EP1607619A2

EP1607619A2 - Fuel injector

Info

Publication number: EP1607619A2
Application number: EP05103114A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2005-12-21
Also published as: EP1607619A3; DE102004028885A1

Abstract

The fuel injection system (1) has a piezoelectric actuator (30) pushing upward on a plate (32) attached to a piston rod (33). The piston (38) slides in a sharp-edged sleeve (39) in contact with a channel plate (4). Fuel flows through a bore (45) from a first chamber (47) into a second chamber (46) and presses on a piston (18) in one piece with a needle valve (10) with a tip (14,16) which can seal off the injector nozzle (12).

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a fuel injection valve after Preamble of claim 1.

Bekannt ist ein CR-Injektor (oder eine Einspritzvorrichtung für Kraftstoff zum Betrieb an einer Quelle mit hohem Kraftstoffdruck) der Firma Delphi und der Anmelderin mit direkter Steuerung (= direkter Betätigung) der Ventilnadel und inverser Ansteuerung eines die Ventilnadel betätigenden Aktors. Die Ventilnadel verschließt je nach ihrer Stellung Einspritzöffnungen des Injektors oder gibt diese frei. Als Aktor wird üblicherweise ein Piezoaktor verwendet. Der Piezoaktor ist bei der bekannten Vorrichtung in linearer Verlängerung der Ventilnadel angeordnet und mit seinem der Ventilnadel abgewandten Endbereich in der Vorrichtung fixiert (Aktorlager). Der der Ventilnadel zugewandte Teil des Piezoaktors ist mit der Ventilnadel gekoppelt. Die bekannten Piezoaktoren haben die Eigenschaft, dass sie bei Bestromung, d. h. bei Zuführung von Strom zu elektrischen Anschlüssen des Piezoaktors, sich gegenüber dem nicht bestromten Zustand verlängern. Bei den bekannten Vorrichtungen ist von Nachteil, dass der Aktor invers angesteuert wird, das heißt dauernd bestromt ist und daher im Schließzustand der Einspritzvorrichtung der Piezoaktor dauernd mit elektrischem Strom versorgt werden muss. Dies kann zur Zerstörung des Aktors über die Lebensdauer wegen Schädigung des piezoelektrischen Materials führen.A CR injector (or an injection device for fuel for Operation at a source with high fuel pressure) of the company Delphi and the Applicant with direct control (= direct actuation) of the valve needle and inverse control of an actuator actuating the valve needle. The valve needle closes depending on their position injection ports of the injector or are these free. The actuator usually a piezoelectric actuator is used. The piezoelectric actuator is in the known device arranged in a linear extension of the valve needle and with its end portion facing away from the valve needle fixed in the device (Aktorlager). The valve needle facing part of the piezoelectric actuator is connected to the Coupled valve needle. The known piezoelectric actuators have the property that they when energized, d. H. when supplying power to electrical terminals of the Piezoactors to extend over the non-energized state. Both known devices is disadvantageous that the actuator is driven inversely, that is, constantly energized and therefore in the closed state of the injector The piezoelectric actuator must be constantly supplied with electrical power. This can be for Destruction of the actuator over the lifetime due to damage to the lead piezoelectric material.

