EP3055549B1 - Plunger/fluid-line arrangement, in particular control-plunger/control-bore arrangement - Google Patents

Plunger/fluid-line arrangement, in particular control-plunger/control-bore arrangement Download PDF

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EP3055549B1
EP3055549B1 EP14777586.0A EP14777586A EP3055549B1 EP 3055549 B1 EP3055549 B1 EP 3055549B1 EP 14777586 A EP14777586 A EP 14777586A EP 3055549 B1 EP3055549 B1 EP 3055549B1
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fluid
fluid line
control
geometry
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Roman Etlender
Werner Reim
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Continental Automotive GmbH
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    • F02M2200/8092Fuel injection apparatus manufacture, repair or assembly adjusting or calibration

Definitions

  • the invention relates to a piston-fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of an internal combustion engine.
  • the DE 10 2011 079 468 A1 discloses a piston fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle, in which a piston of the piston-fluid line arrangement fitted or paired into a fluid line by means of a fluid passing through the fluid line hydraulically positioned sideways.
  • a deviation of an actual injection quantity-a so-called shot-from a desired injection quantity of the injector always has a negative effect on combustion, that is to say the resulting pollutant emissions, and usually also consumption of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is by means of a piston-fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle, according to claim 1; and by means of an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of an internal combustion engine, according to claim 11 solved.
  • the piston-fluid line arrangement comprises a piston fitted and / or paired into a fluid line which can be hydraulically positioned sideways by a fluid passing through the fluid line, wherein according to the invention a geometry of the piston and / or a geometry of the fluid line is configured or are that the piston is positioned eccentrically and / or positioned by the fluid in the fluid line.
  • the geometry of the piston is preferably a secondary geometry, wherein a primary geometry of the piston is preferably cylindrical.
  • the geometry of the fluid line is preferably a secondary geometry, wherein a primary geometry of the fluid line is also preferably cylindrical.
  • the injector according to the invention comprises a piston-fluid line arrangement according to the invention, in particular a control piston control bore arrangement according to the invention.
  • the preferred secondary geometry of the piston and / or the preferred secondary geometry of the fluid conduit is configured such that a centerline of the piston is positionable and / or positioned by the fluid substantially parallel to a centerline of the fluid conduit.
  • the geometry (s) may be selected such that a flow of the fluid between the piston and the fluid line (sealing gap) is greater than a flow in the case of a concentric position of the piston in the fluid line.
  • the piston assumes a substantially highly eccentric position relative to the fluid line.
  • Such an embodiment may be advantageous in some applications wherein a maximum minimum flow rate for a given fit or pairing is adjusted by the piston and the fluid line.
  • the preferred secondary geometry of the piston and / or the preferred secondary geometry of the fluid conduit is or are configured such that in a sealing gap between a lateral surface of the piston and an inner surface of the fluid line an asymmetric pressure distribution of the fluid is adjustable and / or is set.
  • the geometry (s) may be selected such that a fluid path is provided in the lateral surface of the piston and / or the inner surface of the fluid line, by means of which the asymmetrical pressure distribution of the fluid in the sealing gap is adjustable and / or adjusted.
  • the geometry (s) may be selected such that the fluid path is provided in the lateral surface of the piston and / or the inner surface of the fluid line such that a lateral force can be exerted and / or exerted on the piston by means of the fluid.
  • the asymmetric pressure distribution of the fluid in the sealing gap has the lateral force of the fluid to the piston result, the side force to attack on the piston so, ie the asymmetric pressure distribution on the piston should be set up so that the center line of the piston with respect to the center line of the fluid line is set up parallel and parallel.
  • the fluid path can be designed in such a way that the piston is permanently securely positioned in an eccentric position over relevant operating states and the flow of the fluid through the sealing gap is comparatively small.
  • the piston For a given pressure difference on the piston, it is primarily desired to have a flow that is as constant as possible and, secondarily, the lowest possible flow of fluid through the sealing gap.
  • a larger eccentricity of the piston also means a larger flow of fluid through the sealing gap, therefore, it is preferable to aim for a safe eccentric position, in which the flow of the fluid through the resulting sealing gap is comparatively small. Ie. it is a comparatively small, but over time geometrically constant eccentric position of the piston in the fluid line sought.
  • the fluid path can be provided on / in the piston and / or on / in the fluid line.
  • the following explanations relate mainly to the piston and are, where appropriate, also applicable to the fluid line.
  • the fluid path on / in the piston can be arranged such that it can be brought into fluid communication with a high-pressure side or a low-pressure side of the piston.
  • the fluid in the fluid path pushes the piston away from an opening of the fluid path on / in the piston, or the fluid in the sealing gap presses the piston toward an opening of the fluid path on / in the piston.
  • Under the low pressure side should be understood an end region of the piston, in which there is a lower fluid pressure than on the high pressure side of the piston. This pressure difference can be only a few bar, which can certainly prevail on the low pressure side, a fluid high pressure.
  • Fluid path pushes the piston away from the opening of the fluid path in the direction of a radially opposite region of the inner surface of the fluid line.
  • the fluid in the sealing gap presses the piston in the direction of the opening of the fluid path to a region of the inner surface of the fluid line directly opposite the opening.
  • the fluid path can have a recess on / in the piston, wherein the recess is in particular a groove or facet, which extends in sections in the circumferential direction and / or in sections in the longitudinal direction of the piston.
  • a bottom of the recess may be flat or curved, d. H. the bottom of the recess has z. B. a radius.
  • the fluid path can have a fluid connection from an interior and an exterior of the piston, wherein the fluid connection is in particular a bore, preferably a through-bore, and / or an intersection, preferably an inner and outer recess of the piston.
  • the fluid path outside the piston may have the opening, a circumferential groove, a circumferential facet, a longitudinal groove and / or a longitudinal facet.
  • the fluid path may include at least one bore from an outside of the piston to a piston interior.
  • the fluid path can have an intersection of an outer recess with an inner recess and / or a recess on a longitudinal end portion of the piston.
  • the piston may be formed as a control piston, a pin, a control pin or a leakage pin.
  • the fluid is preferably a diesel or gasoline fuel.
  • a fluid pressure in a fluid space by means of a reproducible piston position in a fluid line.
  • This will be a position of Pistons set in the fluid line by means of a geometry of the piston and / or the fluid line.
  • the invention is well applicable to injectors, in particular fuel injectors, wherein a fluid pressure in a control chamber of the injector is well adjustable or can be maintained during an injection pause. Ie. it improves the shot / shot scattering of the injector.
  • a dispersion in a mass production based on an injector function is reduced, and a proportion of those injectors that do not meet required tolerances in their injection quantities, can be reduced.
  • an expense of necessary rework can be reduced. This affects individually and in total in a reduction of the manufacturing costs.
  • FIG. 1 a longitudinal side view of an injector according to the invention for a common rail injection system of an internal combustion engine, which is shown centrally and centrally cut below; the Fig. 2 a centrally cut, broken away top and bottom, detailed longitudinal side view of a control assembly of the injector Fig. 1 , with a hydraulic direct drive of a nozzle needle; and the Fig. 3 to 5 a first, the Fig. 6 to 8 a second, the Fig. 9 to 11 a third, the Fig. 12 to 14 a fourth, the 15 to 17 a fifth, the Fig. 18 to 20 a sixth, and the Fig.
  • FIGS. 24 and 25 two embodiments of an application of the invention to a fluid line.
  • the invention is explained in more detail below with reference to a piezoelectrically operated common rail diesel injector 1 for an internal combustion engine (see FIG. Fig. 1 ).
  • the invention is not limited to such diesel injectors 1, but can, for. B. also be applied to pump-nozzle injectors or gasoline injectors with a single or multi-part nozzle needle.
  • gasoline injectors typical names can be found in the list of reference numerals.
  • An injectable fluid may be a fuel, it is of course possible by means of an injector 1 according to the invention, another fluid such. Water, an oil or any other process fluid; ie the injector 1 according to the invention is not limited to the automotive industry.
  • the Fig. 1 shows the injector 1 substantially in a sectional view, wherein the injector 1 comprises a nozzle assembly 10 and an injector assembly 50.
  • the nozzle assembly 10 and the Injektorbaueria 50 are fluid-tight by means of a nozzle lock nut 60 together.
  • the injector assembly 50 has an injector body 500, in which an actuator 510 is provided, which is preferably designed as a piezoelectric actuator 510.
  • an electromagnetic actuator is also applicable.
  • the piezoactuator 510 drives a one-piece, preferably integral, nozzle needle 110 hydraulically directly (see also FIG Fig. 2 ).
  • the nozzle needle 110 may also be formed in two or more parts and / or be configured to open outwardly in the injector 1.
  • the injector body 500 has a high-pressure-side fluid connection (not illustrated) for the fuel to be injected, the fluid connection being in fluid communication with a high-pressure bore 502 formed in the injector body 500.
  • the injector 1 is hydraulically connectable to a high-pressure fluid circuit (not shown).
  • the high-pressure bore 502 supplies the nozzle assembly 10 and thus a nozzle chamber 102 of the injector 1 with fuel under high pressure, z. B. a so-called rail pressure (common rail system).
  • rail pressure common rail system
  • the nozzle assembly 10 has a nozzle body 100 with at least one spray hole (not shown) in its nozzle 104 and the nozzle chamber 102, wherein the nozzle needle 110 is arranged displaceably in the nozzle chamber 102 and stored in sections.
  • the nozzle needle 110 is pressed via an energy storage 114, preferably a nozzle needle spring 114, in the direction of its nozzle needle seat inside in the nozzle 104 in order to be securely closed even in an electrically non-energized state of the piezoelectric actuator 510.
  • the nozzle needle 110 is either pressed into its nozzle needle seat or moves away from the nozzle needle seat, whereby fuel can be injected.
  • the nozzle assembly 10 further accommodates a control assembly 20 located between the nozzle body 100 and the injector assembly 50 for actuating the nozzle needle 110 based on elongation of the piezoactuator 510 in response to its energy or charge, that is, an electrical voltage applied thereto.
  • the Fig. 2 shows the components of the control assembly 20 for a direct hydraulic coupling by an elongation movement of the piezoelectric actuator 510 and thereby caused movement of the nozzle needle 110.
  • the piezoelectric actuator 510 has for this purpose a bottom plate 512 with a preferably one-piece Betsch Trentsfortsatz in direct mechanical contact with a transmission pin 214 is fitted and / or paired with a very small clearance in a pin bore 212 of an intermediate plate 210 of the control assembly 20.
  • a mating clearance of the transmission pin 214 in the pin bore 212 is chosen to be so small, e.g. B. about 1 micron, that even at a high Rail pressure of up to over 2,500 bar only a small fuel leakage at the transfer pin 214 occurs.
  • the pin bore 212 connects a first control chamber 22, which is also referred to as a piston control chamber 22 and in which a slightly lower fuel pressure than the actual rail pressure prevails, with a leakage chamber 52 of the injector 1, which is preferably in an ambient pressure in permanent fluid communication.
  • the leakage chamber 52 is preferably in fluid communication with a leakage connection 504 of the injector 1.
  • the first control chamber 22 communicates through a connecting bore 14 in a section of the control assembly 20 with a second control chamber 12, the so-called needle control chamber 12, preferably in permanent fluid communication.
  • a slightly lower fuel pressure prevails than the rail pressure, wherein the pressures in the control chambers 12, 22 are substantially the same, at least when the injector 1 is closed.
  • a fluid throttle (not shown) may be provided, which is preferably formed in a separate plate 230 of the control module 20.
  • a stroke (elongation) of the piezoelectric actuator 510 is transmitted by means of the transmission pin 214, which is also referred to as leakage pin 214, to a control piston 300, which is fitted and / or paired into a control bore 400 of a control plate 220 of the control module 20.
  • the transmission pin 212 engages on / in the first control chamber 22 at an upper end face of the control piston 300, wherein the control piston 300 is supported on an inner end face by an energy storage device 224, preferably designed as a spiral spring 224.
  • At the inner end face and an underside of the control piston 300 there is preferably substantially rail pressure, this area preferably is in permanent fluid communication through a communication bore 232 with the nozzle space 102.
  • control piston 300 is designed as a sleeve 300 which is closed on the upper side (side of the first control chamber 22) and in the interior 340 of which the spring element 224 for returning the control piston 300 protrudes. It is of course possible to form the control piston 300 as a solid cylinder, in which case the spring element 224 acts on an underside of the control piston 300, and the spring element 224 z. B. may be stored in a bore in the plate 230. Mixed forms between the illustrated sleeve-shaped control piston 300 and a control piston 300 as a solid cylinder are of course possible.
  • the second control chamber 12 is formed by an end face of an upper longitudinal end portion 112 of the nozzle needle 110, the so-called needle piston 112, a wall of a needle bore 122 in an upper guide 120 of the nozzle needle 110, preferably a nozzle needle sleeve 120, and a lower end face of the plate 230.
  • the needle piston 112 of the nozzle needle 110 is facing away from a nozzle needle tip of the nozzle needle 110 or the nozzle 104 of the nozzle body 100.
  • a pressure drop is generated in the first control chamber 22, which via the connection bore 14 and possibly delayed by the optional fluid throttle in the plate 230 on the upper end face of the nozzle needle 110 is transmitted in the second control room 12. If this pressure drop exceeds a certain value, the nozzle needle 110 opens and there is an injection of fuel (shot).
  • a stroke of the nozzle needle 110 can be controlled or regulated by opening the nozzle needle 110 via a variation of the stroke of the piezoactuator 510.
  • the stroke of the piezo actuator 510 can be changed by a variation of its intrinsic electrical energy.
  • the aim of the invention is to ensure the lowest possible shot / shot scattering of the injections.
  • An influence on a self-adjusting fluid pressure in the control chamber 12, 22 have to a large extent the control piston 300 (in general: piston 300) and the control bore 400 (in general: fluid line 400).
  • Possible positions of the control piston 300 in the control bore 400 are substantially a concentric, an eccentric and a tilted position. Due to these different positions of the control piston 300, the flow resistances in the control bore 400 change due to a position resulting from the respective position Gap geometry significant.
  • the flow of fluid through the sealing gap 222 at a maximum eccentric position of the control piston 300 is increased by a factor of about 2.5 in comparison to its concentric position. At a maximum tilted position of the control piston 300, this factor is only about 0.5. Ie.
  • a fivefold amount of fluid per unit of time can flow than at a maximum tilted position (in the case of an injector 1). This has a significant effect on the adjusting in the injection pauses pressures in the control chambers 12, 22, in particular the first control chamber 22nd
  • the solution according to the invention for this problem consists in using a geometry of the control piston 300 (cf. Fig. 3 to 23 ) and / or a geometry of the control bore 400 (see. FIGS. 24 and 25 ) to influence a position of the control piston 300 in the control bore 400 influence. This is preferably done in such a way that primarily a safe eccentric and no concentric and no tilted position of the control piston 300 in the control bore 400 is sought. Secondarily, in this safe eccentric position, a flow of the fluid (here: fuel) through a self-adjusting sealing gap 222 should be comparatively low.
  • the corresponding geometry or the corresponding geometries are chosen such that a center line 302 of the control piston 300 is set parallel to a center line 402 of the control bore 400, wherein the two center lines 302, 402 are not aligned, but spaced from each other, in particular not maximum spaced from each other, are.
  • control piston 300 is modified on its lateral surface 304 and / or the control bore 400 on its inner surface 404 such that a resultant lateral force on the control piston 300, which ensures an eccentric preferred position of the control piston 300 in the control bore 400.
  • a modification is preferably performed by a fluid path 310, 410 on / in the control piston 300 and / or on / in the control bore 400 which opens on the control piston 300 (opening 312, 412).
  • the fluid path 310, 410 can be a groove, z. B. a circumferential groove and / or a longitudinal groove, a facet, z. B. a peripheral facet and / or a Leksfacette, a WegNeillung and / or a fluid connection, such as a bore, a through-bore and / or an intersection, etc., or any combination thereof. All of these terms are to be subsumed in accordance with this specification under the term recess, in the sense of deviation from a primary geometry of the control piston 300 and the control bore 400.
  • the primary geometry of the control bore 400 and the control piston 300 is the shape of a (hollow) cylinder or a (hollow) cone.
  • the control piston 300 may be a part or section of another component, for. B. a needle piston 112 of a nozzle needle 110, a valve body or a part or portion thereof, etc. This applies analogously to the control bore 400, which does not necessarily have to be set up in the control plate 220.
  • An opening 312, 412 of the fluid path 310, 410 constituted by one or a plurality of recesses 320, 322; 422, 426, is designed such that the center lines 302, 402 of the control piston 300 and the control bore 400 are substantially parallel to each other.
  • the lateral force generated by the fluid passing through the opening 312, 412 acts on the control piston 300 substantially longitudinally on the control piston 300, so that substantially no tilting moment on Control piston 300 is created.
  • This can have the consequence that the opening 312, 412 itself is not provided centrally on the control piston 300 (see. Fig. 5 ), since the pressure conditions in the sealing gap 222 change from the high to the low pressure side, wherein the sealing gap 222 acts as a fluid throttle.
  • the fluid path 310, 410 of the control piston 300 and / or the control bore 400 with the high-pressure side (FIG. 3 to 24 ) or with the low-pressure side ( Fig. 25 ) are in fluid communication.
  • the fluid communication of the fluid path 310, 410 with the low pressure side is a hydraulic reversal of the fluid communication of the fluid path 310, 410 with the high pressure side.
  • an overpressure at the opening 312, 412 on the control piston 300 ensures a parallel offset of the control piston 300 relative to the control bore 400.
  • An essential design feature is that on / in the lateral surface 304 of the control piston 300 on one side one or a plurality of recesses 320 - fluid path 310 or a portion thereof - are introduced in possibly different geometries. These recesses 320 lead to the asymmetrical pressure distribution in the sealing gap 222, so that the resulting lateral force arises, which brings the control piston 300 in its eccentric preferred position. - Since a piston interior 340 and a bottom of the control piston 300 with substantially the rail pressure of the injector 1, a pressure prevails in the fluid path 310 substantially at a level of the rail pressure.
  • a width (circumferential direction of the control piston 300) and height (longitudinal direction of the control piston 300) and an axial position of the opening 312 determine the hydraulic lateral force on the control piston 300.
  • An advantageous and possibly 'optimal' design for the injector 1 provides a hydraulic lateral force which permanently positions eccentrically the control piston 300 (the side force is higher than a sum of possible 'disturbing' forces, such as a lateral force from the spring element 224), whereby the lateral force on the control piston 301 is preferably comparatively small. especially minimal, is or remains.
  • first embodiment of the invention as a recess 320 in the circumferential and longitudinal direction of the control piston 300 extending groove 324 in the lateral surface 304 of the control piston 300 is introduced (outer recess 320).
  • the circumferential groove 324 passes through a fluid connection 330, in particular a through-bore 332, in fluid communication with the piston interior 340, which preferably radially connects a bottom of the circumferential groove 324 with the piston interior 340.
  • the bottom of the circumferential groove 324 may, as in Fig. 4 to see, have a radius of z. B. is greater than that of the control piston 300.
  • the floor can also be level (cf. Fig. 13 ).
  • a boundary of the circumferential groove 324 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.
  • two fluid connections 330 in particular two through holes 332, in a wall of the control piston 300, preferably in the radial direction, introduced.
  • the through holes 332 are located on one side of the control piston 300, and an angle of their center lines is preferably less than 120 °, in particular less than 90 ° and particularly preferably less than 45 °.
  • the boundaries of the through-bores 332 on the lateral surface 304 together form the opening 312 of the fluid path 310. It is, of course, possible to provide only one or a plurality of through-bores through the wall of the control piston 300.
  • the fluid path 310 comprises an outer recess 320 which is formed as a longitudinal facet 326 or longitudinal groove 326.
  • a surface 326 is ground or introduced to the control piston 300 over a certain length and width (circumferential direction of the control piston 300), which to the side of the rail pressure but z. B. also to the side of the first control chamber 22 (not shown, see FIG. Fig. 25 ) is open.
  • a bottom of the longitudinal facet 326 or longitudinal groove 326 may, as in Fig. 10 to see, to be just, but also a radius analogous to Fig. 4 can be applied.
  • a boundary of the longitudinal groove 326 or longitudinal facet 326 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.
  • the fluid path 310 in each case from the side of the rail pressure of the control piston 300 has a narrow outer recess 320 which is formed as a L Lucasstheticsnut 326 in the lateral surface 304 of the control piston 300.
  • the respective longitudinal connection groove 326 opens into an outer recess 320 which is designed in each case as a circumferential groove 324.
  • the fourth embodiment is characterized in that a bottom of the circumferential groove 324 is flat ( Fig. 13 ), whereas in the fifth embodiment, a bottom of the circumferential groove 324 has a radius ( Fig. 16 ), which in turn may be larger than that of the control piston 300.
  • the circumferential groove 324 of the fifth embodiment covers a larger area outside of the control piston 300 than the circumferential groove 324 of the fourth embodiment. In the first case, the circumferential groove 324 covers approximately 90 ° and in the second case approximately 30-45 °. Further, the Lijnstheticsnut 326 may not be as deep, equal deep or deeper worked into the wall of the control piston 300 as the circumferential groove 324 in the adjacent area.
  • the fluid path 310 includes an outer recess 320, which is formed as a circumferential groove 324.
  • a bottom of the circumferential groove 324 in turn has a radius (see above), but in turn may be flat.
  • the bottom of the circumferential groove 324 is in fluid communication with the piston interior 340 via an intersection 334 formed as a fluid connection 330.
  • the intersection 334 is produced by a longitudinal groove 322, which is constituted as an internal recess 322, in the piston interior 340.
  • the fluid communication 330 of the rail side circumferential groove 324 is made by the intersection 324 with the longitudinal groove 322 in the longitudinal direction of the spool 300 on an inner side of the spool 300.
  • a boundary of the circumferential groove 324 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.
  • the fluid path 310 comprises a recess 328 or a recess 328 of a wall of the control piston 300, ie a piston shaft of the control piston 300 is shortened on one side over a specific circular segment.
  • a limitation of Wegappelung 328 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310th
  • control pistons 300 which are not hollow drilled. In such a case, if necessary, a preferably small bore must be introduced into the control piston 300.
  • these features can be applied to other mating and / or mating games in the injector 1, z. B. on the transmission pin 214 in the pin bore 212, to the nozzle needle 110 in the nozzle needle sleeve 120, etc., are applied, which in particular a leakage balance (inflow equal inflowing) and thus also affect a resulting pressure in the control chamber 12, 22.
  • the invention is generally applicable to hydraulic coupling elements 300, i. H. the control piston 300 is formed as a hydraulic coupling element 300.
  • the fluid path 410 of the control bore 400 comprises an inner recess 422, which is formed as a longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426.
  • a surface 426 or recess 426 is ground or introduced into the inner surface 404 of the control bore 400 over a certain length and width (circumferential direction of the control bore 400), which is open to the side of the rail pressure.
  • this can also be to the side of the first control chamber 22 (not shown, cf. Fig. 25 ) be open.
  • a bottom of the longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426 may be as shown in FIG Fig. 10 to see, to be just, but also a radius analogous to Fig. 4 can be applied, wherein the radius is preferably smaller than that of the control bore 400.
  • a boundary of the longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426 on the inner surface 404 forms the opening 412 of the fluid path 410 of the control bore 400 on the control piston 300.
  • the fluid path 410 of the control bore 400, an inner recess 422, which is formed as a narrow longitudinal groove 426 and the side of the first control chamber 22 is open.
  • a limitation of the longitudinal groove 426 on the inner surface 404 essentially forms the opening 412 of the fluid path 410 of the control bore 400 on the control piston 300.
  • Inner recess 422 is in such a way, in particular in the longitudinal direction of the control bore 400 running established that results in an asymmetric pressure distribution of the fluid on the control piston 300, wherein the control piston 300 is sucked in the direction of the opening 412 of the fluid path 410 or from one of these opposite side of the fluid pressure is pressed in the sealing gap 222.
  • Such hydraulically reversed embodiments of the invention are generally applicable.
  • the pressure conditions on the control piston 300 in the radial direction of the control piston 300 at least qualitatively reverse. Ie. a pressure and a suction side on the control piston 300 change positions.
  • this means that the fluid path 310 of the control piston 300 is open to the low pressure side and opens in the sealing gap 222 on the control piston.
  • a fluid connection to the piston interior 340 is to be avoided.
  • a simple, not shown embodiment of the invention is a pressure channel through a solid cylinder designed as a control piston 300.
  • z. B two in the control piston 300 blind holes arranged. One bore extends axially from the low pressure side into the control piston 300 and the other radially extends toward and intersects this first bore within the control piston 300.
  • the injector 1 a pressure channel from the low pressure side on one side in / on the sealing gap 222 between the control piston 300 and the control bore 400.
  • This embodiment is of course hydraulically reversible, the first blind hole instead of coming from the low pressure side, now from the High pressure side is set in the control piston 300. In a fully rotationally symmetrical control piston 300, this can simply be turned over to get from this embodiment to the other embodiment.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere eine Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung für einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für ein Direkteinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a piston-fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of an internal combustion engine.

