DE102015226427A1

DE102015226427A1 - fuel injector

Info

Publication number: DE102015226427A1
Application number: DE102015226427.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rau
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-22
Also published as: EP3184802B1; EP3184802A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor 1 eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor 1 einen hydraulischen Koppler 25 aufweist, der einen in einem Kopplerkörper 33 beweglichen Kopplerkolben 27 und einen damit über einen Kopplerspaltraum 29 gekoppelten ebenfalls in dem Kopplerkörper 33 beweglichen Arbeitskolben 28 aufweist, und wobei der Kopplerspaltraum 29 über mindestens einen Füllkanal 41 mit einem außerhalb des Kopplerkörpers 33 angeordneten Niederdruckraum 22 verbunden ist. Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffinjektor 1 mit einem Koppler 25 bereitgestellt, bei dem die Befüllung eines Kopplerspaltraums 29 mit Hochdruckflüssigkeit verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass im Bereich einer Verbindung des Füllkanals 41 mit dem Kopplerspaltraum 29 ein einteiliges, unverformbares und durch eine Lageveränderung schaltendes Ventil angeordnet ist. Dieses Ventil ist als Hüls 42, 42a oder Scheibe 44, 44a ausgebildet.The invention relates to a fuel injector 1 of a fuel injection system of an internal combustion engine, wherein the fuel injector 1 has a hydraulic coupler 25 which has a coupler piston 27 movable in a coupler body 33 and a coupled thereto via a coupler gap 29 also in the coupler body 33 movable piston 28, and wherein the coupler gap space 29 is connected via at least one filling channel 41 to a low-pressure space 22 arranged outside the coupler body 33. According to the invention, a fuel injector 1 is provided with a coupler 25 in which the filling of a coupler gap 29 with high-pressure liquid is improved. This is achieved in that in the region of a connection of the filling channel 41 with the coupler gap space 29 a one-piece, non-deformable and switching by a change in position valve is arranged. This valve is formed as Hüls 42, 42 a or disc 44, 44 a.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor einen hydraulischen Koppler aufweist, der einen in einem Kopplerkörper beweglichen Kopplerkolben und einen damit über einen Kopplerspaltraum gekoppelten ebenfalls in dem Kopplerkörper beweglichen Arbeitskolben aufweist, und wobei der Kopplerspaltraum über mindestens einen Füllkanal mit einem außerhalb des Kopplerkörpers angeordneten Niederdruckraum verbunden ist.The invention relates to a fuel injector of a fuel injection system of an internal combustion engine, wherein the fuel injector comprises a hydraulic coupler having a movable in a coupler body coupler piston and a coupled thereto via a coupler gap also movable in the coupler body working piston, and wherein the coupler gap via at least one filling channel with a is connected outside the coupler body arranged low pressure space.

Stand der TechnikState of the art

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2009 001 266 A1 bekannt. Dieser Kraftstoffinjektor eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems weist einen hydraulischen Koppler auf, der einen in einem Kopplerkörper beweglichen Kopplerkolben und einen damit über einen Kopplerspaltraum gekoppelten ebenfalls in dem Kopplerkörper beweglichen Arbeitskolben aufweist. Der Kopplerspaltraum ist über einen Füllkanal mit einem außerhalb des Kopplerkörpers angeordneten Niederdruckraum verbunden. Dieser Füllkanal ist derart in dem Kopplerkörper angeordnet, dass der Füllkanal bei einer Abwärtsbewegung des Kopplerkolbens verschlossen wird, während der Füllkanal bei einer Aufwärtsbewegung des Kopplerkolbens geöffnet wird. Durch diese Ausgestaltung soll erreicht werden, dass der Kopplerspaltraum beim Betrieb des Kraftstoffinjektors kontinuierlich mit Hydraulikfluid befüllt wird, um Leckagen entlang den Führungen des Kopplerkolbens und des Arbeitskolbens in dem Kopplerkörper auszugleichen.Such a fuel injector is from the DE 10 2009 001 266 A1 known. This fuel injector of a common rail fuel injection system has a hydraulic coupler which has a coupler piston movable in a coupler body and a piston which is also coupled to it in the coupler body via a coupler gap. The coupler gap is connected via a filling channel with a arranged outside the coupler body low pressure space. This filling channel is arranged in the coupler body, that the filling channel is closed during a downward movement of the coupler piston, while the filling channel is opened during an upward movement of the coupler piston. By means of this embodiment, it is to be achieved that the coupler gap is continuously filled with hydraulic fluid during operation of the fuel injector in order to compensate for leaks along the guides of the coupler piston and of the working piston in the coupler body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor mit einem Koppler bereitzustellen, bei dem die Befüllung des Kopplerspaltraums mit Hydraulikfluid verbessert ist.The invention has for its object to provide a fuel injector with a coupler, wherein the filling of the coupler gap space is improved with hydraulic fluid.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Bereich einer Verbindung des Füllkanals mit dem Kopplerspaltraum ein einteiliges, unverformbares und durch eine Lageänderung schaltendes Ventil angeordnet ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei jedem Schaltvorgang in dem Koppler ein deutlich höherer Druck als in dem umgebenden Niederdruckraum entsteht. Dies führt über die Spiele an den Kolbenführungen des Kopplerkolbens und des Arbeitskolbens in dem Kopplerkörper zu einer Leckage aus dem Koppler, genauer aus dem Kopplerspaltraum, heraus. Da die Anforderungen aktuell in die Richtung gehen, für niedrige Emissionen immer mehr Einspritzungen pro Einspritzzyklus abzusetzen, kommt es mit jeder Einspritzung zu einer Kopplerspaltraumentleerung, weshalb für die nachfolgende Einspritzung ein geringerer Ausgangsdruck im Koppler zur Verfügung steht. Dies führt zu einer Abnahme einer möglichen Einspritzmenge. In den Einspritzpausen befüllt sich der Kopplerspaltraum zwar grundsätzlich wieder, werden jedoch sehr viele Einspritzungen mit kurzen zwischenzeitlichen Abständen abgesetzt, wird der Kopplerspaltraum mehr entleert als wieder befüllt. Dies kann zum gänzlichen Ausbleiben von gewünschten Einspritzungen führen. Daher weist ein hydraulischer Koppler eine Drehzahlgrenze auf, mit der er bei einer geforderten Anzahl von Einspritzungen in Abhängigkeit vom Druck des Kraftstoffs betrieben werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kopplers wird eine deutlich verbesserte Wiederbefüllung erreicht, was die Drehzahlfestigkeit des Kopplers deutlich verbessert.This object is achieved in that in the region of a connection of the filling channel with the Kopplerspaltraum a one-piece, non-deformable and switching by a change in position valve is arranged. This embodiment is based on the finding that with each switching operation in the coupler, a significantly higher pressure than in the surrounding low-pressure space arises. This results in the games on the piston guides of the coupler piston and the working piston in the coupler body to a leakage from the coupler, more precisely from the Kopplerspaltraum out. Since the requirements currently go in the direction of deducting more and more injections per injection cycle for low emissions, there is a Koppler gap with each injection to a Kopplerspaltraeu, which is why a lower output pressure in the coupler is available for the subsequent injection. This leads to a decrease in a possible injection quantity. Although in the injection pauses the coupler gap is basically filled again, but if a large number of injections are discontinued with short intermediate intervals, the coupler gap is more emptied than refilled. This can lead to the total absence of desired injections. Therefore, a hydraulic coupler has a speed limit, with which it can be operated at a required number of injections in dependence on the pressure of the fuel. The inventive design of the coupler a significantly improved refilling is achieved, which significantly improves the speed resistance of the coupler.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil als Hülse ausgebildet. Eine solche Hülse ist einfach zu fertigen und weist zudem eine hohe Schließgenauigkeit des Füllkanals auf.In a further embodiment of the invention, the valve is designed as a sleeve. Such a sleeve is easy to manufacture and also has a high closing accuracy of the filling channel.