Advantages of the invention

Demgegenüber ist bei der Erfindung gemäß Anspruch 1 von Vorteil, dass durch die Verlagerung der Verankerung oder Fixierung des Aktors die elektrische Ansteuerung des Aktors so geändert werden kann, dass dieser lediglich in denjenigen Zeiten, in denen die Einspritzvorrichtung für die Kraftstoffzufuhr geöffnet ist, Strom benötigt, im Sperrzustand der Einspritzvorrichtung dagegen stromlos ist. Die Kraftübertragungsvorrichtung kann eine feste mechanische Verbindung sein, oder, wie in Anspruch 2 vorgesehen, ein hydraulischer Wandler. Die Erfindung ist nicht auf piezoelektrische Aktoren beschränkt.In contrast, in the invention according to claim 1 is advantageous in that by the displacement of the anchorage or fixation of the actuator the electrical Control of the actuator can be changed so that this only in those times when the fuel injection device is opened is, power required, in the off state of the injector, however, is de-energized. The power transmission device may be a fixed mechanical connection, or, as provided in claim 2, a hydraulic converter. The invention is not limited to piezoelectric actuators.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 2 ist von Vorteil, dass eine Anpassung unterschiedlicher Hubwege zwischen dem Aktor und der Ventilnadel durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses eines hydraulischen Wandlers vorgenommen werden kann, wobei keine Richtungsumkehr der Bewegung stattfindet. Der Wandler gestattet auch, Fertigungstoleranzen bezüglich des Abstands zwischen dem sich infolge der elektrischen Ansteuerung in seiner Lage ändernden Ende des Piezoaktors und dem dem Aktor zugewandten Ende der Ventilnadel zu kompensieren, wenn, wie beim Ausführungsbeispiel vorgesehen, der Wandler im Betrieb mit Kraftstoff unter hohem Druck gefüllt wird und sich daher in seiner Länge selbsttätig anpassen kann. In the embodiment according to claim 2 is advantageous that a Adaptation of different stroke paths between the actuator and the valve needle by a suitable choice of the transmission ratio of a hydraulic converter can be made, with no direction reversal of the movement takes place. The transducer also allows for manufacturing tolerances with respect to the Distance between which due to the electrical control in its position changing end of the piezoelectric actuator and the actuator facing the end of the To compensate for valve needle, if, as provided in the embodiment, the In operation, the converter is filled with fuel under high pressure and is therefore in can adjust its length automatically.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the Description, the drawings and claims removed.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachführenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt

die einzige Figur in einem vereinfachten Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzvorrichtung mit einem Piezoaktor und einem hydraulischen Wandler.

An embodiment of the injection valve according to the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
It shows

the single figure in a simplified longitudinal section an embodiment of an injection device according to the invention with a piezoelectric actuator and a hydraulic converter.

Description of the embodiment

Die Einspritzvorrichtung 1 ist im wesentlichen aus zwei größeren Baugruppen 2 und 3 aufgebaut, die nach ihrer Fertigstellung unter Zwischenlage ei ner Kanalplatte 4 miteinander verbunden werden, im Beispiel mittels einer Montagehülse 5.The injection device 1 is essentially composed of two larger assemblies 2 and 3, which after their completion with interposition egg ner channel plate 4 are connected to each other, in the example by means of a mounting sleeve. 5

Die untere Baugruppe 2 enthält in einem Ventilgehäuse 8 im wesentlichen eine Ventilnadel 10, die in ihrer Schließstellung Einspritzöffnungen 12 verschließt. Radial außerhalb einer Dichtkante 14 liegt eine Druckschulter 16. Der Öffnungsvorgang der Ventilnadel 10 beginnt dann, wenn der auf die Druckschulter 16 wirkende Kraftstoffdruck eine Kraft erzeugt, die größer ist, als eine die Ventilnadel 10 in Schließrichtung beaufschlagende Kraft. Ein noch zu beschreibender (im Beispiel als Piezoaktor ausgebildeter) Aktor 30 verhindert das Öffnen der Ventilnadel 10, solange der Aktor nicht in Öffnungsrichtung elektrisch angesteuert wird. In ihrem oberen Bereich ist die Ventilnadel 10 als Kolben 18 ausgebildet, der in einer Führungshülse 19 gleitet, die durch eine Feder 20 in Richtung auf die Kanalplatte 4 vorgespannt ist, wo sie mittels einer Beißkante (scharfkantige Ausbildung der Kante) abdichtend anliegt. Die Feder 20 stützt sich an der Ventilnadel 10 ab und beaufschlagt diese in Schließrichtung.The lower assembly 2 contains in a valve housing 8 substantially a valve needle 10 which closes injection ports 12 in its closed position. Radially outside a sealing edge 14 is a pressure shoulder 16. Der Opening operation of the valve needle 10 then begins when the on the pressure shoulder 16 acting fuel pressure generates a force that is greater than a valve needle 10 in the closing direction acting force. A yet to be described (im Example designed as a piezoelectric actuator) actuator 30 prevents the opening of the valve needle 10, as long as the actuator is not electrically driven in the opening direction. In your upper area, the valve needle 10 is formed as a piston 18 which in a Guide sleeve 19 slides, by a spring 20 in the direction of the channel plate 4th is biased, where it by means of a biting edge (sharp edged edge) sealingly applied. The spring 20 is supported on the valve needle 10 and acts on these in the closing direction.