Die DE 10 2011 079 468 A1 offenbart eine Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung für einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für ein Direkteinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, bei der ein in eine Fluidleitung eingepasster oder eingepaarter Kolben der Kolben-Fluidleitung-Anordnung mittels eines durch die Fluidleitung hindurchtretenden Fluids hydraulisch seitwärts positionierbar ist.The DE 10 2011 079 468 A1 discloses a piston fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle, in which a piston of the piston-fluid line arrangement fitted or paired into a fluid line by means of a fluid passing through the fluid line hydraulically positioned sideways.

Strenger werdende, gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge machen es erforderlich, mittels Kraftstoffinjektoren eine verbesserte Gemischaufbereitung in den Zylindern der Verbrennungsmotoren zu erzielen. Bei derzeitigen Injektoren erfolgt eine Steuerung einer Einspritzung von Kraftstoff mittels einer Düsennadel, die im Injektor verschieblich gelagert ist und einen Öffnungsquerschnitt oder ein bzw. eine Mehrzahl von Spritzlöchern einer Düsenbaugruppe des Injektors in Abhängigkeit ihres Hubs freigibt und wieder verschließt. Eine Ansteuerung der Düsennadel erfolgt beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Aktors, welcher die Düsennadel hydraulisch oder mechanisch betätigt.Stricter legal regulations regarding permissible pollutant emissions from internal combustion engines for motor vehicles make it necessary to achieve improved mixture preparation in the cylinders of internal combustion engines by means of fuel injectors. In current injectors, fuel injection is controlled by means of a nozzle needle which is slidably mounted in the injector and releases and re-closes an opening cross-section or one or a plurality of spray holes of a nozzle assembly of the injector in response to its stroke. A control of the nozzle needle, for example, by means of a piezoelectric actuator, which actuates the nozzle needle hydraulically or mechanically.

Um die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors zu senken und dessen Verbrauch dabei so gering wie möglich zu halten, ist es wünschenswert, eine möglichst optimale Verbrennung innerhalb der Zylinder des Verbrennungsmotors zu erzielen. Für eine gute Prozessführung bzw. eine Steuerung/Regelung einer Verbrennung in den Zylindern ist es notwendig, den einzuspritzenden Kraftstoff volumetrisch und zeitlich möglichst exakt dosieren zu können, um zu einem jedem Zeitpunkt eine möglichst optimale Verbrennung und/oder eine möglichst vollständige Regenerierung eines Partikelfilters des Kraftfahrzeugs zu erreichen, da Drehmomentanforderungen des Verbrennungsmotors in Einspritzmengen umgerechnet werden, welche wiederum mit einer Einspritzdauer in Abhängigkeit eines Einspritzdrucks, eines Hubs der Düsennadel und einer Geometrie des Injektors korrelieren.In order to reduce the pollutant emissions of the internal combustion engine and to keep its consumption as low as possible, it is desirable to maximize combustion within the Cylinder of the internal combustion engine to achieve. For good process control or control / regulation of combustion in the cylinders, it is necessary to be able to dose the fuel to be injected volumetrically and in terms of time as accurately as possible in order to maximize combustion and / or complete regeneration of a particulate filter at any given time To achieve motor vehicle, since torque requirements of the internal combustion engine are converted into injection quantities, which in turn with an injection period in Dependence of an injection pressure, a stroke of the nozzle needle and a geometry of the injector correlate.

