DE102016220071A1 - Servo injector with minimal valve volume - Google Patents
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Abstract
Einspritzventil mit Servoventilsteuerung mit einem Injektorkörper (20) mit einer ein Düsenmodul (150) mit einem Düsenkörper (160) und eine Düsennadel (150) aufweisenden Einspritzdüse. Die Düsennadel (150) korrespondiert mit einer Düsenfeder (180); eine Zwischenplatte (50) und eine Ventilplatte (60), eine Hochdruckleitung (30) und ein Steuerraum (190), die über eine Zulaufdrossel (130) mit dem Steuerraum (190) verbunden ist. Letztere ist über einen Fluiddurchlass (200) mit einem Ventilraum (210) verbunden, in dem ein Ventilkörper (220) ist, der mit einem Übertragungspin (120) in Verbindung steht, der mit einem von einer Wellenfeder (80) vorgespannten Aktor (90) verbunden ist. Der Übertragungspin (120) ist mit geringem Spiel im Ventilkörper (220) eingepasst, sodass sich ein Dichtspalt (250) zwischen diesem und dem Ventilkörper (220) bildet. Letzterer hat Bohrungen (230), die den Ventilraum (210) mit dem Dichtspalt (250) verbinden. Ein Koppelraum (260) ist zwischen dem Übertragungspin (120) und dem Ventilkörper (220) ausgebildet, der über den Dichtspalt (250) und die Bohrungen (230) mit dem Ventilraum (210) in Verbindung ist. Der Dichtspalt (250) ist so klein, dass eine Fluidverbindung zwischen dem Koppelraum (260) und dem Ventilraum (210) besteht, während der Zeit der Ventilbetätigung kein Fluidaustausch zwischen dem Koppelraum (260) und dem Ventilraum (210) stattfindet. Ein Ventilsitz (290) ist zwischen dem Ventilkörper (220) und der Zwischenplatte (50) und eine Ablaufdrossel (300) ist im Übertragungspin (120) vorgesehen, die mit Bohrungen (280) im Übertragungspin (120) in Verbindung steht, die die Ablaufdrossel (300) mit dem Ventilsitz (290) verbinden. Injector with servo valve control with an injector body (20) having a nozzle module (150) with a nozzle body (160) and a nozzle needle (150) having the injection nozzle. The nozzle needle (150) corresponds to a nozzle spring (180); an intermediate plate (50) and a valve plate (60), a high pressure line (30) and a control chamber (190) which is connected via an inlet throttle (130) with the control chamber (190). The latter is connected via a fluid passage (200) to a valve space (210) in which a valve body (220) is in communication with a transmission pin (120) which is connected to an actuator (90) biased by a wave spring (80). connected is. The transmission pin (120) is fitted in the valve body (220) with a small clearance, so that a sealing gap (250) is formed between it and the valve body (220). The latter has bores (230) which connect the valve space (210) with the sealing gap (250). A coupling space (260) is formed between the transmission pin (120) and the valve body (220) which is in communication with the valve space (210) via the sealing gap (250) and the bores (230). The sealing gap (250) is so small that there is fluid communication between the coupling space (260) and the valve space (210) during the time of valve actuation there is no fluid exchange between the coupling space (260) and the valve space (210). A valve seat (290) is provided between the valve body (220) and the intermediate plate (50), and a drain throttle (300) is provided in the transfer pin (120) which communicates with bores (280) in the transfer pin (120) connecting the drain throttle (300) to the valve seat (290).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil mit Servoventilsteuerung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Einspritzventile kommen typischerweise in Verbindung mit einem unter Hochdruck stehenden sog. Common-Rail-System zum Einsatz. Verwendet wird hierbei oftmals ein Piezoelement als Aktor, wobei die Steuerung der Einspritzmenge solcher Common-Rail-Einspritzventile überwiegend indirekt über ein Servoventil erfolgt. Dies bedeutet, dass die Düsennadel nicht direkt mit der Bewegung des Piezoaktors gekoppelt ist, sondern dass der Piezoaktor seinerseits ein Servoventil betätigt. Die Zufuhr von Kraftstoff erfolgt typischerweise