EP0952333B1 - Fuel injector for fuel injection systems - Google Patents

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EP0952333B1
EP0952333B1 EP19990106924 EP99106924A EP0952333B1 EP 0952333 B1 EP0952333 B1 EP 0952333B1 EP 19990106924 EP19990106924 EP 19990106924 EP 99106924 A EP99106924 A EP 99106924A EP 0952333 B1 EP0952333 B1 EP 0952333B1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
nozzle needle
working
valve
pressure
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP19990106924
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German (de)
French (fr)
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EP0952333A2 (en
EP0952333A3 (en
Inventor
Reinhard Fischer
Karl-Heinz Hoffmann
Heinz Öing
Gregor Dr. Renner
Günter Vogt
Jens-Peter Wobbe
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.)
ERPHI-ELECTRONIC GMBH
P & S PROTOTYPEN UND SONDERMASCHINEN ENTWICKLU
Daimler AG
Original Assignee
Erphi-Electronic GmbH
P & S Prototypen und Sondermaschinen Entwicklungsgesellschaft Mbh
Daimler AG
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Publication date
Priority to DE19817320 priority Critical
Priority to DE1998117320 priority patent/DE19817320C1/en
Application filed by Erphi-Electronic GmbH, P & S Prototypen und Sondermaschinen Entwicklungsgesellschaft Mbh, Daimler AG filed Critical Erphi-Electronic GmbH
Publication of EP0952333A2 publication Critical patent/EP0952333A2/en
Publication of EP0952333A3 publication Critical patent/EP0952333A3/en
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    • F02M55/002Arrangement of leakage or drain conduits in or from injectors
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    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Kraftstoffeinspritzsysteme nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. The invention relates to an injection valve for fuel injection according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Einspritzventile sind aus der EP-A-0 816 670 und aus der US-A-3 635 016 bekannt. Generic injection valves are known from EP-A-0816670 and US-A-3,635,016. Bei der EP-A-0 816 670 kommt die Betätigungskraft aus dem Piezostack, der die Düsennadel betätigt. In EP-A-0816670, the actuating force comes from the piezoelectric stack which actuates the nozzle needle. Durch die Anordnung der drei Kolben, nämlich Verdrängerkolben, Steuerkolben und Arbeitskolben, wird der Weg vergrößert, so dass sich eine definierte Öffnung der Düsennadel einstellt. The arrangement of the three pistons, namely displacement piston, the control piston and the working piston, the path is increased, so that a defined opening of the nozzle needle sets. Das Einspritzventil nach der US-A-3 635 016 funktioniert auf ähnliche Weise, wobei keine Steuerkanten im eigentlichen Sinne vorhanden sind, sondern lediglich eine Übersetzung der Flächenverhältnisse. The injector according to US-A-3,635,016 operates in a similar manner, with no control edges in the true sense are present, but only a translation of the area ratios.

Beiden vorbekannten Einspritzventilen ist gemeinsam, dass in dem System lediglich eine Schwarzweiß-Schaltung vorliegt, wobei die Düsennadel entweder geöffnet oder geschlossen wird bzw. ist. Two prior art injection valves have in common that in the system, only a monochrome circuit is present, wherein the nozzle needle is either open or closed or is.

Die DE 195 19 191 C2 beschreibt ein Einspritzventil, wobei zwischen einem Piezostack und der Düsennadel des Einspritzventiles eine hydraulische Weg-Übersetzungseinheit mit einem Verdrängerkolben und einem dem Verdrängerkolben nachgeschalteten Steuerkolben angeordnet ist. DE 195 19 191 C2 describes an injection valve, wherein a hydraulic path translation unit with a displacer piston and a downstream of the displacement piston control piston is arranged between a piezo stack and the nozzle needle of the injection valve. Nachteilig dabei ist jedoch, dass bei der Wegübersetzung die Betätigungskraft für die Düsennadel zurückgeht. However, a disadvantage is that when travel boost the operating force of the nozzle needle back.

In der DE 195 00 706 A1 ist ein Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen bekannt, welches einen hydraulischen Wegverstärker zur Umsetzung eines Stellweges eines piezoelektrischen Aktors aufweist. In DE 195 00 706 A1 a fuel injection valve for internal combustion engines is known, which comprises a hydraulic Wegverstärker for converting an actuating path of a piezoelectric actuator. Bei diesem Ventil sind fluidzuführende und fluidabführende Kanäle voneinander getrennt, wobei das Fluid durch einen in dem Ventilgehäuse angeordneten Kanal in einen Ringraum geführt wird. In this valve fluidzuführende and fluidabführende channels are separated from each other, wherein the fluid is passed through a valve arranged in the housing passage into an annular space. Nachteilig bei diesem Einspritzventil ist jedoch, dass zwar der Weg verstärkt wird, gleichzeitig jedoch über das Hebelgesetz die Betätigungskraft verringert wird. The disadvantage of this injector, however, is that while the path is amplified at the same time, however, about the law of the lever, the operating force is reduced. Nachteilig ist weiterhin, dass der Kanal das Kraftstoff-Einspritzventil während der Zuführung von Kraftstoff in den Ringraum einer Biegespannung unterwirft. A further disadvantage is that the channel is subjected to the fuel injection valve during the delivery of fuel into the annulus to a bending stress.

