EP1382838A2 - Fuel injector - Google Patents
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- EP1382838A2 EP1382838A2 EP03012488A EP03012488A EP1382838A2 EP 1382838 A2 EP1382838 A2 EP 1382838A2 EP 03012488 A EP03012488 A EP 03012488A EP 03012488 A EP03012488 A EP 03012488A EP 1382838 A2 EP1382838 A2 EP 1382838A2
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Definitions
- the invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
- DE 43 06 072 A1 describes a device for opening and closing one in one housing existing passage opening known, which also as Fuel injector can be used.
- This Device has a piezoelectric, magnetostrictive or electostrictive actuator and one with this actuator in Operational connection standing pressure piston on the Hydraulic fluid acts on a reciprocating piston.
- the reciprocating piston actuates the one in its extension Valve closing body.
- the gap and a pressure in the second chamber is like this dimensioned that slow, due to thermal influence changes in length of the actuator by exchanging Hydraulic fluid balanced through the guide gap can be.
- Modern internal combustion engines often require a relative short activation time of the fuel injector.
- the this causes steep flanks for control of a piezo actuator cause in the piezo actuator, especially on End of the edge around the target voltage level, relative high frequency unwanted vibrations that are stable Operation of the fuel injector in particular Oppose partial stroke operation.
- a disadvantage of that from the above publication known fuel injector is in particular that special measures or components to suppress unwanted vibrations of parts of the Fuel injector, in particular by the Behavior of the actuator are caused, completely absent and insufficiently suppressed by the existing components or be balanced. So a stable behavior of the Fuel injector through the use or Exploitation of frictional forces between the components of the fuel injector and by forces of Spring elements insufficiently achieved. There called forces are relatively constant over a wide range this that when suppressing unwanted Vibrations the valve dynamics suffer to the same extent. The Use of spring or sliding friction forces unsuitable for the suppression of high-frequency Vibrations.
- the activation times or the target voltage times must be sufficient to prevent unwanted vibrations dampen the spring and sliding friction forces between the components are increased.
- this is the Valve dynamics detrimental and requires the actuator Overcoming additional increased forces.
- the actuator and the parts that are operatively connected to it are thereby increased demands.
- the publication DE 43 06 072 A1 known invention is therefore a shortening of Control times and target voltage times only in short Limits possible, which are also detrimental to the service life of the fuel injector or go cost-intensive measures must be accompanied.
- the fuel injector according to the invention with the has characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that mechanical vibrations in Fuel injector, especially unwanted mechanical vibrations of the actuator and through it unwanted vibrations in moving parts of the fuel injector according to the invention simple and inexpensive way effectively dampened without significantly affecting the valve dynamics or stress components significantly more.
- the activation times of the actuator increase significantly shortened and thus in particular a partial stroke operation of the fuel injector.
- the Edge times of the actuator excitation and the plateau times can can be shortened without the actuator in particular generated vibrations negatively on the operation of the Fuel injector impact or valve dynamics is significantly adversely affected.
- the Damping effect is based on hydraulic operating principles, it is largely wear-free. Through flowing movements of a pressure medium through a restriction in particular possible to achieve a damping force that is proportional to the speed of the actuator movements, behaves like a linear attenuator.
- the Assembly is also simplified.
- the throttle point is advantageously through a gap formed in conjunction with a first one Guide body either from a thickened or tapered Part of the stage of the actuator piston is formed. That is it possible on constructive as well as functional requirements to respond better. Another advantage is that Throttle point as a bore, especially as a laser bore manufacture, as these are particularly precise, fast and is inexpensive to manufacture. Will fuel as Pressure medium used, so in particular constructive Measures to separate fuel and pressure medium omitted. Furthermore, fuel channel and is advantageous Place throttle so that fuel immediately is exchanged between them. This reduces the constructive effort.
- Fuel injector be designed so that by at least one of the guide columns of actuator pistons and Piston pressure medium the work area relatively slowly tiling or escaping from it.
- the size ratio of the Surfaces of the two pistons facing the work area are realized, a stroke ratio.
- the invention can be advantageously further developed Fuel injector also in that the Force of a spring element is dimensioned at least as large, that actuator piston, connecting element and actuator in constant Are held. This will make the appropriate Components when operating the fuel injector prevented from losing contact with each other and collide with each other. It can be costly and expensive wear-prone joining connections are dispensed with.
- a first embodiment of a shown in FIG Fuel injector 1 according to the invention is in the Form of a fuel injector 1 for Fuel injection systems from mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines.
- the Fuel injection valve 1 is particularly suitable for not directly injecting fuel into one Shown combustion chamber of an internal combustion engine.
- the fuel injector 1 has a housing cover 2 which on the distal end of a valve housing 5 sits hermetically sealed. Via a fuel connection 3 on the housing cover 2 is a fuel channel 6 with fuel acted upon.
- the fuel channel 6 is only running inside the housing cover 2 and then inside the Valve housing 5, the upper part of the Fuel injector 1, an actuator housing 7, a Seal 12, an extension ring 10 of an actuator piston 9, the part of the actuator piston 9 remote from the spray and a first one Spring element 11 is flushed with fuel in the fuel channel 6 become.
- the actuator housing 7 is remote from its spray End hermetically connected to the housing cover 2.
- An actuator 4 located in the actuator housing 7 is connected to its discharge side assigned to the housing cover 2 and is based on this.
- a connecting element 8 is with its plate-shaped end remote from the spray near the spray Assigned side of the actuator 4 and engages with his tapered diameter curve on the spray side by a Opening 18 of the actuator housing 7.