Die obere Baugruppe 3 weist ein oberes Gehäuse 28 auf, das in einer zentrischen, zylindrischen Aussparung 29 den Aktor 30 enthält, genauer dessen piezoelektrisch wirksamen Teile. Der Aktor 30 ist in seiner Längsrichtung zentrisch durchbohrt. Sein den Einspritzöffnungen 12 abgewandtes Ende ist von einer Lagerplatte 32 abgedeckt, die durchbohrt ist, und eine Zugstange 33 ragt durch die Platte 32 nach oben hindurch und ist dort gegen eine Verschiebung nach unten gesichert.The upper assembly 3 has an upper housing 28 which in a centric, cylindrical recess 29 contains the actuator 30, more precisely piezoelectrically active parts. The actuator 30 is centric in its longitudinal direction pierced. Its the injection openings 12 facing away from the end is of a Cover plate 32 is covered, which is pierced, and a pull rod 33 protrudes through the Plate 32 up through and there is against a downward shift secured.

Das untere Ende des Aktors 30 stützt sich auf einer im oberen Gehäuseteil 28 verankerten Stützplatte 35 ab. Die Zugstange 33 ragt durch die Stützplatte 35 hindurch nach unten und ist dort mit einem Übertragerkolben 38 verbunden. Dieser gleitet in einer Führungshülse 39, die von einer Feder 40 gegen die Kanalplatte 4 gedrückt wird und dort mittels einer Beißkante abdichtend anliegt. Das obere Ende der genannten Feder 40 stützt sich an der Stützplatte 35 ab. Vorteilhaft ist zwischen dem Übertragerkolben 38 und der Stützplatte 35 noch eine den Übertragerkolben 38 nach unten vorspannende Feder 42 vorgesehen, so dass die Zugstange 33 stets zumindest etwas auf Zug beansprucht ist. Der Übertragerkolben 38 und der Kolben 18 sind Elemente eines hydraulischen Wandlers 44.The lower end of the actuator 30 is supported on a in the upper housing part 28th anchored support plate 35 from. The pull rod 33 protrudes through the support plate 35 through down and is there connected to a transformer piston 38. This slides in a guide sleeve 39, by a spring 40 against the channel plate. 4 is pressed and there sealingly abuts by means of a biting edge. The upper end said spring 40 is supported on the support plate 35 from. It is advantageous between the transformer piston 38 and the support plate 35 is still a transformer piston 38th down biasing spring 42 is provided, so that the pull rod 33 always at least something on train is claimed. The transformer piston 38 and the piston 18 are elements of a hydraulic converter 44.

Die Kanalplatte 4 weist eine zentrische Bohrung 45 auf, die zwei durch die Führungshülsen 19 und 39 und die jeweiligen Stirnflächen des Kolbens 18 und des Übertragerkolbens 38 gebildete Wandlerräume 46 und 47 miteinander verbindet, die somit einen gemeinsamen Wandlerraum bilden. In radial gleichem Abstand von der zentrischen Bohrung 45 ist eine Mehrzahl weiterer Bohrungen 50 vorgesehen, die Räume 51 und 52 unterhalb und oberhalb der Kanalplatte 4 radial außerhalb der Beißkanten der entsprechenden Führungshülse 19 und 39 miteinander verbinden.The channel plate 4 has a central bore 45, the two through the Guide sleeves 19 and 39 and the respective end faces of the piston 18 and the Transducer piston 38 formed transducer spaces 46 and 47 interconnects, the thus form a common converter space. In the same radial distance from the Centric bore 45 is a plurality of further holes 50 are provided, the Rooms 51 and 52 below and above the channel plate 4 radially outside the Beißkanten the corresponding guide sleeve 19 and 39 connect together.