Eine Abweichung einer Ist-Einspritzmenge - ein sogenannter Shot - von einer Soll-Einspritzmenge des Injektors hat immer eine negative Auswirkung auf eine Verbrennung, also die dadurch entstehenden Schadstoffemissionen, und meist auch einen Verbrauch des Verbrennungsmotors. Insbesondere für direkt einspritzende Injektoren gelten hohe Anforderungen an eine Genauigkeit der Einspritzmengen und eine Stabilität eines Stahlbilds unter allen Betriebsbedingungen und über eine gesamte Lebensdauer des Injektors hinweg. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf kleine Einspritzmengen bei einem Mehrfach-Einspritz-Modus mit den dort verbundenen kurzen Einspritzabständen und/oder in einem Teilhubmodus einer Düsennadel.A deviation of an actual injection quantity-a so-called shot-from a desired injection quantity of the injector always has a negative effect on combustion, that is to say the resulting pollutant emissions, and usually also consumption of the internal combustion engine. In particular, for direct injection injectors high demands on an accuracy of the injection quantities and a stability of a steel image under all operating conditions and over a lifetime of the injector away. This applies in particular with regard to small injection quantities in a multiple injection mode with the short injection intervals associated therewith and / or in a partial stroke mode of a nozzle needle.

Um bei einem modernen Injektor möglichst geringe Shot/Shot-Streuungen zu gewährleisten ist es erforderlich, einen Fluiddruck in einem Steuerraum des Injektors während einer Einspritzpause in Abhängigkeit eines Raildrucks möglichst exakt einzuhalten. Dieser Druck stellt sich in Abhängigkeit von Strömungswiderständen in den einzelnen Leckagepfaden (zuströmend und abströmend) des Injektors ein. Da ein Strömungswiderstand eines Steuerkolbens (Kolben) des Injektors, welcher in einer Steuerbohrung (Fluidleitung) mit einer definierten Passung eingepaart ist, von einer Positionierung des Kolbens (zentrisch, exzentrisch, gekippt) in der Steuerbohrung abhängig ist, ergibt sich ein Einfluss auf einen sich einstellenden Steuerraumdruck und somit auf eine Einspritzmenge. Stochastische Schwankungen dieses Drucks bedingt durch wechselnde Positionierungen des Steuerkolbens in der Steuerbohrung führen zu erhöhten stochastischen Schwankungen der Einspritzmengen, d. h. zu erhöhten Shot/Shot-Streuungen.In order to ensure the lowest possible Shot / Shot scattering in a modern injector, it is necessary to maintain a fluid pressure in a control chamber of the injector as accurately as possible as a function of a rail pressure during an injection break. This pressure arises as a function of flow resistance in the individual leakage paths (inflow and outflow) of the injector. Since a flow resistance of a control piston (piston) of the injector, which is in a control bore (fluid line) with a defined fit is dependent on a positioning of the piston (centric, eccentric, tilted) in the control bore, there is an impact on one adjusting control chamber pressure and thus to an injection quantity. Stochastic fluctuations of this pressure due to changing positioning of the control piston in the control bore lead to increased stochastic fluctuations of the injection quantities, d. H. to increased shot / shot spreads.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Fluiddruck in einem Fluidraum mittels eines Kolbens in einer Fluidleitung reproduzierbar einzustellen, wobei eine Position des Kolbens in der Fluidleitung reproduzierbar eingerichtet werden soll. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Fluiddruck in einem Steuerraum eines Injektors, insbesondere eines Kraftstoffinjektors, während einer Einspritzpause in Abhängigkeit eines Raildrucks möglichst exakt einzustellen bzw. einzuhalten. So sollen z. B. Shot/Shot-Streuungen, insbesondere für einen hydraulisch direkt angetriebenen Injektor, verbessert werden. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen entsprechend verbesserten Injektor anzugeben.It is an object of the invention to reproducibly adjust a fluid pressure in a fluid space by means of a piston in a fluid line, wherein a position of the piston in the fluid line is to be set reproducibly. Especially It is an object of the invention to set or maintain a fluid pressure in a control chamber of an injector, in particular a fuel injector, as accurately as possible during an injection pause as a function of a rail pressure. So z. B. Shot / Shot scattering, especially for a hydraulically directly driven injector can be improved. Furthermore, it is an object of the invention to provide a correspondingly improved injector.

Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere einer Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung für einen Injektor, insbesondere einen Kraftstoffinjektor für ein Direkteinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1; und mittels eines Injektors, insbesondere eines Kraftstoffinjektors für ein Direkteinspritzsystem eines Verbrennungsmotors, gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung der Erfindung.The object of the invention is by means of a piston-fluid line arrangement, in particular a control piston control bore arrangement for an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of a motor vehicle, according to claim 1; and by means of an injector, in particular a fuel injector for a direct injection system of an internal combustion engine, according to claim 11 solved. Advantageous developments, additional features and / or advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of the invention.

Die erfindungsgemäße Kolben-Fluidleitung-Anordnung umfasst einen in eine Fluidleitung eingepassten und/oder eingepaarten Kolben, welcher durch ein durch die Fluidleitung hindurchtretendes Fluid hydraulisch seitwärts positionierbar ist, wobei gemäß der Erfindung eine Geometrie des Kolbens und/oder eine Geometrie der Fluidleitung derart ausgestaltet ist bzw. sind, dass der Kolben vom Fluid in der Fluidleitung exzentrisch positionierbar ist und/oder positioniert wird. Die Geometrie des Kolbens ist bevorzugt eine sekundäre Geometrie, wobei eine primäre Geometrie des Kolbens bevorzugt zylinderförmig ist. Ebenso ist die Geometrie der Fluidleitung bevorzugt eine sekundäre Geometrie, wobei eine primäre Geometrie der Fluidleitung ebenfalls bevorzugt zylinderförmig ist. - Der erfindungsgemäße Injektor weist eine erfindungsgemäße Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere eine erfindungsgemäße Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung auf.The piston-fluid line arrangement according to the invention comprises a piston fitted and / or paired into a fluid line which can be hydraulically positioned sideways by a fluid passing through the fluid line, wherein according to the invention a geometry of the piston and / or a geometry of the fluid line is configured or are that the piston is positioned eccentrically and / or positioned by the fluid in the fluid line. The geometry of the piston is preferably a secondary geometry, wherein a primary geometry of the piston is preferably cylindrical. Likewise, the geometry of the fluid line is preferably a secondary geometry, wherein a primary geometry of the fluid line is also preferably cylindrical. - The injector according to the invention comprises a piston-fluid line arrangement according to the invention, in particular a control piston control bore arrangement according to the invention.

In Ausführungsformen der Erfindung ist bzw. sind die bevorzugt sekundäre Geometrie des Kolbens und/oder die bevorzugt sekundäre Geometrie der Fluidleitung derart ausgestaltet, dass eine Mittellinie des Kolbens vom Fluid im Wesentlichen parallel gegenüber einer Mittellinie der Fluidleitung positionierbar ist und/oder positioniert wird. Ferner kann bzw. können die Geometrie/n derart gewählt sein, dass ein Durchfluss des Fluids zwischen dem Kolben und der Fluidleitung (Dichtspalt) größer ist als ein Durchfluss bei einer konzentrischen Lage des Kolbens in der Fluidleitung. In diesem Fall ist es möglich, den Durchfluss des Fluids zwischen dem Kolben und der Fluidleitung als einen im Wesentlichen maximalen Durchfluss einzustellen. Hierbei nimmt der Kolben eine im Wesentlichen stark exzentrische Position gegenüber der Fluidleitung ein. Eine solche Ausführungsform kann bei manchen Anwendungen von Vorteil sein, wobei ein maximaler Kleinstdurchfluss bei einer gegebenen Passung oder Paarung vom Kolben und der Fluidleitung eingestellt wird.In embodiments of the invention, the preferred secondary geometry of the piston and / or the preferred secondary geometry of the fluid conduit is configured such that a centerline of the piston is positionable and / or positioned by the fluid substantially parallel to a centerline of the fluid conduit. Furthermore, the geometry (s) may be selected such that a flow of the fluid between the piston and the fluid line (sealing gap) is greater than a flow in the case of a concentric position of the piston in the fluid line. In this case, it is possible to set the flow of the fluid between the piston and the fluid line as a substantially maximum flow. In this case, the piston assumes a substantially highly eccentric position relative to the fluid line. Such an embodiment may be advantageous in some applications wherein a maximum minimum flow rate for a given fit or pairing is adjusted by the piston and the fluid line.

In Ausführungsformen der Erfindung ist bzw. sind die bevorzugt sekundäre Geometrie des Kolbens und/oder die bevorzugt sekundäre Geometrie der Fluidleitung derart ausgestaltet, dass in einem Dichtspalt zwischen einer Mantelfläche des Kolbens und einer Innenfläche der Fluidleitung eine asymmetrische Druckverteilung des Fluids einstellbar ist und/oder eingestellt wird. Ferner kann bzw. können die Geometrie/n derart gewählt sein, dass in der Mantelfläche des Kolbens und/oder der Innenfläche der Fluidleitung ein Fluidpfad vorgesehen ist, mittels welchem die asymmetrische Druckverteilung des Fluids im Dichtspalt einstellbar ist und/oder eingestellt wird.In embodiments of the invention, the preferred secondary geometry of the piston and / or the preferred secondary geometry of the fluid conduit is or are configured such that in a sealing gap between a lateral surface of the piston and an inner surface of the fluid line an asymmetric pressure distribution of the fluid is adjustable and / or is set. Furthermore, the geometry (s) may be selected such that a fluid path is provided in the lateral surface of the piston and / or the inner surface of the fluid line, by means of which the asymmetrical pressure distribution of the fluid in the sealing gap is adjustable and / or adjusted.

Darüber hinaus kann bzw. können die Geometrie/n derart gewählt sein, dass in der Mantelfläche des Kolbens und/oder der Innenfläche der Fluidleitung der Fluidpfad derart vorgesehen ist, dass mittels des Fluids eine Seitenkraft auf den Kolben ausübbar ist und/oder ausgeübt wird. - Die asymmetrische Druckverteilung des Fluids im Dichtspalt hat die Seitenkraft des Fluids auf den Kolben zur Folge, wobei die Seitenkraft derart am Kolben angreifen soll, d. h. die asymmetrische Druckverteilung am Kolben derart eingerichtet werden soll, dass die Mittellinie des Kolbens gegenüber der Mittellinie der Fluidleitung parallel eingerichtet und parallel verschoben ist.In addition, the geometry (s) may be selected such that the fluid path is provided in the lateral surface of the piston and / or the inner surface of the fluid line such that a lateral force can be exerted and / or exerted on the piston by means of the fluid. - The asymmetric pressure distribution of the fluid in the sealing gap has the lateral force of the fluid to the piston result, the side force to attack on the piston so, ie the asymmetric pressure distribution on the piston should be set up so that the center line of the piston with respect to the center line of the fluid line is set up parallel and parallel.

Der Fluidpfad kann gemäß der Erfindung derart ausgebildet sein, dass der Kolben über betreffende Betriebszustände hinweg in einer exzentrischen Position dauerhaft sicher positioniert ist und dabei der Durchfluss des Fluids durch den Dichtspalt hindurch vergleichsweise klein ist. Gewünscht ist bei gegebener Druckdifferenz am Kolben primär ein möglichst konstanter und sekundär ein möglichst geringer Durchfluss von Fluid durch den Dichtspalt. Eine größere Exzentrizität des Kolbens bedeutet auch einen größeren Durchfluss von Fluid durch den Dichtspalt, daher ist es bevorzugt, eine sichere exzentrische Position anzustreben, bei welcher der Durchfluss des Fluids durch den entstandenen Dichtspalt vergleichsweise klein ist. D. h. es wird eine vergleichsweise geringe, aber über die Zeit hinweg geometrisch konstante exzentrische Position des Kolbens in der Fluidleitung angestrebt.According to the invention, the fluid path can be designed in such a way that the piston is permanently securely positioned in an eccentric position over relevant operating states and the flow of the fluid through the sealing gap is comparatively small. For a given pressure difference on the piston, it is primarily desired to have a flow that is as constant as possible and, secondarily, the lowest possible flow of fluid through the sealing gap. A larger eccentricity of the piston also means a larger flow of fluid through the sealing gap, therefore, it is preferable to aim for a safe eccentric position, in which the flow of the fluid through the resulting sealing gap is comparatively small. Ie. it is a comparatively small, but over time geometrically constant eccentric position of the piston in the fluid line sought.

Gemäß der Erfindung kann der Fluidpfad am/im Kolben und/oder an/in der Fluidleitung vorgesehen sein. Nachfolgende Erläuterungen beziehen sich hauptsächlich auf den Kolben und sind dort, wo es sinnvoll erscheint, auch auf die Fluidleitung übertragbar. - So kann der Fluidpfad am/im Kolben derart eingerichtet sein, dass er mit einer Hochdruckseite oder einer Niederdruckseite des Kolbens in Fluidkommunikation bringbar ist. Hierbei drückt das Fluid im Fluidpfad den Kolben von einer Öffnung des Fluidpfads am/im Kolben weg, bzw. das Fluid im Dichtspalt drückt den Kolben auf eine Öffnung des Fluidpfads am/im Kolben zu. - Unter der Niederdruckseite soll ein Stirnbereich des Kolbens verstanden sein, in welchem ein geringerer Fluiddruck als an der Hochdruckseite des Kolbens herrscht. Dieser Druckunterschied kann auch nur wenige bar betragen, wobei auf der Niederdruckseite durchaus ein Fluidhochdruck herrschen kann.According to the invention, the fluid path can be provided on / in the piston and / or on / in the fluid line. The following explanations relate mainly to the piston and are, where appropriate, also applicable to the fluid line. Thus, the fluid path on / in the piston can be arranged such that it can be brought into fluid communication with a high-pressure side or a low-pressure side of the piston. In this case, the fluid in the fluid path pushes the piston away from an opening of the fluid path on / in the piston, or the fluid in the sealing gap presses the piston toward an opening of the fluid path on / in the piston. - Under the low pressure side should be understood an end region of the piston, in which there is a lower fluid pressure than on the high pressure side of the piston. This pressure difference can be only a few bar, which can certainly prevail on the low pressure side, a fluid high pressure.

