DE19930530B4 - Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine - Google Patents

Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE19930530B4
DE19930530B4 DE1999130530 DE19930530A DE19930530B4 DE 19930530 B4 DE19930530 B4 DE 19930530B4 DE 1999130530 DE1999130530 DE 1999130530 DE 19930530 A DE19930530 A DE 19930530A DE 19930530 B4 DE19930530 B4 DE 19930530B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
valve body
control chamber
piezoelectric actuator
fuel
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1999130530
Other languages
German (de)
Other versions
DE19930530A1 (en
Inventor
Heinz Lixl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE1999130530 priority Critical patent/DE19930530B4/en
Priority to FR0008088A priority patent/FR2795778B1/en
Publication of DE19930530A1 publication Critical patent/DE19930530A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19930530B4 publication Critical patent/DE19930530B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2034—Control of the current gradient
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2055—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit with means for determining actual opening or closing time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Im Kraftstoffinjektor ist in einer Steuerkammer 4 ein Ventilkörper 20 beweglich angeordnet, wobei der Ventilkörper über eine Wirkverbindung 16 von einer Stelleinrichtung 18 mit seiner Dichtfläche 22 vom Ventilsitz 43 abgehoben werden und der Hub des Ventilkörpers dabei variabel eingestellt werden kann, so daß der Kraftstofffluß von der Steuerkammer in einem Rücklauf 14 durch den Hub des Ventilkörpers festgelegt wird.In the fuel injector, a valve body 20 is movably disposed in a control chamber 4, wherein the valve body are lifted via an operative connection 16 by an actuator 18 with its sealing surface 22 from the valve seat 43 and the stroke of the valve body can be variably adjusted so that the fuel flow from the Control chamber is set in a return 14 by the stroke of the valve body.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Kraftstoffinjektor zum Regeln der Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Regeln der Einspritzung von Kraftstoff durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der EP 0 826 876 A1 bekannt.The invention relates to a device for a fuel injector for controlling the injection of fuel in an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a method for controlling the injection of fuel by a fuel injector according to the preamble of claim 4. Such a method and such a device from the EP 0 826 876 A1 known.

Für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen werden zunehmend Speichereinspritzsysteme verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme für Dieselmotoren und HPDI-Einspritzsysteme für Ottomotoren bekannt und zeichnen sich dadurch aus, daß der Kraftstoff mit einer Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern der Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdruckspeicher gefördert wird, von dem aus die Kraftstoffinjektoren, die in den einzelnen Zylindern vorgesehen sind und die Einspritzung durchführen, versorgt werden.For the fuel supply of internal combustion engines are increasingly storage injection systems used in which working with very high injection pressures. Such Injection systems are common rail systems for diesel engines and HPDI injection systems for gasoline engines known and are characterized by the fact that the fuel with a High-pressure pump common to all cylinders of the internal combustion engine Promoted high-pressure accumulator from which the fuel injectors that are in the individual Cylinders are provided and carry out the injection, supplied become.

Das Öffnen und Schließen der Kraftstoffinjektoren wird dabei in der Regel mit Hilfe einer elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigten Steuervorrichtung durchgeführt. Eine solche Steuervorrichtung weist im allgemeinen einen Aktuator und ein Steuerventil auf, das zwischen einer beweglichen Düsennadel im Kraftstoffinjektor und dem Aktuator angeordnet ist, um hydraulisch das Öffnen und Schließen der Düsennadel zu bewirken. Das Steuerventil soll dabei zeitlich möglichst exakt den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs festlegen und eine genaue Kontrolle der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglichen.The opening and Shut down The fuel injectors is doing this with the help of a electromagnetically or piezoelectrically actuated control device performed. A such control device generally comprises an actuator and a control valve located between a movable nozzle needle in the fuel injector and the actuator is arranged to hydraulically the opening and closing the nozzle needle to effect. The control valve should be timed as possible set exactly the beginning and the end of the injection process and a allow accurate control of the amount of fuel injected.

Bei der oben genannten EP 0 826 876 A1 wird als Steuerventil ein stempelförmiger Ventilkörper eingesetzt, der mit dem Aktuator verbunden ist und sich in eine Steuerkammer im Kraftstoffinjektor erstreckt, wobei der Ventilkörper eine Dichtfläche aufweist, die im Ruhezustand von einer Feder auf einem Ventilsitz in der Steuerkammer gehalten wird. In diesem geschlossenen Zustand des Steuerventils steht in der Steuerkammer im wesentlichen der volle Systemdruck am hinteren Ende einer beweglichen Düsennadel im Kraftstoffinjektor an, so daß die Düsennadel gegen den in einer Düsenkammer im Kraftstoffinjektor herrschenden Kraftstoffdruck nach unten gedrückt wird und Einspritzlöcher verschließt. Bei einer Betätigung des Steuerventils durch den Aktuator hebt das Steuerventil mit seiner Dichtfläche vom Ventilsitz in der Steuerkammer ab und bringt die Steuerkammer mit einem Kraftstoffrücklauf in Verbindung. Dadurch fällt die in der Steuerkammer auf die Düsennadel wirkende Druckkraft im Vergleich zu der Druckkraft, die in der Düsenkammer auf die Düsennadel ausgeübt wird, ab, so daß die Düsennadel von der in der Düsenkammer ausgeübten Druckkraft geöffnet und Kraftstoff über die Einspritzlöcher eingespritzt wird.At the above EP 0 826 876 A1 is used as a control valve, a stamp-shaped valve body which is connected to the actuator and extends into a control chamber in the fuel injector, wherein the valve body has a sealing surface which is held by a spring on a valve seat in the control chamber at rest. In this closed state of the control valve is in the control chamber substantially the full system pressure at the rear end of a movable nozzle needle in the fuel injector, so that the nozzle needle is pressed against the prevailing in a nozzle chamber in the fuel injector fuel pressure down and closes injection holes. Upon actuation of the control valve by the actuator, the control valve lifts with its sealing surface from the valve seat in the control chamber and brings the control chamber in communication with a fuel return. As a result, the pressure force acting on the nozzle needle in the control chamber drops as compared with the pressure exerted on the nozzle needle in the nozzle chamber, so that the nozzle needle is opened by the pressure force exerted in the nozzle chamber and fuel is injected through the injection holes.

