EP3134639A1 - Fuel injection valve for internal combustion engines, and a method for operating same - Google Patents

Fuel injection valve for internal combustion engines, and a method for operating same

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Publication number
EP3134639A1
EP3134639A1 EP15707116.8A EP15707116A EP3134639A1 EP 3134639 A1 EP3134639 A1 EP 3134639A1 EP 15707116 A EP15707116 A EP 15707116A EP 3134639 A1 EP3134639 A1 EP 3134639A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
nozzle
nozzle needle
injection valve
fuel injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15707116.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tobias Steffens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3134639A1 publication Critical patent/EP3134639A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, as used for example for the injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, and a method for operating the fuel injection valve.
  • fuel injection valves which are used for the direct injection of fuel into combustion chambers of internal combustion engines, well known, for example from DE 100 24 703 AI.
  • the injection systems as used in particular for supplying fuel to self-igniting internal combustion engines, often operate according to the so-called common-rail principle.
  • fuel is compressed by a high-pressure pump and fed to a high-pressure accumulator, discharged from the lines for the respective injectors, through which the fuel is ultimately injected into the combustion chambers.
  • the injection valves have injection ports through which the fuel exits at high pressure, whereby it is finely atomized and is available for combustion in the combustion chamber.
  • a nozzle needle For opening and closing of the injection openings, a nozzle needle is provided, which is designed piston-shaped and is arranged longitudinally movable within the fuel injection valve. This interacts with a nozzle seat and thereby opens and closes one or more injection openings.
  • the movement of the nozzle needle usually happens according to the servo-hydraulic principle.
  • the end face of the nozzle needle which is remote from the nozzle seat, acted upon by the fuel pressure in a control chamber and is pressed by this hydraulic force in its closed position. If the pressure within the control chamber is lowered, for example by connecting the control chamber to a low-pressure chamber, then the nozzle needle moves in the longitudinal direction and releases the injection openings.
  • a control valve To lower the pressure in the control chamber is a control valve, which is opened and closed with an electric actuator. This magnetic actuators or piezo actuators are used, which switch accordingly fast.
  • the known fuel injection valves are relatively complicated, since on the one hand the nozzle itself with the nozzle needle, the injection ports and the fuel supply must be made with high precision and on the other hand, a control valve that controls the pressure in the control room and thereby controls the actual movement of the nozzle needle. As a result, the fuel injection valve requires comparatively many components, many of which must be manufactured with high precision in order to ensure sufficient functionality.
  • the fuel injection valve according to the invention has the advantage that only a few components are needed and thereby a very simple, yet effective construction of the fuel injection valve is made possible.
  • the fuel injection valve on a nozzle body in which a pressure chamber is formed, which can be filled with fuel under high pressure.
  • a piston-shaped nozzle needle is arranged, which cooperates with a nozzle seat for opening and closing at least one injection opening, via which fuel can flow out of the pressure chamber.
  • an electric actuator is present, which cooperates at least indirectly with the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle and can change its extension in the longitudinal direction of the nozzle needle depending on the electrical control signal.
  • the actuator is moved with a tension spring in the direction of the nozzle. Sensitzes acted upon, so that it is arranged under compressive stress between the tension spring and the nozzle needle.
  • the actuator shortened by its change in length, the distance between the tension spring and the nozzle needle.
  • the nozzle needle can be moved away from the nozzle seat before it is closed again by the force of the tension spring.
  • the injection openings can be opened for a short, but nevertheless sufficiently long period in order to introduce the required amount of fuel into the combustion chamber.
  • the actuator is designed as a piezoelectric actuator.
  • its extension in the longitudinal direction of the nozzle needle can be changed very quickly by a corresponding electrical voltage on the piezoelectric actuator and injections thus take place in rapid succession.
  • the actuator can be energized so that its length in the longitudinal direction of the nozzle needle is shortened by switching off the electrical voltage applied to the actuator.
  • This can also be done in an advantageous manner with the interposition of a compensating body between the actuator and the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle, which can be used to change the bias of the tension spring by using compensation body with different thicknesses.
  • the actuator is biased in an advantageous manner directly by the tension spring at least indirectly against the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle, so that the shortening of the actuator directly affects the nozzle needle.
  • an impulse mass may be provided which, by its inertia, influences the time duration which the nozzle needle remains open.
  • the characteristic changes when opening and closing the injector.
  • the pressure chamber is hydraulically separated from a low-pressure space by a separating disk, the nozzle needle protruding through an opening in the separating disk. This makes it possible that not all parts of the fuel injection valve are acted upon directly by the high pressure, but that the actuator is arranged in a low-pressure chamber.
  • the actuator is designed as a piezoelectric actuator, its sealing against the surrounding the piezoelectric actuator fuel is less expensive.
  • the low-pressure space is connected to a low-pressure line, wherein in the low-pressure space always a pressure of less than 15 bar, preferably less than 10 bar, prevails.
  • an inventive fuel egg n-injection valve including associated fuel supply is shown schematically, wherein the fuel injection valve is shown in longitudinal section.
