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.

Figure DE102016220071A1_0000
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).
Figure DE102016220071A1_0000

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 EP 1 389 274 ist darüber hinaus ein direkt betätigtes Einspritzventil mit einem hydraulischen Koppler bekannt. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Aktor nicht ausreichend von der Düsennadel entkoppelt ist, was die Kompensation von Verschleiß ebenfalls erschwert.From the EP 1 389 274 In addition, a directly operated injection valve with a hydraulic coupler is known. However, this has the disadvantage that the actuator is not sufficiently decoupled from the nozzle needle, which also complicates the compensation of wear.

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;
Show it:
  • 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.

1 zeigt den wesentlichen Teil eines Einspritzventils 10 und 2 eine Schnittansicht des oberen Teils des Einspritzventils 10. Das Einspritzventil 10 weist einen Injektorkörper 20 auf. In dem Injektorkörper 20 ist eine Hochdruckleitung 30 ausgebildet, die im oberen Bereich des Einspritzventils 10 mittels eines Hochdruckanschlusses 40 (2) an ein Hochdruckkraftstoffsystem - Common Rail - angeschlossen ist. Über den Hochdruckanschluss 40 wird ein unter Druck stehender Kraftstoff in die Hochdruckleitung 30 zugeführt. Die Hochdruckleitung 30 verläuft im Wesentlichen in Längsrichtung durch den Injektorkörper 20 durch eine Zwischenplatte 50 und eine Ventilplatte 60 bis zu einem Hochdruckbereich 70, welcher in 3 im Detail zu erkennen sind. 1 shows the essential part of an injection valve 10 and 2 a sectional view of the upper part of the injection valve 10 , The injection valve 10 has an injector body 20 on. In the injector body 20 is a high pressure line 30 formed in the upper part of the injection valve 10 by means of a high-pressure connection 40 ( 2 ) is connected to a high-pressure fuel system - common rail. Via the high pressure connection 40 A pressurized fuel enters the high pressure line 30 fed. The high pressure line 30 extends substantially in the longitudinal direction through the injector body 20 through an intermediate plate 50 and a valve plate 60 up to a high pressure area 70 which is in 3 can be seen in detail.

Neben der Hochdruckleitung 30 ist ein von einer Wellenfeder 80 umgebener Aktor 90 angeordnet, der über eine Aktorkopfplatte 100 mit dem Injektorkörper 20 verbunden ist. Der Aktor 90 besteht vorzugsweise aus einem Piezostapel. Es können aber auch andere Materialien, wie vor allem magnetostriktives Material, verwendet werden. Über eine Bodenplatte 110 des Aktors 90 ist diese mit einem Übertragungspin 120 in Kontakt bringbar, welcher in der Zwischenplatte 50 geführt ist, und unmittelbar auf diesen wirkt. Die Hochdruckleitung 30 verläuft ebenfalls durch die Zwischenplatte 50 und mündet anschließend in die Ventilplatte 60 im Bereich einer Zulaufdrossel 130 und einer Düsenblende 140. Die vorstehend beschriebenen hydraulisch relevanten Komponenten der Zwischenplatte 50 und der Ventilplatte 60 sind in 1 nicht dargestellt, 3 zeigt diese in einer Detaildarstellung als Ausschnitt A der 1.Next to the high pressure line 30 is one of a wave feather 80 surrounded actor 90 arranged, via an actuator head plate 100 with the injector 20 connected is. The actor 90 preferably consists of a piezo stack. However, other materials, especially magnetostrictive material, may also be used. About a bottom plate 110 of the actor 90 this is with a transmission pin 120 can be brought into contact, which in the intermediate plate 50 is guided, and acts directly on this. The high pressure line 30 also runs through the intermediate plate 50 and then flows into the valve plate 60 in the range of an inlet throttle 130 and a nozzle orifice 140 , The above-described hydraulically relevant components of the intermediate plate 50 and the valve plate 60 are in 1 not shown, 3 shows this in a detailed representation as a section A of 1 ,

Im unteren, dem Verbrennungsraum zugewandten Teil des Injektorkörpers 20, findet sich ein Düsenmodul 150, welches sich aus einem Düsenkörper 160, einer Düsennadel 170 und einer Düsenfeder 180 zusammensetzt.In the lower, the combustion chamber facing part of the injector body 20 , there is a nozzle module 150 , which consists of a nozzle body 160 , a nozzle needle 170 and a nozzle spring 180 composed.