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Düsennadel öffnet, hängt dabei vom Kraftstoffabfluß aus der Steuerkammer bei geöffnetem Steuerventil ab. Dieser Kraftstofffluß wird wiederum vom Spalt zwischen der Dichtfläche des Steuerventils und dem Ventilsitz und damit vom Hub des Steuerventils bestimmt. Bei der EP 0 826 876 A1 wird als Aktuator zum Betätigen des Steuerventils ein Piezoelement eingesetzt, bei dem ein vorgegebener Spannungsstoß eine elektrische Aufladung und damit eine Längendehnung erzeugt, die den Hub des Steuerventils bewirkt. Fertigungstoleranzen, insbesondere beim Steuerventil und beim Piezoelement, sowie Streuungen in den elektrischen Eigenschaften der Ansteuerschaltung des Piezoelements haben jedoch merklichen Einfluß auf den Hub des Steuerventils und damit auf den Einspritzverlauf des Kraftstoffinjektors. Es besteht deshalb die Gefahr, daß dieser Einspritzverlauf unerwünsch terweise von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor variiert.The speed at which the nozzle needle opens, depends on the fuel drain from the control chamber with the control valve open. This fuel flow is in turn determined by the gap between the sealing surface of the control valve and the valve seat and thus the stroke of the control valve. In the EP 0 826 876 A1 is used as an actuator for actuating the control valve, a piezoelectric element in which a predetermined voltage surge generates an electrical charge and thus a longitudinal expansion, which causes the stroke of the control valve. However, manufacturing tolerances, in particular in the control valve and the piezoelectric element, as well as variations in the electrical properties of the drive circuit of the piezoelectric element have noticeable influence on the stroke of the control valve and thus on the injection curve of the fuel injector. There is therefore a risk that this injection course undesirable varies from fuel injector to fuel injector.

Aus der DE 42 37 509 A1 ist weiterhin eine Steuereinrichtung für einen Piezo-Aktuator bekannt, bei dem der Spannungsverlauf an Aktuator gemessen und eine entsprechende Anpassung der Aufladung des Aktuators gemäß einem gewünschten Verlauf vorgenommen wird.From the DE 42 37 509 A1 Furthermore, a control device for a piezo actuator is known, in which the voltage curve is measured on the actuator and a corresponding adjustment of the charging of the actuator is carried out according to a desired course.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung durch einen Kraftstoffinjektor bereitzustellen, die eine genaue Einstellung des Einspritzverlaufes des Kraftstoffinjektors ermöglichen.task Therefore, the present invention is a control device and a method of controlling fuel injection by a fuel injector provide a precise adjustment of the course of injection enable the fuel injector.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Control device according to claim 1 and a method according to claim 4 solved. Preferred embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Gemäß der Erfindung wird eine Stelleinrichtung in einem Kraftstoffinjektor so ausgelegt, daß über eine Wirkverbindung der Hub eines Ventilkörpers beim Abheben seiner Dichtfläche von einem Ventilsitz in einer Steuerkammer variabel eingestellt werden kann, wodurch der Kraftstofffluß von der Steuerkammer in einen Rücklauf im Kraftstoffinjektor festgelegt wird. Durch die Möglichkeit der variablen Hubeinstellung läßt sich der Kraftstofffluß aus der Steuerkammer und damit der Druckabbau in dieser Steuerkammer genau festlegen. Dies ermöglicht wiederum, die vom Druckabbau in der Steuerkammer bestimmte Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel und damit den Einspritzverlauf der Düsennadel exakt einzustellen.According to the invention, an actuator in a fuel injector is designed so that via an operative connection of the stroke of a valve body when lifting its sealing surface can be variably adjusted by a valve seat in a control chamber, whereby the fuel flow is determined by the control chamber in a return in the fuel injector. Due to the possibility of variable stroke adjustment, the fuel flow from the control chamber and thus the pressure reduction in this control chamber can be set exactly. This in turn allows for the pressure reduction in the control chamber set certain opening speed of the nozzle needle and thus the injection curve of the nozzle needle exactly.

Als Stelleinrichtung wird gemäß der Erfindung ein piezoelektrischer Aktuator eingesetzt, der mit einer Ladungsregelung verbunden ist, um seine Längendehnung so einzustellen, daß über die Wirkverbindung zwischen dem piezoelektrischen Aktua tor und dem Steuerventil ein gewünschter Hub des Ventilkörpers erzielt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders genaue Regelung des Ventilhubs und damit des Einspritzverlaufs.When Actuator is according to the invention a piezoelectric actuator used with a charge control connected to its elongation adjust so that over the Operative connection between the piezoelectric Aktua tor and the control valve a desired one Stroke of the valve body is achieved. This embodiment allows a particularly accurate Regulation of the valve lift and thus the course of the injection.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung bei einem piezoelektrischen Aktuator als Stelleinrichtung mit Hilfe einer Detektorschaltung fortlaufend die Spannung am piezoelektrischen Aktuator erfaßt, wobei aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Spannung der zeitlichen Verlauf der Kraftstoffeinspritzung bestimmt und die Aufladung des piezoelektrischen Aktors entsprechend einem gewünschten zeitlichen Verlauf dieser Einspritzung angepaßt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine laufende Anpassung des Einspritzverlaufs im Kraftstoffinjektor, so daß sich ein optimaler Verbrennungsverlauf erzielen läßt.Farther is according to the invention in a piezoelectric actuator as an actuating device with the help a detector circuit continuously the voltage at the piezoelectric Actuator detected, wherein from the time course of the measured voltage of the temporal Course of the fuel injection determines and the charging of the piezoelectric actuator according to a desired time course adapted to this injection becomes. This configuration allows a continuous adjustment of the injection curve in the fuel injector, so that yourself to achieve an optimal combustion process.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigtin the Following, the invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawing. It shows

1 schematisch einen Kraftstoffinjektor mit einer Steuervorrichtung zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung; 1 schematically a fuel injector with a control device for controlling the fuel injection;

2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung mit einer ersten Ausführungsform des Ventilkörpers; 2 a detail view of the control device according to the invention with a first embodiment of the valve body;

3A eine zweite Ausführungsform des Ventilkörpers für das Steuerventil der 2; 3A a second embodiment of the valve body for the control valve of 2 ;

3B eine dritte Ausführungsform des Ventilkörpers für das Steuerventil der 2; 3B a third embodiment of the valve body for the control valve of 2 ;

4 den zeitlichen Verlauf der Spannung an einem piezoelektrischen Aktuator und den damit korrelierten Düsennadelhub bei einem Kraftstoffinjektor der 1; und 4 the time course of the voltage across a piezoelectric actuator and the correlated nozzle needle stroke in a fuel injector of 1 ; and

5 das elektrische Blockschaltbild eines Regelkreises für einen piezoelektrischen Aktuator in einem Kraftstoffinjektor der 1. 5 the electrical block diagram of a control circuit for a piezoelectric actuator in a fuel injector of 1 ,

1 zeigt schematisch einen Kraftstoffinjektor, wie er in einem Common-Rail-System eingesetzt wird. Der Kraftstoff injektor weist eine Steuerkammer 4 auf, die von einem Hochdruckspeicher (nicht gezeigt) über eine Hochdruckbohrung 1 und eine Zulaufbohrung 2, die eine Zulaufdrossel 3 beinhaltet, mit Kraftstoff unter Systemdruck versorgt wird. In der Steuerkammer 4 wirkt der Kraftstoffdruck auf das hintere Ende einer beweglichen Düsennadel 6. Die Düsennadel 6 weiterhin öffnet und verschließt mit ihrem vorderen Ende Einspritzlöcher 7, die zu einem Brennraum (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine führen. 1 schematically shows a fuel injector, as used in a common rail system. The fuel injector has a control chamber 4 from a high pressure accumulator (not shown) via a high pressure bore 1 and an inlet hole 2 , which is an inlet throttle 3 contains, is supplied with fuel under system pressure. In the control chamber 4 The fuel pressure acts on the rear end of a movable nozzle needle 6 , The nozzle needle 6 furthermore, it opens and closes injection holes with its front end 7 leading to a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.