Weiterhin ist durch die Anordnung der Hülse innerhalb des Kopplerkörpers auf einem Stufenabsatz des Kopplerkolbens nur ein sehr geringes Totvolumen dargestellt. Weiterhin wird durch eine gute Passform der Hülse (und der später erläuterten Scheibe) in dem Kopplerkörper zum Verschluss des Füllkanals der Kopplerspaltraum, wenn überhaupt, nur sehr wenig vergrößert, weshalb die Kopplerfunktion gegenüber anderen bekannten Lösungen verbessert wird. Zudem wird dadurch die Steifigkeit des Kopplers nicht geschwächt. Daraus folgt, dass der Spannungsbedarf des Kraftstoffinjektors für eine Betätigung nicht erhöht wird, woraus letztendlich wieder eine Druckbegrenzung des Kraftstoffinjektors erhöht wird und die Drehzahlfestigkeit verbessert wird. Bei Einspritzpausen ist der Druck in dem Hydraulikfluidraum größer als in dem Kopplerspaltraum, weswegen das die Hülse sowie die später erläuterte Hülse durch den Druck in dem Füllkanal von der Innenwand des Kopplerkörpers weggedrückt wird und somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikfluidraum und dem Kopplerspaltraum freigegeben wird. Dadurch wird im Ergebnis eine sehr schnelle Wiederbefüllung bereits zwischen Teileinspritzungen mit quasi konstanter beziehungsweise sich nicht verschlechternder Kopplerfunktion erreicht.Furthermore, only a very small dead volume is represented by the arrangement of the sleeve within the coupler body on a stepped shoulder of the coupler piston. Furthermore, by a good fit of the sleeve (and the disc discussed later) in the coupler body to close the filling channel of the coupler gap, if at all, increased only very little, which is why the coupler function over other known solutions is improved. In addition, this does not weaken the stiffness of the coupler. It follows that the voltage requirement of the fuel injector for an operation is not increased, from which ultimately a pressure limit of the fuel injector is increased again and the speed stability is improved. During injection pauses, the pressure in the hydraulic fluid chamber is greater than in the coupler gap space, which is the sleeve and the sleeve explained later is pushed away by the pressure in the filling channel of the inner wall of the coupler body and thus a hydraulic connection between the hydraulic fluid space and the coupler gap is released. As a result, a very fast refilling is already achieved between partial injections with a quasi-constant or non-deteriorating coupler function.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Außendurchmesser der Hülse sowie der Scheibe geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Kopplerkörpers im Bereich der Mündung des Füllkanals in den Kopplerspaltraum. Aufgrund dieses etwas kleineren Außendurchmessers der Hülse beziehungsweise der Scheibe als des Innendurchmessers des Kopplerkörpers liegt das die Hülse beziehungsweise die Scheibe im Schließfall flächig an der Innenwand des Kopplerkörpers im Bereich der Mündung des Füllkanals bei einem höheren Druck in dem Kopplerspaltraum als in dem Niederdruckraum an und dichtet somit den Füllkanal zuverlässig ab. Beim Ansteuern eines Aktors des Kraftstoffinjektors ergibt sich durch eine Bewegung des Kopplerkolbens in den Kopplerspaltraum hinein ein sofortiger Druckaufbau in dem Koppler, was – wie schon zuvor beschrieben – die Funktion des Kopplers verbessert.In a further embodiment of the invention, the outer diameter of the sleeve and the disc is slightly smaller than the inner diameter of the Kopplerkörpers in the region of the mouth of the filling channel in the coupler gap. Because of this slightly smaller outer diameter of the sleeve or the disc than the inner diameter of the coupler body that is the sleeve or the disc in the case of closing flat against the inner wall of the coupler body in the region of Mouth of the filling channel at a higher pressure in the coupler gap than in the low-pressure chamber and thus seals the filling channel reliably. When an actuator of the fuel injector is actuated, a movement of the coupler piston into the coupler gap space results in an immediate buildup of pressure in the coupler, which, as described above, improves the function of the coupler.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil – wie schon ausgeführt – als Scheibe ausgebildet. Mit einem solchermaßen ausgebildeten Ventil werden die gleichen vorteilhaften Eigenschaften wie mit der Hülse erreicht.In a further embodiment of the invention, the valve is - as already stated - designed as a disc. With such a trained valve, the same advantageous properties are achieved as with the sleeve.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine dass das Ventil als Hülse oder Scheibe ausgebildet und weist auf dem Außenumfang einen kegelstumpfförmigen Abschnitt auf, der mit einem entsprechenden kegelförmigen Wandabschnitt des Kopplerkörpers im Bereich der Mündung des Füllkanals in den Kopplerspaltraum zusammenwirkt. Bei einer solchen Ausgestaltung wird das Ventil für den Schaltvorgang axial bewegt. Dieser Abschnitt kann sich in weiterer Ausgestaltung über die gesamte axiale Erstreckung des Außenumfangs der Hülse oder der Scheibe erstrecken. In der Scheibe ist zudem in einer Weiterbildung ein Kanal eingelassen, der die beiden Teilräume angrenzend an den Kopplerkolben und den Arbeitskolben miteinander verbindet.In a further embodiment of the invention, one that the valve is formed as a sleeve or disc and has on the outer periphery of a frusto-conical portion which cooperates with a corresponding conical wall portion of the coupler body in the region of the mouth of the filling channel in the coupler gap. In such an embodiment, the valve for the switching operation is moved axially. This section may extend in a further embodiment over the entire axial extent of the outer circumference of the sleeve or the disc. In the disc, a channel is also embedded in a development, which connects the two subspaces adjacent to the coupler piston and the working piston with each other.