unter sehr hohem Druck über einen Hochdruckanschluss und eine Hochdruckleitung im Einspritzventilkörper durch eine Ventilplatte auf eine Drosselplatte. Ein Steuerraum ist über eine Zulaufdrossel mit der Hochdruckleitung verbunden. Darüber hinaus ist der Steuerraum über eine Ablaufdrossel mit einem Ventilraum verbunden. Im unteren Bereich, das ist der Bereich der dem Brennraum zugewandt ist, weist die Einspritzdüse einen Düsenkörper und eine Düsennadel auf, wobei die Düsennadel mit einer Düsenfeder so vorgespannt ist, dass diese eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. Da der Steuerraum über den Hochdruckanschluss mit dem Rail verbunden ist, herrscht im nicht betätigten Zustand im Steuerraum ein hoher Druck vor, der dem Druck im Railsystem entspricht (Raildruck). Hieraus resultiert eine zusätzliche hydraulische Kraftwirkung, welche die Düsennadel in Schließposition hält und somit die Öffnungen des Einspritzventils verschlossen sind.The present invention relates to an injection valve with servo valve control for the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. Such injectors are typically used in conjunction with a so-called high pressure common rail system. In this case, a piezo element is often used as an actuator, wherein the control of the injection quantity of such common rail injection valves takes place mainly indirectly via a servo valve. This means that the nozzle needle is not directly coupled to the movement of the piezoelectric actuator, but that the piezoelectric actuator in turn actuates a servo valve. The supply of fuel typically occurs under very high pressure via a high pressure port and a high pressure line in the injector body through a valve plate to a throttle plate. A control chamber is connected via an inlet throttle with the high pressure line. In addition, the control chamber is connected via an outlet throttle with a valve chamber. In the lower region, which is the region which faces the combustion chamber, the injection nozzle has a nozzle body and a nozzle needle, the nozzle needle being biased by a nozzle spring in such a way that it exerts a closing force on the nozzle needle. Since the control chamber is connected to the rail via the high-pressure connection, a high pressure prevails in the control chamber when it is not actuated, which corresponds to the pressure in the rail system (rail pressure). This results in an additional hydraulic force, which keeps the nozzle needle in the closed position and thus the openings of the injection valve are closed.
Wird der Piezoaktor betätigt, betätigt dieser das Servoventil. Dadurch kann Kraftstoff über die Ablaufdrossel den Steuerraum verlassen. Hierdurch wird der Druck im Steuerraum abgesenkt und nach Unterschreiten einer bestimmten Druckschwelle wird die Düsennadel geöffnet. Nach einem anschließenden Entladen des Piezoaktors schließt das Servoventil, der Steuerraum wird über eine Verbindung zum Hochdrucksystem erneut befüllt, so dass sich der Druck im Steuerraum wieder auf Raildruck aufbaut und die Düsennadel schließt. Dabei wird die Dynamik des Druckabfalls bzw. des Druckaufbaus im Steuerraum sowie die Nadelgeschwindigkeit während der Nadelöffnungs- bzw. Nadelschließbewegung im Wesentlichen durch die Dimensionierung der Zu- und Ablaufdrossel bestimmt.If the piezo actuator is actuated, it actuates the servo valve. As a result, fuel can leave the control chamber via the outlet throttle. As a result, the pressure in the control chamber is lowered and after falling below a certain pressure threshold, the nozzle needle is opened. After a subsequent discharge of the piezoelectric actuator closes the servo valve, the control chamber is refilled via a connection to the high pressure system, so that the pressure in the control room again builds on rail pressure and the nozzle needle closes. The dynamics of the pressure drop or of the pressure build-up in the control chamber and the needle speed during the needle-opening or needle-closing movement are essentially determined by the dimensioning of the inlet and outlet throttles.