Die Hochdruckbohrung 1 im Kraftstoffinjektor verbindet den Hochdruckspeicher weiterhin mit einer Düsenkammer 8, die am vorderen Ende der Düsennadel 6 ausgebildet ist. Wenn sowohl in der Steuerkammer 4 als auch in der Düsenkammer 8 der volle Systemdruck des Kraftstoffs anliegt, wird die Düsennadel 6 aufgrund der größeren Wirkfläche in der Steuerkammer 4 nach unten gedrückt und verschließt die Einspritzlöcher 7. An die Steuerkammer 4 im Kraftstoffinjektor ist ein Steuerventil 10 in Form eines 2/2-Wegeventils angeschlossenen, in das eine Ablaufdrossel 11 integriert ist. Vom Steuerventil 10 geht weiterhin ein druckloser Kraftstoffrücklauf 14 zu einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) ab. Das Steuerventil 10 wird über einen Stempel 16 von einer Stelleinrichtung 18, vorzugsweise einem piezoelektrischen Aktuator, angesteuert und betätigt. Das Steuerventil 10 steuert den Druck, der in der Steuerkammer 4 auf die bewegliche Düsennadel 6 ausgeübt wird.The high pressure bore 1 in the fuel injector still connects the high-pressure accumulator with a nozzle chamber 8th at the front end of the nozzle needle 6 is trained. If both in the control chamber 4 as well as in the nozzle chamber 8th the full system pressure of the fuel is applied, the nozzle needle 6 due to the larger effective area in the control chamber 4 pressed down and closes the injection holes 7 , To the control chamber 4 in the fuel injector is a control valve 10 in the form of a 2/2-way valve connected, in the one outlet throttle 11 is integrated. From the control valve 10 continues to go a non-pressurized fuel return 14 to a fuel tank (not shown). The control valve 10 is about a stamp 16 from an actuator 18 , preferably a piezoelectric actuator, driven and actuated. The control valve 10 controls the pressure in the control chamber 4 on the movable nozzle needle 6 is exercised.

In 2 ist eine Detailansicht des Kraftstoffinjektors mit einer möglichen Ausführungsform des Steuerventils 10 dargestellt. Das Steuerventil 10 ist dabei unmittelbar angrenzend an die Steuerkammer 4 angeordnet. Dazu ist an die Steuerkammer 4 anschließend eine Aussparung 41 ausgebildet, die einer Rückseite 61 der Düsennadel 6 gegenüberliegt. In der Aussparung 41 ist ein Ventilkörper 20 des Steuerventils 10 eingesetzt. Die Aussparung 41 ist zur Steuerkammer 4 hin offen, so daß der in die Aussparung eingesetzte Ventilkörper 20 mit seiner Bodenfläche 21 in die Steuerkammer 4 ragt. Auf der der Steuerkammer 4 abgewandten Seite der Aussparung 41 ist eine Bohrung 42 vorgesehen, durch die der Stempel 16 verläuft, der die Wirkverbindung zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 18 und dem Ventilkörper 20 des Steuerventils 10 herstellt. Der Durchmesser des Stempels 16 ist kleiner als der der Bohrung 42 ausgelegt, wobei die Bohrung 42 einen Teil des drucklosen Rücklaufes 14 bildet, durch den der Kraftstoff aus der Steuerkammer 4 bei geöffneten Steuerventil 10 in den Kraftstofftank zurückfließt.In 2 is a detail view of the fuel injector with a possible embodiment of the control valve 10 shown. The control valve 10 is immediately adjacent to the control chamber 4 arranged. This is to the control chamber 4 then a recess 41 trained, the one back 61 the nozzle needle 6 opposite. In the recess 41 is a valve body 20 of the control valve 10 used. The recess 41 is to the control chamber 4 open so that the valve body inserted into the recess 20 with its bottom surface 21 in the control chamber 4 protrudes. On the control chamber 4 opposite side of the recess 41 is a hole 42 provided by the stamp 16 runs, the active connection between the piezoelectric actuator 18 and the valve body 20 of the control valve 10 manufactures. The diameter of the stamp 16 is smaller than that of the hole 42 designed, with the bore 42 a part of the unpressurized return 14 forms, through which the fuel from the control chamber 4 with open control valve 10 flows back into the fuel tank.

Die Bohrung 42 hat weiterhin einen kleineren Durchmesser als die Aussparung 41. Der Übergang von der Bohrung 42 in die Aussparung 41 ist als konischer Ventilsitz 43 ausgebildet, auf dem der Ventilkörper 20 mit einer kegelförmigen Dichtfläche 22 an der Oberseite des Ventilkörpers 20 abdichtend zur Anlage kommt. Der Ventilkörper 20 weist weiterhin einen kleineren Durchmesser als die Aussparung 42 auf, so daß zwischen der Außenwandung des Ventilkörpers 20 und der Innenwandung der Aussparung 41 ein Ringkanal 44 bleibt. Dieser Ringkanal 44 stellt eine ständige Verbindung zwischen der Steuerkammer 4 und einer Ventilkammer 45, die durch eine stufenförmige Einschnürung 25 an der Oberseite des Ventilkörpers angrenzend an die Dichtfläche 22 gebildet wird, her. Die Einschnürung 25 des Ventilkörpers 20 weist bezüglich des in der Ventilkammer 45 herrschenden Kraftstoffdrucks, der dem Druck in der Steuerkammer 4 entspricht, eine ringförmige Wirkfläche auf. Diese ringförmige Wirkfläche der Einschnürung 25 ist der Bodenfläche 21, an der auch der in der Steuerkammer 4 herrschende Kraftstoffdruck anliegt, gegenüberliegend angeordnet, wobei die Wirkfläche die Einschnürung 25 jedoch kleiner als die der Bodenfläche 21 ausgebildet ist. Auf der Bodenfläche 21 schlägt weiterhin eine Feder 9 an, die in einer Aussparung 62 in der Düsennadelrückseite 61 abgestützt ist.The hole 42 continues to have a smaller diameter than the recess 41 , The transition from the hole 42 in the recess 41 is as a conical valve seat 43 formed on which the valve body 20 with a conical sealing surface 22 at the top of the valve body 20 sealing to Plant comes. The valve body 20 also has a smaller diameter than the recess 42 on, so that between the outer wall of the valve body 20 and the inner wall of the recess 41 a ring channel 44 remains. This ring channel 44 provides a permanent connection between the control chamber 4 and a valve chamber 45 by a step-shaped constriction 25 at the top of the valve body adjacent to the sealing surface 22 is formed, fro. The constriction 25 of the valve body 20 with respect to the in the valve chamber 45 prevailing fuel pressure, the pressure in the control chamber 4 corresponds to an annular effective area. This annular effective surface of the constriction 25 is the floor area 21 , in which also in the control chamber 4 ruling fuel pressure is applied, arranged opposite one another, wherein the effective surface of the constriction 25 but smaller than the floor area 21 is trained. On the floor surface 21 continues to strike a spring 9 in, in a recess 62 in the nozzle needle back 61 is supported.

