WO2006128773A1 - Kraftstoffeinspritzdüse - Google Patents

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WO2006128773A1
WO2006128773A1 PCT/EP2006/062109 EP2006062109W WO2006128773A1 WO 2006128773 A1 WO2006128773 A1 WO 2006128773A1 EP 2006062109 W EP2006062109 W EP 2006062109W WO 2006128773 A1 WO2006128773 A1 WO 2006128773A1
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lever
actuator
fuel injection
lever arm
injection nozzle
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PCT/EP2006/062109
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Inventor
Friedrich Boecking
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/701—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical
    • F02M2200/702—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger mechanical with actuator and actuated element moving in different directions, e.g. in opposite directions
    • 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
    • F02M61/167—Means for compensating clearance or thermal expansion

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection nozzle according to the preamble of patent claim 1.
  • Directly controlled fuel injection nozzles with a piezoelectric actuator which acts on the nozzle needle via a hydraulic translator are known.
  • the fuel injection nozzle according to the invention with the features of claim 1 has the advantage over a purely mechanical control without hydraulic transmission, which allows a simple structure.
  • the lever mechanism may be formed in two stages to precisely control the nozzle needle at low opening strokes and to save the otherwise required large actuator length with larger opening strokes by a high translation.
  • the temperature compensation between actuator and housing is mechanically solved.
  • Fig. 2 shows a detail of the fuel injection nozzle according to the invention according to Il in
  • the fuel injector (CR injector) 1 for internal combustion engines shown in Fig. 1 has a one-piece or multi-piece, cylindrical nozzle body 2, which projects with its free lower end in a combustion chamber not shown in detail of the engine to be supplied.
  • a nozzle needle 4 is axially displaceably guided, which defines a formed in the nozzle body 2 annular space 5 radially inwardly.
  • a closing spring 6 presses the nozzle needle 4 down into a conical sealing seat 7 at the combustion chamber end of the guide bore 3.
  • a sealing cone 8 prevents the Nozzle needle 4 in conjunction with the Lm, ⁇ ⁇ a ⁇ _-. 7, that fuel from the leading to the sealing seat 7 annular space 5 passes through injection holes 9 in the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the combustion chamber facing away from the end of the nozzle needle 4 projects into a high-pressure chamber 10 of the nozzle body 2, which is connected via a supply line 11 to a fuel high-pressure accumulator (common rail), not shown.
  • a fuel high-pressure accumulator common rail
  • the annular space 5 is connected to the high pressure chamber 10 and thus acted upon by rail pressure.
  • a piezoelectric actuator 13 is arranged, which is arranged between a housing-side supported temperature compensation element 14 and an actuating element 15.
  • the temperature compensation element 14 is e.g. made of aluminum and serves to compensate for a temperature-induced change in length of the piezoelectric actuator 13 by a corresponding opposite change in length.
  • the actuator 15 is by means of the piezoelectric actuator 13 in the closing direction of the nozzle needle 4, ie in Fig. 1 down, displaceable, against the restoring force of a housing side supported tension spring (eg Bourdon tube) 16.
  • the nozzle needle 4 is connected to the actuator 15 by means of two two-armed booster lever 17 motion coupled, which are each supported on a housing-side support 18 tiltable and with respect to the axis of the nozzle needle 4 facing each other.
  • the actuator 15 is bow-shaped with two with respect to the axis of the nozzle needle 4 opposing bracket ends 19 which each act on the opposite, outer lever arms 17a of the double-armed booster lever 17, while facing each other, inner lever arms 17b of an annular shoulder 20 of Nozzle needle 4 are engaged behind in the closing direction.
  • the closing spring 6 is supported in the high pressure chamber 10 between the nozzle needle 4 and actuator 15.
  • the piezoelectric actuator 13 is not energized, and the actuator 15 is pulled by the tension spring 16 upwards.
