmige Wälzkörper gelagert ist und 3 a perspective sectional view through a coupler piston of a coupling device of a fuel injector according to the invention, which is mounted on two cylindrical rolling elements and

4 eine perspektivische Schnittansicht durch einen Kopplerkolben einer Kopplungseinrichtung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, der über mehrere kugelförmige Wälzkörper gelagert ist. 4 a perspective sectional view through a coupler piston of a coupling device of a fuel injector according to the invention, which is mounted on a plurality of spherical rolling elements.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der in der 1 im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper 1, eine Kopplerplatte 19 und ein weiteres Körperbauteil 13, in dem ein Aktor 7 in Form eines Piezoaktors aufgenommen ist. Der Düsenkörper 1, die Kopplerplatte 19 und das weitere Körperbauteil 13 sind über eine Düsenspannmutter 31 axial verspannt.The Indian 1 in longitudinal section shown fuel injector comprises a nozzle body 1 , a coupler plate 19 and another body part 13 in which an actor 7 is received in the form of a piezoelectric actuator. The nozzle body 1 , the coupler plate 19 and the other body part 13 are about a nozzle retaining nut 31 axially braced.

Der Aktor 7 dient der Steuerung der Hubbewegung einer Düsennadel 2, die zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Einspritzöffnung 3 in einer Hochdruckbohrung 4 des Düsenkörpers 1 aufgenommen ist. Die Düsennadel 2 wirkt dabei mit einem Dichtsitz 5 zusammen. In Richtung des Dichtsitzes 5 wird die Düsennadel 2 von der Federkraft einer Düsenfeder 6 beaufschlagt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits an der Düsennadel 2 und andererseits an einem Anschlagelement 24 abgestützt ist. Das Anschlagelement 24 wiederum ist über die Federkraft einer Kopplerfeder 23 in Richtung eines Absatzes 25 des Düsenkörpers 1 axial vorgespannt. Die Kopplerfeder 23 ist hierzu einerseits an dem Anschlagelement 24 und andererseits an einer Hülse 22 abgestützt, welche das aktorseitige Ende der Düsennadel 2 umgibt und gemeinsam mit der Düsennadel 2 sowie einem düsenseitig angeordneten Kopplerkolben 17 einer Kopplungseinrichtung 8, über welche der Aktor 7 mit der Düsennadel 2 hydraulisch gekoppelt ist, einen Kopplerraum 21 begrenzt. Oberhalb des Kopplerkolbens 17 ist innerhalb der Kopplerplatte 19 ein weiterer Kopplerraum 18 ausgebildet, der mit dem ersten Kopplerraum 21 über eine Bohrung 20 im Kopplerkolben 17 verbunden ist. Die Kopplerplatte 19 wird von einem Druckstift 16 durchsetzt, welcher einerseits am Kopplerkolben 17 und andererseits an einem aktorseitig angeordneten Kopplerkolben 9 abgestützt ist, der ebenfalls Bestandteil der Kopplungseinrichtung 8 ist. Da die Kopplerplatte 19 die Hochdruckbohrung 4 von einem Niederdruckbereich 26 trennt, ist die Führung des Druckstifts 16 in der Kopplerplatte 19 zur Reduzierung der Leckage als Spaltdichtung ausgeführt. Zum Abführen einer Leckagemenge ist der Niederdruckbereich 26 an einen Rücklauf 27 angeschlossen.The actor 7 serves to control the lifting movement of a nozzle needle 2 for releasing and closing at least one injection opening 3 in a high pressure bore 4 of the nozzle body 1 is included. The nozzle needle 2 acts with a sealing seat 5 together. Towards the sealing seat 5 becomes the nozzle needle 2 from the spring force of a nozzle spring 6 acted upon, in the illustrated embodiment, on the one hand on the nozzle needle 2 and on the other hand on a stop element 24 is supported. The stop element 24 In turn, the spring force of a coupler spring 23 in the direction of a paragraph 25 of the nozzle body 1 axially biased. The coupler spring 23 this is on the one hand to the stop element 24 and on the other hand on a sleeve 22 supported, which the actuator end of the nozzle needle 2 surrounds and together with the nozzle needle 2 and a coupler piston arranged on the nozzle side 17 a coupling device 8th over which the actor 7 with the nozzle needle 2 hydraulically coupled, a coupler space 21 limited. Above the coupler piston 17 is inside the coupler plate 19 another coupler room 18 formed with the first coupler space 21 over a hole 20 in the coupler piston 17 connected is. The coupler plate 19 is from a push pin 16 interspersed, which on the one hand on the coupler piston 17 and on the other hand on an actuator side arranged coupler piston 9 is supported, which is also part of the coupling device 8th is. Because the coupler plate 19 the high pressure bore 4 from a low pressure area 26 separates, is the leadership of the printing pin 16 in the coupler plate 19 designed to reduce the leakage as a gap seal. For discharging a leakage amount is the low pressure area 26 to a return 27 connected.