Vorzugsweise ist der Werkstoff des Ventils ein metallischer Werkstoff.Preferably, the material of the valve is a metallic material.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the invention are described in the drawings, in which an illustrated in the figures embodiment of the invention is described in detail.

Es zeigen:Show it:

1 eine teilweise Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors mit einem piezoelektrischen Aktuator und einem hydraulischen Koppler, 1 a partial sectional view of a fuel injector with a piezoelectric actuator and a hydraulic coupler,

2 eine erste Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Hülse ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 2 a first switching position of a coupler with a sleeve designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums,

3 eine zweite Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Hülse ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 3 a second switching position of a coupler with a sleeve designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums,

4 eine dritte Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Hülse ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 4 a third switching position of a coupler with a sleeve designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums,

5 eine erste Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Scheibe ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 5 a first switching position of a coupler with a disk designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums

6 eine zweite Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Scheibe ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 6 a second switching position of a coupler with a disk designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums,

7 eine dritte Schaltstellung eines Kopplers mit einem als Scheibe ausgebildeten Ventil zur Befüllung eines Kopplerspaltraums, 7 a third switching position of a coupler with a disk designed as a valve for filling a Kopplererspaltraums

8 einen Koppler mit einem als Scheibe ausgebildeten Ventil, wobei die Scheibe auf dem Außenumfang einen kegelstumpfförmigen Abschnitt aufweist, 8th a coupler having a disk-shaped valve, the disk having a frusto-conical portion on the outer circumference,

9 einen Koppler mit einem als Scheibe ausgebildeten Ventil, wobei der Außenumfang der Scheibe insgesamt kegelförmig ausgebildet ist, 9 a coupler with a valve designed as a disk, wherein the outer circumference of the disk is formed overall conical,

10 einen Koppler mit einem als Hülse ausgebildeten Ventil, wobei der Außenumfang der Hülse insgesamt kegelförmigen ausgebildet ist und 10 a coupler with a sleeve formed as a valve, wherein the outer circumference of the sleeve is formed a conical overall and

11 ein Diagramm zum Verlauf eines Injektornadelhubes eines Kraftstoffinjektors 11 a diagram for the course of Injektornadelhubes a fuel injector

1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1 eines Common-Rail-Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Eine Hochdruckpumpe 2 fördert Kraftstoff aus einem Tank 3 in einen Hochdruckspeicher 4. In dem Hochdruckspeicher 4 ist Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, unter einem hohen Druck von beispielsweise 2.000 bar oder mehr gespeichert. An dem Hochdruckspeicher 4 ist der Kraftstoffinjektor 1 neben weiteren, nicht gezeigten Kraftstoffinjektoren über eine Hochdruckleitung 5 angeschlossen. Die Hochdruckleitung 5 mündet in einen zu einem Hochdruckbereich des Kraftstoffinjektors 1 gehörenden, axialen Versorgungskanal 6, durch den Kraftstoff in einen Druckraum 7 strömt. Der Kraftstoff strömt bei einem Einspritzvorgang aus dem Druckraum 7 in axialer Richtung an einer Injektornadel 8 vorbei durch Einspritzbohrungen 16 in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor 1 ist über einen Injektorrücklaufanschluss 9 an eine Rücklaufleitung 10 angeschlossen. Über die Rücklaufleitung 10 kann eine nachfolgend noch erläuterte Steuermenge an Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 1 zu dem Tank 3 abfließen und von dort erneut dem Hochdruckkreislauf zugeführt werden. 1 shows a fuel injector 1 a common rail injection system for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine. A high pressure pump 2 Promotes fuel from a tank 3 in a high-pressure accumulator 4 , In the high-pressure accumulator 4 For example, fuel, especially diesel fuel, is stored under a high pressure of, for example, 2,000 bar or more. At the high-pressure accumulator 4 is the fuel injector 1 in addition to other fuel injectors, not shown, via a high-pressure line 5 connected. The high pressure line 5 opens into a to a high pressure region of the fuel injector 1 belonging, axial supply channel 6 through the fuel into a pressure chamber 7 flows. The fuel flows out of the pressure chamber during an injection process 7 in the axial direction on an injector needle 8th over by injection holes 16 in the combustion chamber of the internal combustion engine. The fuel injector 1 is via an injector return port 9 to a return line 10 connected. About the return line 10 may be a subsequently explained control amount of fuel from the fuel injector 1 to the tank 3 drain and from there again the high-pressure circuit to be supplied.