  • the fuel injection system comprises a tank 1, in which fuel is stored under ambient pressure. From the tank 1, the fuel reaches a high-pressure pump 3, which compresses the fuel and delivers it via a high-pressure line 2 into a high-pressure accumulator 5 in which fuel is stored under high pressure. From the high-pressure accumulator 5 lead pressure lines 6 to the individual fuel injection valves, in the present drawing, only a fuel injection valve 10 is shown, which is connected via the pressure line 6 to the high-pressure accumulator 5.
  • the fuel injection valve 10 has a holding body 12 and a nozzle body 14, wherein in the nozzle body 14, a pressure chamber 15 is formed, which can be filled via the pressure line 6 with fuel under high pressure.
  • a valve seat 22 is formed, from which an injection opening 20 extends, can be introduced through the fuel from the pressure chamber 15 in a combustion chamber.
  • a low-pressure chamber 16 is separated from the high-pressure chamber 15 by a cutting disk 27, wherein the cutting disk 27 has an opening 28 which is penetrated by a piston-shaped and longitudinally movably arranged nozzle needle 23.
  • the nozzle needle 23 cooperates with the nozzle seat 22 and opens and closes by its longitudinal movement of the injection port 20th
  • the nozzle seat 22 facing away from the end face of the nozzle needle 23 abuts against an actuator 25 to which a pulse body 29 connects, which is designed for example as a metallic cylinder.
  • the actuator 25 is preferably designed as a piezoelectric actuator. But there are also other actuators conceivable, for example, those that use magnetostrictive properties, or actuators that operate on the electromagnetic principle.
  • a tension spring 30 is arranged under pressure bias. By the force of the tension spring 30, the pulse body 29 is pressed against the actuator 25 and this against the nozzle needle 23, so that a total of a closing force is exerted on the nozzle needle 23, which presses them in the direction of the nozzle seat 22.
  • the pressure is a maximum of a few bar, but not more than 15 bar, preferably not more than 10 bar.
  • the check valve 19 can also be omitted, so that in the low-pressure chamber, the ambient pressure prevailing in the tank 1 is.
  • the opening 28 in the cutting disk 27 is dimensioned so that only a minimal gap remains between the nozzle needle 23 and the opening 28 and so only to a low fuel flow between the high pressure chamber 15 and the low pressure chamber 16 through the gap between the nozzle needle 23 and the Opening 28 is coming.
  • the operation of the fuel injection valve is as follows: At the beginning of the injection of the actuator 25 is energized, wherein the electrical connection of the actuator 25 tuators with a corresponding control device via a line not shown in the drawing. However, it is not necessary that the actuator 25 is permanently energized when the injection valve is closed, since the injection valve is held by the spring 30 in the closed position, even with no current supplied actuator.
  • the actuator 25 lengthens in the longitudinal direction of the nozzle needle 23 and reaches its maximum extent in this longitudinal direction.
  • the high pressure prevailing in the pressure accumulator 5 prevails, while in the low-pressure chamber 16 there is a low return pressure.
  • the energization of the actuator 25 is moved back, and this shortens in the longitudinal direction of the nozzle needle 23.
  • the nozzle needle 23 is pulled away from the nozzle seat 22, wherein this movement support hydraulic forces on parts of the sealing surface 24 of the nozzle needle 23rd act or on any existing, separate paragraphs on the nozzle needle 23, which are not shown in the present drawing.
  • Through the resulting opening between the sealing surface 24 of the nozzle needle 23 and the nozzle seat 22 now flows fuel from the pressure chamber 15 into the injection port 20 and from there into the combustion chamber of the corresponding internal combustion engine.
  • the movement of the nozzle needle 23 takes place despite the action of the tension spring 30, since the mass of the pulse body 29 is greater than the mass of the nozzle needle 23. As a result, the inertia of the pulse body 29 is greater than that of the nozzle needle 23 and this moves at a shortening of the Actuator essentially alone. Since the injection is very fast - in the normal injection cycles not more than about a millisecond - with a corresponding dimensioning of the mass of the pulse body 29, the required opening duration is guaranteed. To terminate the injection either the force of the tension spring 30 can be used, which accelerates the pulse body 29 after a certain time and thus closes the nozzle needle 23 via the actuator 25.
  • the closing of the injector can also be done by the fact that the actuator 25 is energized again and its length in longitudinal direction tion of the nozzle needle 23 expands, which presses the nozzle needle 23 again in contact with the nozzle seat 22. Since the pulse body 29 has already traveled a certain way in this direction in the direction of the nozzle needle 23, the pulse body 29 must be pressed back by the actuator 25 and against the force of the tension spring 30 in its initial position.
  • piezoelectric actuators can readily apply very high forces, although small, but sufficient for this application stroke. Since the required stroke is usually less than 100 ⁇ , this can be done quickly and reliably to reach the initial state before the next injection again.