- a seal 12 which in this embodiment of the invention Fuel injector 1 is corrugated, represents by their hermetic fastening of both ends on the one hand on a spray side as an attachment ring 13 molded part of the connecting element 8 and the other at the spray end of the actuator housing 7, make sure that the fuel under pressure is not in that Actuator housing 7 can penetrate and the connecting element 8 the Movements of the actuator 4 or the movements of the actuator piston 9 can follow unhindered.
- the actuator piston 9 has a Level 31, which is tapered by its remote spray Diameter course is formed.
- the thicker spray-side course of the actuator piston 9 is in one first guide body 14 with a first guide gap 28 guided.
- the tapered, tapered diameter profile of the Actuator piston 9 forms one with the first guide body 14 Gap that forms the throttle point 30, the Guide body 14 at this point the tapered Diameter course of the actuator piston 9 follows, that is one has a reduced inner diameter.
- the result Damping chamber 27 is used to dampen unwanted vibrations of parts of the Fuel injection valve, in particular for damping Actuator vibrations in both directions of movement of the actuator 4 during operation of the fuel injector 1.
- the Damping properties are particularly by the Geometric dimensions of the throttling point 30 Gap and the damping chamber 27 determined.
- the in Spray direction perpendicular distance between the tapered diameter profile of the actuator piston 9 and the at this point the reduced inside diameter of the Guide body 14 is generally larger than that corresponding distance through the first guide gap 28 is formed.
- the actuator piston 9 is supported by the first spring element 11, which in this embodiment is a spiral spring is formed and on one on the spray remote tapered diameter profile of the actuator piston 9 attached first attachment ring 10 attacks against spray near the side of the connecting element 8 or against the Actuator 4 biased, the first spring element 11 is supported on the spray side against the first guide body 14.
- a second guide body 16 is hermetically sealed with the spray-side side of the first guide body 14 connected, wherein a reciprocating piston 15 with a second Guide gap 29 is guided in the second guide body 16.
- a work space 26 which through the first guide body 14 and the second guide body 16 is limited, wherein the two guide columns 28, 29 each with one end in open the working space 26.
- the second end of the first Guide gap 28 opens into the damping chamber 27, the second end of the second guide gap opens on injection-side end of the second guide body 16 in the Fuel channel 6.
- the fuel channel 6 runs in the lower part of the Fuel injector 1 first between housing 5 and the two guide bodies 14, 16. Then happens and flows around the fuel in the fuel channel 6 from the Guide body 16 protruding part of the reciprocating piston 15, a third formed in the course of the reciprocating piston 15 Neck ring 19, a between the third neck ring and the spray-side end of the second guide body 16 bordered second spring element 17, one with the reciprocating piston 15 operatively connected valve needle 20 with a fourth extension ring 25, one between the fourth extension ring 25 and a shoulder 32 bordered third spring element 24.
- the fuel injector works like follows:
- the valve closing body 22 and valve seat body 21 formed sealing seat is initially closed.
- the actuator 4 is discharged and the damping chamber 27 has a small one Volume. If the actuator 4 is now loaded, it expands relatively quickly and presses the connecting element 8 to the Actuator piston 9 in the spray direction.
- the Spring force of the first spring element 11 are overcome, on the other hand, the increasing volume of the Damping chamber 27 with fuel, which by the Throttle point 30 flows into the damping chamber 27.
- A creates the movement of the actuator piston 9 opposing, damping force is proportional to the Speed of the actuator piston 9, so behaves like with a linear attenuator. Through this process undesirable vibrations are dampened.
- the actuator piston 9 now presses over the working space 26 filled with fuel the piston 15 in the spray direction.
- the gap represented by the throttle point 30 can also be used for management tasks.
- FIG. 2 shows a large part of that in FIG. 1 illustrated first embodiment similar second Embodiment.
- the actuator piston 9 is cup-shaped and has step 31 in its diameter profile, whereby the diameter curve against the spray direction is enlarged.
- step 31 By level 31 and one in the area of Stage 31 lying enlarged inner diameter of the
- the damping chamber 27 is formed in the guide body 14.
- the Connecting element 8 reaches to the bottom of the cup-shaped executed actuator piston 9, wherein the actuator piston 9 or the bottom of the actuator piston 9 by the spring element 11 are biased against the connecting element 8.
- the Spring element 11 is in this embodiment as Bourdon tube executed and on the inside of the Housing cover 2 and at the far end of the Cup-shaped Akfcorkkolben 9 non-positively attached.
- the annular surface A of the actuator piston 9 on the damping chamber 27 is:
- C is a constant that is different from the geometric Dimension of the annular gap depends and ⁇ p represents the Pressure difference.
- the invention is not shown on the Embodiments limited and z. B. also for after internal fuel injectors can be used.
Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
Beispielsweise ist aus der DE 43 06 072 A1 eine Vorrichtung zum Öffnen und Verschließen einer in einem Gehäuse vorhandenen Durchtrittsöffnung bekannt, welche auch als Brennstoffeinspritzventil verwendet werden kann. Diese Vorrichtung weist einen piezoelektrischen, magnetostriktiven oder elektostriktiven Aktor und einen mit diesem Aktor in Wirkverbindung stehenden Druckkolben auf, der über eine Hydraulikflüssigkeit auf einen Hubkolben wirkt. Der Hubkolben betätigt den in seiner Verlängerung befindlichen Ventilschließkörper. Durch das Größenverhältnis der Flächen von Hubkolben und Druckkolben, die einer ersten Kammer zugewandt sind, welche mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, ist eine Hubübersetzung gegeben. Die mit dem Druckkolben unmittelbar in Kontakt stehende Hydraulikflüssigkeit wird mittels einer O-Ringdichtung gegenüber dem Aktor abgedichtet. Ein definierter Führungsspalt, mit welchem der Hubkolben in einer Führung geführt wird, erlaubt den Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen der ersten Kammer und einem in einer zweiten Kammer liegenden von einer Membran begrenzten Raum, der zwischen Abspritzöffnung und Hubkolben liegt, wobei die Membran von einem Druck in der zweiten Kammer beaufschlagt werden kann. Es wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem der Austausch zwischen der ersten und zweiten Kammer erfolgt. Der Spalt und ein in der zweiten Kammer befindlicher Druck ist so dimensioniert, daß langsame, aufgrund thermischen Einflusses erfolgende Längenänderungen des Aktors durch Austausch von Hydraulikflüssigkeit durch den Führungsspalt ausgeglichen werden können.For example, DE 43 06 072 A1 describes a device for opening and closing one in one housing existing passage opening known, which also as Fuel injector can be used. This Device has a piezoelectric, magnetostrictive or electostrictive actuator and one with this actuator in Operational connection standing pressure piston on the Hydraulic fluid acts on a reciprocating piston. The The reciprocating piston actuates the one in its extension Valve closing body. By the size ratio of the areas of reciprocating and pressure pistons, that of a first chamber facing, which is filled with hydraulic fluid, there is a stroke ratio. The one with the pressure piston hydraulic fluid in direct contact by means of an O-ring seal opposite the actuator sealed. A defined leadership gap with which the Reciprocating piston is guided in a guide, which allows Exchange of hydraulic fluid between the first Chamber and one lying in a second chamber from one Membrane limited space between the spray orifice and Reciprocating piston is located, the membrane from a pressure in the second chamber can be applied. It will be a Embodiment described in which the exchange between the first and second chambers. The gap and a pressure in the second chamber is like this dimensioned that slow, due to thermal influence changes in length of the actuator by exchanging Hydraulic fluid balanced through the guide gap can be.
Moderne Brennkraftmaschinen erfordern oftmals eine relativ kurze Ansteuerzeit des Brennstoffeinspritzventils. Die dadurch bedingten steilen Flankenverläufe zur Ansteuerung eines Piezoaktors verursachen im Piezoaktor, insbesondere am Ende der Flanke um das Sollspannungsniveau, relativ hochfrequente unerwünschte Schwingungen, die einem stabilen Betrieb des Brennstoffeinspritzventils insbesondere im Teilhubbetrieb entgegenstehen.Modern internal combustion engines often require a relative short activation time of the fuel injector. The this causes steep flanks for control of a piezo actuator cause in the piezo actuator, especially on End of the edge around the target voltage level, relative high frequency unwanted vibrations that are stable Operation of the fuel injector in particular Oppose partial stroke operation.
Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß spezielle Maßnahmen bzw. Bauteile zur Unterdrückung von unerwünschten Schwingungen von Teilen des Brennstoffeinspritzventils, die insbesondere durch das Verhalten des Aktors hervorgerufen werden, ganz fehlen und durch die vorhandenen Bauteile nur unzureichend unterdrückt bzw. ausgeglichen werden. So wird ein stabiles Verhalten des Brennstoffeinspritzventils durch den Einsatz bzw. die Ausnutzung von Reibungskräften zwischen den Bestandteilen des Brennstoffeinspritzventils und durch Kräfte von Federelementen nur unzureichend erreicht. Da genannte Kräfte über einen weiten Bereich relativ konstant sind, bedeutet dies, daß bei einer Unterdrückung von unerwünschten Schwingungen die Ventildynamik in gleichem Maße leidet. Die Verwendung von Federkräften oder Gleitreibungskräften sind ungeeignet zur Unterdrückung von hochfrequenten Schwingungen. Sollen beispielsweise die Ansteuerzeiten oder die Sollspannungszeiten (Plateauzeiten) verkürzt werden, müssen, um unerwünschte Schwingungen ausreichend zu bedämpfen, die Federkräfte und Gleitreibungskräfte zwischen den Bauteilen erhöht werden. Wie schon erwähnt, ist dies der Ventildynamik abträglich und erfordert vom Aktor die Überwindung zusätzlicher erhöhter Kräfte. Der Aktor und die mit ihm in Wirkverbindung stehenden Teile sind dadurch erhöht beansprucht. Bei der aus der Druckschrift DE 43 06 072 A1 bekannten Erfindung ist demnach eine Verkürzung von Ansteuerzeiten und Sollspannungszeiten nur in geringen Grenzen möglich, die zudem noch zu Lasten der Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils gehen oder von kostenintensiven Maßnahmen begleitet werden müssen.A disadvantage of that from the above publication known fuel injector is in particular that special measures or components to suppress unwanted vibrations of parts of the Fuel injector, in particular by the Behavior of the actuator are caused, completely absent and insufficiently suppressed by the existing components or be balanced. So a stable behavior of the Fuel injector through the use or Exploitation of frictional forces between the components of the fuel injector and by forces of Spring elements insufficiently achieved. There called forces are relatively constant over a wide range this that when suppressing unwanted Vibrations the valve dynamics suffer to the same extent. The Use of spring or sliding friction forces unsuitable for the suppression of high-frequency Vibrations. For example, the activation times or the target voltage times (plateau times) are reduced, must be sufficient to prevent unwanted vibrations dampen the spring and sliding friction forces between the components are increased. As already mentioned, this is the Valve dynamics detrimental and requires the actuator Overcoming additional increased forces. The actuator and the parts that are operatively connected to it are thereby increased demands. In the case of the publication DE 43 06 072 A1 known invention is therefore a shortening of Control times and target voltage times only in short Limits possible, which are also detrimental to the service life of the fuel injector or go cost-intensive measures must be accompanied.