  • the pressure acting on the sealing cone 8 of the nozzle needle 4 in the opening direction rail pressure is not sufficient convinced politicianberichtn the nozzle needle 4 against the action of the closing spring 6.
  • the actuator 15 When the piezoelectric actuator 13 is energized, the actuator 15 is moved downward and presses with its lower cam 21, the outer lever arms 17a in the lever ratio a: a and 1: 1 also down (first stage). As a result, the inner lever arms 17b pivot upward and pull the nozzle needle 4 upwards, ie in the opening direction of the nozzle needle 4. The nozzle needle 4 lifts off from its sealing seat 7, and via the now released injection holes 9 fuel from the annular space 5 in the combustion chamber injected. After a predetermined by the axial dimension h displacement of the actuating element 15, the actuator 15 now presses with its upper cam 22, the outer lever arms 17a further down (second stage), and indeed highly translated in the lever ratio a: b.
  • the energization of the piezoelectric actuator 13 is terminated.
  • the tension spring 16 pulls the piezoelectric actuator 13 upwards via the adjusting element 15, ie in each case back into the starting position shown in FIG.
  • the closing spring 6 presses, supported by the throttling on the sealing seat 7, the nozzle needle 4 in its sealing seat 7, whereby the translator lever 17 are pivoted back into the starting position shown in FIG.
  • the cams can also be provided at the top on the lever arm 17a, the adjusting element 15 then acting on the cam with the longer lever arm on the first travel and on the cam with the shorter lever arm on the second travel.

Abstract

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse (1 ) für Brennkraftmaschinen umfasst einen Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (9), eine in einer Bohrung (3) des Düsenkörpers (2) gegen die Wirkung einer Schließfeder (6) axial verschiebbare Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch das mindestens eine Spritzloch (9) steuert, einen insbesondere piezoelektrischen Aktor (13) sowie mindestens einen ortsfest abgestützten, doppelarmigen Übersetzerhebel (17), auf dessen einen Hebelarm (17a) der Aktor (13) in Schließrichtung der Düsennadel (4) wirkt und dessen anderer Hebelarm (17b) von der Düsennadel (4) in deren Schließrichtung hintergriffen ist.

Description

Kraftstoffeinspritzdüse
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzdüse nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bekannt sind direkt gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüsen mit einem piezoelektrischen Aktor, der über einen hydraulischen Übersetzer auf die Düsennadel wirkt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil einer rein mechanischen Steuerung ohne hydraulische Übersetzung, was einen einfachen Aufbau ermöglicht. Der Hebelmechanismus kann zweistufig ausgebildet sein, um die Düsennadel bei geringen Öffnungshüben präzise schnell zu steuern und bei größeren Öffnungshüben durch eine hohe Übersetzung die ansonsten erforderliche große Aktorlänge einzusparen. Vorzugsweise ist auch der Temperaturausgleich zwischen Aktor und Gehäuse mechanisch gelöst.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzdüse in geschlossenem
Zustand; und
Fig. 2 ein Detail der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse gemäß Il in
Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzdüse (CR-Injektor) 1 für Brennkraftmaschinen weist einen ein- oder mehrstückigen, zylindrischen Düsenkörper 2 auf, der mit seinem freien unteren Ende in einen nicht näher gezeigten Brennraum der zu versorgenden Brennkraftmaschine ragt. In einer Führungsbohrung 3 des Düsenkörpers 2 ist eine Düsennadel 4 axial verschiebbar geführt, die einen im Düsenkörper 2 ausgebildeten Ringraum 5 radial nach innen begrenzt. Eine Schließfeder 6 presst die Düsennadel 4 nach unten in einen konischen Dichtsitz 7 am brennraumseitigen Ende der Führungsbohrung 3. In dem in Fig. 1 gezeigten geschlossenen Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse 1 verhindert ein Dichtkonus 8 der Düsennadel 4 in Verbindung mit dem Lm,ι ιιaιι_-. 7, dass Kraftstoff aus dem bis an den Dichtsitz 7 führenden Ringraum 5 durch Spritzlöcher 9 in den Brennraum der Brennkraftmaschine gelangt.