  • the washer 27 is omitted and all components, ie the nozzle needle 23, the actuator 25, the pulse body 29 and the tension spring 30, are in high pressure. In this case eliminates the return line 18, which also offers the advantage that no
  • Leakage quantity is incurred and thus the required amount of compressed fuel that must be provided by the high-pressure line 3, can be lowered.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, comprising a nozzle body (14) in which a pressure chamber (15) is formed that can be filled with highly pressurized fuel and comprising a piston-shaped nozzle needle (23) which is at least partly arranged in the pressure chamber (15) and which interacts with a nozzle seat (22) in order to open and close at least one injection opening (20), wherein fuel can be discharged from the pressure chamber (15) via said injection opening. Furthermore, an electric actuator (25) is provided which interacts at least indirectly with the nozzle needle (23) end face facing away from the nozzle seat and the extent of which in the longitudinal direction of the nozzle needle (23) can change depending on an electric control signal. In the process, a clamping spring (30) acts on the actuator (25) in the direction of the nozzle seat (22).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen und ein Verfahren zum Betreiben desselben  Fuel injection valve for internal combustion engines and a method for operating the same
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen, wie es beispielsweise zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Verwendung findet, und ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils. The invention relates to a fuel injection valve for internal combustion engines, as used for example for the injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, and a method for operating the fuel injection valve.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Kraftstoffeinspritzventile, die zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen dienen, hinlänglich bekannt, so beispielsweise aus der DE 100 24 703 AI. Dabei arbeiten die Einspritzsysteme, wie sie insbesondere zur Kraftstoffversorgung von selbstzündenden Brennkraftmaschinen verwendet werden, häufig nach dem sogenannten Common-Rail-Prinzip. Dabei wird Kraftstoff von einer Hochdruckpumpe verdichtet und einem Hochdruckspeicher zugeführt, von dem Leitungen für die jeweiligen Einspritzventile abführen, durch die der Kraftstoff letztlich in die Brennräume eingespritzt wird. Die Einspritzventile weisen dabei Einspritzöffnungen auf, durch die der Kraftstoff mit hohem Druck austritt, wodurch er fein zerstäubt wird und für eine Verbrennung im Brennraum zur Verfügung steht. Zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnungen ist eine Düsennadel vorgesehen, die kolbenförmig ausgebildet ist und längsbeweglich innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet ist. Diese wirkt mit einem Düsensitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine oder mehrere Einspritzöffnungen. Die Bewegung der Düsennadel geschieht meist nach dem servo-hydraulischen Prinzip. Dabei ist die Stirnseite der Düsennadel, die dem Düsensitz abgewandt ist, vom Kraftstoffdruck in einem Steuerraum beaufschlagt und wird durch diese hydraulische Kraft in ihre Schließstellung gedrückt. Wird der Druck innerhalb des Steuerraums abgesenkt, beispielsweise durch Verbindung des Steuerraums mit einem Niederdruckraum, so bewegt sich die Düsennadel in Längsrichtung und gibt die Einspritzöffnungen frei. Zur Absenkung des Drucks im Steuerraum dient ein Steuerventil, das mit einem elektrischen Aktuator geöffnet und geschlossen wird. Dabei kommen Magnetaktoren oder auch Piezoaktoren zum Einsatz, die entsprechend schnell schalten. From the prior art, fuel injection valves, which are used for the direct injection of fuel into combustion chambers of internal combustion engines, well known, for example from DE 100 24 703 AI. In this case, the injection systems, as used in particular for supplying fuel to self-igniting internal combustion engines, often operate according to the so-called common-rail principle. In this case, fuel is compressed by a high-pressure pump and fed to a high-pressure accumulator, discharged from the lines for the respective injectors, through which the fuel is ultimately injected into the combustion chambers. The injection valves have injection ports through which the fuel exits at high pressure, whereby it is finely atomized and is available for combustion in the combustion chamber. For opening and closing of the injection openings, a nozzle needle is provided, which is designed piston-shaped and is arranged longitudinally movable within the fuel injection valve. This interacts with a nozzle seat and thereby opens and closes one or more injection openings. The movement of the nozzle needle usually happens according to the servo-hydraulic principle. In this case, the end face of the nozzle needle, which is remote from the nozzle seat, acted upon by the fuel pressure in a control chamber and is pressed by this hydraulic force in its closed position. If the pressure within the control chamber is lowered, for example by connecting the control chamber to a low-pressure chamber, then the nozzle needle moves in the longitudinal direction and releases the injection openings. To lower the pressure in the control chamber is a control valve, which is opened and closed with an electric actuator. This magnetic actuators or piezo actuators are used, which switch accordingly fast.
