EP1636484B1 - Injector for internal combustion engines - Google Patents

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EP1636484B1
EP1636484B1 EP04729036A EP04729036A EP1636484B1 EP 1636484 B1 EP1636484 B1 EP 1636484B1 EP 04729036 A EP04729036 A EP 04729036A EP 04729036 A EP04729036 A EP 04729036A EP 1636484 B1 EP1636484 B1 EP 1636484B1
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EP
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compensator
control
face
nozzle
pressure
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
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    • F02M2200/706—Valves for filling or emptying hydraulic chamber

Definitions

  • the present invention relates to an injection nozzle for internal combustion engines with the features of the preamble of claim 1.
  • Such an injection nozzle is off US 4,022,166 in which a nozzle body is provided with a nozzle needle guided therein, with which the injection of fuel through at least one injection hole is controllable.
  • a piezoelectric actuator is drive-coupled to a control piston, wherein the control piston has a control surface which is exposed to a control chamber.
  • the nozzle needle is exposed to a Kompensator Structure a Kompensatorraum, the Kompensatorraum and the control chamber are hydraulically coupled by means of a hydraulic path.
  • the nozzle needle is further exposed to a pressure shoulder a nozzle chamber, which is permanently high fuel pressure.
  • Another injector is for example from the DE 100 60 836 C1 known and has a nozzle body having at least one injection hole.
  • the nozzle body also contains a needle guide in which a nozzle needle is guided. With the nozzle needle, the injection of fuel through the at least one spray hole is controllable.
  • a control valve is arranged in a supply line which supplies the at least one spray hole under high pressure fuel, with which the Fuel supply can be controlled by the supply line to the at least one spray hole.
  • This control valve is drive-coupled to its actuation with an actuator.
  • the nozzle needle carries at its end facing away from the at least one injection port end a control piston which is guided in a stroke-adjustable hub.
  • This control room communicates on the one hand with the controllable with the control valve supply line.
  • a suitably throttled drain line from the control room which leads to a leakage oil chamber and which is controllable with a slide.
  • This slide forms a part of the control valve and is thus actuated together with the control valve by the actuator.
  • the nozzle needle has at its end facing the at least one spray hole a pressure stage which acts in a pressurization in the opening direction of the nozzle needle.
  • control valve closes the supply line and the slide opens the drain line.
  • the nozzle needle is then biased by spring force into its closed position; the at least one spray hole is thus closed.
  • the control valve lifts from the associated seat, whereby the supply line is open and can affect the pressure level of the nozzle needle of the high fuel pressure.
  • the high fuel pressure can not build up because the drain line is still open. Accordingly, the opening forces prevail at the nozzle needle, so that the nozzle needle opens and an injection takes place.
  • the injection nozzle according to the invention with the features of the independent claim has the advantage over that the nozzle needle can be controlled directly by the operation of the control piston. This is made possible by the fact that the high fuel pressure is applied both to a compensator surface of the nozzle needle and to a control surface of the control piston, wherein the control surface and the compensator surface are coupled together via a corresponding hydraulic path. This means that a pressure change at the control surface, which is triggered by an actuation of the actuator, so the control piston, is also effective directly on the compensator of the nozzle needle, which changes directly the balance of forces on the nozzle needle to open or close the nozzle needle , The effort to realize such a direct nozzle needle control is considerably reduced.
  • the control piston for opening the nozzle needle can be actuated such that the applied pressure drops at the first compensator surface assigned to the nozzle needle.
  • the actuator drives the control piston in the direction in which the control piston associated with the first control surface is biased anyway by the fuel high pressure applied thereto. That is, by the actuation of the actuator, the first control surface yields in the direction of the compressive forces acting on it. Consequently, the actuator does not have to generate actuating forces, but only a sufficiently fast adjustment of the control piston cause.
  • This embodiment is advantageous since the fuel in modern injection systems is in the meantime supplied at very high pressures, for example 800 bar, via the supply line to the at least one injection hole.
  • control piston is drive-coupled to the actuator via a drive rod, wherein the actuator is designed as a hollow actuator, through which the drive rod is guided centrally.
  • the drive rod carries on a side facing away from the control piston side of the actuator a drive piston driven by the actuator, wherein the actuator is designed and arranged such that it drives the drive piston in an opening stroke direction of the nozzle needle when actuated.
  • the injection nozzle 1 has a nozzle body 2, which is equipped with at least one injection hole 3. It is clear that the nozzle body 2 regularly has more than one injection hole 3. Through the at least one injection hole 3, the injection nozzle 1 can inject fuel into a combustion chamber or mixture formation space 4.
  • the nozzle body 2 contains a single nozzle needle 5, which is guided in a stroke-adjustable manner in the nozzle body 2 in a needle guide 6.
  • the nozzle needle 5 acts on its, the at least one spray hole 3 facing nozzle tip 7 with a sealing seat 8 which is formed in the nozzle body 2 and usually has a circular ring shape.
  • a supply line 9 is formed, which leads in the nozzle body 2 to a nozzle chamber 10 and is supplied with fuel which is at a high pressure.
  • the supply line 9 is connected to a common for several injectors 1 high-pressure line, so-called “common rail principle”.
  • the common high-pressure line is fed by means of a common high-pressure pump.
  • the supply line 9 may be connected directly to a high-pressure pump.
  • the nozzle chamber 10 is connected via an annular space 11 with the at least one injection hole 3, wherein between the annular space 11 and the at least one injection hole 3 of the sealing seat 8 is arranged.
  • the nozzle needle 5 has in the nozzle chamber 10 and in the annular space 11 a pressure stage 12, which faces the at least one injection hole 3.
  • the pressure stage 12 is the difference between a guide surface 13 in cross-section of the needle guide 6 minus a sealing surface 14 in the sealing seat 8.
  • In operation of the injector 1 is at the pressure stage 12 permanently high fuel pressure, so that the nozzle needle 5 with an opening force in their symbolized by an arrow opening direction 15 acts, is loaded.
  • the nozzle needle 5 is assigned a first compensator surface 16.
  • the injection nozzle 1 also includes a control piston 18 which is drive-coupled to an actuator 19.
  • the actuator or actuator 19 is used to adjust the control piston 18 and may be formed, for example, as a piezoelectric actuator.
  • the actuator 19 drives a drive piston 39, which is fixedly connected to a drive rod 40, which in turn is fixedly connected to the control piston 18. In principle, however, other drive couplings between actuator 19 and control piston 18 are feasible.
  • the control piston 18 is mounted in a control piston guide 20 adjustable in stroke in the nozzle body 2 and has a first control surface 21.
  • a first hydraulic path 22 is formed, which hydraulically couples the first control surface 21 with the first compensator 16.
  • a hydraulic coupling in the present case is understood to mean a pressure transmission path which can transmit the pressure applied to the first control surface 21 to the first compensator surface 16 and vice versa.
  • the first control surface 21 is arranged in a first control chamber 23 and can be acted upon by a pressure therein.
  • the first compensator surface 16 is also arranged in a first compensator space 24 and can be acted upon there by a pressure.
  • the first control chamber 21 communicates with the first compensator chamber 24 via a connecting line 25.
  • the first hydraulic path 22 thus passes through the first control chamber 23, the connecting line 25 and the first compensator chamber 24.
  • a second hydraulic path 29 is also formed, via which the first control chamber 23 is hydraulically coupled to the second control chamber 28 and to the supply line 9.
  • the first compensator surface 16 is formed on a compensator piston 32 which is guided in a compensator piston guide 33 in the nozzle body 2 and is drive-coupled to the nozzle needle 5.
  • the Kompensatorkolben 32 is fixedly connected to the nozzle needle 5 and can be made in particular with this one-piece or in one piece.
  • the first compensator surface 16 faces the at least one spray hole 3 and thus acts when the pressure is applied in the opening direction 15.
  • the compensator piston 32 has, on a side facing away from the at least one spray hole 3 side, a second compensator surface 34, which accordingly faces the first compensator surface 16.
  • the second compensator surface 34 is arranged in a second compensator space 35 and can be acted upon there with a pressure.
  • the second compensator chamber 35 communicates with the supply line 9, so that in the second Kompensatorraum 35 the high pressure fuel permanently prevails.
  • the high-pressure fuel effective at the second compensator surface 34 generates a force acting in the closing direction 17 on the unit of the compensator piston 32 and the nozzle needle 5.