Der in 1 und 2 gezeigte Kraftstoffinjektor arbeitet wie folgt:
Im Ausgangszustand, bei nicht angesteuertem piezoelektrischen Aktuator 18 übt der Stempel 16 keine Kraft auf die Oberseite des Ventilkörpers 20 auf. Der Ventilkörper 20 wird dann durch den vom Kraftstoff in der Steuerkammer 4 auf die Bodenfläche 21 ausgeübten Druck, der aufgrund der größeren Wirkfläche wesentlich größer ist als Gegendruck auf die Wirkfläche der Einschnürung 25 an der Oberseite des Ventilkörpers 20, mit seiner Dichtfläche 22 auf den Ventilsitz 43 gedrückt. In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen der Steuerkammer 4 und dem Rücklauf 14 unterbrochen.The in 1 and 2 shown fuel injector works as follows:
In the initial state, when not activated piezoelectric actuator 18 practice the stamp 16 no force on the top of the valve body 20 on. The valve body 20 is then by the fuel in the control chamber 4 on the floor surface 21 applied pressure, which is much larger than counter-pressure on the effective surface of the constriction due to the larger effective area 25 at the top of the valve body 20 , with its sealing surface 22 on the valve seat 43 pressed. In this position is the connection between the control chamber 4 and the return 14 interrupted.

In Ausgangszustand, bei geschlossenem Steuerventil 10, wird auch die Rückseite 61 der Düsennadel 6 mit dem vollen Systemdruck der Steuerkammer 4 beaufschlagt, so daß die Düsennadel 6 aufgrund der größeren Wirkfläche der Düsennadelrückseite 61 gegenüber der Wirkfläche in der Düsenkammer 8 nach unten gedrückt wird. In dieser Stellung der Düsennadel 6 ist die Verbindung zwischen der Düsenkammer 8 und den Einspritzlöchern 7 unterbrochen, so daß kein Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die zwischen der Bodenfläche 21 des Ventilkörpers 20 und der Rückseite 61 der Düsennadel 6 angeordnete Feder 9 dient dazu, in der Startphase der Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff in der Steuerkammer 4 erst unter einem geringen Systemdruck steht, dafür zu sorgen, daß der Ventilkörper 20 bzw. die Düsennadel 6 mit einer ausreichenden Kraft auf ihre jeweiligen Ventilsitze gedrückt werden, um für eine zuverlässige Abdichtung gegen Kraftstoffleckage zu sorgen.In initial state, with closed control valve 10 , also becomes the back 61 the nozzle needle 6 with the full system pressure of the control chamber 4 acted upon, so that the nozzle needle 6 due to the larger effective area of the nozzle needle back 61 opposite the effective area in the nozzle chamber 8th is pressed down. In this position of the nozzle needle 6 is the connection between the nozzle chamber 8th and the injection holes 7 interrupted, so that no fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The between the bottom surface 21 of the valve body 20 and the back 61 the nozzle needle 6 arranged spring 9 is used in the starting phase of the internal combustion engine, where the fuel in the control chamber 4 only under a low system pressure is to ensure that the valve body 20 or the nozzle needle 6 with sufficient force on their respective valve seats to provide a reliable seal against fuel leakage.

Bei einer elektrischen Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 wird im Aktuator eine Längendehnung hervorgerufen, die auf den Stempel 16 übertragen wird. Der Stempel 16 übt dann wiederum eine Kraft auf den Ventilkörper 20 aus, wodurch dieser mit seiner Dichtfläche 22 vom Ventilsitz 43 im Kraftstoffinjektor abgehoben wird. Da an der Wirkfläche der Einschnürung 25 durch den Systemdruck des Kraftstoffs in der Ventilkammer 45 bereits eine in Öffnungsrichtung wirkende Kraft angreift, braucht die vom Stempel 16 ausgeübte Kraft nur die Differenz zu der an der größeren Bodenfläche 21 des Ventilkörpers 20 angreifenden Kraft zu überwinden. Diese Auslegung hat den Vorteil, daß nur geringe Steuerkräfte zur Betätigung des Steuerventils 10 notwendig sind.In an electrical control of the piezoelectric actuator 18 In the actuator, a longitudinal extension caused on the stamp 16 is transmitted. The Stamp 16 then in turn exerts a force on the valve body 20 out, making this with its sealing surface 22 from the valve seat 43 is lifted in the fuel injector. Because at the effective surface of the constriction 25 by the system pressure of the fuel in the valve chamber 45 already attacks a force acting in the opening direction, needs the stamp 16 force applied only the difference to that at the larger floor area 21 of the valve body 20 to overcome attacking force. This design has the advantage that only small control forces for actuating the control valve 10 necessary.

Beim Abheben des Ventilkörpers 20 mit seiner Dichtfläche 22 vom Ventilsitz 43 wird zwischen der Ventilkammer 45 und der Bohrung 42, die Teil des drucklosen Rücklaufes 14 zum Kraftstofftank ist, eine Verbindung hergestellt. Damit kann Kraftstoff aus der Steuerkammer 4 über den Ringkanal 44 zwischen dem Ventilkörper 20 und der Aussparung 41, die Ventilkammer 45 in die Bohrung 42 und damit in den Rücklauf 14 strömen. Der Durchfluß des Kraftstoffs von der Steuerkammer 4 zum Rücklauf 14 wird dabei vom Hub des Ventilkörpers 20, d. h. vom Spalt, der sich zwischen der Dichtfläche 22 des Ventilkörpers 20 und dem Ventilsitz 45 ergibt, bestimmt. Der durch den Hub des Ventilkörpers 20 hervorgerufene Spalt zwischen der Dichtfläche 22 des Ventilkörpers 20 und dem Ventilsitz 45 wirkt deshalb als Ablaufdrossel 11 im Steuerventil 10.When lifting the valve body 20 with its sealing surface 22 from the valve seat 43 is between the valve chamber 45 and the hole 42 , the part of the unpressurized reflux 14 to the fuel tank, a connection is made. This allows fuel from the control chamber 4 over the ring channel 44 between the valve body 20 and the recess 41 , the valve chamber 45 into the hole 42 and thus in the return 14 stream. The flow of fuel from the control chamber 4 to the return 14 is thereby the stroke of the valve body 20 , ie from the gap that extends between the sealing surface 22 of the valve body 20 and the valve seat 45 results, determined. The through the stroke of the valve body 20 caused gap between the sealing surface 22 of the valve body 20 and the valve seat 45 therefore acts as an outlet throttle 11 in the control valve 10 ,