Die bekannten Kraftstoffeinspritzventile sind dabei relativ kompliziert aufgebaut, da einerseits die Düse selbst mit der Düsennadel, den Einspritzöffnungen und der Kraftstoffzuführung mit hoher Präzision gefertigt werden muss und andererseits ein Steuerventil, das den Druck im Steuerraum kontrolliert und dadurch die eigentliche Bewegung der Düsennadel steuert. Dadurch benötigt das Kraftstoffeinspritzventil vergleichsweise viele Bauteile, wovon viele hoch präzise gefertigt werden müssen, um die Funktionalität in ausreichendem Maße zu gewährleisten. The known fuel injection valves are relatively complicated, since on the one hand the nozzle itself with the nozzle needle, the injection ports and the fuel supply must be made with high precision and on the other hand, a control valve that controls the pressure in the control room and thereby controls the actual movement of the nozzle needle. As a result, the fuel injection valve requires comparatively many components, many of which must be manufactured with high precision in order to ensure sufficient functionality.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventil weist demgegenüber den Vorteil auf, dass nur wenige Bauteile benötigt werden und dadurch ein sehr einfacher, aber dennoch effektiver Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils ermöglicht wird. Dazu weist das Kraftstoffeinspritzventil einen Düsenkörper auf, in dem ein Druckraum ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist. Im Druckraum ist eine kolbenförmige Düsennadel angeordnet, die mit einem Düsensitz zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung zusammenwirkt, über welche Kraftstoff aus dem Druckraum abfließen kann. Darüber hinaus ist ein elektrischer Aktuator vorhanden, der zumindest mittelbar mit der düsensitz- abgewandten Stirnseite der Düsennadel zusammenwirkt und der seine Ausdehnung in Längsrichtung der Düsennadel abhängig von dem elektrischen Steuersignal ändern kann. Der Aktuator wird mit einer Spannfeder in Richtung des Dü- sensitzes beaufschlagt, sodass er unter Druckspannung zwischen der Spannfeder und der Düsennadel angeordnet ist. In contrast, the fuel injection valve according to the invention has the advantage that only a few components are needed and thereby a very simple, yet effective construction of the fuel injection valve is made possible. For this purpose, the fuel injection valve on a nozzle body, in which a pressure chamber is formed, which can be filled with fuel under high pressure. In the pressure chamber, a piston-shaped nozzle needle is arranged, which cooperates with a nozzle seat for opening and closing at least one injection opening, via which fuel can flow out of the pressure chamber. In addition, an electric actuator is present, which cooperates at least indirectly with the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle and can change its extension in the longitudinal direction of the nozzle needle depending on the electrical control signal. The actuator is moved with a tension spring in the direction of the nozzle. Sensitzes acted upon, so that it is arranged under compressive stress between the tension spring and the nozzle needle.
Durch diese Anordnung ist es möglich, dass der Aktuator durch seine Längenänderung den Abstand zwischen der Spannfeder und der Düsennadel verkürzt. Unter Ausnutzung der Massenträgheit des Aktuator und eventuell weiterer Körper kann so die Düsennadel von Düsensitz wegbewegt werden, bevor diese durch die Kraft der Spannfeder wieder geschlossen wird. Dadurch können die Einspritzöffnungen für einen kurzen, aber dennoch ausreichend langen Zeitraum geöffnet werden, um die benötigte Kraftstoffmenge in den Brennraum einzubringen. By this arrangement, it is possible that the actuator shortened by its change in length, the distance between the tension spring and the nozzle needle. By taking advantage of the inertia of the actuator and possibly other body so the nozzle needle can be moved away from the nozzle seat before it is closed again by the force of the tension spring. As a result, the injection openings can be opened for a short, but nevertheless sufficiently long period in order to introduce the required amount of fuel into the combustion chamber.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktuator als Piezoaktor ausgebildet. Dadurch kann seine Ausdehnung in Längsrichtung der Düsennadel sehr rasch durch eine entsprechende elektrische Spannung am Piezoaktor geändert werden und Einspritzungen so in rascher Folge stattfinden. In a first advantageous embodiment, the actuator is designed as a piezoelectric actuator. As a result, its extension in the longitudinal direction of the nozzle needle can be changed very quickly by a corresponding electrical voltage on the piezoelectric actuator and injections thus take place in rapid succession.
In vorteilhafter Weise kann der Aktuator so bestromt werden, dass sich seine Länge in Längsrichtung der Düsennadel durch die Abschaltung der am Aktuator anliegenden elektrischen Spannung verkürzt. Dies kann in vorteilhafter Weise auch unter Zwischenlage eines Ausgleichskörpers zwischen dem Aktuator und der düsensitzabgewandten Stirnfläche der Düsennadel geschehen, was dazu benutzt werden kann, die Vorspannung der Spannfeder zu verändern, indem Ausgleichskörper mit unterschiedlicher Dicke Verwendung finden. Advantageously, the actuator can be energized so that its length in the longitudinal direction of the nozzle needle is shortened by switching off the electrical voltage applied to the actuator. This can also be done in an advantageous manner with the interposition of a compensating body between the actuator and the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle, which can be used to change the bias of the tension spring by using compensation body with different thicknesses.
Der Aktuator wird in vorteilhafter Weise direkt durch die Spannfeder zumindest mittelbar gegen die düsensitzabgewandte Stirnfläche der Düsennadel vorgespannt, damit sich die Verkürzung des Aktuator unmittelbar auf die Düsennadel auswirkt. In vorteilhafter Weise kann darüber hinaus zwischen der Spannfeder und dem Aktuator eine Impulsmasse vorgesehen sein, die durch ihre Trägheit die Zeitdauer, die die Düsennadel geöffnet bleibt, beeinflusst. Je nach Masse dieser Impulsmasse ändert sich die Charakteristik beim Öffnen und Schließen des Einspritzventils. ln einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Druckraum von einem Niederdruckraum durch eine Trennscheibe hydraulisch getrennt, wobei die Düsennadel durch eine Öffnung in der Trennscheibe ragt. Dadurch ist es möglich, dass nicht alle Teile des Kraftstoffeinspritzventils direkt vom Hochdruck beaufschlagt werden, sondern dass der Aktuator in einem Niederdruckraum angeordnet ist.The actuator is biased in an advantageous manner directly by the tension spring at least indirectly against the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle, so that the shortening of the actuator directly affects the nozzle needle. Advantageously, moreover, between the tension spring and the actuator, an impulse mass may be provided which, by its inertia, influences the time duration which the nozzle needle remains open. Depending on the mass of this pulse mass, the characteristic changes when opening and closing the injector. In a further advantageous embodiment, the pressure chamber is hydraulically separated from a low-pressure space by a separating disk, the nozzle needle protruding through an opening in the separating disk. This makes it possible that not all parts of the fuel injection valve are acted upon directly by the high pressure, but that the actuator is arranged in a low-pressure chamber.