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mechanische Schwingungen im Brennstoffeinspritzventil, insbesondere unerwünschte mechanische Schwingungen des Aktors und durch ihn hervorgerufene unerwünschte Schwingungen in bewegten Teilen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils, auf einfache und kostengünstige Art und Weise wirksam gedämpft werden, ohne die Ventildynamik wesentlich zu beeinträchtigen oder Bauteile wesentlich stärker zu beanspruchen. Dadurch ist es möglich, unter Beibehaltung eines stabilen Verhaltens, die Ansteuerzeiten des Aktors deutlich zu verkürzten und somit insbesondere auch einen Teilhubbetrieb des Brennstoffeinspritzventils zu ermöglichen. Auch die Flankenzeiten der Aktorerregung und die Plateauzeiten können verkürzt werden, ohne daß sich die insbesondere vom Aktor erzeugten Schwingungen negativ auf den Betrieb des Brennstoffeinspritzventils auswirken oder die Ventildynamik wesentlich negativ beeinträchtigt wird. Da die Dämpfungswirkung auf hydraulischen Wirkprinzipien beruht, erfolgt sie weitgehend verschleißfrei. Durch Fließbewegungen eines Druckmediums durch eine Drosselstelle ist es insbesondere möglich, eine Dämpfungskraft zu erzielen, die der Geschwindigkeit der Aktorbewegungen proportional ist, sich also wie bei einem linearen Dämpfungsglied verhält. Die Montage wird zudem vereinfacht.The fuel injector according to the invention with the has characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that mechanical vibrations in Fuel injector, especially unwanted mechanical vibrations of the actuator and through it unwanted vibrations in moving parts of the fuel injector according to the invention simple and inexpensive way effectively dampened without significantly affecting the valve dynamics or stress components significantly more. Thereby it is possible while maintaining a stable Behavior, the activation times of the actuator increase significantly shortened and thus in particular a partial stroke operation of the fuel injector. Also the Edge times of the actuator excitation and the plateau times can can be shortened without the actuator in particular generated vibrations negatively on the operation of the Fuel injector impact or valve dynamics is significantly adversely affected. Since the Damping effect is based on hydraulic operating principles, it is largely wear-free. Through flowing movements of a pressure medium through a restriction in particular possible to achieve a damping force that is proportional to the speed of the actuator movements, behaves like a linear attenuator. The Assembly is also simplified.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the main claim specified fuel injector possible.
Vorteilhafterweise wird die Drosselstelle durch einen Spalt gebildet der in Zusammenspiel mit einem ersten Führungskörper entweder aus einem verdickten oder verjüngten Teil der Stufe des Aktorkolbens gebildet ist. Dadurch ist es möglich auf konstruktive sowie funktionelle Anforderungen besser einzugehen. Von Vorteil ist außerdem, die Drosselstelle als Bohrung, insbesondere als Laserbohrung herzustellen, da diese besonders genau, schnell und kostengünstig herstellbar ist. Wird Brennstoff als Druckmedium benutzt, so können insbesondere konstruktive Maßnahmen zur Trennung von Brennstoff und Druckmedium entfallen. Weiterhin ist von Vorteil, Brennstoffkanal und Drosselstelle so anzuordnen, daß Brennstoff unmittelbar zwischen ihnen ausgetauscht wird. Dies vermindert den konstruktiven Aufwand.The throttle point is advantageously through a gap formed in conjunction with a first one Guide body either from a thickened or tapered Part of the stage of the actuator piston is formed. That is it possible on constructive as well as functional requirements to respond better. Another advantage is that Throttle point as a bore, especially as a laser bore manufacture, as these are particularly precise, fast and is inexpensive to manufacture. Will fuel as Pressure medium used, so in particular constructive Measures to separate fuel and pressure medium omitted. Furthermore, fuel channel and is advantageous Place throttle so that fuel immediately is exchanged between them. This reduces the constructive effort.
Zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors, kann vorteilhafterweise das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil so ausgestaltet sein, daß durch zumindest einen der Führungsspalte von Aktorkolben und Hubkolben Druckmedium dem Arbeitsraum relativ langsam zufliesen oder aus ihm entweichen kann.To compensate for temperature-related changes in length of the Actuator, can advantageously the invention Fuel injector be designed so that by at least one of the guide columns of actuator pistons and Piston pressure medium the work area relatively slowly tiling or escaping from it.
Vorteilhafterweise wird durch das Größenverhältnis der Flächen der beiden Kolben, die dem Arbeitsraum zugewandt sind, eine Hubübersetzung realisiert. Dadurch kann der normalerweise verhältnismäßig kleine Hub der durch piezoelektrische, magnetostriktive oder elektrostriktive Aktoren möglich ist, vergrößert werden, ohne den Aktor kostenaufwendig lang und dünn herzustellen. Dicke, kurze Aktoren sind im Vergleich zu dünnen, langen Aktoren belastbarer gegenüber mechanischen Einflüssen. Die Realisierung der Hubübersetzung durch zwei Druckkolben mit unterschiedlich großen kraftübertragenden Flächen, die über ein Hydraulikmedium, sonst aber unmittelbar, Kräfte übertragen, hat gegenüber Lösungen, bei welchen Membrane und Kanäle zwischengeschaltet sind, den Vorteil, daß sich die Kompressibilität des Mediums weniger auswirkt. Darüber hinaus neigt die so realisierte, hubübersetzende Kraftübertragung weniger zu Schwingungen. Zwischen Aktorund Ventilbetätigung vergeht weniger Zeit. Das System verhält sich steifer.The size ratio of the Surfaces of the two pistons facing the work area are realized, a stroke ratio. This allows the usually relatively small stroke of through piezoelectric, magnetostrictive or electrostrictive Actuators can be enlarged without the actuator costly to produce long and thin. Thick, short Actuators are compared to thin, long actuators more resilient to mechanical influences. The Realization of the stroke ratio with two pressure pistons differently sized force-transmitting surfaces that over a hydraulic medium, but otherwise immediate, forces compared to solutions in which membrane and Channels are interposed, the advantage that the Compressibility of the medium has less impact. About that the stroke translator implemented in this way also tends Power transmission less to vibrations. Between actuator round Valve actuation takes less time. The system behaves stiffer.