Die Injektornadel 8 ist innerhalb einer Stufenbohrung 11 eines Injektornadelkörpers 12 axial verstellbar geführt. Der Injektornadelkörper 12 ist im Verbund mit einer Drosselplatte und einem Ventilkörper gegen einen Haltekörper 13 mittels einer Spannmutter verspannt.The injector needle 8th is inside a stepped hole 11 an injector needle body 12 axially adjustable guided. The injector needle body 12 is in combination with a throttle plate and a valve body against a holding body 13 clamped by a clamping nut.

Die Injektornadel 8 weist an ihrer Nadelspitze 15 eine als Dichtfläche ausgebildete Schließfläche auf, mit der die Injektornadel 8 in eine dichte Anlage an einen innerhalb des Injektornadelkörpers 12 ausgebildeten Injektornadelkörpersitz verstellbar ist. Wenn die Injektornadel 8 an dem Injektornadelkörpersitz anliegt, sich also in der Schließstellung befindet, ist der Kraftstoffaustritt aus der zumindest einen Einspritzbohrung 16 gesperrt. Ist die Injektornadel 8 dagegen von dem Injektornadelkörpersitz abgehoben, kann Kraftstoff aus dem Druckraum 7, der zumindest annähernd unter dem Druck des Kraftstoffs in dem Hochdruckspeicher 4 steht, in den Brennraum strömen.The injector needle 8th indicates at its needle point 15 designed as a sealing surface closing surface, with the Injektornadel 8th in a dense Attachment to one within the Injektornadelkörpers 12 trained injector needle body seat is adjustable. When the injector needle 8th is applied to the Injektornadelkörpersitz, so is in the closed position, the fuel outlet from the at least one injection hole 16 blocked. Is the injector needle 8th on the other hand lifted from the injector needle body seat, fuel from the pressure chamber 7 at least approximately under the pressure of the fuel in the high-pressure accumulator 4 stands, pour into the combustion chamber.

Von einer in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite der Injektornadel 8 wird eine Steuerkammer 17 begrenzt, die über eine Zulaufdrossel 18 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus dem Versorgungskanal 6 versorgt wird. Gleichzeitig wird ein Druckraum 14, aus dem Kraftstoff bei geöffneter Injektornadel 8 in den Brennraum strömen kann, mit Kraftstoff aus dem Versorgungskanal 6 versorgt. Der Druckraum 14 umschließt dabei einen die Steuerkammer 17 begrenzenden, federkraftbeaufschlagten Hülsenkörper 32 radial außen. Die in dem Hülsenkörper 32 ausgebildete Steuerkammer 17 ist über eine Ablaufdrossel 19 mit einer Steuerventilkammer 20 verbunden, die mittels eines axial verstellbaren Steuerventilelements 21 mit einem Niederdruckraum 22 und damit mit dem Injektorrücklaufanschluss 9 verbindbar ist. Das Steuerventilelement 21 ist Teil eines normalerweise als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Steuerventils 23. Bei in einer ersten (unteren) Schaltstellung befindlichem Steuerventilelement 21 kann Kraftstoff aus der Steuerkammer 17 über die Ablaufdrossel 19 und die Steuerventilkammer 20 in dem Niederdruckbereich zu dem Injektorrücklaufanschluss 9 strömen. Gleichzeitig ist ein aus dem Druckraum 14 ausmündender und in die Steuerventilkammer 20 einmündender Bypass 35 von dem Steuerventilelement 21 gesperrt. Bei in einer zweiten (oberen) Schaltstellung befindlichem Steuerventilelement 21 ist die Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 20 und dem Niederdruckraum 22 gesperrt und der Bypass 35 ist freigegeben, so dass die Steuerkammer 17 über den Bypass 35, die Steuerventilkammer 20, die Ablaufdrossel 19 und die Zulaufdrossel 18 schnell auf Hochdruck gebracht wird.From an upper side in the drawing plane of the injector needle 8th becomes a control chamber 17 limited, via an inlet throttle 18 with high-pressure fuel from the supply channel 6 is supplied. At the same time, a pressure chamber 14 , from the fuel when the injector needle is open 8th can flow into the combustion chamber, with fuel from the supply channel 6 provided. The pressure room 14 encloses a control chamber 17 limiting, spring-loaded sleeve body 32 radially outside. The in the sleeve body 32 trained control chamber 17 is via an outlet throttle 19 with a control valve chamber 20 connected by means of an axially adjustable control valve element 21 with a low-pressure room 22 and thus with the injector return port 9 is connectable. The control valve element 21 is part of a normally designed as a 3/2-way valve control valve 23 , When in a first (lower) switching position befindliches control valve element 21 can fuel out of the control chamber 17 over the outlet throttle 19 and the control valve chamber 20 in the low pressure region to the injector return port 9 stream. At the same time is one from the pressure room 14 emptying and into the control valve chamber 20 opening bypass 35 from the control valve element 21 blocked. When in a second (upper) switching position befindliches control valve element 21 is the connection between the control valve chamber 20 and the low-pressure room 22 locked and the bypass 35 is released, leaving the control chamber 17 over the bypass 35 , the control valve chamber 20 , the outlet throttle 19 and the inlet throttle 18 quickly brought to high pressure.