Die Funktionsweise des dargestellten Kraftstoffinjektors ist wie folgt:
Zum Freigeben der Einspritzöffnung 3 wird der Aktor 7 in Form des Piezoaktors aktiviert, der sich daraufhin ausdehnt und den Kopplerkolben 9 nach unten, d. h. in Richtung der Düsennadel 2, bewegt. Der Kopplerkolben 9 führt dabei den Druckstift 16 und den Kopplerkolben 17 mit, was zur Folge hat, dass sich das Volumen des Kopplerraums 18 vergrößert und das Volumen des Kopplerraums 21 verkleinert. Aufgrund des Flächenverhältnisses der am Kopplerkolben 17 ausgebildeten hydraulischen Wirkflächen fällt jedoch der Druck im Kopplerraum 21 ab. Der Druckabfall im Kopplerraum 21 bewirkt schließlich das Öffnen der Düsennadel 2. Über einen Zulaufkanal 29, der an einen Hochdruckspeicher 28 angeschlossen ist, und eine Verbindungsbohrung 30, die in der Kopplerplatte 19 ausgebildet ist, wird der Hochdruckbohrung 4 und damit der Einspritzöffnung 3 unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt.The operation of the illustrated fuel injector is as follows:
To release the injection opening 3 becomes the actor 7 activated in the form of the piezoelectric actuator, which then expands and the coupler piston 9 down, ie in the direction of the nozzle needle 2 , emotional. The coupler piston 9 leads the pressure pin 16 and the coupler piston 17 with, which has the consequence that the volume of the coupler space 18 increases and the volume of the coupler space 21 reduced. Due to the area ratio of the coupler piston 17 trained hydraulic active surfaces, however, the pressure falls in the coupler space 21 from. The pressure drop in the coupler room 21 finally causes the opening of the nozzle needle 2 , Via an inlet channel 29 which is connected to a high-pressure accumulator 28 connected, and a connection hole 30 in the coupler plate 19 is formed, the high-pressure bore 4 and thus the injection opening 3 supplied under high pressure fuel.

Zum Verschließen der Einspritzöffnung 3 wird der Aktor 7 deaktiviert. Dies hat zur Folge, dass sich der Aktor 7 wieder zusammenzieht. Die Rückstellung der Komponenten der Kopplungseinrichtung 8 wird über die Federkraft der Kopplerfeder 23 bewirkt. Die Federkraft der Kopplerfeder 23 drückt zunächst die Hülse 22 gegen den düsenseitigen Kopplerkolben 17. Dieser bewegt sich somit nach oben, d. h. in Richtung des Aktors 7. Dabei führt der Kopplerkolben 17 den Druckstift 16 mit, der schließlich die Rückstellung des aktorseitigen Kopplerkolbens 9 bewirkt. Mit der Hubbewegung des Kopplerkolbens 17 geht ein Druckanstieg in den Kopplerräumen 18 und 21 einher, so dass auf die Düsennadel 2 – ergänzend zur Federkraft der Düsenfeder 6 – eine hydraulische Schließkraft wirkt. Die Düsennadel 2 wird in den Dichtsitz 5 zurückgestellt und die Einspritzung beendet.For closing the injection opening 3 becomes the actor 7 disabled. This has the consequence that the actor 7 contracts again. The provision of the components of the coupling device 8th is determined by the spring force of the coupler spring 23 causes. The spring force of the coupler spring 23 first press the sleeve 22 against the nozzle-side coupler piston 17 , This thus moves upward, ie in the direction of the actuator 7 , Thereby the coupler piston leads 17 the pressure pin 16 with, finally, the reset of the actuator-side coupler piston 9 causes. With the Lifting movement of the coupler piston 17 there is a pressure increase in the coupler spaces 18 and 21 accompanied, so that on the nozzle needle 2 - In addition to the spring force of the nozzle spring 6 - A hydraulic closing force acts. The nozzle needle 2 will be in the sealing seat 5 reset and the injection finished.