Vorteilhaft weitergebildet kann das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil außerdem dadurch werden, daß die Kraft eines Federelements mindestens so groß bemessen ist, daß Aktorkolben, Verbindungselement und Aktor in ständiger Anlage gehalten sind. Dadurch werden die entsprechenden Bauteile beim Betrieb des Brennstoffeinspritzventils daran gehindert, den Kontakt untereinander zu verlieren und aufeinander zu prallen. Es kann auf kostenintensive und verschleißanfällige Fügeverbindungen verzichtet werden.The invention can be advantageously further developed Fuel injector also in that the Force of a spring element is dimensioned at least as large, that actuator piston, connecting element and actuator in constant Are held. This will make the appropriate Components when operating the fuel injector prevented from losing contact with each other and collide with each other. It can be costly and expensive wear-prone joining connections are dispensed with.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils,
- Fig. 2
- einen schematischen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils und
- Fig. 3
- einen schematisch dargestellten Teilschnitt des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels im Bereich der Stufe und der Dämpfungskammer.
- Fig. 1
- 2 shows a schematic section through a first exemplary embodiment of a fuel injector designed according to the invention,
- Fig. 2
- a schematic section through a second embodiment of a fuel injector designed according to the invention and
- Fig. 3
- a schematically illustrated partial section of the embodiment shown in Fig. 1 in the area of the step and the damping chamber.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.The following are exemplary embodiments of the invention described as an example. Matching components are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine.A first embodiment of a shown in FIG Fuel injector 1 according to the invention is in the Form of a fuel injector 1 for Fuel injection systems from mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines. The Fuel injection valve 1 is particularly suitable for not directly injecting fuel into one Shown combustion chamber of an internal combustion engine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 hat einen Gehäusedeckel 2
welcher auf dem abspritzfernen Ende eines Ventilgehäuses 5
hermetisch dichtend sitzt. Über einen Brennstoffanschluß 3
am Gehäusedeckel 2 ist ein Brennstoffkanal 6 mit Brennstoff
beaufschlagbar. Der Brennstoffkanal 6 verläuft dabei erst
innerhalb des Gehäusedeckels 2 und dann innerhalb des
Ventilgehäuses 5, wobei im abspritzfernen, oberen Teil des
Brennstoffeinspritzventils 1 ein Aktorgehäuse 7, eine
Dichtung 12, ein Ansatzring 10 eines Aktorkolbens 9, der
abspritzferne Teil des Aktorkolbens 9 und ein erstes
Federelement 11 im Brennstoffkanal 6 von Brennstoff umspült
werden. Das Aktorgehäuse 7 ist mit seinem abspritzfernen
Ende mit dem Gehäusedeckel 2 hermetisch verbunden.The fuel injector 1 has a
Ein im Aktorgehäuse 7 befindlicher Aktor 4 ist mit seiner
abspritzfernen Seite dem Gehäusedeckel 2 zugeordnet und
stützt sich auf diesem ab. Ein Verbindungselement 8 ist mit
seinem tellerförmigen abspritzfernen Ende der abspritznahen
Seite des Aktors 4 zugeordnet und greift mit seinem
abspritzseitig verjüngten Durchmesserverlauf durch eine
Öffnung 18 des Aktorgehäuses 7. Eine Dichtung 12, die in
diesem Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 wellrohrförmig ausgebildet ist,
stellt durch ihre hermetische Befestigung ihrer beiden Enden
zum einen an einem abspritzseitig als Ansatzring 13
ausgeformten Teil des Verbindungselements 8 und zum anderen
am abspritzseitigen Ende des Aktorgehäuses 7, sicher, daß
der unter Druck stehende Brennstoff nicht in das
Aktorgehäuse 7 dringen kann und das Verbindungselement 8 den
Bewegungen des Aktors 4 bzw. den Bewegungen des Aktorkolbens
9 ungehindert folgen kann.An
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Aktorkolben 9 eine
Stufe 31 auf, die durch seinen abspritzfernen verjüngten
Durchmesserverlauf gebildet ist. Der dickere,
abspritzseitige Verlauf des Aktorkolbens 9 ist in einem
ersten Führungskörper 14 mit einem ersten Führungsspalt 28
geführt. Der abspritzferne, verjüngte Durchmesserverlauf des
Aktorkolbens 9 bildet mit dem ersten Führungskörper 14 einen
Spalt, der die Drosselstelle 30 bildet, wobei der
Führungskörper 14 an dieser Stelle dem verjüngten
Durchmesserverlauf des Aktorkolbens 9 folgt, also einen
verkleinerten Innendurchmesser aufweist. Die dadurch
gebildete Dämpfungskammer 27 dient zur Dämpfung von
unerwünschten Schwingungen von Teilen des
Brennstoffeinspritzventils, insbesondere zur Dämpfung von
Aktorschwingungen in beide Bewegungsrichtungen des Aktors 4
während des Betriebs des Brennstoffeinspritzventils 1. Die
Dämpfungseigenschaften werden dabei insbesondere durch die
geometrischen Abmessungen des die Drosselstelle 30 bildenden
Spaltes und der Dämpfungskammer 27 bestimmt. Der in
Abspritzrichtung rechtwinklig verlaufende Abstand zwischen
dem verjüngten Durchmesserverlauf des Aktorkolbens 9 und dem
an dieser Stelle verkleinerten Innendurchmessers des
Führungskörpers 14 ist in aller Regel größer als der
entsprechende Abstand, der durch den ersten Führungsspalt 28
gebildet ist.In this exemplary embodiment, the
Der Aktorkolben 9 wird durch das erste Federelement 11,
welches in diesem Ausführungsbeispiel als Spiralfeder
ausgebildet ist und an einem an dem abspritzfernen
verjüngten Durchmesserverlauf des Aktorkolbens 9
angebrachten ersten Ansatzring 10 angreift, gegen die
abspritznahe Seite des Verbindungselements 8 bzw. gegen den
Aktor 4 vorgespannt, wobei sich das erste Federelement 11
abspritzseitig gegen den ersten Führungskörper 14 stützt.