3 zeigt den Bereich der Zwischenplatte 50 und der Ventilplatte 60 und die hydraulisch relevanten Komponenten detaillierter. Über die Hochdruckleitung 30 tritt der Kraftstoff ins System ein und gelangt über die Zulaufdrossel 130 in einen Steuerraum 190. Parallel dazu gelangt Kraftstoff über die Düsenblende 140 in den inneren Bereich des Düsenmoduls 150 am Steuerraum 190 vorbei. 3 shows the area of the intermediate plate 50 and the valve plate 60 and the hydraulically relevant components in more detail. About the high pressure line 30 the fuel enters the system and passes through the inlet throttle 130 in a control room 190 , In parallel, fuel passes through the nozzle orifice 140 in the inner area of the nozzle module 150 at the control room 190 past.

Der Steuerraum 190 ist wiederum mit einem Fluiddurchlass 200 in Verbindung, welcher in der Ventilplatte 60 ausgebildet ist. Der Fluiddurchlass 200 mündet in einen Ventilraum 210 in der Ventilplatte 60. Im Ventilraum 210 befindet sich ein Ventilkörper 220 eines Servoventils, der in seinem unteren Bereich von einer Ventilfeder (nicht gezeigt) beaufschlagt ist, die eine nach oben wirkende Kraft auf den Ventilkörper 220 ausübt, sodass das Servoventil auch im drucklosen Zustand sicher geschlossen ist. Die Federkraft kann dabei sehr klein sein, da im Betrieb des Einspritzventils 10 die wesentliche Schließkraft für das Servoventil aus dem Druck im Steuerraum 190 und dem Ventilraum 210 resultiert.The control room 190 again with a fluid passage 200 in connection, which in the valve plate 60 is trained. The fluid passage 200 opens into a valve chamber 210 in the valve plate 60 , In the valve room 210 there is a valve body 220 a servo valve, which is acted upon in its lower region by a valve spring (not shown) which has an upward force on the valve body 220 exerts, so that the servo valve is securely closed even in the unpressurized state. The spring force can be very small, since during operation of the injection valve 10 the essential closing force for the servo valve from the pressure in the control room 190 and the valve room 210 results.

Der Ventilkörper 220 weist Bohrungen 230 auf, die in eine zentrale Bohrung 240 im Ventilkörper 220 münden. In diese ist mit sehr kleinem Spiel der Übertragungspin 120 geführt, der mit dem Aktor 90 über die Aktorbodenplatte 110 in Verbindung steht. Zwischen dem Übertragungspin 120 und der Wandung des Ventilkörpers 220 findet sich ein schmaler Dichtspalt 250, über den die Bohrungen 230 in Fluidverbindung mit einem sehr kleinen Zwischenraum, dem Koppelraum 260, stehen. Somit wird die aus dem Stand der Technik bekannte, leerhubbehaftete mechanische Kopplung zwischen dem Piezoaktorhub und der Servoventilbewegung durch eine hydraulische Kopplung mit einem in den Servoventilkörper selbst integrierten Spielausgleich ersetzt. Anders als im Stand der Technik bekannt, herrscht in dem in Servoventilkörper integrierten Spielausgleich Hochdruck, also der Raildruck, sodass die eingangs erwähnten Siedeprobleme nicht auftreten können.The valve body 220 has holes 230 on that in a central hole 240 in the valve body 220 lead. In this is with very little play the transmission pin 120 led, who with the actor 90 over the Aktorbodenplatte 110 communicates. Between the transmission pin 120 and the wall of the valve body 220 there is a narrow sealing gap 250 over which the holes 230 in fluid communication with a very small gap, the coupling space 260 , stand. Thus, the known from the prior art, vacancy-laden mechanical coupling between the Piezoaktorhub and the servo valve movement is replaced by a hydraulic coupling with a self-integrated in the servo valve body clearance compensation. Unlike in the prior art known in the servo valve body integrated clearance compensation high pressure, ie the rail pressure, so that the above-mentioned boiling problems can not occur.