Um einen stabilen Betrieb eines Common-Rail-Injektors mit Piezoaktor zu gewährleisten ist eine spielfreie Kopplung zwischen Piezoaktor und dem Ventilkörper des Servoventils erforderlich. Hierzu ist eine sehr genaue Temperaturkompensation der thermischen Längenänderungen im Bereich der gesamten Antriebskette erforderlich, um die Änderung des Leerhubs des Piezoaktors in engen Grenzen zu halten. Hierzu ist der Piezoaktor üblicherweise von einer Invar-Hülse umgeben, die ein ähnliches Wärmeausdehnungsverhalten wie der Piezoaktor zeigt.In order to ensure a stable operation of a common rail injector with piezoelectric actuator, a play-free coupling between the piezoelectric actuator and the valve body of the servo valve is required. For this purpose, a very accurate temperature compensation of the thermal changes in length in the entire drive chain is required to keep the change in the idle stroke of the piezoelectric actuator within narrow limits. For this purpose, the piezoelectric actuator is usually surrounded by an Invar sleeve, which has a similar thermal expansion behavior as the piezoelectric actuator.
Es ist jedoch erforderlich, dass ein kleiner definierter Leerhub des Servoventils vorhanden ist, also ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Servoventilkörper und der Bodenplatte des Aktors besteht, da verhindert werden muss, dass bei nicht angesteuertem Piezoaktor das Servoventil offensteht. Umgekehrt ist ein zu groß eingestellter Leerhub nachteilig, da dadurch der erforderliche Piezoaktorhub in gleichem Maße erhöht wird und dieser wiederum die dazu notwendige Ansteuerenergie entsprechend erhöht. Insgesamt erhöht dies die Anforderungen an die Konstanz der Genauigkeit des Systems auch über längere Zeiträume.However, it is necessary that a small defined idle stroke of the servo valve is present, so there is a small gap between the servo valve body and the bottom plate of the actuator, since it must be prevented that the servo valve is open when not actuated piezoelectric actuator. Conversely, too large a set idle stroke is disadvantageous, since thereby the required Piezoaktorhub is increased to the same extent and this in turn increases the necessary drive energy accordingly. Overall, this increases the requirements on the constancy of the accuracy of the system even over longer periods.
Die Anwendung von Einspritzventilen im Motor liefert thermisch sehr komplexe Randbedingungen mit verschiedenen Wärmequellen und Wärmesenken. Im Bereich des Piezoaktors spielt die Eigenerwärmung in Folge elektrischer Verluste eine wesentliche Rolle. Im Bereich des Servoventils stellt die Temperaturerhöhung in Folge des Entspannens des Kraftstoffs von Raildruck auf Umgebungsdruck eine signifikante Wärmequelle dar. Durch den Einbau des Injektors in den Zylinderkopf eines Motors ergeben sich über verschiedene Kontaktstellen, etwa die Brennraumabdichtung und den Kontakt der Düsenspitze zu den Verbrennungsgasen entsprechende Wärmeströme. Eine ebenfalls zu berücksichtigende Einflussgröße auf den Leerhub stellt die Verpratzungskraft im Zylinderkopf dar. Diese ist auch mit großer Toleranz behaftet.The use of injectors in the engine provides thermally very complex boundary conditions with different heat sources and heat sinks. In the area of the piezoelectric actuator self-heating plays an important role as a result of electrical losses. In the area of the servo valve, the temperature increase due to the relaxation of the fuel from rail pressure to ambient pressure is a significant source of heat. The installation of the injector in the cylinder head of an engine results in various contact points, such as the combustion chamber seal and the contact of the nozzle tip with the combustion gases heat flows. Another factor to be taken into account on the idle stroke is the verpratzungskraft in the cylinder head dar. This is also subject to great tolerance.