  • the first hydraulic path 22 leads from the first compensator surface 16 through the first compensator space 24, through the connecting line 25 and through the first control chamber 23 to the first control surface 21.
  • the second hydraulic path 29 couples the first control surface 21 to the supply line 9, but in this embodiment leads through a feed line 36, in which a feed valve 37 is arranged.
  • the feed valve 37 is formed here as a non-return valve, which blocks to the supply line 9 and opens to the first control chamber 23 out and which is also spring-loaded in its blocking direction.
  • a spring 38 which serves to restore the control piston 18 and on the one hand on the nozzle body 2 and on the other hand on the drive piston 39 is supported.
  • the embodiment of the injection nozzle 1 according to the invention shown in FIG. 1 operates as follows:
  • the nozzle needle 5 is closed, ie the needle tip 7 is seated in the sealing seat 8 and thereby separates the at least one spray hole 3 from the supply line 5.
  • the feed line 36 allows pressure equalization between the supply line 9 and the first Control chamber 23, so that in the first control chamber 23 substantially the high fuel pressure prevails.
  • the fuel high pressure is also applied to the first compensator surface 16 via the first hydraulic path 22.
  • the second compensator chamber 35 the high-pressure fuel permanently prevails, so that it also bears against the second compensator surface 34.
  • the Kompensator vom 16, 34 and the pressure stage 12 are coordinated so that in the initial state at the nozzle needle 5 and on the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5, a resultant Adjusting force that acts in the closing direction 17. Accordingly, the nozzle needle 5 is pressed with its needle tip 7 against the sealing seat 8.
  • a return spring 26 arranged in the second compensator chamber 35 also acts in the closing direction and exerts an additional closing force on the nozzle needle 5.
  • the actuator 19 For injecting fuel into the combustion chamber 4, the actuator 19 is now actuated, such that the control piston 18 again performs an opening stroke 31.
  • the control piston 18 penetrates with its first control surface 21 deeper into the first control chamber 23, whereby the volume of the first control chamber 23 decreases.
  • the feed valve 37 blocks and thereby prevents escape of the fuel from the first control chamber 23 through the feed line 36 into the supply line 9.
  • the increasing pressure from the first control chamber 23 propagates directly into the first compensator chamber 24. Accordingly, the pressure on the first compensator surface 16 also increases, so that the forces acting in the opening direction 15 on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 increase.
  • the pressure in the second compensator space 35 remains constant, so that the forces acting in the closing direction on the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5 remain constant.
  • the pressure increase caused by the opening stroke 31 is so high that the balance of forces on the unit of compensator pistons 32 and nozzle needle 5 changes to the effect that an effective resultant force in the opening direction 15 now arises. Consequently, the nozzle needle 5 lifts from its sealing seat 8 and the at least one injection hole 3 communicates with the supply line 9. Accordingly, fuel is injected through the at least one injection hole 3 into the combustion chamber 4.
  • the actuator 19 is actuated to reset the control piston 18, wherein the return movement of the control piston 18 is supported by the spring 38.
  • the volume of the first control chamber 23 is increased again, so that the pressure in the first control chamber 23 drops again to a corresponding extent.
  • This pressure drop propagates again via the first hydraulic path 22 to the first compensator chamber 24.
  • the associated pressure drop at the first compensator surface 16 again leads in the following to a change in the balance of forces on the unit of Kompensatorkork 32 and nozzle needle 5, to the effect that again in the closing direction 17 effective resulting force arises.
  • the resulting pressure force thus drives supported by the return spring 26, the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5 in the closed position of the nozzle needle 5 at.
  • the at least one injection hole 3 is again separated from the supply line 9, so that the injection process is completed.
  • FIG. 1 The embodiment shown in FIG. 1 is characterized by a particularly simple structure and works with a direct control of the nozzle needle 5.
  • the pressure at the first compensator surface 16 is increased to open the nozzle needle 5.
  • the pressure in the first control chamber 23 and thus in the first compensator chamber 24 can not substantially fall below the high fuel pressure when the control piston 18 is reset since the feed line 36 brings about a corresponding pressure equalization through the corresponding operating feed valve 37.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of an injection nozzle 1 according to the invention, which referenced because of the matches with the previous embodiments of FIG. 1 in terms of components and functions on the pertaining to Figs. 1 and 2 and subsequently essentially only the differences will be explained.
  • the first compensator surface 16 on the compensator piston 32 is arranged on a side facing away from the at least one injection hole 3 so that it acts in the closing direction 17 when pressure is applied.
  • the opposing second compensator surface 34 acts in the opening direction 15.
  • the return spring 26 is accordingly arranged in the first compensator chamber 24 in this embodiment and is supported on the nozzle body 2 and on the first compensator surface 16.
  • the feed valve 37 is constructed in the embodiment shown here so that it locks in a pressure drop in the first control chamber 23, thereby preventing a subsequent flow of fuel from the supply line 9 into the first control chamber 23.
  • a spring assembly 41 in the feed valve 37 ensures that the feed valve 37 can still open at a less pronounced pressure drop to allow pressure equalization between the first control chamber 23 and feed line 9.
  • the feed line 36 could also contain a throttle point, which virtually blocks the second hydraulic path 29 during dynamic processes and a Pressure equalization is possible when quasi-static conditions exist.
  • the actuator 19 is formed as a hollow actuator, which includes a central passage opening 42 through which the drive rod 40 is passed.
  • the drive piston 39 is then fastened to the drive rod 40 on a side of the actuator 19 facing away from the control piston 18.
  • the actuator 19 in contrast to the embodiments described above, perform an opening stroke 31, which is oriented away from the at least one spray hole 3.
  • the control piston 18 is thus adjusted in its opening stroke 31 in the opening direction 15 of the nozzle needle 5. This has the consequence that within the hydraulic coupling between the control piston 18 and the compensator piston 32, no force direction reversal is required.
  • the embodiment of the injection nozzle 1 according to the invention shown in FIG. 2 operates as follows:
  • the nozzle needle 5 is closed, ie their needle tip 7 blocks the at least one spray hole 3.
  • the second Kompensatorraum 35 of high fuel pressure prevails in the second Kompensatorraum 35 of high fuel pressure.
  • the second hydraulic path 29 is active in the present static state, so that a pressure equalization between the supply line 9 and the first control chamber 23 can take place. Accordingly, the high fuel pressure also prevails in the first control chamber 23.
  • the high-pressure fuel therefore prevails in the first compensator chamber 24 via the first hydraulic path 22.
  • the same pressure namely the high pressure fuel.
  • the closing force prevails, so that the balance of forces on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 results in an effective force in the closing direction 17.
  • the return spring 26 acting in the closing direction.
  • the actuator 19 is actuated so that it drives the control piston 18 to perform the opening stroke 31.
  • the opening stroke 31 acting in the opening direction 15 causes an enlargement of the first control chamber 23, with the result that the pressure in the first control chamber 23 drops sharply and rapidly.
  • this dynamic behavior causes the feed valve 37 to block and prevents fuel from flowing from the feed line 9 into the first control chamber 23.
  • the pressure drop forming in the first control chamber 23 propagates into the first compensator chamber 24. Accordingly, the force acting on the first compensator surface 16 in the closing direction 17 is reduced.
  • the high fuel pressure still prevails.
  • the balance of forces on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 changes to the effect that a resultant force acting in the opening direction is produced. Accordingly, the nozzle needle 5 lifts off from its sealing seat 8, so that the high-pressure fuel passes unhindered to at least one spray hole 3 and is injected via this into the combustion chamber 4.
  • the actuator 19 is now actuated so that it moves the control piston 18 back again.
  • the volume of the first control chamber 23 decreases, so that there the pressure rises again.
  • the spring arrangement 41 in the feed valve 37 causes the high fuel pressure to prevail again in the first control chamber 23.
  • the caused by the provision of the control piston 18 pressure increase in the first control chamber 23 is transmitted through the first hydraulic path 22 directly into the first Kompensatorraum 24, so that the effective at the first Kompensator Structure 16 closing force again increases substantially to the initial value.
  • the force effect of the return spring 26 is also actuated so that it moves the control piston 18 back again.
  • This embodiment is characterized by a comparatively simple structure, wherein it allows a direct actuation of the nozzle needle 5.
  • a pressure drop is generated on the first compensator surface 16 to open the nozzle needle 5.