Im oberen, dem Aktor 90 zugewandten Bereich des Übertragungspins 120 ist im Übertragungspin 120 eine zentrale Bohrung 270 vorgesehen, über die die zentrale Bohrung 270 eine hydraulische Verbindung zwischen einem Ventilsitz 290 des Ventilkörpers 220 und einer Ablaufdrossel 300 herstellt. Die Ablaufdrossel 300 ist in dem dem Aktor 90 zugewandten Bereich des Übertragungspins 120 derart ausgebildet, dass sie eine Fluidverbindung zwischen der zentralen Bohrung 270 im Übertragunspin 120 und einem Niederdruckbereich 310 bildet. Desweiteren ist im Übertragungspin 120 eine Zualufbohrung 330 ausgebildet, die radial in den Übertragungspin 120 eingebracht ist und im Bereich des Vetntilsitzes 290 im Übertragungspin 120 vorgesehen ist. Über die Zulaufbohrung 330 erfolgt die hydraulische Verbindung zwischen Ventilsitz 290 und der Ablaufdrossel 300 über die zentrale Bohrung 270 im Übertragungspin 120. Der Ventilkörper 220 bildet mit seinem dem Aktor zugewandten Ende den Ventilsitz 290 mit der Zwischenplatte 50. Die im Übertragungspin 120 ausgebildete Ablaufdrossel 300 mündet im aktornahen Bereich des Übertragungspins 120 in den Niederdruckbereich 310.In the upper, the actor 90 facing portion of the transmission pin 120 is in the transmission pin 120 a central hole 270 provided over which the central bore 270 a hydraulic connection between a valve seat 290 of the valve body 220 and an outlet throttle 300 manufactures. The outlet throttle 300 is in the actor 90 facing portion of the transmission pin 120 configured to provide fluid communication between the central bore 270 in the transfer 120 and a low pressure area 310 forms. Furthermore, in the transmission pin 120 a Züufbohrung 330 formed radially in the transmission pin 120 is inserted and in the area of Vetntilsitzes 290 in the transmission pin 120 is provided. Via the inlet bore 330, the hydraulic connection between the valve seat 290 and the outlet throttle 300 over the central hole 270 in the transmission pin 120 , The valve body 220 forms with its actuator facing the end of the valve seat 290 with the intermediate plate 50 , The in the transmission pin 120 trained outlet throttle 300 flows into the near-actuated area of the transmission pin 120 in the low pressure area 310 ,

Die Funktion ist im Detail die Folgende:The function is in detail the following:

Der Piezoaktor 90, welcher vorzugsweise als vollaktiver Piezostack ausgeführt ist, ist in den Injektorkörper 20 so integriert, dass er sich nach oben direkt im Injektorkörper 20 abstützt. Der Piezoaktor 90 wird durch die Wellenfeder 80 gegen die kraftstoffführenden Bereiche im Einspritzventil 10 abgedichtet, wobei die Wellenfeder 80 gleichzeitig für die Vorspannung des Aktors 90 sorgt. Anders als im Stand der Technik ist somit nicht der gesamte Aktorraum gegenüber dem Kraftstoff abgedichtet, sondern nur der Bereich des Aktors 90 selbst. Dies ist möglich, da auf die Verwendung einer Invarhülse zum Temperaturausgleich verzichtet werden kann. Im Ergebnis vergrößert sich das Niederdruckvolumen im Bereich des Aktors 90 um mindestens eine Größenordnung, weshalb sich die Druckpulse, welche beim Öffnen des Servoventils generiert werden, in ähnlichem Ausmaße reduzieren.The piezo actuator 90 , which is preferably designed as a fully active piezo stack, is in the injector body 20 integrated so that it is up directly in the injector body 20 supported. The piezo actuator 90 is through the wave spring 80 against the fuel-carrying areas in the injection valve 10 sealed, with the wave spring 80 at the same time for the bias of the actuator 90 provides. Unlike the prior art, therefore, not the entire actuator space is sealed off from the fuel, but only the area of the actuator 90 This is possible because the use of an Invar sleeve for temperature compensation can be dispensed with. As a result, the low-pressure volume in the area of the actuator increases 90 by at least an order of magnitude, which is why the pressure pulses which are generated when the servo valve is opened are reduced to a similar extent.