Beim Öffnen und Schließen wird der aktorseitige Kopplerkolben 9 der Kopplungseinrichtung 8 über den Druckstift 16 jeweils außermittig belastet. Denn der Aktor 7 ist nicht koaxial zur Längsachse A₁ der Düsennadel angeordnet. Das heißt, dass die Längsachse A₂ des Aktors 7 axial versetzt zur Längsachse A₁ der Düsennadel 2 ist. Die axial versetzte Anordnung weist den Vorteil auf, dass der Zulaufkanal 29 seitlich am Aktor 7 vorbei geführt werden kann. Der Achsversatz der beiden Längsachsen A₁ und A₂ wird vorliegend über die Kopplungseinrichtung 8 kompensiert, was jedoch beim Öffnen und Schließen zu einer außermittigen Belastung des aktorseitigen Kopplerkolbens 9 führt.When opening and closing the actuator-side coupler piston 9 the coupling device 8th over the pressure pin 16 each loaded off-center. Because the actor 7 is not arranged coaxially to the longitudinal axis A _{1 of} the nozzle needle. That is, the longitudinal axis A _{2 of} the actuator 7 axially offset to the longitudinal axis A _{1 of} the nozzle needle 2 is. The axially offset arrangement has the advantage that the inlet channel 29 on the side of the actuator 7 can be passed over. The axial offset of the two longitudinal axes A ₁ and A ₂ is in this case via the coupling device 8th compensated, but when opening and closing to an eccentric load of the actuator-side coupler piston 9 leads.

Um ein Verkippen des aktorseitigen Kopplerkolbens 9 zu verhindern, ist dieser über wenigstens zwei Wälzkörper 10, 11 axial beweglich gelagert. Die Wälzkörper 10, 11 sind in einem axialen Abstand zueinander in einem Ringraum 12 angeordnet, der den Kopplerkolben 9 umgibt. Der Ringraum 12 wird radial außen von einer Hülse 14 begrenzt, die in das Körperbauteil 13 zur Ausbildung einer Lauffläche 15 für die Wälzkörper 10, 11 eingesetzt ist.To tilt the actuator-side coupler piston 9 To prevent this is about at least two rolling elements 10 . 11 mounted axially movable. The rolling elements 10 . 11 are at an axial distance from each other in an annulus 12 arranged, the coupler piston 9 surrounds. The annulus 12 is radially outward of a sleeve 14 limited in the body part 13 to form a tread 15 for the rolling elements 10 . 11 is used.

Als weiterbildende Maßnahme kann in der Hülse 14 wenigstens eine Längsnut 32 zur teilweisen Aufnahme und Führung wenigstens eines Wälzkörpers 10, 11 ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ist in der 2 dargestellt. Die Längsnut 32 verhindert, dass ein Wälzkörper 10, 11 bei einer Belastung seine Winkellage verändert. Denn diese ist vorgegeben und gilt es beizubehalten, um eine Abstützung des Kopplerkolbens 9 bei Einwirkung von Querkräften aufgrund einer außermittigen Belastung sicherzustellen. Die Anordnung der Wälzkörper 10, 11 erfolgt in der Weise, dass sie sich am Kopplerkolben 9 diametral gegenüber liegen, wobei der „untere” Wälzkörper 11 auf der Seite des außermittig am Kopplerkolben 9 anliegenden Druckstifts 16 angeordnet ist. Über einen andernends mittig anliegenden Druckstift 16' ist der Kopplerkolben 9 mit dem Aktor 7 verbunden.As a further education measure can in the sleeve 14 at least one longitudinal groove 32 for partially receiving and guiding at least one rolling element 10 . 11 be educated. This embodiment is in the 2 shown. The longitudinal groove 32 prevents a rolling element 10 . 11 changed its angular position during a load. Because this is predetermined and it is necessary to maintain a support of the coupler piston 9 to be ensured by the application of shear forces due to off-center loading. The arrangement of the rolling elements 10 . 11 done in such a way that they are on the coupler piston 9 diametrically opposite, with the "lower" rolling elements 11 on the side of the off-center on the coupler piston 9 adjacent pressure pin 16 is arranged. About another centrally located pressure pin 16 ' is the coupler piston 9 with the actor 7 connected.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit zwei Wälzkörpern 10, 11 ist in der 3 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 2 dadurch, dass die Wälzkörper 10, 11 zylinderförmig statt kugelförmig ausgeführt sind.Another preferred embodiment with two rolling elements 10 . 11 is in the 3 shown. This is different from the one of 2 in that the rolling elements 10 . 11 cylindrical instead of spherical are executed.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit mehreren Wälzkörpern 10, 11 ist in der 4 dargestellt. Die mehreren Wälzkörper 10, 11 sind in zwei Radialebenen angeordnet. Eine Längsnut 32 in der Hülse 14 ist entbehrlich, das sich die mehreren Wälzkörper 10, 11 in einer Radialebene jeweils gegenseitig abstützen.Another preferred embodiment with several rolling elements 10 . 11 is in the 4 shown. The several rolling elements 10 . 11 are arranged in two radial planes. A longitudinal groove 32 in the sleeve 14 is dispensable, which is the more rolling elements 10 . 11 each support one another in a radial plane.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Abwandlungen sind möglich, die insbesondere die Anzahl, die Geometrie und die Anordnung der Wälzkörper 10, 11 sowie die Ausbildung der Hülse 14 betreffen.The invention is not limited to the illustrated preferred embodiments. Variations are possible, in particular the number, the geometry and the arrangement of the rolling elements 10 . 11 and the formation of the sleeve 14 affect.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008002412 A1 [0002]
DE 102011003443 A1 [0003]

