EP1891322A1 - Common rail injector - Google Patents

Common rail injector

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Publication number
EP1891322A1
EP1891322A1 EP06743255A EP06743255A EP1891322A1 EP 1891322 A1 EP1891322 A1 EP 1891322A1 EP 06743255 A EP06743255 A EP 06743255A EP 06743255 A EP06743255 A EP 06743255A EP 1891322 A1 EP1891322 A1 EP 1891322A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
actuator
combustion chamber
common rail
booster piston
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.)
Withdrawn
Application number
EP06743255A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Christoph Magel
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 EP1891322A1 publication Critical patent/EP1891322A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/167Means for compensating clearance or thermal expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to a common rail Inj ector with an injector, which has a Kraftstoffzu- running, which communicates with a central fuel high pressure source outside of the injector and with a pressure chamber inside the injector in connection from which, depending on the pressure in a Coupling space is injected with high pressure fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, when a nozzle needle lifts from its seat, the coupling space from the combustion chamber remote end of the nozzle needle and the combustion chamber near the end of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, or at the combustion chamber near end
  • an actuator in particular a piezoelectric actuator, or at the combustion chamber near end
  • the actuator attached coupler piston is limited.
  • the object of the invention is to provide a common rail injector according to the preamble of claim 1, in which the actuator ensures the necessary nozzle needle stroke with a shorter actuator length than conventional common rail injectors.
  • the object is with a common rail injector with an injector housing, which has a fuel inlet, which communicates with a central high-pressure fuel source outside the injector housing and with a pressure chamber inside the injector housing, from which, depending on the pressure in a coupling space, injected high pressure fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine when a nozzle needle lifts from its seat, the coupling space of the combustion chamber remote end of Düsenna- del and the combustion chamber near the end of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, or at the combustion chamber near the end of the actuator attached coupler piston is limited, achieved in that the nozzle needle is guided in a booster piston which limits the coupling space and which is movable in a first nozzle needle opening phase relative to a Ü bersetzerkolbenanschlag on which the booster piston in a second Düsennadelöf The starting phase comes to an end.
  • direct control of the pressure in the coupling space is understood to mean the generation of a pressure drop and / or a pressure rise as a consequence of a change in volume, in particular a change in length, of the actuator.
  • Coupling space is limited by an end face of the actuator or coupled to the actuator or on the actuator mounted coupler piston, which is also referred to as an actuator head.
  • the volume of fuel contained in the coupling space allows the compensation of thermal expansion and manufacturing tolerances.
  • the coupling space which is partially limited by the booster piston, permits variable hydraulic transmission between the actuator or a coupler piston attached to the end of the actuator close to the combustion chamber and the nozzle needle.
  • the hydraulic ratio between the actuator and the nozzle needle by the ratio of the hydraulic coupling space limiting surface of the actuator or attached to the combustion chamber near end of the actuator coupler piston to the sum of the hydraulic coupling space defining surfaces of the nozzle needle and the Translator piston defined.
  • This transmission ratio is preferably designed for a large nozzle nozzle opening force in the first nozzle needle opening phase.
  • the booster piston abuts the transfer spool stopper.
  • the booster piston stop limits the stroke of the booster piston.
  • the booster piston stops moving.
  • the transmission ratio in the second nozzle needle opening phase is preferably designed for a complete needle opening with a small Aktorhub.
  • a preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the booster piston has substantially the shape of a sleeve which is movable in the axial direction relative to the nozzle needle.
  • the sleeve has the shape of a hollow circular cylinder whose inner diameter is ground to the outer diameter of the nozzle needle.
  • Another preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that a collar is provided at the combustion chamber remote end of the nozzle needle.
  • the collar is preferably formed integrally with the nozzle needle.
  • the federal government can also be formed by a separate component which is releasably attached to the nozzle needle.
  • the federal government forms a stop for the booster piston.
  • a further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that between the collar and the booster piston an adjusting ring is clamped or arranged. By the adjusting ring, the distance between the Ü bersetzerkolben and the booster piston stop in the first nozzle needle opening phase can be adjusted.
  • the nozzle needle has a spring plate which forms an abutment for a spring device which is clamped or arranged between the spring plate and the booster piston.
  • the spring device may be the same spring device by which the nozzle needle is biased into its closed position. But it can also be used an additional spring device.
  • a further preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that the injector housing comprises a nozzle body in which the nozzle needle is accommodated and an injector body in which the actuator is accommodated, wherein an intermediate body is arranged between the injector body and the nozzle body which has or forms the stop for the booster piston.
  • a further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the coupling space comprises an actuator pressure chamber, which is delimited radially outwardly by an actuator dumping space limiting sleeve which is located at the end of the actuator close to the combustion chamber or at the combustion chamber. near the end of the actuator mounted coupler piston is guided back and forth movable.
  • the piezoelectric actuator is constantly energized. When the piezoelectric actuator is relieved of pressure, the pressure in the coupling space drops, so that the nozzle needle lifts from its seat and releases at least one injection hole, is injected by the high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a further preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that the coupling space comprises a nozzle needle control chamber, which is delimited radially outwardly by a nozzle needle control chamber limiting sleeve which is guided to and fro movable at the combustion chamber distal end of the nozzle needle.
  • the limited in the radial direction of the Düsennadel tenuraumbegrenzungshülse Düsennadel horrraum is limited in the axial direction by the combustion chamber remote end face of the nozzle needle and the combustion chamber remote end face of the booster piston.
  • a further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the booster piston is guided in the radial direction between the nozzle needle and the Düsennadel Kunststoffraum- limiting sleeve.
  • the booster piston may also be guided between the nozzle needle and the injector housing.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a common rail injector according to the invention in longitudinal section
  • Figure 2 shows a second embodiment of a common rail injector according to the invention in longitudinal section.
  • the illustrated common rail injector has an injector housing, generally designated 1.
  • the injector housing 1 comprises a nozzle body 2, which projects with its lower free end into the combustion chamber of an internal combustion engine to be supplied. With its upper, combustion chamber remote end face of the nozzle body 2 is clamped by means of a (not shown) clamping nut a- xial against an intermediate body 3 and an injector 4.
  • an axial guide bore 6 is recessed, in which a nozzle needle 8 is guided axially displaceable.
  • a sealing edge 10 is formed, which cooperates with a sealing seat or with a sealing surface 11 which is formed on the nozzle body 3. If the tip 9 of the nozzle needle 8 with its sealing edge 10 is in contact with the sealing seat 11, injection holes 13 and 14 in the nozzle body 2 are closed. When the nozzle needle tip 9 lifts off from its sealing seat with the sealing edge 10, high-pressure fuel is injected through the injection holes 13 and 14 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the nozzle needle 8 has a pressure chamber portion 15, which is formed substantially circular cylindrical.
  • the pressure space section 15 is followed by a truncated section 16, which is also referred to as a pressure shoulder.
  • the sections 15 and 16 are, at least partially, arranged in a pressure chamber 17 which is formed between the nozzle needle 8 and the nozzle body 2.
  • the truncated cone-like widening section 16 is followed by a substantially circular-cylindrical guide section 18.
  • the guide section 18 is guided in the axial guide bore 6 of the nozzle body 2 so as to be movable back and forth.
