DE102014206975A1

DE102014206975A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102014206975A1
Application number: DE102014206975.0A
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

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 ist ein Kopplerkolben (9) der Kopplungseinrichtung (8), der koaxial zur Längsachse (A2) des Aktors (7) angeordnet ist, über wenigstens ein zumindest teilweise elastisch ausgebildetes Führungselement (10) hubbeweglich geführt.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, a coupler piston (9) of the coupling device (8), which is arranged coaxially to the longitudinal axis (A2) of the actuator (7), is guided so as to be capable of lifting movement via at least one at least partially elastically formed guide element (10).

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 und in Richtung eines Dichtsitzes von der Federkraft einer Düsenfeder beaufschlagt 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 und wobei die Kopplungseinrichtung einen Achsversatz zwischen einer Längsachse der Düsennadel und einer Längsachse des Aktors ausgleicht. Erfindungsgemäß ist ein Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung, der koaxial zur Längsachse des Aktors angeordnet ist, über wenigstens ein zumindest teilweise elastisch ausgebildetes Führungselement hubbeweglich geführt.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 liftably received for releasing and closing at least one injection opening in a high-pressure bore of the nozzle body and acted upon in the direction of a sealing seat by the spring force of a nozzle spring. 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 and wherein 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, a coupler piston of the coupling device, which is arranged coaxially to the longitudinal axis of the actuator, guided in a liftable manner via at least one at least partially elastically designed guide element.

Die vorgeschlagene Führung des Kopplerkolbens über wenigstens ein zumindest teilweise elastisch ausgebildetes Führungselement verhindert, dass auf den Kopplerkolben einwirkende Querkräfte aufgrund einer außermittigen Belastung zu einem erhöhten Verschleiß führen. In der Folge steigt die Robustheit des Injektors. Zugleich kann ein solcher Injektor einfach aufgebaut sein, wie die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen.The proposed guidance of the coupler piston via at least one at least partially elastically formed guide member prevents transverse forces acting on the coupler piston due to an off-center loading lead to increased wear. As a result, the robustness of the injector increases. At the same time, such an injector can be of simple construction, as the exemplary embodiments described below show.

Bevorzugt ist oder umfasst das zumindest teilweise elastisch ausgebildete Führungselement eine Membran. Über eine Membran ist eine hubbewegliche Führung des Kopplerkolbens bewirkbar, da sie weiterhin eine Hubbewegung des Kopplerkolbens zulässt. Vorzugsweise ist die Membran ringförmig ausgebildet und umgibt den Kopplerkolben. Weiterhin vorzugsweise weist die Membran eine Profilierung auf, beispielsweise in Form wenigstens einer umlaufenden Sicke. Die Sicke stellt die Elastizität der Membran in axialer Richtung sicher. Die Membran kann aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Ferner können mehrere gleich oder verschieden ausgestaltete Membranen als Führungselemente vorgesehen sein. Eine als Führungselement vorgesehene Membran kann zudem weitere Aufgaben übernehmen. Beispielsweise kann über eine Membran eine Abdichtung bewirkt werden, so dass aktorseitig angeordnete zusätzliche Dichtelemente zur Abdichtung des Aktoraufnahmeraums gegenüber einem kraftstoffführenden Bereich entfallen können.Preferably, the at least partially elastically formed guide element is or comprises a membrane. Via a membrane, a liftable guidance of the coupler piston can be effected, since it also allows a stroke movement of the coupler piston. Preferably, the membrane is annular and surrounds the coupler piston. Further preferably, the membrane has a profiling, for example in the form of at least one circumferential bead. The bead ensures the elasticity of the membrane in the axial direction. The membrane can be made of metal or plastic. Furthermore, a plurality of identically or differently configured membranes as guide elements be provided. A membrane provided as a guide element can also assume other tasks. For example, a seal can be effected via a membrane, so that additional sealing elements arranged on the actuator side can be dispensed with for sealing off the actuator receiving space from a fuel-carrying region.

Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine zumindest teilweise elastisch ausgebildete Führungselement einerseits an einer Außenumfangsfläche des Kopplerkolbens und andererseits an einer Innenumfangsfläche eines Körperbauteils des Kraftstoffinjektors befestigt. Bei dem Körperbauteil kann es sich insbesondere um einen Injektorkörper handeln, in welchem der Aktor aufgenommen ist. Bei entsprechender Anordnung kann über das Führungselement in einfacher Weise zugleich eine Abdichtung erzielt werden.Advantageously, the at least one at least partially elastically formed guide element is attached on the one hand to an outer peripheral surface of the coupler piston and on the other hand to an inner peripheral surface of a body member of the fuel injector. The body component may in particular be an injector body, in which the actuator is accommodated. With a corresponding arrangement can be achieved via the guide element in a simple manner at the same time a seal.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt an einer der Düsennadel zugewandten Stirnfläche des Kopplerkolbens ein koaxial zur Längsachse der Düsennadel angeordneter Druckstift an, der mit einem weiteren Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung verbunden ist. 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 Führung des Kopplerkolbens über das wenigstens eine zumindest teilweise elastische Führungselement ein Verkippen des Kopplerkolbens während der Bewegung verhindert. Dadurch wird zum Einen der Verschleiß gemindert, zum Anderen wird die Funktionssicherheit erhöht.According to a preferred embodiment of the invention is located on one of the nozzle needle facing end face of the coupler piston coaxially to the longitudinal axis of the nozzle needle arranged pressure pin, which is connected to a further coupler piston of the coupling device. 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 leadership of the coupler piston prevents at least one at least partially elastic guide element tilting of the coupler piston during movement. This reduces the wear on the one hand, on the other hand, the reliability is increased.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der weitere Kopplerkolben zur Begrenzung eines ersten Kopplerraums 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 dem den Aktor aufnehmenden Injektorkörper 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 ersten Kopplerkolbens mit dem weiteren Kopplerkolben herstellbar ist.In a further development of the invention, it is proposed that the additional coupler piston for limiting a first coupler space is at least partially accommodated in a coupler plate. The coupler plate may in particular be a plate-shaped body component, which is braced axially with the nozzle body receiving the nozzle body and the injector receiving the injector body 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 first coupler piston with the other coupler piston can be produced.

Ergänzend wird vorgeschlagen, dass im weiteren Kopplerkolben eine Bohrung zur Verbindung des ersten Kopplerraums mit einem zweiten Kopplerraum ausgebildet ist. Die Verbindung stellt sicher, dass sich bei einer Volumenänderung eines Kopplerraums in beiden Kopplerräumen der gleiche Druck einstellt.In addition, it is proposed that a bore for connecting the first coupler space to a second coupler space is formed in the further coupler piston. The connection ensures that the same pressure is established in both coupler spaces given a volume change of a coupler space.

Während der erste Kopplerraum bevorzugt innerhalb der Kopplerplatte ausgebildet ist, wird vorzugsweise der zweite Kopplerraum vom weiteren Kopplerkolben, der Düsennadel und einer am weiteren Kopplerkolben anliegenden Hülse begrenzt, welche ein dem Aktor zugewandtes Ende der Düsennadel umgibt und über die Federkraft einer Kopplerfeder in Richtung des weiteren Kopplerkolbens axial vorgespannt ist. Durch die Abstützung der Hülse am weiteren Kopplerkolben, wird auch dieser von der Federkraft der Kopplerfeder beaufschlagt. In Abhängigkeit von den beidseits des weiteren Kopplerkolbens in den beiden Kopplerräumen herrschenden Druckverhältnissen kann somit auf den weiteren Kopplerkolben eine Druckkraft bewirkt werden, welche nach Beendigung der Aktivierung des Aktors eine Rückstellung des weiteren Kopplerkolbens in seine Ausgangsstellung und damit ein Anheben des Druckstifts zur Folge hat. Der Druckstift wiederum belastet den aktorseitigen ersten Kopplerkolben, so dass auch dieser in seine Ausgangslage zurückgestellt wird. Die außermittige Belastung des aktorseitigen ersten Kopplerkolbens über den Druckstift wird dabei über die Führung des Kopplerkolbens kompensiert.While the first coupler space is preferably formed within the coupler plate, the second coupler space is preferably delimited by the further coupler piston, the nozzle needle and a sleeve adjacent to the further 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 other Coupling piston is axially biased. By supporting the sleeve on the other 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 further coupler piston in the two coupler chambers, a compressive force can thus be effected on the further coupler piston, which after the activation of the actuator results in a return of the further coupler piston to its initial position and thus a lifting of the pressure pin. The pressure pin in turn loads the actuator-side first coupler piston, so that this is also returned to its original position. The off-center loading of the actuator-side first coupler piston via the pressure pin is compensated via the guidance of the coupler piston.

Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass zur Hubbegrenzung der Düsennadel 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.As a further education measure is also proposed that the stroke limitation of the nozzle needle, a stop element in the form of a (further) sleeve is provided, which is preferably biased axially via 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. Da die Kopplerfeder die Rückstellung der beiden Kopplerkolben der Kopplungseinrichtung nach einem Einspritzvorgang bewirken soll, ist vorzugsweise die Federkraft der Kopplerfeder größer als die der Düsenfeder gewählt.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. Since the coupler spring is intended to effect the return of the two coupler pistons of the coupling device after an injection process, the spring force of the coupler spring is preferably selected to be greater than that of 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 ersten Kopplerkolben übertragen werden. Der als Piezoaktor ausgebildete Aktor ist vorzugsweise in dem Körperbauteil aufgenommen, in dem auch das wenigstens eine zumindest teilweise elastische Führungselement angeordnet ist.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 first coupler piston in this way. The as a piezoelectric actuator trained actuator is preferably received in the body member in which the at least one at least partially elastic guide member is arranged.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. This shows a schematic longitudinal section through a fuel injector according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Der im Längsschnitt dargestellte Kraftstoffinjektor umfasst einen Düsenkörper 1, eine Kopplerplatte 17 und ein weiteres Körperbauteil 13, in dem ein Aktor 7 in Form eines Piezoaktors aufgenommen ist. Der Düsenkörper 1, die Kopplerplatte 17 und das weitere Körperbauteil 13 sind über eine Düsenspannmutter 29 axial verspannt. 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 22 abgestützt ist. Das Anschlagelement 22 wiederum ist über die Federkraft einer Kopplerfeder 21 in Richtung eines Absatzes 23 des Düsenkörpers 1 axial vorgespannt. Die Kopplerfeder 21 ist hierzu einerseits an dem Anschlagelement 22 und andererseits an einer Hülse 20 abgestützt, welche das aktorseitige Ende der Düsennadel 2 umgibt und gemeinsam mit der Düsennadel 2 sowie einem Kopplerkolben 15 einer Kopplungseinrichtung 8, über welche der Aktor 7 mit der Düsennadel 2 gekoppelt ist, einen Kopplerraum 19 begrenzt. Oberhalb des Kopplerkolbens 15 ist innerhalb der Kopplerplatte 17 ein weiterer Kopplerraum 16 ausgebildet, der mit dem ersten Kopplerraum 19 über eine Bohrung 18 verbunden ist. Die Kopplerplatte 17 wird von einem Druckstift 14 durchsetzt, welcher einerseits am Kopplerkolben 15 und andererseits an einem Kopplerkolben 9 anliegt, der ebenfalls Bestandteil der Kopplungseinrichtung 8 ist. Da die Kopplerplatte 17 die Hochdruckbohrung 4 von einem Niederdruckbereich 24 trennt, dient die Führung des Druckstifts 14 in der Kopplerplatte 17 zugleich als Abdichtung. Zur Abdichtung des Aktors 7 gegenüber dem Niederdruckbereich 24 ist eine weitere Abdichtung 25 in Form einer Membran vorgesehen, welche den Aktor 7 bzw. eine mit dem Aktor 7 verbundene Druckplatte 30 umgibt. Über die Druckplatte 30 wird der Kontakt des Aktors 7 mit dem Kopplerkolben 9 der Kopplungseinrichtung 8 hergestellt.The fuel injector shown in longitudinal section comprises a nozzle body 1 , a coupler plate 17 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 17 and the other body part 13 are about a nozzle retaining nut 29 axially braced. 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 22 is supported. The stop element 22 In turn, the spring force of a coupler spring 21 in the direction of a paragraph 23 of the nozzle body 1 axially biased. The coupler spring 21 this is on the one hand to the stop element 22 and on the other hand on a sleeve 20 supported, which the actuator end of the nozzle needle 2 surrounds and together with the nozzle needle 2 and a coupler piston 15 a coupling device 8th over which the actor 7 with the nozzle needle 2 coupled, a coupler space 19 limited. Above the coupler piston 15 is inside the coupler plate 17 another coupler room 16 formed with the first coupler space 19 over a hole 18 connected is. The coupler plate 17 is from a push pin 14 interspersed, which on the one hand on the coupler piston 15 and on the other hand on a coupler piston 9 is present, which is also part of the coupling device 8th is. Because the coupler plate 17 the high pressure bore 4 from a low pressure area 24 separates, serves the leadership of the printing pin 14 in the coupler plate 17 at the same time as a seal. For sealing the actuator 7 opposite the low pressure area 24 is another seal 25 provided in the form of a membrane which the actuator 7 or one with the actuator 7 connected printing plate 30 surrounds. About the printing plate 30 becomes the contact of the actor 7 with the coupler piston 9 the coupling device 8th produced.

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 über die Druckplatte 30 den Kopplerkolben 9 nach unten, d. h. in Richtung der Düsennadel 2, drückt. Der Kopplerkolben 9 bewegt dabei den Druckstift 14 und den Kopplerkolben 15 nach unten, was zur Folge hat, dass sich das Volumen des Kopplerraums 16 vergrößert und das Volumen des Kopplerraums 19 verkleinert. Dennoch fällt im Kopplerraum 19 der Druck ab, was auf das Flächenverhältnis der hydraulischen Wirkflächen am Kopplerkolben 15 zurückzuführen ist. Der Druckabfall im Kopplerraum 19 bewirkt schließlich das Öffnen der Düsennadel 2. Über einen Zulaufkanal 27, der an einen Hochdruckspeicher 26 angeschlossen ist, und eine Verbindungsbohrung 28 in der Kopplerplatte 17 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 on the pressure plate 30 the coupler piston 9 down, ie in the direction of the nozzle needle 2 , presses. The coupler piston 9 moves the pressure pin 14 and the coupler piston 15 down, which has the consequence that the volume of the coupler space 16 increases and the volume of the coupler space 19 reduced. Nevertheless, falls in the coupler room 19 the pressure depends on the area ratio of the hydraulic active surfaces on the coupler piston 15 is due. The pressure drop in the coupler room 19 finally causes the opening of the nozzle needle 2 , Via an inlet channel 27 which is connected to a high-pressure accumulator 26 connected, and a connection hole 28 in the coupler plate 17 becomes 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 21 bewirkt. Die Federkraft der Kopplerfeder 21 drückt die Hülse 20 gegen den Kopplerkolben 15. Dieser bewegt sich somit nach oben, d. h. in Richtung des Aktors 7. Dabei führt der Kopplerkolben 15 den Druckstift 14 mit, der schließlich die Rückstellung des weiteren Kopplerkolbens 9 bewirkt. Damit einher geht ein Druckanstieg in den Kopplerräumen 16 und 19, 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 21 causes. The spring force of the coupler spring 21 pushes the sleeve 20 against the coupler piston 15 , This thus moves upward, ie in the direction of the actuator 7 , Thereby the coupler piston leads 15 the pressure pin 14 with, that finally the provision of the further coupler piston 9 causes. This is accompanied by a pressure increase in the coupler spaces 16 and 19 , so 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 14 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 27 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 Kopplerkolbens 9 führt. Um ein Verkippen des Kopplerkolbens 9 zu verhindern, ist dieser über wenigstens ein zumindest teilweise elastisch ausgebildetes Führungselement 10 hubbeweglich geführt. Vorliegend sind zwei Führungselemente 10 jeweils in Form einer Membran vorgesehen. Diese sind einerseits an einer Außenumfangsfläche 11 des Kopplerkolbens 9 und andererseits an einer Innenumfangsfläche 12 des Körperbauteils 13 befestigt, so dass über die Führungselemente 10 zugleich eine Abdichtung eines den Aktor 7 aufnehmenden Bereichs gegenüber dem Niederdruckbereich 24 bewirkt wird. Die Abdichtung 25 könnte somit auch entfallen. Anstelle der dargestellten zwei Führungselemente 10 kann die Führung des Kopplerkolbens 9 auch über nur ein Führungselement 10 bewirkt werden.When opening and closing the actuator-side coupler piston 9 the coupling device 8th over the pressure pin 14 off-center burdened. 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 27 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 coupler piston 9 leads. To tilt the coupler piston 9 to prevent this is at least one at least partially elastically formed guide element 10 Hubbeweglich led. In the present case are two guide elements 10 each provided in the form of a membrane. These are on the one hand on an outer peripheral surface 11 of the coupler piston 9 and on the other hand on an inner circumferential surface 12 of the body component 13 attached so that over the guide elements 10 at the same time a seal of the actuator 7 receiving area opposite the low pressure area 24 is effected. The seal 25 could therefore be omitted. Instead of the illustrated two guide elements 10 can guide the coupler piston 9 also over only one guide element 10 be effected.

Darüber hinaus sind weitere Abwandlungen der Erfindung möglich, die insbesondere die konkrete Ausgestaltung des wenigstens einen Führungselements 10 betreffen.In addition, further modifications of the invention are possible, in particular the specific embodiment of the at least one guide element 10 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

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 ) and in the direction of a sealing seat ( 5 ) of the spring force of a nozzle spring ( 6 ), 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 a coupler piston ( 9 ) of the coupling device ( 8th ) coaxial with the longitudinal axis (A ₂ ) of the actuator ( 7 ) is arranged, via at least one at least partially elastically formed guide element ( 10 ) is guided in a liftable manner.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the at least partially elastically formed guide element ( 10 ) is a membrane or comprises a membrane.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the at least partially elastically formed guide element ( 10 ) on the one hand on an outer peripheral surface ( 11 ) of the coupler piston ( 9 ) and on the other hand on an inner peripheral surface ( 12 ) of a body component ( 13 ) of the fuel injector is attached.

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 ( 14 ), which is connected to another coupler piston ( 15 ) connected is.

Fuel injector according to claim 4, characterized in that the further coupler piston ( 15 ) for limiting a first coupler space ( 16 ) at least partially in a coupler plate ( 17 ) is recorded.

Fuel injector according to claim 5, characterized in that in the further coupler piston ( 15 ) a hole ( 18 ) for connecting the first coupler space ( 16 ) with a second coupler space ( 19 ) is trained.

Fuel injector according to claim 6, characterized in that the second coupler space ( 19 ) from the further coupler piston ( 15 ), the nozzle needle ( 2 ) and one on the other coupler piston ( 15 ) adjacent sleeve ( 20 ) which is assigned to the actuator ( 7 ) facing the end of the nozzle needle ( 2 ) and via the spring force of a coupler spring ( 21 ) in the direction of the further coupler piston ( 15 ) is axially biased.

Fuel injector according to one of the preceding claims, characterized in that for limiting the stroke of the nozzle needle ( 2 ) a stop element ( 22 ) is provided in the form of a sleeve, which preferably via the spring force of the coupler spring ( 21 ) in the direction of a in the nozzle body ( 1 ) paragraph ( 23 ) is axially biased.

Fuel injector according to claim 8, characterized in that the stop element ( 22 ) for supporting the coupler spring ( 21 ) and / or the nozzle spring ( 6 ) is stepped, wherein the spring force of the coupler spring ( 21 ) larger than that of the nozzle spring ( 6 ) is selected.

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.