Da im Beispiel der Öffnungshub der Ventilnadel 10 größer sein soll als der maximale Hub des Aktors 30, ist der Durchmesser des Kolbens 18 kleiner als der Durchmesser des Übertragerkolbens 38, so dass durch den hydraulischen Wandler 44 eine Geschwindigkeits- und Wegübersetzung zur Ventilnadel 10 hin erfolgt. As in the example, the opening stroke of the valve needle 10 should be greater than that maximum stroke of the actuator 30, the diameter of the piston 18 is smaller than the Diameter of the transmission piston 38, so that through the hydraulic converter 44 a speed and distance translation to the valve needle 10 out.

Die Stromversorgung des Aktors 30 erfolgt über elektrische Anschlüsse 55, die durch einen gegenüber Kraftstoff abgedichteten Kanal nach außen geführt sind.The power supply of the actuator 30 via electrical connections 55, which are guided through a sealed against fuel channel to the outside.

Aus konstruktiven Gründen vorteilhaft ist es, wie im Beispiel vorgesehen, für die Zufuhr des Kraftstoffs die Aussparung 29 zu verwenden, in der sich der Aktor 30 befindet. Der Kraftstoff gelangt von einem Hochdruckspeicher 70 (Common Rail) über eine Hochdruckleitung 72 zu der Aussparung 29 und von dort über nicht dargestellte Aussparungen zwischen der Lagerplatte 32 und dem oberen Ende der Zugstange 33 in den inneren durchbohrten Teil des Aktors, von dort in den Raum 52, von dort über die Bohrungen 50 in den Raum 51 und von dort zum unteren Endbereich der Ventilnadel 10.For constructive reasons, it is advantageous, as provided in the example, for the supply of fuel to use the recess 29, in which the actuator 30th located. The fuel passes from a high-pressure accumulator 70 (common rail) via a high pressure line 72 to the recess 29 and from there via not shown recesses between the bearing plate 32 and the upper end of the Pulling rod 33 in the inner pierced part of the actuator, from there into the room 52, from there via the holes 50 in the room 51 and from there to the bottom End region of the valve needle 10.

Um zu verhindern, dass der als Piezoaktor ausgebildete Aktor 30 auf Zug beansprucht werden kann, die Verbindung am oberen Ende der Zugstange 33 so ausgebildet sein, dass sie lediglich Druckkräfte auf den Aktor 30 auszuüben gestattet, in Gegenrichtung also gegenüber der Platte 32 verschiebbar ist. Zweckmäßig ist jedoch, und dies ist in nicht gezeigter Weise auch vorgesehen, dass die Zugstange 33 gegenüber der Platte 32 unbeweglich befestigt ist. Daher ist eine nicht gezeigte Vorspannfeder vorgesehen, die den Aktor 30 so stark auf Druck beansprucht, dass diese Druckkraft nicht von anderen, auf den Aktor 30 in entgegengesetzter Richtung einwirkenden Kräften überwunden werden kann. Zu den genannten Kräften gehört insbesondere die von der Druckschulter 16 in Folge des Drucks des Kraftstoffs auf die geschlossene Ventilnadel 10 ausgeübte, nach oben in Öffnungsrichtung wirkende Kraft. Der Aktor selbst kann die genannte Druckkraft überwinden.In order to prevent that designed as a piezo actuator actuator 30 to train can be claimed, the compound at the upper end of the tie rod 33 so be formed that they exert only compressive forces on the actuator 30 allowed, so in the opposite direction relative to the plate 32 is displaceable. It is expedient, however, and this is also provided in a manner not shown that the pull rod 33 is fixed immovably relative to the plate 32. Therefore, one is Not shown bias spring provided, the actuator 30 so much to pressure claims that this compressive force is not imposed by others on the actuator 30 in FIG opposing forces can be overcome. To the In particular, the forces of the pressure shoulder 16 in consequence of the Pressure of the fuel exerted on the closed valve needle 10, upward in Opening direction acting force. The actuator itself can provide the mentioned compressive force overcome.