Der Hub des Piezoaktors 90 wird mittels des Übertragungspins 120, welcher mit sehr kleinem Spiel in der zentralen Bohrung 240 im Servoventilkörper eingepasst ist, auf den Servoventilkörper 220 übertragen. Auf etwa der halben Höhe des Servoventilkörpers 220 befinden sich die zwei radialen Bohrungen 230, welche den Ventilraum 210 und mit diesem den Steuerraum 190 mit dem Dichtspalt 250 zwischen dem Übertragungspin 120 und dem Ventilkörper 220 verbinden. Im geschlossenen Zustand des Servoventils herrscht im Ventilraum 210 und dem Steuerraum 190 Raildruck, welcher durch die radialen Bohrungen 230 in den Dichtspalt 250 übertragen wird. Dieser Druck wird in den sehr kleine Koppelraum 260 übertragen, welcher sich an der, dem Piezoaktor 90 abgewandten Stirnseite des Übertragungspins 120 befindet. Dieser Druck bewirkt, dass der Übertragungspin 120 stets nach außen gedrückt wird, bis er zur Anlage an der Aktorbodenplatte 110 kommt. Hierdurch ist ein spielfreier Kontakt zwischen dem Piezoaktor 90 und dem Servoventil gewährleistet. Bewegungen mit sehr geringer Dynamik wie zum Beispiel Temperaturausdehnung und Verschleiß können durch Änderung der Koppelraumhöhe 320 ausgeglichen werden. Für hochdynamische Bewegungen, wie dies die Piezobewegung darstellt, ist der Dichtspalt 250 nahezu dicht und somit der Koppler sehr steif.The stroke of the piezo actuator 90 is by means of the transmission pin 120 , which with very little play in the central hole 240 is fitted in the servo valve body, on the servo valve body 220 transfer. At about half the height of the servo valve body 220 are the two radial holes 230 which the valve space 210 and with this the control room 190 with the sealing gap 250 between the transmission pin 120 and the valve body 220 connect. In the closed state of the servo valve prevails in the valve chamber 210 and the control room 190 Rail pressure, which through the radial bores 230 in the sealing gap 250 is transmitted. This pressure gets into the very small paddock 260 transferred, which at the, the piezoelectric actuator 90 facing away from the transmission pin 120 located. This pressure causes the transmission pin 120 is always pressed outwards until it is to rest against the Aktorbodenplatte 110 comes. As a result, a play-free contact between the piezoelectric actuator 90 and the servo valve guaranteed. Movements with very low dynamics such as temperature expansion and wear can be achieved by changing the coupling space height 320 be compensated. For highly dynamic movements, as the piezobody movement is, the sealing gap is 250 almost dense and thus the coupler very stiff.

Wird der Piezoaktor 90 betätigt, wird der Ventilkörper 220 über den Übertragungspin 120 nach unten gedrückt, sodass der Ventilsitz 290 zwischen dem Ventilkörper 220 und der Zwischenplatte öffnet. Über die Zulaufbohrung 330, die zentrale Bohrung 240 und die Ablaufdrossel 300 entweicht der Kraftstoff nach oben, sodass der Druck im Ventilraum 210 absinkt. Damit muss das Servoventil nur gegen die Ventilfederkraft und eine geringe hydraulische Kraft offengehalten werden.Will the piezo actuator 90 operated, the valve body 220 over the transmission pin 120 pressed down so that the valve seat 290 between the valve body 220 and the intermediate plate opens. Via the inlet bore 330, the central bore 240 and the outlet throttle 300 the fuel escapes upwards, causing the pressure in the valve chamber 210 decreases. Thus, the servo valve must be kept open only against the valve spring force and a low hydraulic force.

Durch den Druckabfall im Ventilraum 210 und über den Fluiddurchlass 200 im Steuerraum 190 fließt Kraftstoff aus dem Ventilraum 210 in den Niederdruckbereich 310. Da durch die Zulaufdrossel 130 weniger Kraftstoff nachfließt als durch die Ablaufdrossel 300 abfließt, sinkt der Druck im Ventilraum 210 und im Steuerraum 190 ab. Dadurch vermindert sich die auf die Düsennadel 170 wirkende hydraulische Schließkraft im Steuerraum 190. Nach Unterschreiten einer bestimmten Druckschwelle öffnet die Düsennadel 150 und die Einspritzung beginnt.Due to the pressure drop in the valve chamber 210 and over the fluid passage 200 in the control room 190 fuel flows out of the valve chamber 210 in the low pressure area 310 , Because of the inlet throttle 130 less fuel flows through than through the outlet throttle 300 flows out, the pressure in the valve chamber decreases 210 and in the control room 190 from. This reduces the on the nozzle needle 170 acting hydraulic closing force in the control room 190 , After falling below a certain pressure threshold opens the nozzle needle 150 and the injection starts.

