WO2008138800A1 - Injector with piezo actuator - Google Patents

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WO2008138800A1
WO2008138800A1 PCT/EP2008/055512 EP2008055512W WO2008138800A1 WO 2008138800 A1 WO2008138800 A1 WO 2008138800A1 EP 2008055512 W EP2008055512 W EP 2008055512W WO 2008138800 A1 WO2008138800 A1 WO 2008138800A1
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valve
valve piston
injector according
injector
chamber
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PCT/EP2008/055512
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Inventor
Stefan Schuerg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/0031Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/004Sliding valves, e.g. spool valves, i.e. whereby the closing member has a sliding movement along a seat for opening and closing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
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    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Definitions

  • the invention relates to an injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector according to the preamble of claim 1.
  • DE 103 53 169 A1 shows a piezo-controlled common-rail injector with a control valve actuated by means of a piezoactuator and designed as a 3/2-way valve.
  • a control valve When the control valve is open, a control chamber bounded by an end face of a valve element is hydraulically connected to a low-pressure region of the injector, so that a net discharge into the low-pressure region results from the control chamber, which is supplied with high-pressure fuel via an inlet throttle.
  • the pressure in the control chamber decreases, which in turn has an opening movement of the valve element and thus the release of a nozzle hole arrangement result.
  • the piezoelectric actuator does not act directly on a valve piston of the control valve, but only indirectly via a coupler piston of a hydraulic coupler, in particular to compensate for temperature-induced length fluctuations of the piezoelectric actuator.
  • the valve piston is adjustably arranged in the axial direction in a valve chamber which is delimited by a throttle plate in an axial direction. To adjust the valve piston must be expended by the piezoelectric actuator large adjustment forces, since the valve piston from under high pressure standing fuel is pressurized in the direction of its upper valve seat. Due to the large opening force to be applied, the demands on the performance and the stability of the piezoelectric actuator and the entire switching chain are high.
  • the invention is therefore based on the object to propose a piezo-controlled injector, in which the applied by the piezoelectric actuator opening force is reduced.
  • the invention is based on the idea not to arrange the valve piston axially displaceable in a valve chamber, but to form the valve chamber on the valve piston, in particular such that the valve chamber, at least partially, is mitver Surprise in adjusting the valve piston in the axial direction.
  • the valve chamber is arranged at least partially on the outer circumference of the valve piston, such that the valve piston delimits the valve chamber at any time in two opposite axial directions, that is to say from the valve piston two pressure application surfaces acting in opposite axial directions to be provided.
  • the magnitude of the resultant compressive force acting in an axial direction can be determined, which is due to the pressurization of the pressure surfaces of the valve piston acting in the opposite axial directions by the high pressure fuel in the valve chamber .
  • the opening force to be applied by the piezoactuator can be reduced, as a result of which piezoactuators with lower power and thus with a smaller overall volume and lower power consumption can be used.
  • the stability requirements are reduced to the entire switching chain.
  • the acting in opposite axial directions effective pressure application surfaces are at least approximately, preferably exactly the same size.
  • the compressive force components cancel in the opposite axial directions, as a result of which no closing force which is to be overcome by the piezoactuator acts on the valve piston from the fuel located in the valve chamber.
  • the control valve is a pressure-balanced valve in the axial direction.
  • valve piston diameter ie the diameter of the valve piston, with which the valve piston rests against its valve piston seat
  • valve piston guide diameter ie the diameter of the valve piston in its adjacent to the valve chamber guide portion
  • valve piston is formed by a coupler piston of a hydraulic coupler.
  • the coupler piston preferably acts in a force-transmitting manner directly or with another coupler piston, in particular permanently connected to the piezoactuator, in a coupler body.
  • the simultaneous at least partially, preferably complete limitation of the valve chamber by the valve piston in the opposite axial directions and the concomitant minimization of the opening force applied by the piezo actuator allows an embodiment of the hydraulic coupler with a transmission ratio of 1.
  • Such a coupler is relatively easy to implement ,
  • the coupling piston fixedly connected to the piezoelectric actuator is formed as a sleeve closed on one side, is guided in the other coupler piston, in particular the valve piston.
  • valve chamber is limited by a diameter-reduced portion of the valve piston.
  • valve piston sealing diameter is formed by a radially inwardly tapering conical surface (conical surface), which cooperates sealingly with a valve piston seat on a guide member accommodating the valve piston.
  • the control valve it is conceivable to design the control valve as a slide valve, in which case the valve piston diameter is formed by a guide section of the valve piston.
  • valve chamber When the control valve is open, the valve chamber is preferably connected to a discharge chamber, in which a free end of the valve piston protrudes.
