EP2428672A2 - Fuel injector - Google Patents

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EP2428672A2
EP2428672A2 EP11174601A EP11174601A EP2428672A2 EP 2428672 A2 EP2428672 A2 EP 2428672A2 EP 11174601 A EP11174601 A EP 11174601A EP 11174601 A EP11174601 A EP 11174601A EP 2428672 A2 EP2428672 A2 EP 2428672A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
fuel injector
injector according
actuator
fuel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11174601A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP2428672A3 (en
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2428672A2 publication Critical patent/EP2428672A2/en
Publication of EP2428672A3 publication Critical patent/EP2428672A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0614—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature
    • F02M51/0617—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature having two or more electromagnets
    • F02M51/0621—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature having two or more electromagnets acting on one mobile armature
    • 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
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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
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    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift
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    • 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 a fuel injector according to the preamble of claim 1.
  • Such a fuel injector is from the DE 10 2008 001 895 A1 known.
  • the known fuel injector whose nozzle needle is connected to two disk-shaped armature, which are arranged in operative connection with a plurality of magnetic actuators.
  • the arrangement of the armature and the magnetic actuators is in a central region of the housing of the fuel injector, in which the fuel injector simultaneously forms a high pressure chamber for the fuel.
  • the nozzle needle has an extension on the side opposite a valve seat surface of the nozzle needle, which protrudes into a low-pressure chamber of the injector housing.
  • the extension of the nozzle needle forms a pressure compensation surface, which is about half the size of the nozzle seat surface for forming the sealing seat of the nozzle needle on the valve seat surface.
  • the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 in such a way that the required closing or opening forces for actuating the nozzle needle are further reduced.
  • the nozzle needle has two sealing seats, which are arranged spaced apart in the axial direction of the nozzle needle and that between the two sealing seats, the at least one passage opening is formed. Due to the design of the two sealing seats, a substantially pressure-compensated nozzle needle is formed in which the hydraulic opening force is greatly reduced. Since the nozzle needle is almost balanced in force both in the closed and in the open position, it can therefore be moved with relatively little actuator force.
  • the two seat diameters of the sealing seats have an at least approximately equal diameter. As a result, an almost completely pressure balanced nozzle needle is generated.
  • the end of the nozzle needle facing second seat diameter has a slightly larger diameter than the other seat diameter.
  • the realization of the two sealing seats on the nozzle needle takes place in a structural configuration in that the nozzle needle has a radially encircling notch in the region between the two sealing seats, of which a portion of the notch forms the first sealing seat.
  • the opening or closing movement of the nozzle needle can also be influenced in a relatively simple manner if the nozzle needle is guided on the side facing the at least one passage opening in a guide section of the injector housing and if a throttle is formed in the region of the guide section.
  • actuators for actuating the nozzle needle basically all actuators used in such fuel injectors in question, with a Hubionate can be provided between the actuator and the nozzle needle.
  • a stroke ratio and a tolerance compensation can be achieved by a hydraulic coupling space. If a magnetic actuator is used in which the magnet armature is connected directly to the nozzle needle, a particularly simple and cost-effective design results.
  • the nozzle needle is connected to a magnet armature is that the armature is formed of permanent magnetic material and that the current direction of a cooperating with the armature actuator is reversible.
  • the nozzle needle with several Magnet armature is connected, which interact with a plurality of solenoid coils having actuators.
  • the actuators can either all act together in one direction, in particular an opening direction of the nozzle needle, or alternatively, some actuators can be provided for opening and some actuators for closing the nozzle needle.
  • the at least one actuator is designed as a piezoelectric actuator, which is coupled via a stroke translator with the nozzle needle.
  • the stroke translator has a path ratio of greater than four.
  • a first fuel injector 10 serves to inject fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the fuel injector 10 is part of a so-called common-rail system, in which each cylinder of the internal combustion engine is equipped with its own fuel injector 10.