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Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to an injection nozzle for internal combustion engines with the features of the preamble of claim 1.

Eine derartige Einspritzdüse ist aus US 4,022,166 bekannt, bei der ein Düsenkörper mit einer darin, geführten Düsennadel vorgesehen ist, mit der die Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Einspritzloch steuerbar ist. Ein Piezoaktor ist mit einem Steuerkolben antriebsgekoppelten, wobei der Steuerkolben eine Steuerfläche aufweist, die einem Steuerraum ausgesetzt ist. Die Düsennadel ist mit einer Kompensatorfläche einem Kompensatorraum ausgesetzt, wobei der Kompensatorraum und der Steuerraum mittels eines Hydraulikpfades hydraulisch gekoppelt sind. Die Düsennadel ist weiterhin mit einer Druckschulter einem Düsenraum ausgesetzt, an dem permanent Kraftstoffhochdruck liegt. Zum Öffnen der Düsennadel wird der Piezoaktor angesteuert, so dass der Steuerkolben eine aus dem Steuerraum herausführende Bewegung ausführt, so dass dadurch der Druck im Steuerraum und in dem mit dem Steuerraum hydraulisch verbundenen Kompensatorraum abfällt. Dadurch übersteigen die an der Druckschulter im Düsenraum anliegenden Öffnungskräfte die auf die im Kompensatorraum auf die Düsennadel wirkende Schließkräfte und die Düsennadel hebt vom Düsennadelsitz ab.Such an injection nozzle is off US 4,022,166 in which a nozzle body is provided with a nozzle needle guided therein, with which the injection of fuel through at least one injection hole is controllable. A piezoelectric actuator is drive-coupled to a control piston, wherein the control piston has a control surface which is exposed to a control chamber. The nozzle needle is exposed to a Kompensatorfläche a Kompensatorraum, the Kompensatorraum and the control chamber are hydraulically coupled by means of a hydraulic path. The nozzle needle is further exposed to a pressure shoulder a nozzle chamber, which is permanently high fuel pressure. To open the nozzle needle of the piezoelectric actuator is driven, so that the control piston executes a leading out of the control room movement, so that thereby the pressure in the control chamber and in the hydraulically connected to the control chamber Kompensatorraum drops. As a result, the opening forces applied to the pressure shoulder in the nozzle chamber exceed the closing forces acting on the nozzle needle in the compensator chamber, and the nozzle needle lifts off the nozzle needle seat.

Eine weitere Einspritzdüse ist beispielsweise aus der DE 100 60 836 C1 bekannt und besitzt einen Düsenkörper, der mindestens ein Spritzloch aufweist. Der Düsenkörper enthält außerdem eine Nadelführung, in der eine Düsennadel geführt ist. Mit der Düsennadel ist die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch steuerbar. Bei der bekannten Einspritzdüse ist in einer Zuführungsleitung, die dem wenigstens einen Spritzloch unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführt, ein Steuerventil angeordnet, mit dem die Kraftstoffzuführung durch die Zuführungsleitung zu dem wenigstens einen Spritzloch gesteuert werden kann. Dieses Steuerventil ist zu seiner Betätigung mit einem Aktor antriebsgekoppelt. Die Düsennadel trägt an ihrem vom wenigstens einen Spritzloch abgewandten Ende einen Steuerkolben, der in einem Steuerraum hubverstellbar geführt ist. Dieser Steuerraum kommuniziert zum einen mit der mit dem Steuerventil steuerbaren Zuführungsleitung. Zum anderen geht vom Steuerraum eine zweckmäßig gedrosselte Ablaufleitung ab, die zu einem Leckölraum führt und die mit einem Schieber steuerbar ist. Dieser Schieber bildet dabei einen Bestandteil des Steuerventils und wird somit gemeinsam mit dem Steuerventil vom Aktor betätigt. Die Düsennadel besitzt an ihrem dem wenigstens einen Spritzloch zugewandten Ende eine Druckstufe, die bei einer Druckbeaufschlagung in Öffnungsrichtung der Düsennadel wirkt.Another injector is for example from the DE 100 60 836 C1 known and has a nozzle body having at least one injection hole. The nozzle body also contains a needle guide in which a nozzle needle is guided. With the nozzle needle, the injection of fuel through the at least one spray hole is controllable. In the known injection nozzle, a control valve is arranged in a supply line which supplies the at least one spray hole under high pressure fuel, with which the Fuel supply can be controlled by the supply line to the at least one spray hole. This control valve is drive-coupled to its actuation with an actuator. The nozzle needle carries at its end facing away from the at least one injection port end a control piston which is guided in a stroke-adjustable hub. This control room communicates on the one hand with the controllable with the control valve supply line. On the other hand, a suitably throttled drain line from the control room, which leads to a leakage oil chamber and which is controllable with a slide. This slide forms a part of the control valve and is thus actuated together with the control valve by the actuator. The nozzle needle has at its end facing the at least one spray hole a pressure stage which acts in a pressurization in the opening direction of the nozzle needle.

Bei einer Nichtansteuerung des Aktuators schließt das Steuerventil die Zuführungsleitung und der Schieber öffnet die Ablaufleitung. Die Düsennadel ist dann mittels Federkraft in ihre Schließstellung vorgespannt; das wenigstens eine Spritzloch ist somit geschlossen.In a non-actuation of the actuator, the control valve closes the supply line and the slide opens the drain line. The nozzle needle is then biased by spring force into its closed position; the at least one spray hole is thus closed.

Bei einer Teilansteuerung des Aktors hebt das Steuerventil vom zugehörigen Sitz ab, wodurch die Zuführungsleitung geöffnet ist und an der Druckstufe der Düsennadel der hohe Kraftstoffdruck angreifen kann. Im Steuerraum kann sich dabei der hohe Kraftstoffdruck nicht aufbauen, da die Ablaufleitung noch offen ist. Dementsprechend überwiegen an der Düsennadel die Öffnungskräfte, so dass die Düsennadel öffnet und eine Einspritzung stattfindet.In a partial control of the actuator, the control valve lifts from the associated seat, whereby the supply line is open and can affect the pressure level of the nozzle needle of the high fuel pressure. In the control room, the high fuel pressure can not build up because the drain line is still open. Accordingly, the opening forces prevail at the nozzle needle, so that the nozzle needle opens and an injection takes place.