Insbesondere, wenn der Aktuator als Piezoaktor ausgebildet ist, wird dessen Abdichtung gegenüber dem den Piezoaktor umgebenden Kraftstoff dadurch weniger aufwendig. In vorteilhafter Weise ist dabei der Niederdruckraum mit einer Niederdruckleitung verbunden, wobei im Niederdruckraum stets ein Druck von unter 15 bar, bevorzugt unter 10 bar, herrscht. In particular, if the actuator is designed as a piezoelectric actuator, its sealing against the surrounding the piezoelectric actuator fuel is less expensive. Advantageously, while the low-pressure space is connected to a low-pressure line, wherein in the low-pressure space always a pressure of less than 15 bar, preferably less than 10 bar, prevails.
Zeichnung In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil schematisch im Längsschnitt dargestellt. Drawing In the drawing, a fuel injection valve according to the invention is shown schematically in longitudinal section.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Description of the embodiment
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoff ei n- spritzventil samt dazugehöriger Kraftstoffversorgung schematisch dargestellt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil im Längsschnitt dargestellt ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Tank 1, in dem Kraftstoff unter Umgebungsdruck vorgehalten wird. Vom Tank 1 gelangt der Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe 3, die den Kraftstoff verdichtet und über eine Hochdruckleitung 2 in einen Hochdruckspeicher 5 fördert, in dem Kraftstoff unter hohem Druck vorgehalten wird. Vom Hochdruckspeicher 5 führen Druckleitungen 6 zu den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen, wobei in der vorliegenden Zeichnung nur ein Kraftstoffeinspritzventil 10 gezeigt ist, das über die Druckleitung 6 mit dem Hochdruckspeicher 5 verbunden ist. In the single FIGURE of the drawing, an inventive fuel egg n-injection valve including associated fuel supply is shown schematically, wherein the fuel injection valve is shown in longitudinal section. The fuel injection system comprises a tank 1, in which fuel is stored under ambient pressure. From the tank 1, the fuel reaches a high-pressure pump 3, which compresses the fuel and delivers it via a high-pressure line 2 into a high-pressure accumulator 5 in which fuel is stored under high pressure. From the high-pressure accumulator 5 lead pressure lines 6 to the individual fuel injection valves, in the present drawing, only a fuel injection valve 10 is shown, which is connected via the pressure line 6 to the high-pressure accumulator 5.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 weist einen Haltekörper 12 auf und einen Düsenkörper 14, wobei im Düsenkörper 14 ein Druckraum 15 ausgebildet ist, der über die Druckleitung 6 mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllt werden kann. Am brennraumseitigen Ende des Düsenkörpers 14 ist ein Ventilsitz 22 ausgebildet, von dem eine Einspritzöffnung 20 ausgeht, durch die Kraftstoff aus dem Druckraum 15 in einen Brennraum eingebracht werden kann. Ein Niederdruckraum 16 ist vom Hochdruckraum 15 durch eine Trennscheibe 27 getrennt, wobei die Trennscheibe 27 eine Öffnung 28 aufweist, die von einer kolbenförmigen und längsbeweglich angeordneten Düsennadel 23 durchsetzt wird. Die Düsennadel 23 wirkt mit dem Düsensitz 22 zusammen und öffnet und schließt durch ihre Längsbewegung die Einspritzöffnung 20. The fuel injection valve 10 has a holding body 12 and a nozzle body 14, wherein in the nozzle body 14, a pressure chamber 15 is formed, which can be filled via the pressure line 6 with fuel under high pressure. At the On the combustion chamber end of the nozzle body 14, a valve seat 22 is formed, from which an injection opening 20 extends, can be introduced through the fuel from the pressure chamber 15 in a combustion chamber. A low-pressure chamber 16 is separated from the high-pressure chamber 15 by a cutting disk 27, wherein the cutting disk 27 has an opening 28 which is penetrated by a piston-shaped and longitudinally movably arranged nozzle needle 23. The nozzle needle 23 cooperates with the nozzle seat 22 and opens and closes by its longitudinal movement of the injection port 20th
Die dem Düsensitz 22 abgewandte Stirnseite der Düsennadel 23 liegt an einem Aktuator 25 an, an dem sich ein Impulskörper 29 anschließt, der beispielsweise als metallischer Zylinder ausgeführt ist. Der Aktuator 25 ist dabei vorzugsweise als Piezoaktor ausgebildet. Es sind aber auch andere Aktuatoren denkbar, beispielsweise solche, die magnetostriktive Eigenschaften nutzen, oder auch Aktoren, die nach dem elektromagnetischen Prinzip arbeiten. Zwischen dem Impulskörper 29 und dem Haltekörper 12 ist eine Spannfeder 30 unter Druckvorspannung angeordnet. Durch die Kraft der Spannfeder 30 wird der Impulskörper 29 gegen den Aktuator 25 und dieser gegen die Düsennadel 23 gedrückt, sodass insgesamt eine Schließkraft auf die Düsennadel 23 ausgeübt wird, die diese in Richtung des Düsensitzes 22 drückt. The nozzle seat 22 facing away from the end face of the nozzle needle 23 abuts against an actuator 25 to which a pulse body 29 connects, which is designed for example as a metallic cylinder. The actuator 25 is preferably designed as a piezoelectric actuator. But there are also other actuators conceivable, for example, those that use magnetostrictive properties, or actuators that operate on the electromagnetic principle. Between the pulse body 29 and the holding body 12, a tension spring 30 is arranged under pressure bias. By the force of the tension spring 30, the pulse body 29 is pressed against the actuator 25 and this against the nozzle needle 23, so that a total of a closing force is exerted on the nozzle needle 23, which presses them in the direction of the nozzle seat 22.
