EP1703119A1 - Fuel injection nozzle - Google Patents

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Publication number
EP1703119A1
EP1703119A1 EP06100017A EP06100017A EP1703119A1 EP 1703119 A1 EP1703119 A1 EP 1703119A1 EP 06100017 A EP06100017 A EP 06100017A EP 06100017 A EP06100017 A EP 06100017A EP 1703119 A1 EP1703119 A1 EP 1703119A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupler
piston
booster
injection nozzle
needle
Prior art date
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Granted
Application number
EP06100017A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1703119B1 (en
Inventor
Stefan Schuerg
Wolfgang Stoecklein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1703119A1 publication Critical patent/EP1703119A1/en
Application granted granted Critical
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to an injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • Such an injection nozzle is known from EP 1 174 615 A2 and comprises a nozzle needle, which is mounted so that it can be adjusted in terms of stroke in a nozzle body and with which an injection of fuel through at least one injection hole can be controlled.
  • the injector includes a booster piston which is drive coupled to an actuator such that a stroke adjustment of the actuator necessarily causes an identical stroke adjustment of the booster piston.
  • a coupler piston is provided which has a first coupler surface and a second coupler surface.
  • the booster piston is equipped with a translator surface that is hydraulically coupled to the first coupler face.
  • the nozzle needle is provided with a control surface which is hydraulically coupled to the second coupler face.
  • a driver coupling is provided in the known injection nozzle, at least at the beginning an opening stroke of the booster piston serving to open the nozzle needle mechanically mechanically drives the coupler piston with the nozzle needle.
  • the opening movement of the nozzle needle is positively and mechanically coupled at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston directly and mechanically with the opening movement of the coupler piston.
  • the nozzle needle thus speaks very directly during the opening process and moves at least at the beginning of the opening stroke synchronously to the coupler piston.
  • the injector according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that there is no mechanical coupling between the nozzle needle and coupler piston, so that the coupler piston and nozzle needle are decoupled from each other in terms of their tolerances.
  • the production of the injection nozzle is thereby considerably simplified.
  • tolerances between the booster piston and coupler piston are to be maintained in the injector according to the invention in order to realize the driver coupling, but these tolerances are less narrow and are in particular in the usual tolerance ranges.
  • the driver coupling proposed according to the invention thus acts between the booster piston and the coupler piston and thus at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston leads to a direct drive positive coupling between booster piston and coupler piston.
  • the coupler piston directly performs the stroke of the booster piston and thus directly the stroke of the actuator, at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston.
  • the stroke displacement of the coupler piston causes the pressure drop across the second coupler face and thus directly on the control face, whereby the nozzle needle is driven to open solely by the hydraulic opening forces.
  • the nozzle body may have an intermediate plate which separates a needle region in which the nozzle needle is arranged from a control region in which the actuator, the booster piston and the coupler piston are arranged.
  • a control path which hydraulically couples the second coupler surface to the control surface is then passed through the intermediate plate.
  • an injection nozzle 1 comprises a nozzle body 2, in which a nozzle needle 3 is mounted in a stroke-adjustable manner in a suitable manner.
  • the injection nozzle 1 is used for injecting fuel into an injection space 4 of an internal combustion engine, which can be arranged in particular in a motor vehicle.
  • the injection of fuel through at least one spray hole 5 can be controlled by means of the nozzle needle 3.
  • the nozzle needle 3 acts for this purpose with a needle seat 6 together. In its initial position or closed position or blocking position shown here, the nozzle needle 3 is seated in the needle seat 6 and thereby separates the at least one injection hole 5 from a feed path 7 which supplies the at least one injection hole 5 under high pressure fuel.
  • This feed path 7 extends within the nozzle body 2 and is connected to a Fuel supply 8 connected, which is symbolized here by an arrow.
  • the feed path 7 in this case runs in the nozzle body 2 in such a way that the inner components of the injection nozzle 1 virtually float in the fuel under high pressure.
  • the fuel supply 8 comprises a common high-pressure line, to which the supply paths 7 of a plurality of injection nozzles 1 are connected.
  • the nozzle needle 3 is here part of a needle assembly 9, which consists of several members, which are jointly adjustable stroke.
  • the individual members may be loosely attached to each other or attached to each other or made of one piece.
  • the needle needle 3 or needle assembly 9 cooperates with a closing compression spring 10, which biases the nozzle needle 3 or the needle assembly 9 in the closing direction, that is to say into the needle seat 6.
  • the closing compression spring 10 is supported at one end on the needle assembly 9 or on the nozzle needle 3 and the other end of a sealing sleeve 11, which coaxially surrounds the needle assembly 9 at one end remote from the at least one injection hole 5.
  • this sealing sleeve 11 is pressed against an intermediate plate 12 at the same time, which forms a part of the nozzle body 2.
  • the sealing sleeve 11 encloses a control chamber 13, which is also axially bounded by the intermediate plate 12.
  • the needle needle 3 and the needle assembly 9 has a control surface 14, which also limits the control chamber 13.
  • the control surface 14 is remote from the at least one injection hole 5, so that pressure forces acting thereon introduce closing forces into the nozzle needle 3 or into the needle assembly 9 closing forces.
  • the intermediate plate 12 divides the nozzle body 2 into a needle region 15 located in the figures below and a control region 16 arranged above the intermediate plate 12.
  • the needle needle 3 or needle assembly 9 arranged in the needle region 15 is mechanically disposed of the components of the injection nozzle 1 arranged in the control region 16 decoupled.
  • the components of the needle portion 15 are independent of the components of the control portion 16 in terms of tolerances, which simplifies manufacturing.
  • the connection path 7 is passed through the intermediate plate 12 in a suitable manner.
  • the injection nozzle 1 contains in its control region 16 an actuator 17, which is preferably designed as a piezoelectric actuator, and depending on its energy level or the applied current has a varying axial length, wherein the axial direction is parallel to the stroke direction of the nozzle needle 3.
  • the actuator 17 At a first energy level, which is also referred to below as energization, the actuator 17 has a large or its largest axial extent. In contrast, it has a smaller or its smallest axial extent at a second energy level, which is also referred to below as Entstromung.
  • the actuator 17 is drive-coupled with a booster piston 18, such that a stroke of the actuator 17 inevitably causes the same stroke on the booster piston 18.
  • the booster piston 18 is mounted in an adjustable stroke in a bearing sleeve 19 which is axially supported on the intermediate plate 12. Furthermore, an opening compression spring 20 is provided, which is supported at one end to the bearing sleeve 19 and the other end to a disc 21, via which the booster piston 18 is fixedly connected to the actuator 17.
  • the opening pressure spring 20 thus drives the booster piston 18 in a direction away from the nozzle needle 3 direction.
  • the booster piston 18 has a booster surface 22 defining a booster space 23.
  • the booster chamber 23 is formed within the bearing sleeve 19 and thus enclosed by the bearing sleeve 19.
  • a coupler piston 24 is provided, which is likewise mounted in a stroke-adjustable manner in the bearing sleeve 19.
  • the coupler piston 24 has a first coupler surface 25, which faces away from the at least one spray hole 5, and a second coupler surface 26, which faces the at least one spray hole 5.
  • the first coupler surface 25 also limits the translator space 23 and faces the translator surface 22.
  • Translator surface 22 and first coupler surface 25 are hydraulically coupled together.
  • the second coupler surface 26 is hydraulically coupled to the control surface 14.
  • the second coupler surface 26 defines a coupler space 27, which is also delimited from the intermediate plate 12 by the second coupler surface 26 and bordered by the bearing sleeve 19.
  • the intermediate plate 12 contains at least one control channel 28, via which the control chamber 13 communicates with the coupler space 27.
  • the hydraulic coupling between the control surface 14 and second coupler surface 26 takes place Thus, via the control chamber 13, through the control channel 28 and the coupler space 27.
  • a control path which hydraulically couples the second coupler surface 26 with the control surface 14 thus comprises the control chamber 13, the coupler chamber 27 and the at least one control channel 28 and thus by the intermediate plate 12 passed.
  • a driver coupling 29 is now also provided, which is designed such that it mechanically drives the coupler piston 24 to the booster piston 18 at least at the beginning of an opening stroke of the booster piston 18, which serves to open the nozzle needle 3.
  • the coupler piston 24 is stroke-displaced synchronously with the transmission piston 18 at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston 18.
  • the driver coupling 29 comprises in the embodiments shown here, a first driver contour 30 which is fixedly connected to the booster piston 18, and a second driver contour 31 which is fixedly connected to the coupler piston 24.
  • the booster piston 18 includes a first driver space 32, within which the first driver contour 30 is formed in the form of an undercut.
  • the coupler piston 24 has a rod 33 which projects axially from the coupler piston 24 and projects into the first driver chamber 32. There, the rod 33 carries a head 34, on which the second driver contour 31 is formed so that it engages behind the first driver contour 30 within the first driver space 32.
  • the first driving space 32 is open to the coupler piston 24 and is hydraulically coupled to the booster chamber 23, which takes place for example via at least one connecting channel 35.
  • a driving space is also provided, which is not formed in the booster piston 18, but in the coupler piston 24 and is hereinafter referred to as the second driving space 36.
  • the second Mitauerraum 36 the second Mitauerkontur 31 is then arranged and suitably designed as an undercut.
  • the first driver contour 30 is then on a head 37 of a rod 38th formed, which is fixedly connected to the booster piston 18 and immersed in the second driving space 36. Accordingly, the first cam follower 30 engages within the second Mitauerraums 36, the second Mitauerkontur 31.
  • the second Mit sacrificeraum 36 communicates in particular via at least one connecting channel 39 with the booster chamber 23 and is open to the booster piston 18 out.
  • two driving spaces are provided, namely the first driving space 32 formed in the booster piston 18 and the second driving space 36 formed in the coupler piston 24.
  • the first driving contour 30 is formed in the first driving space 32, in particular in the form of an undercut.
  • the second driver contour 31 is arranged here in the second booster chamber 36, preferably in the form of an undercut.
  • a coupling member 40 is provided, which has a rod 41 which projects at both axial ends in each of the driver chambers 32 and 36 and there has a head 42 and 43, respectively, the respective as an undercut trained driver contour 30 and 31 engages behind.
  • At least one return spring 44 is also provided, which is supported at one end on the booster piston 18 and the other end on the coupler piston 24 and which drives said pistons 18, 24 axially away from one another.
  • a distance 45 between the booster piston 18 and coupler piston 24 can increase.
  • the maximum adjustable distance 45 is defined or limited by the driver coupling 29.
  • the driver contours 30, 31 are either directly as in the embodiments of FIGS. 1 and 2 or indirectly via the coupler member 40 as shown in FIG. 3 with each other.
  • the driver coupling 29 is also designed so that a relative displacement between the booster piston 18 and coupler piston 24 is possible, in such a way that the distance 45 thereby reduced. This is achieved in the embodiments shown here in that the respective heads 34, 37, 42 and 43 only loosely rest on the respective undercut 30, 31 and thereby move into the respective driver space 32 or 36 and from the respective undercut 30, 31 can lift off or remove. This relative movement between the booster piston 18 and coupler piston 24 then takes place counter to the pressure force of the return spring 44th
  • the actuator 17 is energized and has its greatest axial extent.
  • the nozzle needle 3 is seated in its seat 6 and blocks the at least one injection hole 5.
  • the coupler piston 24 has its greatest distance 45 from the booster piston 18.
  • the driver contours 30, 31 of the driver coupling 29 are engaged.
  • This pressure equalization can be realized, for example, by targeted play or by targeted leaks in the area of the bearings of the booster piston 18, coupler piston 24 and nozzle needle 3 or NadelVERS 9.
  • suitable throttle bores may be provided, which connect the respective spaces with the feed path 7.
  • the actuator 17 is de-energized, causing it to contract.
  • the actuator 17 is in this case operated inversely, ie, an energization of the actuator 17 causes a closing of the nozzle needle 3, while a flow of the actuator 17 causes the opening of the nozzle needle 3. Since the axial length of the actuator 17 is reduced by its inverse operation, the compulsorily coupled booster piston 18 performs an opening stroke. At the beginning of this opening stroke, which is directed away from the least one injection hole 5, the driver coupling 29 inevitably forces a stroke adjustment of the coupler piston 24. In this way, the second coupler surface 26 moves away from the intermediate plate 12, whereby the volume of the coupler chamber 27 increases.
  • the opening of the nozzle needle 3 is due to the driver coupling 29 very directly, which makes it possible to specify the opening time of the nozzle needle 3 quite accurately.
  • a ratio of second coupling surface 26 to control surface 14 a desired translation of the stroke adjustment of the actuator 17 and the opening stroke of the nozzle needle 3 can be adjusted.
  • the second coupler surface 26 is then the same size as the control surface 14.
  • the actuator 17 is operated longer.
  • the translator surface 22 is usually larger than the first coupler surface 25. This has the consequence that during the opening stroke of the booster piston 18, the volume of the booster chamber 23 increases. Accordingly, it comes in the interpreter room 23 to a pressure drop. While the pressure drop in the coupler chamber 27 is substantially compensated or limited (at least initially) by the opening movement of the nozzle needle 3, the pressure in the booster chamber 23 continues to decrease until the forces acting on the coupler surface 26 on the coupler piston 24 are opposite those at The forces acting on the first coupler surface 25 predominate. From this force balance, the opening stroke of the coupler piston 24 is faster than the opening stroke of the booster piston 18, so that the coupler piston 24 moves toward the booster piston 18 while reducing the distance 45. This relative movement is made possible by the driver coupling 29 according to the invention. As a result, the pressure drop in the coupler chamber 27 increases again, which again accelerates the nozzle needle 3 in the opening direction.
  • the ratio of control surface 14 to translator surface 22 is now appropriate expedient, this translator surface 22 is significantly larger than the control surface 14, so that a certain stroke of the actuator 17 a correspondingly larger stroke on the Nozzle needle 3 generated.
  • the nozzle needle 3 can thus be opened extremely quickly. This is advantageous for the realization of large injection quantities with comparatively short injection times.
  • the large ratio ensures a comparatively short length for the actuator 17, whereby the injector 1 can build a comparatively compact overall.
  • the actuator 17 is energized again, whereby its length is increased and the booster piston 18 is again adjusted in the direction of at least one injection hole 5.
  • the volume of the translator space 23 is reduced, thereby increasing the pressure therein.
  • This increase in pressure then causes a corresponding adjustment movement of the coupler piston 24 in the direction of the at least one injection hole 5, wherein this adjusting movement is supported by the return spring 44.
  • FIGS. 2 and 3 operate analogously to the variant of FIG. 1 and therefore need not be explained in detail.
  • the needle area 15 can be produced completely independently of the control area 16 with regard to tolerances and alignment of the movable components contained therein, since in particular no mechanical coupling between the nozzle needle 3 and the coupler piston 24 has to be realized.
  • the embodiment of the driver coupling 29 exclusively in the control region 16 can be implemented much simpler, since the tolerances to be maintained within the control region 16 can lie in a larger range.