Sobald der Aktor 30 zum Öffnen der Ventilnadel 10 angesteuert wird, ihm also Strom zugeführt wird, bewegt sich der Übertragerkolben 38 nach oben und es vermindert sich der Druck in den Wandlerräumen 47 und 46. Dadurch ist es dem Druck des Kraftstoffs im Bereich der Druckschulter 16 möglich, die Ventilnadel 10 in Öffnungsrichtung anzuheben. Dabei muss bei der gezeigten Konstruktion auch die Kraft der Feder 20 überwunden werden. As soon as the actuator 30 is actuated to open the valve needle 10, so it Power is supplied, the transfer piston 38 moves up and it decreases the pressure in the converter chambers 47 and 46. Thus it is the Pressure of the fuel in the region of the pressure shoulder 16 possible, the valve needle 10 in Lift opening direction. It must be in the construction shown, the Force of the spring 20 are overcome.

Bei der Erfindung ist das in der Einspritzvorrichtung starr fixierte Ende des Aktors 30 der Ventilnadel 10 zugewandt, und dasjenige Ende des Aktors, das die Betätigung der Ventilnadel 10 ausführt, ist der Ventilnadel 10 abgewandt. Es wird somit eine vom Aktor 30 durch dessen Ausdehnung in Längsrichtung erzeugte Druckkraft über die Zugstange 33 auf die Ventilnadel 10 als Zugkraft übertragen, um die Ventilnadel zu öffnen.In the invention, the rigidly fixed in the injection device end of the Actuator 30 of the valve needle 10 facing, and that end of the actuator, the Operation of the valve needle 10 performs, the valve needle 10 is remote. It will thus one generated by the actuator 30 by its extension in the longitudinal direction Compressive force transmitted via the pull rod 33 to the valve needle 10 as a pulling force to to open the valve needle.

Wegen der zentrischen Anordnung der Zugstange 33 ist die Anordnung raumsparend. Da die Einspritzvorrichtung keinerlei Steuermengen benötigt, weil eine Steuerkammer, wie sie für die bei anderen Einspritzventilen erforderliche Hubsteuerung erforderlich ist, nicht benötigt wird, und weil keinerlei bewegliche Teile der Vorrichtung in einen Bereich ragen, dessen Umgebungsdruck erheblich niedriger ist als der Hochdruck des Kraftstoffs, treten allenfalls minimale Leckageverluste, zum Beispiel durch Montagefugen der Vorrichtung auf.Because of the centric arrangement of the drawbar 33, the arrangement space-saving. Since the injector does not require any control amounts, because a Control chamber as required for those with other injectors Lift control is required, not needed, and because no moving parts protrude the device in an area whose ambient pressure significantly lower is as the high pressure of the fuel, occur at most minimal leakage losses, Example by mounting joints of the device.

Claims

Fuel injection device (1) with a directly controlled valve needle (10) which, depending on its position, opens or closes an injection opening (10) for injecting fuel into a combustion space, wherein an electrically operated actuator (30) is used to actuate the valve needle (10). on the one hand with the valve needle (10) coupled via a power transmission device and on the other hand firmly anchored in the device,
characterized in that the coupled to the power transmission device element of the actuator (30) facing away from the power transmission device, and in the device firmly anchored element of the actuator (30) faces the power transmission device.

Device according to claim 1, characterized in that the power transmission device is a hydraulic converter (44) having a booster piston (38) connected to the actuator (30) and a piston (18) connected to the valve needle (10) between which common converter space is arranged.