DE102015215238A1 - Fluid injection device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Fluid-Einspritzvorrichtung (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Fluid-Einspritzvorrichtung (1) einen Düsenkörper (2) umfasst, wobei innerhalb des Düsenkörpers (2) zumindest eine Düsen-nadel (3) angeordnet ist, wobei die Düsennadel (3) axial verschiebbar ist wobei die axiale Verschiebung der Düsennadel (3) durch zumindest ein Piezoelement (4) begrenzt wird, so dass der Raum für den Hub der Düsennadel durch Aktivieren und Deaktivieren des Piezoelements veränderbar ist.Fluid injection device (1) for an internal combustion engine, wherein the fluid injection device (1) comprises a nozzle body (2), wherein within the nozzle body (2) at least one nozzle needle (3) is arranged, wherein the nozzle needle (3) axially is displaceable wherein the axial displacement of the nozzle needle (3) is limited by at least one piezoelectric element (4), so that the space for the stroke of the nozzle needle by activating and deactivating the piezoelectric element is variable.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.The present invention describes a fluid injection device for an internal combustion engine.
Stand der TechnikState of the art
Über Einspritzvorrichtungen jeglicher Art wird Wärmekraftmaschinen der benötigte Kraftstoff für die innere Verbrennung zugeführt. Der Kraftstoff wird dabei von einer Pumpe auf Systemdruck gebracht und der Einspritzvorrichtung zugeführt.Through injection devices of any kind, heat engines are supplied with the required fuel for internal combustion. The fuel is brought from a pump to system pressure and fed to the injector.
Eine Einspritzvorrichtung umfasst im Allgemeinen einen Düsenkörper und eine Düsennadel, wobei im Düsenkörper Spritzöffnungen vorgesehen sind durch die Kraftstoff in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann. Die Spritzöffnungen werden durch eine Hub-Bewegung der Düsennadel freigegeben oder verschlossen. Die Steuerung der Düsennadel-Bewegung (Hub-Bewegung) erfolgt im Regelfall über einen Druckabfall und/oder Druckanstieg innerhalb eines oder mehrerer Steuerräume.An injection device generally comprises a nozzle body and a nozzle needle, wherein spray openings are provided in the nozzle body through which fuel can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The spray openings are released or closed by a stroke movement of the nozzle needle. The control of the nozzle needle movement (stroke movement) is usually carried out via a pressure drop and / or pressure increase within one or more control rooms.
Bei einem Verbrennungsmotor beeinflusst der zeitliche Verlauf der eingespritzten Kraftstoffmenge (Einspritzverlauf) wesentlich den Ablauf der Kraftstoffverbrennung und somit den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoff-Emissionen. Je nach Betriebszustand (Teillastbereich oder Volllastbereich) des Verbrennungsmotors ist es für heutige Einspritzvorrichtungen daher erforderlich die Möglichkeit der Einspritzverlaufsformung zu bieten – eine ideale Einspritzvorrichtung ermöglicht die freie Wählbarkeit des Einspritzverlaufs in verschiedenen zeitlichen Ausprägungen. So ist im Teillastbereich des Verbrennungsmotors beispielsweise eine Einspritzvorrichtung mit reduziertem Durchfluss erwünscht um die Einspritzmenge über einen längeren Zeitraum und bei möglichst hohem Druck abzusetzen (bessere Zerstäubung).In the case of an internal combustion engine, the time profile of the injected fuel quantity (course of injection) substantially influences the course of the fuel combustion and thus the fuel consumption and the pollutant emissions. Depending on the operating state (partial load range or full load range) of the internal combustion engine, it is therefore necessary for injection injectors to offer the possibility of injection curve shaping - an ideal injection device enables the free selectability of the injection curve in various temporal forms. Thus, in the partial load range of the internal combustion engine, for example, a reduced-flow injection device is desired in order to deposit the injection quantity over a relatively long period of time and at the highest possible pressure (better atomization).