  • flats 19, 20, which are formed on the guide portion 18, a fluid connection between the pressure chamber 17 and another pressure chamber 22 created, which is also referred to as a nozzle spring chamber and is provided in the combustion chamber remote end of the nozzle body 2.
  • the nozzle spring chamber 22 communicates with an actuator chamber 25 in the injector body 4 via a connecting channel (not shown) formed in the intermediate body 3.
  • the actuator chamber 25 in turn is connected via an inlet channel 26 to a high-pressure fuel accumulator 28, which is also referred to as a common rail.
  • a piezoelectric actuator 35 is arranged, at the end remote from the combustion chamber an actuator base 31 is mounted, which rests in a sealing manner on the injector 4.
  • the injector body 4 is preferably designed in several parts.
  • a piezoactuator head 32 which is also referred to as a coupler piston, is attached to the piezoactuator 30.
  • the piezoelectric actuator head 32 essentially has the shape of a straight circular cylinder, at whose end close to the combustion chamber an actuator pressure chamber limiting sleeve 34 is guided so as to be movable back and forth. Sufficient play is provided between the actuator pressure chamber limiting sleeve 34 and the actuator head 32, so that high-pressure fuel passes into an actuator pressure chamber 35, which is delimited in the radial direction by the actuator pressure chamber limiting sleeve 34.
  • the piezoelectric actuator 30 is powered by electrical connections 33 with electricity.
  • a collar 36 is formed at the combustion chamber remote end of the actuator head 32.
  • a helical compression spring 37 is clamped between the collar 36 and the end of the actuator pressure chamber limiting sleeve 34 remote from the combustion chamber, by means of which a biting edge 38 provided at the end of the actuator pressure chamber limiting sleeve near the combustion chamber is pressed against the intermediate body 3 in a sealing manner.
  • the actuator pressure space 35 is delimited by the actuator head 32 and the intermediate body 3.
  • a through hole 39 is recessed which connects the actuator pressure chamber 35 with a nozzle needle control chamber 41, which is delimited in the radial direction by a nozzle needle control chamber limiting sleeve 42.
  • the Düsennadel tenuraumbe- grenzungshülse 42 has at its combustion chamber remote end a biting edge 43 which bears in a sealing manner on the intermediate body 3.
  • the nozzle needle 8 has at its tip 9 opposite end on a circular cylindrical end portion 45.
  • the end section 45 is bordered by a collar 44 at its end remote from the combustion chamber.
  • At its combustion chamber near end of the end portion 45 is bounded by another collar 46, which is also referred to as a spring plate.
  • the spring plate 46 forms a contact surface for one end of a nozzle needle spring 47, which is clamped between the spring plate 46 and the nozzle needle control chamber limiting sleeve 42.
  • the biasing force of the nozzle needle spring 47 causes the Düsennadelsteu- space limiting sleeve 42 is held with its biting edge 43 into contact with the intermediate body 3.
  • Au- the nozzle needle spring 47 causes the tip 9 of the nozzle needle 8 with the sealing edge 10 to be held in abutment against the associated seal seat 11.
  • the actuator pressure space 35, the through-hole 39 and the nozzle needle control space 41 together form a coupling space filled with pressurized fuel.
  • a booster piston 52 is guided in the axial direction to move back and forth.
  • the transfer piston 52 has the shape of a hollow circular cylinder and is biased by a booster piston spring 54 away from the combustion chamber.
  • an adjusting ring 56 is arranged between the booster piston 52 and the collar 44. By the adjustment ring 56 of the booster piston 52 is held at a preselected distance to the collar 44.
  • the outer diameter of the booster piston 52 is slightly larger than the inner diameter of the through hole 39 in the intermediate body 3.
  • a stroke 58 can be adjusted, which the booster piston 52 can perform before it comes to the intermediate body 3 into abutment.
  • the intermediate body 3 forms a Hubbegrenzungsanschlag for the booster piston 52nd
  • the nozzle needle 8 together with the translation piston 52 delimits the coupling space in the axial direction.
  • the booster piston 52 is axially slidably ground on the nozzle needle 8.
  • the coupling space is sealed off from the nozzle spring chamber 22 by the nozzle needle control chamber limiting sleeve 42. tet.
  • the booster piston 52 is biased by the booster piston spring 54 to its rest position.
  • About the adjustment ring 56 of the booster piston 52 is coupled to the collar 44 of the nozzle needle 8 and has to the intermediate body 3 of the injector 1 to the stroke distance 58.
  • the adjustment ring 56 which is also referred to as a dial, the stroke 58 of the booster piston 52 can be adjusted.
  • a ratio between the actuator 30 and the nozzle needle 8 acts according to the area ratio (in the coupling space 35, 39, 41) of the end face of the coupler piston 32 near the combustion chamber to the sum of the combustion chamber distant End faces of the nozzle needle 8 and the booster piston 52. This area ratio is designed for the large initial needle opening force.
  • the nozzle needle 8 and the booster piston 52 move upwards away from the combustion chamber.
  • the movement of the booster piston 52 is interrupted as soon as the booster piston 52 comes into abutment against the intermediate body 3.
  • This phase is also called second nozzle needle opening phase called.
  • the second Düsenna- delö Anlagensphase acts between the actuator 30 and the nozzle needle 8, a translation according to the area ratio of the combustion chamber near end face of the coupler piston 32 to the combustion chamber remote end face of the nozzle needle 8. Since the necessary needle opening force has now been greatly reduced, preferably a gear ratio is selected here , which allows a complete needle opening with a small actuator stroke.
  • both a high needle opening force at the beginning and a sufficient needle lift for injection can be realized with a small piezoactuator.
  • the transmission ratio of actuator to nozzle needle can be optimally adapted to the requirements of the needle control. This makes it possible to realize a direct needle control with the smallest possible actuator.
  • the actuator 30 is loaded again, wherein it expands. Then results in the coupling space 35, 39, 41, an overpressure, which acts on the combustion chamber remote end face of the nozzle needle 8. This causes the nozzle needle 8 closes quickly.
  • the booster piston 52 is initially held by the booster piston spring 54 above and then taken by the downward movement of the nozzle needle 8, more precisely from the collar 44 of the nozzle needle 8, with the interposition of the adjusting ring 56. Due to the construction according to the invention with only one hydraulic coupling space 35, 39, 41 between the piezoelectric actuator 30 and the nozzle needle 8, a rigid transmission behavior can be achieved despite a variable hydraulic transmission, whereby the switching performance is improved.
  • the filling of the coupling space 35, 39, 41 can take place, for example, via a corresponding gap flow or by throttling.
  • a coupler space can take place, for example, via a corresponding gap flow or by throttling.
  • either the spring plate 46 or the collar 44 on the nozzle needle 8 is designed to be removable.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a common rail injector according to the invention is shown schematically in longitudinal section.
  • the same reference numerals as in Figure 1 are used. To avoid repetition, reference is made to the preceding description of FIG. In the following, only the differences between the two embodiments will be discussed.