  • the respective fuel injector 10 is connected via a high pressure line 11 to a rail 12.
  • the rail 12 is located under high pressure fuel, for example, has a pressure of more than 2000bar.
  • the fuel injector 10 in known and Therefore, not shown manner, a return line, can be returned to the not required by the fuel injector 10 fuel or leakage amount of fuel, for example to the tank of the motor vehicle.
  • the fuel injector 10 has a multi-part injector housing 15. On the combustion chamber of the internal combustion engine facing the end of the injector 15 has a particular multi-stepped blind hole 16, in the peripheral wall a plurality, preferably at equal angular intervals mutually arranged passage openings 17 are formed for metering or dispensing fuel.
  • the passage openings 17 within the injector 15 have connection with a high-pressure chamber 18 in which fuel under system pressure is stored.
  • the opening or closing of the passage openings 17 takes place by means of a pin-shaped nozzle needle 20.
  • the nozzle needle 20 is arranged in its longitudinal direction in the direction of the double arrow 21 up and down movable.
  • the nozzle needle 20 in the region of the passage openings 17 a radially encircling notch 26.
  • the notch 26 forms two obliquely arranged, each preferably flat conical surfaces 27, 28 from.
  • the notch 26 merges after the conical surface 28 into a conical tip 29.
  • a high pressure storage volume 31 is formed in the closed position of the nozzle needle 20.
  • the high-pressure storage volume 31 has a respective longitudinal bore 32 formed in the nozzle needle 20 and transverse bore 33 communicating with the high-pressure space 18.
  • the conical surface 27 forms in the closed position of the nozzle needle 20 with the conically encircling inner wall 34 of the injector 15 a first sealing seat 22 with the diameter d 1 .
  • a second sealing seat 36 between the nozzle needle 20 and the injector 15 is formed by the nozzle needle 20 in the transition region from the conical surface 27 to the tip 29 at a wall portion 37 below the plane of the passage openings 17.
  • the second sealing seat 36 has a diameter d 2 which corresponds at least approximately to the diameter d 1 of the first sealing seat 22.
  • the diameter d 1 of the first sealing seat 22 is slightly larger than the diameter d 2 of the second sealing seat 36.
  • both sealing seats 22 and 36 are formed simultaneously. It is also essential that the passage openings 17 viewed in the axial direction of the nozzle needle 20 between the two sealing seats 22 and 36 are located.
  • the nozzle needle 20 is guided in a guide section 38 of the injector housing 15.
  • the nozzle needle 20 has an enlarged diameter portion 39, which is guided in the guide portion 38.
  • the region 39 may be formed with a passage opening 40 through which fuel from the high-pressure chamber 18 reaches the area of the two sealing seats 22 and 36, wherein the passage bore 40 can be designed as a throttle.
  • the nozzle needle 20 is connected to two magnet armatures 42, 43, which are axially spaced from one another and, in the exemplary embodiment, are disk-shaped. These two magnet armatures 42, 43 cooperate with three actuators 45 to 47 which, in addition to a respective annular magnetic core 48 to 50, also have a magnetic coil 51 to 53.
  • the magnetic coils 51 to 53 are driven via electrical lines 54.
  • the three actuators 45 to 47 can be driven synchronously, for example, to increase the opening force on the nozzle needle 20, so that Of all three magnetic coils 51 to 53 on the two armature 42 and 43, a force in the opening direction of the nozzle needle 20 is generated.
  • a modified fuel injector 10a is shown.
  • the fuel injector 10a is different from that in the Fig. 1 shown fuel injector 10 substantially in that in the high-pressure chamber 18, only a single armature 56 is arranged, which cooperates with an actuator 57.
  • the actuator 57 is used in particular for generating the opening force on the nozzle needle 20a.
  • the armature 56 is made of permanent magnetic material, and that the current flow through the actuator 57 is reversible. In this case, both a closing force and an opening force on the nozzle needle 20 a is generated by means of the actuator 57 via the armature 56.
  • Fig. 4 is another, modified fuel injector 10b shown.
  • the fuel injector 10b differs from the fuel injectors 10 and 10a in that its nozzle needle 20b is not driven by magnetic actuators but by a piezoactuator 60.
  • the piezoactuator 60 shown only symbolically acts on the nozzle needle 20b preferably via a hydraulic stroke translator 61, wherein the stroke translator 61 has a stroke ratio of greater than four, ie that a stroke of the piezoactuator 60 is amplified by a factor of four and at the same time correspondingly reversed change in the lifting force . is increased.
  • the fuel injectors 10, 10a and 10b described so far can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention.
  • This consists in the use of a nozzle needle 20, 20a, 20b with two sealing seats 22, 36, between which the passage openings 17 for the fuel.
  • the two sealing seats 22 and 36 in this case cause an almost complete formation of the nozzle needle 20, 20a, 20b as a pressure-balanced nozzle needle 20, 20a, 20c.

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Abstract

The fuel injector (10) has injecting unit (15) with actuators (45-47) comprising movable nozzle needle (20) which is a partial pressure-balanced valve needle. The nozzle needle is provided with two sealing seats that are arranged along axial direction, and are spaced from each other. A passage opening (17) of injecting unit is formed between the sealing seats.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der DE 10 2008 001 895 A1 bekannt. Bei dem bekannten Kraftstoffinjektor ist dessen Düsennadel mit zwei scheibenförmigen Magnetankern verbunden, die in Wirkverbindung mit mehreren Magnetaktoren angeordnet sind. Die Anordnung der Magnetanker und der Magnetaktoren ist dabei in einem mittleren Bereich des Gehäuses des Kraftstoffinjektors, in dem der Kraftstoffinjektor gleichzeitig einen Hochdruckraum für den Kraftstoff ausbildet. Weiterhin weist die Düsennadel bei dem bekannten Kraftstoffinjektor eine Verlängerung auf der einer Ventilsitzfläche der Düsennadel gegenüberliegenden Seite auf, die in einen Niederdruckraum des Injektorgehäuses hineinragt. Dort bildet der Fortsatz der Düsennadel eine Druckausgleichfläche aus, die etwa halb so groß ist wie die Düsensitzfläche zur Bildung des Dichtsitzes der Düsennadel an der Ventilsitzfläche. Mittels der Druckausgleichfläche lässt sich die erforderliche Öffnungskraft für die Düsennadel reduzieren, um den erforderlichen Aufwand für die Magnetaktoren zu vermindern.Such a fuel injector is from the DE 10 2008 001 895 A1 known. In the known fuel injector whose nozzle needle is connected to two disk-shaped armature, which are arranged in operative connection with a plurality of magnetic actuators. The arrangement of the armature and the magnetic actuators is in a central region of the housing of the fuel injector, in which the fuel injector simultaneously forms a high pressure chamber for the fuel. Furthermore, in the case of the known fuel injector, the nozzle needle has an extension on the side opposite a valve seat surface of the nozzle needle, which protrudes into a low-pressure chamber of the injector housing. There, the extension of the nozzle needle forms a pressure compensation surface, which is about half the size of the nozzle seat surface for forming the sealing seat of the nozzle needle on the valve seat surface. By means of the pressure compensation surface, the required opening force for the nozzle needle can be reduced in order to reduce the required effort for the magnetic actuators.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die erforderlichen Schließ- bzw. Öffnungskräfte zur Betätigung der Düsennadel weiter reduziert werden.Based on the illustrated prior art, the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 in such a way that the required closing or opening forces for actuating the nozzle needle are further reduced.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Düsennadel zwei Dichtsitze aufweist, die in Axialrichtung der Düsennadel voneinander beabstandet angeordnet sind und dass zwischen den beiden Dichtsitzen die wenigstens eine Durchlassöffnung ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der beiden Dichtsitze wird dabei eine im Wesentlichen druckausgeglichene Düsennadel ausgebildet, bei der die hydraulische Öffnungskraft stark reduziert ist. Da die Düsennadel sowohl in geschlossener wie auch in geöffneter Stellung nahezu kraftausgeglichen ist, kann diese daher mit relativ geringer Aktorkraft bewegt werden.This object is achieved with a fuel injector having the features of claim 1. According to the invention it is provided that the nozzle needle has two sealing seats, which are arranged spaced apart in the axial direction of the nozzle needle and that between the two sealing seats, the at least one passage opening is formed. Due to the design of the two sealing seats, a substantially pressure-compensated nozzle needle is formed in which the hydraulic opening force is greatly reduced. Since the nozzle needle is almost balanced in force both in the closed and in the open position, it can therefore be moved with relatively little actuator force.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen dabei sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are specified in the subclaims. All combinations of at least two features disclosed in the claims, the description and / or the figures fall within the scope of the invention.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die beiden Sitzdurchmesser der Dichtsitze einen zumindest annähernd gleich großen Durchmesser aufweisen. Dadurch wird eine nahezu vollständig druckausgeglichene Düsennadel erzeugt.Particularly preferred is an embodiment in which the two seat diameters of the sealing seats have an at least approximately equal diameter. As a result, an almost completely pressure balanced nozzle needle is generated.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der dem Ende der Düsennadel zugewandte zweite Sitzdurchmesser einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als der andere Sitzdurchmesser. Bei einer derartigen Ausbildung der Dichtsitze wird eine geringe hydraulische Kraft, insbesondere in Schließrichtung auf die Düsennadel erzeugt, so dass eine besonders hohe Dichtheit der Düsennadel im geschlossenen Zustand erzielbar ist.However, it can also be provided that the end of the nozzle needle facing second seat diameter has a slightly larger diameter than the other seat diameter. With such a design of the sealing seats, a low hydraulic force, in particular in the closing direction, is produced on the nozzle needle, so that a particularly high tightness of the nozzle needle in the closed state can be achieved.

Die Realisierung der beiden Dichtsitze an der Düsennadel erfolgt in einer konstruktiven Ausgestaltung dadurch, dass die Düsennadel im Bereich zwischen den beiden Dichtsitzen eine radial umlaufende Einkerbung aufweist, wovon ein Teilbereich der Einkerbung den ersten Dichtsitz ausbildet.The realization of the two sealing seats on the nozzle needle takes place in a structural configuration in that the nozzle needle has a radially encircling notch in the region between the two sealing seats, of which a portion of the notch forms the first sealing seat.

Die Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Düsennadel lässt sich darüber hinaus auf relativ einfache Art und Weise beeinflussen, wenn die Düsennadel auf der der wenigstens einen Durchlassöffnung zugewandten Seite in einem Führungsabschnitt des Injektorgehäuses geführt ist und wenn im Bereich des Führungsabschnitts eine Drossel ausgebildet ist.The opening or closing movement of the nozzle needle can also be influenced in a relatively simple manner if the nozzle needle is guided on the side facing the at least one passage opening in a guide section of the injector housing and if a throttle is formed in the region of the guide section.

Als Aktoren zur Betätigung der Düsennadel kommen grundsätzlich alle bei derartigen Kraftstoffinjektoren verwendeten Aktoren in Frage, wobei zwischen dem Aktor und der Düsennadel eine Hubübersetzung vorgesehen sein kann. Insbesondere kann durch einen hydraulischen Kopplungsraum eine Hubübersetzung und ein Toleranzausgleich erzielt werden. Wird ein Magnetaktor verwendet, bei dem der Magnetanker direkt mit der Düsennadel verbunden ist, ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Bauweise. Um jedoch bei der Verwendung einer Magnetspule diese nicht nur zum Öffnen der Düsennadel zu verwenden, sondern gleichzeitig auch zum Erzeugen einer Schließkraft, welche die Schließbewegung der Düsennadel verstärkt bzw. beschleunigt, wird in einer besonders bevorzugten Variante vorgeschlagen, dass die Düsennadel mit einem Magnetanker verbunden ist, dass der Magnetanker aus dauermagnetischem Material ausgebildet ist und dass die Stromrichtung eines mit dem Magnetanker zusammenwirkenden Aktors umkehrbar ist.As actuators for actuating the nozzle needle basically all actuators used in such fuel injectors in question, with a Hubübersetzung can be provided between the actuator and the nozzle needle. In particular, a stroke ratio and a tolerance compensation can be achieved by a hydraulic coupling space. If a magnetic actuator is used in which the magnet armature is connected directly to the nozzle needle, a particularly simple and cost-effective design results. However, in order to use this not only for opening the nozzle needle when using a magnetic coil, but at the same time also for generating a closing force which amplifies or accelerates the closing movement of the nozzle needle, it is proposed in a particularly preferred variant that the nozzle needle is connected to a magnet armature is that the armature is formed of permanent magnetic material and that the current direction of a cooperating with the armature actuator is reversible.

Um entweder die Öffnungs- bzw. Schließkräfte für die Düsennadel zu vergrö-βern, oder aber wenn es erforderlich ist, die Aktoren auf einem im Durchmesser relativ beschränkten Raum innerhalb des Injektorgehäuses anzuordnen, wird weiterhin in einer anderen Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Düsennadel mit mehreren Magnetankern verbunden ist, die mit mehrere Magnetspulen aufweisenden Aktoren zusammenwirken. Hierbei können die Aktoren entweder alle gemeinsam in eine Richtung, insbesondere eine Öffnungsrichtung der Düsennadel wirken, oder aber, alternativ, können manche Aktoren zum Öffnen und manche Aktoren zum Schließen der Düsennadel vorgesehen sein.In order either to enlarge the opening or closing forces for the nozzle needle, or when it is necessary to arrange the actuators on a relatively small diameter space within the injector housing, it is further proposed in another embodiment that the nozzle needle with several Magnet armature is connected, which interact with a plurality of solenoid coils having actuators. Here, the actuators can either all act together in one direction, in particular an opening direction of the nozzle needle, or alternatively, some actuators can be provided for opening and some actuators for closing the nozzle needle.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Aktor als Piezoaktor ausgebildet ist, der über einen Hubübersetzer mit der Düsennadel gekoppelt ist. Hierdurch lassen sich besonders schnelle Öffnungsbewegungen der Düsennadel erzielen.In an alternative embodiment of the invention it is proposed that the at least one actuator is designed as a piezoelectric actuator, which is coupled via a stroke translator with the nozzle needle. As a result, particularly fast opening movements of the nozzle needle can be achieved.

Um darüber hinaus bei der Verwendung von Piezoaktoren axial relativ kurz bauende Piezoaktoren einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Hubübersetzer eine Wegübersetzung von größer vier aufweist.In order to be able to use axially relatively short piezoelectric actuators when using piezoelectric actuators, it is proposed that the stroke translator has a path ratio of greater than four.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:

Fig. 1
einen ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in einem vereinfachten Längsschnitt,
Fig. 2
den Kraftstoffinjektor gemäß Fig. 1 im Bereich seiner Durchlassöffnungen für den Kraftstoff, ebenfalls im Längsschnitt,
Fig. 3
einen zweiten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in vereinfachtem Längsschnitt und
Fig. 4
einen dritten erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor in einem vereinfachten Längsschnitt.
This shows in:
Fig. 1
a first fuel injector according to the invention in a simplified longitudinal section,
Fig. 2
the fuel injector according to Fig. 1 in the region of its passage openings for the fuel, also in longitudinal section,
Fig. 3
a second fuel injector according to the invention in a simplified longitudinal section and
Fig. 4
a third fuel injector according to the invention in a simplified longitudinal section.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same components or components with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erster erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10 dient dabei dem Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Insbesondere ist der Kraftstoffinjektor 10 Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems, bei dem jeder Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem eigenen Kraftstoffinjektor 10 ausgestattet ist. Hierbei ist der jeweilige Kraftstoffinjektor 10 über eine Hochdruckleitung 11 mit einem Rail 12 verbunden. In dem Rail 12 befindet sich unter Hochdruck stehender Kraftstoff, der beispielsweise einen Druck von mehr als 2000bar aufweist. Ferner weist der Kraftstoffinjektor 10 in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Art und Weise eine Rücklaufleitung auf, über die von dem Kraftstoffinjektor 10 nicht benötigter Kraftstoff oder Leckagemenge an Kraftstoff z.B. zum Tank des Kraftfahrzeugs zurückgeführt werden kann.In the Fig. 1 and 2 a first fuel injector 10 according to the invention is shown. The fuel injector 10 serves to inject fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine. In particular, the fuel injector 10 is part of a so-called common-rail system, in which each cylinder of the internal combustion engine is equipped with its own fuel injector 10. Here, the respective fuel injector 10 is connected via a high pressure line 11 to a rail 12. In the rail 12 is located under high pressure fuel, for example, has a pressure of more than 2000bar. Furthermore, the fuel injector 10 in known and Therefore, not shown manner, a return line, can be returned to the not required by the fuel injector 10 fuel or leakage amount of fuel, for example to the tank of the motor vehicle.

Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 15 auf. Auf dem dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Ende weist das Injektorgehäuse 15 eine insbesondere mehrfach gestufte Sacklochbohrung 16 auf, in deren Umfangswand mehrere, vorzugsweise in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete Durchlassöffnungen 17 zum Dosieren bzw. Abgeben von Kraftstoff ausgebildet sind. Hierbei haben die Durchlassöffnungen 17 innerhalb des Injektorgehäuses 15 Verbindung mit einem Hochdruckraum 18, in dem unter Systemdruck stehender Kraftstoff gespeichert ist. Das Öffnen bzw. Verschließen der Durchlassöffnungen 17 erfolgt mittels einer stiftförmig ausgebildeten Düsennadel 20. Die Düsennadel 20 ist in ihrer Längsrichtung in Richtung des Doppelpfeils 21 auf- und abbewegbar angeordnet.The fuel injector 10 has a multi-part injector housing 15. On the combustion chamber of the internal combustion engine facing the end of the injector 15 has a particular multi-stepped blind hole 16, in the peripheral wall a plurality, preferably at equal angular intervals mutually arranged passage openings 17 are formed for metering or dispensing fuel. Here, the passage openings 17 within the injector 15 have connection with a high-pressure chamber 18 in which fuel under system pressure is stored. The opening or closing of the passage openings 17 takes place by means of a pin-shaped nozzle needle 20. The nozzle needle 20 is arranged in its longitudinal direction in the direction of the double arrow 21 up and down movable.

In der in der Fig. 1 dargestellten Schließstellung der Düsennadel 20 verschließt die Düsennadel 20 die Durchlassöffnungen 17. Hierbei wird das den Durchlassöffnungen 17 gegenüberliegende Ende der Düsennadel 20 mittels einer Schließfeder 23, die sich an einer inneren Stirnfläche 24 des Injektorgehäuses 15 abstützt, in Richtung der Schließstellung gedrückt.In the in the Fig. 1 In this case, the end of the nozzle needle 20 opposite the passage openings 17 is pressed in the direction of the closed position by means of a closing spring 23, which is supported on an inner end face 24 of the injector housing 15.

Wie insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht, weist die Düsennadel 20 im Bereich der Durchlassöffnungen 17 eine radial umlaufende Einkerbung 26 auf. Die Einkerbung 26 bildet dabei zwei, schräg zueinander angeordnete, jeweils vorzugsweise eben ausgebildete Kegelflächen 27, 28 aus. Die Einkerbung 26 geht nach der Kegelfläche 28 in eine kegelförmige Spitze 29 über. Zwischen der Spitze 29 und dem Injektorgehäuse 15 ist in der Schließstellung der Düsennadel 20 ein Hochdruck-Speichervolumen 31 ausgebildet. Das Hochdruck-Speichervolumen 31 hat über jeweils eine in der Düsennadel 20 ausgebildete Längsbohrung 32 und Querbohrung 33 Verbindung mit dem Hochdruckraum 18.As in particular from the Fig. 2 shows, the nozzle needle 20 in the region of the passage openings 17 a radially encircling notch 26. The notch 26 forms two obliquely arranged, each preferably flat conical surfaces 27, 28 from. The notch 26 merges after the conical surface 28 into a conical tip 29. Between the tip 29 and the injector 15, a high pressure storage volume 31 is formed in the closed position of the nozzle needle 20. The high-pressure storage volume 31 has a respective longitudinal bore 32 formed in the nozzle needle 20 and transverse bore 33 communicating with the high-pressure space 18.

Die Kegelfläche 27 bildet in der Schließstellung der Düsennadel 20 mit der kegelförmig umlaufenden Innenwand 34 des Injektorgehäuses 15 einen ersten Dichtsitz 22 mit dem Durchmesser d1 aus. Ein zweiter Dichtsitz 36 zwischen der Düsennadel 20 und dem Injektorgehäuse 15 wird von der Düsennadel 20 im Übergangsbereich von der Kegelfläche 27 zur Spitze 29 an einem Wandbereich 37 unterhalb der Ebene der Durchlassöffnungen 17 gebildet. Der zweite Dichtsitz 36 weist dabei einen Durchmesser d2 auf, der zumindest annähernd dem Durchmesser d1 des ersten Dichtsitzes 22 entspricht.The conical surface 27 forms in the closed position of the nozzle needle 20 with the conically encircling inner wall 34 of the injector 15 a first sealing seat 22 with the diameter d 1 . A second sealing seat 36 between the nozzle needle 20 and the injector 15 is formed by the nozzle needle 20 in the transition region from the conical surface 27 to the tip 29 at a wall portion 37 below the plane of the passage openings 17. The second sealing seat 36 has a diameter d 2 which corresponds at least approximately to the diameter d 1 of the first sealing seat 22.

Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Erzielung einer hydraulischen Schließkraft der Durchmesser d1 des ersten Dichtsitzes 22 etwas größer ist als der Durchmesser d2 des zweiten Dichtsitzes 36.It can also be provided that to achieve a hydraulic closing force, the diameter d 1 of the first sealing seat 22 is slightly larger than the diameter d 2 of the second sealing seat 36.

In der Schließstellung der Düsennadel 20 sind gleichzeitig beide Dichtsitze 22 und 36 ausgebildet. Ferner ist wesentlich, dass sich die Durchlassöffnungen 17 in Axialrichtung der Düsennadel 20 betrachtet zwischen den beiden Dichtsitzen 22 und 36 befinden.In the closed position of the nozzle needle 20, both sealing seats 22 and 36 are formed simultaneously. It is also essential that the passage openings 17 viewed in the axial direction of the nozzle needle 20 between the two sealing seats 22 and 36 are located.

Oberhalb der Durchlassöffnungen 17 ist die Düsennadel 20 in einem Führungsabschnitt 38 des Injektorgehäuses 15 geführt. Hierzu weist die Düsennadel 20 einen im Durchmesser vergrößerten Bereich 39 auf, der in dem Führungsabschnitt 38 geführt ist. Zur Beeinflussung der Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Düsennadel 20 kann der Bereich 39 mit einer Durchlassöffnung 40 ausgebildet sein, über die Kraftstoff aus dem Hochdruckraum 18 in den Bereich der beiden Dichtsitze 22 und 36 gelangt, wobei die Durchlassbohrung 40 als Drossel ausgebildet sein kann.Above the passage openings 17, the nozzle needle 20 is guided in a guide section 38 of the injector housing 15. For this purpose, the nozzle needle 20 has an enlarged diameter portion 39, which is guided in the guide portion 38. In order to influence the opening or closing movement of the nozzle needle 20, the region 39 may be formed with a passage opening 40 through which fuel from the high-pressure chamber 18 reaches the area of the two sealing seats 22 and 36, wherein the passage bore 40 can be designed as a throttle.

Innerhalb des Hochdruckraums 18 ist die Düsennadel 20 mit zwei axial zueinander beabstandeten, im Ausführungsbeispiel scheibenförmigen Magnetankern 42, 43 verbunden. Diese beiden Magnetanker 42, 43 wirken mit drei Aktoren 45 bis 47 zusammen, die neben jeweils einem ringförmigen Magnetkern 48 bis 50 auch eine Magnetspule 51 bis 53 aufweisen. Die Magnetspulen 51 bis 53 werden über elektrische Leitungen 54 angesteuert.Inside the high-pressure chamber 18, the nozzle needle 20 is connected to two magnet armatures 42, 43, which are axially spaced from one another and, in the exemplary embodiment, are disk-shaped. These two magnet armatures 42, 43 cooperate with three actuators 45 to 47 which, in addition to a respective annular magnetic core 48 to 50, also have a magnetic coil 51 to 53. The magnetic coils 51 to 53 are driven via electrical lines 54.

Während der eine Magnetanker 42 sich zwischen den Magnetkernen 48 und 49 befindet, ist der zweite Magnetanker 43 zwischen den Magnetkernen 49 und 50 angeordnet. Die drei Aktoren 45 bis 47 können zur Erhöhung der Öffnungskraft auf die Düsennadel 20 beispielsweise synchron angesteuert werden, so dass von allen drei Magnetspulen 51 bis 53 auf die beiden Magnetanker 42 und 43 eine Kraft in Öffnungsrichtung der Düsennadel 20 erzeugt wird. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass beispielsweise zwei der Aktoren 45 bis 47 zur Erzeugung einer Öffnungskraft, und einer der Aktoren 45 bis 47 zur Erzeugung einer Schließkraft auf die Düsennadel 20 angesteuert wird.While one armature 42 is located between the magnetic cores 48 and 49, the second armature 43 is disposed between the magnetic cores 49 and 50. The three actuators 45 to 47 can be driven synchronously, for example, to increase the opening force on the nozzle needle 20, so that Of all three magnetic coils 51 to 53 on the two armature 42 and 43, a force in the opening direction of the nozzle needle 20 is generated. Alternatively, it can also be provided that, for example, two of the actuators 45 to 47 for generating an opening force, and one of the actuators 45 to 47 for generating a closing force on the nozzle needle 20 is driven.

In der Fig. 3 ist ein modifizierter Kraftstoffinjektor 10a dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10a unterscheidet sich von dem in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffinjektor 10 im Wesentlichen dadurch, dass in dessen Hochdruckraum 18 lediglich ein einziger Magnetanker 56 angeordnet ist, der mit einem Aktor 57 zusammenwirkt. Hierbei dient der Aktor 57 insbesondere zur Erzeugung der Öffnungskraft auf die Düsennadel 20a. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Magnetanker 56 aus dauermagnetischem Material besteht, und dass der Stromfluss durch den Aktor 57 umkehrbar ist. In diesem Fall wird mittels des Aktors 57 über den Magnetanker 56 sowohl eine Schließkraft als auch eine Öffnungskraft auf die Düsennadel 20a erzeugt.In the Fig. 3 a modified fuel injector 10a is shown. The fuel injector 10a is different from that in the Fig. 1 shown fuel injector 10 substantially in that in the high-pressure chamber 18, only a single armature 56 is arranged, which cooperates with an actuator 57. Here, the actuator 57 is used in particular for generating the opening force on the nozzle needle 20a. Furthermore, it may be provided that the armature 56 is made of permanent magnetic material, and that the current flow through the actuator 57 is reversible. In this case, both a closing force and an opening force on the nozzle needle 20 a is generated by means of the actuator 57 via the armature 56.

In der Fig. 4 ist ein weiterer, abgewandelter Kraftstoffinjektor 10b dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 10b unterscheidet sich von den Kraftstoffinjektoren 10 und 10a dadurch, dass dessen Düsennadel 20b nicht von Magnetaktoren, sondern von einem Piezoaktor 60 angesteuert wird. Der lediglich symbolhaft dargestellte Piezoaktor 60 wirkt dabei vorzugsweise über einen hydraulischen Hubübersetzer 61 auf die Düsennadel 20b, wobei der Hubübersetzer 61 eine Hubübersetzung von größer vier aufweist, d.h. dass ein Hub des Piezoaktors 60 um den Faktor vier bei gleichzeitig entsprechend umgekehrter Änderung der Hubkraft verstärkt bzw. vergrößert wird. Da die konstruktive Ausbildung und Auslegung von Piezoaktoren 60 und Hubübersetzern 61 zur Ansteuerung von Düsennadeln 20b allgemein bekannt und nicht erfindungswesentlich ist, wird auf eine konkretere Darstellung bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise eines derartigen Piezoaktors 60 und eines Hubübersetzers 61 verzichtet.In the Fig. 4 is another, modified fuel injector 10b shown. The fuel injector 10b differs from the fuel injectors 10 and 10a in that its nozzle needle 20b is not driven by magnetic actuators but by a piezoactuator 60. The piezoactuator 60 shown only symbolically acts on the nozzle needle 20b preferably via a hydraulic stroke translator 61, wherein the stroke translator 61 has a stroke ratio of greater than four, ie that a stroke of the piezoactuator 60 is amplified by a factor of four and at the same time correspondingly reversed change in the lifting force . is increased. Since the constructive design and layout of piezo actuators 60 and stroke translators 61 for controlling nozzle needles 20b is generally known and not essential to the invention, a more concrete illustration with regard to the structure and mode of operation of such a piezoactuator 60 and a stroke translator 61 is dispensed with.

Die soweit beschriebenen Kraftstoffinjektoren 10, 10a und 10b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht in der Verwendung einer Düsennadel 20, 20a, 20b mit zwei Dichtsitzen 22, 36, zwischen denen sich die Durchlassöffnungen 17 für den Kraftstoff befinden. Die beiden Dichtsitze 22 und 36 bewirken hierbei eine nahezu vollständige Ausbildung der Düsennadel 20, 20a, 20b als druckausgeglichene Düsennadel 20, 20a, 20c. So ist es beispielsweise denkbar, die Aktoren 45, 46, 47 und 57 nicht direkt mit der Düsennadel 20, 20a, sondern über deinen Hubübersetzer 61 mit der Düsennadel 20, 20a zusammenwirken zu lassen.The fuel injectors 10, 10a and 10b described so far can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. This consists in the use of a nozzle needle 20, 20a, 20b with two sealing seats 22, 36, between which the passage openings 17 for the fuel. The two sealing seats 22 and 36 in this case cause an almost complete formation of the nozzle needle 20, 20a, 20b as a pressure-balanced nozzle needle 20, 20a, 20c. Thus, it is conceivable, for example, not to allow the actuators 45, 46, 47 and 57 to interact directly with the nozzle needle 20, 20a, but via your stroke translator 61 with the nozzle needle 20, 20a.

Claims (11)

Kraftstoffinjektor (10; 10a; 10b), mit einem Injektorgehäuse (15), in dem wenigstens ein Aktor (45, 46, 47; 57; 60) angeordnet ist, der mit einer auf- und abbeweglichen Düsennadel (20; 20a; 20b) zumindest mittelbar zusammenwirkt, die wenigstens einen am Injektorgehäuse (15) ausgebildeten Durchlass (17) für unter Hochdruck stehendem Kraftstoff steuert, wobei die Düsennadel (20; 20a; 20b) als zumindest teilweise druckausgeglichene Düsennadel (20; 20a; 20b) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (20; 20a; 20b) zwei Dichtsitze (22, 36) aufweist, die in Axialrichtung der Düsennadel (20; 20a; 20b) voneinander beabstandet angeordnet sind und dass zwischen den beiden Dichtsitzen (22, 36) die wenigstens eine Durchlassöffnung (17) ausgebildet ist.A fuel injector (10; 10a; 10b) having an injector housing (15) in which at least one actuator (45,46,47; 57; 60) is arranged, which is provided with a nozzle needle (20; 20a; 20b) movable up and down. at least indirectly cooperating, which controls at least one passage (17) formed on the injector housing (15) for fuel under high pressure, the nozzle needle (20; 20a; 20b) being designed as an at least partially pressure-balanced nozzle needle (20; 20a; 20b),
characterized,
in that the nozzle needle (20; 20a; 20b) has two sealing seats (22, 36) which are arranged at a distance from one another in the axial direction of the nozzle needle (20; 20a; 20b) and the at least one passage opening between the two sealing seats (22, 36) (17) is formed. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Sitzdurchmesser der Dichtsitze (22, 37) einen zumindest annähernd gleich großen Durchmesser (d1, d2) aufweisen.Fuel injector according to claim 1,
characterized,
that the two seat diameter of the sealing seats (22, 37) have an at least approximately the same diameter (d 1, d 2). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der dem Ende der Düsennadel (20; 20a; 20b) zugewandte zweite Sitzdurchmesser einen geringfügig größeren Durchmesser (d2) aufweist als der andere Sitzdurchmesser.Fuel injector according to claim 2,
characterized,
that the second seat diameter facing the end of the nozzle needle (20; 20a; 20b) has a slightly larger diameter (d 2 ) than the other seat diameter. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (20; 20a; 20b) im Bereich zwischen den beiden Dichtsitzen (22, 36) eine radial umlaufende Einkerbung (26) aufweist, wovon ein Teilbereich (27) der Einkerbung (26) den ersten Dichtsitz (22) ausbildet.Fuel injector according to one of claims 1 to 3,
characterized,
in that the nozzle needle (20; 20a; 20b) has a radially encircling indentation (26) in the region between the two sealing seats (22, 36), of which a partial region (27) of the indentation (26) forms the first sealing seat (22). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (20; 20a; 20b) auf der der wenigstens einen Durchlassöffnung (17) zugewandten Seite in einem Führungsabschnitt (38) des Injektorgehäuses (15) geführt ist und dass im Bereich des Führungsabschnitts (38) eine Drossel (40) ausgebildet ist.Fuel injector according to one of claims 1 to 4,
characterized,
in that the nozzle needle (20; 20a; 20b) is guided in a guide section (38) of the injector housing (15) on the side facing the at least one passage opening (17) and that a throttle (40) is formed in the region of the guide section (38) , Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Aktor (60) mit der Düsennadel (20b) in Wirkverbindung mit einem Hubübersetzer (61) angeordnet ist.Fuel injector according to one of claims 1 to 5,
characterized,
in that the at least one actuator (60) with the nozzle needle (20b) is arranged in operative connection with a stroke translator (61). Kraftstoffinjektor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hubübersetzer (61) als hydraulischer Hubübersetzer (61) ausgebildet ist.Fuel injector according to claim 6,
characterized,
in that the stroke translator (61) is designed as a hydraulic stroke translator (61). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (20a) unimittelbar mit dem Magentanker (56) verbunden ist.Fuel injector according to one of claims 1 to 5,
characterized,
in that the nozzle needle (20a) is unimittelbar connected to the magenta tanker (56). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Magnetanker (56) aus dauermagnetischem Material ausgebildet ist und dass die Stromrichtung eines mit dem Magnetanker (56) zusammenwirkenden Aktors (57) umkehrbar ist.Fuel injector according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that the magnet armature (56) is formed from permanently magnetic material and that the current direction of an actuator (57) interacting with the magnet armature (56) is reversible. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsennadel (20) mit mehreren Magnetankern (42, 43) verbunden ist, die mit mehreren, Magnetspulen (51 bis 53) aufweisenden Aktoren (45 bis 47) zusammenwirken.Fuel injector according to one of claims 1 to 9,
characterized,
in that the nozzle needle (20) is connected to a plurality of magnet armatures (42, 43) which interact with a plurality of actuators (45 to 47) having magnetic coils (51 to 53). Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Aktor (60) als Piezoaktor ausgebildet ist, der über einen Hubübersetzer (61) mit der Düsennadel (20b) gekoppelt ist und dass der Hubübersetzer (61) eine Wegübersetzung von größer vier aufweist.Fuel injector according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that the at least one actuator (60) is designed as a piezoactuator which is coupled to the nozzle needle (20b) via a stroke translator (61) and in that the stroke translator (61) has a path ratio of greater than four.
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