Der Niederdruckraum 16, in dem sich der Aktuator 25, der Impulskörper 29 und die Spannfeder 30 befinden, ist über eine Niederdruckleitung 18 mit dem Tank 1 verbunden, wobei in der Niederdruckleitung 18 ein Rückschlagventil 19 angeordnet ist, sodass ein gewisser Mindestdruck im Niederdruckraum 16 aufrecht erhalten wird. Der Druck beträgt maximal einige bar, höchstens jedoch 15 bar, vorzugsweise nicht mehr als 10 bar. Je nach Auslegung kann das Rückschlagventil 19 auch entfallen, so dass im Niederdruckraum der im Tank 1 herrschende Umgebungsdruck ist. The low pressure chamber 16 in which the actuator 25, the pulse body 29 and the tension spring 30 are connected via a low pressure line 18 to the tank 1, wherein in the low pressure line 18, a check valve 19 is arranged, so that a certain minimum pressure in the low pressure chamber 16 upright is obtained. The pressure is a maximum of a few bar, but not more than 15 bar, preferably not more than 10 bar. Depending on the design, the check valve 19 can also be omitted, so that in the low-pressure chamber, the ambient pressure prevailing in the tank 1 is.
Die Öffnung 28 in der Trennscheibe 27 ist so bemessen, dass zwischen der Düsennadel 23 und der Öffnung 28 nur ein minimaler Spalt verbleibt und es so nur zu einem geringen Kraftstofffluss zwischen dem Hochdruckraum 15 und dem Niederdruckraum 16 durch den Spalt zwischen der Düsennadel 23 und der Öffnung 28 kommt. Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzventils ist wie folgt: Zu Beginn der Einspritzung ist der Aktuator 25 bestromt, wobei die elektrische Verbindung des Ak- tuators 25 mit einem entsprechenden Steuergerät über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Leitung geschieht. Es ist dabei jedoch nicht notwendig, dass der Aktor 25 bei geschlossenem Einspritzventil permanent bestromt ist, da das Einspritzventil durch die Feder 30 auch bei unbestromtem Aktor in der Schließstellung gehalten wird. Zumindest unmittelbar vor der Einspritzung muss der Aktor jedoch durch Bestromung verlängert werden, wodurch sich der Aktuator 25 in Längsrichtung der Düsennadel 23 längt und seine maximale Ausdehnung in dieser Längsrichtung erreicht. Im Hochdruckraum 15 herrscht der hohe Druck, der im Druckspeicher 5 zur Verfügung gestellt wird, während im Niederdruckraum 16 ein niedriger Rücklaufdruck herrscht. Soll eine Einspritzung stattfinden, so wird die Bestromung des Aktuators 25 zurückgefahren, und dieser verkürzt sich in Längsrichtung der Düsennadel 23. Dadurch wird die Düsennadel 23 vom Düsensitz 22 weggezogen, wobei diese Bewegung hydraulische Kräfte unterstützen, die auf Teile der Dichtfläche 24 der Düsennadel 23 wirken oder auch auf gegebenenfalls vorhandene, separate Absätze an der Düsennadel 23, die in der vorliegenden Zeichnung nicht dargestellt sind. Durch die entstandene Öffnung zwischen der Dichtfläche 24 der Düsennadel 23 und dem Düsensitz 22 fließt jetzt Kraftstoff aus dem Druckraum 15 in die Einspritzöffnung 20 und gelangt von dort in den Brennraum der entsprechenden Brennkraftmaschine. The opening 28 in the cutting disk 27 is dimensioned so that only a minimal gap remains between the nozzle needle 23 and the opening 28 and so only to a low fuel flow between the high pressure chamber 15 and the low pressure chamber 16 through the gap between the nozzle needle 23 and the Opening 28 is coming. The operation of the fuel injection valve is as follows: At the beginning of the injection of the actuator 25 is energized, wherein the electrical connection of the actuator 25 tuators with a corresponding control device via a line not shown in the drawing. However, it is not necessary that the actuator 25 is permanently energized when the injection valve is closed, since the injection valve is held by the spring 30 in the closed position, even with no current supplied actuator. However, at least immediately before the injection of the actuator must be extended by energization, whereby the actuator 25 lengthens in the longitudinal direction of the nozzle needle 23 and reaches its maximum extent in this longitudinal direction. In the high-pressure chamber 15, the high pressure prevailing in the pressure accumulator 5 prevails, while in the low-pressure chamber 16 there is a low return pressure. If an injection takes place, the energization of the actuator 25 is moved back, and this shortens in the longitudinal direction of the nozzle needle 23. Thereby, the nozzle needle 23 is pulled away from the nozzle seat 22, wherein this movement support hydraulic forces on parts of the sealing surface 24 of the nozzle needle 23rd act or on any existing, separate paragraphs on the nozzle needle 23, which are not shown in the present drawing. Through the resulting opening between the sealing surface 24 of the nozzle needle 23 and the nozzle seat 22 now flows fuel from the pressure chamber 15 into the injection port 20 and from there into the combustion chamber of the corresponding internal combustion engine.