D. h. für den ersten Fall, also der Fluidverbindung des Fluidpfads mit der Hochdruckseite des Kolbens, dass das Fluid imIe. in the first case, ie the fluid connection of the fluid path with the high-pressure side of the piston, that the fluid in the

Fluidpfad den Kolben von der Öffnung des Fluidpfads weg in Richtung eines diesen radial gegenüberliegenden Bereichs der Innenfläche der Fluidleitung drückt. Und für den zweiten Fall, also der Fluidverbindung des Fluidpfads mit der Niederdruckseite des Kolbens, dass das Fluid im Dichtspalt den Kolben in Richtung der Öffnung des Fluidpfads an einen der Öffnung direkt gegenüberliegenden Bereich der Innenfläche der Fluidleitung drückt.Fluid path pushes the piston away from the opening of the fluid path in the direction of a radially opposite region of the inner surface of the fluid line. And for the second case, ie the fluid connection of the fluid path with the low-pressure side of the piston, the fluid in the sealing gap presses the piston in the direction of the opening of the fluid path to a region of the inner surface of the fluid line directly opposite the opening.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Fluidpfad eine Ausnehmung am/im Kolben aufweisen, wobei die Ausnehmung insbesondere eine Nut oder Facette ist, welche abschnittweise in Umfangsrichtung und/oder abschnittweise in Längsrichtung des Kolbens verläuft. Ein Boden der Ausnehmung kann eben oder gebogen sein, d. h. der Boden der Ausnehmung weist z. B. einen Radius auf. Solche Ausführungsformen sind vergleichsweise einfach auf die Fluidleitung übertagbar. - Ferner kann der Fluidpfad eine Fluidverbindung von einem Inneren und einem Äußeren des Kolbens aufweisen, wobei die Fluidverbindung insbesondere eine Bohrung, bevorzugt eine Durchgangsbohrung, und/oder eine Verschneidung, bevorzugt einer inneren und äußeren Ausnehmung des Kolbens, ist.In preferred embodiments of the invention, the fluid path can have a recess on / in the piston, wherein the recess is in particular a groove or facet, which extends in sections in the circumferential direction and / or in sections in the longitudinal direction of the piston. A bottom of the recess may be flat or curved, d. H. the bottom of the recess has z. B. a radius. Such embodiments are relatively easy to be transferred to the fluid line. Furthermore, the fluid path can have a fluid connection from an interior and an exterior of the piston, wherein the fluid connection is in particular a bore, preferably a through-bore, and / or an intersection, preferably an inner and outer recess of the piston.

In Ausführungsformen der Erfindung kann der Fluidpfad außen am Kolben die Öffnung, eine Umfangsnut, eine Umfangsfacette, eine Längsnut und/oder eine Längsfacette aufweisen. Ferner kann der Fluidpfad wenigstens eine Bohrung von einer Außenseite des Kolbens zu einem Kolbeninnenraum umfassen. Darüber hinaus kann der Fluidpfad eine Verschneidung einer Außenausnehmung mit einer Innenausnehmung und/oder eine Wegnehmung an einem Längsendabschnitt des Kolbens aufweisen. - Gemäß der Erfindung kann der Kolben als ein Steuerkolben, ein Pin, ein Steuerpin oder ein Leckagepin ausgebildet sein. Bei Einsatz eines Kraftstoffs ist das Fluid bevorzugt ein Diesel- oder Benzinkraftstoff.In embodiments of the invention, the fluid path outside the piston may have the opening, a circumferential groove, a circumferential facet, a longitudinal groove and / or a longitudinal facet. Further, the fluid path may include at least one bore from an outside of the piston to a piston interior. In addition, the fluid path can have an intersection of an outer recess with an inner recess and / or a recess on a longitudinal end portion of the piston. - According to the invention, the piston may be formed as a control piston, a pin, a control pin or a leakage pin. When using a fuel, the fluid is preferably a diesel or gasoline fuel.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, einen Fluiddruck in einem Fluidraum mittels einer reproduzierbaren Kolbenposition in einer Fluidleitung einzustellen. Hierbei wird eine Position des Kolbens in der Fluidleitung mittels einer Geometrie des Kolbens und/oder der Fluidleitung eingestellt. Die Erfindung ist dabei gut auf Injektoren, insbesondere Kraftstoffinjektoren, anwendbar, wobei während einer Einspritzpause ein Fluiddruck in einem Steuerraum des Injektors gut einstellbar ist bzw. eingehalten werden kann. D. h. es verbessern sich die Shot/Shot-Streuungen des Injektors. Ferner wird eine Streuung in einer Serienfertigung bezogen auf eine Injektorfunktion verkleinert, und ein Anteil derjenigen Injektoren, welche geforderte Toleranzen in ihren Einspritzmengen nicht einhalten, kann reduziert werden. Somit kann auch ein Aufwand an notwendiger Nacharbeit verringert werden. Dies wirkt sich einzeln und in Summe in einer Verringerung der Herstellkosten aus.According to the invention, it is possible to adjust a fluid pressure in a fluid space by means of a reproducible piston position in a fluid line. This will be a position of Pistons set in the fluid line by means of a geometry of the piston and / or the fluid line. The invention is well applicable to injectors, in particular fuel injectors, wherein a fluid pressure in a control chamber of the injector is well adjustable or can be maintained during an injection pause. Ie. it improves the shot / shot scattering of the injector. Furthermore, a dispersion in a mass production based on an injector function is reduced, and a proportion of those injectors that do not meet required tolerances in their injection quantities, can be reduced. Thus, an expense of necessary rework can be reduced. This affects individually and in total in a reduction of the manufacturing costs.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Elemente oder Bauteile, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/oder Funktion besitzen, sind in verschiedenen Figuren (Fig.) der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. Elements or components which have an identical, univocal or analogous configuration and / or function are identified by the same reference numerals in different figures (FIG. 1) of the drawing.

In den schematischen Fig. der Zeichnung zeigen die Fig. 1 eine Längsseitenansicht eines erfindungsgemäßen Injektors für ein Common-Rail-Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, welche mittig und unten zentral geschnitten dargestellt ist; die Fig. 2 eine zentral geschnittene, oben und unten weggebrochen dargestellte, detaillierte Längsseitenansicht einer Steuerbaugruppe des Injektors aus Fig. 1, mit einem hydraulischen Direktantrieb einer Düsennadel; und die Fig. 3 bis 5 eine erste, die Fig. 6 bis 8 eine zweite, die Fig. 9 bis 11 eine dritte, die Fig. 12 bis 14 eine vierte, die Fig. 15 bis 17 eine fünfte, die Fig. 18 bis 20 eine sechste, und die Fig. 21 bis 23 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Fluidleitung-Anordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Steuerkolben-Steuerbohrung-Anordnung für einen Injektor. Eine jeweils erste Fig. der Ausführungsformen ist dabei eine geschnittene Seitenansicht und eine jeweils zweite Fig. eine geschnittene Draufsicht auf eine Steuerplatte des Injektors. Die jeweils dritte Fig. der Ausführungsformen ist dabei eine Perspektivansicht eines Steuerkolbens des Injektors. Ferner zeigen die Fig. 24 und 25 zwei Ausführungsformen einer Anwendung der Erfindung auf eine Fluidleitung.In the schematic Fig. The drawing show the Fig. 1 a longitudinal side view of an injector according to the invention for a common rail injection system of an internal combustion engine, which is shown centrally and centrally cut below; the Fig. 2 a centrally cut, broken away top and bottom, detailed longitudinal side view of a control assembly of the injector Fig. 1 , with a hydraulic direct drive of a nozzle needle; and the Fig. 3 to 5 a first, the Fig. 6 to 8 a second, the Fig. 9 to 11 a third, the Fig. 12 to 14 a fourth, the 15 to 17 a fifth, the Fig. 18 to 20 a sixth, and the Fig. 21 to 23 a seventh embodiment of a piston-fluid line arrangement according to the invention, in particular a control piston control bore arrangement according to the invention for an injector. A respective first Fig. The embodiments is a sectional side view and a respective second Fig. A sectional plan view of a control plate of the injector. The respectively Third Fig. The embodiments is a perspective view of a control piston of the injector. Furthermore, the show FIGS. 24 and 25 two embodiments of an application of the invention to a fluid line.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines piezoelektrisch betriebenen Common-Rail-Dieselinjektors 1 für einen Verbrennungsmotor näher erläutert (s. Fig. 1) . Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Dieselinjektoren 1 beschränkt, sondern kann z. B. auch auf Pumpe-Düse-Injektoren oder Benzininjektoren mit einer ein- oder mehrteiligen Düsennadel angewendet werden. Für Benzininjektoren typische Bezeichnungen können der Bezugszeichenliste entnommen werden. Ein einspritzbares Fluid kann ein Kraftstoff sein, es ist natürlich möglich, mittels eines erfindungsgemäßen Injektors 1 ein anderes Fluid, wie z. B. Wasser, ein Öl oder ein beliebiges anderes Prozessfluid einzuspritzen; d. h. der erfindungsgemäße Injektor 1 ist nicht auf die Automobilindustrie beschränkt.The invention is explained in more detail below with reference to a piezoelectrically operated common rail diesel injector 1 for an internal combustion engine (see FIG. Fig. 1 ). However, the invention is not limited to such diesel injectors 1, but can, for. B. also be applied to pump-nozzle injectors or gasoline injectors with a single or multi-part nozzle needle. For gasoline injectors typical names can be found in the list of reference numerals. An injectable fluid may be a fuel, it is of course possible by means of an injector 1 according to the invention, another fluid such. Water, an oil or any other process fluid; ie the injector 1 according to the invention is not limited to the automotive industry.

Die Fig. 1 zeigt den Injektor 1 im Wesentlichen in einem Schnittbild, wobei der Injektor 1 eine Düsenbaugruppe 10 und eine Injektorbaugruppe 50 umfasst. Die Düsenbaugruppe 10 und die Injektorbaugruppe 50 sind mittels einer Düsenspannmutter 60 fluiddicht aneinander festgelegt. Die Injektorbaugruppe 50 weist einen Injektorkörper 500 auf, in welchem ein Aktor 510 vorgesehen ist, der bevorzugt als Piezoaktor 510 ausgebildet ist. Es ist jedoch auch ein elektromagnetischer Aktor anwendbar. In vorliegendem Beispiel treibt der Piezoaktor 510 eine einteilige, bevorzugt integrale, Düsennadel 110 hydraulisch direkt an (s. auch Fig. 2) . Die Düsennadel 110 kann auch zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein und/oder nach außen öffnend im Injektor 1 eingerichtet sein.The Fig. 1 shows the injector 1 substantially in a sectional view, wherein the injector 1 comprises a nozzle assembly 10 and an injector assembly 50. The nozzle assembly 10 and the Injektorbaugruppe 50 are fluid-tight by means of a nozzle lock nut 60 together. The injector assembly 50 has an injector body 500, in which an actuator 510 is provided, which is preferably designed as a piezoelectric actuator 510. However, an electromagnetic actuator is also applicable. In the present example, the piezoactuator 510 drives a one-piece, preferably integral, nozzle needle 110 hydraulically directly (see also FIG Fig. 2 ). The nozzle needle 110 may also be formed in two or more parts and / or be configured to open outwardly in the injector 1.

Der Injektorkörper 500 weist einen hochdruckseitigen Fluidanschluss (nicht dargestellt) für den einzuspritzenden Kraftstoff auf, wobei der Fluidanschluss mit einer im Injektorkörper 500 ausgebildeten Hochdruckbohrung 502 in Fluidkommunikation steht. Durch den hochdruckseitigen Fluidanschluss ist der Injektor 1 mit einem Hochdruckfluidkreis (nicht dargestellt) hydraulisch verbindbar. Die Hochdruckbohrung 502 versorgt die Düsenbaugruppe 10 und somit einen Düsenraum 102 des Injektors 1 mit Kraftstoff unter Hochdruck, z. B. einem sogenannten Raildruck (Common-Rail-System). Im Düsenraum 102 herrscht während eines Betriebs des Injektors 1 im Wesentlichen immer ein aktualer Hoch- bzw. Höchstdruck.The injector body 500 has a high-pressure-side fluid connection (not illustrated) for the fuel to be injected, the fluid connection being in fluid communication with a high-pressure bore 502 formed in the injector body 500. Through the high-pressure side fluid connection the injector 1 is hydraulically connectable to a high-pressure fluid circuit (not shown). The high-pressure bore 502 supplies the nozzle assembly 10 and thus a nozzle chamber 102 of the injector 1 with fuel under high pressure, z. B. a so-called rail pressure (common rail system). In the nozzle chamber 102, during an operation of the injector 1, there is essentially always an actual high or maximum pressure.

Die Düsenbaugruppe 10 weist einen Düsenkörper 100 mit wenigstens einem Spritzloch (nicht dargestellt) in seiner Düse 104 und den Düsenraum 102 auf, wobei die Düsennadel 110 im Düsenraum 102 verschieblich angeordnet und abschnittsweise gelagert ist. Die Düsennadel 110 wird über einen Energiespeicher 114, bevorzugt eine Düsennadelfeder 114, in Richtung ihres Düsennadelsitzes innen in der Düse 104 gedrückt, um auch in einem elektrisch nicht bestromten Zustand des Piezoaktors 510 sicher geschlossen zu sein. Je nach einer Ansteuerung des Piezoaktors 510 wird die Düsennadel 110 entweder in ihren Düsennadelsitz gedrückt oder bewegt sich vom Düsennadelsitz weg, wodurch Kraftstoff einspritzbar ist.The nozzle assembly 10 has a nozzle body 100 with at least one spray hole (not shown) in its nozzle 104 and the nozzle chamber 102, wherein the nozzle needle 110 is arranged displaceably in the nozzle chamber 102 and stored in sections. The nozzle needle 110 is pressed via an energy storage 114, preferably a nozzle needle spring 114, in the direction of its nozzle needle seat inside in the nozzle 104 in order to be securely closed even in an electrically non-energized state of the piezoelectric actuator 510. Depending on a control of the piezoelectric actuator 510, the nozzle needle 110 is either pressed into its nozzle needle seat or moves away from the nozzle needle seat, whereby fuel can be injected.