Das dem Brennraum abgewandte Ende der Düsennadel 4 ragt in eine Hochdruck- Kammer 10 des Düsenkörpers 2, die über eine Zufuhrleitung 11 an einen nicht gezeigten Kraftstoff-Hochdruckspeicher (Common Rail) angeschlossen ist. Über einen Anschliff 12 der Düsennadel 4 ist der Ringraum 5 mit der Hochdruck-Kammer 10 verbunden und folglich mit Raildruck beaufschlagt. In der Hochdruck-Kammer 10 ist ein piezoelektrischer Aktor 13 angeordnet, der zwischen einem gehäuseseitig abgestützten Temperaturausgleichselement 14 und einem Stellelement 15 angeordnet ist. Das Temperaturausgleichselement 14 ist z.B. aus Aluminium und dient dazu, eine temperaturbedingte Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 13 durch eine entsprechende entgegengesetzte Längenänderung auszugleichen.
Das Stellelement 15 ist mittels des piezoelektrischen Aktors 13 in Schließrichtung der Düsennadel 4, also in Fig. 1 nach unten, verschiebbar, und zwar gegen die Rückstellkraft einer gehäuseseitig abgestützten Zugfeder (z.B. Rohrfeder) 16. Die Düsennadel 4 ist mit dem Stellelement 15 mittels zweier doppelarmiger Übersetzerhebel 17 bewegungsgekoppelt, die jeweils auf einem gehäuseseitigen Auflager 18 verkippbar abgestützt sind und bezüglich der Achse der Düsennadel 4 einander gegenüberliegen. Das Stellelement 15 ist bügeiförmig mit zwei bezüglich der Achse der Düsennadel 4 einander gegenüberliegenden Bügelenden 19 ausgebildet, die jeweils auf die einander abgewandten, außen liegenden Hebelarme 17a der doppelarmigen Übersetzerhebel 17 wirken, während die einander zugewandten, innen liegenden Hebelarme 17b von einem Ringabsatz 20 der Düsennadel 4 in deren Schließrichtung hintergriffen sind. Die Schließfeder 6 ist in der Hochdruck-Kammer 10 zwischen Düsennadel 4 und Stellelement 15 abgestützt.
Während der innen liegende Hebelarm 17b eine Länge a aufweist, ist die Länge des außen liegenden Hebelarms 17a zweistufig ausgebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist jedes Bügelende 19 des Stellelements 15 im Hebelabstand a zum Auflager 18 eine untere Nocke 21 und im Hebelabstand b (b < a) zum Auflager 18 eine obere Nocke 22 auf, welche von der unteren Nocke 21 um ein axiales Maß h beabstandet ist. Im gezeigten geschlossenen Zustand der Düsennadel 4 ist der piezoelektrische Aktor 13 nicht bestromt, und das Stellelement 15 ist durch die Zugfeder 16 nach oben gezogen. Der am Dichtkonus 8 der Düsennadel 4 in Öffnungsrichtung angreifende Raildruck reicht nicht aus, die Düsennadel 4 gegen die Wirkung der Schließfeder 6 aufzusteuern.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzdüse 1 beschrieben.
Wenn der piezoelektrische Aktor 13 bestromt wird, wird das Stellelement 15 nach unten verschoben und drückt mit seinen unteren Nocken 21 die außen liegenden Hebelarme 17a im Hebelverhältnis a:a bzw. 1 :1 ebenfalls nach unten (erste Stufe). Dadurch verschwenken die innen liegenden Hebelarme 17b nach oben und ziehen die Düsennadel 4 nach oben, also in Öffnungsrichtung der Düsennadel 4. Die Düsennadel 4 hebt von ihrem Dichtsitz 7 ab, und über die nun freigegebenen Spritzlöcher 9 wird Kraftstoff aus dem Ringraum 5 in den Brennraum eingespritzt. Nach einer durch das axiale Maß h vorgegebenen Verschiebung des Stellelements 15 drückt das Stellelement 15 nun mit seinen oberen Nocken 22 die außen liegenden Hebelarme 17a weiter nach unten (zweite Stufe), und zwar hochübersetzt im Hebelverhältnis a:b.