Die Bewegung der Düsennadel 23 erfolgt trotz der Beaufschlagung durch die Spannfeder 30, da die Masse des Impulskörpers 29 größer ist als die Masse der Düsennadel 23. Dadurch ist die Trägheit des Impulskörpers 29 größer als die der Düsennadel 23 und diese bewegt sich bei einer Verkürzung des Aktuators im Wesentlichen allein. Da die Einspritzung sehr schnell vor sich geht - bei den normalen Einspritzzyklen nicht mehr als etwa eine Millisekunde - ist bei einer entsprechenden Dimensionierung der Masse des Impulskörpers 29 die benötigte Öffnungsdauer gewährleistet. Zur Beendigung der Einspritzung kann entweder die Kraft der Spannfeder 30 benutzt werden, die nach einer gewissen Dauer den Impulskörper 29 beschleunigt und damit über den Aktuator 25 die Düsennadel 23 schließt. Das Schließen des Einspritzventils kann aber auch dadurch geschehen, dass der Aktuator 25 wieder erneut bestromt wird und seine Länge in Längsrich- tung der Düsennadel 23 ausdehnt, was die Düsennadel 23 erneut in Anlage an den Düsensitz 22 drückt. Da der Impulskörper 29 auch in diesem Fall bereits einen gewissen Weg in Richtung auf die Düsennadel 23 zurückgelegt hat, muss der Impulskörper 29 durch den Aktuator 25 wieder zurück und entgegen der Kraft der Spannfeder 30 in seine Ausgangslage gedrückt werden. Insbesondere Piezoaktoren können ohne Weiteres sehr hohe Kräfte aufbringen, bei zwar kleinem, aber für diese Anwendung ausreichendem Hub. Da der benötigte Hub in der Regel weniger als 100 μηι beträgt, kann dies schnell und zuverlässig geschehen, um vor der nächsten Einspritzung wieder den Ausgangszustand zu erreichen. The movement of the nozzle needle 23 takes place despite the action of the tension spring 30, since the mass of the pulse body 29 is greater than the mass of the nozzle needle 23. As a result, the inertia of the pulse body 29 is greater than that of the nozzle needle 23 and this moves at a shortening of the Actuator essentially alone. Since the injection is very fast - in the normal injection cycles not more than about a millisecond - with a corresponding dimensioning of the mass of the pulse body 29, the required opening duration is guaranteed. To terminate the injection either the force of the tension spring 30 can be used, which accelerates the pulse body 29 after a certain time and thus closes the nozzle needle 23 via the actuator 25. The closing of the injector can also be done by the fact that the actuator 25 is energized again and its length in longitudinal direction tion of the nozzle needle 23 expands, which presses the nozzle needle 23 again in contact with the nozzle seat 22. Since the pulse body 29 has already traveled a certain way in this direction in the direction of the nozzle needle 23, the pulse body 29 must be pressed back by the actuator 25 and against the force of the tension spring 30 in its initial position. In particular, piezoelectric actuators can readily apply very high forces, although small, but sufficient for this application stroke. Since the required stroke is usually less than 100 μηι, this can be done quickly and reliably to reach the initial state before the next injection again.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zwischenscheibe 27 entfällt und sich sämtliche Komponenten, also die Düsennadel 23, der Aktuator 25, der Impulskörper 29 und die Spannfeder 30, im Hochdruck befinden. In diesem Fall entfällt die Rücklaufleitung 18, was darüber hinaus den Vorteil bietet, dass keine It can also be provided that the washer 27 is omitted and all components, ie the nozzle needle 23, the actuator 25, the pulse body 29 and the tension spring 30, are in high pressure. In this case eliminates the return line 18, which also offers the advantage that no
Leckagemenge anfällt und somit die benötigte Menge von verdichtetem Kraftstoff, die durch die Hochdruckleitung 3 zur Verfügung gestellt werden muss, abgesenkt werden kann.  Leakage quantity is incurred and thus the required amount of compressed fuel that must be provided by the high-pressure line 3, can be lowered.