Claims

Fuel injector for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine comprising a nozzle body ( 1 ) and a nozzle needle ( 2 ) for releasing and closing at least one injection opening ( 3 ) in a high-pressure bore ( 4 ) of the nozzle body ( 1 ) is received liftable, further comprising an actuator ( 7 ) for controlling the lifting movement of the nozzle needle ( 2 ), wherein the actuator ( 7 ) via a coupling device ( 8th ) with the nozzle needle ( 2 ) is hydraulically coupled and wherein the coupling device ( 8th ) an axial offset between a longitudinal axis (A ₁ ) of the nozzle needle ( 2 ) and a longitudinal axis (A ₂ ) of the actuator ( 7 ), characterized in that the coupling device ( 8th ) coaxial with the longitudinal axis (A ₂ ) of the actuator ( 7 ) arranged coupler piston ( 9 ), which via at least two rolling elements ( 10 . 11 ), which are arranged to each other at an axial distance, is mounted axially movable.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that for the axially movable mounting of the coupler piston ( 9 ) a plurality of rolling elements ( 10 . 11 ) are arranged in a radial plane.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that at least one rolling element ( 10 . 11 ) is spherical or cylindrical.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that at least one rolling element ( 10 . 11 ) in an annulus ( 12 ) between the coupler piston ( 9 ) and a body component ( 13 ) or a sleeve inserted therein ( 14 ) for forming a tread ( 15 ) is arranged.

Fuel injector according to claim 4, characterized in that in the body component ( 13 ) or in the sleeve ( 14 ) a longitudinal groove ( 32 ) for partially receiving and guiding a rolling element ( 10 . 11 ) is trained.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that in the coupler piston ( 9 ) a longitudinal groove ( 32 ) for partially receiving and guiding a rolling element ( 10 . 11 ) is trained.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that on one of the nozzle needle ( 2 ) facing end face of the coupler piston ( 9 ) coaxial with the longitudinal axis (A ₁ ) of the nozzle needle ( 2 ) arranged pressure pin ( 16 ) is applied, which preferably with a nozzle-side coupler piston ( 17 ) is operatively connected.

Fuel injector according to claim 7, characterized in that the nozzle-side coupler piston ( 17 ) for limiting a first coupler space ( 18 ) at least partially in a coupler plate ( 19 ) is recorded.

Fuel injector according to claim 8, characterized in that in the nozzle-side coupler piston ( 17 ) a hole ( 20 ) for connecting the first coupler space ( 18 ) with a second coupler space ( 21 ) is trained.

Fuel injector according to claim 9, characterized in that the second coupler space ( 21 ) from the nozzle-side coupler piston ( 17 ), the nozzle needle ( 2 ) and one on the coupler piston ( 17 ) adjacent sleeve ( 22 ) which is assigned to the actuator ( 7 ) facing the end of the nozzle needle ( 2 ) and via the spring force of a coupler spring ( 23 ) in the direction of the nozzle-side coupler piston ( 17 ) is axially biased, wherein the spring force of the coupler spring ( 23 ) preferably greater than the spring force of a nozzle needle ( 2 ) in the direction of a sealing seat ( 5 ) acting nozzle spring ( 6 ).

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that for limiting the stroke of the nozzle needle ( 2 ) a stop element ( 24 ) is provided in the form of a sleeve, which preferably via the spring force of the coupler spring ( 23 ) in the direction of a in the nozzle body ( 1 ) paragraph ( 25 ) is axially biased.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 7 ) is a piezoactuator, preferably in the body component ( 13 ) is recorded.