Ein zweiter Führungskörper 16 ist hermetisch mit der
abspritzseitigen Seite des ersten Führungskörpers 14
verbunden, wobei ein Hubkolben 15 mit einem zweiten
Führungsspalt 29 im zweiten Führungskörper 16 geführt ist.
Zwischen den Hubkolben 15 und Aktorkolben 9 befindet sich
ein Arbeitsraum 26, welcher durch den ersten Führungskörper
14 und den zweiten Führungskörper 16 begrenzt wird, wobei
die beiden Führungsspalte 28, 29 mit jeweils einem Ende in
den Arbeitsraum 26 münden. Das zweite Ende des ersten
Führungsspaltes 28 mündet in die Dämpfungskammer 27, das
zweite Ende des zweiten Führungsspaltes mündet am
abspritzseitigen Ende des zweiten Führungskörpers 16 in den
Brennstoffkanal 6.The
Durch die unterschiedlich großen, dem Arbeitsraum 27
zugewandten Flächen von Aktorkolben 9 und Hubkolben 15 ist
eine Hubübersetzung gegeben. Der Brennstoffkanal 6 verläuft
im unteren abspritzseitigen Teil des
Brennstoffeinspritzventils 1 zuerst zwischen dem Gehäuse 5
und den beiden Führungskörpern 14, 16. Dann passiert und
umspült der Brennstoff im Brennstoffkanal 6 den aus dem
Führungskörper 16 herausragenden Teil des Hubkolbens 15,
einen im Verlauf des Hubkolbens 15 geformten dritten
Ansatzring 19, ein zwischen dem dritten Ansatzring und dem
abspritzseitigen Ende des zweiten Führungskörpers 16
eingefaßtes zweites Federelement 17, eine mit dem Hubkolben
15 in Wirkverbindung stehende Ventilnadel 20 mit einem
vierten Ansatzring 25, ein zwischen dem vierten Ansatzring
25 und einer Schulter 32 eingefaßtes drittes Federelement
24. Schließlich tritt der Brennstoff bei geöffnetem
Brennstoffeinspritzventil 1 aus einer Abspritzöffnung 23
zwischen einem Ventilsitzkörper 21 und einem am
abspritzseitig Ende der Ventilnadel 20 angeordneten
Ventilschließkörper 22 aus. Das zweite Federelement 17
spannt den Hubkolben 15 gegen die abspritzseitig zugeordnete
Ventilnadel 20 vor. Das dritte Federelement 24 stützt sich
auf der Schulter 32 ab und spannt die Ventilnadel 20 über
den mit ihr kraftschlüssig verbundenen vierten Ansatzring 25
gegen den abspritzfern zugeordneten Hubkolben 15 vor, wobei
sich das dritte Federelement an der Schulter 32 abstützt.