Zum weiteren Stand der Technik wird auf die EP 0 218 895 B1 verwiesen, aus der ein Zumessventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen mit einem piezoelektrischen Stellglied bekannt ist. For further prior art reference is made to EP 0218895 B1, from a metering valve for metering liquids or gases with a piezoelectric actuator is known. Auf das piezoelektrische Stellglied wirkt dabei direkt der Druck, mit welchem das Ventil beaufschlagt wird. In the piezoelectric actuator acts directly thereby the pressure at which the valve is subjected. Bei den in Kraftstoffeinspritzsystemen auftretenden Drücken von ca. 1000 bar ist eine exakte Funktion des Ventiles aufgrund von Stellwegverlusten der Ventilnadel nicht mehr gewährleistet. an exact function of the valve due to Stellwegverlusten the valve needle is no longer guaranteed when occurring in fuel injection pressures of about 1000 bar. Nachteilig ist weiterhin auch, dass nach dem Abheben der Ventilnadel aus dem Ventilsitz der Kraftstoff durch den entstehenden Spalt unkontrollierbar in den Brennraum einspritzt. A further disadvantage is also that injects after lifting the valve needle from the valve seat of the fuel through the resulting gap uncontrollably into the combustion chamber.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem eine Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit und präzise und ohne Kraftverlust durch eine Weg-Übersetzung möglich ist. The present invention has for its object to provide an injector of the aforementioned type with which a fuel injection with high accuracy and precision and without loss of power is possible by way translation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. According to the invention this object is solved by the features of the characterizing part of claim 1.

Durch den Einsatz eines hydraulischen Folgeverstärkers in Form eines Arbeitskolbens ist es möglich, das System kräftemäßig zu entkoppeln. Through the use of a hydraulic follower amplifier in the form of a working piston, it is possible to decouple the system in terms of force. Dabei wird der Weg des Piezostacks auf einen Verdrängerkolben übertragen. Here, the way of the piezo stack is transferred to a displacer. Ein dem Verdrängerkolben nachgeschalteter Steuerkolben, der den durch den Piezostack erzeugten Verstellweg vergrößert, bewegt sich mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis in Richtung Düsennadel. A downstream control the displacer piston, which increases the displacement generated by the piezoelectric stack, moving with a predetermined transmission ratio in the direction of the nozzle needle. Über den Arbeitskolben, der die Stellkraft erhöht, erfolgt dann die Betätigung der Düsennadel. About the working piston which increases the force, then the actuation of the nozzle needle.

Die erfindungsgemäße Wegverstärkung ist von der Kraft entkoppelt, weil die Kraftaufbringung für das Öffnen der Düsennadel nur über den Systemdruck, zB einem Raildruck, erfolgt. The path gain invention is decoupled from the force because the force application, takes place for the opening of the nozzle needle just above the system pressure, for example, a rail pressure. Da man keinen Kraftverlust in der Übersetzung bekommt, hat die Piezostackstellung auch keinen negativen Einfluss auf die Öffnung der Düsennadel. As you get no loss of strength in the translation, the piezo stack position also has no negative impact on the opening of the nozzle needle.

Durch die erfindungsgemäße Schiebehülse mit ihrer Vorsteuer- und ihrer Rücksteuerkante anstelle eines Kegelsitzes oder einer Kugel erfolgt eine definierte Regelung anstelle einer Schwarzweiß-Schaltung, wobei lediglich gegen einen mechanischen Anschlag gefahren wird. The inventive sliding sleeve with its pilot and its rear control edge instead of a cone or a ball seat, a defined scheme instead of a W-circuit takes place, being driven only against a mechanical stop. Über die Schiebehülse erfolgt eine Wegsteuerung, wobei über die Rücksteuerkanten ein bestimmter Querschnitt freigegeben wird, wodurch der Raildruck den Arbeitskolben bewegt und damit gleichzeitig auch die Schiebehülse, wobei der Weg vom Steuerkolben vorgegeben wird. On the sliding sleeve takes place a path control in which a certain cross-section is enabled via the rear control edges, whereby the rail pressure moves the piston and thus also the sliding sleeve, wherein the path is specified by the control piston. Auf diese Weise wird eine geregelte Einspritzung und nicht lediglich eine Auf- und Zuschaltung erreicht. In this way, a controlled injection and not only an opening and closing control is achieved.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass für einen hydraulischen Längenausgleich für die Düsennadel zwischen der Düsennadel und dem Arbeitskolben ein Druckstück angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Druckstück und dem Arbeitskolben ein Längenausgleichsraum mit einer Ausgleichsfeder befindet. In a very advantageous embodiment of the invention may be further provided, that a pressure piece is arranged for a hydraulic length compensation for the nozzle needle between the nozzle needle and the working piston, wherein a length compensation space located between the pressure piece and the working piston with a compensating spring.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein hydraulischer Längenausgleich für die Düsennadel bedingt durch thermische und hydraulische Längenänderungen erreicht. This inventive configuration of a hydraulic length compensation for the nozzle needle is caused achieved by thermal and hydraulic changes in length.