Wird der Piezoaktor 90 entspannt, schließt das Servoventil wieder, indem der Ventilkörper 220 gegen die Zwischenplatte 50 gedrückt wird und der Ventilsitz 290 schließt und abdichtet. Der Druck im Ventilraum 210 steigt erneut, ebenso wie der Druck im Steuerraum 190, sodass im Ergebnis die Düsennadel 150 wieder nach unten in ihren Sitz gedrückt wird. Das Einspritzventil ist geschlossen.Will the piezo actuator 90 Relaxed, the servo valve closes again, turning the valve body 220 against the intermediate plate 50 is pressed and the valve seat 290 closes and seals. The pressure in the valve chamber 210 rises again, as does the pressure in the control room 190 so that as a result the nozzle needle 150 pushed back down into her seat. The injection valve is closed.

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 260 korrekt funktioniert, muss der Dichtspalt 250 so klein gewählt werden, dass auch bei hohem Raildruck nur eine ausreichend kleine Kraftstoffleckage möglich ist und gleichzeitig auch kein Klemmen des Übertragungspins 120 im Ventilkörper 220 erfolgt. Typischerweise wird der Dichtspalt 250 kleiner als 1 µm gewählt, wobei das Volumen im Kopperlraum 260 mit 0,5 mm3 ausreichend groß ist, um einen sehr steifen Antrieb zu realisieren.Thus the coupling over the coupling space 260 works correctly, the sealing gap needs 250 are so small that even at high rail pressure only a sufficiently small fuel leakage is possible and at the same time no jamming of the transmission pins 120 in the valve body 220 he follows. Typically, the sealing gap 250 less than 1 micron, with the volume in the Kopperlraum 260 with 0.5 mm 3 is sufficiently large to realize a very rigid drive.

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 120 integrierten Ablaufdrossel ersetzt. Dadurch wird der Ausgleich von Längenänderungen in Folge von Temperatureffekten, Verschleiß an Kontaktstellen im Antrieb verbessert, ebenso wie der Ausgleich von Längenänderungen des Piezoaktors selbst, etwa in Folge von Änderungen des Polarisationszustandes. Die Reduktion der Druckpulse im Aktorraum und damit die Verringerung der Störeffekte auf das Sensorsignal des Piezoaktors werden unter anderem durch die Vergrößerung des Niederdruckbereichs erreicht. Im Bereich der - nicht gezeigten - elektrischen Kontaktierungen im oberen Bereich des Einspritzventils können Schwingungen reduziert werden, wenn die Piezokopfplatte im Injektorkörper steif anliegt. Durch diese Kopplung, die auch für leichter siedende Kraftstoffe arbeitet, entfällt der aufwendige Einstellprozess für den Leerhub bei der Injektormontage. Die Kavitationseffekte in den hochdruckbelasteten Bereich werden eliminiert und somit die Hochdruckfähigkeit verbessert. Gleichzeitig kann das Volumen stromabwärts des Servoventils minimiert werden und damit verbunden können die erzielbaren minimalen Spritzabstände bei Mehrfacheinspritzung reduziert werden. Ebenso werden die Fertigungskosten reduziert. Im Betrieb verringert sich die Ansteuerenergie für den Piezoaktor, da der Leerhub entfällt. Durch die gesteigerte Genauigkeit können die Einspritzmengen Streuungen in Abhängigkeit der Verpratzungskraft im Zylinderkopf reduziert werden sowie die Einspritzmengenstabilität im dynamischen Motorbetrieb verbessert werden. Der Steuerraumdruck kann auf den Piezoaktor rückgekoppelt werden, um Sensorsignale abzuleiten, welche zur Regelung der Einspritzmengen dienen. Durch die gesteigerte Genauigkeit können die Einspritzmengenstreuungen in Abhängigkeit der Verpratzungskraft im Zylinderkopf reduziert werden sowie die Einspritzmengenstabilität im dynamischen Motorbetrieb verbessert werden.As a result, the problematic, known from the prior art, Leerhubbehaftete mechanical coupling of the piezoelectric actuator with the servo valve body by a hydraulic coupling with a built-in servo valve clearance compensation and one in the transmission pin 120 replaces integrated drain throttle. As a result, the compensation of changes in length due to temperature effects, wear at contact points in the drive is improved, as well as the compensation of changes in length of the piezoelectric actuator itself, for example as a result of changes in the polarization state. The reduction of the pressure pulses in the actuator chamber and thus the reduction of the parasitic effects on the sensor signal of the piezoelectric actuator are achieved inter alia by the enlargement of the low-pressure region. In the region of - not shown - electrical contacts in the upper part of the injector vibrations can be reduced if the piezo head plate rests stiffly in the injector body. Through this coupling, which also works for lighter boiling fuels, eliminates the costly adjustment process for the idle stroke in injector assembly. The cavitation effects in the high-pressure-loaded area are eliminated, thus improving the high-pressure capability. At the same time, the volume downstream of the servo valve can be minimized and associated with it, the achievable minimum spray intervals can be reduced with multiple injection. Likewise, the manufacturing costs are reduced. During operation, the drive energy for the piezoelectric actuator is reduced because the idle stroke is eliminated. Due to the increased accuracy, the injection quantities variations can be reduced as a function of the Verpratzungskraft in the cylinder head and the injection quantity stability can be improved in dynamic engine operation. The control chamber pressure can be fed back to the piezoelectric actuator to derive sensor signals, which are used to control the injection quantities. Due to the increased accuracy of the injection quantity variations can be reduced depending on the Verpratzungskraft in the cylinder head and the injection quantity stability can be improved in dynamic engine operation.