Die Kraft des dritten Federelements 24 hält den von
Ventilschließkörper 22 und Ventilsitzkörper 21 gebildeten
Dichtsitz gegen den Brennstoffdruck geschlossen.Due to the different sizes, the
Die Funktionsweise des Brennstoffeinspritzventils ist wie folgt:The fuel injector works like follows:
Der von Ventilschließkörper 22 und Ventilsitzkörper 21
gebildete Dichtsitz ist zunächst geschlossen. Der Aktor 4
ist entladen und die Dämpfungskammer 27 hat ein kleines
Volumen. Wird der Aktor 4 nun geladen, dehnt er sich relativ
schnell aus und drückt über das Verbindungselement 8 den
Aktorkolben 9 in Abspritzrichtung. Dabei muß zum einen die
Federkraft des ersten Federelements 11 überwunden werden,
zum anderen füllt sich das größer werdende Volumen der
Dämpfungskammer 27 mit Brennstoff, welcher durch die
Drosselstelle 30 in die Dämpfungskammer 27 strömt. Eine
dabei entstehende, der Bewegung des Aktorkolbens 9
entgegengerichtete, Dämpfungskraft ist proportional der
Geschwindigkeit des Aktorkolbens 9, verhält sich also wie
bei einem linearen Dämpfungsglied. Durch diesen Vorgang
werden unerwünschte Schwingungen bedämpft. Der Aktorkolben 9
drückt nun über den mit Brennstoff befüllten Arbeitsraum 26
den Hubkolben 15 in Abspritzrichtung. Da die dem Arbeitsraum
26 zugewandte Fläche des Hubkolbens 15 kleiner ist als die
vom Aktorkolben 9 dem Arbeitsraum 26 zugewandte Fläche,
erfährt der Hubkolben 15 einen im Vergleich zum Aktorkolben
9 vergrößerten Hub. Die Ventilnadel 20 wird daraufhin
entgegen einer Federkraft des dritten Federelements 24 in
Abspritzrichtung bewegt, der Ventilschließkörper 22 hebt vom
Ventilsitzkörper 21 ab und der unter Druck stehende
Brennstoff wird abgespritzt. The
Wird der Aktor 4 wieder entladen, reduziert sich seine
Länge, wobei der Aktorkolben 9 den Bewegungen des Aktors 4
folgt, da er durch das Federelement 11 und über das
Verbindungselement 8 in ständiger Wirkverbindung zum Aktor 4
gehalten wird. Durch diese ständige Wirkverbindung und die
Dämpfungswirkung der widerstandserzeugenden Vorgänge in der
Dämpfungskammer 27 und der Drosselstelle 30 werden
unerwünschte Schwingungen, insbesondere des Aktors 4, in
beide Bewegungsrichtungen, wirksam bedämpft. Der mit dem
Aktorkolben 9 über den Arbeitsraum 26 in Wirkverbindung
stehende Hubkolben 15 bewegt sich daraufhin entgegen der
Abspritzrichtung, wodurch durch die Federkraft des dritten
Federelements 24 die Ventilnadel 20 dem Hubkolben 15 folgt
und der am abspritzseitigen Ende der Ventilnadel 20 sitzende
Ventilschließkörper 22 die Abspritzöffnung 23 schließt.If the
Langsame, thermische bedingte Längenänderungen, insbesondere
des Aktors 4, werden durch Aufnahme und Abgabe von
Druckmedium, der in diesem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung der Brennstoff ist, zwischen
Arbeitsraum 26 und Brennstoffkanal 6 bzw. Dämpfungskammer 27
ausgeglichen. In den kurzen Zeiträumen der Betätigung des
Brennstoffeinspritzventils 1 durch Öffnungs- und
Schließungsbewegungen kann zwischen Arbeitsraum 26 und
Brennstoffkanal 6 bzw. Dämpfungskammer 27 durch zumindest
einen der Führungsspalte 28, 29 nur sehr wenig Druckmedium
ausgetauscht werden, wobei das durch die Betätigung
ausgetauschte Druckmedium in den Betätigungspausen wieder
durch den Brennstoffdruck ausgeglichen wird. Langsam
ablaufende Austauschvorgänge von Druckmedium zwischen
Arbeitsraum 27 und Brennstoffkanal 6 bzw. Dämpfungskammer 27
werden durch die Führungsspalte 28 und/oder 29 nicht
wesentlich behindert, so daß beispielsweise eine thermisch
bedingte Längenänderung des Aktors 4 ausgeglichen werden
kann.Slow, thermal changes in length, in particular
of the
In diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann der durch die Drosselstelle 30 dargestellte Spalt auch
zu Führungsaufgaben verwendet werden. In this embodiment of the present invention
the gap represented by the
Fig. 2 zeigt ein in weiten Teilen dem in Fig. 1
dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ähnliches zweites
Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten
Ausführungsbeispiel in dem Aktorkolben 9 und Hubkolben 15 in
einem mehrteiligen Führungskörper 14, 16 geführt sind,
werden Aktorkolben 9 und Hubkolben 15 im zweiten
Ausführungsbeispiel in einem einteiligen Führungskörper 14
geführt. Der Aktorkolben 9 ist becherförmig ausgeführt und
weist in seinem Durchmesserverlauf die Stufe 31 auf, wodurch
der Durchmesserverlauf entgegen der Abspritzrichtung
vergrößert ist. Durch die Stufe 31 und einen im Bereich der
Stufe 31 liegenden vergrößerten Innendurchmesser des
Führungskörpers 14 wird die Dämpfungskammer 27 gebildet. Das
Verbindungselement 8 greift bis zum Boden des becherförmig
ausgeführten Aktorkolbens 9 durch, wobei der Aktorkolben 9
bzw. der Boden des Aktorkolbens 9 durch das Federelement 11
gegen das Verbindungselement 8 vorgespannt sind. Das
Federelement 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel als
Rohrfeder ausgeführt und an der innenliegenden Seite des
Gehäusedeckels 2 sowie am abspritzfernen Ende des
becherförmig ausgeführten Akfcorkolbens 9 kraftschlüssig
befestigt.FIG. 2 shows a large part of that in FIG. 1
illustrated first embodiment similar second
Embodiment. In contrast to the first
Embodiment in the
Anhand von Fig. 3, die einen schematisch dargestellten
Teilschnitt des ersten Ausführungsbeispiels im Bereich der
Stufe 31 und der Dämpfungskammer 27 zeigt, und den
nachfolgenden Beziehungen und Ableitungen wird der
proportionale Zusammenhang zwischen Dämpfungskraft und
Aktorkolbengeschwindigkeit aufgezeigt.3, which shows a schematically
Partial section of the first embodiment in the area of
Die Ringfläche A des Aktorkolbens 9 an der Dämpfungskammer
27 ist:
The annular surface A of the
Bewegt sich der Aktorkolben 9 um den Aktorkolbenhub ds,
ändert sich das Dämpfungsvolumen V um:
Die Aktorkolbengeschwindigkeit v berechnet sich aus:
Für ein inkompressibles Druckmedium ergibt sich mit (2) und
(3) für den Druckmediumvolumenstrom Q über die Drosselstelle
30:
Im weiteren gilt für den Druckmediumvolumenstrom Q dabei:
Dabei ist C eine Konstante, die von den geometrischen Abmaßen der Ringspalte abhängt und Δp stellt den Druckunterschied dar.C is a constant that is different from the geometric Dimension of the annular gap depends and Δp represents the Pressure difference.