Die Düsenbaugruppe 10 beherbergt ferner eine zwischen dem Düsenkörper 100 und der Injektorbaugruppe 50 befindliche Steuerbaugruppe 20 zum Ansteuern der Düsennadel 110 ausgehend von einer Längung des Piezoaktors 510 in Abhängigkeit von dessen Energie bzw. Ladung, also einer daran angelegten elektrischen Spannung. - Die Fig. 2 zeigt die Komponenten der Steuerbaugruppe 20 für eine direkte hydraulische Kopplung durch eine Längungsbewegung des Piezoaktors 510 und einer dadurch hervorgerufenen Bewegung der Düsennadel 110. Der Piezoaktor 510 weist hierfür eine Bodenplatte 512 mit einem bevorzugt einstückigen Betätigungsfortsatz auf, der in einem direkten mechanischen Kontakt mit einem Übertragungspin 214 steht, der mit einem sehr kleinen Spiel in eine Pinbohrung 212 einer Zwischenplatte 210 der Steuerbaugruppe 20 eingepasst und/oder eingepaart ist.The nozzle assembly 10 further accommodates a control assembly 20 located between the nozzle body 100 and the injector assembly 50 for actuating the nozzle needle 110 based on elongation of the piezoactuator 510 in response to its energy or charge, that is, an electrical voltage applied thereto. - The Fig. 2 shows the components of the control assembly 20 for a direct hydraulic coupling by an elongation movement of the piezoelectric actuator 510 and thereby caused movement of the nozzle needle 110. The piezoelectric actuator 510 has for this purpose a bottom plate 512 with a preferably one-piece Betätigungsfortsatz in direct mechanical contact with a transmission pin 214 is fitted and / or paired with a very small clearance in a pin bore 212 of an intermediate plate 210 of the control assembly 20.

Ein Paarungsspiel des Übertragungspins 214 in der Pinbohrung 212 ist derart klein gewählt, z. B. ca. 1 µm, dass auch bei einem hohen Raildruck von bis über 2.500 bar lediglich eine kleine Kraftstoffleckage am Übertragungspin 214 auftritt. Die Pinbohrung 212 verbindet dabei einen ersten Steuerraum 22, der auch als Kolbensteuerraum 22 bezeichnet wird und in dem ein etwas geringerer Kraftstoffdruck als der aktuale Raildruck herrscht, mit einem Leckageraum 52 des Injektors 1, der bevorzugt mit einem Umgebungsdruck in permanenter Fluidkommunikation steht. Der Leckageraum 52 steht bevorzugt in Fluidkommunikation mit einem Leckageanschuss 504 des Injektors 1. Am Übertragungspin 212 herrscht eine vergleichsweise sehr große Druckdifferenz die z. B. bei angenommenen 2.500 bar Höchstdruck und einem geschlossenen Injektor 1 durchaus einen Wert von 2.450 bar überschreiten kann.A mating clearance of the transmission pin 214 in the pin bore 212 is chosen to be so small, e.g. B. about 1 micron, that even at a high Rail pressure of up to over 2,500 bar only a small fuel leakage at the transfer pin 214 occurs. The pin bore 212 connects a first control chamber 22, which is also referred to as a piston control chamber 22 and in which a slightly lower fuel pressure than the actual rail pressure prevails, with a leakage chamber 52 of the injector 1, which is preferably in an ambient pressure in permanent fluid communication. The leakage chamber 52 is preferably in fluid communication with a leakage connection 504 of the injector 1. At the transfer pin 212 there is a comparatively large pressure difference z. B. assuming a maximum pressure of 2,500 bar and a closed injector 1 may well exceed a value of 2,450 bar.

Der erste Steuerraum 22 steht durch eine Verbindungsbohrung 14 in einem Abschnitt der Steuerbaugruppe 20 mit einem zweiten Steuerraum 12, dem sogenannten Nadelsteuerraum 12, bevorzugt in permanenter Fluidkommunikation. Im zweiten Steuerraum 12 herrscht ebenso wie im ersten Steuerraum 22 ein etwas geringerer Kraftstoffdruck als der Raildruck, wobei die Drücke in den Steuerräumen 12, 22 zumindest bei geschlossenem Injektor 1 im Wesentlichen gleich sind. In der Verbindungsbohrung 14 kann eine Fluiddrossel (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche bevorzugt in einer separaten Platte 230 der Steuerbaugruppe 20 ausgebildet ist.The first control chamber 22 communicates through a connecting bore 14 in a section of the control assembly 20 with a second control chamber 12, the so-called needle control chamber 12, preferably in permanent fluid communication. In the second control chamber 12, just as in the first control chamber 22, a slightly lower fuel pressure prevails than the rail pressure, wherein the pressures in the control chambers 12, 22 are substantially the same, at least when the injector 1 is closed. In the connecting bore 14, a fluid throttle (not shown) may be provided, which is preferably formed in a separate plate 230 of the control module 20.

Ein Hub (Längung) des Piezoaktors 510 wird mittels des Übertragungspins 214, der auch als Leckagepin 214 bezeichnet wird, auf einen Steuerkolben 300 übertragen, der in eine Steuerbohrung 400 einer Steuerplatte 220 der Steuerbaugruppe 20 eingepasst und/oder eingepaart ist. Der Übertragungspin 212 greift am/im ersten Steuerraum 22 an einer oberen Stirnfläche des Steuerkolbens 300 an, wobei der Steuerkolben 300 an einer inneren Stirnfläche durch einen bevorzugt als eine Spiralfeder 224 ausgebildeten Energiespeicher 224 abgestützt ist. An der inneren Stirnfläche und einer Unterseite des Steuerkolbens 300 herrscht bevorzugt im Wesentlichen Raildruck, wobei dieser Bereich bevorzugt in einer permanenten Fluidkommunikation durch eine Verbindungsbohrung 232 hindurch mit dem Düsenraum 102 steht.A stroke (elongation) of the piezoelectric actuator 510 is transmitted by means of the transmission pin 214, which is also referred to as leakage pin 214, to a control piston 300, which is fitted and / or paired into a control bore 400 of a control plate 220 of the control module 20. The transmission pin 212 engages on / in the first control chamber 22 at an upper end face of the control piston 300, wherein the control piston 300 is supported on an inner end face by an energy storage device 224, preferably designed as a spiral spring 224. At the inner end face and an underside of the control piston 300 there is preferably substantially rail pressure, this area preferably is in permanent fluid communication through a communication bore 232 with the nozzle space 102.

In den vorliegenden Beispielen ist der Steuerkolben 300 als eine an der Oberseite (Seite des ersten Steuerraums 22) geschlossene Hülse 300 ausgebildet, in dessen Innenraum 340 das Federelement 224 zum Zurückstellen des Steuerkolbens 300 hineinragt. Es ist natürlich möglich, den Steuerkolben 300 als einen Vollzylinder auszubilden, wobei dann das Federelement 224 an einer Unterseite des Steuerkolbens 300 angreift, und das Federelement 224 z. B. in einer Bohrung in der Platte 230 gelagert sein kann. Auch Mischformen zwischen dem dargestellten hülsenförmigen Steuerkolben 300 und einem Steuerkolben 300 als Vollzylinder sind natürlich möglich.In the present examples, the control piston 300 is designed as a sleeve 300 which is closed on the upper side (side of the first control chamber 22) and in the interior 340 of which the spring element 224 for returning the control piston 300 protrudes. It is of course possible to form the control piston 300 as a solid cylinder, in which case the spring element 224 acts on an underside of the control piston 300, and the spring element 224 z. B. may be stored in a bore in the plate 230. Mixed forms between the illustrated sleeve-shaped control piston 300 and a control piston 300 as a solid cylinder are of course possible.

Der zweite Steuerraum 12 ist von einer Stirnfläche eines oberen Längsendabschnitts 112 der Düsennadel 110, dem sogenannten Nadelkolben 112, einer Wand einer Nadelbohrung 122 in einer oberen Führung 120 der Düsennadel 110, bevorzugt einer Düsennadelhülse 120, und einer unteren Stirnfläche der Platte 230 gebildet. Der Nadelkolben 112 der Düsennadel 110 ist dabei einer Düsennadelspitze der Düsennadel 110 bzw. der Düse 104 des Düsenkörpers 100 abgewandt. - Diese kurz dargelegte Ausführungsform des Injektors 1 ist nicht restriktiv zu verstehen. Die Erfindung ist natürlich auf eine Vielzahl anderer Ausführungsformen von Injektoren anwendbar.The second control chamber 12 is formed by an end face of an upper longitudinal end portion 112 of the nozzle needle 110, the so-called needle piston 112, a wall of a needle bore 122 in an upper guide 120 of the nozzle needle 110, preferably a nozzle needle sleeve 120, and a lower end face of the plate 230. The needle piston 112 of the nozzle needle 110 is facing away from a nozzle needle tip of the nozzle needle 110 or the nozzle 104 of the nozzle body 100. - This briefly set forth embodiment of the injector 1 is not restrictive to understand. Of course, the invention is applicable to a variety of other embodiments of injectors.

Durch eine Bewegung des Steuerkolbens 300 aufgrund eines Hubs des Piezoaktors 510 (mittels des Übertragungspins 214) wird im ersten Steuerraum 22 ein Druckabfall erzeugt, welcher über die Verbindungsbohrung 14 und ggf. zeitverzögert durch die optionale Fluiddrossel in der Platte 230 auf die obere Stirnfläche der Düsennadel 110 im zweiten Steuerraum 12 übertragen wird. Wenn dieser Druckabfall einen bestimmten Wert überschreitet, öffnet die Düsennadel 110 und es erfolgt eine Einspritzung von Kraftstoff (Shot) . Ein Hub der Düsennadel 110 kann ab einem Öffnen der Düsennadel 110 über eine Variation des Hubs des Piezoaktors 510 gesteuert oder geregelt werden. Der Hub des Piezoaktors 510 kann dabei durch eine Variation von dessen intrinsischer elektrischer Energie verändert werden.By a movement of the control piston 300 due to a stroke of the piezoelectric actuator 510 (by means of the transmission pin 214), a pressure drop is generated in the first control chamber 22, which via the connection bore 14 and possibly delayed by the optional fluid throttle in the plate 230 on the upper end face of the nozzle needle 110 is transmitted in the second control room 12. If this pressure drop exceeds a certain value, the nozzle needle 110 opens and there is an injection of fuel (shot). A stroke of the nozzle needle 110 can be controlled or regulated by opening the nozzle needle 110 via a variation of the stroke of the piezoactuator 510. The stroke of the piezo actuator 510 can be changed by a variation of its intrinsic electrical energy.

Beim Entladen des Piezoaktors 510 verkürzt sich dieser. Durch den auf die innere Stirnfläche (Unterseite) des Steuerkolbens 300 wirkenden Raildruck aus dem Düsenraum 102 zusammen mit der ebenfalls in diese Richtung wirkenden Kraft des Federelements 224, wird der Steuerkolben 300 in seine Ausgangsposition zurück geschoben, welche von einer Position des Übertragungspins 214 determiniert ist. Dadurch wird die Düsennadel 110 korrespondierend zur Bewegung des Piezoaktors 510 wieder in ihre Schließposition bewegt und ein Einspritzen von Kraftstoff beendet. Die Düsennadelfeder 114 hält dann die Düsennadel 110 sicher geschlossen an/auf ihrem Sitz in der Düse 104 des Düsenkörpers 100.When discharging the piezoelectric actuator 510, this shortens. By acting on the inner end face (underside) of the control piston 300 rail pressure from the nozzle chamber 102 together with the also acting in this direction force of the spring element 224, the control piston 300 is pushed back to its original position, which is determined by a position of the transmission pin 214 , As a result, the nozzle needle 110 is moved back into its closed position corresponding to the movement of the piezoactuator 510 and fuel injection is terminated. The nozzle needle spring 114 then securely holds the nozzle needle 110 closed / seated in the nozzle 104 of the nozzle body 100.

Ziel der Erfindung ist es, möglichst geringe Shot/Shot-Streuungen der Einspritzungen zu gewährleisten. Hierbei ist es notwendig, den Fluiddruck im Steuerraum 12, 22 während einer Einspritzpause in Abhängigkeit des Raildrucks möglichst exakt einzustellen und reproduzierbar zu gestalten. Dieses reproduzierbare Verhalten kann dann bei der Ansteuerung des Piezoaktors 510 berücksichtigt werden. Einen Einfluss auf einen sich einstellenden Fluiddruck im Steuerraum 12, 22 besitzen in einem hohen Maße der Steuerkolben 300 (allgemein auch: Kolben 300) und die Steuerbohrung 400 (allgemein auch: Fluidleitung 400). Hierbei ist neben einer festgelegten toleranzbehafteten Größe eines Dichtspalts 222 zwischen dem Steuerkolben 300 und der Steuerbohrung 400, eine Position des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 von Bedeutung, denn wechselnde Positionen des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 führen zu erhöhten Shot/Shot-Streuungen.The aim of the invention is to ensure the lowest possible shot / shot scattering of the injections. In this case, it is necessary to adjust the fluid pressure in the control chamber 12, 22 as precisely as possible during an injection pause as a function of the rail pressure and to make it reproducible. This reproducible behavior can then be taken into account when controlling the piezoactuator 510. An influence on a self-adjusting fluid pressure in the control chamber 12, 22 have to a large extent the control piston 300 (in general: piston 300) and the control bore 400 (in general: fluid line 400). In this case, in addition to a specified tolerance-prone size of a sealing gap 222 between the control piston 300 and the control bore 400, a position of the control piston 300 in the control bore 400 of importance, because changing positions of the control piston 300 in the control bore 400 lead to increased shot / shot scattering.