Claims

Ansprüche claims
1. Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen mit einem Düsenkörper (14), in dem ein Druckraum (15) ausgebildet ist, der mit Kraftstoff unter hohem Druck befüllbar ist, und mit einer zumindest teilweise im Druckraum (15) angeordneten, kolbenförmigen Düsennadel (23), die mit einem Düsensitz (22) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (20) zusammen wirkt, über die Kraftstoff aus dem Druckraum (15) abfließen kann, und mit einem elektrischen Aktuator (25), der zumindest mittelbar mit der düsensitzabgewandten Stirnseite der Düsennadel (23) zusammenwirkt und der seine Ausdehnung in Längsrichtung der Düsennadel (23) abhängig von der angelegten elektrischen Spannung am Aktuator (25) ändern kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) von einer Spannfeder (30) in Richtung des Düsensitzes (22) beaufschlagt ist. 1. Fuel injection valve for internal combustion engines with a nozzle body (14) in which a pressure chamber (15) is formed, which can be filled with fuel at high pressure, and with an at least partially in the pressure chamber (15) arranged, piston-shaped nozzle needle (23) with a nozzle seat (22) for opening and closing at least one injection opening (20) cooperates, via which fuel from the pressure chamber (15) can flow, and with an electric actuator (25), at least indirectly with the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle ( 23) and which can change its extent in the longitudinal direction of the nozzle needle (23) depending on the applied electrical voltage on the actuator (25), characterized in that the actuator (25) by a tension spring (30) in the direction of the nozzle seat (22) is charged.
2. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) als Piezoaktor ausgebildet ist. 2. Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the actuator (25) is designed as a piezoelectric actuator.
3. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge des Aktuators (25) in Längsrichtung der Düsennadel (23) durch die Abschaltung der am Aktuator (25) anliegenden elektrischen Spannung verkürzt. 3. Fuel injection valve according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the actuator (25) in the longitudinal direction of the nozzle needle (23) shortened by the shutdown of the actuator (25) voltage applied.
4. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) direkt oder unter Zwischenlage eines Ausgleichskörpers auf der düsensitzabgewandten Stirnfläche der Düsennadel (23) aufliegt. 4. Fuel injection valve according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the actuator (25) rests directly or with the interposition of a compensating body on the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle (23).
5. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfeder (30) den Aktuator (25) zumindest mittelbar gegen die düsensitzabgewandte Stirnfläche der Düsennadel (23) vorspannt. 5. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tension spring (30) biases the actuator (25) at least indirectly against the nozzle seat facing away from the end face of the nozzle needle (23).
6. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannfeder (30) unter Zwischenlage einer Impulsmasse (29) den Aktuator (25) in Richtung des Düsensitzes (22) vorspannt. 6. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tension spring (30) with the interposition of a pulse mass (29) biases the actuator (25) in the direction of the nozzle seat (22).
7. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Druckraum (15) von einem Niederdruckraum (16) durch eine Trennscheibe (27) hydraulisch getrennt ist, wobei die Düsennadel (23) durch eine Öffnung (28) in der Trennscheibe (27) ragt. 7. Fuel injection valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure chamber (15) from a low-pressure chamber (16) by a cutting disc (27) is hydraulically separated, wherein the nozzle needle (23) through an opening (28). in the cutting disc (27) protrudes.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (25) im Niederdruckraum (16) angeordnet ist. 8. Fuel injection valve according to claim 7, characterized in that the actuator (25) in the low pressure space (16) is arranged.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckraum (16) mit einer Niederdruckleitung (18) verbunden ist, wodurch im Niederdruckraum (16) stets ein Druck von unter 15 bar, bevorzugt unter 10 bar herrscht. 9. Fuel injection valve according to claim 7 or 8, characterized in that the low-pressure chamber (16) is connected to a low-pressure line (18), whereby in the low-pressure chamber (16) always a pressure of less than 15 bar, preferably less than 10 bar prevails.
10. Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffeinspritzventils für Brennkraftma- schinen mit einer zumindest teilweise in einem Druckraum (15) angeordneten, kolbenförmigen Düsennadel (23), die mit einem Düsensitz (22) zum Öffnen und Schließen wenigstens einer Einspritzöffnung (20) zusammen wirkt, und mit einem elektrischen Aktuator (25), der zumindest mittelbar mit der dü- sensitzabgewandten Stirnseite der Düsennadel (23) zusammenwirkt und der seine Ausdehnung in Längsrichtung der Düsennadel (23) abhängig von der angelegten elektrischen Spannung am Aktuator (25) ändern kann, wobei der Aktuator (25) von einer Spannfeder (30) in Richtung des Düsensitzes (22) beaufschlagt ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 10. A method for operating a fuel injection valve for internal combustion engines with a at least partially in a pressure chamber (15) arranged, piston-shaped nozzle needle (23) which cooperates with a nozzle seat (22) for opening and closing at least one injection port (20), and with an electric actuator (25) which interacts at least indirectly with the end face of the nozzle needle (23) facing away from the nozzle and which can change its extent in the longitudinal direction of the nozzle needle (23) as a function of the applied electrical voltage on the actuator (25) Actuator (25) is acted upon by a tension spring (30) in the direction of the nozzle seat (22), characterized by the following method steps:
- Bestromen des Aktuators (25) in der Weise, dass dieser sich in Längs- richtung der Düsennadel (23) verlängert,  - energizing the actuator (25) in such a way that it lengthens in the longitudinal direction of the nozzle needle (23),
- Verändern der Bestromung des Aktuators (25) so, dass sich der Aktuator (25) verkürzt und dadurch die Düsennadel (23) vom Düsensitz (22) wegzieht.  - Changing the energization of the actuator (25) so that the actuator (25) shortens and thereby pulls the nozzle needle (23) from the nozzle seat (22).
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