Das erfindungsgemäße Einspritzventil ist mit dem gleichen Wirkprinzip für sowohl nach außen als auch nach innen öffnende Düsennadeln geeignet. The injection valve according to the invention is suitable with the same active principle for opening both externally and internally nozzle needles.

Vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nachfolgend, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen. Advantageous further developments and embodiments of the invention emerge from the remaining dependent claims and from the below, described in principle with reference to the drawing embodiments.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 Fig. 1
eine Gesamtdarstellung eines erfindungsgemäßen Einspritzventils, an overall view of an injection valve according to the invention,
Fig. 2 Fig. 2
eine Ausschnittvergrößerung des Kreises "X" in der Fig. 1, an enlargement of the circle "X" in Fig. 1,
Fig. 3 Fig. 3
einen Schnitt durch ein Einspritzventil mit einer nach innen sich öffnenden Düsennadel, und a section through an injection valve with an inwardly opening nozzle needle, and
Fig. 4 Fig. 4
eine Ausschnittvergrößerung des Kreises "Y" in der Fig. 3. an enlargement of the circle "Y" in FIG. 3.

Das in der Figur 1 dargestellte Einspritzventil 1 weist ein Injektorgehäuse 2, eine Piezoführung 3, in welcher ein Piezostack 4 angeordnet ist, und ein mit dem Injektorgehäuse 2 mittels einer Überwurfmutter 5 verbundenes Ventilgehäuse 6 auf. The injection valve 1 shown in Figure 1 comprises an injector 2, a piezo guide 3, in which a piezoelectric stack 4 is arranged, and one end connected to the injector housing 2 by means of a union nut 5 valve body 6. In dem Ventilgehäuse 6 ist eine Ventilverschließeinrichtung 7 verschiebbar angeordnet. In the valve housing 6, a valve closing 7 is slidably disposed.

Die Ventilverschließeinrichtung 7 weist einen Stößel 8 als Düsennadel mit einem Ventilschaft 9 auf, in welchem der Stößel 8 eingepasst ist. The valve closing 7 has a plunger 8 as a nozzle needle having a valve stem 9, which is fitted into the plunger. 8

An dem dem Brennraum zugewandten Ende des Ventilschaftes 9 ist ein Dichtglied in Form eines Absatzes 10 vorgesehen. At the end facing the combustion chamber end of the valve shaft 9, a sealing member in the form of a shoulder 10 is provided. Das Ventilgehäuse 6, der Absatz 10 und eine mit dem Ventilschaft 9 fest verbundene Trenneinrichtung, die als Druckausgleichszylinder 11 ausgebildet ist, bilden einen im Betrieb mit Kraftstoff gefüllten Ringspalt 12. Aus dem Ringspalt 12 wird bei geöffnetem Ventil 1 eine genau dosierte Kraftstoffmenge in einen Brennraum, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, eingespritzt. The valve housing 6, the shoulder 10 and integral with the valve shaft 9 separating means is constructed as a pressure equalizing cylinder 11, form a filled during operation with fuel annular gap 12. From the annular gap 12 is open, valve 1 a precisely metered amount of fuel into a combustion chamber which is not shown in the drawing, is injected. Hierzu dient ein Durchflussbegrenzer 13, der mit einer Federeinrichtung 14 an eine Querschnittsfläche des Absatzes 10 des Ventilschaftes 9 gedrückt wird. This purpose, a flow restrictor 13, which is pressed with a spring means 14 to a cross-sectional surface of the shoulder 10 of the valve stem. 9 Die Federeinrichtung 14 stützt sich an einem zylinderförmigen Anschlag 15 ab. The spring device 14 is supported on a cylindrical stop 15th

Zwischen der Piezoführung 3 und dem Injektorgehäuse 2 ist ein Ringraum 16 gebildet, in den eine dem Ventil 1 kraftstoffzuführende Leitung 17 mündet. Between the piezo guide 3 and the injector housing 2, an annular space 16 is formed, opening into which a valve 1 kraftstoffzuführende line 17th Von hier aus strömt der Kraftstoff über Bohrungen 18 in den Ringspalt 12. From here, the fuel through holes 18 flows into the annular gap 12th

Der Piezostack 4 liegt vollständig im Niederdruckbereich von kraftstoffabführenden Kanälen und wird somit nicht durch den mit sehr hohem Druck zugeführten Kraftstoff in seiner Wirkungsweise beeinträchtigt. The piezoelectric stack 4 is located completely in the low pressure range of kraftstoffabführenden channels and thus is not affected by the supplied fuel at very high pressure in its mode of action. Die Rückströmung von Kraftstoff erfolgt in diesem Druckbereich in einer Längsnut 19, wo es an dem von dem Brennraum abgewandten Ende des Piezostacks 4 aus dem Ventil 1 austritt. The return flow of fuel is carried out in this pressure range, in a longitudinal groove 19, where it emerges at the end remote from the combustion chamber end of the piezoelectric stack 4 from the valve. 1