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]

Claims (12)

Einspritzventil mit Servoventilsteuerung zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum eines Verbrennungsmotors, aufweisend einen Injektorkörper (20), welcher ein Düsenmodul (150) mit einem Düsenkörper (160) und einer Düsennadel (170) aufweist, wobei das Düsenmodul (150) auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Injektorkörpers (20) angeordnet ist und die Düsennadel (170) mit einer Düsenfeder (180) korrespondiert, welche so angeordnet ist, dass sie eine Schließkraft auf die Düsennadel (170) ausübt, eine aktornah angeordnete Zwischenplatte (50) und eine sich an diese in Richtung des Düsenkörpers (160) anschliessende Ventilplatte (60), eine Hochdruckleitung (30) und einen Steuerraum (190), welche einen Anschluss an das Hochdruckkraftstoffsystem aufweist und welche über eine Zulaufdrossel (130) mit dem Steuerraum (190) verbunden ist, wobei der Steuerraum (190) über einen Fluiddurchlass (200) mit einem Ventilraum (210) verbunden ist, welcher in der Ventilplatte (60) ausgebildet ist, in welchem Ventilraum (210) ein Ventilkörper (220) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (220) mit einem Übertragungspin (120) in Verbindung steht, der wiederum mit einem von einer Wellenfeder (80) vorgespannten Aktor (90) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungspin (120)mit geringem Spiel in den Ventilkörper (220) eingepasst ist, so dass sich ein Dichtspalt (250) zwischen dem Übertragungspin (120) und dem Ventilkörper (220) bildet, und der Ventilkörper (220) Bohrungen (230) aufweist, die den Ventilraum (220) mit dem Dichtspalt (250) verbinden, und wobei ein Koppelraum (260) zwischen dem Übertragungspin (120)und dem Ventilkörper (220) im Bereich des aktorfernen Endes des Übertragungspins (120) ausgebildet ist, welcher über den Dichtspalt (250) und die Bohrungen (230) mit dem Ventilraum (210) verbunden ist, und wobei der Dichtspalt (250) so klein bemessen ist, dass einerseits eine Fluidverbindung zwischen dem Koppelraum (260) und dem Ventilraum (210) besteht, andererseits während der kurzen Zeit der Ventilbetätigung praktisch kein Fluidaustausch zwischen Koppelraum (260) und dem Ventilraum (210) stattfinden kann, so dass sich der Koppelraum (260) in dieser Zeit nicht verändert, dass ein Ventilsitz (290) zwischen dem Ventilkörper (220) und der Zwischenplatte (50) vorgesehen ist, und dadurch dass eine Ablaufdrossel (300) im Übertragungspin (120) ausgebildet ist, die mit Bohrungen (270;330) im Übertragungspin (120) in Verbindung steht, welche die Ablaufdrossel (300) mit dem Ventilsitz (290) verbinden.Injector with servo valve control for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising an injector body (20) having a nozzle module (150) with a nozzle body (160) and a nozzle needle (170), wherein the nozzle module (150) on the combustion chamber facing the injector body (20) is arranged and the nozzle needle (170) with a nozzle spring (180) corresponds, which is arranged so that it exerts a closing force on the nozzle needle (170), a Aktornah arranged intermediate plate (50) and a to this in the direction of the nozzle body (160) subsequent valve plate (60), a high pressure line (30) and a control chamber (190) having a connection to the high pressure fuel system and which is connected via an inlet throttle (130) with the control chamber (190) , wherein the control chamber (190) via a fluid passage (200) with a valve chamber (210) is connected, which in the valve plate (60) au in which valve space (210) a valve body (220) is arranged, wherein the valve body (220) communicates with a transmission pin (120), which in turn is connected to an actuator (90) biased by a wave spring (80) characterized in that the transfer pin (120) is fitted into the valve body (220) with a small clearance such that a sealing gap (250) is formed between the transfer pin (120) and the valve body (220), and the valve body (220) Holes (230) which connect the valve space (220) with the sealing gap (250), and wherein a coupling space (260) between the transmission pin (120) and the valve body (220) in the region of the actuator remote end of the transmission pin (120) is, which is connected via the sealing gap (250) and the bores (230) with the valve chamber (210), and wherein the sealing gap (250) is dimensioned so small that on the one hand a fluid connection between the coupling space (260) and the vent ilraum (210), on the other hand during the short time of valve actuation virtually no fluid exchange between coupling space (260) and the valve space (210) can take place, so that the coupling space (260) does not change in this time that a valve seat (290) is provided between the valve body (220) and the intermediate plate (50) and in that an outlet throttle (300) is formed in the transmission pin (120) which communicates with bores (270; 330) in the transmission pin (120) connecting the Connect the outlet throttle (300) to the valve seat (290). Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablaufdrossel (300) den Ventilraum (210) mit einem Niederdruckbereich (310) im Bereich des Aktors (90) verbindet, wenn der Ventilkörper (220) vom Ventilsitz (290) abhebt.Injector after Claim 1 , characterized in that the outlet throttle (300) connects the valve chamber (210) with a low pressure region (310) in the region of the actuator (90) when the valve body (220) lifts off the valve seat (290). Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (290) zwischen dem Ventilkörper (220) und der Zwischenplatte (50) als Flachsitz ausgebildet ist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve seat (290) is formed between the valve body (220) and the intermediate plate (50) as a flat seat. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungspin (120) in der Zwischenplatte (50) mit kleinem Paarungsspiel geführt ist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission pin (120) is guided in the intermediate plate (50) with a small mating clearance. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Übertragungspin (120) aus Hartmetall gefertigt ist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission pin (120) is made of hard metal. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilraum (210) eine Ventilfeder angeordnet ist, die den Ventilkörper (220) in Richtung der Zwischenplatte (50) beaufschlagt.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that in the valve chamber (210) a valve spring is arranged, which acts on the valve body (220) in the direction of the intermediate plate (50). Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (90) Piezolemente, vorzugsweise in Form eines vollaktiven Piezostacks, aufweist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (90) has piezo elements, preferably in the form of a fully active piezo stack. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckleitung (30) über eine Düsenblende (140) mit dem Inneren des Düsenkörpers (160) verbunden ist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the high-pressure line (30) via a nozzle orifice (140) with the interior of the nozzle body (160) is connected. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt (250) zwischen dem Übertragungspin (120) und dem Ventilkörper (220) etwa 1 µm bis 10 µm beträgt.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing gap (250) between the transmission pin (120) and the valve body (220) is about 1 micron to 10 microns. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelraum (260) ein Volumen von weniger als 1,5 mm3 aufweist.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling space (260) has a volume of less than 1.5 mm 3 . Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (170) nach innen öffnet.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle needle (170) opens inwards. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (90) von einer Wellenfeder (80) vorgespannt und gleichzeitig abgedichtet wird.Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (90) by a wave spring (80) is biased and sealed at the same time.
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