Der Kraftstofffluß durch die Zulaufdrossel 3 in die Steuerkammer 4 ist geringer als der Kraftstofffluß zwischen der Dichtfläche 22 des Ventilkörpers 20 und dem Ventilsitz 43 ausgelegt, so daß der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 4 abnimmt. Damit wird gleichzeitig die Rückseite 61 der Düsennadel 6 entlastet und der in der Düsenkammer 8 am vorderen Ende der Düsennadel 6 anstehende Systemdruck hebt die Düsennadel dann ab und gibt die Verbindung zu den Einspritzlöchern 7 frei, so daß Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.The fuel flow through the inlet throttle 3 in the control chamber 4 is less than the fuel flow between the sealing surface 22 of the valve body 20 and the valve seat 43 designed so that the fuel pressure in the control chamber 4 decreases. This will be the backside at the same time 61 the nozzle needle 6 relieved and the in the nozzle chamber 8th at the front end of the nozzle needle 6 the system pressure then lifts the nozzle needle and connects to the injection holes 7 free, so that fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Mit dem Ende der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 zieht sich dieser wieder zusammen, so daß sich der Stempel 16 vom Ventilkörper 20 zurückzieht und der in der Steuerkammer 4 herrschende Kraftstoffdruck auf die Bodenfläche 21 des Ventilkörpers 20 den Ventilkörper wieder mit seiner Dichtfläche 22 auf dem Ventilsitz 43 drückt. Damit wird die Verbindung der Steuerkammer 4 zur Bohrung 42 und damit zum drucklosen Rücklauf 14 unterbrochen, so daß sich in der Steuerkammer 4 der volle Systemdruck aufbaut. Dieser Systemdruck, der an der Rückseite 61 der Düsennadel 6 ansteht, übersteigt dann wieder den Gegendruck in der Druckkammer 8, so daß die Düsennadel 6 in ihren Ventilsitz gedrückt wird und der Einspritzvorgang endet.With the end of the driving of the piezoelectric actuator 18 this pulls together again, so that the stamp 16 from the valve body 20 withdraws and the one in the control chamber 4 prevailing fuel pressure on the ground surface 21 of the valve body 20 the valve body again with its sealing surface 22 on the valve seat 43 suppressed. This will be the connection of the control chamber 4 for drilling 42 and thus to the pressure-free return 14 interrupted, so that in the control chamber 4 the full system pressure builds up. This system pressure, at the back 61 the nozzle needle 6 pending, over then rises again the back pressure in the pressure chamber 8th so that the nozzle needle 6 is pressed into its valve seat and the injection process ends.

In den 3A und 3B sind mögliche weitere Ventilkörperformen für den Einsatz in einem Steuerventil 10 dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß 3A ist der Außenumfang des Ventilkörpers 20 im wesentlichen an den Innendurchmesser der Aussparung 41 angepaßt und wird von dieser Aussparung geführt. Die Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und der Steuerkammer 4 wird durch eine Durchgangsbohrung 27 hergestellt, die ausgehend von der Mitte der Bodenplatte 21 sich schräg durch den Ventilkörper 20 zur Einschnürung 25 erstreckt.In the 3A and 3B are possible further valve body shapes for use in a control valve 10 shown. In the embodiment according to 3A is the outer circumference of the valve body 20 essentially to the inner diameter of the recess 41 adapted and is guided by this recess. The connection between the valve chamber 45 and the control chamber 4 is through a through hole 27 made starting from the middle of the bottom plate 21 at an angle through the valve body 20 to constriction 25 extends.

Alternativ zu der in 3A gezeigten Ausführungsform ist bei der Ausführungsform gemäß 3B eine Durchgangsbohrung 29 zum Verbinden der Steuerkammer 4 mit der Ventilkammer 45 T-förmig ausgebildet, wobei ein erster Längsabschnitt, der sich mittig von der Bodenfläche 21 ausgehend durch den Ventilkörper 20 erstreckt, in einen Querbereich mündet, der senkrecht zur Längsachse durch den Ventilkörper verläuft und in die Einschnürung 25 unterhalb der Dichtfläche 22 einmündet.Alternatively to the in 3A shown embodiment is in accordance with the embodiment 3B a through hole 29 for connecting the control chamber 4 with the valve chamber 45 T-shaped, wherein a first longitudinal portion, which is located centrally from the bottom surface 21 starting from the valve body 20 extends, opens into a transverse region which extends perpendicular to the longitudinal axis through the valve body and in the constriction 25 below the sealing surface 22 opens.

4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung am piezoelektrischen Aktuator 18 in Korrelation zum zeitlichen Verlauf des Nadelhubes H(t) der Düsennadel 6 im Kraftstoffinjektor. Die Spannung am piezoelektrischen Aktuator gibt dabei den jeweiligen Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 4 wieder, der über dem Ventilkörper 20 und den Stempel 16 auf den piezoelektrischen Aktuator 18 wirkt. 4 shows the time course of the voltage at the piezoelectric actuator 18 in correlation to the time course of the needle stroke H (t) of the nozzle needle 6 in the fuel injector. The voltage at the piezoelectric actuator is thereby the respective pressure of the fuel in the control chamber 4 again, that over the valve body 20 and the stamp 16 on the piezoelectric actuator 18 acts.

Zum Aufladen wird der piezoelektrische Aktuator 18 an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen und mit dem Zeitpunkt t1 beginnend und zum Zeitpunkt t2 endend mit einem definierten Spannungsstoß aufgeladen. Dann wird die externe Spannungsversorgung wieder vom piezoelektrischen Aktuator 18 abgekoppelt. Durch das Aufladen wird im piezoelektrischen Aktuator 18 eine Längendehnung hervorgerufen, die über den Stempel 16 auf dem Ventilkörper 20 übertragen wird, der hydraulisch die Düsennadel 6, wie beschrieben, öffnet. Die Bewegung der Düsennadel 6 setzt dann mit einer kurzen zeitlichen Verzögerung gegenüber der Aufladung des piezoelektrischen Aktuators 18 zum Zeitpunkt t3 ein. Vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 nimmt der Nadelhub H der Düsennadel im wesentlichen kontinuierlich zu, bis er zum Zeitpunkt t4 seinen Maximalwert erreicht hat und die Einspritzlöcher 7 vollständig offen sind. In der Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 nimmt gleichzeitig die Spannung am piezoelektrischen Aktuator 18 einen Wert Ua an, der vom Druck in der Steuerkammer 4 bestimmt ist. Mit dem Erreichen der Maximalwerte des Nadelhubes H zum Zeitpunkt t4 beginnt der Druck in der Steuerkammer 4 dann abzusinken, da sich mit dem Erreichen des maximalen Nadelhubs die Düsennadel 6 nicht mehr in die Steuerkammer 4 hineinbewegt. Gleichzeitig mit dem Abnehmen des Drucks in der Steuerkammer 4 nimmt auch die Spannung am piezoelektrischen Aktuator 18 auf einen Wert Ub ab.For charging, the piezoelectric actuator 18 connected to an external power supply and starting at the time t 1 and charged at the time t 2 ending with a defined surge. Then the external power supply is again from the piezoelectric actuator 18 decoupled. By charging is in the piezoelectric actuator 18 an elongation caused by the punch 16 on the valve body 20 which hydraulically transfers the nozzle needle 6 , as described, opens. The movement of the nozzle needle 6 then sets with a short time delay against the charging of the piezoelectric actuator 18 at time t 3 . From time t 3 to time t 4 , the needle stroke H of the nozzle needle increases substantially continuously until it has reached its maximum value at time t 4 and the injection holes 7 are completely open. In the period from the time t 3 to the time t 4 simultaneously decreases the voltage at the piezoelectric actuator 18 a value U a , that of the pressure in the control chamber 4 is determined. When the maximum values of the needle stroke H are reached at time t 4 , the pressure in the control chamber begins 4 then sink, since with the reaching of the maximum Nadelhubs the nozzle needle 6 no longer in the control chamber 4 inside moves. Simultaneously with the decrease of the pressure in the control chamber 4 Also takes the voltage on the piezoelectric actuator 18 to a value U b .