Mögliche Positionen des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 sind im Wesentlichen eine konzentrische, eine exzentrische und eine gekippte Lage. Durch diese unterschiedlichen Positionen des Steuerkolbens 300 ändern sich die Strömungswiderstände in der Steuerbohrung 400 durch eine aus der jeweiligen Lage resultierenden Spaltgeometrie signifikant. Der Durchfluss von Fluid durch den Dichtspalt 222 bei einer maximal exzentrischen Lage des Steuerkolbens 300 ist in einem Vergleich zu seiner konzentrischen Lage um den Faktor von ca. 2,5 vergrößert. Bei einer maximal gekippten Lage des Steuerkolbens 300 beträgt dieser Faktor nur ca. 0,5. D. h. durch den Dichtspalt 222 kann bei maximal exzentrischer Lage des Steuerkolbens 300 eine fünffache Menge an Fluid pro Zeiteinheit strömen als bei einer maximal gekippten Lage (bei einem Injektor 1). Dies hat signifikante Auswirkungen auf die sich in den Einspritzpausen einstellenden Drücke in den Steuerräumen 12, 22, insbesondere dem ersten Steuerraum 22.Possible positions of the control piston 300 in the control bore 400 are substantially a concentric, an eccentric and a tilted position. Due to these different positions of the control piston 300, the flow resistances in the control bore 400 change due to a position resulting from the respective position Gap geometry significant. The flow of fluid through the sealing gap 222 at a maximum eccentric position of the control piston 300 is increased by a factor of about 2.5 in comparison to its concentric position. At a maximum tilted position of the control piston 300, this factor is only about 0.5. Ie. Through the sealing gap 222, at a maximum eccentric position of the control piston 300, a fivefold amount of fluid per unit of time can flow than at a maximum tilted position (in the case of an injector 1). This has a significant effect on the adjusting in the injection pauses pressures in the control chambers 12, 22, in particular the first control chamber 22nd

Die erfindungsgemäße Lösung für dieses Problem besteht darin, mittels einer Geometrie des Steuerkolbens 300 (vgl. Fig. 3 bis 23) und/oder einer Geometrie der Steuerbohrung 400 (vgl. Fig. 24 und 25) auf eine Lage des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 Einfluss zu nehmen. Dies erfolgt bevorzugt derart, dass in erster Linie eine sichere exzentrische und keine konzentrische und keine gekippte Lage des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 angestrebt wird. In zweiter Linie soll bei dieser sicheren exzentrischen Lage ein Durchfluss des Fluids (hier: Kraftstoff) durch einen sich einstellenden Dichtspalt 222 vergleichsweise gering sein. - Die entsprechende Geometrie bzw. die entsprechenden Geometrien sind dabei derart gewählt, dass eine Mittellinie 302 des Steuerkolbens 300 parallel zu einer Mittellinie 402 der Steuerbohrung 400 eingerichtet wird, wobei die beiden Mittellinien 302, 402 nicht miteinander fluchten, sondern zueinander beabstandet, insbesondere nicht maximal zueinander beabstandet, sind.The solution according to the invention for this problem consists in using a geometry of the control piston 300 (cf. Fig. 3 to 23 ) and / or a geometry of the control bore 400 (see. FIGS. 24 and 25 ) to influence a position of the control piston 300 in the control bore 400 influence. This is preferably done in such a way that primarily a safe eccentric and no concentric and no tilted position of the control piston 300 in the control bore 400 is sought. Secondarily, in this safe eccentric position, a flow of the fluid (here: fuel) through a self-adjusting sealing gap 222 should be comparatively low. - The corresponding geometry or the corresponding geometries are chosen such that a center line 302 of the control piston 300 is set parallel to a center line 402 of the control bore 400, wherein the two center lines 302, 402 are not aligned, but spaced from each other, in particular not maximum spaced from each other, are.

Gemäß der Erfindung ist der Steuerkolben 300 an seiner Mantelfläche 304 und/oder die Steuerbohrung 400 an ihrer Innenfläche 404 derart modifiziert, dass eine resultierende Seitenkraft auf den Steuerkolben 300 entsteht, welche eine exzentrische Vorzugslage des Steuerkolbens 300 in der Steuerbohrung 400 sicherstellt. Hierdurch ergeben sich stochastische Schwankungen der Einspritzmengen auch bei hohen Raildrücken auf einem vergleichsweise geringen Niveau. Eine solche Modifikation erfolgt bevorzugt durch einen Fluidpfad 310, 410 am/im Steuerkolben 300 und/oder an/in der Steuerbohrung 400 der sich am Steuerkolben 300 öffnet (Öffnung 312, 412).According to the invention, the control piston 300 is modified on its lateral surface 304 and / or the control bore 400 on its inner surface 404 such that a resultant lateral force on the control piston 300, which ensures an eccentric preferred position of the control piston 300 in the control bore 400. This results in stochastic fluctuations in the injection quantities even at high rail pressures at a relatively low level. Such a modification is preferably performed by a fluid path 310, 410 on / in the control piston 300 and / or on / in the control bore 400 which opens on the control piston 300 (opening 312, 412).

Der Fluidpfad 310, 410 kann dabei eine Nut, z. B. eine Umfangsnut und/oder eine Längsnut, eine Facette, z. B. eine Umfangsfacette und/oder eine Längsfacette, eine Wegnehmung und/oder eine Fluidverbindung, wie eine Bohrung, eine Durchgangsbohrung und/oder eine Verschneidung, etc. oder eine beliebige Kombination davon sein. Alle diese Begriffe sollen gemäß dieser Spezifikation unter dem Begriff Ausnehmung, im Sinne von Abweichen von einer primären Geometrie des Steuerkolbens 300 bzw. der Steuerbohrung 400 subsummiert sein. Die primäre Geometrie der Steuerbohrung 400 bzw. des Steuerkolbens 300 ist die Form eines (Hohl-) Zylinders oder die eines (Hohl-)Kegels. Der Steuerkolben 300 kann dabei ein Teil oder Abschnitt eines anderen Bauteils sein, z. B. ein Nadelkolben 112 einer Düsennadel 110, ein Ventilkörper oder ein Teil bzw. Abschnitt davon etc. Dies gilt analog für die Steuerbohrung 400, die nicht unbedingt in der Steuerplatte 220 eingerichtet sein muss.The fluid path 310, 410 can be a groove, z. B. a circumferential groove and / or a longitudinal groove, a facet, z. B. a peripheral facet and / or a Längsfacette, a Wegnehmung and / or a fluid connection, such as a bore, a through-bore and / or an intersection, etc., or any combination thereof. All of these terms are to be subsumed in accordance with this specification under the term recess, in the sense of deviation from a primary geometry of the control piston 300 and the control bore 400. The primary geometry of the control bore 400 and the control piston 300 is the shape of a (hollow) cylinder or a (hollow) cone. The control piston 300 may be a part or section of another component, for. B. a needle piston 112 of a nozzle needle 110, a valve body or a part or portion thereof, etc. This applies analogously to the control bore 400, which does not necessarily have to be set up in the control plate 220.

Eine Öffnung 312, 412 des Fluidpfads 310, 410, konstituiert aus einer oder einer Mehrzahl von Ausnehmungen 320, 322; 422, 426, ist dabei derart gestaltet, dass sich die Mittellinien 302, 402 des Steuerkolbens 300 und der Steuerbohrung 400 im Wesentlichen parallel zueinander beabstanden. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, dass die durch das durch die Öffnung 312, 412 hindurchtretende Fluid erzeugte Seitenkraft (resultierend aus der asymmetrischen Druckverteilung aufgrund der Öffnung 312, 412) am Steuerkolben 300 im Wesentlichen längsmittig am Steuerkolben 300 angreift, sodass im Wesentlichen kein Kippmoment am Steuerkolben 300 entsteht. Das kann zur Folge haben, dass die Öffnung 312, 412 selbst nicht mittig am Steuerkolben 300 vorgesehen ist (vgl. Fig. 5), da sich die Druckverhältnisse im Dichtspalt 222 von der Hoch- zur Niederdruckseite ändern, wobei der Dichtspalt 222 als eine Fluiddrossel wirkt.An opening 312, 412 of the fluid path 310, 410 constituted by one or a plurality of recesses 320, 322; 422, 426, is designed such that the center lines 302, 402 of the control piston 300 and the control bore 400 are substantially parallel to each other. In this case, it is particularly preferred that the lateral force generated by the fluid passing through the opening 312, 412 (as a result of the asymmetric pressure distribution due to the opening 312, 412) acts on the control piston 300 substantially longitudinally on the control piston 300, so that substantially no tilting moment on Control piston 300 is created. This can have the consequence that the opening 312, 412 itself is not provided centrally on the control piston 300 (see. Fig. 5 ), since the pressure conditions in the sealing gap 222 change from the high to the low pressure side, wherein the sealing gap 222 acts as a fluid throttle.

Gemäß der Erfindung kann der Fluidpfad 310, 410 des Steuerkolbens 300 und/oder der Steuerbohrung 400 mit der Hochdruckseite (Fig. 3 bis 24) oder mit der Niederdruckseite (Fig. 25) in Fluidkommunikation stehen. Die Fluidkommunikation des Fluidpfads 310, 410 mit der Niederdruckseite ist eine hydraulische Umkehrung der Fluidkommunikation des Fluidpfads 310, 410 mit der Hochdruckseite. - Im ersten Fall sorgt ein Überdruck an der Öffnung 312, 412 am Steuerkolben 300 für einen Parallelversatz des Steuerkolbens 300 gegenüber der Steuerbohrung 400. Und im zweiten Fall sorgt ein Unterdruck an der Öffnung 312, 412 am Steuerkolben 300 für einen Parallelversatz des Steuerkolbens 300 gegenüber der Steuerbohrung 400.According to the invention, the fluid path 310, 410 of the control piston 300 and / or the control bore 400 with the high-pressure side (FIG. 3 to 24 ) or with the low-pressure side ( Fig. 25 ) are in fluid communication. The fluid communication of the fluid path 310, 410 with the low pressure side is a hydraulic reversal of the fluid communication of the fluid path 310, 410 with the high pressure side. In the first case, an overpressure at the opening 312, 412 on the control piston 300 ensures a parallel offset of the control piston 300 relative to the control bore 400. And in the second case, a negative pressure at the opening 312, 412 on the control piston 300 for a parallel offset of the control piston 300 opposite the control bore 400.

Im Folgenden ist zunächst mit Bezug auf die Fig. 3 bis 23 eine allgemeine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. In einem Anschluss daran sind die - natürlich nicht abschließenden - sieben Ausführungsformen der Erfindung kurz erläutert, welche den Steuerkolben 300 bzw. einen Kolben 300 betreffen. Diese Erläuterungen sind jedoch analog auf die Steuerbohrung 400 bzw. eine Fluidleitung 400 übertragbar, je nachdem, ob dies sinnvoll erscheint. Siehe hierzu die Fig. 24 und 25, die zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigen, bei welchen die erfindungsgemäße Idee auf die Steuerbohrung 400 bzw. die Fluidleitung 400 angewendet ist. Insbesondere sieht man in der Fig. 25 einen Fluidpfad 410 in Fluidverbindung mit der Niederdruckseite (erster Steuerraum 22). Dies soll verdeutlichen, dass jegliche Fluidpfade 310 des Steuerkolbens 300 auch mit der Niederdruckseite hydraulisch verbunden sein können (vgl. oben).The following is first with reference to the Fig. 3 to 23 a general embodiment of the invention explained in more detail. In a connection thereto, the - of course not conclusive - seven embodiments of the invention are briefly explained, which relate to the control piston 300 and a piston 300. However, these explanations are analogous to the control bore 400 and a fluid line 400 transferable, depending on whether this seems reasonable. See the FIGS. 24 and 25 showing two embodiments of the invention in which the inventive idea is applied to the control bore 400 and the fluid line 400, respectively. In particular one sees in the Fig. 25 a fluid path 410 in fluid communication with the low pressure side (first control chamber 22). This is intended to make it clear that any fluid paths 310 of the control piston 300 can also be hydraulically connected to the low-pressure side (see above).

Ein wesentliches Gestaltungsmerkmal ist, dass auf/in der Mantelfläche 304 des Steuerkolbens 300 einseitig eine oder eine Mehrzahl von Ausnehmungen 320 - Fluidpfad 310 bzw. ein Abschnitt davon - in ggf. verschiedenen Geometrien eingebracht sind. Diese Ausnehmungen 320 führen zur asymmetrischen Druckverteilung im Dichtspalt 222, sodass die resultierende Seitenkraft entsteht, welche den Steuerkolben 300 in seine exzentrische Vorzugslage bringt. - Da ein Kolbeninnenraum 340 bzw. eine Unterseite des Steuerkolbens 300 mit im Wesentlichen dem Raildruck des Injektors 1 beaufschlagt ist, herrscht im Fluidpfad 310 ein Druck im Wesentlichen auf einem Niveau des Raildrucks.An essential design feature is that on / in the lateral surface 304 of the control piston 300 on one side one or a plurality of recesses 320 - fluid path 310 or a portion thereof - are introduced in possibly different geometries. These recesses 320 lead to the asymmetrical pressure distribution in the sealing gap 222, so that the resulting lateral force arises, which brings the control piston 300 in its eccentric preferred position. - Since a piston interior 340 and a bottom of the control piston 300 with substantially the rail pressure of the injector 1, a pressure prevails in the fluid path 310 substantially at a level of the rail pressure.

Auf einer der Öffnung 312 des Fluidpfads 310 am Steuerkolben 300 gegenüberliegenden Seite des Dichtspalts 222 fällt der Fluidruck über eine gesamte Länge des Dichtspalts 222 vom Raildruck auf den Fluiddruck des ersten Steuerraums 22 ab. Der unterschiedliche Druckverlauf entlang des Dichtspalts 222 in Längsrichtung des Steuerkolbens 300 zwischen einer Seite der Öffnung 312 des Fluidpfads 310 und einer dieser abgewandten Seite liefert die oben erwähnte resultierende Seitenkraft auf den Steuerkolben 300.On one of the opening 312 of the fluid path 310 on the control piston 300 opposite side of the sealing gap 222 of the fluid pressure drops over an entire length of the sealing gap 222 from the rail pressure to the fluid pressure of the first control chamber 22. The different pressure profile along the sealing gap 222 in the longitudinal direction of the control piston 300 between one side of the opening 312 of the fluid path 310 and a side facing away from this provides the above-mentioned resulting lateral force on the control piston 300.

Eine Breite (Umfangsrichtung des Steuerkolbens 300) und Höhe (Längsrichtung des Steuerkolbens 300) sowie eine axiale Position der Öffnung 312 bestimmen die hydraulische Seitenkraft auf den Steuerkolben 300. Eine für den Injektor 1 vorteilhafte und ggf. 'optimale' Auslegung sieht eine hydraulische Seitenkraft vor, welche den Steuerkolben 300 dauerhaft sicher exzentrisch positioniert (die Seitenkraft ist dabei höher als eine Summe möglicher 'störender' Kräfte, wie z. B. eine Querkraft aus dem Federelement 224), wobei hydraulische die Seitenkraft auf den Steuerkolben 301 hierbei bevorzugt vergleichsweise klein, insbesondere minimal, ist bzw. bleibt.A width (circumferential direction of the control piston 300) and height (longitudinal direction of the control piston 300) and an axial position of the opening 312 determine the hydraulic lateral force on the control piston 300. An advantageous and possibly 'optimal' design for the injector 1 provides a hydraulic lateral force which permanently positions eccentrically the control piston 300 (the side force is higher than a sum of possible 'disturbing' forces, such as a lateral force from the spring element 224), whereby the lateral force on the control piston 301 is preferably comparatively small. especially minimal, is or remains.