Abstract

The invention relates to a common rail injector having an injector housing (1) which has a fuel supply line (26) which is connected to a pressure space (17, 22) within the injector housing (1), fuel from said pressure space (17) being injected, as a function of the pressure in a coupling space (35, 39, 41), into a combustion chamber of an internal combustion engine when a nozzle needle (8) lifts up from its seat, the coupling space (35, 39, 41) being delimited by that end of the nozzle needle (8) which is remote from the combustion chamber and by that end of an actuator (30), piezoelectric actuator, which is close to the combustion chamber. In order to reduce the length of the actuator, the nozzle needle (8) is guided in a transformer piston (52) which delimits the coupling space (35, 39, 41) and, in a first nozzle opening phase, is moveable relative to a transformer piston stop (3) with which the transformer piston (52) comes into contact in a second nozzle opening phase.

Description

ROBERT BOSCH GMBH R. 311039ROBERT BOSCH GMBH R. 311039
70442 STUTTGART70442 STUTTGART
Common-Rail-Inj ektorCommon rail injector
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Common-Rail-Inj ektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzu- lauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Kopplungsraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel von ihrem Sitz abhebt, wobei der Kopp- lungsraum von dem brennraumfernen Ende der Düsennadel und dem brennraumnahen Ende eines Aktors, insbesondere eines Piezoaktors, oder eines an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens begrenzt wird.The invention relates to a common rail Inj ector with an injector, which has a Kraftstoffzu- running, which communicates with a central fuel high pressure source outside of the injector and with a pressure chamber inside the injector in connection from which, depending on the pressure in a Coupling space is injected with high pressure fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, when a nozzle needle lifts from its seat, the coupling space from the combustion chamber remote end of the nozzle needle and the combustion chamber near the end of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, or at the combustion chamber near end The actuator attached coupler piston is limited.
Stand der TechnikState of the art
Wenn der Kopplungsraum durch einen Aktor, insbesondere einen Piezoaktor, oder durch einen an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolben begrenzt wird, spricht man auch von einer direkten Düsennadelsteuerung. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Common-Rail- Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem der Aktor den notwenigen Düsenna- delhub mit einer geringeren Aktorlänge gewährleis- tet als herkömmliche Common-Rail-Injektoren.If the coupling space is limited by an actuator, in particular a piezoelectric actuator, or by a coupling piston attached to the end of the actuator close to the combustion chamber, this is also referred to as a direct nozzle needle control. The object of the invention is to provide a common rail injector according to the preamble of claim 1, in which the actuator ensures the necessary nozzle needle stroke with a shorter actuator length than conventional common rail injectors.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe ist bei einem Common-Rail-Injektor mit einem Injektorgehäuse, das einen Kraftstoffzulauf aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle außerhalb des Injektorgehäuses und mit einem Druckraum innerhalb des Injektorgehäuses in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Kopplungsraum, mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel von ihrem Sitz abhebt, wobei der Kopplungsraum von dem brennraumfernen Ende der Düsenna- del und dem brennraumnahen Ende eines Aktors, insbesondere eines Piezoaktors, oder eines an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens begrenzt wird, dadurch gelöst, dass die Düsennadel in einem Übersetzerkolben geführt ist, der den Kopplungsraum begrenzt und der in einer ersten Düsennadelöffnungsphase relativ zu einem Ü- bersetzerkolbenanschlag bewegbar ist, an dem der Übersetzerkolben in einer zweiten Düsennadelöff- nungsphase in Anschlag kommt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem direkten Steuern des Drucks in dem Kopplungsraum das Erzeugen eines Druckabfalls und/oder eines Druckanstiegs in Folge einer Volumenänderung, insbesondere einer Längenänderung, des Aktors verstanden. Der Kopplungsraum wird durch eine Stirnfläche des Aktors oder eines mit dem Aktor gekoppelten beziehungsweise an dem Aktor angebrachten Kopplerkolbens, der auch als Aktorkopf bezeichnet wird, be- grenzt. Das in dem Kopplungsraum enthaltene Kraftstoffvolumen ermöglicht den Ausgleich von Temperaturdehnungen und Fertigungstoleranzen. Der teilweise durch den Übersetzerkolben begrenzte Kopplungsraum ermöglicht eine variable hydraulische Überset- zung zwischen dem Aktor oder einem an dem brenn- raumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolben und der Düsennadel. In der ersten Düsennadel- öffnungsphase wird die hydraulische Übersetzung zwischen dem Aktor und der Düsennadel durch das Verhältnis der den hydraulischen Kopplungsraum begrenzenden Fläche des Aktors oder eines an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens zu der Summe der den hydraulischen Kopplungsraum begrenzenden Flächen der Düsennadel und des Übersetzerkolbens definiert. Dieses Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise auf eine in der ersten Düsennadelöffnungsphase große Düsennadelöff- nungskraft ausgelegt. Nach der ersten Düsennadel- öffnungsphase stößt der Übersetzerkolben an dem Ü- bersetzerkolbenanschlag an. Der Übersetzerkolbenanschlag begrenzt den Hub des Übersetzerkolbens. In der zweiten Düsennadelöffnungsphase bewegt sich der Übersetzerkolben nicht mehr. Somit wird die hydraulische Übersetzung zwischen dem Aktor und der Dü- sennadel in der zweiten Düsennadelöffnungsphase durch das Verhältnis der den hydraulischen Kopplungsraum begrenzenden Fläche des Aktors oder eines an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens zu der den hydraulischen Kopplungs- - A -The object is with a common rail injector with an injector housing, which has a fuel inlet, which communicates with a central high-pressure fuel source outside the injector housing and with a pressure chamber inside the injector housing, from which, depending on the pressure in a coupling space, injected high pressure fuel is injected into a combustion chamber of an internal combustion engine when a nozzle needle lifts from its seat, the coupling space of the combustion chamber remote end of Düsenna- del and the combustion chamber near the end of an actuator, in particular a piezoelectric actuator, or at the combustion chamber near the end of the actuator attached coupler piston is limited, achieved in that the nozzle needle is guided in a booster piston which limits the coupling space and which is movable in a first nozzle needle opening phase relative to a Ü bersetzerkolbenanschlag on which the booster piston in a second Düsennadelöf The starting phase comes to an end. In the context of the present invention, direct control of the pressure in the coupling space is understood to mean the generation of a pressure drop and / or a pressure rise as a consequence of a change in volume, in particular a change in length, of the actuator. Of the Coupling space is limited by an end face of the actuator or coupled to the actuator or on the actuator mounted coupler piston, which is also referred to as an actuator head. The volume of fuel contained in the coupling space allows the compensation of thermal expansion and manufacturing tolerances. The coupling space, which is partially limited by the booster piston, permits variable hydraulic transmission between the actuator or a coupler piston attached to the end of the actuator close to the combustion chamber and the nozzle needle. In the first nozzle needle opening phase, the hydraulic ratio between the actuator and the nozzle needle by the ratio of the hydraulic coupling space limiting surface of the actuator or attached to the combustion chamber near end of the actuator coupler piston to the sum of the hydraulic coupling space defining surfaces of the nozzle needle and the Translator piston defined. This transmission ratio is preferably designed for a large nozzle nozzle opening force in the first nozzle needle opening phase. After the first nozzle needle opening phase, the booster piston abuts the transfer spool stopper. The booster piston stop limits the stroke of the booster piston. In the second nozzle needle opening phase, the booster piston stops moving. Thus, the hydraulic ratio between the actuator and the nozzle needle in the second nozzle needle opening phase by the ratio of the hydraulic coupling space limiting surface of the actuator or attached to the combustion chamber near end of the actuator coupler piston to the hydraulic coupling - A -