Im statischen Injektorbetrieb können die resultierenden Wärmedehnungen durch geeignete Materialwahl und Geometrie weitgehend kompensiert werden. Im dynamischen Motorbetrieb ergibt sich in Folge instationärer, inhomogener Temperaturverteilung in den Bauteilen eine zusätzliche Einflussgröße auf den Leerhub des Piezoaktors. Des Weiteren verändert sich der Leerhub im Injektorbetrieb durch Längenänderung des Piezoaktors in Folge von Polarisationsänderungen und Verschleiß.In static injector operation, the resulting thermal expansions can be largely compensated by suitable choice of material and geometry. In dynamic engine operation, as a result of unsteady, inhomogeneous temperature distribution in the components, there is an additional influence on the idle stroke of the piezoactuator. Furthermore, the idle stroke in the injector mode changes due to change in length of the piezoelectric actuator as a result of polarization changes and wear.
Thermisch bedingte Längenänderungen können über eine geeignete Verwendung verschiedener Materialien weitgehend kompensiert werden. Ein Beispiel ist die bereits genannte Verwendung von Aktorgehäusen aus Invar, da Invar ein im Wesentlichen gleiches Temperaturausdehnungsverhalten wie die Piezokeramik besitzt. Letztlich stellt dies jedoch nur eine Grundkompensation dar. Leerhubveränderungen in Folge von Verschleiß bzw. Änderung des Polarisationszustandes werden nicht erfasst.Thermally induced changes in length can be largely compensated by a suitable use of different materials. An example is the already mentioned use of actuator housings from Invar, since Invar has a substantially same temperature expansion behavior as the piezoceramic. Ultimately, however, this represents only a basic compensation. Leerhubveränderungen as a result of wear or change in the polarization state are not detected.
Zur Lösung dieses Problems existieren Piezo-Common-Rail-Einspritzdüsen, die einen hydraulischen Koppler, bestehend aus einem Zylinder mit einem Antriebskolben auf der Aktorseite und einem Abtriebskolben auf der Ventilseite verwenden. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass sich dieser hydraulische Koppler im Niederdruckbereich befindet. Um einen solchen Koppler jedoch funktionsfähig zu halten, ist ein bestimmtes Druckniveau meist etwa 10 bar zu gewährleisten. Im Stand der Technik wird dies mit einem Druckhalteventil erreicht. To solve this problem exist piezo common rail injectors, which use a hydraulic coupler consisting of a cylinder with a drive piston on the actuator side and a driven piston on the valve side. A disadvantage of this arrangement is that this hydraulic coupler is in the low pressure range. However, to keep such a coupler functioning, a certain pressure level is usually about 10 bar to ensure. In the prior art, this is achieved with a pressure-holding valve.
Die zunehmende Verwendung von niedrig siedender Kraftstoffkomponenten, etwa durch Zumischung von Alkohol zum Kraftstoff, gefährdet jedoch die Funktionsfähigkeit entsprechender hydraulischer Koppelelemente im Niederdruckbereich und stellt somit ein erhebliches Funktionsrisiko für derartige Konzepte dar.However, the increasing use of low-boiling fuel components, for example by admixing alcohol with the fuel, jeopardizes the functional capability of corresponding hydraulic coupling elements in the low-pressure region and thus represents a significant functional risk for such concepts.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Probleme der Einspritzventile nach dem Stand der Technik zu vermeiden und ein Einspritzventil mit Servoventilsteuerung zur Verfügung zu stellen, welches zum einen den Aktor ausreichend von der Düsennadel entkoppelt, zum anderen aber die durch Temperaturschwankungen und Verschleiß von Bauteilen auftretenden Längenänderungen während des Betriebs des Einspritzventils kompensiert.Object of the present invention is therefore to avoid the above-mentioned problems of injectors according to the prior art and to provide an injection valve with servo valve control available, which decoupled the actuator sufficiently from the nozzle needle, on the other hand, by temperature fluctuations and wear Component compensated changes in length during operation of the injector compensated.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst und durch die Lehre der abhängigen Ansprüche weiter erläutert.This object is solved by the characterizing part of claim 1 and further explained by the teaching of the dependent claims.