Bei der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist als eine Ausnehmung 320 eine in Umfangs- und Längsrichtung des Steuerkolbens 300 verlaufende Nut 324 in die Mantelfläche 304 des Steuerkolbens 300 eingebracht (Außenausnehmung 320). Die Umfangsnut 324 steht durch eine Fluidverbindung 330, insbesondere eine Durchgangsbohrung 332, hindurch in Fluidkommunikation mit dem Kolbeninnenraum 340, welche einen Boden der Umfangsnut 324 mit dem Kolbeninnenraum 340 bevorzugt radial verbindet. Der Boden der Umfangsnut 324 kann, wie in Fig. 4 zu sehen, einen Radius aufweisen, der z. B. größer als der des Steuerkolbens 300 ist. Der Boden kann natürlich auch eben sein (vgl. Fig. 13). Eine Begrenzung der Umfangsnut 324 an der Mantelfläche 304 bildet die Öffnung 312 des Fluidpfads 310.In the in the Fig. 3 to 5 shown first embodiment of the invention as a recess 320 in the circumferential and longitudinal direction of the control piston 300 extending groove 324 in the lateral surface 304 of the control piston 300 is introduced (outer recess 320). The circumferential groove 324 passes through a fluid connection 330, in particular a through-bore 332, in fluid communication with the piston interior 340, which preferably radially connects a bottom of the circumferential groove 324 with the piston interior 340. The bottom of the circumferential groove 324 may, as in Fig. 4 to see, have a radius of z. B. is greater than that of the control piston 300. Of course, the floor can also be level (cf. Fig. 13 ). A boundary of the circumferential groove 324 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.

Bei der in den Fig. 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung sind anstelle der Umfangsnut 324 in der ersten Ausführungsform zwei Fluidverbindungen 330, insbesondere zwei Durchgangsbohrungen 332, in eine Wandung des Steuerkolbens 300, bevorzugt in Radialrichtung verlaufend, eingebracht. Die Durchgangsbohrungen 332 befinden sich dabei an einer Seite des Steuerkolbens 300, und ein Winkel ihrer Mittellinien beträgt bevorzugt weniger als 120°, insbesondere weniger als 90° und insbesondere bevorzugt weniger als 45°. Die Begrenzungen der Durchgangsbohrungen 332 an der Mantelfläche 304 bilden zusammen die Öffnung 312 des Fluidpfads 310. Es ist natürlich möglich, lediglich eine oder eine Mehrzahl von Durchgangsbohrungen durch die Wandung des Steuerkolbens 300 vorzusehen.In the in the Fig. 6 to 8 illustrated second embodiment of the invention, instead of the circumferential groove 324 in the first embodiment, two fluid connections 330, in particular two through holes 332, in a wall of the control piston 300, preferably in the radial direction, introduced. The through holes 332 are located on one side of the control piston 300, and an angle of their center lines is preferably less than 120 °, in particular less than 90 ° and particularly preferably less than 45 °. The boundaries of the through-bores 332 on the lateral surface 304 together form the opening 312 of the fluid path 310. It is, of course, possible to provide only one or a plurality of through-bores through the wall of the control piston 300.

Bei der in den Fig. 9 bis 11 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 310 eine Außenausnehmung 320, welche als eine Längsfacette 326 oder Längsnut 326 ausgebildet ist. Hierbei ist an den Steuerkolben 300 über eine bestimmte Länge und Breite (Umfangsrichtung des Steuerkolbens 300) eine Fläche 326 angeschliffen oder eingebracht, welche zur Seite des Raildrucks aber z. B. auch zur Seite des ersten Steuerraums 22 (nicht dargestellt, vgl. Fig. 25) hin offen ist. Ein Boden der Längsfacette 326 oder Längsnut 326 kann, wie in Fig. 10 zu sehen, eben sein, aber auch ein Radius analog zur Fig. 4 kann angewendet werden. Eine Begrenzung der Längsnut 326 oder Längsfacette 326 an der Mantelfläche 304 bildet die Öffnung 312 des Fluidpfads 310.In the in the Fig. 9 to 11 illustrated third embodiment of the invention, the fluid path 310 comprises an outer recess 320 which is formed as a longitudinal facet 326 or longitudinal groove 326. Here, a surface 326 is ground or introduced to the control piston 300 over a certain length and width (circumferential direction of the control piston 300), which to the side of the rail pressure but z. B. also to the side of the first control chamber 22 (not shown, see FIG. Fig. 25 ) is open. A bottom of the longitudinal facet 326 or longitudinal groove 326 may, as in Fig. 10 to see, to be just, but also a radius analogous to Fig. 4 can be applied. A boundary of the longitudinal groove 326 or longitudinal facet 326 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.

Bei der in den Fig. 12 bis 14 dargestellten vierten und bei der in den Fig. 15 bis 17 dargestellten fünften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 310 jeweils ausgehend von der Seite des Raildrucks des Steuerkolbens 300 eine schmale Außenausnehmung 320, die als eine Längsverbindungsnut 326 in der Mantelfläche 304 des Steuerkolbens 300 ausgebildet ist. In Richtung der Seite des ersten Steuerraums 22 mündet die jeweilige Längsverbindungsnut 326 in eine Außenausnehmung 320, die jeweils als eine Umfangsnut 324 ausgebildet ist. Eine Begrenzung der Umfangsnut 324 und mit einem geringen Anteil eine Begrenzung der Längsverbindungsnut 326 an der Mantelfläche 304 bilden zusammen die Öffnung 312 des Fluidpfads 310.In the in the Fig. 12 to 14 shown fourth and in the in the 15 to 17 illustrated fifth embodiment of the invention, the fluid path 310 in each case from the side of the rail pressure of the control piston 300 has a narrow outer recess 320 which is formed as a Längsverbindungsnut 326 in the lateral surface 304 of the control piston 300. In the direction of the side of the first control chamber 22, the respective longitudinal connection groove 326 opens into an outer recess 320 which is designed in each case as a circumferential groove 324. A limitation of the circumferential groove 324 and with a small proportion a limitation of Längsverbindungsnut 326 on the lateral surface 304 together form the opening 312 of the fluid path 310th

Die vierte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass ein Boden der Umfangsnut 324 eben ist (Fig. 13), wohingegen bei der fünften Ausführungsform ein Boden der Umfangsnut 324 einen Radius besitzt (Fig. 16), welcher wiederum größer als der des Steuerkolbens 300 sein kann. Ferner überdeckt die Umfangsnut 324 der fünften Ausführungsform einen größeren Bereich außen am Steuerkolben 300, als die Umfangsnut 324 der vierten Ausführungsform. Im ersten Fall deckt die Umfangsnut 324 ca. 90° und im zweiten Fall ca. 30-45° ab. Ferner kann die Längsverbindungsnut 326 nicht so tief, gleich tief oder tiefer in die Wandung des Steuerkolbens 300 eingearbeitet sein als die Umfangsnut 324 im dazu angrenzenden Bereich.The fourth embodiment is characterized in that a bottom of the circumferential groove 324 is flat ( Fig. 13 ), whereas in the fifth embodiment, a bottom of the circumferential groove 324 has a radius ( Fig. 16 ), which in turn may be larger than that of the control piston 300. Further, the circumferential groove 324 of the fifth embodiment covers a larger area outside of the control piston 300 than the circumferential groove 324 of the fourth embodiment. In the first case, the circumferential groove 324 covers approximately 90 ° and in the second case approximately 30-45 °. Further, the Längsverbindungsnut 326 may not be as deep, equal deep or deeper worked into the wall of the control piston 300 as the circumferential groove 324 in the adjacent area.

Bei der in den Fig. 18 bis 20 dargestellten sechsten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 310 eine Außenausnehmung 320, die als eine Umfangsnut 324 ausgebildet ist. Ein Boden der Umfangsnut 324 besitzt wiederum einen Radius (s. o.), kann jedoch wiederum eben ausgebildet sein. Der Boden der Umfangsnut 324 steht über eine als Fluidverbindung 330 ausgebildete Verschneidung 334 mit dem Kolbeninnenraum 340 in Fluidverbindung. Die Verschneidung 334 ist durch eine als eine Innenausnehmung 322 konstituierte Längsnut 322 im Kolbeninnenraum 340 hergestellt. D. h. die Fluidverbindung 330 der Umfangsnut 324 zur Seite des Raildrucks ist durch die Verschneidung 324 mit der Längsnut 322 in die Längsrichtung des Steuerkolbens 300 auf einer Innenseite des Steuerkolbens 300 hergestellt. Eine Begrenzung der Umfangsnut 324 an der Mantelfläche 304 bildet die Öffnung 312 des Fluidpfads 310.In the in the Fig. 18 to 20 illustrated sixth embodiment of the invention, the fluid path 310 includes an outer recess 320, which is formed as a circumferential groove 324. A bottom of the circumferential groove 324 in turn has a radius (see above), but in turn may be flat. The bottom of the circumferential groove 324 is in fluid communication with the piston interior 340 via an intersection 334 formed as a fluid connection 330. The intersection 334 is produced by a longitudinal groove 322, which is constituted as an internal recess 322, in the piston interior 340. Ie. the fluid communication 330 of the rail side circumferential groove 324 is made by the intersection 324 with the longitudinal groove 322 in the longitudinal direction of the spool 300 on an inner side of the spool 300. A boundary of the circumferential groove 324 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310.

Bei der in den Fig. 21 bis 23 dargestellten sechsten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 310 eine Ausnehmung 328 bzw. eine Wegnehmung 328 einer Wandung des Steuerkolbens 300, d. h. ein Kolbenschaft des Steuerkolbens 300 ist an einer Seite über ein bestimmtes Kreissegment verkürzt. Eine Begrenzung der Wegnehmung 328 an der Mantelfläche 304 bildet dabei die Öffnung 312 des Fluidpfads 310.In the in the Fig. 21 to 23 6, the fluid path 310 comprises a recess 328 or a recess 328 of a wall of the control piston 300, ie a piston shaft of the control piston 300 is shortened on one side over a specific circular segment. A limitation of Wegnehmung 328 on the lateral surface 304 forms the opening 312 of the fluid path 310th

Diese beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung können natürlich auch auf Steuerkolben 300 angewendet werden, welche nicht hohl gebohrt sind. In einem solchen Fall muss ggf. eine bevorzugt kleine Bohrung in den Steuerkolben 300 eingebracht werden. Ferner können diese Merkmale auch auf andere Passungs- und/oder Paarungsspiele im Injektor 1, z. B. auf den Übertragungspin 214 in der Pinbohrung 212, auf die Düsennadel 110 in der Düsennadelhülse 120 etc., angewendet werden, welche insbesondere eine Leckagebilanz (zuströmend gleich abströmend) und somit auch einen resultierenden Druck im Steuerraum 12, 22 beeinflussen. - Des Weiteren ist die Erfindung allgemein auf hydraulische Kopplungselemente 300 anwendbar, d. h. der Steuerkolben 300 ist als ein hydraulisches Kopplungselement 300 ausgebildet.Of course, these exemplary embodiments of the invention may also be applied to control pistons 300 which are not hollow drilled. In such a case, if necessary, a preferably small bore must be introduced into the control piston 300. Furthermore, these features can be applied to other mating and / or mating games in the injector 1, z. B. on the transmission pin 214 in the pin bore 212, to the nozzle needle 110 in the nozzle needle sleeve 120, etc., are applied, which in particular a leakage balance (inflow equal inflowing) and thus also affect a resulting pressure in the control chamber 12, 22. Furthermore, the invention is generally applicable to hydraulic coupling elements 300, i. H. the control piston 300 is formed as a hydraulic coupling element 300.

Im Folgenden sind zwei beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung kurz erläutert, wobei die betreffende Ausnehmung 422 nicht am/im Steuerkolben 300 sondern an/in der Innenfläche 404 der Steuerbohrung 400 (Fluidleitung 400) vorgesehen ist.In the following, two exemplary embodiments of the invention are briefly explained, wherein the respective recess 422 is not provided on / in the control piston 300 but on / in the inner surface 404 of the control bore 400 (fluid line 400).

Bei der in der Fig. 24 dargestellten achten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 410 der Steuerbohrung 400 eine Innenausnehmung 422, welche als eine Längsfacette 426 oder Längsnut 426 ausgebildet ist. Hierbei ist in die Innenfläche 404 der Steuerbohrung 400 über eine bestimmte Länge und Breite (Umfangsrichtung der Steuerbohrung 400) eine Fläche 426 oder Ausnehmung 426 eingeschliffen oder eingebracht, welche zur Seite des Raildrucks hin offen ist. Diese kann jedoch auch zur Seite des ersten Steuerraums 22 (nicht dargestellt, vgl. Fig. 25) hin offen sein. Ein Boden der Längsfacette 426 oder Längsnut 426 kann, wie in Fig. 10 zu sehen, eben sein, aber auch ein Radius analog zur Fig. 4 kann angewendet werden, wobei der Radius bevorzugt kleiner als der der Steuerbohrung 400 ist. Eine Begrenzung der Längsfacette 426 oder Längsnut 426 an der Innenfläche 404 bildet die Öffnung 412 des Fluidpfads 410 der Steuerbohrung 400 am Steuerkolben 300.When in the Fig. 24 illustrated eighth embodiment of the invention, the fluid path 410 of the control bore 400 comprises an inner recess 422, which is formed as a longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426. In this case, a surface 426 or recess 426 is ground or introduced into the inner surface 404 of the control bore 400 over a certain length and width (circumferential direction of the control bore 400), which is open to the side of the rail pressure. However, this can also be to the side of the first control chamber 22 (not shown, cf. Fig. 25 ) be open. A bottom of the longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426 may be as shown in FIG Fig. 10 to see, to be just, but also a radius analogous to Fig. 4 can be applied, wherein the radius is preferably smaller than that of the control bore 400. A boundary of the longitudinal facet 426 or longitudinal groove 426 on the inner surface 404 forms the opening 412 of the fluid path 410 of the control bore 400 on the control piston 300.

Bei der in der Fig. 25 dargestellten neunten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Fluidpfad 410 der Steuerbohrung 400 eine Innenausnehmung 422, welche als eine schmale Längsnut 426 ausgebildet ist und zur Seite des ersten Steuerraums 22 hin offen ist. Eine Begrenzung der Längsnut 426 an der Innenfläche 404 bildet im Wesentlichen die Öffnung 412 des Fluidpfads 410 der Steuerbohrung 400 am Steuerkolben 300. In einem Betrieb des Injektors 1 herrscht in der Längsnut 426 im Wesentlichen ein Fluiddruck der Niederdruckseite bzw. des ersten Steuerraums 22. Die Innenausnehmung 422 ist dabei derart, insbesondere in die Längsrichtung der Steuerbohrung 400 verlaufend eingerichtet, dass sich eine asymmetrische Druckverteilung des Fluids am Steuerkolben 300 ergibt, wobei der Steuerkolben 300 in Richtung der Öffnung 412 des Fluidpfads 410 gesaugt bzw. von einer dieser gegenüberliegenden Seite vom Fluiddruck im Dichtspalt 222 gedrückt wird.When in the Fig. 25 9 illustrated ninth embodiment of the invention, the fluid path 410 of the control bore 400, an inner recess 422, which is formed as a narrow longitudinal groove 426 and the side of the first control chamber 22 is open. A limitation of the longitudinal groove 426 on the inner surface 404 essentially forms the opening 412 of the fluid path 410 of the control bore 400 on the control piston 300. In an operation of the injector 1, there is essentially a fluid pressure of the low-pressure side or the first control space 22 in the longitudinal groove 426 Inner recess 422 is in such a way, in particular in the longitudinal direction of the control bore 400 running established that results in an asymmetric pressure distribution of the fluid on the control piston 300, wherein the control piston 300 is sucked in the direction of the opening 412 of the fluid path 410 or from one of these opposite side of the fluid pressure is pressed in the sealing gap 222.

Solchermaßen hydraulisch umgekehrte Ausführungsformen der Erfindung sind generell anwendbar. Hierbei kehren sich die Druckverhältnisse am Steuerkolben 300 in Radialrichtung des Steuerkolbens 300 wenigstens qualitativ um. D. h. eine Druck- und eine Saugseite am Steuerkolben 300 wechseln die Positionen. Für die Ausführungsformen eins bis sieben der Erfindung heißt das, dass der Fluidpfad 310 des Steuerkolbens 300 zur Niederdruckseite hin offen ist und im Dichtspalt 222 am Steuerkolben mündet. Eine Fluidverbindung zum Kolbeninnenraum 340 ist dabei natürlich zu vermeiden.Such hydraulically reversed embodiments of the invention are generally applicable. Here, the pressure conditions on the control piston 300 in the radial direction of the control piston 300 at least qualitatively reverse. Ie. a pressure and a suction side on the control piston 300 change positions. For the embodiments one to seven of the invention this means that the fluid path 310 of the control piston 300 is open to the low pressure side and opens in the sealing gap 222 on the control piston. Of course, a fluid connection to the piston interior 340 is to be avoided.

Eine einfache nicht dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist ein Druckkanal durch einen als Vollzylinder ausgebildeten Steuerkolben 300. Hierbei sind z. B. zwei im Steuerkolben 300 verschneidende Sacklochbohrungen eingerichtet. Die eine Bohrung erstreckt sich axial von der Niederdruckseite in den Steuerkolben 300 hinein und die andere erstreckt sich radial auf diese erste Bohrung zu und verschneidet mit dieser innerhalb des Steuerkolbens 300. Es existiert dann im Injektor 1 ein Druckkanal von der Niederdruckseite einseitig in/an den Dichtspalt 222 zwischen dem Steuerkolben 300 und der Steuerbohrung 400. - Diese Ausführungsform ist natürlich hydraulisch umkehrbar, wobei die erste Sacklochbohrung statt von der Niederdruckseite kommend, nun von der Hochdruckseite in den Steuerkolben 300 eingerichtet ist. Bei einem vollständig rotationssymmetrischen Steuerkolben 300 kann dieser einfach umgedreht werden, um von dieser Ausführungsform zur anderen Ausführungsform zu gelangen.A simple, not shown embodiment of the invention is a pressure channel through a solid cylinder designed as a control piston 300. Here, z. B. two in the control piston 300 blind holes arranged. One bore extends axially from the low pressure side into the control piston 300 and the other radially extends toward and intersects this first bore within the control piston 300. There then exists in the injector 1, a pressure channel from the low pressure side on one side in / on the sealing gap 222 between the control piston 300 and the control bore 400. - This embodiment is of course hydraulically reversible, the first blind hole instead of coming from the low pressure side, now from the High pressure side is set in the control piston 300. In a fully rotationally symmetrical control piston 300, this can simply be turned over to get from this embodiment to the other embodiment.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Injektor, Kraftstoffinjektor, Common-Rail-/Piezo-Kraftstoffinjektor, Pumpe-Düse-Kraftstoffinjektor, Dieselinjektor, BenzininjektorInjector, Fuel Injector, Common Rail / Piezo Fuel Injector, Injector Fuel Injector, Diesel Injector, Gasoline Injector
1010
Düsenbaugruppe, EinspritzmodulNozzle assembly, injection module
1212
zweiter Steuerraum, Nadelsteuerraumsecond control room, needle control room
1414
Verbindungsbohrung/-leitung zwischen erstem 22 und zweitem Steuerraum 12Connection bore / pipe between first 22 and second control room 12
2020
Steuerbaugruppe der Düsenbaugruppe 10 zum Ansteuern der Düsennadel 110Control assembly of the nozzle assembly 10 for driving the nozzle needle 110th
2222
erster Steuerraum, Kolbensteuerraumfirst control room, piston control room
5050
Injektorbaugruppe, AntriebsmodulInjector assembly, drive module
5252
Leckageraumleakage chamber
6060
Düsenspannmutter, VentilspannmutterNozzle tension nut, valve clamping nut
100100
Düsenkörpernozzle body
102102
Düsenraum, DüsenbohrungNozzle space, nozzle bore
104104
Düse, Einspritzdüse, VentilNozzle, injector, valve
110110
Düsennadel, Einspritznadel, ggf. zwei-/mehrteilig, nach innen oder außen öffnendNozzle needle, injection needle, possibly two- / multi-part, opening inwards or outwards
112112
oberer Längsendabschnitt der Düsennadel 110, Nadelkolben, der Düse 104 bzw. einem Ventil des Injektors 1 abgewandtupper longitudinal end portion of the nozzle needle 110, needle piston, the nozzle 104 and a valve of the injector 1 facing away
114114
Energiespeicher, Federelement, Spiralfeder, Druckfeder, Düsennadelfeder, Einspritznadelfeder für mechanische Vorspannung der Düsennadel 110Energy storage, spring element, coil spring, compression spring, nozzle needle spring, injection needle spring for mechanical bias of the nozzle needle 110th
120120
(obere) Führung der Düsennadel 110, Düsennadelhülse(upper) guide of the nozzle needle 110, nozzle needle sleeve
122122
Nadelbohrungneedle bore
210210
Zwischenplatteintermediate plate
212212
Pinbohrunglingually
214214
Übertragungspin, LeckagepinTransmission pin, leakage pin
220220
Steuerplattecontrol plate
222222
Dichtspalt zwischen Kolben 300 und Fluidleitung 400Sealing gap between piston 300 and fluid line 400
224224
Energiespeicher, Federelement, Spiralfeder, Druckfeder für Vorspannung des Kolbens 300Energy storage, spring element, coil spring, compression spring for bias of the piston 300
230230
Platteplate
232232
Verbindungsbohrungconnecting bore
300300
Kolben, Steuerkolben, hydraulisches KopplungselementPiston, control piston, hydraulic coupling element
302302
Mittellinie des Kolbens 300Centerline of the piston 300
304304
Mantelfläche, Manteloberfläche, Mantelseite des Kolbens 300Lateral surface, lateral surface, shell side of the piston 300
310310
Fluidpfad am/im Kolben 300Fluid path on / in the piston 300
312312
Öffnung des Fluidpfads 310 am Kolben 300Opening of the fluid path 310 on the piston 300
320320
(äußere) Ausnehmung, Außenausnehmung(outer) recess, outer recess
322322
(innere) Ausnehmung, Innenausnehmung(inner) recess, inner recess
324324
Nut, Facette, Umfangsnut, Umfangsfacette, AusnehmungGroove, facet, circumferential groove, peripheral facet, recess
326326
Nut, Facette, Längsnut, Längsfacette, AusnehmungGroove, facet, longitudinal groove, longitudinal facet, recess
328328
Wegnehmung, AusnehmungRemoval, recess
330330
Fluidverbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Kolbens 300, AusnehmungFluid connection between the inside and the outside of the piston 300, recess
332332
Bohrung, Durchgangsbohrung, Fluidverbindung, AusnehmungBore, through-hole, fluid connection, recess
334334
Verschneidung, Fluidverbindung, AusnehmungIntersection, fluid connection, recess
340340
Kolbeninnenraum, InnenraumPiston interior, interior
400400
Fluidleitung, Steuerbohrung, KolbenbohrungFluid line, control bore, piston bore
402402
Mittellinie der Fluidleitung 400Centerline of the fluid line 400
404404
Innenfläche, Innenoberfläche, Innenseite der Fluidleitung 400Inner surface, inner surface, inner side of the fluid line 400
410410
Fluidpfad an der Fluidleitung 400 bzw. an/in Innenfläche 404Fluid path on the fluid line 400 or on / in inner surface 404th
412412
Öffnung des Fluidpfads 310 am Kolben 300Opening of the fluid path 310 on the piston 300
422422
(innere) Ausnehmung, Innenausnehmung(inner) recess, inner recess
426426
Nut, Facette, Längsnut, Längsfacette, AusnehmungGroove, facet, longitudinal groove, longitudinal facet, recess
500500
Injektorkörper, Injektorgehäuse mit Hochdruckleitung 502 zu Düsenraum 102Injector body, injector housing with high pressure line 502 to the nozzle chamber 102
502502
Hochdruckleitung/-bohrung in Fluidverbindung mit Düsenraum 102 durch die Steuerbaugruppe 20 hindurchHigh pressure line / bore in fluid communication with the nozzle chamber 102 through the control assembly 20 therethrough
504504
LeckageanschussLeckageanschuss
510510
Aktor, Piezoaktor, elektromagnetischer AktorActuator, piezo actuator, electromagnetic actuator
512512
Bodenplatte des Aktors 510 bevorzugt mit Betätigungsfortsatz für Übertragungspin 214Bottom plate of the actuator 510 preferably with actuating extension for transmission pin 214th

Claims (11)

  1. Piston-fluid line arrangement, in particular control piston-control bore arrangement (300/400) for an injector (1), in particular a fuel injector (1) for a direct injection system of a motor vehicle, wherein
    a piston (300), which is fitted in or paired with a fluid line (400), of the piston-fluid line arrangement (300/400) can be positioned sideward hydraulically by way of a fluid passing through the fluid line (400), characterized in that
    a geometry of the piston (300) and/or a geometry of the fluid line (400) are/is configured such that the piston (300) can be positioned, and is positioned, eccentrically in the fluid line (400) by the fluid.
  2. Piston-fluid line arrangement according to Claim 1, characterized in that the geometry of the piston (300) and/or the geometry of the fluid line (400) are/is configured such that
    a centerline (302) of the piston (300) can be positioned, and is positioned, substantially parallel to a centerline (402) of the fluid line (400) by the fluid; and/or
    a throughflow of the fluid between the piston (300) and the fluid line (400) is greater than a throughflow in the case of a concentric position of the piston (300) in the fluid line (400).
  3. Piston-fluid line arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the geometry of the piston (300) and/or the geometry of the fluid line (400) are/is configured such that
    an asymmetrical pressure distribution of the fluid can be set, and is set, in a sealing gap (222) between a shell face (304) of the piston (300) and an internal face (404) of the fluid line (400);
    in the shell face (304) of the piston (300) and/or the internal face (404) of the fluid line (400), there is provided a fluid path (310) by way of which the asymmetrical pressure distribution of the fluid in the sealing gap (222) can be set and is set; and/or
    in the shell face (304) of the piston (300) and/or the internal face (404) of the fluid line (400), the fluid path (310) is provided such that a sideward force can be exerted, and is exerted, on the piston (300) by way of the fluid.
  4. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the fluid path (310) is formed such that the piston (300) is securely positioned in an eccentric position and, in this case, the throughflow of the fluid through the sealing gap (222) is relatively low.
  5. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the fluid path (310) on/in the piston (300) is configured such that it can be placed in fluidic communication with a high-pressure side or with a low-pressure side of the piston (300); wherein
    the fluid in the fluid path (310) pushes the piston (300) away from an opening (312) of the fluid path (310) on/in the piston (300), and/or the fluid in the sealing gap (222) pushes the piston (300) toward an opening (312) of the fluid path (310) on/in the piston (300).
  6. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the fluid path (310) has a recess (320, 322) on/in the piston (300), wherein
    the recess (320, 322) on/in the piston (300) is in particular a groove (324, 326) or facet (324, 326) which runs in a circumferential direction and/or longitudinal direction of the piston (300).
  7. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the fluid path (310) has a fluidic connection (330) of an interior and an exterior of the piston (300), wherein
    the fluidic connection (330) is in particular a bore (332), preferably a passage bore (332), and/or an intersection (334), preferably of an internal (322) and external recess (320).
  8. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the fluid path (310):
    • has the opening (312) on the outside of the piston (300);
    • comprises a circumferential groove (324) and/or a circumferential facet (324) on the outside of the piston (300) ;
    • has a longitudinal groove (326) and/or a longitudinal facet (326) on the outside of the piston (300);
    • comprises at least one bore (332) from an outer side of the piston (300) to a piston interior (340);
    • has an intersection (334) of an external recess (320) with an internal recess (322); and/or
    • comprises a cutaway portion (328) on a longitudinal end section of the piston (300).
  9. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 5 to 8, characterized in that the fluid path (310) is set up analogously to the piston (300) in the fluid line (400).
  10. Piston-fluid line arrangement according to one of Claims 1 to 9, characterized in that:
    • the piston (300) is in the form of a control piston (300), a pin, a control pin or a leakage pin (214);
    • a base of the recess (320, 322) is planar or curved;
    • the geometry of the piston (300) is a secondary geometry of the piston (300);
    • a primary geometry of the piston (300) is a cylindrical shape;
    • the geometry of the fluid line (400) is a secondary geometry of the fluid line (400);
    • a primary geometry of the fluid line (400) is a cylindrical shape; and/or
    • the piston (300) is in the form of a hydraulic coupling element.
  11. Injector, in particular fuel injector (1) for a direct injection system of an internal combustion engine, characterized in that
    the injector (1) has a piston-fluid line arrangement (300/400), in particular a control piston-control bore arrangement (300/400), according to one of the preceding claims.
EP14777586.0A 2013-10-11 2014-09-29 Plunger/fluid-line arrangement, in particular control-plunger/control-bore arrangement Not-in-force EP3055549B1 (en)

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