Zum Verstellen des kolbenförmigen Steuerventilelements 21 ist ein piezoelektrischer Aktor 24 vorgesehen, der über einen hydraulischen Koppler 25 mit dem Steuerventilelement 21 gekoppelt ist. Bei einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform kann das Steuerventil 23 unmittelbar von dem hydraulischen Koppler 25, genauer von einem nachfolgend noch erläuterten Arbeitskolben 28 des hydraulischen Kopplers 25 betätigt werden. Zum Öffnen des Steuerventils, also zum Bewegen des Steuerventilelements 21 in der Zeichnungsebene nach unten, weg von seinem oberen Steuerventilsitz 26, wird der piezoelektrische Aktor 24 bestromt und dehnt sich aus. Hierdurch wird ein in der Zeichnungsebene oberer, beweglicher Kopplerkolben 27 des hydraulischen Kopplers, der über einen Kopplerspaltraum 29 mit dem Kopplerkolben 27 hydraulisch gekoppelt ist, in der Zeichnungsebene nach unten bewegt. Der Arbeitskolben 28 drückt auf das Steuerventilelement 21, welches in der Folge entgegen der Kraft einer Steuerschließfeder 30 von seinem oberen Steuerventilsitz 26 wegbewegt wird und somit den Kraftstofffluss aus der Steuerkammer 17 hin zu dem Injektorrücklaufanschluss freigibt und gleichzeitig den Bypass 35 sperrt. Durch die Abstimmung der Durchflussquerschnitte sinkt der Druck in der Steuerkammer 17 rapide ab, wodurch die Injektornadel 8 von ihrem Injektornadelkörpersitz abhebt, so dass Kraftstoff aus dem Druckraum 7 durch die Einspritzbohrung 16 ausströmen kann.For adjusting the piston-shaped control valve element 21 is a piezoelectric actuator 24 provided by a hydraulic coupler 25 with the control valve element 21 is coupled. In an alternative embodiment, not shown, the control valve 23 directly from the hydraulic coupler 25 , more precisely from a working piston explained below 28 of the hydraulic coupler 25 be operated. To open the control valve, so to move the control valve element 21 down in the drawing plane, away from its upper control valve seat 26 , becomes the piezoelectric actuator 24 energized and expands. As a result, an upper in the drawing plane, movable coupler piston 27 the hydraulic coupler, which has a coupler gap space 29 with the coupler piston 27 hydraulically coupled, moved in the plane of the drawing down. The working piston 28 presses on the control valve element 21 , which in consequence against the force of a control closing spring 30 from its upper control valve seat 26 is moved away and thus the fuel flow from the control chamber 17 towards the injector return port and at the same time the bypass 35 locks. By adjusting the flow cross sections, the pressure in the control chamber decreases 17 rapidly, causing the injector needle 8th lifts off from their injector needle body seat, allowing fuel from the pressure chamber 7 through the injection hole 16 can flow out.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 24 beendet, wodurch sich der Piezokristallstapel des Aktors 24 zusammenzieht und der Kopplerkolben 27 unterstützt durch die Federkraft einer Rohrfeder 38 in der Zeichnungsebene nach oben bewegt wird. Der Arbeitskolben 28 drückt unterstützt durch die Steuerschließfeder 30 in der Zeichnungsebene nach unten gegen das Steuerventilelement 21. Zwischen dem Arbeitskolben 28 und dem Steuerventilelement 21 ist somit ein ständiger Kontakt gewährleistet. To end the injection process, the energization of the piezoelectric actuator 24 terminated, causing the piezocrystal stack of the actuator 24 contracts and the coupler piston 27 supported by the spring force of a Bourdon tube 38 is moved up in the drawing plane. The working piston 28 presses supported by the control closing spring 30 in the drawing plane down against the control valve element 21 , Between the working piston 28 and the control valve element 21 Thus, a constant contact is guaranteed.

Der Arbeitskolben 28 und das Steuerventilelement 21 werden bei nicht bestromtem Aktor 24 nach oben in die obere Schaltstellung bewegt, in der das Steuerventilelement 21 an seinem oberen Steuerventilsitz 26 anliegt und die hydraulische Verbindung aus der Steuerkammer 17 zum Injektorrücklaufanschluss 9 sperrt. Der durch die Zulaufdrossel 18 sowie über den Bypass 35 in die Steuerkammer 17 nachströmende Kraftstoff sorgt für eine schnelle Druckerhöhung in der Steuerkammer 17 und für eine auf die Injektornadel 8 wirkende hydraulische Schließkraft. Die daraus resultierende Schließbewegung der Injektornadel 8 wird von einer Schließfeder 31 unterstützt, die sich mit einem Ende an der Injektornadel 8 und mit dem zweiten Ende an einem die Steuerkammer 17 begrenzenden Hülsenkörper 32 abstützt.The working piston 28 and the control valve element 21 be with not energized actuator 24 moved upward into the upper switching position, in which the control valve element 21 at its upper control valve seat 26 abuts and the hydraulic connection from the control chamber 17 to the injector return port 9 locks. The through the inlet throttle 18 as well as over the bypass 35 in the control chamber 17 inflowing fuel ensures a rapid pressure increase in the control chamber 17 and for one on the Injektornadel 8th acting hydraulic closing force. The resulting closing movement of the injector needle 8th is from a closing spring 31 supports, with one end attached to the injector needle 8th and with the second end at a control chamber 17 limiting sleeve body 32 supported.