So stellt die Erfindung ein Einspritzventil mit Servoventilsteuerung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors zur Verfügung, wobei das Einsprtizventil einen Injektorkörper mit einer Einspritzdüse aufweist, die wiederum ein Düsenmodul mit einem Düsenkörper und einer Düsennadel enthält, wobei das Düsenmodul auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Injektorkörpers angeordnet ist. Die Düsennadel korrespondiert mit einer Düsenfeder derart, dass sie eine Schließkraft auf die Düsennadel ausübt. In dem Einspritzventil ist eine aktornahe Zwischenplatte und eine sich in Düsenrichtung unmittelbar anschliessende Ventilplatte angeordnet. Das Einspritzventil ist darüber hinaus an eine Hochdruckleitung angeschlossen, über die es mit dem Hochdruckkraftstoffsystem (Common Rail) verbunden ist. An einer anderen Stelle ist die Hochdruckleitung, über eine Zulaufdrossel mit einem Steuerraum verbunden, wobei der Steuerraum über einen Fluiddurchlass mit einem Ventilraum verbunden ist, welcher in der Ventilplatte ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus noch eine Düsenblende vorhanden, die das Schließen der Düsennadel hydraulisch unterstützen kann.Thus, the invention provides an injection valve with servo valve control for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the Einsprtizventil having an injector body with an injection nozzle, which in turn includes a nozzle module with a nozzle body and a nozzle needle, wherein the nozzle module facing the combustion chamber Side of the injector body is arranged. The nozzle needle corresponds with a nozzle spring such that it exerts a closing force on the nozzle needle. In the injection valve, a near-intermediate intermediate plate and a immediately adjacent in the nozzle direction valve plate is arranged. The injection valve is also connected to a high-pressure line, via which it is connected to the high-pressure fuel system (common rail). At another point, the high pressure line is connected via an inlet throttle with a control chamber, wherein the control chamber is connected via a fluid passage with a valve chamber, which is formed in the valve plate. Advantageously, in addition, a nozzle orifice is present, which can support the closing of the nozzle needle hydraulically.
Im Ventilraum ist ein Ventilkörper angeordnet, der mit einem Übertragungspin in Verbindung steht, welcher wiederum mit einem von einer Wellenfeder vorgespannten Aktor verbunden ist.In the valve chamber, a valve body is arranged, which is in communication with a transmission pin, which in turn is connected to a biased by a wave spring actuator.
Nach der vorliegenden Erfindung ist nunmehr der Übertragungspin mit geringem Spiel in dem Ventilkörper eingepasst, sodass sich ein Dichtspalt zwischen den Übertragungspin und dem Ventilkörper bildet. Der Ventilkörper weist Bohrungen auf, die den Ventilraum mit dem Dichtspalt verbinden. Zwischen dem Übertragungspin und dem Ventilkörper im Bereich des aktorfernen Endes des Übertragungspins ist ein Koppelraum ausgebildet, welcher über den Dichtspalt und die Bohrung mit dem Ventilraum verbunden ist. Der Dichtspalt ist so klein bemessen, dass einerseits eine Fluidverbindung zwischen dem Koppelraum und dem Ventilraum besteht, andererseits während der kurzen Zeit der Ventilbetätigung praktisch kein Fluidaustausch zwischen dem Koppelraum und dem Ventilraum stattfinden kann, sodass sich der Koppelraum in dieser Zeit nicht verändert. Desweitern ist ein Ventilsitz zwischen dem Ventilkörper und der Zwischenplatte vorgesehen und im Übertragungspin ist eine Ablaufdrossel ausgebildet, die mit Bohrungen im Übertragungspin in Verbindung steht, welche die Ablaufdrossel mit dem Ventilsitz verbinden. Damit wirkt das System aus den Bohrungen im Ventilkörper mit dem Dichtspalt und dem Koppelvolumen als hydraulischer Koppler. Durch die im Übertragungspin integrierte Ablaufdrossel lässt sich ein sehr kleines Volumen nach dem Ventilsitz des Servoventils realisieren, was Vorteile hinsichtlich der Darstellung kleiner hydraulischer Spritzabstände bei Mehrfacheinspritzungen bringt.According to the present invention, the transmission pin is now fitted with little play in the valve body, so that a sealing gap is formed between the transmission pin and the valve body. The valve body has holes which connect the valve space with the sealing gap. Between the transmission pin and the valve body in the region of the actuator remote end of the transmission pin, a coupling space is formed, which is connected via the sealing gap and the bore with the valve chamber. The sealing gap is dimensioned so small that on the one hand there is a fluid connection between the coupling space and the valve space, on the other hand during the short time of valve actuation virtually no fluid exchange between the coupling space and the valve space can take place, so that the coupling space does not change in this time. Desweitern a valve seat between the valve body and the intermediate plate is provided and in the transmission pin, a discharge throttle is formed, which is in communication with holes in the transfer pin, which connect the outlet throttle with the valve seat. Thus, the system acts from the holes in the valve body with the sealing gap and the coupling volume as a hydraulic coupler. The flow restrictor integrated in the transfer pin enables a very small volume to be created downstream of the valve seat of the servo valve, which offers advantages in terms of the representation of small hydraulic spray clearances in the case of multiple injections.