Zum Schließen der Düsennadel 4 wird die Bestromung des piezoelektrischen Aktors 13 beendet. Die Zugfeder 16 zieht über das Stellelement 15 den piezoelektrischen Aktor 13 nach oben, also jeweils zurück in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangslage. Die Schließfeder 6 drückt, unterstützt von der Androsselung am Dichtsitz 7, die Düsennadel 4 in ihren Dichtsitz 7, wodurch auch die Übersetzerhebel 17 in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangslage zurückgeschwenkt werden.
Selbstverständlich können die Nocken statt am Stellelement 15 auch oben am Hebelarm 17a vorgesehen sein, wobei das Stellelement 15 dann auf dem ersten Stellweg auf die Nocke mit dem längeren Hebelarm und auf dem zweiten Stellweg auf die Nocke mit dem kürzeren Hebelarm wirkt.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffeinspritzdüse (1 ) für Brennkraftmaschinen, umfassend einen Düsenkörper (2) mit mindestens einem Spritzloch (9), eine in einer Bohrung (3) des Düsenkörpers (2) gegen die Wirkung einer Schließfeder (6) axial verschiebbare Düsennadel (4), welche die Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff durch das mindestens eine Spritzloch (9) steuert, und einen insbesondere piezoelektrischen Aktor (13), gekennzeichnet durch mindestens einen ortsfest abgestützten, doppelarmigen Übersetzerhebel (17), auf dessen einen Hebelarm (17a) der Aktor (13) in
Schließrichtung der Düsennadel (4) wirkt und dessen anderer Hebelarm (17b) von der Düsennadel (4) in deren Schließrichtung hintergriffen ist.
2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei bezüglich der Achse der Düsennadel (4) einander gegenüberliegende
Übersetzerhebel (17) vorgesehen sind.
3. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) jeweils mit den einander abgewandten Hebelarmen (17a) der beiden Übersetzerhebel (17) zusammenwirkt.
4. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (17a, 17b) des Übersetzerhebels (17) gleich lang sind.
5. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (17a, 17b) des Übersetzerhebels (17) unterschiedlich lang sind.
6. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) oder dessen Stellelement (15) an dem mit dem einen Hebelarm (17a) zusammenwirkenden Ende zwei axial beabstandete Nocken (21 , 22) mit jeweils unterschiedlicher Hebellänge (a, b) aufweist, wobei auf einem ersten Stellweg des Aktors (13) bzw. des
Stellelements (15) die Nocke (21 ) mit dem längeren Hebelarm (a) und auf einem zweiten Stellweg des Aktors (13) bzw. des Stellelements (15) die Nocke (22) mit dem kürzren Hebelarm (b) auf den Übersetzerhebel (17) wirkt.
7. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Aktor (13) oder dessen Stellelement (15) zusammenwirkende Hebelarm (17a) zwei axial beabstandete Nocken mit jeweils unterschiedlicher Hebellänge aufweist, wobei der Aktor (13) oder dessen Stellelement (15) auf einem ersten Stellweg auf die Nocke mit dem längeren Hebelarm und auf einem zweiten Stellweg auf die Nocke mit dem kürzeren Hebelarm wirkt.
8. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (6) einerseits an der Düsennadel (4) und andererseits am Aktor (13) bzw. an dessen Stellelement (15) abgestützt ist.
9. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) über ein Temperaturausgleichselement (14) gehäuseseitig abgestützt ist.
10. Kraftstoffeinspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (13) und der mindestens eine Übersetzerhebel (17) in einer Hochdruck-Kammer (10) angeordnet sind.
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