Wird der Piezostack 4 mit einer Steuerspannung beaufschlagt, so bewirkt dies in bekannter Weise eine Längung des Piezostacks 4, womit die Ventilschließeinrichtung 7 öffnet, da zwischen dem Absatz 10 des Ventilschaftes 9 und einem Ventilsitz 6 bzw. dem Durchflußbegrenzer 13 ein entsprechender Spalt entsteht. When the piezoelectric stack 4 applied with a control voltage, this causes in known manner, an elongation of the piezoelectric stack 4, with which the valve closing means 7 opens, since a corresponding gap arises between the shoulder 10 of the valve stem 9 and a valve seat 6 or the flow restrictor. 13 Zur Beendigung des Einspritzvorganges wird die Steuerspannung abgeschaltet, womit sich der Piezostack 4 entsprechend wieder auf seine ursprüngliche Länge verkürzt. To terminate the injection event, the control voltage is switched off, thus completing the piezoelectric stack 4 correspondingly shortened to its original length. Die Rückstellung der Düsennadel 8 bewirkt eine Düsennadelfeder 51, die sich an einem Ringbund 55 der Düsennadel 8 abstützt. The provision of the nozzle needle 8 causes a nozzle needle spring 51, which is supported on an annular collar 55 of the nozzle needle. 8

Aus der Fig. 2 wird die Kraftübertragung von dem Piezostack 4 auf die Düsennadel 8 zu dessen Öffnung ersichtlich. the power transmission from the piezoelectric stack 4 on the nozzle needle 8 to the opening of which is seen in FIG. 2. Der Piezostack 4 ist von einem mit einer stirnseitigen Dichtkappe versehenen Schutzrohr 20 umgeben. The piezoelectric stack 4 is surrounded by a provided with an end sealing cap thermowell 20th Die Dichtkappe des Schutzrohres 20 ist in axialer Richtung zwischen dem Piezostack 4 und einem Verdrängerkolben 21 angeordnet und betätigt somit diesen bei einer Längung des Piezostackes 4. In axialer Richtung vor dem Verdrängerkolben 21 - bezogen auf den Brennraum - befindet sich ein Steuerkolben 22. Der Steuerkolben 22 besitzt eine kleinere wirksame Druckfläche wie der Verdrängerkolben 21. Die hydraulischen Übersetzungsverhältnisse ergeben sich aus den unterschiedlichen Geometrien bzw. Durchmesserverhältnissen von Verdrängerkolben 21 und Steuerkolben 22. Durch mehrere hintereinander angeordnete Tellerfedern 23, die sich in einer Druckausgleichskammer 24 befinden, wird eine Piezostackvorspannung erreicht. The sealing cap of the protective tube 20 is arranged in axial direction between the piezoelectric stack 4 and a displacing piston 21 and thus actuates at a elongation of the piezo Tackes 4. In the axial direction in front of the displacer piston 21 - in relation to the combustion chamber - is a control piston 22. The control piston 22 has a smaller effective pressure area as the displacer piston 21. the hydraulic gear ratios resulting from the different geometries or diameter ratios of displacer piston 21 and control piston 22 through a plurality of successively arranged cup springs 23, which are located in a pressure equalizing chamber 24, is achieved Piezostackvorspannung. Der Druckausgleichsraum 24 ist mit Prüföl oder mit Kraftstoff gefüllt. The pressure equalization chamber 24 is filled with test oil or fuel. Die Füllung bzw. ein Druckausgleich erfolgt über gezielte Leckagen zwischen dem Steuerkolben 22, dem Verdrängerkolben 21 und dem umgebenden Zylindergehäuse 25. In das Zylindergehäuse 25 mündet ein Zulauf 26, der mit dem Zulaufringraum 16 in Verbindung steht. The filling and a pressure equalization takes place through targeted leakage between the control piston 22, the displacer 21 and the surrounding cylinder housing 25. In the cylinder housing 25, an inlet 26, which communicates with the inlet annular chamber 16 opens. Auf diese Weise ist das Zylindergehäuse 25 axial und verdrehsicher angeordnet. In this way, the cylinder housing 25 is arranged axially and rotationally. Durch das vorgegebene Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verdrängerkolben 21 und dem Steuerkolben 22 wird der Steuerkolben 22 mehr bewegt als der Verdrängerkolben 21. By the predetermined transmission ratio between the displacer 21 and the control piston 22 of the control piston 22 is moved more than the displacer 21st

Von dem Zulauf 26 aus wird über eine Ringnut 27 und eine Schrägbohrung 28, die in dem Steuerkolben 22 angeordnet sind, ein Ringraum 29 mit Systemdruck (Raildruck) aus dem Ringraum 16 beaufschlagt. From the inlet 26 from, is applied to an annular chamber 29 with a system pressure (rail pressure) from the annular chamber 16 via an annular groove 27, and an oblique bore 28 which are disposed in the control piston 22nd Der Ringraum 29 wird zwischen dem Steuerkolben 22 und einer Schiebehülse 30 gebildet. The annular space 29 is formed between the control piston 22 and a sliding sleeve 30th