Anders als im Stand der Technik steht der Koppler im Ruhezustand des Ventils unter Hochdruck, sodass ein abgesenkter Siedepunkt des Kraftstoffs, etwa durch Beimischung von niedrig siedenden Komponenten, wie Bioalkohol, keine negative Auswirkungen hat. Die Zeit, in der das Ventil betätigt wird, also in der der Aktor auslenkt und das Servoventil öffnet, wobei der Druck im Ventilraum abfällt, ist so kurz, dass in dieser Zeit keine spürbare Menge von Flüssigkeit (Kraftstoff) aus dem Koppelvolumen über den Dichtspalt und die Bohrungen im Ventilkörper in den Ventilraum gelangen kann, sodass in dem hydraulischen Koppler selbst der Hochdruck erhalten bleibt. Über eine längere Zeit betrachtet, kann jedoch ein Druckausgleich über die bestehende Fluidverbindung über den Dichtspalt zwischen Kopplervolumen und Ventilraum stattfinden, sodass Längenänderung im Ventilsystem auf Dauer ausgeglichen werden können.Unlike in the prior art, the coupler is in the idle state of the valve under high pressure, so that a lowered boiling point of the fuel, such as by admixture of low-boiling components, such as bioalcohol, has no negative impact. The time in which the valve is actuated, ie in which the actuator deflects and opens the servo valve, wherein the pressure in the valve chamber drops, is so short that in this time no appreciable amount of liquid (fuel) from the coupling volume through the sealing gap and the holes in the valve body can enter the valve space, so that the high pressure is maintained in the hydraulic coupler itself. However, over a longer period of time, pressure equalization across the existing fluid connection may occur across the seal gap between the coupler volume and the valve space, causing length change can be compensated in the valve system in the long term.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verbindet die Ablaufdrossel den Ventilraum mit einem Niederdruckbereich im Bereich des Aktors, wenn der Ventilkörper vom Ventilsitz abhebt. Hierdurch lassen sich Kavitationsschäden in Hochdruck belasteten Bereichen vermeiden, welche die Hochdruckfestigkeit dieser Bauteile nachteilige beeinflusst.According to one embodiment of the invention, the outlet throttle connects the valve chamber with a low-pressure region in the region of the actuator, when the valve body lifts off from the valve seat. As a result, it is possible to avoid cavitation damage in areas subject to high pressure, which adversely affects the high-pressure resistance of these components.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilsitz zwischen dem Ventilkörper und der Zwischenplatte als Flachsitz ausgebildet. Hierdurch kann die Sitzfläche kostengünstig zusammen mit der Herstellung der Hochdruckdichtfläche gefertigt werden.According to a further embodiment of the invention, the valve seat between the valve body and the intermediate plate is formed as a flat seat. In this way, the seat can be inexpensively manufactured together with the production of the high-pressure sealing surface.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn der Übertragungspin in der Zwischenplatte mit kleinem Paarungsspiel geführt ist. Somit ist der Volumenstrom im Spalt sehr klein im Verhältnis zum Volumenstrom durch die Ablaufdrossel und somit der Störeinfluss vernachlässigbar klein.It is also advantageous if the transmission pin is guided in the intermediate plate with a small mating game. Thus, the volume flow in the gap is very small in relation to the flow rate through the outlet throttle and thus the disturbing influence negligible.