Landscapes

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Abstract

The injection jet (1) has a jet needle (3) in a jet body (4) to inject fuel through an injection hole (5). It has a transfer piston (18) and a coupling piston (24) with two coupling surfaces (25, 26). It also includes a traveling coupling (29), which at least at the beginning of the opening stroke, mechanically couples coupling piston to the transfer piston.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die ErFmdung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Einspritzdüse ist aus der EP 1 174 615 A2 bekannt und umfasst eine Düsennadel, die in einem Düsenkörper hubverstellbar gelagert ist und mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch steuerbar ist. Die Einspritzdüse enthält einen Übersetzerkolben, der mit einem Aktor antriebsgekoppelt ist, derart, dass eine Hubverstellung des Aktors zwangsläufig eine identische Hubverstellung des Übersetzerkolbens bewirkt. Des Weiteren ist ein Kopplerkolben vorgesehen, der eine erste Kopplerfläche und eine zweite Kopplerfläche aufweist. Der Übersetzerkolben ist mit einer Übersetzerfläche ausgestattet, die mit der ersten Kopplerfläche hydraulisch gekoppelt ist. Des Weiteren ist die Düsennadel mit einer Steuerfläche ausgestattet, die mit der zweiten Kopplerfläche hydraulisch gekoppelt ist. Zum Öffnen der Düsennadel führt der Übersetzerkolben, angetrieben durch den Aktor einen Öffnungshub durch, der zu einem Druckabfall an der Übersetzerfläche und somit an der ersten Kopplerfläche führt. In der Folge führt auch der Kopplerkolben einen Hub durch, der seinerseits zu einem Druckabfall an der zweiten Kopplerfläche und somit an der Steuerfläche führt. Durch den Druckabfall an der Steuerfläche überwiegen die an der Düsennadel angreifenden Öffnungskräfte und treiben die Düsennadel zum Öffnen an.Such an injection nozzle is known from EP 1 174 615 A2 and comprises a nozzle needle, which is mounted so that it can be adjusted in terms of stroke in a nozzle body and with which an injection of fuel through at least one injection hole can be controlled. The injector includes a booster piston which is drive coupled to an actuator such that a stroke adjustment of the actuator necessarily causes an identical stroke adjustment of the booster piston. Furthermore, a coupler piston is provided which has a first coupler surface and a second coupler surface. The booster piston is equipped with a translator surface that is hydraulically coupled to the first coupler face. Furthermore, the nozzle needle is provided with a control surface which is hydraulically coupled to the second coupler face. To open the nozzle needle of the booster piston, driven by the actuator performs an opening stroke, which leads to a pressure drop across the booster surface and thus at the first coupler surface. As a result, the coupler piston also performs a stroke, which in turn leads to a pressure drop across the second coupler surface and thus to the control surface. Due to the pressure drop at the control surface outweigh the opening forces acting on the nozzle needle and drive the nozzle needle to open.

Um die Düsennadel möglichst direkt zum Öffnen ansteuern zu können, ist bei der bekannten Einspritzdüse eine Mitnehmerkopplung vorgesehen, die zumindest zu Beginn eines zum Öffnen der Düsennadel dienenden Öffnungshubs des Übersetzerkolbens den Kopplerkolben mit der Düsennadel mechanisch antriebskoppelt. Hierdurch ist die Öffnungsbewegung der Düsennadel zumindest zu Beginn des Öffnungshubs des Übersetzerkolbens unmittelbar und mechanisch mit der Öffnungsbewegung des Kopplerkolbens zwangsgekoppelt. Die Düsennadel spricht somit beim Öffnungsvorgang sehr direkt an und bewegt sich zumindest zu Beginn des Öffnungshubs synchron zum Kopplerkolben.In order to control the nozzle needle as directly as possible to open, a driver coupling is provided in the known injection nozzle, at least at the beginning an opening stroke of the booster piston serving to open the nozzle needle mechanically mechanically drives the coupler piston with the nozzle needle. As a result, the opening movement of the nozzle needle is positively and mechanically coupled at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston directly and mechanically with the opening movement of the coupler piston. The nozzle needle thus speaks very directly during the opening process and moves at least at the beginning of the opening stroke synchronously to the coupler piston.

Problematisch ist dabei, dass zur Realisierung einer derartigen Mitnehmerkopplung sehr enge Toleranzen eingehalten werden müssen, was die Herstellung der bekannten Einspritzdüse entsprechend aufwändig und teuer macht.The problem is that for the realization of such a driver coupling very tight tolerances must be met, which makes the production of the known injection nozzle correspondingly complex and expensive.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass keine mechanische Kopplung zwischen Düsennadel und Kopplerkolben vorliegt, so dass Kopplerkolben und Düsennadel hinsichtlich ihrer Toleranzen voneinander entkoppelt sind. Die Fertigung der Einspritzdüse wird dadurch erheblich vereinfacht. Zwar sind bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse Toleranzen zwischen Übersetzerkolben und Kopplerkolben einzuhalten, um die Mitnehmerkopplung realisieren zu können, jedoch sind diese Toleranzen weniger eng und liegen insbesondere in üblichen Toleranzbereichen.The injector according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that there is no mechanical coupling between the nozzle needle and coupler piston, so that the coupler piston and nozzle needle are decoupled from each other in terms of their tolerances. The production of the injection nozzle is thereby considerably simplified. Although tolerances between the booster piston and coupler piston are to be maintained in the injector according to the invention in order to realize the driver coupling, but these tolerances are less narrow and are in particular in the usual tolerance ranges.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Mitnehmerkopplung wirkt somit zwischen dem Übersetzerkolben und dem Kopplerkolben und führt somit zumindest zu Beginn des Öffnungshubs des Übersetzerkolbens zu einer direkten antriebsmäßigen Zwangskopplung zwischen Übersetzerkolben und Kopplerkolben. Das bedeutet, dass der Kopplerkolben unmittelbar den Hub des Übersetzerkolbens und somit unmittelbar den Hub des Aktors durchführt, zumindest zu Beginn des Öffnungshubs des Übersetzerkolbens. Unabhängig von den Druckverhältnissen an der Übersetzerfläche und an der ersten Kopplerfläche bewirkt die Hubverstellung des Kopplerkolbens den Druckabfall an der zweiten Kopplerfläche und somit an der Steuerfläche unmittelbar, wodurch die Düsennadel ausschließlich durch die hydraulischen Öffnungskräfte zum Öffnen angetrieben wird.The driver coupling proposed according to the invention thus acts between the booster piston and the coupler piston and thus at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston leads to a direct drive positive coupling between booster piston and coupler piston. This means that the coupler piston directly performs the stroke of the booster piston and thus directly the stroke of the actuator, at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston. Regardless of the pressure ratios at the translator surface and at the first coupler face, the stroke displacement of the coupler piston causes the pressure drop across the second coupler face and thus directly on the control face, whereby the nozzle needle is driven to open solely by the hydraulic opening forces.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Düsenkörper eine Zwischenplatte aufweisen, die einen Nadelbereich, in dem die Düsennadel angeordnet ist, von einem Steuerbereich trennt, in dem der Aktor, der Übersetzerkolben und der Kopplerkolben angeordnet sind. Dabei ist dann ein Steuerpfad, der die zweite Kopplerfläche mit der Steuerfläche hydraulisch koppelt, durch die Zwischenplatte hindurchgeführt. Auf diese Weise werden im Düsenkörper die beiden Bereiche, nämlich der Nadelbereiche und der Steuerbereich, realisiert, die grundsätzlich, insbesondere im Hinblick auf Toleranzen, unabhängig voneinander gefertigt werden können. Auf diese Weise vereinfacht sich die serienmäßige Produktion der Einspritzdüsen.In an advantageous embodiment, the nozzle body may have an intermediate plate which separates a needle region in which the nozzle needle is arranged from a control region in which the actuator, the booster piston and the coupler piston are arranged. In this case, a control path which hydraulically couples the second coupler surface to the control surface is then passed through the intermediate plate. In this way, the two areas, namely the needle areas and the control area, realized in the nozzle body, which in principle, in particular with regard to tolerances, can be made independently. This simplifies the standard production of the injectors.

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

Zeichnungendrawings

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

Fig.1 bis 3
jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen 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 will be 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 to 3
in each case a greatly simplified, fundamental longitudinal section through an injection nozzle according to the invention in different embodiments.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 umfasst eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, in dem auf geeignete Weise eine Düsennadel 3 hubverstellbar gelagert ist. Die Einspritzdüse 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Einspritzraum 4 einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Die Einspritzung von Kraftstoff durch zumindest ein Spritzloch 5 ist mit Hilfe der Düsennadel 3 steuerbar. Die Düsennadel 3 wirkt hierzu mit einem Nadelsitz 6 zusammen. In ihrer hier gezeigten Ausgangsstellung oder Schließstellung oder Sperrstellung sitzt die Düsennadel 3 im Nadelsitz 6 und trennt dadurch das wenigstens eine Spritzloch 5 von einem Zuführpfad 7, der dem wenigstens einen Spritzloch 5 unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zuführt. Dieser Zuführpfad 7 erstreckt sich innerhalb des Düsenkörpers 2 und ist an eine Kraftstoffversorgung 8 angeschlossen, die hier durch einen Pfeil symbolisiert ist. Der Zuführpfad 7 verläuft dabei so im Düsenkörper 2, dass die inneren Komponenten der Einspritzdüse 1 quasi in dem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff schwimmen. Bei einem sogenannten Common-Rail-System umfasst die Kraftstoffversorgung 8 eine gemeinsame Hochdruckleitung, an welche die Zuführpfade 7 mehrerer Einspritzdüsen 1 angeschlossen sind.According to FIGS. 1 to 3, an injection nozzle 1 according to the invention comprises a nozzle body 2, in which a nozzle needle 3 is mounted in a stroke-adjustable manner in a suitable manner. The injection nozzle 1 is used for injecting fuel into an injection space 4 of an internal combustion engine, which can be arranged in particular in a motor vehicle. The injection of fuel through at least one spray hole 5 can be controlled by means of the nozzle needle 3. The nozzle needle 3 acts for this purpose with a needle seat 6 together. In its initial position or closed position or blocking position shown here, the nozzle needle 3 is seated in the needle seat 6 and thereby separates the at least one injection hole 5 from a feed path 7 which supplies the at least one injection hole 5 under high pressure fuel. This feed path 7 extends within the nozzle body 2 and is connected to a Fuel supply 8 connected, which is symbolized here by an arrow. The feed path 7 in this case runs in the nozzle body 2 in such a way that the inner components of the injection nozzle 1 virtually float in the fuel under high pressure. In a so-called common rail system, the fuel supply 8 comprises a common high-pressure line, to which the supply paths 7 of a plurality of injection nozzles 1 are connected.

Die Düsennadel 3 ist hier Bestandteil eines Nadelverbands 9, der aus mehreren Gliedern besteht, die gemeinsam hubverstellbar sind. Die einzelnen Glieder können lose aneinander liegen oder aneinander befestigt sein oder aus einem Stück hergestellt sein.The nozzle needle 3 is here part of a needle assembly 9, which consists of several members, which are jointly adjustable stroke. The individual members may be loosely attached to each other or attached to each other or made of one piece.

Die Düsennadel 3 bzw. der Nadelverband 9 wirkt mit einer Schließdruckfeder 10 zusammen, welche die Düsennadel 3 bzw. den Nadelverband 9 in Schließrichtung, also in den Nadelsitz 6 vorspannt. Hierzu stützt sich die Schließdruckfeder 10 einenends am Nadelverband 9 bzw. an der Düsennadel 3 ab und anderenends einer Dichthülse 11, die den Nadelverband 9 an einem von dem wenigstens einen Spritzloch 5 entfernten Ende koaxial umschließt. Über die Schließdruckfeder 10 wird diese Dichthülse 11 gleichzeitig gegen eine Zwischenplatte 12 angepresst, die einen Bestandteil des Düsenkörpers 2 bildet. Die Dichthülse 11 umschließt einen Steuerraum 13, der außerdem von der Zwischenplatte 12 axial begrenzt ist.The needle needle 3 or needle assembly 9 cooperates with a closing compression spring 10, which biases the nozzle needle 3 or the needle assembly 9 in the closing direction, that is to say into the needle seat 6. For this purpose, the closing compression spring 10 is supported at one end on the needle assembly 9 or on the nozzle needle 3 and the other end of a sealing sleeve 11, which coaxially surrounds the needle assembly 9 at one end remote from the at least one injection hole 5. About the closing compression spring 10, this sealing sleeve 11 is pressed against an intermediate plate 12 at the same time, which forms a part of the nozzle body 2. The sealing sleeve 11 encloses a control chamber 13, which is also axially bounded by the intermediate plate 12.

Die Düsennadel 3 bzw. der Nadelverband 9 weist eine Steuerfläche 14 auf, die ebenfalls den Steuerraum 13 begrenzt. Die Steuerfläche 14 ist von dem wenigstens einen Spritzloch 5 abgewandt, so dass daran angreifende Druckkräfte Schließkräfte in die Düsennadel 3 bzw. in den Nadelverband 9 Schließkräfte einleiten.The needle needle 3 and the needle assembly 9 has a control surface 14, which also limits the control chamber 13. The control surface 14 is remote from the at least one injection hole 5, so that pressure forces acting thereon introduce closing forces into the nozzle needle 3 or into the needle assembly 9 closing forces.

Die Zwischenplatte 12 unterteilt den Düsenkörper 2 in einen in den Figuren unten liegenden Nadelbereich 15 und einen oberhalb der Zwischenplatte 12 angeordneten Steuerbereich 16. Die im Nadelbereich 15 angeordnete Düsennadel 3 bzw. der Nadelverband 9 ist mechanisch von den im Steuerbereich 16 angeordneten Komponenten der Einspritzdüse 1 entkoppelt. Insbesondere sind die Komponenten des Nadelbereichs 15 von den Komponenten des Steuerbereichs 16 hinsichtlich Toleranzen unabhängig, was die Fertigung vereinfacht. Der Verbindungspfad 7 ist dabei auf geeignete Weise durch die Zwischenplatte 12 hindurchgeführt.The intermediate plate 12 divides the nozzle body 2 into a needle region 15 located in the figures below and a control region 16 arranged above the intermediate plate 12. The needle needle 3 or needle assembly 9 arranged in the needle region 15 is mechanically disposed of the components of the injection nozzle 1 arranged in the control region 16 decoupled. In particular, the components of the needle portion 15 are independent of the components of the control portion 16 in terms of tolerances, which simplifies manufacturing. The connection path 7 is passed through the intermediate plate 12 in a suitable manner.

Die Einspritzdüse 1 enthält in ihrem Steuerbereich 16 einen Aktor 17, der vorzugsweise als Piezoaktuator ausgestaltet ist, und der in Abhängigkeit seines Energielevels bzw. des anliegenden Stroms eine variierende axiale Länge aufweist, wobei die Axialrichtung parallel zur Hubrichtung der Düsennadel 3 verläuft. Bei einem ersten Energielevel, der im folgenden auch als Bestromung bezeichnet wird, besitzt der Aktor 17 eine große bzw. seine größte axiale Ausdehnung. Im Unterschied dazu weist er bei einem zweiten Energielevel, der im folgenden auch als Entstromung bezeichnet wird, eine kleinere bzw. seine kleinste axiale Erstreckung auf.The injection nozzle 1 contains in its control region 16 an actuator 17, which is preferably designed as a piezoelectric actuator, and depending on its energy level or the applied current has a varying axial length, wherein the axial direction is parallel to the stroke direction of the nozzle needle 3. At a first energy level, which is also referred to below as energization, the actuator 17 has a large or its largest axial extent. In contrast, it has a smaller or its smallest axial extent at a second energy level, which is also referred to below as Entstromung.

Der Aktor 17 ist mit einem Übersetzerkolben 18 antriebsgekoppelt, derart, dass ein Hub des Aktors 17 zwangsläufig denselben Hub am Übersetzerkolben 18 bewirkt. Der Übersetzerkolben 18 ist in einer Lagerhülse 19 hubverstellbar gelagert, die an der Zwischenplatte 12 axial abgestützt ist. Des Weiteren ist eine Öffnungsdruckfeder 20 vorgesehen, die sich einenends an der Lagerhülse 19 und anderenends an einer Scheibe 21 abstützt, über welche der Übersetzerkolben 18 mit dem Aktor 17 fest verbunden ist. Die Öffnungsdruckfeder 20 treibt somit den Übersetzerkolben 18 in einer von der Düsennadel 3 weg gerichteten Richtung an.The actuator 17 is drive-coupled with a booster piston 18, such that a stroke of the actuator 17 inevitably causes the same stroke on the booster piston 18. The booster piston 18 is mounted in an adjustable stroke in a bearing sleeve 19 which is axially supported on the intermediate plate 12. Furthermore, an opening compression spring 20 is provided, which is supported at one end to the bearing sleeve 19 and the other end to a disc 21, via which the booster piston 18 is fixedly connected to the actuator 17. The opening pressure spring 20 thus drives the booster piston 18 in a direction away from the nozzle needle 3 direction.

Der Übersetzerkolben 18 weist eine Übersetzerfläche 22 auf, die einen Übersetzerraum 23 begrenzt. Der Übersetzerraum 23 ist dabei innerhalb der Lagerhülse 19 ausgebildet und somit von der Lagerhülse 19 eingefasst.The booster piston 18 has a booster surface 22 defining a booster space 23. The booster chamber 23 is formed within the bearing sleeve 19 and thus enclosed by the bearing sleeve 19.

Des Weiteren ist ein Kopplerkolben 24 vorgesehen, der ebenfalls in der Lagerhülse 19 hubverstellbar gelagert ist. Der Kopplerkolben 24 besitzt eine erste Kopplerfläche 25, die vom wenigstens einen Spritzloch 5 abgewandt ist, sowie eine zweite Kopplerfläche 26, die dem wenigstens einen Spritzloch 5 zugewandt ist. Die erste Kopplerfläche 25 begrenzt ebenfalls den Übersetzerraum 23 und liegt der Übersetzerfläche 22 gegenüber. Übersetzerfläche 22 und erste Kopplerfläche 25 sind miteinander hydraulisch gekoppelt.Furthermore, a coupler piston 24 is provided, which is likewise mounted in a stroke-adjustable manner in the bearing sleeve 19. The coupler piston 24 has a first coupler surface 25, which faces away from the at least one spray hole 5, and a second coupler surface 26, which faces the at least one spray hole 5. The first coupler surface 25 also limits the translator space 23 and faces the translator surface 22. Translator surface 22 and first coupler surface 25 are hydraulically coupled together.

Im Unterschied dazu ist die zweite Kopplerfläche 26 mit der Steuerfläche 14 hydraulisch gekoppelt. Dabei begrenzt die zweite Kopplerfläche 26 einen Kopplerraum 27, der außerdem gegenüber der zweiten Kopplerfläche 26 von der Zwischenplatte 12 begrenzt ist sowie von der Lagerhülse 19 eingefasst ist. Die Zwischenplatte 12 enthält zumindest einen Steuerkanal 28, über welchen der Steuerraum 13 mit dem Kopplerraum 27 kommuniziert. Die hydraulische Kopplung zwischen Steuerfläche 14 und zweiter Kopplerfläche 26 erfolgt somit über den Steuerraum 13, durch den Steuerkanal 28 und über den Kopplerraum 27. Ein Steuerpfad, der die zweite Kopplerfläche 26 mit der Steuerfläche 14 hydraulisch koppelt, umfasst somit den Steuerraum 13, den Kopplerraum 27 sowie den wenigstens einen Steuerkanal 28 und ist somit durch die Zwischenplatte 12 hindurchgeführt.In contrast, the second coupler surface 26 is hydraulically coupled to the control surface 14. In this case, the second coupler surface 26 defines a coupler space 27, which is also delimited from the intermediate plate 12 by the second coupler surface 26 and bordered by the bearing sleeve 19. The intermediate plate 12 contains at least one control channel 28, via which the control chamber 13 communicates with the coupler space 27. The hydraulic coupling between the control surface 14 and second coupler surface 26 takes place Thus, via the control chamber 13, through the control channel 28 and the coupler space 27. A control path which hydraulically couples the second coupler surface 26 with the control surface 14 thus comprises the control chamber 13, the coupler chamber 27 and the at least one control channel 28 and thus by the intermediate plate 12 passed.

Erfindungsgemäß ist nun außerdem eine Mitnehmerkopplung 29 vorgesehen, die so ausgestaltet ist, dass sie den Kopplerkolben 24 zumindest zu Beginn eines Öffnungshubs des Übersetzerkolbens 18, der zum Öffnen der Düsennadel 3 dient, mit dem Übersetzerkolben 18 mechanisch antriebskoppelt. Durch diese antriebsmäßige Zwangskopplung wird der Kopplerkolben 24 zumindest am Anfang des Öffnungshubs des Übersetzerkolbens 18 synchron zum Übersetzkolben 18 hubverstellt. Das bedeutet, dass ein Hub des Aktors 17, den dieser beim Entstromen durchführt, zunächst direkt auf den Übersetzerkolben 18 und mit Hilfe der Mitnehmerkopplung 29 direkt auf den Kopplerkolben 24 übertragen wird, so dass der Kopplerkolben 24 letztlich denselben Hub durchführt wie der Aktor 17.According to the invention, a driver coupling 29 is now also provided, which is designed such that it mechanically drives the coupler piston 24 to the booster piston 18 at least at the beginning of an opening stroke of the booster piston 18, which serves to open the nozzle needle 3. As a result of this driving force coupling, the coupler piston 24 is stroke-displaced synchronously with the transmission piston 18 at least at the beginning of the opening stroke of the booster piston 18. This means that a stroke of the actuator 17, which this performs during the Entstromen, initially transmitted directly to the booster piston 18 and with the aid of the driver coupling 29 directly to the coupler piston 24, so that the coupler piston 24 ultimately performs the same stroke as the actuator 17th

Die Mitnehmerkopplung 29 umfasst bei den hier gezeigten Ausführungsformen eine erste Mitnehmerkontur 30, die fest mit dem Übersetzerkolben 18 verbunden ist, sowie eine zweite Mitnehmerkontur 31, die fest mit dem Kopplerkolben 24 verbunden ist.The driver coupling 29 comprises in the embodiments shown here, a first driver contour 30 which is fixedly connected to the booster piston 18, and a second driver contour 31 which is fixedly connected to the coupler piston 24.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform enthält der Übersetzerkolben 18 einen ersten Mitnehmerraum 32, innerhalb dem die erste Mitnehmerkontur 30 in Form eines Hinterschnitts ausgebildet ist. Der Kopplerkolben 24 weist eine Stange 33 auf, die vom Kopplerkolben 24 axial absteht und in den ersten Mitnehmerraum 32 hineinragt. Dort trägt die Stange 33 einen Kopf 34, an dem die zweite Mitnehmerkontur 31 ausgebildet ist, so dass diese die erste Mitnehmerkontur 30 innerhalb des ersten Mitnehmerraums 32 hintergreift. Der erste Mitnehmerraum 32 ist zum Kopplerkolben 24 hin offen und ist mit dem Übersetzerraum 23 hydraulisch gekoppelt, was beispielsweise über wenigstens einen Verbindungskanal 35 erfolgt.In the embodiment shown in FIG. 1, the booster piston 18 includes a first driver space 32, within which the first driver contour 30 is formed in the form of an undercut. The coupler piston 24 has a rod 33 which projects axially from the coupler piston 24 and projects into the first driver chamber 32. There, the rod 33 carries a head 34, on which the second driver contour 31 is formed so that it engages behind the first driver contour 30 within the first driver space 32. The first driving space 32 is open to the coupler piston 24 and is hydraulically coupled to the booster chamber 23, which takes place for example via at least one connecting channel 35.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ebenfalls ein Mitnehmerraum vorgesehen, der jedoch nicht im Übersetzerkolben 18, sondern im Kopplerkolben 24 ausgebildet ist und im folgenden als zweiter Mitnehmerraum 36 bezeichnet wird. Im zweiten Mitnehmerraum 36 ist dann die zweite Mitnehmerkontur 31 angeordnet und zweckmäßig als Hinterschnitt ausgestaltet. Die erste Mitnehmerkontur 30 ist dann an einem Kopf 37 einer Stange 38 ausgebildet, die fest mit dem Übersetzerkolben 18 verbunden ist und in den zweiten Mitnehmerraum 36 eintaucht. Dementsprechend hintergreift die erste Mitnehmerkontur 30 innerhalb des zweiten Mitnehmerraums 36 die zweite Mitnehmerkontur 31. Auch der zweite Mitnehmerraum 36 kommuniziert insbesondere über wenigstens einen Verbindungskanal 39 mit dem Übersetzerraum 23 und ist zum Übersetzerkolben 18 hin offen.In the embodiment of FIG. 2, a driving space is also provided, which is not formed in the booster piston 18, but in the coupler piston 24 and is hereinafter referred to as the second driving space 36. In the second Mitnehmerraum 36, the second Mitnehmerkontur 31 is then arranged and suitably designed as an undercut. The first driver contour 30 is then on a head 37 of a rod 38th formed, which is fixedly connected to the booster piston 18 and immersed in the second driving space 36. Accordingly, the first cam follower 30 engages within the second Mitnehmerraums 36, the second Mitnehmerkontur 31. Also, the second Mitnehmerraum 36 communicates in particular via at least one connecting channel 39 with the booster chamber 23 and is open to the booster piston 18 out.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind zwei Mitnehmerräume vorgesehen, nämlich der im Übersetzerkolben 18 ausgebildete erste Mitnehmerraum 32 und der im Kopplerkolben 24 ausgebildete zweite Mitnehmerraum 36. Die erste Mitnehmerkontur 30 ist im ersten Mitnehmerraum 32, insbesondere in Form eines Hinterschnitts, ausgebildet. Die zweite Mitnehmerkontur 31 ist hier im zweiten Übersetzerraum 36 angeordnet, vorzugsweise in Form eines Hinterschnitts. Zur Kopplung der beiden Mitnehmerkonturen 30, 31 ist ein Koppelglied 40 vorgesehen, das eine Stange 41 aufweist, die an beiden axialen Enden jeweils in einen der Mitnehmerräume 32 und 36 hineinragt und dort jeweils einen Kopf 42 bzw. 43 aufweist, der die jeweilige als Hinterschnitt ausgebildete Mitnehmerkontur 30 bzw. 31 hintergreift.In the embodiment shown in FIG. 3, two driving spaces are provided, namely the first driving space 32 formed in the booster piston 18 and the second driving space 36 formed in the coupler piston 24. The first driving contour 30 is formed in the first driving space 32, in particular in the form of an undercut. The second driver contour 31 is arranged here in the second booster chamber 36, preferably in the form of an undercut. For coupling the two driver contours 30, 31, a coupling member 40 is provided, which has a rod 41 which projects at both axial ends in each of the driver chambers 32 and 36 and there has a head 42 and 43, respectively, the respective as an undercut trained driver contour 30 and 31 engages behind.

Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist außerdem jeweils zumindest eine Rückstellfeder 44 vorgesehen, die einenends am Übersetzerkolben 18 und anderenends am Kopplerkolben 24 abgestützt ist und welche die genannten Kolben 18, 24 axial voneinander weg antreibt. Angetrieben durch die Rückstellfeder 44 kann sich ein Abstand 45 zwischen Übersetzerkolben 18 und Kopplerkolben 24 vergrößern. Der maximal einstellbare Abstand 45 ist dabei durch die Mitnehmerkopplung 29 definiert bzw. begrenzt. Bei Erreichen des maximalen Abstands 45 stehen die Mitnehmerkonturen 30, 31 entweder direkt wie bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 oder indirekt über das Kopplerglied 40 wie in Fig. 3 miteinander in Eingriff.In the embodiments shown here, in each case at least one return spring 44 is also provided, which is supported at one end on the booster piston 18 and the other end on the coupler piston 24 and which drives said pistons 18, 24 axially away from one another. Driven by the return spring 44, a distance 45 between the booster piston 18 and coupler piston 24 can increase. The maximum adjustable distance 45 is defined or limited by the driver coupling 29. Upon reaching the maximum distance 45, the driver contours 30, 31 are either directly as in the embodiments of FIGS. 1 and 2 or indirectly via the coupler member 40 as shown in FIG. 3 with each other.

Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist die Mitnehmerkopplung 29 außerdem so gestaltet, dass eine Relativverstellung zwischen Übersetzerkolben 18 und Kopplerkolben 24 möglich ist, und zwar so, dass sich der Abstand 45 dabei verkleinert. Erreicht wird dies bei den hier gezeigten Ausführungsformen dadurch, dass die jeweiligen Köpfe 34, 37, 42 und 43 am jeweiligen Hinterschnitt 30, 31 nur lose aufliegen und sich dadurch in den jeweiligen Mitnehmerraum 32 bzw. 36 hinein bewegen und vom jeweiligen Hinterschnitt 30, 31 abheben bzw. entfernen können. Diese Relativbewegung zwischen Übersetzerkolben 18 und Kopplerkolben 24 erfolgt dann entgegen der Druckkraft der Rückstellfeder 44.In the embodiments shown here, the driver coupling 29 is also designed so that a relative displacement between the booster piston 18 and coupler piston 24 is possible, in such a way that the distance 45 thereby reduced. This is achieved in the embodiments shown here in that the respective heads 34, 37, 42 and 43 only loosely rest on the respective undercut 30, 31 and thereby move into the respective driver space 32 or 36 and from the respective undercut 30, 31 can lift off or remove. This relative movement between the booster piston 18 and coupler piston 24 then takes place counter to the pressure force of the return spring 44th

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 wird im folgenden anhand der Ausführungsform gemäß Fig. 1 näher erläutert.The operation of the injection nozzle 1 according to the invention will be explained in more detail below with reference to the embodiment of FIG. 1.

Im gezeigten Ausgangszustand ist der Aktor 17 bestromt und besitzt seine größte axiale Ausdehnung. Die Düsennadel 3 sitz in ihrem Sitz 6 und versperrt das wenigstens eine Spritzloch 5. Der Kopplerkolben 24 besitzt seinen größten Abstand 45 vom Übersetzerkolben 18. Die Mitnehmerkonturen 30, 31 der Mitnehmerkopplung 29 stehen in Eingriff. Im Steuerraum 13, im Kopplerraum 27, im Übersetzerraum 23 und im Mitnehmerraum 32 herrscht jeweils derselbe Druck wie im Zuführpfad 7, also der Kraftstoffhochdruck. Dieser Druckausgleich kann beispielsweise durch gezieltes Spiel bzw. durch gezielte Leckagen im Bereich der Lagerungen von Übersetzerkolben 18, Kopplerkolben 24 und Düsennadel 3 bzw. Nadelverband 9 realisiert werden. Ebenso können geeignete Drosselbohrungen vorgesehen sein, welche die jeweiligen Räume mit dem Zuführpfad 7 verbinden.In the initial state shown, the actuator 17 is energized and has its greatest axial extent. The nozzle needle 3 is seated in its seat 6 and blocks the at least one injection hole 5. The coupler piston 24 has its greatest distance 45 from the booster piston 18. The driver contours 30, 31 of the driver coupling 29 are engaged. In the control chamber 13, in the coupler space 27, in the booster chamber 23 and in the driving space 32 there is the same pressure as in the feed path 7, ie the high-pressure fuel. This pressure equalization can be realized, for example, by targeted play or by targeted leaks in the area of the bearings of the booster piston 18, coupler piston 24 and nozzle needle 3 or Nadelverband 9. Likewise, suitable throttle bores may be provided, which connect the respective spaces with the feed path 7.

Zum Starten eines Einspritzvorgangs wird der Aktor 17 entstromt, wodurch sich dieser zusammenzieht. Der Aktor 17 wird hierbei invers betrieben, d.h., eine Bestromung des Aktors 17 bewirkt ein Schließen der Düsennadel 3, während ein Entstromen des Aktors 17 das Öffnen der Düsennadel 3 bewirkt. Da sich die axiale Länge des Aktors 17 durch seine inverse Betätigung reduziert, führt der damit zwangsgekoppelte Übersetzerkolben 18 einen Öffnungshub aus. Zu Beginn dieses Öffnungshubs, der vom wenigsten einen Spritzloch 5 weggerichtet ist, erzwingt die Mitnehmerkopplung 29 zwangsläufig auch eine Hubverstellung des Kopplerkolbens 24. Auf diese Weise entfernt sich die zweite Kopplerfläche 26 von der Zwischenplatte 12, wodurch sich das Volumen des Kopplerraums 27 vergrößert. Damit geht ein Druckabfall im Kopplerraum 27 einher, der sich über den Steuerpfad bis zu Steuerfläche 14 fortpflanzt. Der Druckabfall an der Steuerfläche 14 reduziert die an der Düsennadel 3 bzw. am Nadelverband 9 angreifenden, in Schließrichtung wirksamen Kräfte. In der Folge kommt es zu einer in Öffnungsrichtung orientierten resultierenden Kraft, so dass die Düsennadel 3 aus ihrem Sitz 6 abhebt. Das wenigstens eine Spritzloch 5 kann dann mit dem Zuführpfad 7 kommunizieren; der Einspritzvorgang beginnt.To start an injection process, the actuator 17 is de-energized, causing it to contract. The actuator 17 is in this case operated inversely, ie, an energization of the actuator 17 causes a closing of the nozzle needle 3, while a flow of the actuator 17 causes the opening of the nozzle needle 3. Since the axial length of the actuator 17 is reduced by its inverse operation, the compulsorily coupled booster piston 18 performs an opening stroke. At the beginning of this opening stroke, which is directed away from the least one injection hole 5, the driver coupling 29 inevitably forces a stroke adjustment of the coupler piston 24. In this way, the second coupler surface 26 moves away from the intermediate plate 12, whereby the volume of the coupler chamber 27 increases. This is accompanied by a pressure drop in the coupler chamber 27, which propagates via the control path up to the control surface 14. The pressure drop across the control surface 14 reduces the forces acting on the nozzle needle 3 or on the needle dressing 9 in the closing direction. As a result, there is a resulting force oriented in the opening direction, so that the nozzle needle 3 lifts off from its seat 6. The at least one injection hole 5 can then communicate with the supply path 7; the injection process begins.

Das Öffnen der Düsennadel 3 erfolgt aufgrund der Mitnehmerkopplung 29 sehr direkt, was es ermöglicht, die Öffnungszeit der Düsennadel 3 recht exakt vorzugeben. Durch ein Verhältnis von zweiter Kopplungsfläche 26 zu Steuerfläche 14 kann eine gewünschte Übersetzung der Hubverstellung des Aktors 17 und des Öffnungshubs der Düsennadel 3 eingestellt werden. Zur Realisierung kleiner Öffnungshübe ist dabei keine große Übersetzung erforderlich, so dass insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von 1, also keine Übersetzung, vorgesehen sein kann. Die zweite Kopplerfläche 26 ist dann gleichgroß wie die Steuerfläche 14. Mit Hilfe direktsteuerbarer kleiner Nadelhübe lassen sich extrem kurze Einspritzzeiten und somit extrem kleine Einspritzmengen realisieren.The opening of the nozzle needle 3 is due to the driver coupling 29 very directly, which makes it possible to specify the opening time of the nozzle needle 3 quite accurately. By a ratio of second coupling surface 26 to control surface 14, a desired translation of the stroke adjustment of the actuator 17 and the opening stroke of the nozzle needle 3 can be adjusted. To realize small opening strokes no large translation is required, so that in particular a ratio of 1, so no translation, can be provided. The second coupler surface 26 is then the same size as the control surface 14. With the help of directly controllable small needle strokes extremely short injection times and thus extremely small injection quantities can be realized.

Um größere Einspritzmengen zu realisieren, wird der Aktor 17 länger betätigt. Die Übersetzerfläche 22 ist üblicherweise größer als die erste Kopplerfläche 25. Dies hat zur Folge, dass beim Öffnungshub des Übersetzerkolbens 18 das Volumen des Übersetzerraums 23 zunimmt. Dementsprechend kommt es auch im Übersetzerraum 23 zu einem Druckabfall. Während der Druckabfall im Kopplerraum 27 durch die Öffnungsbewegung der Düsennadel 3 im wesentlichen kompensiert wird bzw. begrenzt ist (zumindest zunächst), sinkt der Druck im Übersetzerraum 23 weiter ab, solange bis am Kopplerkolben 24 die an der zweiten Kopplerfläche 26 angreifenden Kräfte gegenüber den an der ersten Kopplerfläche 25 angreifenden Kräfte überwiegen. Ab diesem Kräfteausgleich ist der Öffnungshub des Kopplerkolbens 24 schneller als der Öffnungshub des Übersetzerkolbens 18, so dass sich der Kopplerkolben 24 unter Verringerung des Abstands 45 auf den Übersetzerkolben 18 zubewegt. Diese Relativbewegung wird durch die erfindungsgemäße Mitnehmerkopplung 29 ermöglicht. In der Folge nimmt der Druckabfall im Kopplerraum 27 wieder zu, was erneut die Düsennadel 3 in Öffnungsrichtung beschleunigt.In order to realize larger injection quantities, the actuator 17 is operated longer. The translator surface 22 is usually larger than the first coupler surface 25. This has the consequence that during the opening stroke of the booster piston 18, the volume of the booster chamber 23 increases. Accordingly, it comes in the interpreter room 23 to a pressure drop. While the pressure drop in the coupler chamber 27 is substantially compensated or limited (at least initially) by the opening movement of the nozzle needle 3, the pressure in the booster chamber 23 continues to decrease until the forces acting on the coupler surface 26 on the coupler piston 24 are opposite those at The forces acting on the first coupler surface 25 predominate. From this force balance, the opening stroke of the coupler piston 24 is faster than the opening stroke of the booster piston 18, so that the coupler piston 24 moves toward the booster piston 18 while reducing the distance 45. This relative movement is made possible by the driver coupling 29 according to the invention. As a result, the pressure drop in the coupler chamber 27 increases again, which again accelerates the nozzle needle 3 in the opening direction.

Für das Verhältnis von Öffnungshub des Aktors 17 zu Öffnungshub der Düsennadel 3 gilt nun das Verhältnis von Steuerfläche 14 zu Übersetzerfläche 22. Zweckmäßig ist diese Übersetzerfläche 22 deutlich größer als die Steuerfläche 14, so dass ein bestimmter Hub des Aktors 17 einen entsprechend größeren Hub an der Düsennadel 3 erzeugt. Die Düsennadel 3 kann somit extrem rasch weit geöffnet werden. Dies ist zur Realisierung von großen Einspritzmengen bei vergleichsweise kurzen Einspritzzeiten von Vorteil. Die große Übersetzung gewährleistet dabei eine vergleichsweise kurze Baulänge für den Aktor 17, wodurch die Einspritzdüse 1 insgesamt vergleichsweise kompakt bauen kann.For the ratio of opening stroke of the actuator 17 to opening stroke of the nozzle needle 3, the ratio of control surface 14 to translator surface 22 is now appropriate expedient, this translator surface 22 is significantly larger than the control surface 14, so that a certain stroke of the actuator 17 a correspondingly larger stroke on the Nozzle needle 3 generated. The nozzle needle 3 can thus be opened extremely quickly. This is advantageous for the realization of large injection quantities with comparatively short injection times. The large ratio ensures a comparatively short length for the actuator 17, whereby the injector 1 can build a comparatively compact overall.

Zum Schließen der Düsennadel 3 wird der Aktor 17 wieder bestromt, wodurch sich seine Länge vergrößert und sich der Übersetzerkolben 18 wieder in Richtung des wenigstens einen Spritzlochs 5 verstellt. Hierbei wird das Volumen des Übersetzerraums 23 verkleinert, wodurch darin der Druck ansteigt. Dieser Druckanstieg bewirkt dann eine entsprechende Verstellbewegung des Kopplerkolbens 24 in Richtung auf das wenigstens eine Spritzloch 5, wobei diese Verstellbewegung durch die Rückstellfeder 44 unterstützt ist. In der Folge kommt es zu einem Druckanstieg im Kopplerraum 27, der einen entsprechenden Druckanstieg an der Steuerfläche 14 auslöst, was die Kräfteverhältnisse an der Düsennadel 3 bzw. am Nadelverband 9 soweit ändern, dass daraus eine Schließkraft resultiert, welche die Düsennadel 3 in deren Sitz 6 antreibt.To close the nozzle needle 3, the actuator 17 is energized again, whereby its length is increased and the booster piston 18 is again adjusted in the direction of at least one injection hole 5. In this case, the volume of the translator space 23 is reduced, thereby increasing the pressure therein. This increase in pressure then causes a corresponding adjustment movement of the coupler piston 24 in the direction of the at least one injection hole 5, wherein this adjusting movement is supported by the return spring 44. As a result, there is an increase in pressure in the coupler space 27, which triggers a corresponding increase in pressure on the control surface 14, which change the balance of forces on the nozzle needle 3 and needle assembly 9 so far that it results in a closing force, which the nozzle needle 3 in the seat 6 drives.

Die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 arbeiten analog zur Variante gemäß Fig. 1 und müssen daher nicht näher erläutert werden.The embodiments of FIGS. 2 and 3 operate analogously to the variant of FIG. 1 and therefore need not be explained in detail.

Bei der vorliegenden Erfindung ist von entscheidendem Vorteil, dass der Nadelbereich 15 hinsichtlich Toleranzen und Ausrichtung der darin enthaltenen beweglichen Komponenten völlig unabhängig vom Steuerbereich 16 hergestellt werden kann, da insbesondere keine mechanische Kopplung zwischen Düsennadel 3 und Kopplerkolben 24 realisiert werden muss. Die Ausgestaltung der Mitnehmerkopplung 29 ausschließlich im Steuerbereich 16 lässt sich erheblich einfacher realisieren, da die innerhalb des Steuerbereichs 16 einzuhaltenden Toleranzen in einem größeren Bereich liegen können.In the present invention, it is of decisive advantage that the needle area 15 can be produced completely independently of the control area 16 with regard to tolerances and alignment of the movable components contained therein, since in particular no mechanical coupling between the nozzle needle 3 and the coupler piston 24 has to be realized. The embodiment of the driver coupling 29 exclusively in the control region 16 can be implemented much simpler, since the tolerances to be maintained within the control region 16 can lie in a larger range.

Bezugszeichenliste

1
Einspritzdüse
2
Düsenkörper
3
Düsennadel
4
Einspritzraum
5
Spritzloch
6
Nadelsitz
7
Zuführpfad
8
Kraftstoffversorgung
9
Nadelverband
10
Öffnungsdruckfeder
11
Dichthülse
12
Zwischenplatte
13
Steuerraum
14
Steuerfläche
15
Nadelbereich
16
Steuerbereich
17
Aktor
18
Übersetzerkolben
19
Lagerhülse
20
Öffnungsdruckfeder
21
Scheibe
22
Übersetzerfläche
23
Übersetzerraum
24
Kopplerkolben
25
erste Kopplerfläche
26
zweite Kopplerfläche
27
Kopplerraum
28
Steuerkanal
29
Mitnehmerkopplung
30
erste Mitnehmerkontur
31
zweite Mitnehmerkontur
32
erster Mitnehmerraum
33
Stange
34
Kopf
35
Verbindungskanal
36
zweiter Mitnehmerraum
37
Kopf
38
Stange
39
Verbindungskanal
40
Koppelglied
41
Stange
42
Kopf
43
Kopf
44
Rückstellfeder
45
Abstand
LIST OF REFERENCE NUMBERS
1
injection
2
nozzle body
3
nozzle needle
4
Injection room
5
spiracle
6
needle seat
7
feeding path
8th
Fuel supply
9
needle unit
10
Opening spring
11
sealing sleeve
12
intermediate plate
13
control room
14
control surface
15
needle area
16
control area
17
actuator
18
Booster piston
19
bearing sleeve
20
Opening spring
21
disc
22
Booster surface
23
Booster chamber
24
coupler piston
25
first coupler surface
26
second coupler surface
27
coupler
28
control channel
29
sprag clutch
30
first driver contour
31
second driver contour
32
first driving space
33
pole
34
head
35
connecting channel
36
second driver room
37
head
38
pole
39
connecting channel
40
coupling member
41
pole
42
head
43
head
44
Return spring
45
distance

Claims (11)

Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, - mit einer Düsennadel (3), die in einem Düsenkörper (2) hubverstellbar gelagert ist und mit der eine Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch (5) steuerbar ist, - mit einem Übersetzerkolben (18), der mit einem Aktor (17) antriebsgekoppelt ist, - mit einem Kopplerkolben (24), der eine erste Kopplerfläche (25) und eine zweite Kopplerfläche (26) aufweist, - wobei der Übersetzerkolben (18) eine Übersetzerfläche (22) aufweist, die mit der ersten Kopplerfläche (25) hydraulisch gekoppelt ist, - wobei die Düsennadel (3) oder ein die Düsenadel (3) umfassender Nadelverband (9) eine Steuerfläche (14) aufweist, die mit der zweiten Kopplerfläche (26) hydraulisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mitnehmerkopplung (29) vorgesehen ist, die zumindest zum Beginn eines zum Öffnen der Düsennadel (3) dienenden Öffnungshubs des Übersetzerkolbens (18) den Kopplerkolben (24) mit dem Übersetzerkolben (18) mechanisch antriebskoppelt.Injection nozzle for an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, - With a nozzle needle (3) which is mounted in a nozzle body (2) adjustable in stroke and with which an injection of fuel through at least one spray hole (5) is controllable, - With a booster piston (18) which is drive-coupled with an actuator (17), - having a coupler piston (24) having a first coupler face (25) and a second coupler face (26), - wherein the booster piston (18) has a booster surface (22) hydraulically coupled to the first coupler face (25), wherein the nozzle needle (3) or a needle assembly (9) comprising the nozzle needle (3) has a control surface (14) which is hydraulically coupled to the second coupling surface (26), characterized,
that a sprag clutch (29) is provided which at least mechanically drivingly coupled to the start of serving for opening the nozzle needle (3) opening stroke of the booster piston (18), the coupler piston (24) with the booster piston (18). Einspritzdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Mitnehmerkopplung (29) zumindest eine mit dem Übersetzerkolben (18) fest verbundene erste Mitnehmerkontur (30) und zumindest eine mit dem Kopplerkolben (24) fest verbundene zweite Mitnehmerkontur (31) aufweist, - dass die Mitnehmerkonturen (30, 31) zumindest zu Beginn des Öfkungshubs des Übersetzerkolbens (18) indirekt über ein Koppelglied (40) oder direkt miteinander in Eingriff stehen. Injection nozzle according to claim 1,
characterized, in that the driver coupling (29) has at least one first driver contour (30) fixedly connected to the booster piston (18) and at least one second driver contour (31) firmly connected to the coupler piston (24), - That the Mitnehmerkonturen (30, 31) at least at the beginning of Öfkungshubs the booster piston (18) indirectly via a coupling member (40) or directly with each other. Einspritzdüse nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest die eine Mitnehmerkontur (30, 31) einen Hinterschnitt bildet, den die andere Mitnehmerkontur (30, 31) oder das Koppelglied (40) hintergreift.Injection nozzle according to claim 2,
characterized,
in that at least one driver contour (30, 31) forms an undercut, which engages behind the other driver contour (30, 31) or the coupling member (40). Einspritzdüse nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übersetzerkolben (18) und/oder der Kopplerkolben (24) einen zum jeweils anderen Kolben (18, 24) hin offenen Mitnehmerraum (32, 36) aufweist/aufweisen, in dem die dem jeweiligen Kolben (18, 24) zugeordnete Mitnehmerkontur (30, 31) ausgebildet ist.Injection nozzle according to claim 2 or 3,
characterized,
that the booster piston (18) and / or the coupler piston (24) has / have a driver space (32, 36) open to the respective other piston (18, 24), in which the driver contour associated with the respective piston (18, 24) ( 30, 31) is formed. Einspritzdüse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dem jeweils anderen Kolben (18, 24) zugeordnete Mitnehmerkontur (30, 31) oder das Koppelglied (40) in den Mitnehmerraum (32, 36) hineinragt.Injection nozzle according to claim 4,
characterized,
in that the driver contour (30, 31) or the coupling member (40) assigned to the respective other piston (18, 24) projects into the driver space (32, 36). Einspritzdüse nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mitnehmerraum (32, 36) mit einem Übersetzerraum (23) hydraulisch gekoppelt ist, der von der Übersetzerfläche (22) und von der ersten Kopplerfläche (25) begrenzt ist.Injection nozzle according to claim 4 or 5,
characterized,
in that the carrier space (32, 36) is hydraulically coupled to a translator space (23) delimited by the translator surface (22) and by the first coupler surface (25). Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, - dass der Düsenkörper (2) eine Zwischenplatte (12) aufweist, die einen Nadelbereich (15), in dem die Düsennadel (3) angeordnet ist, von einem Steuerbereich (16) trennt, in dem der Aktor (17), der Übersetzerkolben (18) und der Kopplerkolben (24) angeordnet sind, - dass ein die zweite Kopplerfläche (26) mit der Steuerfläche (14) hydraulisch koppelnder Steuerpfad durch die Zwischenplatte (12) hindurch geführt ist. Injection nozzle according to one of claims 1 to 6,
characterized, in that the nozzle body (2) has an intermediate plate (12) which separates a needle region (15), in which the nozzle needle (3) is arranged, from a control region (16) in which the actuator (17), the booster piston (15) 18) and the coupler piston (24) are arranged, - That a second coupler surface (26) with the control surface (14) hydraulically coupling control path through the intermediate plate (12) is guided. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mitnehmerkopplung (29) so ausgestaltet ist, dass sie eine Relativverstellung zwischen Übersetzerkolben (18) und Kopplerkolben (24) ermöglicht, die einen Abstand (45) zwischen Übersetzerkolben (18) und Kopplerkolben (24) reduziert, der zu Beginn des Öffnungshubs des Übersetzerkolbens (18) vorliegt.Injection nozzle according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that the carrier coupling (29) is designed such that it permits a relative displacement between the booster piston (18) and the coupler piston (24), which reduces a distance (45) between the booster piston (18) and coupler piston (24), which at the beginning of the opening stroke of the Translator piston (18) is present. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Rückstellfeder (44) vorgesehen ist, die sich einerseits am Übersetzerkolben (18) und andererseits am Kopplerkolben (24) abstützt und die Übersetzerkolben (18) und Kopplerkolben (24) voneinander weg antreibt.Injection nozzle according to one of claims 1 to 8,
characterized,
that a return spring (44) is provided, on the one hand is supported on the booster piston (18) and on the other hand, on the coupler piston (24) and the booster piston (18) and coupler piston (24) driving apart. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, - dass die Übersetzerfläche (22) und die erste Kopplerfläche (25) einen Übersetzerraum (23) begrenzen, - dass die zweite Kopplerfläche (26) einen Kopplerraum (27) begrenzt, - dass die Steuerfläche (14) einen Steuerraum (13) begrenzt, der mit dem Kopplerraum (27) hydraulisch gekoppelt ist, - dass das Volumen des Übersetzerraums (23) größer ist als das Gesamtvolumen von Kopplerraum (27) und Steuerraum (13). Injection nozzle according to one of claims 1 to 9,
characterized, - that the translator surface (22) and the first coupler surface (25) define a translator space (23), - That the second coupler surface (26) delimits a coupler space (27), - That the control surface (14) defines a control chamber (13) which is hydraulically coupled to the coupler space (27), - That the volume of the compiler room (23) is greater than the total volume of the coupler space (27) and control chamber (13). Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Übersetzerfläche (22) größer ist als die erste Kopplerfläche (25) und/oder als die Steuerfläche (14).Injection nozzle according to one of claims 1 to 10,
characterized,
in that the translator surface (22) is larger than the first coupler surface (25) and / or as the control surface (14).
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