Erhält der Piezostack 4 eine Steuerspannung, so werden in Pfeilrichtung B das Schutzrohr 20, der Verdrängerkolben 21 und der Steuerkolben 22 verschoben, wobei sich eine Vorsteuerkante 31 zwischen dem Steuerkolben 22 und der Schiebehülse 30 öffnet, womit eine Hochdruckverbindung über den Ringraum 29 zu einer Bohrung 32 in der Schiebehülse 30 geschaffen wird und damit zu einem damit verbundenen Arbeitszylinder bzw. Arbeitsdruckraum 33, der radial zwischen der Schiebehülse 30 mit einer Rücklaufsteuerkante 36 und dem Zylindergehäuse 25 und axial zwischen einer Stirnwand des Zylindergehäuses 25 und einem Arbeitskolben 34 angeordnet ist. the piezoelectric stack 4 receives a control voltage, so in the direction of arrow B, the protective tube 20, the displacer 21 and the control piston 22 to be moved, with a pilot edge 31 between the control piston 22 and the sliding sleeve 30 opens, whereby a high-pressure connection via the annulus 29 to a bore is provided in the sliding sleeve 30 32 and thereby to an associated working cylinder and working pressure chamber 33 which is disposed radially between the sliding sleeve 30 with a return control edge 36 and the cylinder housing 25 and axially between an end wall of the cylinder housing 25 and a working piston 34th Durch die Beaufschlagung des Arbeitsdruckraumes 33 mit Hochdruck wird der Arbeitskolben 34 weggleich dem Steuerkolben 22 in Pfeilrichtung B verschoben. By pressurizing the working pressure space 33 to high pressure of the working piston 34 is displaced weggleich the control piston 22 in the direction of arrow B. Aufgrund der Vorspannfeder 35 folgt die Schiebehülse 30 dem Arbeitskolben 34 und dichtet mit der Rücklaufsteuerkante 36 den Druckraum 33 ab. Due to the biasing spring 35, the sliding sleeve 30 follows the working piston 34 and seals to the return control edge 36 from the pressure chamber 33. Die Schiebehülse 30 folgt dem Arbeitskolben 34 solange, bis sie wieder auf die Vorsteuerkante 31 zwischen dem Steuerkolben 22 und der Schiebehülse 30 trifft bzw. diese Steuerkante absperrt. The sliding sleeve 30 follows as long as the working piston 34 until it again encounters the pilot edge 31 between the control piston 22 and the sliding sleeve 30 and shuts off this control edge. Dadurch ist der Arbeitsdruckraum 33 hydraulisch dicht und der Arbeitskolben verharrt in dieser Position. Characterized the working pressure chamber 33 is hydraulically sealed and the working piston remains in this position. Wie ersichtlich, gibt der Verdrängerkolben 21 den Weg für den aus dem Verdrängerkolben 21, dem Steuerkolben 22, der Schiebehülse 30 und dem Arbeitskolben 34 bestehenden Folgeverstärker vor, der anschließend auf die Düsennadel 8 umgesetzt wird. As can be seen, the displacer piston 21 is in front of the way for the displacer from the 21, the control piston 22, the sliding sleeve 30 and the working piston 34 existing sequence amplifier which is then reacted on the nozzle needle. 8

Aufgrund der Durchmesserunterschiede der wirksamen Kolbenflächen zwischen dem Verdrängerkolben 21 und dem Steuerkolben 22 erhält man den größeren Weg des Steuerkolbens 22. Due to the differences in diameter of the effective piston areas between the displacer 21 and the control piston 22 one obtains the greater distance of the spool 22nd

Wird die Steuerspannung von dem Piezostack 4 zurückgenommen, wird der Verdrängerkolben 21 durch die Tellerfedern 23 zurückgedrückt. If the control voltage to be withdrawn from the piezo stack 4, the displacer piston 21 is pushed back by the disc springs 23rd Die Volumenzunahme in der Druckausgleichskammer 24 ermöglicht es der Rückstellfeder 52, die zwischen der Düsennadel 8 und einer axialen stirnseitigen Vertiefung des Steuerkolbens 22 vorgespannt ist, den Steuerkolben 22 mit der Schiebehülse 30 entgegen der Pfeilrichtung B zurückzubewegen. The volume increase in the pressure balancing chamber 24 enables the return spring 52, which is biased 8 and an axial end-side recess of the control piston 22 between the nozzle needle to move back the control piston 22 with the sliding sleeve 30 counter to the direction of the arrow B. Dadurch entsteht ein Ringspalt 38 zwischen Rücklaufsteuerkante 36 und Arbeitskolben 34, der es ermöglicht, dass aus dem Arbeitszylinder 33 Öl abfließt in Richtung Druckstück 42 und weiter in die Längsnut 19. Dieser Volumenabfluss ermöglicht, dass der Arbeitskolben 34 wieder in seine Ausgangslage zurückgeht. This creates an annular gap 38 between the return control edge 36 and working piston 34, which makes it possible that from the working cylinder 33 oil flows in the direction of pressure piece 42, and further 19 into the longitudinal groove This volume outflow allows the working piston 34 back again into its starting position.