Bei einer Vollansteuerung des Aktors öffnet das Steuerventil weiter und der Schieber sperrt die Ablaufleitung. Dementsprechend kann sich nun auch im Steuerraum der hohe Kraftstoffdruck aufbauen, so dass nunmehr die Schließkräfte an der Düsennadel überwiegen und diese in die Schließstellung antreiben. Der hierbei erforderliche Aufwand zum Betätigen der Düsennadel ist relativ groß.With a full activation of the actuator, the control valve continues to open and the slide locks the drain line. Accordingly, the high fuel pressure can now also build up in the control chamber, so that now outweigh the closing forces on the nozzle needle and drive them in the closed position. The case required effort to operate the nozzle needle is relatively large.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass die Düsennadel durch die Betätigung des Steuerkolbens direkt gesteuert werden kann. Ermöglicht wird dies dadurch, dass sowohl an einer Kompensatorfläche der Düsennadel als auch an einer Steuerfläche des Steuerkolbens der hohe Kraftstoffdruck anliegt, wobei die Steuerfläche und die Kompensatorfläche über einen entsprechenden Hydraulikpfad miteinander gekoppelt sind. Das bedeutet, dass eine Druckänderung an der Steuerfläche, die durch eine Betätigung des Aktors, also des Steuerkolbens ausgelöst wird, auch direkt an der Kompensatorfläche der Düsennadel wirksam ist, wodurch sich direkt das Kräftegleichgewicht an der Düsennadel zum Öffnen bzw. zum Schließen der Düsennadel ändert. Der Aufwand zur Realisierung einer derartigen direkten Düsennadelsteuerung ist erheblich reduziert.The injection nozzle according to the invention with the features of the independent claim has the advantage over that the nozzle needle can be controlled directly by the operation of the control piston. This is made possible by the fact that the high fuel pressure is applied both to a compensator surface of the nozzle needle and to a control surface of the control piston, wherein the control surface and the compensator surface are coupled together via a corresponding hydraulic path. This means that a pressure change at the control surface, which is triggered by an actuation of the actuator, so the control piston, is also effective directly on the compensator of the nozzle needle, which changes directly the balance of forces on the nozzle needle to open or close the nozzle needle , The effort to realize such a direct nozzle needle control is considerably reduced.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Steuerkolben zum Öffnen der Düsennadel so betätigt werden, dass an der der Düsennadel zugeordneten ersten Kompensatorfläche der anliegende Druck abfällt. Bei dieser Ausführungsform treibt der Aktor den Steuerkolben in diejenige Richtung an, in welche die dem Steuerkolben zugeordnete erste Steuerfläche durch den daran anliegenden Kraftstoffhochdruck ohnehin vorgespannt ist. D.h. durch die Betätigung des Aktors gibt die erste Steuerfläche in Richtung der daran angreifenden Druckkräfte nach. Folglich muss der Aktor keine Stellkräfte erzeugen, sondern lediglich eine hinreichend schnelle Verstellung des Steuerkolbens bewirken. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, da der Kraftstoff bei modernen Einspritzanlagen zwischenzeitlich mit sehr hohen Drücken, z.B. 800 bar, über die Zuführungsleitung dem wenigstens einen Spritzloch zugeführt wird.According to one embodiment, the control piston for opening the nozzle needle can be actuated such that the applied pressure drops at the first compensator surface assigned to the nozzle needle. In this embodiment, the actuator drives the control piston in the direction in which the control piston associated with the first control surface is biased anyway by the fuel high pressure applied thereto. That is, by the actuation of the actuator, the first control surface yields in the direction of the compressive forces acting on it. Consequently, the actuator does not have to generate actuating forces, but only a sufficiently fast adjustment of the control piston cause. This embodiment is advantageous since the fuel in modern injection systems is in the meantime supplied at very high pressures, for example 800 bar, via the supply line to the at least one injection hole.

Eine zweckmäßige Weiterbildung charakterisiert sich dadurch, dass der Steuerkolben über eine Antriebsstange mit dem Aktor antriebsgekoppelt ist, wobei der Aktor als Hohlaktor ausgebildet ist, durch den die Antriebsstange zentral hindurchgeführt ist. Die Antriebsstange trägt an einer vom Steuerkolben abgewandten Seite des Aktors einen vom Aktor antreibbaren Antriebskolben, wobei der Aktor so ausgebildet und angeordnet ist, dass er bei seiner Betätigung den Antriebskolben in einer Öffnungshubrichtung der Düsennadel antreibt. Durch die vorgeschlagene Bauweise ist es möglich, den Steuerkolben in der Öffnungsrichtung der Düsennadel anzutreiben, was zur Erzeugung eines Druckabfalls an der ersten Steuerfläche vorteilhaft sein kann.An expedient development is characterized in that the control piston is drive-coupled to the actuator via a drive rod, wherein the actuator is designed as a hollow actuator, through which the drive rod is guided centrally. The drive rod carries on a side facing away from the control piston side of the actuator a drive piston driven by the actuator, wherein the actuator is designed and arranged such that it drives the drive piston in an opening stroke direction of the nozzle needle when actuated. By the proposed construction, it is possible to drive the control piston in the opening direction of the nozzle needle, which may be advantageous for generating a pressure drop across the first control surface.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the injector according to the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einspritzdüse sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 und 2
jeweils einen stark vereinfachten Prinzip-Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der Erfindung, bei unterschiedlichen Ausführungsformen.
Embodiments of the injection nozzle according to the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components. Show, in each case schematically,
Fig. 1 and 2
in each case a greatly simplified principle longitudinal section through an injection nozzle according to the invention, in different embodiments.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Entsprechend Fig. 1 und 2 besitzt die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, der mit wenigstens einem Spritzloch 3 ausgestattet ist. Es ist klar, dass der Düsenkörper 2 regelmäßig mehr als ein Spritzloch 3 aufweist. Durch das wenigstens eine Spritzloch 3 kann die Einspritzdüse 1 Kraftstoff in einen Brennraum oder Gemischbildungsraum 4 einspritzen. Zur Steuerung des wenigstens einen Spritzlochs 3 enthält der Düsenkörper 2 eine einzige Düsennadel 5, die im Düsenkörper 2 in einer Nadelführung 6 hubverstellbar geführt ist. Die Düsennadel 5 wirkt an ihrer, dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandten Düsenspitze 7 mit einem Dichtsitz 8 zusammen, der im Düsenkörper 2 ausgebildet ist und üblicherweise eine Kreisringform besitzt.According to Fig. 1 and 2, the injection nozzle 1 according to the invention has a nozzle body 2, which is equipped with at least one injection hole 3. It is clear that the nozzle body 2 regularly has more than one injection hole 3. Through the at least one injection hole 3, the injection nozzle 1 can inject fuel into a combustion chamber or mixture formation space 4. For controlling the at least one injection hole 3, the nozzle body 2 contains a single nozzle needle 5, which is guided in a stroke-adjustable manner in the nozzle body 2 in a needle guide 6. The nozzle needle 5 acts on its, the at least one spray hole 3 facing nozzle tip 7 with a sealing seat 8 which is formed in the nozzle body 2 and usually has a circular ring shape.

Im Düsenkörper 2 ist eine Zuführungsleitung 9 ausgebildet, die im Düsenkörper 2 zu einem Düsenraum 10 führt und mit Kraftstoff versorgt wird, der unter einem hohen Druck steht. Üblicherweise ist die Zuführungsleitung 9 an eine für mehrere Einspritzdüsen 1 gemeinsame Hochdruckleitung angeschlossen, sogenanntes "Common-Rail-Prinzip". Die gemeinsame Hochdruckleitung wird dabei mittels einer gemeinsamen Hochdruckpumpe gespeist. Ebenso ist es möglich, auf andere Weise die Zuführungsleitung 9 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff zu versorgen. Beispielsweise kann die Zuführungsleitung 9 direkt an eine Hochdruckpumpe angeschlossen sein.In the nozzle body 2, a supply line 9 is formed, which leads in the nozzle body 2 to a nozzle chamber 10 and is supplied with fuel which is at a high pressure. Usually, the supply line 9 is connected to a common for several injectors 1 high-pressure line, so-called "common rail principle". The common high-pressure line is fed by means of a common high-pressure pump. Likewise, it is possible to supply the supply line 9 in other ways with fuel under high pressure. For example, the supply line 9 may be connected directly to a high-pressure pump.

Der Düsenraum 10 ist über einen Ringraum 11 mit dem wenigstens einen Einspritzloch 3 verbindbar, wobei zwischen dem Ringraum 11 und dem wenigstens einen Spritzloch 3 der Dichtsitz 8 angeordnet ist. Die Düsennadel 5 besitzt im Düsenraum 10 und im Ringraum 11 eine Druckstufe 12, die dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandt ist. Die Druckstufe 12 ist die Differenz aus einer Führungsfläche 13 im Querschnitt der Nadelführung 6 abzüglich einer Dichtfläche 14 im Dichtsitz 8. Im Betrieb der Einspritzdüse 1 liegt an der Druckstufe 12 permanent der Kraftstoffhochdruck an, so dass die Düsennadel 5 mit einer Öffnungskraft, die in ihrer durch einen Pfeil symbolisierten Öffnungsrichtung 15 wirkt, belastet ist.The nozzle chamber 10 is connected via an annular space 11 with the at least one injection hole 3, wherein between the annular space 11 and the at least one injection hole 3 of the sealing seat 8 is arranged. The nozzle needle 5 has in the nozzle chamber 10 and in the annular space 11 a pressure stage 12, which faces the at least one injection hole 3. The pressure stage 12 is the difference between a guide surface 13 in cross-section of the needle guide 6 minus a sealing surface 14 in the sealing seat 8. In operation of the injector 1 is at the pressure stage 12 permanently high fuel pressure, so that the nozzle needle 5 with an opening force in their symbolized by an arrow opening direction 15 acts, is loaded.

Der Düsennadel 5 ist eine erste Kompensatorfläche 16 zugeordnet.The nozzle needle 5 is assigned a first compensator surface 16.

Die Einspritzdüse 1 enthält außerdem einen Steuerkolben 18, der mit einem Aktor 19 antriebsgekoppelt ist. Der Aktor oder Aktuator 19 dient zum Verstellen des Steuerkolbens 18 und kann beispielsweise als Piezzoaktuator ausgebildet sein. Der Aktor 19 treibt dabei einen Antriebskolben 39 an, der fest mit einer Antriebsstange 40 verbunden ist, die ihrerseits fest mit dem Steuerkolben 18 verbunden ist. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Antriebskopplungen zwischen Aktor 19 und Steuerkolben 18 durchführbar.The injection nozzle 1 also includes a control piston 18 which is drive-coupled to an actuator 19. The actuator or actuator 19 is used to adjust the control piston 18 and may be formed, for example, as a piezoelectric actuator. The actuator 19 drives a drive piston 39, which is fixedly connected to a drive rod 40, which in turn is fixedly connected to the control piston 18. In principle, however, other drive couplings between actuator 19 and control piston 18 are feasible.

Der Steuerkolben 18 ist in einer Steuerkolbenführung 20 hubverstellbar im Düsenkörper 2 gelagert und besitzt eine erste Steuerfläche 21. Im Düsenkörper 2 ist ein erster Hydraulikpfad 22 ausgebildet, der die erste Steuerfläche 21 hydraulisch mit der ersten Kompensatorfläche 16 koppelt. Unter einer hydraulischen Kopplung wird im vorliegenden Fall eine Druckübertragungsstrecke verstanden, die den an der ersten Steuerfläche 21 anliegenden Druck bis zur ersten Kompensatorfläche 16 übertragen kann und umgekehrt.The control piston 18 is mounted in a control piston guide 20 adjustable in stroke in the nozzle body 2 and has a first control surface 21. In the nozzle body 2, a first hydraulic path 22 is formed, which hydraulically couples the first control surface 21 with the first compensator 16. A hydraulic coupling in the present case is understood to mean a pressure transmission path which can transmit the pressure applied to the first control surface 21 to the first compensator surface 16 and vice versa.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die erste Steuerfläche 21 in einem ersten Steuerraum 23 angeordnet und darin mit einem Druck beaufschlagbar. In entsprechender Weise ist auch die erste Kompensatorfläche 16 in einem ersten Kompensatorraum 24 angeordnet und dort mit einem Druck beaufschlagbar. Der erste Steuerraum 21 kommuniziert mit dem ersten Kompensatorraum 24 über eine Verbindungsleitung 25. Im vorliegenden Fall führt der erste Hydraulikpfad 22 somit durch den ersten Steuerraum 23, die Verbindungsleitung 25 und den ersten Kompensatorraum 24.In the embodiment according to FIG. 1, the first control surface 21 is arranged in a first control chamber 23 and can be acted upon by a pressure therein. In a corresponding manner, the first compensator surface 16 is also arranged in a first compensator space 24 and can be acted upon there by a pressure. The first control chamber 21 communicates with the first compensator chamber 24 via a connecting line 25. In the present case, the first hydraulic path 22 thus passes through the first control chamber 23, the connecting line 25 and the first compensator chamber 24.

Im Düsenkörper 2 ist außerdem ein zweiter Hydraulikpfad 29 ausgebildet, über den der erste Steuerraum 23 mit dem zweiten Steuerraum 28 bzw. mit der Zuführungsleitung 9 hydraulisch gekoppelt ist.In the nozzle body 2, a second hydraulic path 29 is also formed, via which the first control chamber 23 is hydraulically coupled to the second control chamber 28 and to the supply line 9.

Entsprechend Fig. 1 ist bei dieser Ausführungsform der Einspritzdüse 1 die erste Kompensatorfläche 16 an einem Kompensatorkolben 32 ausgebildet, der in einer Kompensatorkolbenführung 33 im Düsenkörper 2 hubverstellbar geführt ist und der mit der Düsennadel 5 antriebsgekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Kompensatorkolben 32 fest mit der Düsennadel 5 verbunden und kann insbesondere mit dieser einstückig oder einteilig hergestellt sein. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, Düsennadel 5 und Kompensatorkolben 32 so anzuordnen, dass sie stirnseitig aneinander anliegen, ohne fest miteinander verbunden zu sein. Die herrschenden Druckverhältnisse können dabei bewirken, dass sich Düsennadel 5 und Kompensatorkolben 32 gemeinsam verstellen, wobei stets Kräfte angreifen, welche die beiden Komponenten an ihren Stirnseiten aneinander drücken.According to FIG. 1, in this embodiment of the injection nozzle 1, the first compensator surface 16 is formed on a compensator piston 32 which is guided in a compensator piston guide 33 in the nozzle body 2 and is drive-coupled to the nozzle needle 5. Preferably, the Kompensatorkolben 32 is fixedly connected to the nozzle needle 5 and can be made in particular with this one-piece or in one piece. Likewise, it is basically possible to arrange the nozzle needle 5 and the compensator piston 32 in such a way that they abut one another on the front side without being firmly connected to one another. The prevailing pressure conditions can cause the nozzle needle 5 and compensator piston 32 to move together, always attacking forces that press the two components together at their end faces.

Desweiteren ist hier bemerkenswert, dass die erste Kompensatorfläche 16 wie die Druckstufe 12 dem wenigstens einen Spritzloch 3 zugewandt ist und somit bei einer Druckbeaufschlagung in der Öffnungsrichtung 15 wirkt. Der Kompensatorkolben 32 weist an einer vom wenigstens einen Spritzloch 3 abgewandten Seite eine zweite Kompensatorfläche 34 auf, die dementsprechend der ersten Kompensatorfläche 16 gegenüberliegt. Die zweite Kompensatorfläche 34 ist in einem zweiten Kompensatorraum 35 angeordnet und dort mit einem Druck beaufschlagbar. Der zweite Kompensatorraum 35 kommuniziert mit der Zuführungsleitung 9, so dass im zweiten Kompensatorraum 35 permanent der Kraftstoffhochdruck herrscht. Der an der zweiten Kompensatorfläche 34 wirksame Kraftstoffhochdruck erzeugt eine in Schließrichtung 17 wirksame Kraft an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5.Furthermore, it is noteworthy here that the first compensator surface 16, like the pressure stage 12, faces the at least one spray hole 3 and thus acts when the pressure is applied in the opening direction 15. The compensator piston 32 has, on a side facing away from the at least one spray hole 3 side, a second compensator surface 34, which accordingly faces the first compensator surface 16. The second compensator surface 34 is arranged in a second compensator space 35 and can be acted upon there with a pressure. The second compensator chamber 35 communicates with the supply line 9, so that in the second Kompensatorraum 35 the high pressure fuel permanently prevails. The high-pressure fuel effective at the second compensator surface 34 generates a force acting in the closing direction 17 on the unit of the compensator piston 32 and the nozzle needle 5.

Der erste Hydraulikpfad 22 führt auch hier wieder von der ersten Kompensatorfläche 16 durch den ersten Kompensatorraum 24, durch die Verbindungsleitung 25 und durch den ersten Steuerraum 23 zur ersten Steuerfläche 21. Der zweite Hydraulikpfad 29 koppelt zwar die erste Steuerfläche 21 mit der Zuführungsleitung 9, führt bei dieser Ausführungsform jedoch durch eine Einspeisleitung 36, in der ein Einspeisventil 37 angeordnet ist. Das Einspeisventil 37 ist hier als Rückschlagsperrventil ausgebildet, das zur Zuführungsleitung 9 hin sperrt und zum ersten Steuerraum 23 hin öffnet und das außerdem in seine Sperrichtung federbelastet ist.Here again, the first hydraulic path 22 leads from the first compensator surface 16 through the first compensator space 24, through the connecting line 25 and through the first control chamber 23 to the first control surface 21. Although the second hydraulic path 29 couples the first control surface 21 to the supply line 9, but in this embodiment leads through a feed line 36, in which a feed valve 37 is arranged. The feed valve 37 is formed here as a non-return valve, which blocks to the supply line 9 and opens to the first control chamber 23 out and which is also spring-loaded in its blocking direction.

Desweiteren ist bei dieser Ausführungsform eine Feder 38 gezeigt, die zur Rückstellung des Steuerkolbens 18 dient und sich einerseits am Düsenkörper 2 und andererseits am Antriebskolben 39 abstützt.Furthermore, in this embodiment, a spring 38 is shown, which serves to restore the control piston 18 and on the one hand on the nozzle body 2 and on the other hand on the drive piston 39 is supported.

Die in Fig.1 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet wie folgt:The embodiment of the injection nozzle 1 according to the invention shown in FIG. 1 operates as follows:

In dem in Fig. 1 gezeigten Ausgangszustand ist die Düsennadel 5 geschlossen, d.h. die Nadelspitze 7 sitzt im Dichtsitz 8 und trennt dadurch das wenigstens eine Spritzloch 3 von der Zuführungsleitung 5. Im Ausgangszustand ermöglicht die Einspeisleitung 36 einen Druckausgleich zwischen der Zuführungsleitung 9 und dem ersten Steuerraum 23, so dass im ersten Steuerraum 23 im wesentlichen der Kraftstoffhochdruck herrscht. Über den ersten Hydraulikpfad 22 steht der Kraftstoffhochdruck auch an der ersten Kompensatorfläche 16 an. Desweiteren herrscht im zweiten Kompensatorraum 35 permanent der Kraftstoffhochdruck, so dass dieser auch an der zweiten Kompensatorfläche 34 anliegt. Die Kompensatorflächen 16, 34 und die Druckstufe 12 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich im Ausgangszustand an der Düsennadel 5 bzw. an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 eine resultierende Kraft einstellt, die in der Schließrichtung 17 wirkt. Dementsprechend ist die Düsennadel 5 mit ihrer Nadelspitze 7 gegen den Dichtsitz 8 gedrückt. Darüber hinaus wirkt auch eine im zweiten Kompensatorraum 35 angeordnete Rückstellfeder 26 in die Schließrichtung und übt ein zusätzliche Schließkraft auf die Düsennadel 5 aus.In the initial state shown in Fig. 1, the nozzle needle 5 is closed, ie the needle tip 7 is seated in the sealing seat 8 and thereby separates the at least one spray hole 3 from the supply line 5. In the initial state, the feed line 36 allows pressure equalization between the supply line 9 and the first Control chamber 23, so that in the first control chamber 23 substantially the high fuel pressure prevails. The fuel high pressure is also applied to the first compensator surface 16 via the first hydraulic path 22. Furthermore, in the second compensator chamber 35, the high-pressure fuel permanently prevails, so that it also bears against the second compensator surface 34. The Kompensatorflächen 16, 34 and the pressure stage 12 are coordinated so that in the initial state at the nozzle needle 5 and on the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5, a resultant Adjusting force that acts in the closing direction 17. Accordingly, the nozzle needle 5 is pressed with its needle tip 7 against the sealing seat 8. In addition, a return spring 26 arranged in the second compensator chamber 35 also acts in the closing direction and exerts an additional closing force on the nozzle needle 5.

Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 4 wird nun der Aktor 19 betätigt, derart, dass der Steuerkolben 18 wieder einen Öffnungshub 31 ausführt. Hierbei dringt der Steuerkolben 18 mit seiner ersten Steuerfläche 21 tiefer in den ersten Steuerraum 23 ein, wodurch das Volumen des ersten Steuerraums 23 abnimmt. Hierdurch entsteht im ersten Steuerraum 23 ein Druckanstieg, der zum einen das Einspeisventil 37 sperrt und dadurch ein Entweichen des Kraftstoffs vom ersten Steuerraum 23 durch die Einspeisleitung 36 in die Zuführungsleitung 9 verhindert. Zum anderen pflanzt sich der ansteigende Druck vom ersten Steuerraum 23 unmittelbar in den ersten Kompensatorraum 24 fort. Dementsprechend steigt auch der Druck an der ersten Kompensatorfläche 16, so dass die in der Öffnungsrichtung 15 wirksamen Kräfte an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 zunehmen. Im Unterschied dazu bleibt der Druck im zweiten Kompensatorraum 35 konstant, so dass die in Schließrichtung wirksamen Kräfte auf die Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 konstant bleiben. Der durch den Öffnungshub 31 bewirkte Druckanstieg ist so hoch, dass sich die Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 dahingehend ändert, dass nunmehr eine in Öffnungsrichtung 15 wirksame resultierende Kraft entsteht. Folglich hebt die Düsennadel 5 von ihrem Dichtsitz 8 ab und das wenigstens eine Spritzloch 3 kommuniziert mit der Zuführungsleitung 9. Dementsprechend wird Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 3 in den Brennraum 4 eingedüst.For injecting fuel into the combustion chamber 4, the actuator 19 is now actuated, such that the control piston 18 again performs an opening stroke 31. In this case, the control piston 18 penetrates with its first control surface 21 deeper into the first control chamber 23, whereby the volume of the first control chamber 23 decreases. This results in the first control chamber 23, a pressure increase, on the one hand, the feed valve 37 blocks and thereby prevents escape of the fuel from the first control chamber 23 through the feed line 36 into the supply line 9. On the other hand, the increasing pressure from the first control chamber 23 propagates directly into the first compensator chamber 24. Accordingly, the pressure on the first compensator surface 16 also increases, so that the forces acting in the opening direction 15 on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 increase. In contrast, the pressure in the second compensator space 35 remains constant, so that the forces acting in the closing direction on the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5 remain constant. The pressure increase caused by the opening stroke 31 is so high that the balance of forces on the unit of compensator pistons 32 and nozzle needle 5 changes to the effect that an effective resultant force in the opening direction 15 now arises. Consequently, the nozzle needle 5 lifts from its sealing seat 8 and the at least one injection hole 3 communicates with the supply line 9. Accordingly, fuel is injected through the at least one injection hole 3 into the combustion chamber 4.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird der Aktor 19 zum Zurückstellen des Steuerkolbens 18 betätigt, wobei die Rückstellbewegung des Steuerkolbens 18 durch die Feder 38 unterstützt wird. Hierbei wird das Volumen des ersten Steuerraums 23 wieder vergrößert, so dass in entsprechendem Maßen auch der Druck im ersten Steuerraum 23 wieder abfällt. Dieser Druckabfall pflanzt sich über den ersten Hydraulikpfad 22 wieder bis zum ersten Kompensatorraum 24 fort. Der damit einhergehende Druckabfall an der ersten Kompensatorfläche 16 führt im folgenden erneut zu einer Änderung der Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5, dahingehend, dass wieder eine in Schließrichtung 17 wirksame resultierende Kraft entsteht. Die resultierende Druckkraft treibt somit unterstützt durch die Rückstellfeder 26 die Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 in die Schließstellung der Düsennadel 5 an. Sobald die Nadelspitze 7 wieder in ihren Dichtsitz 8 einfährt, ist das wenigstens eine Spritzloch 3 wieder von der Zuführungsleitung 9 getrennt, so dass der Einspritzvorgang beendet ist.To end the injection process, the actuator 19 is actuated to reset the control piston 18, wherein the return movement of the control piston 18 is supported by the spring 38. In this case, the volume of the first control chamber 23 is increased again, so that the pressure in the first control chamber 23 drops again to a corresponding extent. This pressure drop propagates again via the first hydraulic path 22 to the first compensator chamber 24. The associated pressure drop at the first compensator surface 16 again leads in the following to a change in the balance of forces on the unit of Kompensatorkork 32 and nozzle needle 5, to the effect that again in the closing direction 17 effective resulting force arises. The resulting pressure force thus drives supported by the return spring 26, the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5 in the closed position of the nozzle needle 5 at. As soon as the needle tip 7 retracts into its sealing seat 8, the at least one injection hole 3 is again separated from the supply line 9, so that the injection process is completed.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus und arbeitet mit einer direkten Ansteuerung der Düsennadel 5. Bei der Variante gemäß Fig. 1 wird zum Öffnen der Düsennadel 5 der Druck an der ersten Kompensatorfläche 16 erhöht.The embodiment shown in FIG. 1 is characterized by a particularly simple structure and works with a direct control of the nozzle needle 5. In the variant according to FIG. 1, the pressure at the first compensator surface 16 is increased to open the nozzle needle 5.

Der Druck im ersten Steuerraum 23 und somit im ersten Kompensatorraum 24 kann beim Zurückstellen des Steuerkolbens 18 dabei im wesentlichen nicht unter den Kraftstoffhochdruck abfallen, da die Einspeisleitung 36 durch das entsprechende arbeitende Einspeisventil 37 einen entsprechenden Druckausgleich herbeiführt.The pressure in the first control chamber 23 and thus in the first compensator chamber 24 can not substantially fall below the high fuel pressure when the control piston 18 is reset since the feed line 36 brings about a corresponding pressure equalization through the corresponding operating feed valve 37.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1, wobei wegen der Übereinstimmungen mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 hinsichtlich Bauteilen und Funktionen auf das betreffend zu den Fig. 1 und 2 gesagte verwiesen und nachfolgend im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert werden.Fig. 2 shows a second embodiment of an injection nozzle 1 according to the invention, which referenced because of the matches with the previous embodiments of FIG. 1 in terms of components and functions on the pertaining to Figs. 1 and 2 and subsequently essentially only the differences will be explained.

Entsprechend Fig. 2 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform die erste Kompensatorfläche 16 am Kompensatorkolben 32 an einer vom wenigstens einen Spritzloch 3 abgewandten Seite angeordnet, so dass sie bei einer Druckbeaufschlagung in Schließrichtung 17 wirkt. Dementsprechend wirkt die gegenüberliegende zweite Kompensatorfläche 34 in Öffnungsrichtung 15. Die Rückstellfeder 26 ist bei dieser Ausführungsform dementsprechend im ersten Kompensatorraum 24 angeordnet und stützt sich am Düsenkörper 2 und an der ersten Kompensatorfläche 16 ab.According to FIG. 2, in the embodiment shown here, the first compensator surface 16 on the compensator piston 32 is arranged on a side facing away from the at least one injection hole 3 so that it acts in the closing direction 17 when pressure is applied. Correspondingly, the opposing second compensator surface 34 acts in the opening direction 15. The return spring 26 is accordingly arranged in the first compensator chamber 24 in this embodiment and is supported on the nozzle body 2 and on the first compensator surface 16.

Das Einspeisventil 37 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform so aufgebaut, dass es bei einem Druckabfall im ersten Steuerraum 23 sperrt und dadurch ein Nachfließen von Kraftstoff von der Zuführungsleitung 9 in den ersten Steuerraum 23 verhindert. Eine Federanordnung 41 im Einspeisventil 37 sorgt dabei dafür, dass das Einspeisventil 37 bei einem weniger stark ausfallenden Druckabfall noch öffnen kann, um einen Druckausgleich zwischen erstem Steuerraum 23 und Zuführungsleitung 9 zu ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ zum Einspeisventil 37 könnte die Einspeisleitung 36 auch eine Drosselstelle enthalten, die bei dynamischen Vorgängen den zweiten Hydraulikpfad 29 quasi sperrt und einen Druckausgleich ermöglicht, wenn quasi statische Zustände vorliegen.The feed valve 37 is constructed in the embodiment shown here so that it locks in a pressure drop in the first control chamber 23, thereby preventing a subsequent flow of fuel from the supply line 9 into the first control chamber 23. A spring assembly 41 in the feed valve 37 ensures that the feed valve 37 can still open at a less pronounced pressure drop to allow pressure equalization between the first control chamber 23 and feed line 9. In addition or as an alternative to the feed valve 37, the feed line 36 could also contain a throttle point, which virtually blocks the second hydraulic path 29 during dynamic processes and a Pressure equalization is possible when quasi-static conditions exist.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Aktor 19 als Hohlaktor ausgebildet, der eine zentrale Durchgangsöffnung 42 enthält, durch welche die Antriebsstange 40 hindurchgeführt ist. Der Antriebskolben 39 ist dann an einer vom Steuerkolben 18 abgewandten Seite des Aktors 19 an der Antriebsstange 40 befestigt. Durch diese Bauweise kann der Aktor 19 im Unterschied zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen einen Öffnungshub 31 durchführen, der vom wenigstens einen Spritzloch 3 weggerichtet orientiert ist. Durch diese Bauweise wird der Steuerkolben 18 bei seinem Öffnungshub 31 somit in der Öffnungsrichtung 15 der Düsennadel 5 verstellt. Dies hat zur Folge, dass innerhalb der hydraulischen Kopplung zwischen Steuerkolben 18 und Kompensatorkolben 32 keine Kraftrichtungsumkehr erforderlich ist.In the embodiment shown in Fig. 2, the actuator 19 is formed as a hollow actuator, which includes a central passage opening 42 through which the drive rod 40 is passed. The drive piston 39 is then fastened to the drive rod 40 on a side of the actuator 19 facing away from the control piston 18. By this construction, the actuator 19, in contrast to the embodiments described above, perform an opening stroke 31, which is oriented away from the at least one spray hole 3. By this construction, the control piston 18 is thus adjusted in its opening stroke 31 in the opening direction 15 of the nozzle needle 5. This has the consequence that within the hydraulic coupling between the control piston 18 and the compensator piston 32, no force direction reversal is required.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 arbeitet wie folgt:The embodiment of the injection nozzle 1 according to the invention shown in FIG. 2 operates as follows:

In der in Fig. 2 gezeigten Ausgangslage ist die Düsennadel 5 geschlossen, d.h. ihre Nadelspitze 7 sperrt das wenigstens eine Spritzloch 3. An der Druckstufe 12 liegt der Kraftstoffhochdruck an. Ebenso herrscht im zweiten Kompensatorraum 35 der Kraftstoffhochdruck. Desweiteren ist beim vorliegenden statischen Zustand der zweite Hydraulikpfad 29 aktiv, so dass ein Druckausgleich zwischen Zuführungsleitung 9 und erstem Steuerraum 23 stattfinden kann. Dementsprechend herrscht der Kraftstoffhochdruck auch im ersten Steuerraum 23. Über den ersten Hydraulikpfad 22 herrscht der Kraftstoffhochdruck folglich auch im ersten Kompensatorraum 24. An der ersten Kompensatorfläche 16, an der zweiten Kompensatorfläche 34 und an der Druckstufe 12 liegt somit jeweils derselbe Druck, nämlich der Kraftstoffhochdruck an. Da die erste Kompensatorfläche 16 größer ist als die Summe aus zweiter Kompensatorfläche 34 und Druckstufe 12 überwiegt die Schließkraft, so dass die Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 eine in Schließrichtung 17 wirksame resultierende Kraft ergibt. Hinzu kommt die in Schließrichtung wirkende Rückstellfeder 26.In the starting position shown in Fig. 2, the nozzle needle 5 is closed, ie their needle tip 7 blocks the at least one spray hole 3. At the compression stage 12 of the high fuel pressure is applied. Likewise prevails in the second Kompensatorraum 35 of high fuel pressure. Furthermore, the second hydraulic path 29 is active in the present static state, so that a pressure equalization between the supply line 9 and the first control chamber 23 can take place. Accordingly, the high fuel pressure also prevails in the first control chamber 23. The high-pressure fuel therefore prevails in the first compensator chamber 24 via the first hydraulic path 22. At the first compensator surface 16, at the second compensator surface 34 and at the pressure stage 12 Thus, in each case the same pressure, namely the high pressure fuel. Since the first compensator surface 16 is greater than the sum of the second compensator surface 34 and pressure stage 12, the closing force prevails, so that the balance of forces on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 results in an effective force in the closing direction 17. In addition there is the return spring 26 acting in the closing direction.