Das Ende der Kraftstoffeinspritzung am Kraftstoffinjektor wird dadurch eingeleitet, daß zum Zeitpunkt t5 der piezoelektrische Aktuator 18 kontrolliert entladen wird. Die Spannung U an piezoelektrischen Aktuator 18 fällt dann schnell auf null ab, und der piezoelektrische Aktuator 18 zieht sich wieder zusammen. Gleichzeitig übt dann der Stempel 16 keine Kraft mehr auf den Ventilkörper 20 aus und dieser schließt sich wieder. Mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung beginnt sich daraufhin auch die Düsennadel 6 wieder zu schließen. Vom Zeitpunkt t6 an nimmt der Nadelhub H ab, bis zum Zeitpunkt t7 die Düsennadel 6 wieder auf ihrem Ventilsitz aufliegt und der Einspritzvorgang beendet ist.The end of the fuel injection at the fuel injector is initiated by the fact that at time t 5, the piezoelectric actuator 18 discharged in a controlled manner. The voltage U to piezoelectric actuator 18 then drops quickly to zero, and the piezoelectric actuator 18 pulls back together. At the same time then practice the stamp 16 no more force on the valve body 20 and this closes again. With a certain time delay, then also the nozzle needle begins 6 to close again. From the time t 6 to the needle lift H decreases until the time t 7, the nozzle needle 6 rests again on her valve seat and the injection process is completed.

Die Zeitspanne t1 bis t4 gibt also die Dauer der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 und damit des Kraftstof finjektors und die Zeitspanne t3 bis t7 die Einspritzdauer des Kraftstoffinjektors wieder. Die während der Zeitspanne t3 bis t7 eingespritzte Kraftstoffmenge hängt dabei wesentlich von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Düsennadel 6 öffnet, also von der Zeitspanne t3 bis t4. Die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 wird wiederum vom Durchfluß des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 4 in den Rücklauf 14 bestimmt, der durch den als Ablaufdrossel 11 wirkenden Hub des Ventilkörpers 20 festgelegt ist. Der Hub des Ventilkörpers 20 dagegen wird von der Längendehnung des piezoelektrischen Aktuators 18 und damit dem definierten Spannungspuls bei der Aufladung bestimmt und beeinflußt. Durch Änderung des Spannungspulses auf den piezoelektrischen Aktuator 18 läßt sich deshalb der Hub des Ventilkörpers 20 und damit die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 genau einstellen. Es besteht somit die Möglichkeit einer variablen Regelung der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 im Kraftstoffinjektor.The period of time t 1 to t 4 thus gives the duration of the activation of the piezoelectric actuator 18 and thus the fuel finjektors and the time t 3 to t 7, the injection duration of the fuel injector again. The amount of fuel injected during the time period t 3 to t 7 depends essentially on the speed with which the nozzle needle 6 opens, ie from the time t 3 to t 4 . The opening speed of the nozzle needle 6 in turn, the flow of fuel from the control chamber 4 in the return 14 determined by the as a drain throttle 11 acting stroke of the valve body 20 is fixed. The stroke of the valve body 20 on the other hand, it is the length expansion of the piezoelectric actuator 18 and thus the defined voltage pulse during charging determined and influenced. By changing the voltage pulse on the piezoelectric actuator 18 can therefore be the stroke of the valve body 20 and thus the opening speed of the nozzle needle 6 set exactly. There is thus the possibility of a variable regulation of the opening speed of the nozzle needle 6 in the fuel injector.

In 5 ist ein Prinzipschaltbild für einen Regelkreis zur Regelung der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 dargestellt.In 5 is a schematic diagram of a control circuit for controlling the opening speed of the nozzle needle 6 shown.

Der theoretisch einer gewünschten Öffnungsgeschwindigkeit entsprechende Regelungssollwert wird von einem Addierer 30 an den Eingang eines Reglers 32 angelegt. Das Ausgangssignal des Reglers 32 wird einer Endstufe 34 eingegeben, die dem piezoelektrischen Aktuator 18 des Kraftstoffinjektors eine entsprechende Ladung zuführt. Nach dieser Ladungszufuhr wird die Endstufe 34 wieder abgekoppelt. Gleichzeitig wird die am piezoelektrischen Aktuator 18 herrschende Spannung von einem Detektor 38 erfaßt und einer Steuerschaltung 39 in Form eines Mikroprozessors zugeleitet, an dem auch das Sollwertsignal vom Eingang des Regelkreises anliegt.The theoretical desired value theoretically corresponding to a desired opening speed is provided by an adder 30 to the input of a regulator 32 created. The output signal of the controller 32 becomes a power amp 34 entered the piezoelectric actuator 18 the fuel injector supplies a corresponding charge. After this charge is the power amp 34 decoupled again. At the same time, the piezoelectric Actuator 18 prevailing voltage from a detector 38 detected and a control circuit 39 supplied in the form of a microprocessor to which also the setpoint signal from the input of the control loop is applied.

Aus dem während des Einspritzvorgang am piezoelektrischen Aktuator 18 von dem Detektor 38 aufgenommenen Spannungsverlauf, der im wesentlichen die in 4 gezeigte Form hat, be stimmt die Steuerschaltung 39 den Einspritzbeginn und die Nadelöffnungszeit und nimmt dann gegebenenfalls durch Änderung des Vorgabewerts am Addierer 30 Einfluß auf die Aufladung des piezoelektrischen Aktuators 18 und damit auf den Hub des Ventilkörpers 20, der wiederum die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 entsprechend anpaßt.From during the injection process on the piezoelectric actuator 18 from the detector 38 recorded voltage curve, which is essentially the in 4 shown form, be true, the control circuit 39 the start of injection and the needle opening time and then optionally takes place by changing the default value at the adder 30 Influence on the charging of the piezoelectric actuator 18 and thus on the stroke of the valve body 20 which in turn determines the opening speed of the nozzle needle 6 adapts accordingly.

Mit Hilfe des dargestellten Regelkreises besteht also die Möglichkeit, laufend während des Einspritzvorgangs die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel 6 entsprechenden einem gewünschten Verbrennungsverlauf anzupassen.With the help of the control circuit shown so there is the possibility of continuously during the injection process, the opening speed of the nozzle needle 6 appropriate to adapt to a desired combustion process.