Mit (5) ergibt sich für die Dämpfungskraft F dadurch:
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z. B. auch für nach innen öffnende Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.The invention is not shown on the Embodiments limited and z. B. also for after internal fuel injectors can be used.
Claims (10)
einem piezoelektrischen, elektrostriktiven oder magnetostrikiven Aktor (4),
einem mit dem Aktor (4) in Wirkverbindung stehenden Aktorkolben (9), der mit einem ersten Führungsspalt (28) geführt ist,
einem mit dem Aktorkolben (9) über ein Druckmedium in Wirkverbindung stehenden Hubkolben (15), der mit einem zweiten Führungsspalt (29) geführt ist,
einer mit dem Hubkolben (15) in Wirkverbindung stehenden Ventilnadel (20), die an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper (22) aufweist, der mit einem Ventilsitzkörper (21) einen Dichtsitz bildet,
wobei die Kraftübertragung zwischen Aktorkolben (9) und Hubkolben (15) durch einen mit Druckmedium gefüllten, von Aktorkolben (9) und Hubkolben (15) eingeschlossenen Arbeitsraum (26) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Aktorkolben (9) zumindest eine Stufe (31) aufweist, die an eine Dämpfungskammer (27) angrenzt, wobei die Dämpfungskammer (27) vom Arbeitsraum (26) räumlich getrennt ist und so gestaltet bzw. angeordnet ist, daß Druckmedium über eine Drosselstelle (30) zufließen bzw. abfließen kann. Fuel injection valve (1), in particular for injecting fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine
a piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive actuator (4),
an actuator piston (9) which is operatively connected to the actuator (4) and which is guided with a first guide gap (28),
a reciprocating piston (15) which is operatively connected to the actuator piston (9) via a pressure medium and which is guided with a second guide gap (29),
a valve needle (20) which is operatively connected to the reciprocating piston (15) and has a valve closing body (22) at its spray-side end, which forms a sealing seat with a valve seat body (21),
The force transmission between the actuator piston (9) and the reciprocating piston (15) takes place through a working space (26) filled with pressure medium and enclosed by the actuator piston (9) and the reciprocating piston (15),
characterized in that the actuator piston (9) has at least one step (31) which adjoins a damping chamber (27), the damping chamber (27) being spatially separated from the working space (26) and being designed or arranged such that pressure medium can flow in or out via a throttle point (30).
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (30) durch einen Spalt gebildet ist, der von einem verjüngten Teil der Stufe (31) des Aktorkolbens (9) und einem Führungskörper (14) gebildet ist.Fuel injection valve according to claim 1,
characterized in that the throttle point (30) is formed by a gap which is formed by a tapered part of the step (31) of the actuator piston (9) and a guide body (14).
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (30) durch einen Spalt gebildet ist, der von einem verdickten Teil der Stufe (31) des Aktorkolbens (9) und einem Führungskörper (14) gebildet ist.Fuel injection valve according to claim 1,
characterized in that the throttle point (30) is formed by a gap which is formed by a thickened part of the step (31) of the actuator piston (9) and a guide body (14).
dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (14) aus mehreren Teilen besteht.Fuel injection valve according to claim 2 or 3,
characterized in that the guide body (14) consists of several parts.
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (30) durch eine Öffnung, insbesondere eine Bohrung oder Laserbohrung, gebildet ist, welche eine strömungsdrosselnde Wirkung aufweist.Fuel injection valve according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that the throttle point (30) is formed by an opening, in particular a bore or laser bore, which has a flow restricting effect.
dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff als Druckmedium dient.Fuel injection valve according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel serves as a pressure medium.
dadurch gekennzeichnet, daß über die Drosselstelle (30) unmittelbar Brennstoff mit einem Brennstoffkanal (6) ausgetauscht wird.Fuel injection valve according to Claim 6,
characterized in that fuel is exchanged directly with a fuel channel (6) via the throttle point (30).
dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen des Aktors (4) durch zumindest einen der Führungsspalte (28,29) Druckmedium aus dem Arbeitsraum (26) fließt oder in den Arbeitsraum (26) fließt.Fuel injection valve according to one of the preceding claims,
characterized in that to compensate for temperature-related changes in length of the actuator (4) through at least one of the guide gaps (28, 29), pressure medium flows out of the working space (26) or flows into the working space (26).
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft eines Federelements (11) mindestens so groß ist, daß der Aktorkolben (9), ein Verbindungselement (8) und der Aktor (4) in ständiger Anlage gehalten werden.Fuel injection valve according to one of the preceding claims,
characterized in that the force of a spring element (11) is at least so great that the actuator piston (9), a connecting element (8) and the actuator (4) are kept in constant contact.
dadurch gekennzeichnet, daß durch das Verhältnis der Flächen des Aktorkolbens (9) und des Hubkolbens (15) die dem Arbeitsraum (26) zugewandt sind, eine Hubübersetzung gegeben ist.Fuel injection valve according to one of the preceding claims,
characterized in that the ratio of the areas of the actuator piston (9) and the reciprocating piston (15) facing the working space (26) provides a stroke ratio.
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