raum begrenzenden Fläche der Düsennadel definiert. Da die notwendige Düsennadelöffnungskraft dann bereits stark abgenommen hat, ist das Übersetzungsverhältnis in der zweiten Düsennadelöffnungsphase vorzugsweise auf eine vollständige Nadelöffnung mit einem geringen Aktorhub ausgelegt. Durch den Übersetzerkolben kann mit einer relativ geringen Aktorlänge sowohl eine große Düsennadelöffnungskraft zu Beginn der Einspritzung als auch ein ausreichender Düsennadelhub gewährleistet werden.Defined space limiting surface of the nozzle needle. Since the necessary nozzle needle opening force has then already greatly decreased, the transmission ratio in the second nozzle needle opening phase is preferably designed for a complete needle opening with a small Aktorhub. By the translator piston can be ensured with a relatively small actuator length both a large nozzle needle opening force at the beginning of the injection and a sufficient Düsennadelhub.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common- Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben im Wesentlichen die Gestalt einer Hülse aufweist, die in axialer Richtung relativ zu der Düsennadel bewegbar ist. Vorzugsweise hat die Hülse die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders, deren Innendurchmesser auf den Außendurchmesser der Düsennadel eingeschliffen ist.A preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the booster piston has substantially the shape of a sleeve which is movable in the axial direction relative to the nozzle needle. Preferably, the sleeve has the shape of a hollow circular cylinder whose inner diameter is ground to the outer diameter of the nozzle needle.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel ein Bund vorgesehen ist. Der Bund ist vorzugsweise einstückig mit der Düsennadel ausgebildet. Zu Montagezwecken kann der Bund aber auch von einem separaten Bauteil gebildet werden, das lösbar an der Düsennadel befestigt ist. Der Bund bildet einen Anschlag für den Übersetzerkolben.Another preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that a collar is provided at the combustion chamber remote end of the nozzle needle. The collar is preferably formed integrally with the nozzle needle. But for assembly purposes, the federal government can also be formed by a separate component which is releasably attached to the nozzle needle. The federal government forms a stop for the booster piston.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bund und dem Übersetzerkolben ein Einstellring eingespannt oder angeordnet ist. Durch den Einstellring kann der Abstand zwischen dem Ü- bersetzerkolben und dem Übersetzerkolbenanschlag in der ersten Düsennadelöffnungsphase eingestellt werden.A further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that between the collar and the booster piston an adjusting ring is clamped or arranged. By the adjusting ring, the distance between the Ü bersetzerkolben and the booster piston stop in the first nozzle needle opening phase can be adjusted.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel einen Federteller aufweist, der ein Widerlager für eine Federeinrichtung bildet, die zwischen dem Federteller und dem Übersetzerkolben eingespannt oder angeordnet ist. Bei der Federeinrichtung kann es sich um die gleiche Federeinrichtung handeln, durch welche die Düsennadel in ihre geschlossene Stellung vorgespannt ist. Es kann aber auch eine zusätzliche Federeinrichtung verwendet werden.Another preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the nozzle needle has a spring plate which forms an abutment for a spring device which is clamped or arranged between the spring plate and the booster piston. The spring device may be the same spring device by which the nozzle needle is biased into its closed position. But it can also be used an additional spring device.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass das Injektorgehäuse einen Düsenkörper, in dem die Düsennadel aufgenommen ist, und einen Injektorkörper umfasst, in dem der Aktor aufgenommen ist, wobei zwischen dem Injektorkörper und dem Düsenkörper ein Zwischenkörper angeordnet ist, der den An- schlag für den Übersetzerkolben aufweist oder bildet. Dadurch wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Injektors vereinfacht.A further preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that the injector housing comprises a nozzle body in which the nozzle needle is accommodated and an injector body in which the actuator is accommodated, wherein an intermediate body is arranged between the injector body and the nozzle body which has or forms the stop for the booster piston. As a result, the production of the injector according to the invention is simplified.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsraum einen Aktordruckraum umfasst, der radial außen durch eine Aktordurckraum- begrenzungshülse begrenzt ist, die an dem brenn- raumnahen Ende des Aktors oder eines an dem brenn- raumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens hin und her bewegbar geführt ist. Vorzugsweise ist der Piezoaktor dauernd bestromt. Wenn der Pie- zoaktor entlastet wird, dann sinkt der Druck in dem Kopplungsraum, so dass die Düsennadel von ihrem Sitz abhebt und mindestens ein Spritzloch freigibt, durch das mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.A further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the coupling space comprises an actuator pressure chamber, which is delimited radially outwardly by an actuator dumping space limiting sleeve which is located at the end of the actuator close to the combustion chamber or at the combustion chamber. near the end of the actuator mounted coupler piston is guided back and forth movable. Preferably, the piezoelectric actuator is constantly energized. When the piezoelectric actuator is relieved of pressure, the pressure in the coupling space drops, so that the nozzle needle lifts from its seat and releases at least one injection hole, is injected by the high-pressure fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsraum eine Düsennadelsteuerraum umfasst, der radial außen durch eine Düsennadel- steuerraumbegrenzungshülse begrenzt ist, die an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel hin und her bewegbar geführt ist. Der in radialer Richtung von der Düsennadelsteuerraumbegrenzungshülse begrenzte Düsennadelsteuerraum wird in axialer Richtung durch die brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel und die brennraumferne Stirnfläche des Übersetzerkolbens begrenzt.A further preferred exemplary embodiment of the common rail injector is characterized in that the coupling space comprises a nozzle needle control chamber, which is delimited radially outwardly by a nozzle needle control chamber limiting sleeve which is guided to and fro movable at the combustion chamber distal end of the nozzle needle. The limited in the radial direction of the Düsennadelsteuerraumbegrenzungshülse Düsennadelsteuerraum is limited in the axial direction by the combustion chamber remote end face of the nozzle needle and the combustion chamber remote end face of the booster piston.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Common-Rail-Injektors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben in radialer Richtung zwischen der Düsennadel und der Düsennadelsteuerraum- begrenzungshülse geführt ist. Alternativ kann der Übersetzerkolben auch zwischen der Düsennadel und dem Injektorgehäuse geführt sein.A further preferred embodiment of the common rail injector is characterized in that the booster piston is guided in the radial direction between the nozzle needle and the Düsennadelsteuerraum- limiting sleeve. Alternatively, the booster piston may also be guided between the nozzle needle and the injector housing.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich- nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombina- tion erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawing tion various embodiments are described in detail. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any combination.
Zeichnungdrawing
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors im Längsschnitt undFigure 1 shows a first embodiment of a common rail injector according to the invention in longitudinal section and
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors im Längsschnitt .Figure 2 shows a second embodiment of a common rail injector according to the invention in longitudinal section.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors schematisch im Längsschnitt dargestellt. Der dargestellte Com- mon-Rail-Injektor weist ein insgesamt mit 1 be- zeichnetes Injektorgehäuse auf. Das Injektorgehäuse 1 umfasst einen Düsenkörper 2, der mit seinem unteren freien Ende in den Brennraum einer zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. Mit seiner oberen, brennraumfernen Stirnfläche ist der Düsenkörper 2 mittels einer (nicht dargestellten) Spannmutter a- xial gegen einen Zwischenkörper 3 und einen Injektorkörper 4 verspannt. In dem Düsenkörper 2 ist eine axiale Führungsbohrung 6 ausgespart, in der eine Düsennadel 8 axial verschiebbar geführt ist. An der Spitze 9 der Düsennadel 8 ist eine Dichtkante 10 ausgebildet, die mit einem Dichtsitz beziehungsweise mit einer Dichtfläche 11 zusammenwirkt, der beziehungsweise die an dem Düsenkörper 3 ausgebildet ist. Wenn sich die Spitze 9 der Düsennadel 8 mit ihrer Dichtkante 10 in Anlage an dem Dichtsitz 11 befindet, sind Spritzlöcher 13 und 14 in dem Düsenkörper 2 verschlossen. Wenn die Düsennadelspitze 9 mit der Dichtkante 10 von ihrem Dichtsitz abhebt, dann wird mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff durch die Spritzlöcher 13 und 14 in den Brennraum der Brenn- kraftmaschine eingespritzt.1 shows a first embodiment of a common rail injector according to the invention is shown schematically in longitudinal section. The illustrated common rail injector has an injector housing, generally designated 1. The injector housing 1 comprises a nozzle body 2, which projects with its lower free end into the combustion chamber of an internal combustion engine to be supplied. With its upper, combustion chamber remote end face of the nozzle body 2 is clamped by means of a (not shown) clamping nut a- xial against an intermediate body 3 and an injector 4. In the nozzle body 2, an axial guide bore 6 is recessed, in which a nozzle needle 8 is guided axially displaceable. At the tip 9 of the nozzle needle 8, a sealing edge 10 is formed, which cooperates with a sealing seat or with a sealing surface 11 which is formed on the nozzle body 3. If the tip 9 of the nozzle needle 8 with its sealing edge 10 is in contact with the sealing seat 11, injection holes 13 and 14 in the nozzle body 2 are closed. When the nozzle needle tip 9 lifts off from its sealing seat with the sealing edge 10, high-pressure fuel is injected through the injection holes 13 and 14 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Ausgehend von der Spitze 9 weist die Düsennadel 8 einen Druckraumabschnitt 15 auf, der im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet ist. Auf den Druckraumabschnitt 15 folgt ein sich kegelstumpfar- tig erweiternder Abschnitt 16, der auch als Druckschulter bezeichnet wird. Die Abschnitte 15 und 16 sind, zumindest teilweise, in einem Druckraum 17 angeordnet, der zwischen der Düsennadel 8 und dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist.Starting from the tip 9, the nozzle needle 8 has a pressure chamber portion 15, which is formed substantially circular cylindrical. The pressure space section 15 is followed by a truncated section 16, which is also referred to as a pressure shoulder. The sections 15 and 16 are, at least partially, arranged in a pressure chamber 17 which is formed between the nozzle needle 8 and the nozzle body 2.
Auf den sich kegelstumpfartig erweiternden Abschnitt 16 folgt ein im Wesentlichen kreiszylinder- förmiger Führungsabschnitt 18. Der Führungsab- schnitt 18 ist in der axialen Führungsbohrung 6 des Düsenkörpers 2 hin und her bewegbar geführt. Durch Abflachungen 19, 20, die an dem Führungsabschnitt 18 ausgebildet sind, wird eine Fluidverbindung zwischen dem Druckraum 17 und einem weiteren Druckraum 22 geschaffen, der auch als Düsenfederraum bezeichnet wird und in dem brennraumfernen Ende des Düsenkörpers 2 vorgesehen ist.The truncated cone-like widening section 16 is followed by a substantially circular-cylindrical guide section 18. The guide section 18 is guided in the axial guide bore 6 of the nozzle body 2 so as to be movable back and forth. By flats 19, 20, which are formed on the guide portion 18, a fluid connection between the pressure chamber 17 and another pressure chamber 22 created, which is also referred to as a nozzle spring chamber and is provided in the combustion chamber remote end of the nozzle body 2.
Der Düsenfederraum 22 steht über einen (nicht dargestellten) Verbindungskanal, der in dem Zwischenkörper 3 ausgebildet ist, mit einem Aktorraum 25 in dem Injektorkörper 4 in Verbindung. Der Aktorraum 25 wiederum steht über einen Zulaufkanal 26 mit ei- nem Kraftstoffhochdruckspeicher 28 in Verbindung, der auch als Common-Rail bezeichnet wird.The nozzle spring chamber 22 communicates with an actuator chamber 25 in the injector body 4 via a connecting channel (not shown) formed in the intermediate body 3. The actuator chamber 25 in turn is connected via an inlet channel 26 to a high-pressure fuel accumulator 28, which is also referred to as a common rail.
In dem Aktorraum 25 ist ein Piezoaktor 35 angeordnet, an dessen brennraumfernem Ende ein Aktorfuß 31 angebracht ist, der in abdichtender Art und Weise an dem Injektorkörper 4 anliegt. Der Injektorkörper 4 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet.In the actuator chamber 25, a piezoelectric actuator 35 is arranged, at the end remote from the combustion chamber an actuator base 31 is mounted, which rests in a sealing manner on the injector 4. The injector body 4 is preferably designed in several parts.
An seinem brennraumnahen Ende ist an dem Piezoak- tor 30 ein Piezoaktorkopf 32 angebracht, der auch als Kopplerkolben bezeichnet wird. Der Piezoaktorkopf 32 hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, an dessen brennraumnahem Ende eine Aktordruckraumbegrenzungshülse 34 hin und her bewegbar geführt ist. Zwischen der Aktordruckraumbegrenzungshülse 34 und dem Aktorkopf 32 ist ausreichend Spiel vorgesehen, so dass mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen Aktordruckraum 35 gelangt, der in radialer Richtung durch die Ak- tordruckraumbegrenzungshülse 34 begrenzt wird. Der Piezoaktor 30 wird über elektrische Anschlüsse 33 mit Strom versorgt. An dem brennraumfernen Ende des Aktorkopfs 32 ist ein Bund 36 ausgebildet. Zwischen dem Bund 36 und dem brennraumfernen Ende der Aktordruckraumbegren- zungshülse 34 ist eine Schraubendruckfeder 37 ein- gespannt, durch die eine an dem brennraumnahen Ende der Aktordruckraumbegrenzungshülse 34 vorgesehene Beißkante 38 in abdichtender Art und Weise gegen den Zwischenkörper 3 gedrückt wird. In axialer Richtung wird der Aktordruckraum 35 durch den Ak- torkopf 32 und den Zwischenkörper 3 begrenzt.At its end close to the combustion chamber, a piezoactuator head 32, which is also referred to as a coupler piston, is attached to the piezoactuator 30. The piezoelectric actuator head 32 essentially has the shape of a straight circular cylinder, at whose end close to the combustion chamber an actuator pressure chamber limiting sleeve 34 is guided so as to be movable back and forth. Sufficient play is provided between the actuator pressure chamber limiting sleeve 34 and the actuator head 32, so that high-pressure fuel passes into an actuator pressure chamber 35, which is delimited in the radial direction by the actuator pressure chamber limiting sleeve 34. The piezoelectric actuator 30 is powered by electrical connections 33 with electricity. At the combustion chamber remote end of the actuator head 32, a collar 36 is formed. A helical compression spring 37 is clamped between the collar 36 and the end of the actuator pressure chamber limiting sleeve 34 remote from the combustion chamber, by means of which a biting edge 38 provided at the end of the actuator pressure chamber limiting sleeve near the combustion chamber is pressed against the intermediate body 3 in a sealing manner. In the axial direction, the actuator pressure space 35 is delimited by the actuator head 32 and the intermediate body 3.
In dem Zwischenkörper 3 ist ein Durchgangsloch 39 ausgespart, das den Aktordruckraum 35 mit einem Du- sennadelsteuerraum 41 verbindet, der in radialer Richtung von einer Düsennadelsteuerraumbegrenzungs- hülse 42 begrenzt wird. Die Düsennadelsteuerraumbe- grenzungshülse 42 weist an ihrem brennraumfernen Ende eine Beißkante 43 auf, die in abdichtender Art und Weise an dem Zwischenkörper 3 anliegt.In the intermediate body 3, a through hole 39 is recessed which connects the actuator pressure chamber 35 with a nozzle needle control chamber 41, which is delimited in the radial direction by a nozzle needle control chamber limiting sleeve 42. The Düsennadelsteuerraumbe- grenzungshülse 42 has at its combustion chamber remote end a biting edge 43 which bears in a sealing manner on the intermediate body 3.
Die Düsennadel 8 weist an ihrem der Spitze 9 entgegengesetzten Ende einen kreiszylinderförmigen Endabschnitt 45 auf. Der Endabschnitt 45 wird an seinem brennraumfernen Ende von einem Bund 44 be- grenzt. An seinem brennraumnahen Ende ist der Endabschnitt 45 durch einen weiteren Bund 46 begrenzt, der auch als Federteller bezeichnet wird. Der Federteller 46 bildet eine Anlagefläche für ein Ende einer Düsennadelfeder 47, die zwischen dem Feder- teller 46 und der Düsennadelsteuerraumbegrenzungs- hülse 42 eingespannt ist. Die Vorspannkraft der Düsennadelfeder 47 bewirkt, dass die Düsennadelsteu- erraumbegrenzungshülse 42 mit ihrer Beißkante 43 in Anlage an dem Zwischenkörper 3 gehalten wird. Au- ßerdem bewirkt die Düsennadelfeder 47, dass die Spitze 9 der Düsennadel 8 mit der Dichtkante 10 in Anlage an dem zugehörigen Dichtsitz 11 gehalten wird.The nozzle needle 8 has at its tip 9 opposite end on a circular cylindrical end portion 45. The end section 45 is bordered by a collar 44 at its end remote from the combustion chamber. At its combustion chamber near end of the end portion 45 is bounded by another collar 46, which is also referred to as a spring plate. The spring plate 46 forms a contact surface for one end of a nozzle needle spring 47, which is clamped between the spring plate 46 and the nozzle needle control chamber limiting sleeve 42. The biasing force of the nozzle needle spring 47 causes the Düsennadelsteu- space limiting sleeve 42 is held with its biting edge 43 into contact with the intermediate body 3. Au- In addition, the nozzle needle spring 47 causes the tip 9 of the nozzle needle 8 with the sealing edge 10 to be held in abutment against the associated seal seat 11.
Der Aktordruckraum 35, das Durchgangsloch 39 und der Düsennadelsteuerraum 41 bilden zusammen einen Kopplungsraum, der mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff gefüllt ist. Zwischen dem Endabschnitt 45 der Düsennadel 8 und der Düsennadelsteuerraumbegren- zungshülse 42 ist ein Übersetzerkolben 52 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführt. Der Ü- bersetzerkolben 52 hat die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders und ist durch eine Übersetzerkolben- feder 54 vom Brennraum weg vorgespannt. In axialer Richtung ist zwischen dem Übersetzerkolben 52 und dem Bund 44 ein Einstellring 56 angeordnet. Durch den Einstellring 56 wird der Übersetzerkolben 52 in einem vorgewählten Abstand zu dem Bund 44 gehalten. Der Außendurchmesser des Übersetzerkolbens 52 ist etwas größer als der Innendurchmesser des Durchgangslochs 39 in dem Zwischenkörper 3. Durch den Einstellring 56 kann ein Hub 58 eingestellt werden, den der Übersetzerkolben 52 ausführen kann, bevor er an dem Zwischenkörper 3 in Anschlag kommt. Der Zwischenkörper 3 bildet einen Hubbegrenzungsanschlag für den Übersetzerkolben 52.The actuator pressure space 35, the through-hole 39 and the nozzle needle control space 41 together form a coupling space filled with pressurized fuel. Between the end portion 45 of the nozzle needle 8 and the Düsennadelsteuerraumbegren- tion sleeve 42, a booster piston 52 is guided in the axial direction to move back and forth. The transfer piston 52 has the shape of a hollow circular cylinder and is biased by a booster piston spring 54 away from the combustion chamber. In the axial direction, an adjusting ring 56 is arranged between the booster piston 52 and the collar 44. By the adjustment ring 56 of the booster piston 52 is held at a preselected distance to the collar 44. The outer diameter of the booster piston 52 is slightly larger than the inner diameter of the through hole 39 in the intermediate body 3. By the adjusting ring 56, a stroke 58 can be adjusted, which the booster piston 52 can perform before it comes to the intermediate body 3 into abutment. The intermediate body 3 forms a Hubbegrenzungsanschlag for the booster piston 52nd
Die Düsennadel 8 begrenzt zusammen mit dem Überset- zerkolben 52 den Kopplungsraum in axialer Richtung. Der Übersetzerkolben 52 ist axial verschiebbar auf die Düsennadel 8 eingeschliffen. Durch die Düsenna- delsteuerraumbegrenzungshülse 42 wird der Kopplungsraum gegenüber dem Düsenfederraum 22 abgedich- tet . Der Übersetzerkolben 52 wird durch die Übersetzerkolbenfeder 54 in seine Ruhelage vorgespannt. Über den Einstellring 56 ist der Übersetzerkolben 52 mit dem Bund 44 der Düsennadel 8 gekoppelt und weist zu dem Zwischenkörper 3 des Injektorgehäuses 1 den Hubabstand 58 auf. Über den Einstellring 56, der auch als Einstellscheibe bezeichnet wird, kann der Hub 58 des Übersetzerkolbens 52 eingestellt werden.The nozzle needle 8 together with the translation piston 52 delimits the coupling space in the axial direction. The booster piston 52 is axially slidably ground on the nozzle needle 8. The coupling space is sealed off from the nozzle spring chamber 22 by the nozzle needle control chamber limiting sleeve 42. tet. The booster piston 52 is biased by the booster piston spring 54 to its rest position. About the adjustment ring 56 of the booster piston 52 is coupled to the collar 44 of the nozzle needle 8 and has to the intermediate body 3 of the injector 1 to the stroke distance 58. About the adjustment ring 56, which is also referred to as a dial, the stroke 58 of the booster piston 52 can be adjusted.
Im Ruhezustand herrscht in dem Kopplungsraum 35, 39, 41 Raildruck. Die Düsennadel 8 ist geschlossen. Der Piezoaktor 30 ist im Ruhezustand aufgeladen und hat seine maximale Längenausdehnung. Zur Ansteue- rung des Injektors wird der Piezoaktor 30 entladen und zieht dadurch den Kopplerkolben 32 zurück. Dann fällt der Druck im Kopplerraum 35, 39, 41 ab. Die Düsennadel 8 beginnt zu öffnen. In dieser Phase, die auch als erste Düsennadelöffnungsphase bezeich- net wird, wirkt zwischen dem Aktor 30 und der Düsennadel 8 eine Übersetzung gemäß dem Flächenverhältnis (im Kopplungsraum 35, 39, 41) der brenn- raumnahen Stirnfläche des Kopplerkolbens 32 zu der Summe der brennraumfernen Stirnflächen der Düsenna- del 8 und des Übersetzerkolbens 52. Dieses Flächenverhältnis ist auf die in der Anfangsphase große Nadelöffnungskraft ausgelegt.In the rest state prevails in the coupling space 35, 39, 41 rail pressure. The nozzle needle 8 is closed. The piezoelectric actuator 30 is charged at rest and has its maximum length. To actuate the injector, the piezoactuator 30 is discharged, thereby pulling the coupler piston 32 back. Then the pressure drops in the coupler space 35, 39, 41. The nozzle needle 8 begins to open. In this phase, which is also referred to as the first nozzle needle opening phase, a ratio between the actuator 30 and the nozzle needle 8 acts according to the area ratio (in the coupling space 35, 39, 41) of the end face of the coupler piston 32 near the combustion chamber to the sum of the combustion chamber distant End faces of the nozzle needle 8 and the booster piston 52. This area ratio is designed for the large initial needle opening force.
In der ersten Düsennadelöffnungsphase bewegen sich die Düsennadel 8 und der Übersetzerkolben 52 vom Brennraum weg nach oben. Die Bewegung des Übersetzerkolbens 52 wird unterbrochen, sobald der Übersetzerkolben 52 an dem Zwischenkörper 3 in Anschlag kommt. Diese Phase wird auch als zweite Düsennadel- öffnungsphase bezeichnet. In der zweiten Düsenna- delöffnungsphase wirkt zwischen dem Aktor 30 und der Düsennadel 8 eine Übersetzung gemäß dem Flächenverhältnis der brennraumnahen Stirnfläche des Kopplerkolbens 32 zu der brennraumfernen Stirnfläche der Düsennadel 8. Da die notwendige Nadelöffnungskraft nun bereits stark abgenommen hat, wird hier vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis gewählt, das mit geringem Aktorhub eine vollständige Nadelöffnung ermöglicht.In the first nozzle needle opening phase, the nozzle needle 8 and the booster piston 52 move upwards away from the combustion chamber. The movement of the booster piston 52 is interrupted as soon as the booster piston 52 comes into abutment against the intermediate body 3. This phase is also called second nozzle needle opening phase called. In the second Düsenna- delöffnungsphase acts between the actuator 30 and the nozzle needle 8, a translation according to the area ratio of the combustion chamber near end face of the coupler piston 32 to the combustion chamber remote end face of the nozzle needle 8. Since the necessary needle opening force has now been greatly reduced, preferably a gear ratio is selected here , which allows a complete needle opening with a small actuator stroke.
Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem kleinen Piezoaktor sowohl eine hohe Nadelöffnungskraft zu Beginn sowie auch ein ausreichender Nadelhub zur Einspritzung realisiert werden. In beiden Düsennadelöffnungsphasen kann das Übersetzungsverhältnis von Aktor zu Düsennadel optimal an die Erfordernisse der Nadelsteuerung angepasst werden. Damit lässt sich eine direkte Nadelsteuerung mit möglichst kleinem Aktor realisieren.Thus, according to the present invention, both a high needle opening force at the beginning and a sufficient needle lift for injection can be realized with a small piezoactuator. In both nozzle needle opening phases, the transmission ratio of actuator to nozzle needle can be optimally adapted to the requirements of the needle control. This makes it possible to realize a direct needle control with the smallest possible actuator.
Zum Schließen der Düsennadel 8 wird der Aktor 30 wieder beladen, wobei er sich ausdehnt. Dann ergibt sich in dem Kopplungsraum 35, 39, 41 ein Überdruck, der auf die brennraumferne Stirnfläche der Düsennadel 8 wirkt. Das führt dazu, dass die Düsennadel 8 schnell schließt. Dabei wird der Übersetzerkolben 52 zunächst durch die Übersetzerkolbenfeder 54 oben gehalten und dann durch die Abwärtsbewegung von der Düsennadel 8, genauer gesagt von dem Bund 44 der Düsennadel 8, unter Zwischenschaltung des Einstellrings 56 mitgenommen. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit nur einem hydraulischen Kopplungsraum 35, 39, 41 zwischen dem Piezoaktor 30 und der Düsennadel 8 kann trotz einer variablen hydraulischen Übersetzung ein steifes Ü- bertragungsverhalten erreicht werden, wodurch die Schaltperformance verbessert wird. Die Befüllung des Kopplungsraums 35, 39, 41, der auch als Kopplerraum bezeichnet wird, kann zum Beispiel über eine entsprechende Spaltströmung oder durch Drosseln erfolgen. Um eine gute Montierbarkeit des Übersetzerkolbens 52 und des Einstellrings 56 auf der Düsennadel 8 zu gewährleisten, ist entweder der Federteller 46 oder der Bund 44 an der Düsennadel 8 demontierbar ausgeführt.To close the nozzle needle 8, the actuator 30 is loaded again, wherein it expands. Then results in the coupling space 35, 39, 41, an overpressure, which acts on the combustion chamber remote end face of the nozzle needle 8. This causes the nozzle needle 8 closes quickly. In this case, the booster piston 52 is initially held by the booster piston spring 54 above and then taken by the downward movement of the nozzle needle 8, more precisely from the collar 44 of the nozzle needle 8, with the interposition of the adjusting ring 56. Due to the construction according to the invention with only one hydraulic coupling space 35, 39, 41 between the piezoelectric actuator 30 and the nozzle needle 8, a rigid transmission behavior can be achieved despite a variable hydraulic transmission, whereby the switching performance is improved. The filling of the coupling space 35, 39, 41, which is also referred to as a coupler space, can take place, for example, via a corresponding gap flow or by throttling. In order to ensure a good mountability of the booster piston 52 and the adjusting ring 56 on the nozzle needle 8, either the spring plate 46 or the collar 44 on the nozzle needle 8 is designed to be removable.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Common-Rail-Injektors schematisch im Längsschnitt dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.2 shows a further embodiment of a common rail injector according to the invention is shown schematically in longitudinal section. To denote the same parts, the same reference numerals as in Figure 1 are used. To avoid repetition, reference is made to the preceding description of FIG. In the following, only the differences between the two embodiments will be discussed.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Zwischenkörper 3 und dem Düsenkörper 2 zusätzlich zu einem Durchgangsloch 62 Verbindungskanäle 23 und 24 angedeutet, über die eine Strömungsverbindung zwischen dem Düsenfederraum 22 und dem Aktorraum 25 geschaffen wird. Außerdem entfällt bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Düsennadelsteuerraumbegrenzungshülse (42 in Figur 1) . Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Übersetzerkolben 65 direkt in dem Düsenkörper 2 geführt. Dadurch kann die benötigte Anzahl von Einzelteilen reduziert werden. Zwischen dem Bund 44 und dem Übersetzerkolben 65 ist ein Einstellring 66 angeordnet. Der Übersetzerkolben 65 und der Einstellring 66 sind durch die Düsennadelfeder 47 gegen den Bund 44 vorgespannt. Die hydraulische Funktion des in Figur 2 dargestellten Injektors entspricht dem in Figur 1 darge- stellten Injektor. In the embodiment shown in Figure 2, in addition to a through hole 62 connecting channels 23 and 24 are indicated in the intermediate body 3 and the nozzle body 2, via which a flow connection between the nozzle spring chamber 22 and the actuator chamber 25 is provided. In addition, omitted in the embodiment shown in Figure 2, the Düsennadelsteuerraumbegrenzungshülse (42 in Figure 1). In the illustrated in Figure 2 Embodiment, a booster piston 65 is guided directly in the nozzle body 2. As a result, the required number of individual parts can be reduced. Between the collar 44 and the booster piston 65, an adjustment ring 66 is arranged. The booster piston 65 and the adjusting ring 66 are biased by the nozzle needle spring 47 against the collar 44. The hydraulic function of the injector shown in FIG. 2 corresponds to the injector illustrated in FIG.

Claims

R . 311039Patentansprüche R. 311039Patentansprüche
1. Common-Rail-Injektor mit einem Injektorgehäuse (1) , das einen Kraftstoffzulauf (26) aufweist, der mit einer zentralen Kraftstoffhochdruckquelle (28) außerhalb des Injektorgehäuses (1) und mit einem Druckraum (17,22) innerhalb des InjektorgehäusesA common rail injector having an injector housing (1) having a fuel inlet (26) connected to a central fuel high pressure source (28) outside the injector housing (1) and having a pressure space (17, 22) within the injector housing
(1) in Verbindung steht, aus dem, in Abhängigkeit von dem Druck in einem Kopplungsraum (35,39,41), mit Hochdruck beaufschlagter Kraftstoff in einen(1) is in communication, from which, depending on the pressure in a coupling space (35,39,41), high-pressure fuel in a
Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wenn eine Düsennadel (8) von ihrem Sitz abhebt, wobei der Kopplungsraum (35,39,41) von dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8) und dem brennraumnahen Ende eines Aktors (30) , insbesondere eines Piezoaktors, oder eines an dem brennraumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens (32) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (8) in einem Übersetzerkolben (52; 65) geführt ist, der den Kopplungsraum (35,39,41) begrenzt und der in einer ersten Düsennadelöffnungs- phase relativ zu einem Übersetzerkolbenanschlag (3) bewegbar ist, an dem der Übersetzerkolben (52; 65) in einer zweiten Düsennadelöffnungsphase in Anschlag kommt.Combustion chamber of an internal combustion engine is injected when a nozzle needle (8) lifts from its seat, the coupling space (35,39,41) from the combustion chamber remote end of the nozzle needle (8) and the combustion chamber near the end of an actuator (30), in particular a piezoelectric actuator, or a coupling piston (32) attached to the end of the actuator close to the combustion chamber, characterized in that the nozzle needle (8) is guided in a booster piston (52; 65) which delimits the coupling space (35, 39, 41) and which is in a first nozzle needle opening phase is movable relative to a booster piston stop (3) on which the booster piston (52; 65) comes into abutment in a second nozzle needle opening phase.
2. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben (52; 65) im Wesentlichen die Gestalt einer Hülse aufweist, die in axialer Richtung relativ zu der Düsennadel (8) bewegbar ist. 2. Common rail injector according to claim 1, characterized in that the booster piston (52; 65) has substantially the shape of a sleeve which is movable in the axial direction relative to the nozzle needle (8).
3. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8) ein Bund3. Common-rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that at the combustion chamber remote end of the nozzle needle (8) a covenant
(44) vorgesehen ist.(44) is provided.
4. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bund (44) und dem Übersetzerkolben (52; 65) ein Einstellring (56; 66) eingespannt ist.4. Common rail injector according to claim 3, characterized in that between the collar (44) and the booster piston (52; 65) an adjusting ring (56; 66) is clamped.
5. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel (8) einen Federteller (46) aufweist, der ein Widerlager für eine Federeinrichtung (54; 47) bildet, die zwischen dem Federteller (46) und dem Übersetzerkolben (52; 65) eingespannt ist.5. Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle needle (8) has a spring plate (46) which forms an abutment for a spring device (54; 47) between the spring plate (46) and the translator piston (52; 65) is clamped.
6. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das In- jektorgehäuse (1) einen Düsenkörper (2), in dem die Düsennadel (8) aufgenommen ist, und einen Injektorkörper (4) umfasst, in dem der Aktor (30) aufgenommen ist, wobei zwischen dem Injektorkörper (4) und dem Düsenkörper (2) ein Zwischenkörper (3) angeord- net ist, der den Anschlag für den Übersetzerkolben (52; 65) aufweist.6. Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the injector housing (1) comprises a nozzle body (2), in which the nozzle needle (8) is accommodated, and an injector body (4), in which the actuator (30) is accommodated, wherein between the injector body (4) and the nozzle body (2) an intermediate body (3) is arranged, which has the stop for the booster piston (52, 65).
7. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsraum einen Aktordruckraum (35) umfasst, der radial außen durch eine Aktordruckraumbegren- zungshülse (34) begrenzt ist, die an dem brennraum- nahen Ende des Aktors (30) oder eines an dem brenn- raumnahen Ende des Aktors angebrachten Kopplerkolbens (32) hin und her bewegbar geführt ist.7. Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling space comprises a Aktordruckraum (35) which is bounded radially outwardly by a Aktordruckraumbegren- tion sleeve (34) at the combustion chamber near the end of the actuator ( 30) or one at the near the end of the actuator mounted coupler piston (32) is guided back and forth movable.
8. Common-Rail-Injektor nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der8. Common rail injector according to one of the preceding claims, characterized in that the
Kopplungsraum einen Düsennadelsteuerraum (41) um- fasst, der radial außen durch eine Düsennadelsteu- erraumbegrenzungshülse (42) begrenzt ist, die an dem brennraumfernen Ende der Düsennadel (8) hin und her bewegbar geführt ist.Coupling space a nozzle needle control chamber (41) summarizes, which is bounded radially outwardly by a Düsennadelsteu- erraumbegrenzungshülse (42), which is guided to the combustion chamber remote end of the nozzle needle (8) reciprocally movable.
9. Common-Rail-Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzerkolben (52) zwischen der Düsennadel (8) und der Düsennadelsteuer- raumbegrenzungshülse (42) geführt ist. 9. common rail injector according to claim 8, characterized in that the booster piston (52) between the nozzle needle (8) and the Düsennadelsteuer- space limiting sleeve (42) is guided.
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