Ein hydraulischer Längenausgleichsraum 39 für die Düsennadel 8, bedingt durch thermische und hydraulische Längenänderungen, wird auf diese Weise durch das Zylindergehäuse 25, den Arbeitskolben 34, der Ausgleichsfeder 40, der Ausgleichsbohrung 41 und dem Druckstück 42 gebildet. A hydraulic length compensation space 39 for the nozzle needle 8 due to thermal and hydraulic changes in length is formed in this way by the cylinder housing 25, the working piston 34, the balancing spring 40 of the balancing bore 41 and the pressure piece 42nd Längenänderungen und dadurch Volumenänderungen werden durch die Bohrung 41 kompensiert. Changes in length and thus volume changes are compensated by the bore 41st Auf diese Weise liegt auch dann, wenn zB die Düsennadel 8 gestaucht ist, der Arbeitskolben 34 definiert immer an der Rücklaufsteuerkante 36 an. In this way is, even if for example, the nozzle needle is swaged 8, the working piston 34 is always defined on at the return control edge 36th

Das Schutzrohr 20 hat die Aufgabe dafür zu sorgen, dass der Piezostack 4 nicht mit Kraftstoff in Berührung kommt. The protective tube 20 has to make the task that the piezo stack 4 is not in contact with fuel.

Ein hydraulischer Längenausgleich des Piezostacks 4 wird über die gezielte Leckage des Steuerkolbens 22 und einer am Außendurchmesser des Verdrängerkolbens 21 eingearbeiteten Kapillare erreicht, über die Leckage in die Rückleitung bzw. die Längsnut 19 gelangt. A hydraulic length compensation of the piezo stack 4 is achieved via the direct leakage of the control piston 22 and an incorporated at the outer diameter of the displacer 21 capillary passes through the leakage in the return line or the longitudinal groove 19th

Praktisch liegen zwei Systeme vor, einmal auf der Piezostackseite und einmal auf der Düsennadelseite, wobei die Teile stets unter Vorspannung stehen und damit immer ein Kontakt gewährleistet ist und zwar unabhängig von Längendehnungseffekten oder Temperaturdifferenzen. Practically, there are two systems before, even on the piezoelectric stack side and once on the nozzle needle side, with the parts always are under prestress and thus a contact is always ensured regardless of length expansion effects or temperature differences. Wichtig ist hierzu auch, dass der Leckagezulauf in die Druckausgleichskammer 24 etwa der Menge entspricht, die über die Leckageleitung in dem Verdrängerkolben 21 (Kapillare) aus ihr abläuft. this is also important that the leakage inflow into the pressure equalizing chamber 24 corresponds approximately to the amount which proceeds via the leakage line in the displacer 21 (capillary) from it.

Dies bedeutet auch, dass der Druck in der Druckausgleichskammer 24 kleiner sein muss als die Federkraft der Rückstellfeder 52. Die Tellerfedern 23 sorgen dabei dafür, dass der Verdrängerkolben 21 immer an dem Piezostack 4 anliegt und damit der Piezostack 4 gleichzeitig vorgespannt ist. This also means that the pressure in the pressure balancing chamber 24 must be less than the spring force of the return spring 52. The plate springs 23 ensure thereby that the displacer piston 21 is always applied to the piezoelectric stack 4 and thus the piezoelectric stack 4 is biased at the same time.

Die mechanische Leistungsfähigkeit des Piezostackes 4 wird ausschließlich für die Ventilpositionierung verwendet. The mechanical performance of the piezo Tackes 4 is used exclusively for valve positioning. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Kraftverstärkung mit dem Piezostack 4 direkt nichts zu tun hat. This means in other words that the booster has nothing directly to do with the piezoelectric stack. 4 Es wird also nicht die Piezokraft für die Betätigung der Düsennadel 8 verwendet, sondern alleine der Druck, der in dem Druckraum des Arbeitszylinders 33 aufgebracht wird, und dieser Druck entspricht proportional der Stellkraft. It is thus not used, the piezo force for actuating the nozzle needle 8, but is applied in the pressure space of the working cylinder 33 alone, the pressure, and this pressure will be proportionate to the force.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezog sich auf eine Düsennadel 8, die nach außen öffnet, wobei die Wegrichtung des Piezostacks 4 der Wegrichtung der Düsenöffnung entspricht. The embodiment described above referred to a nozzle needle 8, which opens to the outside, wherein the traveling direction of the piezoelectric stack 4 corresponds to the path direction of the nozzle opening. Es ist vorteilhaft, den Leckölabfluss über die Längsnut 19 auf 3 bis 5 bar Gegendruck zu halten (Hohlraumbildung, Kavitation). It is advantageous to keep the bar leakage oil outflow via the longitudinal groove 19 to 3 to 5 counter-pressure (cavitation, cavitation).

In den Figuren 3 und 4 ist ein Einspritzventil dargestellt, bei dem die Düsennadel 8' zum Einspritzen von Kraftstoff nach innen öffnet. In the figures 3 and 4, an injection valve is shown in which the nozzle needle 8 'is open for injecting fuel to the inside. Dies bedeutet, die Betätigungsrichtung des Piezostackes 4' ist umgekehrt zur Betätigungsrichtung der Düsennadel 8'. This means that the operating direction of the piezo Tackes 4 'is reversed to the operating direction of the nozzle needle 8'. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die die gleiche Funktion haben wie die bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 auch die gleichen Bezugszeichen - mit einem entsprechenden Index versehen - verwendet. In this embodiment, the parts having the same function as that in the embodiment according to Figures 1 and 2 the same reference characters - provided with a corresponding index - is used.

Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist zum Zuführen von Raildruck keine Ringleitung 16 vorgesehen, sondern eine Stichleitung 43. Für den Rücklauf von Kraftstoff ist eine Leckageleitung 44 vorgesehen. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, no ring line 16 is provided for supplying rail pressure, but a branch line 43. For the return of fuel is a fuel return line 44 is provided. Die Piezovorspannung kann wieder in der Druckausgleichskammer 24' durch Teller, oder Spiralfedern 23', eingestellt werden. The Piezovorspannung can again in the pressure equalizing chamber 24 'through plate or coil springs 23' can be adjusted. Bei diesem Einspritzventilsystem muss ja eine Wegumkehr stattfinden, wenn der Piezostack 4' betätigt wird. In this injector system Yes a Wegumkehr must take place when the piezoelectric stack 4 is operated '. In diesem Fall ist der Raum, in welchem sich eine Feder 56 befindet, nur ein Entlüftungsraum. In this case, the space in which a spring is 56, only one venting chamber. Die Druckausgleichskammer 24' hingegen wird bei einer Steuerspannung 4' zusammengedrückt. The pressure equalizing chamber 24 ', however, is by a drive voltage 4' is compressed. Darüber wirkt in der Druckausgleichskammer 24' eine Durchmesserdifferenz. In acting in the pressure equalization chamber 24 'has a diameter difference. Die unterschiedlichen Durchmesser der wirksamen Kolbenflächen des Verdrängerkolbens 21' und des Steuerkolbens 22' um die gewünschten Übersetzungsverhältnisse und damit einen größeren Weg des Steuerkolbens 22' zu erreichen, ergeben sich aus einer kleineren wirksamen Stirnfläche 46, die in Richtung Piezostack 4' wirkt, im Vergleich zu einer wirksamen Stirnfläche von 21', die in Richtung Düsennadel 8' gerichtet ist. The different diameters of the effective piston area of ​​the displacer 21 'and of the control piston 22' to provide the desired gear ratios and thus a larger path of the control piston 22 'to achieve, resulting from a smaller effective end face 46 in the direction of the piezo stack 4' acts, as compared to an effective end surface of 21 'in the direction of the nozzle needle 8' is directed. Wird durch eine Steuerspannung 4' die Druckausgleichskammer 24' verkleinert, findet ein Druckaufbau in diesem Raum statt, der den Steuerkolben 22' entgegengesetzt zur Wirkrichtung des Piezostack 4' in Pfeilrichtung C betätigt. Is a control voltage 4 ', the pressure equalizing chamber 24' decreases, is a pressure build-up in that space instead of the control piston 22 'opposite to the operating direction of the piezoelectric stack 4' are actuated in the direction of arrow C. Bei dieser Verschieberichtung des Steuerkolbens 22' nimmt er die Schiebehülse 30' ebenfalls in Richtung C mit. In this direction of displacement of the control piston 22 'it takes the sliding sleeve 30' also in the direction C with. Durch diese Verschiebung findet eine Entlastung in einem Arbeitszylinder 33' statt, der dem Arbeitszylinder nach dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 entspricht. Through this shift, a discharge takes place in a working cylinder 33 'instead, which corresponds to the working cylinder according to the embodiment of Figures 1 and 2. FIG. Die Druckentlastung in dem Arbeitszylinder 33' findet in die Leckageleitung 44 über Bohrungen 48 in dem Arbeitskolben 34' statt. The pressure relief in the working cylinder 33 'takes place in the leakage line 44 via bores 48 in the working piston 34' instead. Da man bei diesem Ausführungsbeispiel eine Wegumkehr hat, bedeutet dies, dass die Vorsteuerkante 31' zur Schließung der Düsennadel 8' führt und die Rücklaufsteuerkante 36' zwischen der Schiebehülse 30' und dem Arbeitskolben 34' zur Öffnung der Düsennadel 8' führt und damit eine Verbindung zwischen der Zuleitung 43 und Einspritzlöchern 49 zur Kraftstoffeinspritzung geschaffen wird. Since it has a Wegumkehr in this embodiment, it means that the pilot edge 31 leads 'to the closure of the nozzle needle 8' and the return control edge leads 'between the sliding sleeve 30' and the working piston 34 'to the opening of the nozzle needle 8' 36 and thus a connection is provided between the lead 43 and injection holes 49 to the fuel injection.