Claims (4)

Steuervorrichtung für einen Kraftstoffinjektor zum Regeln der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mit einer Steuerkammer (4), die mit einem Hochdruckspeicher in Verbindung steht, wobei der in der Steuerkammer herrschende Druck auf eine bewegliche Düsennadel (6) des Kraftstoffinjektors wirkt, die Einspritzlöcher (7) im Kraftstoffinjektor freigibt und verschließt, einem angrenzend an die Steuerkammer (4) beweglich angeordneten Ventilkörper (20), der eine mit einem Ventilsitz (43) zusammenwirkende Dichtfläche (22) aufweist, wobei der Ventilkörper durch Abheben seiner Dichtfläche vom Ventilsitz die Steuerkammer (4) mit einem Rücklauf (14) in Verbindung bringt, wobei der Kraftstofffluß von der Steuerkammer (4) in den Rücklauf (14) durch den Hub des Ventilkörpers (20) festgelegt wird, und einem piezoelektrischen Aktuator (18), der in einer Wirkverbindung (16) mit dem Ventilkörper (20) steht, um durch Betätigen des piezoelektrischen Aktuator (18) über die Wirkverbindung den Ventilkörper mit seiner Dichtfläche (22) von dem Ventilsitz abhebt, wobei durch variable Aufladung des piezoelektrische Aktuator eine Längendehnung des piezoelektrischen Aktuators entsprechend einem gewünschten Hub des Ventilkörpers (20) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektor (38) zum Erfassen des Spannungsverlaufs am piezoelektrischen Aktuator (18) während des Einspritzvorgangs, eine Steuerschaltung (39) zum Bestimmen der Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel (6) aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung am piezoelektrischen Aktuators, und eine Ladungsregelung (32, 34) zum Anpassen der Aufladung des piezolelektrischen Aktuators entsprechend einer gewünschten Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel vorgesehen sind.Control device for a fuel injector for controlling the injection of fuel into an internal combustion engine with a control chamber ( 4 ), which communicates with a high-pressure accumulator, wherein the pressure prevailing in the control chamber to a movable nozzle needle ( 6 ) of the fuel injector, the injection holes ( 7 ) in the fuel injector and closes, one adjacent to the control chamber ( 4 ) movably arranged valve body ( 20 ), one with a valve seat ( 43 ) cooperating sealing surface ( 22 ), wherein the valve body by lifting its sealing surface from the valve seat, the control chamber ( 4 ) with a return ( 14 ), whereby the fuel flow from the control chamber ( 4 ) in the return ( 14 ) by the stroke of the valve body ( 20 ), and a piezoelectric actuator ( 18 ), which is in an active compound ( 16 ) with the valve body ( 20 ) by pressing the piezoelectric actuator ( 18 ) via the operative connection the valve body with its sealing surface ( 22 ) lifts off from the valve seat, wherein by variable charging of the piezoelectric actuator, a longitudinal expansion of the piezoelectric actuator corresponding to a desired stroke of the valve body ( 20 ), characterized in that a detector ( 38 ) for detecting the voltage curve on the piezoelectric actuator ( 18 ) during the injection process, a control circuit ( 39 ) for determining the opening speed of the nozzle needle ( 6 ) from the time profile of the voltage at the piezoelectric actuator, and a charge control ( 32 . 34 ) are provided for adjusting the charging of the piezoelectric actuator according to a desired opening speed of the nozzle needle. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (20) eine Ventilkammer (45) umfaßt, die der Steuerkammer (4) gegenüberliegend vor dem Ventilsitz (43) angeordnet ist und mit der Steuerkammer (4) in Verbindung (28, 29, 44) steht, wobei der Ventilkörper mit der Steuerkammer eine erste Wirkfläche (21) und mit der Ventilkammer eine zweite Wirkfläche (25) bildet, wobei die erste Wirkfläche und die zweite Wirkfläche im wesentlichen gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die erste Wirkfläche größer als die zweite Wirkfläche ist.Control device according to claim 1, characterized in that the valve body ( 20 ) a valve chamber ( 45 ), the control chamber ( 4 ) opposite in front of the valve seat ( 43 ) is arranged and with the control chamber ( 4 ) in connection ( 28 . 29 . 44 ), wherein the valve body with the control chamber has a first effective area ( 21 ) and with the valve chamber a second effective area ( 25 ), wherein the first active surface and the second active surface are arranged substantially opposite one another and wherein the first active surface is larger than the second active surface. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wirkfläche (25) des Ventilkörpers (20) durch eine Einschnürung (25) an der Oberseite des Ventilkörpers gebildet wird.Control device according to claim 2, characterized in that the second active surface ( 25 ) of the valve body ( 20 ) by a constriction ( 25 ) is formed at the top of the valve body. Verfahren zum Steuern der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine mittels eines Kraftstoffinjektors, der eine Steuerkammer (4), die mit einem Hochdruckspeicher in Verbindung steht, einen angrenzend an die Steuerkammer beweglich angeordneten Ventilkörper (20), der eine mit einem Ventilsitz (43) zusammenwirkende Dichtfläche (22) aufweist, und einem piezoelektrischen Aktuator (18), der in einer Wirkverbindung (16) mit dem Ventilkörper (20) steht, umfasst, wobei der in der Steuerkammer (4) herrschende Druck auf eine bewegliche Düsennadel (6) des Kraftstoffinjektors wirkt, die Einspritzlöcher (7) im Kraftstoffinjektor freigibt und verschließt, wobei der Ventilkörper (20) durch Abheben seiner Dichtfläche (22) vom Ventilsitz (43) die Steuerkammer (4) mit einem Rücklauf (14) in Verbindung bringt und der Hub des Ventilkörpers (20) beim Abheben seiner Dichtfläche (22) vom Ventilsitz den Kraftstofffluß von der Steuerkammer (4) in den Rücklauf (14) festlegt, und wobei durch Betätigen des piezoelektrischen Aktuators (18) über die Wirkverbindung (16) der Ventilkörper (20) mit seiner Dichtfläche (22) vom Ventilsitz (43) abhebt und der piezoelektrische Aktuator (18) dabei variabel so aufgeladen wird, dass die durch die Aufladung hervorgerufene Längendehnung des piezoelektrischen Aktuators über die Wirkverbindung (16) in einen entsprechenden Hub des Ventilkörpers (20) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Einspritzvorgangs des Kraftstoffinjektors die Spannung am piezoelektrischen Aktuator (18) erfasst wird, aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung am piezoelektrischen Aktuator (18) die Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel (6) im Kraftstoffinjektor bestimmt wird, und die Aufladung des piezoelektrischen Aktuators (18) entsprechend einer gewünschten Öffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel angepaßt wird.Method for controlling the injection of fuel into an internal combustion engine by means of a fuel injector comprising a control chamber ( 4 ) communicating with a high-pressure accumulator, a valve body movably arranged adjacent to the control chamber ( 20 ), one with a valve seat ( 43 ) cooperating sealing surface ( 22 ), and a piezoelectric actuator ( 18 ), which is in an active compound ( 16 ) with the valve body ( 20 ), wherein in the control chamber ( 4 ) prevailing pressure on a movable nozzle needle ( 6 ) of the fuel injector, the injection holes ( 7 ) in the fuel injector and closes, wherein the valve body ( 20 ) by lifting off its sealing surface ( 22 ) from the valve seat ( 43 ) the control chamber ( 4 ) with a return ( 14 ) and the stroke of the valve body ( 20 ) when lifting its sealing surface ( 22 ) from the valve seat, the fuel flow from the control chamber ( 4 ) in the return ( 14 ), and wherein by actuating the piezoelectric actuator ( 18 ) via the active compound ( 16 ) the valve body ( 20 ) with its sealing surface ( 22 ) from the valve seat ( 43 ) and the piezoelectric actuator ( 18 ) is variably charged so that caused by the charge elongation of the piezoelectric actuator via the active compound ( 16 ) in a corresponding stroke of the valve body ( 20 ) is implemented, characterized in that during an injection process of the fuel injector, the voltage at the piezoelectric actuator ( 18 ) is detected, from the time course of the voltage on piezoe lectric actuator ( 18 ) the opening speed of the nozzle needle ( 6 ) is determined in the fuel injector, and the charging of the piezoelectric actuator ( 18 ) is adjusted according to a desired opening speed of the nozzle needle.
DE1999130530 1999-07-01 1999-07-01 Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine Expired - Fee Related DE19930530B4 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999130530 DE19930530B4 (en) 1999-07-01 1999-07-01 Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine
FR0008088A FR2795778B1 (en) 1999-07-01 2000-06-23 DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING FUEL INJECTION USING A FUEL INJECTOR IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999130530 DE19930530B4 (en) 1999-07-01 1999-07-01 Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19930530A1 DE19930530A1 (en) 2001-01-11
DE19930530B4 true DE19930530B4 (en) 2005-08-18

Family

ID=7913411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1999130530 Expired - Fee Related DE19930530B4 (en) 1999-07-01 1999-07-01 Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19930530B4 (en)
FR (1) FR2795778B1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10113560A1 (en) 2001-03-21 2002-09-26 Bosch Gmbh Robert Injection valve, especially for internal combustion engine, has control gradient of control exerted by valve control unit on piezoelectric actuator dependent on fluid feed pressure
DE10303573B4 (en) * 2003-01-30 2011-02-24 Robert Bosch Gmbh Method, computer program, storage medium and control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
DE10311141B4 (en) 2003-03-14 2019-03-28 Robert Bosch Gmbh Method, computer program, storage medium and control and / or regulating device for operating an internal combustion engine, and internal combustion engine, in particular for a motor vehicle
DE102004001358B4 (en) * 2004-01-08 2007-10-04 Siemens Ag Control method and control device for an actuator
DE102004053349A1 (en) * 2004-11-04 2006-05-18 Siemens Ag Fuel injector controlling method for internal combustion engine, involves actuating fuel injection by supplying control pulse to actuator, and supplying conditioning pulse to actuator before fuel injection, during injecting interval
DE102006032779A1 (en) * 2006-07-14 2008-01-17 Siemens Ag Injector for a combustion engine comprises a flow guiding body for producing a defined flow in an outlet
DE102006055487A1 (en) * 2006-11-24 2008-05-29 Robert Bosch Gmbh fuel injector
US7885754B2 (en) * 2007-12-07 2011-02-08 General Electric Company Fuel injection system and method of operating the same for an engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1798339C3 (en) * 1967-09-27 1978-04-06 Physics International Co., San Leandro, Calif. (V.St.A.) Control device for an electromechanical converter
DE4237509A1 (en) * 1992-11-06 1994-05-19 Danfoss As Method and circuit arrangement for charging and discharging a load with a capacitive component
EP0826876A1 (en) * 1996-08-31 1998-03-04 Isuzu Motors Limited A fuel injection device for engines
DE19822503C1 (en) * 1998-05-19 1999-11-25 Siemens Ag Control valve for fuel injector

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3653882B2 (en) * 1996-08-31 2005-06-02 いすゞ自動車株式会社 Engine fuel injector
US5860597A (en) * 1997-03-24 1999-01-19 Cummins Engine Company, Inc. Injection rate shaping nozzle assembly for a fuel injector
DE19741850A1 (en) * 1997-09-23 1999-03-25 Bosch Gmbh Robert Injection valve for fuel injection system for IC engine
GB9725804D0 (en) * 1997-12-06 1998-02-04 Lucas Ind Plc Fuel injector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1798339C3 (en) * 1967-09-27 1978-04-06 Physics International Co., San Leandro, Calif. (V.St.A.) Control device for an electromechanical converter
DE4237509A1 (en) * 1992-11-06 1994-05-19 Danfoss As Method and circuit arrangement for charging and discharging a load with a capacitive component
EP0826876A1 (en) * 1996-08-31 1998-03-04 Isuzu Motors Limited A fuel injection device for engines
DE19822503C1 (en) * 1998-05-19 1999-11-25 Siemens Ag Control valve for fuel injector

Also Published As

Publication number Publication date
FR2795778B1 (en) 2006-09-22
DE19930530A1 (en) 2001-01-11
FR2795778A1 (en) 2001-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0925440B1 (en) Fuel injector
DE19930309C2 (en) Method and device for regulating the injection quantity in a fuel injection valve with a piezo element actuator
DE19640826B4 (en) Storage fuel injection device and pressure control device therefor
EP0845077B1 (en) Fuel injection device for internal combustion engines
EP0949415B1 (en) A fuel injection device for internal combustion engines
EP1825124B1 (en) Method for controlling a piezoelectric actuator and control unit for controlling a piezoelectric actuator
EP1654456B1 (en) Fuel injection device for an internal combustion engine
EP0959243A1 (en) Control valve for a fuel injector
WO2005080785A1 (en) Fuel injection valve for internal combustion engines
DE3039967A1 (en) FUEL INJECTION SYSTEM
DE19910589C2 (en) Injection valve for an internal combustion engine
DE10221384A1 (en) Fuel injection device for an internal combustion engine
DE102009027214B4 (en) Fuel injection device
DE10162651A1 (en) Fuel injection device for an internal combustion engine
DE19930530B4 (en) Apparatus and method for controlling the injection of fuel through a fuel injector in an internal combustion engine
EP1151192B1 (en) Fuel injection valve for internal combustion engines
EP1704315B1 (en) Method for controlling a valve and method for controlling a pump/nozzle device with a valve
EP1241347B1 (en) Fuel injection system for internal combustion engines
DE10205185A1 (en) Fuel injection device for an internal combustion engine
DE10113654A1 (en) Fuel fine injection device for internal combustion engines
EP1260700A1 (en) Fuel injection system for internal combustion engine
EP1651858B1 (en) Fuel injection device for a combustion engine
WO2002103197A1 (en) Fuel injection device for an internal combustion engine
EP1236884A2 (en) Fuel injection device for internal combustion engines
EP1260702A2 (en) A fuel injection system for an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8125 Change of the main classification

Ipc: F02D 41/20

8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee