EP2929173A1 - Piezoinjektor - Google Patents

Piezoinjektor

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Publication number
EP2929173A1
EP2929173A1 EP13814471.2A EP13814471A EP2929173A1 EP 2929173 A1 EP2929173 A1 EP 2929173A1 EP 13814471 A EP13814471 A EP 13814471A EP 2929173 A1 EP2929173 A1 EP 2929173A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle needle
throttle
control piston
control
piezoinj
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP13814471.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jignesh Jagani
Janos Kerekgyarto
Ivan KROTOW
Willibald SCHÜRZ
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.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies 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 Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP2929173A1 publication Critical patent/EP2929173A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026—Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • 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
    • 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
    • F02M2547/00—Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/001—Control chambers formed by movable sleeves

Definitions

  • the invention relates to a Piezoinj ector, in particular a Piezoinj ector for an internal combustion engine with
  • fluid injectors are used to meter fuel.
  • internal combustion engines which are arranged in motor vehicles, such as with regard to a very targeted power setting
  • the injection quantity of injectors is controlled, for example, by means of a servo valve. It is also possible that the nozzle needle of the injector is driven directly by means of a piezoelectric element. For this purpose, an almost play-free coupling between the piezoelectric actuator and the nozzle needle is important.
  • Piezoinj e pertains an actuator space in which a piezoelectric actuator is arranged.
  • the Piezoinj ector comprises a control piston bore, in which a control piston is arranged.
  • the control piston has an end face.
  • the Piezoinj ector further has a leakage pen, which is arranged between the piezoelectric actuator and the end face to the piezoelectric actuator with the Coupling spool.
  • the Piezoinj ector has a connection for fluid communication with the control piston bore, which has a hydraulic throttle.
  • the hydraulic throttle By the hydraulic throttle, it is possible to dampen the inflow and / or outflow of a fluid from the control bore. This makes it possible to dampen the movement of the control piston. Thus, an undefined movement of the control piston, such as overshoot, can be reduced. Thus, the control piston reliably follows a predetermined by the piezoelectric actuator movement. This is one
  • the Piezoinj ector comprises a first control chamber, which is formed by a limited of the end face portion of the control piston bore.
  • the Piezoinj ector comprises a nozzle needle with a front side.
  • the nozzle needle is leading a nozzle needle sleeve.
  • the Piezoinj ector comprises a second control chamber which is delimited by the nozzle needle sleeve and the end face of the nozzle needle. The connection to the fluid communication is formed between the first and the second control room.
  • the Piezoinj ector comprises a spring chamber, which is formed by a portion of the control piston bore facing away from the piezoelectric actuator and the control piston.
  • the connection to the fluid communication is formed between the spring chamber and the high pressure area.
  • the throttle is formed either in the connection between the first and the second control chamber or in the
  • a throttle is arranged both in the connection between the first and the second control chamber and in the connection between the spring chamber and the high-pressure region.
  • the flow rate through the restrictor is different in one direction than a flow rate. Rate through the throttle in the opposite direction. So ⁇ with, for example, the throttle flow at the needle opening different from the throttle flow at needle closure.
  • the throttle is designed so that the Dämp ⁇ tion is smaller in the direction of needle closure, as in the direction of needle opening. Thus, a fast closing of the nozzle needle is guaranteed. As a result, an efficient operation of the internal combustion engine is possible.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Figure 3 is a schematic representation of a
  • Figure 4 is a schematic representation of a
  • FIG. 1 schematically shows a piezo injector 100.
  • Piezoinj ector 100 can be used for injecting fuel into an internal combustion engine.
  • the Piezoinj ektor 100 can be used for injecting fuel into an internal combustion engine.
  • the Piezoinj ektor 100 can be used for injecting fuel into an internal combustion engine.
  • Piezoinj ektor 100 can also inject gasoline or another
  • the Piezoinj ector 100 has a high-pressure port 101, can be supplied via the fuel under high pressure.
  • the high pressure port 101 is a
  • High-pressure bore 103 in a housing 125 of the piezoelectric injector 100 is hydraulically coupled.
  • the high-pressure bore 103 extends in the longitudinal direction through the Piezoinj ector 100 to a
  • the Piezoinj ector 100 has an actuator chamber 119 in which a piezoelectric actuator 104 is arranged.
  • the piezoelectric actuator 104 is, for example, a fully active piezo stack.
  • the piezoelectric actuator 104 has approximately a cylindrical shape and can be acted upon by an electrical connection 102 with an electrical voltage to change the length of the piezoelectric actuator 104 in the longitudinal direction.
  • a nozzle needle 116 is arranged in the high-pressure region 123.
  • the change in length of the piezoelectric actuator 104 is transmitted hydraulically to the nozzle needle 116.
  • the coupling of the piezoactuator 104 with the nozzle needle 116 will be explained below in conjunction with FIGS. 2 to 4, which show a detailed view of the detail A of FIG.
  • FIG. 2 schematically shows a detailed view of the detail A of FIG. 1 according to embodiments.
  • the piezoelectric injector 100 has a control piston bore 121 in a control plate 108, in which a control piston 110 is arranged.
  • the control piston 110 has an end face 118 pointing in the direction of the piezoactuator 104.
  • a limited by the end face 118 portion of the control piston bore 121 forms a first control chamber 111.
  • At its the first control chamber 111 opposite longitudinal end of the control piston bore 121 forms a spring chamber 114.
  • the control piston is thus formed between the first control chamber 111 and the spring chamber 114.
  • the spring 115 is formed for example as a spiral compression spring. A first longitudinal end of the spring 115 is supported on the control piston 110. A second longitudinal end of the spring 115 is supported on an end face of the control piston bore 121. The spring 115 acts on the control piston 110 with a force acting in the direction of the first control chamber 111.
  • the spring chamber 114 is connected to the high-pressure region 123 via a high-pressure connection 109 (FIG. 3). Thus, in the spring chamber 114 is always fuel with the in the
  • a leakage pin 106 is arranged between the piezoelectric actuator 104 and the control piston bore 121.
  • the leakage pin 106 is configured to transmit an increase in the length of the piezoelectric actuator 104 to the control piston 110.
  • the leakage pen 106 is held by an intermediate plate 107.
  • the nozzle needle 116 is arranged, on which a nozzle needle sleeve 117 is guided in the upper region.
  • a pointing in the direction of the piezoelectric actuator 104 end of Nozzle needle 116 has an end face 122.
  • a second control chamber 112 is formed which is delimited by the second end face 122 and by the nozzle needle sleeve 117.
  • the second control chamber 112 is hydraulically connected via a connection 113 with the first control chamber 111.
  • the nozzle needle 116 is for example of a
  • the nozzle needle 116 is at a lower tip of the piezoelectric injector 100 at.
  • the piezoelectric actuator 104 is discharged and has its minimum length.
  • the Piezoinj ektor 100 for none
  • the piezoelectric actuator 104 If the piezoelectric actuator 104 is charged via the electrical connection 102 and thereby increases the length of the piezoactuator 104, then the piezoactuator 104 exerts a force on the control piston 110 via the leakage pin 106, through which the control piston 110 in the control piston bore 103 in the direction of the spring chamber 114 is moved. This increases the volume of the first one
  • Nozzle needle 116 to the lower end of the Piezoinj ector 100 result, through which the piezoelectric injector 100 is closed and the fuel injection is terminated.
  • a throttle 120 is arranged in the connection 113 between the first control chamber 111 and the second control chamber 1112.
  • the throttle 120 damps the fluid flow between the two control chambers 111 and 112.
  • Nozzle needle 116 is reduced upward in the direction of the second control chamber 112. Thus, a vibration amplitude of the nozzle needle 116 is smaller. Thus, excessive Accelerati ⁇ supply and an overshoot of the nozzle needle 116 is avoided.
  • the throttle 120 it is possible to reduce the speed of the pressure increase in the first control chamber 111 after lifting the nozzle needle 116 from the seat. As a result, the oscillation amplitude of the nozzle needle 116 is smaller.
  • Flow rate through the throttle 120 is determined depending on the Bestromungsprofilen of the piezoelectric actuator 104, so that the set characteristics have a sufficient linearity even without the use of a needle stop for the nozzle needle 116.
  • An overshoot of the nozzle needle 116 is damped and thus increases the linearity of the quantity characteristics.
  • it is mög ⁇ Lich to dispense with a needle guard with the
  • the throttle 120 has a flow rate in a range of 300 to 600 mm / min.
  • the throttle 120 has a pressure difference of 100 to 60 bar.
  • Throttling flow rate is such that, in particular when closing the nozzle needle 116, the nozzle needle movement for movement of the piezoelectric actuator 104 is maintained.
  • the throttle 120 has a diameter 124 (FIG. 4) in the range of 0.25 to 0.35 mm.
  • the herstel ⁇ development of the throttle 120 is effected for example by drilling or by eroding.
  • the throttle 120 is rounded by a hydroerosive grinding process. Since ⁇ by a stable throttle flow over the life ⁇ duration of the throttle ensures 120th
  • Connection 113 when opening the nozzle needle 116 is different from the flow rate in the flow direction through the connection 113 when closing the nozzle needle 116.
  • the flow rate in the direction of the second control ⁇ space 122 is smaller than in the direction of the first control chamber Reference sign list

Landscapes

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Abstract

Ein Piezoinjektor umfasst: - einen Aktorraum (119), in dem ein Piezoaktor (104) angeordnet ist, - eine Steuerkolbenbohrung (121), in der ein Steuerkolben (110) mit einer Stirnseite (118) angeordnet ist, - einen Leckagestift (106), der zwischen dem Piezoaktor (104) und der Stirnseite (118) angeordnet ist, um den Piezoaktor (104) mit dem Steuerkolben (110) zu koppeln, - eine Verbindung (109; 113) zur fluiden Kommunikation mit der Steuerkolbenbohrung (121), die eine hydraulische Drossel (120) aufweist.

Description

Beschreibung Piezoinj ektor
Die Erfindung betrifft einen Piezoinj ektor, insbesondere einen Piezoinj ektor für eine Brennkraftmaschine mit
Kraftstoffdirekteinspritzung .
Bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffdirekteinspritzung werden Fluidinj ektoren zum Zumessen von Kraftstoff eingesetzt. Im Hinblick auf hohe Anforderungen an Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, wie beispielsweise hinsichtlich einer sehr gezielte Leistungseinstellung
und/oder der Erfüllung strenger Schadstoffemissionen, ist ein präzises Zumessen des Kraftstoffs mittels des jeweiligen Injektors wichtig.
Die Einspritzmenge von Injektoren wird beispielsweise mittels eines Servoventils gesteuert. Es ist auch möglich, dass die Düsennadel des Injektors direkt mittels eines Piezoelements angetrieben wird. Dazu ist eine nahezu spielfreie Kopplung zwischen dem Piezoaktor und der Düsennadel wichtig.
Es ist wünschenswert, einen Piezoinj ektor anzugeben, der zuverlässig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein
Piezoinj ektor einen Aktorraum, in dem ein Piezoaktor angeordnet ist. Der Piezoinj ektor umfasst eine Steuerkolbenbohrung, in der ein Steuerkolben angeordnet ist. Der Steuerkolben weist eine Stirnseite auf. Der Piezoinj ektor weist weiterhin einen Leckagestift auf, der zwischen dem Piezoaktor und der Stirnseite angeordnet ist, um den Piezoaktor mit dem Steuerkolben zu koppeln. Der Piezoinj ektor weist eine Verbindung zur fluiden Kommunikation mit der Steuerkolbenbohrung auf, die eine hydraulische Drossel aufweist.
Durch die hydraulische Drossel ist es möglich, den Zufluss und/oder den Abfluss eines Fluids aus der Steuerbohrung zu dämpfen. Dadurch ist es möglich, die Bewegung des Steuerkolbens zu dämpfen. Somit kann eine Undefinierte Bewegung des Steuerkolbens, beispielsweise ein Überschwingen, verringet werden. Somit folgt der Steuerkolben verlässlich einer durch den Piezoaktor vorgegebenen Bewegung. Dadurch ist ein
zuverlässiger Betrieb des Piezoinj ektors ermöglicht.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst der Piezoinj ektor einen ersten Steuerraum, der durch einen von der Stirnseite begrenzten Abschnitt der Steuerkolbenbohrung gebildet ist. Der Piezoinj ektor umfasst eine Düsennadel mit einer Stirnseite. Die Düsennadel ist führt eine Düsennadelhülse . Der Piezoinj ektor umfasst einen zweiten Steuerraum, der durch die Düsennadelhülse und die Stirnseite der Düsennadel begrenzt ist. Die Verbindung zur fluiden Kommunikation ist zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerraum ausgebildet.
Durch den ersten und den zweiten Steuerraum sowie die Verbindung zur fluiden Kommunikation zwischen den beiden Steuerräumen ist eine hydraulische Kopplung zwischen dem Piezoaktor und der Düsennadel ermöglicht. Diese hydraulische Kopplung bewirkt vorteilhafterweise einen Spielausgleich und eine Hub¬ übersetzung. Dadurch können Temperatureffekte, Verschleiß an Kontaktstellen im Antrieb und durch Änderung des
Polarisationszustandes des Piezoaktors bedingte
Längenänderungen im Piezoinj ektor ausgeglichen werden. Dies ermöglicht, den Piezoinj ektor nahezu aus beliebigen Werkstof- fen zu fertigen, ohne thermische Ausdehnungseigenschaften des Werkstoffs berücksichtigen zu müssen. Daher kann beispielsweise ein besonders hochdruckfester Werkstoff verwendet wer¬ den. Durch die Drossel wird der Fluidfluss von dem ersten zu dem zweiten Steuerraum und umgekehrt gedämpft. Somit wird die Bewegung des Piezoaktors zuverlässig auf die Düsennadel übertragen. Eine Undefinierte Bewegung der Düsennadel ist so verringerbar .
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst der Piezoinj ektor einen Federraum, der durch einen dem Piezoaktor abgewandten Abschnitt der Steuerkolbenbohrung und dem Steuerkolben gebildet ist. Die Verbindung zur fluiden Kommunikation ist zwischen dem Federraum und dem Hochdruckbereich ausgebildet.
Dadurch, dass die Drossel in der Verbindung zwischen dem Federraum und dem Hochdruckbereich ausgebildet ist, ist es möglich, die Bewegung des Steuerkolbens zu dämpfen. Der
Fluidfluss zu dem Federraum und aus dem Federraum wird ge¬ dämpft. Somit kann eine Undefinierte Bewegung des Steuerkol¬ bens vermieden werden. Dadurch ist ein verlässlicher Betrieb des Piezoinj ektors ermöglicht.
Die Drossel ist entweder in der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerraum ausgebildet oder in der
Verbindung zwischen dem Federraum und dem Hochdruckbereich.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist eine Drossel sowohl in der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerraum angeordnet als auch in der Verbindung zwischen dem Federraum und dem Hochdruckbereich.
Gemäß Ausführungsformen ist die Durchflussrate durch die Drossel in eine Richtung unterschiedlich zu einer Durchfluss- rate durch die Drossel in die entgegengesetzte Richtung. So¬ mit ist beispielsweise der Drosseldurchfluss bei Nadelöffnen unterschiedlich zum Drosseldurchfluss beim Nadelschließen. Insbesondere ist die Drossel so ausgebildet, dass die Dämp¬ fung in Richtung Nadelschließen kleiner ist, als in Richtung Nadelöffnen. Somit ist ein schnelles Schließen der Düsennadel gewährleistet. Dadurch ist ein effizienter Betrieb der Brennkraftmaschine möglich.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Querschnittsansicht eines Piezoinj ektors gemäß einer Ausfüh¬ rungsform,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer
Querschnittsansicht eines Details des Piezoinj ektors gemäß einer Ausführungsform,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer
Querschnittsansicht eines Details eines Piezoinj ektors gemäß einer Ausführungsform, und
Figur 4 eine schematische Darstellung einer
Querschnittsansicht eines Details eines Piezoinj ektors gemäß einer Ausführungsform. Figur 1 zeigt schematisch einen Piezoinj ektor 100. Der
Piezoinj ektor 100 kann zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dienen. Der Piezoinj ektor 100 kann
beispielsweise zum Einspritzen von Dieselkraftstoff in eine Common Rail Brennkraftmaschine dienen. Der Piezoinj ektor 100 kann auch zum Einspritzen von Benzin oder einem anderen
Kraftstoff verwendet werden.
Der Piezoinj ektor 100 weist einen Hochdruckanschluss 101 auf, über den unter hohem Druck stehender Kraftstoff zugeführt werden kann. Mit dem Hochdruckanschluss 101 ist eine
Hochdruckbohrung 103 in einem Gehäuse 125 des Piezoinj ektors 100 hydraulisch gekoppelt. Die Hochdruckbohrung 103 verläuft in Längsrichtung durch den Piezoinj ektor 100 zu einem
Hochdruckbereich 123.
Der Piezoinj ektor 100 weist einen Aktorraum 119 auf, in dem ein Piezoaktor 104 angeordnet ist. Der Piezoaktor 104 ist beispielsweise ein vollaktiver Piezostapel. Der Piezoaktor 104 weist in etwa eine zylindrische Form auf und kann über einen elektrischen Anschluss 102 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, um die Länge des Piezoaktors 104 in Längsrichtung zu ändern.
Im Hochdruckbereich 123 ist eine Düsennadel 116 angeordnet. Die Längenänderung des Piezoaktors 104 wird hydraulisch auf die Düsennadel 116 übertragen. Die Kopplung des Piezoaktors 104 mit der Düsennadel 116 wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 2 bis 4 erläutert, die eine detaillierte Ansicht des Ausschnitts A der Figur 1 zeigen.
Figur 2 zeigt schematisch eine Detailansicht des Ausschnitts A der Figur 1 gemäß Ausführungsformen. Der Piezoinj ektor 100 weist eine Steuerkolbenbohrung 121 in einer Steuerplatte 108 auf, in der ein Steuerkolben 110 angeordnet ist. Der Steuerkolben 110 weist eine in Richtung des Piezoaktors 104 weisende Stirnseite 118 auf. Ein durch die Stirnseite 118 begrenzter Abschnitt der Steuerkolbenbohrung 121 bildet einen ersten Steuerraum 111. An ihrem dem ersten Steuerraum 111 entgegen gesetzten Längsende bildet die Steuerkolbenbohrung 121 einen Federraum 114. Der Steuerkolben ist somit zwischen dem ersten Steuerraum 111 und dem Federraum 114 ausgebildet.
Im Federraum 114 befindet sich eine Feder 115 (Figuren 3 und 4) . Die Feder 115 ist beispielsweise als Spiraldruckfeder ausgebildet. Ein erstes Längsende der Feder 115 stützt sich am Steuerkolben 110 ab. Ein zweites Längsende der Feder 115 stützt sich an einer Stirnseite der Steuerkolbenbohrung 121 ab. Die Feder 115 beaufschlagt den Steuerkolben 110 mit einer in Richtung des ersten Steuerraums 111 wirkenden Kraft.
Der Federraum 114 ist über eine Hochdruckverbindung 109 (Figur 3) mit dem Hochdruckbereich 123 verbunden. Somit befindet sich im Federraum 114 stets Kraftstoff mit dem in der
Hochdruckbohrung 103 herrschenden Druck.
Zwischen dem Piezoaktor 104 und der Steuerkolbenbohrung 121 ist ein Leckagestift 106 angeordnet. Der Leckagestift 106 ist eingerichtet, eine Erhöhung der Länge des Piezoaktors 104 auf den Steuerkolben 110 zu übertragen. Der Leckagestift 106 wird von einer Zwischenplatte 107 gehalten.
Im Hochdruckbereich 123 ist die Düsennadel 116 angeordnet, auf der im oberen Bereich eine Düsennadelhülse 117 geführt wird. Ein in Richtung des Piezoaktors 104 weisendes Ende der Düsennadel 116 weist eine Stirnseite 122 auf. Oberhalb der Stirnseite 122 ist ein zweiter Steuerraum 112 ausgebildet, der durch die zweite Stirnseite 122 und durch die Düsennadel- hülse 117 begrenzt wird. Der zweite Steuerraum 112 ist über eine Verbindung 113 mit dem ersten Steuerraum 111 hydraulisch verbunden .
Die Düsennadel 116 wird beispielsweise von einer
Spiraldruckfeder mit einer vom zweiten Steuerraum 112
weggerichteten Kraft beaufschlagt.
Im geschlossenen Zustand des Piezoinj ektors 100 liegt die Düsennadel 116 an einer unteren Spitze des Piezoinj ektors 100 an. Der Piezoaktor 104 ist entladen und weist seine minimale Länge auf. Der Piezoinj ektor 100 für keine
Kraftstoffeinspritzung durch.
Wird der Piezoaktor 104 über den elektrischen Anschluss 102 geladen und dadurch die Länge des Piezoaktors 104 erhöht, so übt der Piezoaktor 104 über den Leckagestift 106 eine Kraft auf den Steuerkolben 110 aus, durch die der Steuerkolben 110 in der Steuerkolbenbohrung 103 in Richtung des Federraums 114 bewegt wird. Dadurch erhöht sich das Volumen des ersten
Steuerraums 111, wodurch der Druck im ersten Steuerraum 111 und im zweiten Steuerraum 112 abnimmt. Somit übt der reduzierte Druck im zweiten Steuerraum 112 eine nun reduzierte Kraft auf die Stirnseite 122 der Düsennadel 116 aus. Der weiterhin auf das untere Ende der Düsennadel 116 wirkende hohe Druck des Hochdruckbereichs 123 bewirkt in der Folge eine Bewegung der Düsennadel 116 nach oben in Richtung des zweiten Steuerraums 112. Dadurch wird der Piezoinj ektor 100 geöffnet, um Kraftstoff einzuspritzen. Durch das Verhältnis des Durchmessers des Steuerkolbens 110 und damit des Durchmessers des ersten Steuerraums 111 zum Durchmesser der Düsennadel 116 an ihrer Stirnseite 122 und damit zum Durchmesser des zweiten Steuerraums 112 ist ein Übersetzungsverhältnis zwischen einer Längenänderung des Piezoaktors 104 und einem Hub der Düsennadel 116 festgelegt.
Wird der Piezoaktor 104 anschließend entladen und damit verkürzt, so bewirken der im Federraum 114 herrschende hohe Druck und die durch die Feder 115 auf den Steuerkolben 110 ausgeübte Kraft eine Bewegung des Steuerkolbens 110 in Rich¬ tung des ersten Steuerraums 111. Dadurch erhöht sich der Druck im ersten Steuerraum 111 und damit auch der Druck im zweiten Steuerraum 112. Dies hat ein Zurückbewegen der
Düsennadel 116 an das untere Ende des Piezoinj ektors 100 zur Folge, durch die der Piezoinj ektor 100 verschlossen und die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
In der Verbindung 113 zwischen dem ersten Steuerraum 111 und dem zweiten Steuerraum 112 ist eine Drossel 120 angeordnet. Die Drossel 120 dämpft den Fluidfluss zwischen den beiden Steuerräumen 111 und 112. Somit wird die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im Steuerraum 111 bei einer Bewegung der
Düsennadel 116 nach oben in Richtung des zweiten Steuerraums 112 verringert. Damit wird auch eine Schwingungsamplitude der Düsennadel 116 kleiner. Somit wird eine zu starke Beschleuni¬ gung und ein Überschwingen der Düsennadel 116 vermieden.
Diese können herkömmlich auftreten, da während der
Öffnungsbewegung der Düsennadel 116 zur Einspritzung des Kraftstoffs der Druck im Sackloch unterhalb des Nadelsitzes sehr schnell auf nahezu den Druck in der Hochdruckbohrung 103 ansteigt. Die hydraulische Schließkraft an der Düsennadel 116 fällt im gleichen Maß ab. Daraus folgt, dass die zum Öffnen der Düsennadel 116 erforderliche Kraft wesentlich größer ist, als die Kraft, die zum Halten der Düsennadel 116 in geöffne¬ ter Stellung notwendig ist. Der Piezoaktor 104 und der hydraulische Pfad bis zum Sitz der Düsennadel 116 wird ab Be¬ ginn des Einspritzvorganges bis zum Öffnen der Düsennadel elastisch vorgespannt. Dabei wird der Druck in den beiden Steuerräumen 111 und 112 deutlich tiefer abgesenkt als zum Halten der Düsennadel 116 in geöffneter Position notwendig ist. Nach dem Abheben der Düsennadel 116 vom Sitz baut sich die elastische Vorspannung ab. Dadurch wird die Düsennadel herkömmlich stark beschleunigt und schwingt über. Die daraus resultierende Schwingungsamplitude, die zu stark nicht linea¬ rer Mengenkennlinien führt, die nachteilig für den
instationären Betrieb der Brennkraftmaschine sind, können durch die Verwendung der Drossel 120 vermieden werden.
Durch die Drossel 120 ist es möglich, die Geschwindigkeit des Druckanstiegs im ersten Steuerraum 111 nach dem Abheben der Düsennadel 116 vom Sitz zu verringern. Dadurch wird auch die Schwingungsamplitude der Düsennadel 116 kleiner. Die
Durchflussrate durch die Drossel 120 wird abhängig von den Bestromungsprofilen des Piezoaktors 104 vorgegeben, sodass die Mengenkennlinien auch ohne Nutzung eines Nadelanschlags für die Düsennadel 116 eine ausreichende Linearität besitzen. Ein Überschwingen der Düsennadel 116 wird gedämpft und somit die Linearität der Mengenkennlinien erhöht. Somit ist es mög¬ lich auf einen Nadelanschlag zu verzichten, der die
Nadelschwingungen begrenzt. Es ist somit auch bei kleineren Einspritzmengen möglich, die Nadelschwingungen der Düsennadel 116 zu reduzieren.
Beispielsweise weist die Drossel 120 eine Durchflussrate in einem Bereich von 300 bis 600 mm/min auf. Beispielsweise weist die Drossel 120 beim Messvorgang in der Fertigung eine Druckdifferenz von 100 zu 60 bar auf. Die Auslegung der
Drosseldurchflussrate erfolgt derart, dass insbesondere beim Schließen der Düsennadel 116 die Düsennadelbewegung zur Bewegung des Piezoaktors 104 erhalten bleibt.
Durch die Drossel 120 wird die Bewegung des Steuerkolbens 110 gedämpft. Durch die Drossel 120 wird die Bewegung der
Düsennadel 116 gedämpft. Somit folgt die Düsennadel 116 beim Öffnen des Piezoinj ektors 100 und beim Offenhalten verläss¬ lich der Bewegung des Steuerkolbens 110.
Beispielsweise weist die Drossel 120 einen Durchmesser 124 (Figur 4) im Bereich von 0,25 bis 0,35 mm auf. Die Herstel¬ lung der Drossel 120 erfolgt beispielsweise durch Bohren oder durch Erodieren. Gemäß Ausführungsformen wird die Drossel 120 mittels eines hydroerosiven Schleifprozesses verrundet. Da¬ durch wird ein stabiler Drosseldurchfluss über die Lebens¬ dauer der Drossel 120 gewährleistet.
Gemäß Ausführungsformen ist die Drossel 120 ausgebildet, so¬ dass die Durchflussrate in Strömungsrichtung durch die
Verbindung 113 beim Öffnen der Düsennadel 116 unterschiedlich ist zu der Durchflussrate in Strömungsrichtung durch die Verbindung 113 beim Schließen der Düsennadel 116. Insbesondere ist die Durchflussrate in Richtung des zweiten Steuer¬ raums 122 kleiner als in Richtung zu dem ersten Steuerraum Bezugs zeichenliste
100 Piezoinj ektor
101 Hochdruckanschluss
102 Elektrischer Anschluss
103 Hochdruckbohrung
104 Piezoaktor
106 Leckagestift
107 Zwischenplatte
108 Steuerplatte
109, 113 Verbindung
110 Steuerkolben
111 erster Steuerraum
112 zweiter Steuerraum
114 Federraum
115 Feder
116 Düsennadel
117 Düsennadelhülse
118 erste Stirnseite
119 Aktuatorraum
120 Drossel
121 Steuerkolbenbohrung
122 Stirnseite
123 Hochdruckbereich
124 Durchmesser
125 Gehäuse

Claims

Patentansprüche :
1. Piezoinj ektor, umfassend:
- einen Aktorraum (119), in dem ein Piezoaktor (104) angeordnet ist,
- eine Steuerkolbenbohrung (121), in der ein Steuerkolben (110) mit einer Stirnseite (118) angeordnet ist,
- einen Leckagestift (106), der zwischen dem Piezoaktor (104) und der Stirnseite (118) angeordnet ist, um den Piezoaktor (104) mit dem Steuerkolben (110) zu koppeln,
- eine Verbindung (109; 113) zur fluiden Kommunikation mit der Steuerkolbenbohrung (121), die eine hydraulische Drossel
(120) aufweist.
2. Piezoinj ektor nach Anspruch 1, umfassend:
- einen ersten Steuerraum (111), der durch einen von der
Stirnseite (118) begrenzten Abschnitt der Steuerkolbenbohrung
(121) gebildet ist,
- eine Düsennadel (116) mit einer Stirnseite (122),
wobei die Düsennadel (116) eine Düsennadelhülse (117) führt,
- einen zweiten Steuerraum (112), der durch die Düsennadelhülse (117) und die Stirnseite (122) der Düsennadel (116) be¬ grenzt ist, wobei
- die Verbindung (120) zur fluiden Kommunikation zwischen dem ersten (111) und dem zweiten (112) Steuerraum ausgebildet ist.
3. Piezoinj ektor nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:
- einen Federraum (114), der durch einen dem Piezoaktor (104) abgewandten Abschnitt der Steuerkolbenbohrung (121) und dem Steuerkolben (110) gebildet ist, wobei
- die Verbindung (109) zur fluiden Kommunikation zwischen dem Federraum (114) und einem Hochdruckbereich (123) ausgebildet ist .
4. Piezoinj ektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Drossel (120) so ausgebildet ist, dass die Drossel (120) einen Durchfluss im Bereich von 300 ml/min bis 600 ml/min aufweist .
5. Piezoinj ektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Drossel (120) einen minimalen Durchmesser (124) im Bereich von 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist.
6. Piezoinj ektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Drossel (120) so ausgebildet ist, dass eine Durchfluss¬ rate durch die Drossel (120) in eine Richtung unterschiedlich zu einer Durchflussrate durch die Drossel (120) in die entgegengesetzte Richtung ist.
7. Piezoinj ektor nach Anspruch 6, sofern dieser auf Anspruch
2 rückbezogen ist, bei dem die Durchflussrate in Richtung des zweiten Steuerraumes (112) kleiner ist als die Durchflussrate in Richtung des ersten Steuerraumes (111) .
8. Piezoinj ektor nach Anspruch 6, sofern dieser auf Anspruch
3 rückbezogen ist, oder nach Anspruch 7, bei dem die
Durchflussrate in Richtung des Federraumes (114) kleiner ist als die Durchflussrate in Richtung des Hochdruckbereiches (123) .
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