Die folgenden 2 bis 4 zeigen eine erste Ausgestaltung des Kopplers 25 mit den in einer Stufenausnehmung 34 in einem Kopplerkörper 33 angeordneten Kopplerkolben 27 und Arbeitskolben 28 in verschiedenen Schaltstellungen. Der Kopplerkolben 27 hat einen größeren Außendurchmesser als der Arbeitskolben 28 und ist folglich in der Stufenausnehmung 34 mit dem größeren Innendurchmesser angeordnet. Der Kopplerkolben 27 kann aber auch einen gleichen oder kleineren Durchmesser als der Arbeitskolben 28 aufweisen. Zwischen dem Kopplerkolben 27 und dem Arbeitskolben 28 ist der schon erwähnte Kopplerspaltraum 29 angeordnet, der zur Übertragung einer von dem Kopplerkolben 27 ausgeführten Axialbewegung auf den Arbeitskolben 28 mit Hydraulikfluid in Form von Kraftstoff gefüllt sein muss. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen. Der Kopplerkolben 27 ragt mit einem betätigungsseitigen Ende, an dem eine Betätigungsplatte 36 angeordnet ist, aus dem Kopplerkörper 33 hinaus und wirkt mittels der Betätigungsplatte 36 mit dem Aktor 24 zusammen. Auf der gegenüberliegenden Seite weist der Arbeitskolben 33 eine Betätigungsnase 37 auf, die – wie zuvor beschrieben – das Steuerventilelement 21 aus dem Steuerventilsitz 26 nach unten (1) drücken kann.The following 2 to 4 show a first embodiment of the coupler 25 with the in a stepped recess 34 in a coupler body 33 arranged coupler piston 27 and working pistons 28 in different switch positions. The coupler piston 27 has a larger outer diameter than the working piston 28 and thus is in the step recess 34 arranged with the larger inner diameter. The coupler piston 27 but can also have a same or smaller diameter than the working piston 28 exhibit. Between the coupler piston 27 and the working piston 28 that's it mentioned coupler gap space 29 arranged to transfer one of the coupler piston 27 executed axial movement on the working piston 28 must be filled with hydraulic fluid in the form of fuel. This will be discussed below. The coupler piston 27 protrudes with an actuating end, on which an actuating plate 36 is arranged, from the coupler body 33 out and acts by means of the actuator plate 36 with the actor 24 together. On the opposite side points the working piston 33 an actuating nose 37 on, which - as described above - the control valve element 21 from the control valve seat 26 downward ( 1 ) can press.

Zur Einstellung einer definierten Ausgangsruhelage und zur Aktorvorspannung weist der Koppler 25 eine Rohrfeder 38 auf, die sich am einem unteren Ringabsatz 39 des Kopplerkörpers 33 und der Betätigungsplatte 36 abstützt und beide Bauteile auseinanderdrückt. Gleichzeitig ist an dem Arbeitskolben 28 ein Haltering für eine Arbeitskolbenfeder 40 angeordnet, die den Arbeitskolben 28 nach unten aus dem Kopplerkörper 33 bis zur Anlage der Betätigungsnase 37 an dem Steuerventilelement 21 drückt. Zur Befüllung beziehungsweise zum Nachfüllen des Kopplerspaltraums 29 mit Kraftstoff aus dem den Koppler 25 umgebenden Niederdruckraum 22 ist vorzugsweise ein Füllkanal 41 in die Wandung des Kopplerkörpers 33 eingelassen. Der Füllkanal 41 ist im Bereich einer Mündung in dem Kopplerspaltraum 29 von einem in Richtung des Kopplerspaltraums 29 öffnenden einteiligen unverformbaren und durch eine Lageveränderung schaltenden Ventil in Form einer Hülse 42 verschlossen. Die Hülse 42 weist einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Kopplerkörpers 33 beziehungsweise der Stufenausnehmung 34 auf. Aufgrund des etwas kleineren Außendurchmessers der Hülse 42 ist im Ruhezustand der Druck in dem Kopplerspaltraum 29 zumindest angenähert gleich dem Druck in dem Niederdruckraum 22 und die Hülse 42 gibt normalerweise in diesem Zustand die Verbindung zwischen dem Kopplerspaltraum 29 durch den Füllkanal 41 zu dem Niederdruckraum frei (2). Die Hülse 42 ist im Bereich eines Stufenabsatzes 43 des Kopplerkolbens 27 angeordnet, was platzsparend ist und keine Auswirkungen auf die Funktion des Kopplers 25 hat. Bezüglich der Anordnung der Hülse 42 sind aber auch andere Lösungen denkbar.To set a defined Ausgangshelhelage and Aktorvorspannung points the coupler 25 a bourdon tube 38 on, located at a lower ring heel 39 of the coupler body 33 and the actuator plate 36 supports and presses both components apart. At the same time is on the working piston 28 a retaining ring for a working piston spring 40 arranged, which is the working piston 28 down from the coupler body 33 until the actuation nose engages 37 on the control valve element 21 suppressed. For filling or refilling the coupler gap 29 with fuel from the coupler 25 surrounding low pressure space 22 is preferably a filling channel 41 into the wall of the coupler body 33 admitted. The filling channel 41 is in the region of an orifice in the coupler gap space 29 from one in the direction of the coupler gap 29 opening one-piece undeformable and switching by a change in position valve in the form of a sleeve 42 locked. The sleeve 42 has a slightly smaller outer diameter than the inner diameter of the coupler body 33 or the stepped recess 34 on. Due to the slightly smaller outer diameter of the sleeve 42 is at rest, the pressure in the coupler gap 29 at least approximately equal to the pressure in the low pressure space 22 and the sleeve 42 Normally in this state, the connection between the coupler gap 29 through the filling channel 41 free to the low pressure room ( 2 ). The sleeve 42 is in the range of a stepped paragraph 43 of the coupler piston 27 arranged, which saves space and has no effect on the function of the coupler 25 Has. Regarding the arrangement of the sleeve 42 But other solutions are conceivable.

Beim Ansteuern des Aktors 24 ergibt sich durch die Bewegung des Kopplerkolbens 27 in den Kopplerspaltraum 29 ein Druckaufbau in dem Koppler 25, der auf den Arbeitskolben 28 übertragen wird (3). Durch den nur geringfügig kleineren Außendurchmesser der Hülse 42 gegenüber dem Innendurchmesser des Kopplerkörpers 33 wird ein geringer Volumenstrom von Kraftstoff aus dem Kopplerspaltraum 29 durch den Füllkanal 41 in den Niederdruckraum 22 bewirkt und durch einen Druckabfall im Bereich der Mündung des Füllkanals 41 in den Kopplerspaltraums 29 wird die Hülse 42 zu der Mündung des Füllkanals 41 bewegt und verschließt die Mündung beziehungsweise den Füllkanal 41. Das Ventil ist nun geschlossen und der Druck in dem Kopplerspaltraum 29 steigt schnell an. Zudem wird durch die genaue Passform der Hülse 42 der Kopplerspaltraum 29 nur sehr wenig vergrößert, weshalb eine genaue Ausführung der Kopplerfunktion gewährleistet ist. Anderseits ist es aber so, dass bei diesem Betriebszustand eine geringe Leckage aus dem Kopplerspaltraum 29 entlang des Kopplerkolbens 27 und des Arbeitskolbens 28 aus dem Kopplerspaltraum 29 austritt.When controlling the actuator 24 results from the movement of the coupler piston 27 in the coupler gap 29 a build-up of pressure in the coupler 25 standing on the working piston 28 is transmitted ( 3 ). Due to the only slightly smaller outer diameter of the sleeve 42 opposite the inner diameter of the coupler body 33 is a small volume flow of fuel from the coupler gap 29 through the filling channel 41 in the low pressure room 22 causes and by a pressure drop in the area of the mouth of the filling channel 41 in the coupler gap 29 becomes the sleeve 42 to the mouth of the filling channel 41 moves and closes the mouth or the filling channel 41 , The valve is now closed and the pressure in the coupler gap 29 rises quickly. In addition, by the exact fit of the sleeve 42 the coupler gap space 29 only very little enlarged, which is why an exact execution of the coupler function is guaranteed. On the other hand, it is the case that in this operating state, a small leakage from the coupler gap 29 along the coupler piston 27 and the working piston 28 from the coupler gap 29 exit.

In 4 ist der Betriebszustand dargestellt, bei dem in den Einspritzpausen der Druck in dem Niederdruckraum 22 größer beziehungsweise höher als in dem Kopplerspaltraum 29 ist, weshalb die Hülse 42 durch den Druck in dem Füllkanal 41 von der Innenwand im Bereich der Stufenausnehmung 34 weggedrückt wird und die hydraulische Verbindung zwischen dem Niederdruckraum 22 und dem Kopplerspaltraum 29 freigegeben wird. Ergebnis ist eine sehr schnelle Wiederbefüllung zwischen Einspritzvorgängen beziehungsweise Teileinspritzvorgängen des Kraftstoffinjektors 1 mit quasi konstanter nicht nachlassender Kopplerfunktion. Dies ist in dem Diagramm in 11, das für alle erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Ventils gilt, dargestellt, wobei in dem Diagramm der resultierende Nadelhub Nh von aufeinander folgenden Einspritzungen eines Kraftstoffinjektors 1 wiedergegeben ist. Dabei ist mit einer ausgezogenen Linie der Nadelhub Nh eines konventionellen Kopplers 25 und mit einer strichlinierten Linie der Nadelhub Nh eines erfindungsgemäßen Kopplers 25 dargestellt. Erkennbar ist, dass bei der zweiten Einspritzung der Nadelhub Nh der Injektornadel 8 mit dem konventionellen Koppler 25 deutlich geringer als bei der ersten Einspritzung ist. Dagegen zeigt der strichlinierte Nadelhub Nh, der durch die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen darstellbar ist, keinen Abbau.In 4 the operating state is shown, in which in the injection pauses the pressure in the low pressure space 22 greater or higher than in the coupler gap 29 is why the sleeve 42 by the pressure in the filling channel 41 from the inner wall in the area of the stepped recess 34 is pushed away and the hydraulic connection between the low pressure space 22 and the coupler gap space 29 is released. The result is a very rapid refilling between injection processes or partial injection processes of the fuel injector 1 with a quasi-constant, non-decreasing coupler function. This is in the diagram in 11 , which applies to all embodiments of the valve according to the invention, shown, wherein in the diagram, the resulting needle lift Nh of successive injections of a fuel injector 1 is reproduced. In this case, the needle stroke Nh of a conventional coupler is with a solid line 25 and with a dashed line the Nadelhub Nh of a coupler according to the invention 25 shown. It can be seen that during the second injection the needle stroke Nh of the injector needle 8th with the conventional coupler 25 significantly lower than the first injection. In contrast, the dashed needle lift Nh, which can be represented by the embodiments according to the invention, shows no degradation.

Die 5 bis 7 zeigen eine Ausgestaltung des Ventils als Scheibe 44. Dabei führt die Scheibe 44 die gleiche Funktion wie die Hülse 42 aus. Somit kann bezüglich der Funktionsbeschreibung auf die der Hülse 42 verwiesen werden.The 5 to 7 show an embodiment of the valve as a disc 44 , This leads the disc 44 the same function as the sleeve 42 out. Thus, with respect to the functional description of the sleeve 42 to get expelled.

Die 8 bis 10 zeigen eine Ausgestaltung des Ventils als Hülse 42a oder Scheibe 44a, wobei auf dem Außenumfang bei der in 8 dargestellten Scheibe 44a ein kegelstumpfförmigen Abschnitt 45 vorhanden ist, der mit einem entsprechenden kegelförmigen Wandabschnitt 46 des Kopplerkörpers 33 im Bereich der Mündung des Füllkanals 41 in den Kopplerspaltraum 29 zusammenwirkt. Der Füllkanal 41 ist schräg in dem Kopplerkörper 33 angeordnet und mündet in dem Wandabschnitt 46. Bei dieser sowie den weiteren folgende Ausgestaltungen wird die Scheibe 44a beziehungsweise die Hülse 42a axial zum Schließen und Öffnen der Mündung des Füllkanals 41 bewegt. In der Scheibe 44a ist eine Kanal 47 eingelassen, der die beiden Teilräume angrenzend an den Kopplerkolben 27 und den Arbeitskolben 28 miteinander verbindet.The 8th to 10 show an embodiment of the valve as a sleeve 42a or disc 44a , wherein on the outer circumference at the in 8th shown disc 44a a frustoconical section 45 is present, with a corresponding conical wall section 46 of the coupler body 33 in the area of the mouth of the filling channel 41 in the coupler gap 29 interacts. The filling channel 41 is oblique in the coupler body 33 arranged and opens in the wall section 46 , In this and the other following embodiments, the disc 44a or the sleeve 42a axially closing and opening the mouth of the filling channel 41 emotional. In the disk 44a is a channel 47 let in, the two subspaces adjacent to the coupler piston 27 and the working piston 28 connects with each other.

Bei den in 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen erstreckt sich der Abschnitt 45a über die gesamte axiale Erstreckung des Außenumfangs der Hülse (42a) oder der Scheibe (44a). Dabei ist das Ventil in der Ausgestaltung gemäß 9 als Hülse 42a ausgebildet und der Füllkanal 41 weist einen größeren Durchmesser auf. Bei der Ausführungsform gemäß 10 ist zudem der Füllkanal 41 wieder rechtwinklig in dem Kopplerkörper 33 angeordnet. Bezüglich der Funktion wird ergänzend wieder auf die vorherige Beschreibung verwiesen.At the in 9 and 10 illustrated embodiments, the section extends 45a over the entire axial extent of the outer circumference of the sleeve ( 42a ) or the disc ( 44a ). In this case, the valve in the embodiment according to 9 as a sleeve 42a trained and the filling channel 41 has a larger diameter. In the embodiment according to 10 is also the filling channel 41 again at right angles in the coupler body 33 arranged. With regard to the function, reference is additionally made to the previous description.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige zuvor beschriebene Einzelmerkmale des Erfindungsgenstandes miteinander und untereinander kombiniert sein können. Finally, it is pointed out that any individual features of the subject invention described above can be combined with each other and with each other.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009001266 A1 [0002]

Claims

Fuel injector ( 1 ) of a fuel injection system of an internal combustion engine, wherein the fuel injector ( 1 ) a hydraulic coupler ( 25 ), one in a coupler body ( 33 ) movable coupler piston ( 27 ) and thus a coupler gap ( 29 ) are also coupled in the coupler body ( 33 ) movable working piston ( 28 ), and wherein the coupler gap space ( 29 ) via at least one filling channel ( 41 ) with one outside the coupler body ( 33 ) arranged low-pressure space ( 22 ), characterized in that in the region of a connection of the filling channel ( 33 ) with the coupler gap space ( 29 ) is arranged a one-piece, non-deformable and switching by a change in position valve.

Fuel injector ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the valve as a sleeve ( 42 ) is trained.

Fuel injector ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the sleeve ( 42 ) on a stepped heel ( 43 ) of the coupler piston ( 27 ) is arranged.

Fuel injector ( 1 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the outer diameter of the sleeve ( 42 ) smaller than the inner diameter of the coupler body ( 33 ) in the region of the mouth of the filling channel ( 41 ) in the coupler gap space ( 29 ).

Fuel injector ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the valve as a disc ( 44 ) is trained.

Fuel injector ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the outer diameter of the disc ( 44 ) smaller than the inner diameter of the coupler body ( 33 ) in the region of the mouth of the filling channel ( 41 ) in the coupler gap space ( 29 ).

Fuel injector ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the valve as a sleeve ( 42a ) or disc ( 44a ) is formed and on the outer periphery of a frustoconical portion ( 45 ) provided with a corresponding conical wall section ( 46 ) of the coupler body ( 33 ) in the region of the mouth of the filling channel ( 41 ) in the coupler gap space ( 29 ) cooperates.

Fuel injector ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the section ( 45a ) over the entire axial extent of the outer circumference of the sleeve ( 42a ) or the disc ( 44a ).

Fuel injector ( 1 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the disc ( 44a ) an axial channel ( 47 ) having.

Fuel injector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the valve is a metallic material.