Zur Schließung der Einspritzlöcher 49 nach Entfernen der Steuerspannung von dem Piezostack 4' erfolgt über die Vorsteuerkante 31' wieder ein Druckaufbau in dem Arbeitszylinder 33', da die Schiebehülse 30' mit Rücklaufsteuerkante 36' auf den Arbeitszylinder 34' aufläuft und damit die Verbindung zu der Leckageleitung 44 unterbricht. In order to close the injection holes 49 by removing the control voltage from the piezoelectric stack 4 'via the pilot edge 31' again a pressure build-up in the working cylinder 33 ', as the sliding sleeve 30' runs back flow control edge 36 'of the working cylinder 34', and thus the connection to the leakage line 44 interrupts. Dies bedeutet, wenn die Düsennadel 8' sich in ihrer Schließstellung befindet, steht in dem Druckraum des Arbeitszylinders 33' stets der volle Systemdruck an, denn über die Vorsteuerkante 31' in Verbindung mit dem Zulauf 26' und einem Ringraum 50 zwischen der Schiebehülse 30' und dem Steuerkolben 22' wird der Druckraum des Arbeitszylinders 33' über Schrägbohrungen 53 in der Schiebehülse 30' mit dem vollen Systemdruck versehen. This means that if the nozzle needle 8 'is in its closed position, is in the pressure chamber of the working cylinder 33' to always full system pressure because via the pilot edge 31 'in communication with the inlet 26' and an annular space 50 between the sliding sleeve 30 ' and the control piston 22 via inclined bores 53 in the sliding sleeve 'of the pressure chamber of the working cylinder 33' is provided 30 'with the full system pressure. Verschiebt sich nämlich der Arbeitskolben 34' geringfügig, so öffnet sich sofort die Vorsteuerkante 31' und stellt damit die Verbindung zur Hochdruckseite über diese Kante her. namely moves the working piston 34 'slightly, so immediately the pilot edge 31' opens and thus provides the connection to the high pressure side of this edge forth. Nur wenn der Steuerkolben 22' in Richtung C aufgrund einer Steuerspannung des Piezostacks 4' verschoben wird, baut sich der Druck in dem Arbeitszylinder 33' entsprechend ab und die Düsennadel 8' kann zur Einspritzung von Kraftstoff öffnen. Only when the control piston 22 is shifted 'in direction C due to a control voltage of the piezoelectric stack 4', the pressure in the working cylinder 33 builds 'accordingly and the nozzle needle 8' can be opened for injecting fuel.

Die Kraftstoffversorgung für die Druckausgleichskammer 24' erfolgt über einen Verbindungskanal 54 in dem Steuerkolben 22' zum Zulauf 26 über einen Bund in dem Steuerkolben 22'. The fuel supply for the pressure equalizing chamber 24 'via a connecting channel 54 in the control piston 22' to the inlet 26 via a collar in the spool 22 '.

Ebenso wie durch die Spiralfeder 35 bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 erfolgt eine Anpressung der Schiebehülse 30' durch eine Tellerfeder 35' an den Arbeitskolben 34'. As with the embodiment of Figures 1 and 2, a contact pressure of the sliding sleeve 30 is effected by the coil spring 35 'by a plate spring 35' to the working piston 34 '. Die Rückstellung des Steuerkolbens 22' erfolgt durch eine Tellerfeder 52', die sich an dem Verdrängerkolben 34' abstützt. The provision of the control piston 22 'is carried by a plate spring 52', which is supported on the displacement piston 34 '.

Es ist auch hier von Vorteil, den Leckölabfluss über die Längsnut 19 auf 3 bis 5 bar Gegendruck zu halten. It is also advantageous to keep the leak oil drain on the longitudinal groove 19 to 3 to 5 bar backpressure.

Claims (5)

  1. Injection valve for fuel injection systems with an injector housing (2) in which a piezo stack (4) is disposed, and, joined to the injector housing (2), a valve housing (6) in which a valve closure unit (7) with a nozzle needle (8) operable by the piezo stack (4) is slidingly arranged, a return system being provided, by means of which the valve closure unit (7) can be returned, a displacement piston (21) operated by the piezo stack (4) and a control piston (22), downstream of the displacement piston (21), for increasing the displacement path being disposed between the piezo stack (4) and the nozzle needle (8) of the valve closure unit (7), and a working piston (34) is provided which operates the nozzle needle (8) and increases operating force to produce a hydraulic amplification,
    characterised in that
    a sliding sleeve (30) is disposed between the control piston (22) and the working piston (34), on which a front control edge (31) and a rear control edge (36) are provided in order to build up pressure and reduce pressure in a working chamber of a working cylinder (33) disposed between the control piston (22) and the working piston (34).
  2. Injection valve as claimed in claim 1,
    characterised in that
    a pressure piece (42) is provided between the nozzle needle (8) and the working piston (34) in order to obtain a hydraulic length compensation for the nozzle needle (8), a length-compensating chamber (39) with a compensating spring (40) being disposed between the pressure piece (42) and the working piston (34).
  3. Injection valve as claimed in one of claims 1 or 2,
    characterised in that
    if the nozzle needle (8) opens inwards in the direction opposite the piezo-operation, a diversion is operated between the displacement piston (21) and the control piston (22).
  4. Injection valve as claimed in one of claims 1 to 3,
    characterised in that
    the piezo stack (4) is enclosed by a piezo guide (3).
  5. Injection valve as claimed in claim 4,
    characterised in that
    an annular chamber (16) into which a fuel delivery line (17) opens is formed between the piezo guide (3) and the injector housing (2).
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