Die
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine der genannten Art zu verbessern und insbesondere Schadstoff-Emissionswerte und Fluidverbrauch zu senken.It is an object of the invention to improve a fluid injection device for an internal combustion engine of the type mentioned and in particular to reduce pollutant emission values and fluid consumption.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Fluid-Einspritzvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Fluid-Einspritzvorrichtung einen Düsenkörper umfasst, wobei innerhalb des Düsenkörpers zumindest eine Düsennadel angeordnet ist, wobei die Düsennadel axial verschiebbar ist, wobei die axiale Verschiebung der Düsennadel durch zumindest ein Piezoelement begrenzt wird, so dass der Raum für den Hub der Düsennadel durch Aktivieren und Deaktivieren des Piezoelements veränderbar ist.The object is achieved by a fluid injection device for an internal combustion engine, wherein the fluid injection device comprises a nozzle body, wherein within the nozzle body at least one nozzle needle is arranged, wherein the nozzle needle is axially displaceable, wherein the axial displacement of the nozzle needle by at least one piezoelectric element is limited, so that the space for the stroke of the nozzle needle by activating and deactivating the piezoelectric element is variable.
Die Fluid-Einspritzvorrichtung umfasst einen Düsenkörper und zumindest eine Düsennadel. Die Düsennadel gibt durch einen axialen Hub die Spritzöffnungen innerhalb des Düsenkörpers frei, oder verschließt diese. Um den Hub, das heißt die axiale Verschiebung, der Düsennadel zu begrenzen, wird in der Fluid-Einspritzvorrichtung zumindest ein Piezoelement angeordnet.The fluid injection device comprises a nozzle body and at least one nozzle needle. The nozzle needle releases the injection openings within the nozzle body by means of an axial stroke, or closes them. In order to limit the stroke, that is to say the axial displacement, of the nozzle needle, at least one piezoelectric element is arranged in the fluid injection device.
Das Piezoelement weißt die Eigenschaft auf, auf eine angelegte Spannung mit einer reversiblen Längenänderung in Richtung der Längendehnungsachse des Piezoelements zu reagieren. Die Längenänderung entlang der Längendehnungsachse des Piezoelements verhält sich proportional zu der angelegten Spannung, das heißt, dass die Längenänderung des Piezoelements über die angelegte Spannung steuerbar ist.The piezoelectric element has the property of reacting to an applied voltage with a reversible change in length in the direction of the longitudinal expansion axis of the piezoelectric element. The change in length along the longitudinal expansion axis of the piezoelectric element behaves in proportion to the applied voltage, that is to say that the change in length of the piezoelectric element can be controlled via the applied voltage.
Die Begrenzung des axialen Düsennadel-Hubs mittels dem Piezoelement bedingt eine schnelle und positionsgenaue Regulierung des Düsennadel-Hubs wodurch Schadstoff-Emissionswerte und Fluidverbrauch gesenkt werden können.The limitation of the axial nozzle needle stroke by means of the piezoelectric element requires a fast and positionally accurate regulation of the nozzle needle stroke, whereby pollutant emission values and fluid consumption can be reduced.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.
Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Piezoelement in einer Bohrung innerhalb des Düsenkörpers angeordnet um eine möglichst kompakte Bauweise der Fluid-Einspritzvorrichtung zu realisieren.According to the invention, the at least one piezoelectric element is arranged in a bore within the nozzle body in order to realize as compact a construction as possible of the fluid injection device.
Bevorzugt wird die axiale Verschiebung der Düsennadel durch mehrere einzelne Piezoelemente begrenzt, wobei die mehreren einzelnen Piezoelemente hintereinander koaxial entlang ihrer Längendehnungsachse angeordnet sind. Solche mehrere einzelne Piezoelemente werden im Folgenden unter anderem als Piezoelement-Verbund bezeichnet. Die mehreren einzelnen Piezoelemente sind in einer solchen Ausführung einzeln, das heißt unabhängig voneinander, mit Spannung beaufschlagbar. So kann eine flexible Regulierung des Düsennadel-Hubs realisiert werden.Preferably, the axial displacement of the nozzle needle is limited by a plurality of individual piezoelectric elements, wherein the plurality of individual Piezo elements are arranged one behind the other coaxially along its longitudinal expansion axis. Such a plurality of individual piezoelectric elements are referred to below inter alia as a piezoelectric element composite. The plurality of individual piezo elements are individually in such an embodiment, that is, independently of each other, can be acted upon by voltage. Thus, a flexible regulation of the nozzle needle hub can be realized.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren einzelnen Piezoelemente hintereinander koaxial entlang ihrer Längendehnungsachse und koaxial zur Düsennadelachse angeordnet. Dadurch kann durch Aktivierung eines oder auch mehrerer Piezoelemente mittels elektrischer Spannung eine sehr flexible, exakte und schnelle Begrenzung des Düsennadel-Hubs erreicht werden.According to one embodiment of the invention, the plurality of individual piezoelectric elements are arranged one behind the other coaxially along their longitudinal expansion axis and coaxial with the nozzle needle axis. As a result, by activating one or more piezoelectric elements by means of electrical voltage, a very flexible, precise and rapid limitation of the nozzle needle stroke can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren einzelnen Piezoelemente hintereinander koaxial entlang ihrer Längendehnungsachse und in einem Winkel von 90° zur Düsennadelachse angeordnet. Dadurch kann durch Aktivierung eines oder auch mehrerer Piezoelemente mittels elektrischer Spannung eine Begrenzung des Düsennadelhubs erreicht werden, wobei die Anschlagfläche, je nach mechanischem Erfordernis, variiert werden kann.According to a further embodiment of the invention, the plurality of individual piezoelectric elements are arranged one behind the other coaxially along their longitudinal expansion axis and at an angle of 90 ° to the nozzle needle axis. This can be achieved by activating one or more piezoelectric elements by means of electrical voltage, a limitation of the Düsennadelhubs, the stop surface, depending on the mechanical requirement, can be varied.
Derartige Piezoelement-Verbunde, wobei die mehreren einzelnen Piezoelemente hintereinander koaxial entlang ihrer Längendehnungsachse und in einem Winkel von 90° zur Düsennadelachse angeordnet sind, können in mehreren separaten Bohrungen parallel zueinander innerhalb des Düsenkörpers angeordnet sein. Die Bohrungstiefen können dabei variieren, ebenso wie die Anzahl der einzelnen Piezoelemente innerhalb der Piezoelement-Verbunde. So wird kann auch in dieser Ausführungsvariante eine sehr flexible, exakte und schnelle Begrenzung des Düsennadel-Hubs erreicht werden.Such piezoelectric element composites, wherein the plurality of individual piezoelectric elements are arranged one behind the other coaxially along their longitudinal expansion axis and at an angle of 90 ° to the nozzle needle axis can be arranged in several separate holes parallel to each other within the nozzle body. The hole depths may vary, as well as the number of individual piezo elements within the piezo element composites. Thus, a very flexible, precise and rapid limitation of the nozzle needle hub can be achieved in this embodiment variant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die mehreren einzelnen Piezoelemente hintereinander koaxial entlang ihrer Längendehnungsachse und in einem Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt in einem Winkel von etwa 45°, zur Düsennadelachse angeordnet. Auch dadurch kann durch Aktivierung eines oder auch mehrerer Piezoelemente mittels elektrischer Spannung eine Begrenzung des Düsennadel-Hubs erreicht werden.According to a further embodiment of the invention, the plurality of individual piezoelectric elements are arranged one behind the other coaxially along their longitudinal expansion axis and at an angle between 0 ° and 90 °, preferably at an angle of about 45 °, to the nozzle needle axis. Also, this can be achieved by activating one or more piezoelectric elements by means of electrical voltage limiting the nozzle needle hub.
Auch in dieser Ausführungsvariante der Erfindung können derartig orientierte Piezoelement-Verbunde (in einem Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt in einem Winkel von etwa 45°, zur Düsennadelachse) ebenso in mehreren separaten Bohrungen innerhalb des Düsenkörpers angeordnet sein.Also in this embodiment of the invention such oriented piezo element composites (at an angle between 0 ° and 90 °, preferably at an angle of about 45 ° to the nozzle needle axis) may also be arranged in several separate holes within the nozzle body.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
In
Die Fluid-Einspritzvorrichtung
The
Um den Hub, das heißt die axiale Verschiebung, der Düsennadel
Das zumindest eine Piezoelement
Die axiale Verschiebung der Düsennadel
In
Derartige Piezoelement-Verbunde, wobei die mehreren einzelnen Piezoelemente
Auch in dieser Ausführungsvariante der Erfindung können derartig orientierte Piezoelement-Verbunde, das heißt in einem Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt in einem Winkel von etwa 45°, zur Düsennadelachse, ebenso in mehreren separaten Bohrungen innerhalb des Düsenkörpers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fluid-EinspritzvorrichtungFluid injection apparatus
- 22
- Düsenkörpernozzle body
- 33
- Düsennadelnozzle needle
- 44
- Piezoelementpiezo element
- 55
- Fluid-ZuflussFluid inflow
- 66
- DüsenspannmutterNozzle clamping nut
- 77
- Spritzöffnungspray opening
- 88th
- Anschlagflächestop surface
- AA
- DüsennadelachseNozzle needle axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 2558766 [0005] DE 2558766 [0005]
- DE 4115457 A1 [0006] DE 4115457 A1 [0006]
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |