EP1792073A1 - Einspritzdüse - Google Patents

Einspritzdüse

Info

Publication number
EP1792073A1
EP1792073A1 EP05775883A EP05775883A EP1792073A1 EP 1792073 A1 EP1792073 A1 EP 1792073A1 EP 05775883 A EP05775883 A EP 05775883A EP 05775883 A EP05775883 A EP 05775883A EP 1792073 A1 EP1792073 A1 EP 1792073A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
injection
nozzle
needle
nozzle needle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP05775883A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1792073A1 publication Critical patent/EP1792073A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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 for example from US Pat. No. 6,520,423 B1 and has a nozzle needle which can be adjusted in a nozzle body for controlling an injection of fuel through at least one injection hole.
  • a piezoelectric actuator is also arranged, which in its operation, the nozzle needle or a the
  • Nozzle needle having needle assembly via a hydraulic coupling for opening or closing drives.
  • this hydraulic coupling has an actuator piston which is drive-connected to the piezoactuator and has a control surface which delimits a control space. Actuation of the piezoactuator drives the actuator piston to change a control chamber volume.
  • the known injection nozzle is the
  • Control chamber accommodated in a nozzle body fixed cylinder element, in which the actuator piston is immersed.
  • the needle bandage has at its end remote from the nozzle needle on a control piston, which has a nozzle needle facing pressure stage. This pressure level limits a coupling space that communicates with the control room.
  • the control piston by means of a
  • the nozzle needle is thus controlled directly to open via a pressure increase in the control room.
  • the hydraulic coupling required for this purpose has a comparatively complex structure, at the same time relatively high control pressures, which are already very high above the itself
  • Injection pressure must be controlled.
  • the injection nozzle according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the hydraulic coupling has a simplified structure. This is achieved by integrating a booster piston of the hydraulic coupling into the nozzle needle or the needle dressing. This booster piston and the actuator piston are arranged coaxially with each other, including the control space. Of particular importance in the invention is that the
  • Piezoaktuator to open the nozzle needle drives the actuator piston so that increases the control chamber volume. This has the consequence that the pressure drops in the control room, so that prevail on the needle assembly acting ⁇ ffhungs practice and can open the nozzle needle.
  • the control surface formed on the actuator piston is in this case facing the nozzle needle and therefore has to enlarge the control chamber volume of the
  • Control chamber is lowered relative to the injection pressure. As a result, the effort to control the pressure differences occurring is comparatively low.
  • annular translator space can be provided which at the free end of the respective outer piston of the hydraulic coupling the respective inner piston of the hydraulic coupling encloses, wherein the booster chamber is bounded by a trained at the free end of the outer piston translator surface and communicates with the control chamber substantially unthrottled.
  • a "4m substantially unthrottled" compound is understood to mean a compound which is throttled in a targeted manner compared to a
  • Connection contains no specifically provided throttle or throttling.
  • the hydraulic coupling may be arranged in a high-pressure space formed in the nozzle body, which is substantially unthrottled with the fuel under injection pressure
  • Fuel supply communicates.
  • the hydraulic coupling floats in the fuel and is on all sides acted upon by the injection pressure.
  • leaks between the individual components of the hydraulic coupling are not critical, which facilitates a low-cost production of the individual components.
  • FIG. 1 shows a highly simplified longitudinal section through an injection nozzle according to the invention.
  • an injection nozzle 1 has a nozzle body 2 in which a nozzle needle 3 is mounted so as to be adjustable in stroke.
  • the nozzle needle 3 serves to control at least one injection hole 4, which is formed in a tip 5 of the nozzle body 2.
  • the nozzle needle 3 acts together with a needle seat 6. When the nozzle needle 3 is open, the at least one injection hole is connected to a fuel supply 7 in the
  • Operation provides a standing under a relatively high injection pressure fuel.
  • the nozzle needle 3 When the nozzle needle 3 is open, an injection of fuel into an injection chamber 8 takes place.
  • the nozzle needle 3 When the nozzle needle 3 is closed, it sits in its needle seat 6 and blocks the connection between the at least one injection hole 4 and the fuel supply 7 so that no fuel injection takes place.
  • Nozzle needle 3 by its opening and closing the injection of fuel through the at least one injection hole. 4
  • the injection nozzle 1 is used for injecting fuel into the injection space 8 of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle. Usually everyone is
  • Cylinder of the internal combustion engine assigned its own injection nozzle 1.
  • the fuel supplies 7 are connected by a plurality of injection nozzles 1 to a common high-pressure fuel line.
  • the nozzle body 2 also contains a piezo actuator 9, which is fixed to the nozzle body 2 at an end remote from the at least one spray hole 4, increases in length when energized and thereby performs a stroke at its end closest to the injection port 4.
  • a piezo actuator 9 which is fixed to the nozzle body 2 at an end remote from the at least one spray hole 4, increases in length when energized and thereby performs a stroke at its end closest to the injection port 4.
  • At its least one injection port 4 facing the end of the piezo actuator 9 is characterized by a marked by a brace hydraulic coupling 10 with the nozzle needle 3 and with a
  • Düsennadel 3 comprehensive needle assembly 11 drive-coupled.
  • the piezoactuator 9 can drive the nozzle needle 3 for opening and closing by its actuation.
  • the hydraulic coupling 10 reduces mechanical wear between the piezoactuator 9 and the nozzle needle 3 or needle assembly 11.
  • the needle assembly 11 may consist solely of the nozzle needle 3. However, the needle assembly 11 preferably comprises, in addition to the nozzle needle 3, at least one further component, such as, for example, a piston and / or a piston rod which is not designated in more detail.
  • the individual components of the needle assembly 11 lie against one another in the axial direction and can transmit pressure forces to one another.
  • the components of Needle bandages 11 form a common hubver ause unit. Basically, adjacent components may rest loosely against each other. Likewise, adjacent components may be firmly connected. Furthermore, it is basically possible that at least two components of the needle assembly 11 are made in one piece.
  • the hydraulic coupling 10 comprises an actuator piston 12 which is drive-connected to the piezoactuator 9.
  • a stroke of the piezoactuator 9 thus leads directly to an identical stroke of the actuator piston 12.
  • a control surface 13 is formed, the one
  • the hydraulic coupling 10 further includes a booster piston 15 which is drivingly connected to the nozzle needle 3 and the needle assembly 11, such that a stroke of the booster piston 15 directly produces an identical stroke of the needle assembly 11 and thus the nozzle needle 3.
  • the booster piston 15 forms part of the needle assembly 11.
  • the booster piston 15 can be fixedly connected to a component of the needle assembly 11, in particular with the nozzle needle 3, or made in one piece with this.
  • the actuator piston 12 and the booster piston 15 are arranged coaxially with each other, wherein they include the control chamber 14.
  • the booster piston 15 is external, so that the
  • Actuator piston 12 is immersed in the booster piston 15.
  • the booster piston 15 thus encloses the control chamber 14 and the section of the actuator piston 12 immersed therein.
  • Section of the booster piston 15 encloses.
  • the booster piston 15 has an annular booster surface 16 facing away from the least one injection hole 4 and delimiting an annular booster chamber 17.
  • This translator chamber 17 is thus arranged at the free end of the booster piston 15 and annularly surrounds the actuator piston 12.
  • the booster chamber 17 communicates with the control chamber 14.
  • the actuator piston 12 to For this purpose, at least one bore 19, each connecting the control chamber 14 with the booster chamber 17.
  • axial grooves may be formed on the inner wall of the booster piston 15 and / or on the outer wall of the actuator piston 12. It is important that the chosen
  • Connection between the control chamber 14 and the translator chamber 17 is substantially unthrottled, that is, that a pressure change in the one room can propagate substantially instantaneously in the other room.
  • the booster chamber 17 is bounded radially inwardly by the actuator piston 12, the booster chamber 17 is bounded radially on the outside by a sealing sleeve 20, which is mounted on the outside of the booster piston 15 in a stroke-adjustable manner.
  • the sealing sleeve 20 is biased axially against the wall 18 by means of a sealing spring 21.
  • the sealing spring 21 is supported at one end on the side facing away from the wall 18 of the sealing sleeve 20 and the other end on a support ring 22 from.
  • the support ring 22 in turn is supported on the nozzle needle 3 or on the needle assembly 11. In this way, the sealing spring 21 simultaneously serves as a closing pressure spring for the needle assembly 11 and for the nozzle needle.
  • the nozzle body 2 contains in the region of the coupling between the piezoactuator 9 and
  • Nozzle needle 3 or Nadelval 11 a high-pressure chamber 23 which communicates with the fuel supply 7, and essentially unthrottled, so that the prevailing pressure in the fuel supply 7 quasi delay prevails in the high-pressure chamber 23.
  • the entire hydraulic coupling 10 is thus embedded in the high injection pressure, so the leaks within the hydraulic coupling 10 are not critical.
  • at least one connecting line 24 may be provided for coupling the high pressure chamber 23 with the fuel supply 7, for example.
  • the sealing sleeve 20 is designed or cooperates with the wall 18 so that the booster chamber 17 throttled communicates with the high-pressure chamber 23.
  • the sealing sleeve 20 may be pointed towards the wall 18 for this purpose.
  • the control chamber 14 is throttled through the booster chamber 17 with the high-pressure chamber 23 and thus with the fuel supply 7.
  • the nozzle needle 3 is equipped at least with a pressure stage 25, which is arranged so that it is acted upon when the nozzle needle 3 is closed with the injection pressure provided via the fuel supply 7.
  • the pressure stage 25 is in an annular space 26, the one
  • Part of the fuel supply 7 forms or is connected to this. Since the pressure stage 25 faces the at least one spray hole 4, the pressure acting thereon can introduce a force acting in the opening direction of the nozzle needle 3 into the nozzle needle 3. The pressure stage 25 is thus effective in the direction of opening.
  • the injection nozzle 1 operates as follows:
  • the nozzle needle 3 is closed, i. the nozzle needle 3 is seated in its needle seat 6 and separates the at least one injection hole 4 of the fuel supply 7. An injection of fuel thus does not take place.
  • Fuel supply 7 prevails the injection pressure.
  • the injection pressure is also applied to the pressure stage 25.
  • the injection pressure also prevails in the high-pressure chamber 23 and thus in the booster chamber 17 and in the control chamber 14.
  • the pressure in the control chamber 14 also acts on a closing pressure surface 27 remote from the nozzle needle 3 on the booster piston 15, whereby corresponding closing forces are introduced into the needle assembly 11 , Furthermore, 16 closing forces are introduced into the needle assembly 11 on the translator surface.
  • the restoring forces of the sealing spring 21 are oriented in the closing direction of the nozzle needle 3. Overall, prevails in needle assembly 11 in the closing direction resulting force.
  • the piezoactuator 9 is energized and thus has its greater length. Accordingly, the actuator piston 12 immersed maximally in the booster piston 15, so that the control chamber 14 has its minimum control chamber volume.
  • the energization of the piezo actuator 9 is terminated or interrupted.
  • the piezoactuator 9 shortens its length and pulls the actuator piston 12 back, whereby it moves away from the at least one injection hole 4.
  • the actuator piston 12 extends the booster piston 15, whereby the control chamber volume increases.
  • a fluid compensation By dimensioning the effective within the hydraulic coupling 10 surfaces (translator surface 16 and cross-sectional area of the actuator piston 12) in this case a transfer or reduction of the effective pressures and thus the resulting strokes can be achieved.
  • control chamber 14 and the booster chamber 17 are in any case adapted to the cross section of the actuator piston 12, that when retracting the actuator piston 12, an enlargement of the control chamber volume 14 and des
  • connection of the fuel supply 7 to at least one injection hole 4 opens. As a result, the injection of fuel into the injection space 8 take place.
  • the piezoelectric actuator 9 is energized again, whereby this again increases its length and the actuator piston 12 a stroke in the direction
  • Nozzle needle 3 executes. Accordingly, the actuator piston 12 moves into the booster piston 15 and thereby again reduces the volume of the control chamber 14, thereby increasing the pressure in the control chamber 14 and consequently also in the booster chamber 17 until the forces acting in the closing direction predominate on the needle dressing 11 and the nozzle needle 3 intimidverstellen in her needle seat 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, - mit einer in einem Düsenkörper (2) hubverstellbaren Düsennadel (3) zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch (4), - mit einem Piezoaktuator (9), der bei seiner Betätigung die Düsennadel (3) oder einen die Düsennadel (3) aufweisenden Nadelverband (11) über eine hydraulische Kopplung (10) zum Öffnen oder Schließen antreibt, - wobei die hydraulische Kopplung (10) einen mit dem Piezoaktuator (9) antriebsverbundenen Aktorkolben (12) aufweist, der eine Steuerfläche (13) besitzt, die einen Steuerraum (14) begrenzt, - wobei eine Betätigung des Piezoaktuators (9) den Aktorkolben (12) zum Verändern eines Steuerraumvolumens antreibt. Für die Einspritzdüse (1) lässt sich ein vereinfachter Aufbau dadurch erzielen, - dass die hydraulische Kopplung (10) einen Übersetzerkolben (15) aufweist, der mit der Düsennadel (3) oder mit dem Nadelverband (11) antriebsverbunden ist, - dass der Aktorkolben (12) und der Übersetzerkolben (15) koaxial ineinander angeordnet sind und den Steuerraum (14) einschließen, - dass der Piezoaktuator (9) zum Öffnen der Düsennadel (3) den Aktorkolben (12) zum Vergrößern des Steuerraumvolumens antreibt.

Description

Einspritzdüse
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine derartige Einspritzdüse ist beispielsweise aus der US 6,520,423 Bl bekannt und besitzt eine in einem Düsenkörper hubverstellbare Düsennadel zum Steuern einer Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch. Im Düsenkörper ist außerdem ein Piezoaktuator angeordnet, der bei seiner Betätigung die Düsennadel bzw. einen die
Düsennadel aufweisenden Nadelverband über eine hydraulische Kopplung zum Öffnen oder Schließen antreibt. Diese hydraulische Kopplung besitzt hierzu einen mit dem Piezoaktuator antriebsverbundenen Aktorkolben, der eine Steuerfläche aufweist, die einen Steuerraum begrenzt. Eine Betätigung des Piezoaktuators treibt den Aktorkolben zum Verändern eines Steuerraumvolumens an. Bei der bekannten Einspritzdüse ist der
Steuerraum in einem düsenkörperfesten Zylinderelement untergebracht, in den der Aktorkolben eintaucht. Der Nadelverband weist an seinem von der Düsennadel abgewandten Ende einen Steuerkolben auf, der eine der Düsennadel zugewandte Druckstufe besitzt. Diese Druckstufe begrenzt einen Kopplungsraum, der mit dem Steuerraum kommuniziert. Desweiteren ist der Steuerkolben mit Hilfe einer
Schließdruckfeder in die Schließrichtung der Düsennadel vorgespannt. Bei geschlossener Düsennadel ist der Piezoaktuator unbestromt, so dass der Steuerraum sein maximales Volumen aufweist. Zum Öffnen der Düsennadel wird der Piezoaktuator bestromt, wodurch dieser seine axiale Länge vergrößert und einen entsprechenden Hub ausführt. Hierdurch wird der Aktorkolben tiefer in den Zylinder eingefahren, wodurch das Steuerraumvolumen entsprechend reduziert wird. Hierdurch kommt es im Steuerraum zu einem Druckanstieg, der sich in den Kopplungsraum fortpflanzt und anschließend an der Druckstufe des Steuerkolbens anliegt. Hierdurch werden zusätzliche in Öffnungsrichtung wirksame Kräfte in den Steuerkolben und somit in den Nadelverband eingeleitet, die dazu führen, dass die Düsennadel öffnet.
Bei der bekannten Einspritzdüse wird die Düsennadel somit direkt über eine Druckerhöhung im Steuerraum zum Öffnen angesteuert. Die hierzu erforderliche hydraulische Kopplung besitzt einen vergleichsweise aufwändigen Aufbau, wobei gleichzeitig relativ hohe Steuerdrücke, die über dem an sich schon sehr hohen
Einspritzdruck liegen, beherrscht werden müssen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die hydraulische Kopplung einen vereinfachten Aufbau besitzt. Erreicht wird dies durch die Integration eines Übersetzerkolbens der hydraulischen Kopplung in die Düsennadel bzw. den Nadelverband. Dieser Übersetzerkolben und der Aktorkolben sind hierzu koaxial ineinander angeordnet, wobei sie den Steuerraum einschließen. Von besonderer Bedeutung ist bei der Erfindung außerdem, dass der
Piezoaktuator zum Öffnen der Düsennadel den Aktorkolben so antreibt, dass sich das Steuerraumvolumen vergrößert. Dies hat zur Folge, dass im Steuerraum der Druck abfällt, so dass auf den Nadelverband einwirkende Öffhungskräfte überwiegen und die Düsennadel öffnen können. Die am Aktorkolben ausgebildete Steuerfläche ist dabei der Düsennadel zugewandt und muss sich daher zum Vergrößern des Steuerraumvolumens von der
Düsennadel entfernen, also in Öffnungsrichtung bewegen. Erreicht wird dies bei der Erfindung dadurch, dass der Piezoaktuator bei geschlossener Düsennadel bestromt ist. Bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse wird somit zum Öffnen der Düsennadel die Bestromung des Piezoaktuators für die Einspritzdauer unterbrochen. Dies führt dazu, dass bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse zum Öffnen der Düsennadel der Druck im
Steuerraum gegenüber dem Einspritzdruck abgesenkt wird. In der Folge ist der Aufwand zur Beherrschung der auftretenden Druckdifferenzen vergleichsweise gering.
Bei einer Weiterbildung kann ein ringförmiger Übersetzerraum vorgesehen sein, der am freien Ende des jeweils außenliegenden Kolbens der hydraulischen Kopplung den jeweils innenliegenden Kolben der hydraulischen Kopplung umschließt, wobei der Übersetzerraum von einer am freien Ende des außenliegenden Kolbens ausgebildeten Übersetzerfläche begrenzt ist und mit dem Steuerraum im wesentlichen ungedrosselt kommuniziert. Durch eine geeignete Dimensionierung und Abstimmung von Übersetzerfläche und Steuerfläche kann zwischen dem Hub des Aktorkolbens und dem Hub des Nadelverbands eine gewünschte Über- bzw. Untersetzung realisiert werden, die mit einer entsprechenden Über¬ bzw. Untersetzung der herrschenden Kräfte einhergeht.
Im vorliegenden Zusammenhang wird unter einer ,4m wesentlichen ungedrosselten" Verbindung eine Verbindung verstanden, die im Vergleich zu einer gezielt gedrosselten
Verbindung keine gezielt vorgesehene Drosselstelle oder Drosselung enthält.
Entsprechend einer anderen Ausfuhrungsform kann die hydraulische Kopplung in einem im Düsenkörper ausgebildeten Hochdruckraum angeordnet sein, der im wesentlichen ungedrosselt mit einer den Kraftstoff unter Einspritzdruck bereitstellenden
Kraftstoff versorgung kommuniziert. Auf diese Weise schwimmt die hydraulische Kopplung im Kraftstoff und ist allseits vom Einspritzdruck beaufschlagt. Hierdurch sind Leckagen zwischen den einzelnen Komponenten der hydraulischen Kopplung unkritisch, was eine preiswerte Herstellung der einzelnen Bauteile erleichtert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einspritzdüse ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Die einzige Fig. 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Einspritzdüse nach der Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels - A -
Entsprechend Fig. 1 besitzt eine erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 einen Düsenkörper 2, in dem eine Düsennadel 3 hubverstellbar gelagert ist. Die Düsennadel 3 dient zum Steuern wenigstens eines Spritzlochs 4, das in einer Spitze 5 des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist. Die Düsennadel 3 wirkt dabei mit einem Nadelsitz 6 zusammen. Bei geöffneter Düsennadel 3 ist das wenigstens eine Spritzloch mit einer Kraftstoffversorgung 7 verbunden, die im
Betrieb einen unter einem relativ hohen Einspritzdruck stehenden Kraftstoff bereitstellt. Bei geöffneter Düsennadel 3 erfolgt somit eine Einspritzung von Kraftstoff in einen Einspritzraum 8. Bei geschlossener Düsennadel 3 sitzt diese in ihrem Nadelsitz 6 und sperrt die Verbindung zwischen dem wenigstens einen Spritzloch 4 und der Kraftstoffversorgung 7, so dass keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet. Somit steuert die
Düsennadel 3 durch ihr Öffnen und Schließen die Einspritzung von Kraftstoff durch das wenigstens eine Spritzloch 4.
Die Einspritzdüse 1 dient zum Einspritzen von Kraftstoff in den Einspritzraum 8 einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Üblicherweise ist jedem
Zylinder der Brennkraftmaschine eine eigene Einspritzdüse 1 zugeordnet. Beim sogenannten „Common-Rail-Prinzip" sind die Kraftstoffversorgungen 7 von mehreren Einspritzdüsen 1 an eine gemeinsame Kraftstoffhochdruckleitung angeschlossen.
Der Düsenkörper 2 enthält außerdem einen Piezoaktuator 9, der an einem vom wenigsten einen Spritzloch 4 entfernten Ende am Düsenkörper 2 fixiert ist, bei einer Bestromung seine Länge vergrößert und dadurch an seinem dem wenigsten einen Spritzloch 4 zugewandten Ende einen Hub durchführt. An seinem dem wenigsten einen Spritzloch 4 zugewandten Ende ist der Piezoaktuator 9 über eine durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnete hydraulische Kopplung 10 mit der Düsennadel 3 bzw. mit einem die
Düsennadel 3 umfassenden Nadelverband 11 antriebsgekoppelt. Auf diese Weise kann der Piezoaktuator 9 durch seine Betätigung die Düsennadel 3 zum Öffnen und Schließen antreiben. Insbesondere reduziert die hydraulische Kopplung 10 mechanischen Verschleiß zwischen Piezoaktuator 9 und Düsennadel 3 bzw. Nadelverband 11.
Der Nadelverband 11 kann ausschließlich aus der Düsennadel 3 bestehen. Vorzugsweise umfasst der Nadelverband 11 jedoch neben der Düsennadel 3 zumindest eine weitere Komponente, wie z.B. einen nicht näher bezeichneten Kolben und/oder eine Kolbenstange. Die einzelnen Komponenten des Nadelverbands 11 liegen dabei in axialer Richtung aneinander an und können untereinander Druckkräfte übertagen. Die Komponenten des Nadelverbands 11 bilden eine gemeinsam hubverstellbare Einheit. Grundsätzlich können benachbarte Komponenten lose aneinander anliegen. Ebenso können benachbarte Komponenten fest miteinander verbunden sein. Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, dass zumindest zwei Komponenten des Nadelverbands 11 aus einem Stück hergestellt sind.
Die hydraulische Kopplung 10 umfasst bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 einen Aktorkolben 12, der mit dem Piezoaktuator 9 antriebsverbunden ist. Ein Hub des Piezoaktuators 9 führt somit unmittelbar zu einem identischen Hub des Aktorkolbens 12. An einer vom Piezoaktuator 9 abgewandten und dem wenigsten einen Spritzloch 4 zugewandten Seite des Aktorkolbens 12 ist eine Steuerfläche 13 ausgebildet, die einen
Steuerraum 14 begrenzt. Die hydraulische Kopplung 10 umfasst außerdem einen Übersetzerkolben 15, der mit der Düsennadel 3 bzw. mit dem Nadelverband 11 antriebsverbunden ist, derart, dass ein Hub des Übersetzerkolbens 15 unmittelbar einen identischen Hub des Nadelverbands 11 und somit der Düsennadel 3 erzeugt. Insoweit bildet der Übersetzerkolben 15 einen Bestandteil des Nadelverbands 11. Insbesondere kann der Übersetzerkolben 15 fest mit einer Komponente des Nadelverbands 11, insbesondere mit der Düsennadel 3, verbunden oder einteilig mit dieser hergestellt sein.
In der hydraulischen Kopplung 10 sind der Aktorkolben 12 und der Übersetzerkolben 15 koaxial ineinander angeordnet, wobei sie den Steuerraum 14 einschließen. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform liegt der Übersetzerkolben 15 außen, so dass der
Aktorkolben 12 in den Übersetzerkolben 15 eintaucht. Der Übersetzerkolben 15 umschließt somit den Steuerraum 14 sowie den darin eintauchenden Abschnitt des Aktorkolbens 12.
Es ist klar, dass grundsätzlich auch eine Ausführungsform möglich ist, bei welcher der Übersetzerkolben 15 den innenliegenden Kolben bildet, während der Aktorkolben 12 den außenliegenden Kolben bildet, der den Steuerraum 14 und den darin eintauchenden
Abschnitt des Übersetzerkolbens 15 umschließt.
Der Übersetzerkolben 15 weist an seinem von der Düsennadel 3 entfernten Ende eine vom wenigsten einen Spritzloch 4 abgewandte ringförmige Übersetzerfläche 16 auf, die einen ringförmigen Übersetzerraum 17 begrenzt. Dieser Übersetzerraum 17 ist somit am freien Ende des Übersetzerkolbens 15 angeordnet und umschließt ringförmig den Aktorkolben 12. In axialer Richtung ist der Übersetzerraum 17 außerdem von einer düsenkörperfesten Wand 18 begrenzt, die der Übersetzerfläche 16 gegenüberliegt. Der Übersetzerraum 17 kommuniziert mit dem Steuerraum 14. Im vorliegenden Fall enthält der Aktorkolben 12 zu diesem Zweck wenigstens eine Bohrung 19, die jeweils den Steuerraum 14 mit dem Übersetzerraum 17 verbinden. Es ist klar, dass grundsätzlich auch eine andere Verbindung zwischen dem Steuerraum 14 und dem Übersetzerraum 17 vorgesehen sein kann. Beispielsweise können Axialnuten an der Innenwand des Übersetzerkolbens 15 und/oder an der Außenwand des Aktorkolbens 12 ausgebildet sein. Wichtig ist, dass die gewählte
Verbindung zwischen Steuerraum 14 und Übersetzerraum 17 im wesentlichen ungedrosselt ist, d.h., dass sich eine Druckänderung in dem einen Raum im wesentlichen unverzögert in den anderen Raum fortpflanzen kann.