Vorteilhaft ist es, wenn der Übertragungspin aus Hartmetall gefertigt ist. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Steifigkeit des Übertragungspins erreicht werden.It is advantageous if the transmission pin is made of hard metal. In this way, a very high rigidity of the transmission pin can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist im Ventilraum eine Ventilfeder angeordnet, die den Ventilkörper in Richtung der Zwischenplatte beaufschlagt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Servoventil auch im drucklosen Zustand sicher geschlossen ist. Die Federkraft kann dabei sehr klein sein, da im Betrieb des Injektors die wesentliche Schließkraft für das Servoventil aus dem Druck im Steuerraum resultiert.According to a further embodiment, a valve spring is arranged in the valve chamber, which acts on the valve body in the direction of the intermediate plate. This ensures that the servo valve is securely closed even in the unpressurized state. The spring force can be very small, since during operation of the injector, the essential closing force for the servo valve results from the pressure in the control chamber.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Aktor gestapelte Piezoelemente (Piezostacks) auf und ist als vollaktiver Piezostack ausgebildet, der im Allgemeinen weniger zur Rißbildung im Inneren der Piezostapelfolge neigt, da im Unterschied zu einem nicht-vollaktiven Stack nicht nur Teile seiner jeweiligen piezoelektrischen Schichten von Elektromaterial bedeckt sind, sondern die Bedeckung ganzflächig ist und die Kontaktierung in der Piezostapelfolge abwechselnd randseitig von der Stapelseite erfolgt. Die jeweils anders zu kontaktierenden Schichten sind auf dieser Kontaktseite jeweils abwechselnd randseitig isoliert.According to a further embodiment, the actuator has stacked piezo elements (piezostacks) and is designed as a fully active piezo stack which is generally less susceptible to cracking in the interior of the piezo stack sequence, since, in contrast to a non-fully active stack, not only parts of its respective piezoelectric layers of electrical material are covered, but the cover over the entire surface and the contacting takes place in the piezo stack sequence alternately edge side of the stack side. The layers to be contacted differently in each case are alternately insulated on the edge side on this contact side.
Die Hochdruckleitung ist vorzugsweise über eine Düsenblende mit dem Inneren des Düsenkörpers verbunden, was zur besseren hydraulischen Steuerung des Einspritzventils dient.The high pressure line is preferably connected via a nozzle orifice to the interior of the nozzle body, which serves for better hydraulic control of the injection valve.
Es ist darüber hinaus günstig, wenn der Dichtspalt zwischen Ventilpin und Ventilkörper etwa 1 µm beträgt. Für das Koppelvolumen hat sich ein Volumen von etwa 0,5 mm3 als vorteilhaft erwiesen. Beide Bemaßungen gewähren eine besonders geeignete Funktionsweise des Einspritzventils.It is also advantageous if the sealing gap between valve pin and valve body is about 1 micron. For the coupling volume, a volume of about 0.5 mm 3 has proved to be advantageous. Both dimensions provide a particularly suitable operation of the injection valve.
Die Düsennadel des Einspritzventils öffnet vorzugsweise nach innen, insbesondere in Dieselanwendungen, da dort die Drücke des Kraftstoffes sehr hoch sind und dadurch eine hohe Dichtkraft am Dichtsitz des Einspritzventils wirkt. Bei einer anderen, dem Fachmann geläufigen Umkehr des Kraftstoffflusses, kann aber ebenso ein nach außen öffnendes Ventil mit der Erfindung realisiert werden, insbesondere bei Benzininjektoren.The nozzle needle of the injection valve preferably opens inwards, especially in diesel applications, because there the pressures of the fuel are very high and thus a high sealing force acts on the sealing seat of the injection valve. In another reversal of the fuel flow familiar to the person skilled in the art, however, an outwardly opening valve can likewise be realized with the invention, in particular in the case of gasoline injectors.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Aktor von einer den Aktor umgebenden Wellenfeder vorgespannt sein, um den Piezoaktor zu stabilisieren und gleichzeitig abzudichten, um den Piezostack zu schützen.In another aspect, the actuator may be biased by a wave spring surrounding the actuator to stabilize and at the same time seal the piezoactuator to protect the piezoelectric stack.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawings.
Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung eines Inline-Piezo-Common-Rail-Einspritzventils; -
2 eine Schnittansicht eines oberen Teils eines Einspritzventils, und -
3 eine Schnittansicht durch die hydraulisch relevanten Komponenten des erfindungsgemäßen Einspritzventils;
-
1 a sectional view of an inline piezo common rail injection valve; -
2 a sectional view of an upper part of an injection valve, and -
3 a sectional view through the hydraulically relevant components of the injection valve according to the invention;
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals.
Neben der Hochdruckleitung
Im unteren, dem Verbrennungsraum zugewandten Teil des Injektorkörpers
Der Steuerraum
Der Ventilkörper
Im oberen, dem Aktor
Die Funktion ist im Detail die Folgende:The function is in detail the following:
Der Piezoaktor
Der Hub des Piezoaktors
Wird der Piezoaktor
Durch den Druckabfall im Ventilraum
Wird der Piezoaktor
Das beschriebene Beispiel zeigt ein nach innen öffnendes Einspritzventil. Selbstverständlich ist bei entsprechender Kraftumkehr auch die Verwendung eines nach außen öffnenden Ventils von der Erfindung umfasst.The example described shows an inwardly opening injection valve. Of course, with appropriate force reversal, the use of an outwardly opening valve is encompassed by the invention.
Damit die Kopplung über den Koppelraum
Im Ergebnis wird dem erfindungsgemäßen Einspritzventil die als problematische, aus dem Stand der Technik bekannte, leerhubbehaftete mechanische Kopplung des Piezoaktors mit dem Servoventilkörper durch eine hydraulische Kopplung mit einem in das Servoventil integrierten Spielausgleich und einer in den Übertragungspin
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- EinspritzventilInjector
- 2020
- Injektorkörperinjector
- 3030
- HochdruckleitungHigh-pressure line
- 4040
- HochdruckanschlussHigh pressure port
- 5050
- Zwischenplatteintermediate plate
- 6060
- Ventilplattevalve plate
- 7070
- HochdruckbereichHigh pressure area
- 8080
- Wellenfederwave spring
- 9090
- Aktoractuator
- 100100
- AktorkopfplatteAktorkopfplatte
- 110110
- Aktorbodenplatteactuator base plate
- 120120
- Übertragungspinspin transfer
- 130130
- Zulaufdrosselinlet throttle
- 140140
- Düsenblendenozzle cover
- 150150
- Düsenmodulnozzle module
- 160160
- Düsenkörpernozzle body
- 170170
- Düsennadelnozzle needle
- 180180
- Düsenfedernozzle spring
- 190190
- Steuerraumcontrol room
- 200200
- FluiddurchlassFluid passage
- 210210
- Ventilraumvalve chamber
- 220220
- Ventilkörpervalve body
- 230230
- Bohrungdrilling
- 240240
- zentrale Bohrungcentral hole
- 250250
- Dichtspaltsealing gap
- 260260
- Koppelraumcoupling space
- 270270
- zentrale Bohrungcentral hole
- 280280
- radiale Bohrungradial bore
- 290290
- Ventilsitzvalve seat
- 300300
- Ablaufdrosseloutlet throttle
- 310310
- NiederdruckbereichLow pressure area
- 320320
- KoppelraumhöheCoupling chamber height
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1389274 [0010]EP 1389274 [0010]
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-
2017
- 2017-08-10 WO PCT/EP2017/070368 patent/WO2018068926A1/en active Application Filing
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