Falls nun ein Einspritzvorgang durchgeführt werden soll, wird der Aktor 19 betätigt, so dass dieser den Steuerkolben 18 zur Durchführung des Öffnungshubs 31 antreibt. Der in der Öffnungsrichtung 15 wirkende Öffnungshub 31 bewirkt eine Vergrößerung des ersten Steuerraums 23, mit der Folge, dass im ersten Steuerraum 23 der Druck stark und schnell abfällt. Dieses dynamische Verhalten führt zum einen dazu, dass das Einspeisventil 37 sperrt und ein Nachfließen von Kraftstoff aus der Zuführungsleitung 9 in den ersten Steuerraum 23 verhindert. Über den ersten Hydraulikpfad 22 pflanzt sich zum anderen der sich im ersten Steuerraum 23 ausbildende Druckabfall bis in den ersten Kompensatorraum 24 fort. Dementsprechend reduziert sich die an der ersten Kompensatorfläche 16 in Schließrichtung 17 wirksame Kraft. Im Unterschied dazu herrscht an der Druckstufe 12 und an der zweiten Kompensatorfläche 34 nach wie vor der Kraftstoffhochdruck. Hierdurch ändert sich die Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 dahingehend, dass eine in Öffnungsrichtung wirkende resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend hebt die Düsennadel 5 von ihrem Dichtsitz 8 ab, so dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff ungehindert zum wenigstens einen Spritzloch 3 gelangt und über dieses in den Brennraum 4 eingedüst wird.If now an injection operation is to be performed, the actuator 19 is actuated so that it drives the control piston 18 to perform the opening stroke 31. The opening stroke 31 acting in the opening direction 15 causes an enlargement of the first control chamber 23, with the result that the pressure in the first control chamber 23 drops sharply and rapidly. On the one hand, this dynamic behavior causes the feed valve 37 to block and prevents fuel from flowing from the feed line 9 into the first control chamber 23. On the other hand, via the first hydraulic path 22, the pressure drop forming in the first control chamber 23 propagates into the first compensator chamber 24. Accordingly, the force acting on the first compensator surface 16 in the closing direction 17 is reduced. In contrast, at the pressure stage 12 and at the second compensator surface 34, the high fuel pressure still prevails. As a result, the balance of forces on the unit of compensator piston 32 and nozzle needle 5 changes to the effect that a resultant force acting in the opening direction is produced. Accordingly, the nozzle needle 5 lifts off from its sealing seat 8, so that the high-pressure fuel passes unhindered to at least one spray hole 3 and is injected via this into the combustion chamber 4.

Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird nun der Aktor 19 so betätigt, dass er den Steuerkolben 18 wieder zurück verstellt. In der Folge verkleinert sich das Volumen des ersten Steuerraums 23, so dass dort der Druck wieder ansteigt. Die Federanordnung 41 im Einspeisventil 37 bewirkt gleichzeitig, dass im ersten Steuerraum 23 sehr schnell wieder der Kraftstoffhochdruck herrscht. Der durch die Rückstellung des Steuerkolbens 18 bewirkte Druckanstieg im ersten Steuerraum 23 wird durch den ersten Hydraulikpfad 22 unmittelbar in den ersten Kompensatorraum 24 übertragen, so dass die an der ersten Kompensatorfläche 16 wirksame Schließkraft wieder im wesentlichen bis auf den Ausgangswert ansteigt. Hinzu kommt die Kraftwirkung der Rückstellfeder 26. In der Folge ändert sich die Kräftebilanz an der Einheit aus Kompensatorkolben 32 und Düsennadel 5 erneut dahingehend, dass nunmehr wieder eine in Schließrichtung 17 wirksame resultierende Kraft entsteht. Dementsprechend fährt die Düsennadel 5 dann wieder in ihren Dichtsitz 8 ein und trennt das wenigstens eine Spritzloch 3 von der Zuführungsleitung 9.To end the injection process, the actuator 19 is now actuated so that it moves the control piston 18 back again. As a result, the volume of the first control chamber 23 decreases, so that there the pressure rises again. At the same time, the spring arrangement 41 in the feed valve 37 causes the high fuel pressure to prevail again in the first control chamber 23. The caused by the provision of the control piston 18 pressure increase in the first control chamber 23 is transmitted through the first hydraulic path 22 directly into the first Kompensatorraum 24, so that the effective at the first Kompensatorfläche 16 closing force again increases substantially to the initial value. In addition, the force effect of the return spring 26. As a result, the balance of forces on the unit of Kompensatorkolben 32 and nozzle needle 5 changes again to the effect that now again in the closing direction 17 effective resulting force arises. Accordingly, the nozzle needle 5 then moves back into its sealing seat 8 and separates the at least one injection hole 3 from the supply line. 9

Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus, wobei sie eine direkte Betätigung der Düsennadel 5 ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform wird zum Öffnen der Düsennadel 5 an der ersten Kompensatorfläche 16 ein Druckabfall erzeugt.This embodiment is characterized by a comparatively simple structure, wherein it allows a direct actuation of the nozzle needle 5. In this embodiment, a pressure drop is generated on the first compensator surface 16 to open the nozzle needle 5.

Claims (4)

  1. Injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle,
    - having a nozzle body (2) which has at least one spray hole (3),
    - having a nozzle needle (5) which is guided in a needle guide (6) of the nozzle body (2) and by way of which the injection of fuel through the at least one spray hole (3) can be controlled,
    - having a feed line (9) which leads in the nozzle body (2) to a nozzle space (10) which is supplied with highly pressurized fuel,
    - the feed line (9) feeding highly pressurized fuel to the at least one spray hole (3),
    - a control piston (18) being provided which is drive-coupled to an actuator (19) and has a first control face (21),
    - the nozzle needle (5) being drive-coupled to a compensator piston (32) which has a first compensator face (16),
    - the first compensator face (16) being coupled hydraulically to the first control face (21) via a first hydraulic path (22), and
    - the first hydraulic path (22) leading through a first control space (23), in which the first control face (21) is arranged, into a first compensator space (24), in which the first compensator face (16) is arranged, and through a connecting line (25), via which the first control space (23) communicates with the first compensator space (24),
    characterized
    - in that the first control face (21) can be coupled hydraulically to the feed line (9) via a second hydraulic path (29) having a feed valve (37),
    - in that the compensator piston (32) has a second compensator face (34) which is arranged in a second compensator space (35) which communicates with the feed line (9), with the result that high fuel pressure permanently prevails in the second compensator space (35), and
    - in that the first and the second compensator faces (16, 34) lie opposite one another, with the result that a resulting force which acts in the opening direction (15) is produced by the opening stroke (31) of the control piston (18).
  2. Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that the first compensator face (16) faces the spray hole (3) and therefore acts in the opening direction (15), and in that the feed valve (37) in the second hydraulic path (29) closes towards the feed line (9) and opens towards the first control space (23).
  3. Injection nozzle according to Claim 1, characterized in that the first compensator face (16) faces away from the spray hole (39) and therefore acts in the closing direction (17) under pressure loading, and in that the feed valve (37) in the second hydraulic path (29) prevents fuel from flowing out of the feed line (9) into the first control space (23) during an opening stroke (31) of the control piston (18).
  4. Injection nozzle according to Claim 3, characterized in that, in order to open the nozzle needle (5), the control piston (18) is actuated in such a way that the prevailing pressure at the first compensator face (16) falls.
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