Während der Übersetzerraum 17 radial nach innen durch den Aktorkolben 12 begrenzt ist, wird der Übersetzerraum 17 radial außen von einer Dichthülse 20 begrenzt, die an der Außenseite des Übersetzerkolbens 15 hubverstellbar gelagert ist. Die Dichthülse 20 ist dabei mit Hilfe einer Dichtfeder 21 axial gegen die Wand 18 vorgespannt. Zu diesem Zweck stützt sich die Dichtfeder 21 einenends an der von der Wand 18 abgewandten Seite der Dichthülse 20 und anderenends an einem Abstützring 22 ab. Der Abstützring 22 stützt sich seinerseits an der Düsennadel 3 bzw. am Nadelverband 11 ab. Auf diese Weise dient die Dichtfeder 21 gleichzeitig als Schließdruckfeder für den Nadelverband 11 bzw. für die Düsennadel 3.
Der Düsenkörper 2 enthält im Bereich der Kopplung zwischen Piezoaktuator 9 und
Düsennadel 3 bzw. Nadelverband 11 einen Hochdruckraum 23, der mit der Kraftstoffversorgung 7 kommuniziert, und zwar im wesentlichen ungedrosselt, so dass der in der Kraftstoffversorgung 7 herrschende Druck quasi verzögerungsfrei auch im Hochdruckraum 23 herrscht. Das bedeutet, dass im Betrieb der Einspritzdüse 1 im Hochdruckraum 23 der Einspritzdruck vorliegt. Die gesamte hydraulische Kopplung 10 ist somit in den hohen Einspritzdruck eingebetet, so das Leckagen innerhalb der hydraulischen Kopplung 10 unkritisch sind. Zur Kopplung des Hochdruckraums 23 mit der Kraftstoffversorgung 7 kann beispielsweise zumindest eine Verbindungsleitung 24 vorgesehen sein.
Die Dichthülse 20 ist so gestaltet bzw. wirkt mit der Wand 18 so zusammen, dass der Übersetzerraum 17 gedrosselt mit den Hochdruckraum 23 kommuniziert. Beispielsweise kann die Dichthülse 20 zu diesem Zweck zur Wand 18 hin angespitzt sein. Auf diese Weise ist auch der Steuerraum 14 durch den Übersetzerraum 17 mit dem Hochdruckraum 23 und somit mit der Kraftstoffversorgung 7 gedrosselt verbunden. Bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 ist die Düsennadel 3 wenigstens mit einer Druckstufe 25 ausgestattet, die so angeordnet ist, dass sie bei geschlossener Düsennadel 3 mit dem über die Kraftstoffversorgung 7 bereitgestellten Einspritzdruck beaufschlagt ist. Beispielsweise befindet sich die Druckstufe 25 hierzu in einem Ringraum 26, der einen
Bestandteil der Kraftstoffversorgung 7 bildet oder an diese angeschlossen ist. Da die Druckstufe 25 dem wenigstens einen Spritzloch 4 zugewandt ist, kann der daran angreifende Druck eine in der Öffnungsrichtung der Düsennadel 3 wirkende Kraft in die Düsennadel 3 einleiten. Die Druckstufe 25 ist somit in Öffiiungsrichtung wirksam.
Die erfindungsgemäße Einspritzdüse 1 arbeitet wie folgt:
In einem Ausgangszustand ist die Düsennadel 3 geschlossen, d.h. die Düsennadel 3 sitzt in ihrem Nadelsitz 6 und trennt das wenigstens eine Spritzloch 4 von der Kraftstoffversorgung 7. Eine Einspritzung von Kraftstoff findet somit nicht statt. In der
Kraftstoffversorgung 7 herrscht der Einspritzdruck. Demzufolge liegt der Einspritzdruck auch an der Druckstufe 25 an. Desweiteren herrscht der Einspritzdruck auch im Hochdruckraum 23 und somit im Übersetzerraum 17 sowie im Steuerraum 14. Der Druck im Steuerraum 14 wirkt dabei auch auf eine am Übersetzerkolben 15 ausgebildete, von der Düsennadel 3 abgewandte Schließdruckfläche 27, wodurch entsprechende Schließkräfte in den Nadelverband 11 eingeleitet werden. Desweiteren werden auch über die Übersetzerfläche 16 Schließkräfte in den Nadelverband 11 eingeleitet. Außerdem sind die Rückstellkräfte der Dichtfeder 21 in der Schließrichtung der Düsennadel 3 orientiert. Insgesamt herrscht im Nadelverband 11 eine in Schließrichtung resultierende Kraft.
Von besonderer Bedeutung ist hier, dass bei der erfindungsgemäßen Einspritzdüse 1 im Ausgangszustand, also bei geschlossener Düsennadel 3 der Piezoaktuator 9 bestromt ist und somit seine größere Länge aufweist. Dementsprechend taucht der Aktorkolben 12 maximal in den Übersetzerkolben 15 ein, so dass der Steuerraum 14 sein minimales Steuerraumvolumen besitzt.
Um einen Einspritzvorgang durch das wenigstens eine Spritloch 4 durchzuführen, wird die Bestromung des Piezoaktuators 9 beendet bzw. unterbrochen. In der Folge verkürzt der Piezoaktuator 9 seine Länge und zieht den Aktorkolben 12 zurück, wobei dieser sich vom wenigstens einen Spritzloch 4 entfernt. Gleichzeitig fahrt der Aktorkolben 12 dabei aus dem Übersetzerkolben 15 aus, wodurch sich das Steuerraumvolumen vergrößert. Über die kommunizierende Verbindung zwischen Steuerraum 14 und Übersetzerraum 17, also hier durch die Bohrungen 19 erfolgt dabei ein Fluidausgleich. Über die Dimensionierung der innerhalb der hydraulischen Kopplung 10 wirksamen Flächen (Übersetzerfläche 16 und Querschnittsfläche des Aktorkolbens 12) kann hierbei eine Über- oder Untersetzung der wirksamen Drücke und somit der resultierenden Hübe erreicht werden.
Die Dimensionierung des Steuerraums 14 und des Übersetzerraums 17 ist jedenfalls so auf den Querschnitt des Aktorkolbens 12 abgestimmt, dass sich beim Zurückziehen des Aktorkolbens 12 eine Vergrößerung des Steuerraumvolumens 14 bzw. des
Gesamtvolumens des Steuerraums 14 und des Übersetzerraums 17 ergibt. In der Folge sinkt im Steuerraum 14 der Druck. Ebenso erfolgt im Übersetzerraum 17 ein Druckabfall. Folglich werden die in Schließrichtung wirkenden Kräfte reduziert. Letztlich überwiegen insbesondere über die Druckstufe 25 am Nadelverband 11 dann die in Öffhungsrichtung wirksamen Kräfte, so dass die Düsennadel 3 von ihrem Nadelsitz 6 abhebt und die
Verbindung der Kraftstoffversorgung 7 zum wenigstens einen Spritzloch 4 öffnet. In der Folge kann die Eindüsung von Kraftstoff in den Einspritzraum 8 stattfinden.
Zur Beendigung des Spritzvorgangs wird der Piezoaktuator 9 wieder bestromt, wodurch dieser wieder seine Länge vergrößert und der Aktorkolben 12 einen Hub in Richtung
Düsennadel 3 ausführt. Dementsprechend fährt der Aktorkolben 12 in den Übersetzerkolben 15 ein und reduziert dadurch wieder das Volumen des Steuerraums 14, wodurch sich im Steuerraum 14 und folglich auch im Übersetzerraum 17 der Druck wieder erhöht, bis die in Schließrichtung wirksamen Kräfte am Nadelverband 11 überwiegen und die Düsennadel 3 in ihrem Nadelsitz 6 zurückverstellen.
Bezugszeichenliste
1 Einspritzdüse
2 Düsenkörper
3 Düsennadel
4 Spritzloch
5 Spitze von 2
6 Nadelsitz
7 Kraftstoffversorgung
8 Einspritzraum
9 Piezoaktuator
10 hydraulische Kopplung
11 Nadelverband
12 Aktorkolben
13 Steuerfläche
14 Steuerraum
15 Übersetzerkolben
16 Übersetzerfläche
17 Übersetzerraum
18 Wand
19 Bohrung
20 Dichthülse
21 Dichtfeder
22 Abstützring
23 Hochdruckraum
24 Verbindung
25 Druckstufe
26 Ringraum
27 Schließdruckfläche

Claims

Ansprüche
1. Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, - mit einer in einem Düsenkörper (2) hubverstellbaren Düsennadel (3) zum Steuern einer
Einspritzung von Kraftstoff durch wenigstens ein Spritzloch (4),
- mit einem Piezoaktuator (9), der bei seiner Betätigung die Düsennadel (3) oder einen die Düsennadel (3) aufweisenden Nadelverband (11) über eine hydraulische Kopplung (10) zum Öffnen oder Schließen antreibt, - wobei die hydraulische Kopplung (10) einen mit dem Piezoaktuator (9) antriebsverbundenen Aktorkolben (12) aufweist, der eine Steuerfläche (13) besitzt, die einen Steuerraum (14) begrenzt,
- wobei eine Betätigung des Piezoaktuators (9) den Aktorkolben (12) zum Verändern eines Steuerraumvolumens antreibt, dadurch gekennzeichnet,
- dass die hydraulische Kopplung (10) einen Übersetzerkolben (15) aufweist, der mit der Düsennadel (3) oder mit dem Nadelverband (11) antriebsverbunden ist,
- dass der Aktorkolben (12) und der Übersetzerkolben (15) koaxial ineinander angeordnet sind und den Steuerraum (14) einschließen, - dass der Piezoaktuator (9) zum Öffnen der Düsennadel (3) den Aktorkolben (12) zum
Vergrößern des Steuerraumvolumens antreibt.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (14) gedrosselt mit einer Kraftstoffversorgung (7) kommuniziert, die den Kraftstoff unter Einspritzdruck bereitstellt.
3. Einspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger Übersetzerraum (17) vorgesehen ist, der am freien Ende des außenliegenden Kolbens (15) der hydraulischen Kopplung (10) den innenliegenden Kolben (12) der hydraulischen Kopplung (10) umschließt, der von einer am freien Ende des außenliegenden Kolbens (15) ausgebildeten Übersetzerfläche (16) begrenzt ist und der mit dem Steuerraum (14) im wesentlichen ungedrosselt kommuniziert.
4. Einspritzdüse nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerraum (17) gedrosselt mit der Kraftstoffversorgung (7) kommuniziert, so dass der Steuerraum (14) indirekt über den Übersetzerraum (17) mit der
Kraftstoffversorgung (7) kommuniziert.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichthülse (20) vorgesehen ist, die außen am außenliegenden Kolben (15) der hydraulischen Kopplung (10) hubverstellbar gelagert ist, die den Übersetzerraum (17) radial begrenzt und die mit einer Dichtfeder (21) gegen eine der Übersetzerfläche (16) gegenüberliegende düsenkörperfeste Wand (18) vorgespannt ist.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfeder (21) einenends an der Dichthülse (20) und anderenends an der
Düsennadel (3) oder am Nadelverband (11) abgestützt ist und für die Düsennadel (3) als
Schließdruckfeder wirkt.
7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kopplung (10) in einem im Düsenkörper (2) ausgebildeten Hohlraum
(23) angeordnet ist, der im wesentlichen ungedrosselt mit einer den Kraftstoff unter Einspritzdruck bereitstellenden Kraftstoffversorgung (7) kommuniziert.
8. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an der genannten Wand (18) anliegende Dichthülse (20) den Übersetzerraum (17) so vom Hochdruckraum (23) trennt, dass der Übersetzerraum (17) gedrosselt mit dem
Hochdruckraum (23) kommuniziert.
9. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (3) wenigstens eine in Öffiiungsrichtung wirksame Druckstufe (25) aufweist, die bei geschlossener Düsennadel (3) über eine den Kraftstoff unter Einspritzdruck bereitstellende Kraftstoffversorgung (7) mit dem Einspritzdruck beaufschlagt ist.
1 O.Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben (15) außen liegt und den innenliegenden Aktorkolben (12) sowie den Steuerraum (14) umschließt.
EP05775883A 2004-09-15 2005-07-25 Einspritzdüse Ceased EP1792073A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200410044461 DE102004044461A1 (de) 2004-09-15 2004-09-15 Einspritzdüse
PCT/EP2005/053615 WO2006029933A1 (de) 2004-09-15 2005-07-25 Einspritzdüse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1792073A1 true EP1792073A1 (de) 2007-06-06

Family

ID=35276616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05775883A Ceased EP1792073A1 (de) 2004-09-15 2005-07-25 Einspritzdüse

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1792073A1 (de)
CN (1) CN101023262A (de)
DE (1) DE102004044461A1 (de)
WO (1) WO2006029933A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007005574A1 (de) * 2007-02-05 2008-08-07 Robert Bosch Gmbh Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von Brennstoffmaschinen
CN102213165B (zh) * 2010-04-08 2013-02-13 北京亚新科天纬油泵油嘴股份有限公司 高压共轨电控喷油器
EP2616661A1 (de) * 2010-09-13 2013-07-24 International Engine Intellectual Property Company, LLC Kraftstoffeinspritventil

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19519191C2 (de) * 1995-05-24 1997-04-10 Siemens Ag Einspritzventil
DE19843535A1 (de) * 1998-09-23 2000-03-30 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
US6520423B1 (en) * 2000-03-21 2003-02-18 Delphi Technologies, Inc. Hydraulic intensifier assembly for a piezoelectric actuated fuel injector
DE10233907A1 (de) * 2002-07-25 2004-02-12 Siemens Ag Vorrichtung zum Übertragen einer Auslenkung eines Aktors mit einem Elastomerring

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006029933A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101023262A (zh) 2007-08-22
WO2006029933A1 (de) 2006-03-23
DE102004044461A1 (de) 2006-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1688611B1 (de) Kraftstoffinjektor mit direkter Nadelsteuerung für eine Brennkraftmaschine
EP1853813B1 (de) Einspritzdüse
EP1763628B1 (de) Einspritzdüse
DE10326046A1 (de) Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen
EP1929149A1 (de) Einspritzdüse
DE102008002416A1 (de) Kraftstoffinjektor
EP1872008B1 (de) Zweistufig öffnender kraftstoffinjektor
DE10353045A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil
EP1792073A1 (de) Einspritzdüse
EP1559908B1 (de) Integrierter hydraulischer Druckübersetzer für Kraftstoffinjektoren an Hochdruckspeichereinspritzsystemen.
EP1655477B1 (de) Elektrohydraulisches Servoventil
EP1637727B1 (de) Steuerventil für einen Injektor
WO2006029937A1 (de) Steuerventil einer einspritzdüse für eine brennkraftmaschine
EP1908953B1 (de) Kraftstoffeinspritzanlage
EP1703118B1 (de) Einspritzdüse
DE10218548A1 (de) Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit verbesserter Steuerbarkeit beim Anheben eines Nadelventils
DE10145822B4 (de) Injektor einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
DE102008002415A1 (de) Kraftstoffinjektor
EP1825137A1 (de) Kraftstoffeinspritzdüse
DE102004038189A1 (de) Kraftstoffeinspritzeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit direkt ansteuerbaren Düsennadeln
EP2133552B1 (de) Kraftstoffinjektor
DE102007014359A1 (de) Injektor für eine Kraftstoffeinspritzanlage
DE102004057246A1 (de) Kraftstoffeinspritzdüse
DE102007034194A1 (de) Injektor
DE102005051195A1 (de) Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070416

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20090421

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20091002