  • discharge chamber is in turn connected to the injector return, in particular via a low pressure piezoelectric actuator space which receives the piezoelectric actuator.
  • At least one closing spring is provided with which the valve piston is spring-loaded in the direction of its valve piston seat.
  • the closing spring engages in an end blind bore of the valve piston.
  • an axial stop, which is opposite the valve piston seat, for the valve pistons is formed by a throttle plate, in which Preferably, the outlet throttle of the control chamber and / or the inlet throttle is integrated to the control chamber.
  • an embodiment is advantageous in which the closing spring acting on the valve piston is not (completely) arranged at axial distance from the spring element which acts on the piezoactuator and / or the coupler, but instead in which the spring element and the closing spring (at least in sections) nested in the radial direction, ie is arranged radially in one another.
  • Preferred is an arrangement of the spring element and the closing spring, wherein the closing spring does not project beyond the spring element in the axial direction. This can be realized, for example, in that the spring element and the closing spring are supported on a common support plane in the axial direction.
  • an embodiment can be realized in which the closing spring projects beyond the spring element in the axial direction, in particular when the support surface for the closing spring is axially spaced from the support surface for the spring element.
  • an embodiment can be realized in which the spring element projects beyond the closing spring in two axial directions.
  • an embodiment is advantageous in which the closing spring either on a is integrally formed with the valve piston formed circumferential collar or on a fixed to the valve piston retaining ring in the axial direction.
  • the closing spring either on a is integrally formed with the valve piston formed circumferential collar or on a fixed to the valve piston retaining ring in the axial direction.
  • a circumferential groove is preferably introduced into the valve piston.
  • the closing spring is arranged completely radially within the spring element for the piezoelectric actuator and / or the hydraulic coupler, ie the closing spring does not project beyond the spring element in the axial direction.
  • the closing spring and the spring element are jointly supported on a valve member receiving the guide member in the axial direction.
  • an outer boundary of the coupler space accommodating a coupler volume is not made in one piece, but rather in several parts, preferably in two parts.
  • the boundary of the coupler space as a radially outer circumferential boundary preferably comprises a sleeve part, which cooperates in a sealing manner with a separate cover part from the sleeve part.
  • the sleeve part is spring-loaded against the cover part.
  • the spring element biasing the piezoactuator in the axial direction is preferably provided, which is advantageously supported on a (lower) side facing away from the cover part, annular end face of the sleeve part.
  • a biasing force must be realized with the spring element, which is greater than the product of the maximum fuel pressure within the coupler space and the inner cross-sectional area of the sleeve part.
  • the sleeve part serves as an external guide for guiding the coupler piston, in particular the valve piston.
  • the inner diameter of the sleeve part which corresponds to the Kopplerkolben pressmesser plus a minimum clearance, due to the formation of a separate component can be made particularly accurate and easy.
  • an embodiment is advantageous in which the sleeve part has on its cover part facing the end face a biting edge, preferably with a flat surface on the cover part cooperates sealingly.
  • the provision of a biting edge ensures a sufficient, the tightness of the coupler space ensuring surface pressure.
  • cover part there are various possibilities for forming the cover part. Preferred is an embodiment in which the cover part on the actual piezoelectric actuator, in particular positive fit, is fixed. It is also a one-piece design of the cover part and piezoelectric actuator feasible. Furthermore, it is conceivable that, due to the spring loading of the sleeve part in the mounted state, the cover part bears only on one end face of the piezoactuator and is pressed against the sleeve part against it.
  • an embodiment of the injector in which the cover part is designed as adjusting piece can be compensated with the manufacturing tolerances of the hydraulic actuator and / or a housing part of the injector. It is also conceivable to provide a separate adjusting piece between the actuator and the hydraulic coupler.
  • an embodiment is advantageous in which the control chamber, which can be connected via the control valve to the low-pressure region, not only via an inlet throttle, which opens directly into the control chamber, with high pressure stagnant fuel is refillable, but in addition to the inlet throttle a Flightdrossel is provided, can flow through the high-pressure fuel with the control valve closed in the control chamber, resulting in a faster refilling of the control chamber and thus in a faster pressure increase within the control chamber and thus in turn results in a faster closing behavior of the valve element.
  • the filling throttle which is permanently hydraulically connected to the high-pressure region of the injector, is preferably arranged in such a way that it first flows via this fuel to an outflow throttle, via which the control chamber communicates with the valve chamber of the Control valve is connected and then flows through the outlet throttle into the control chamber.
  • the filling throttle and the outlet throttle are thus connected in series. It is conceivable to arrange the filling throttle such that the fuel can flow directly to the outlet throttle.
  • an embodiment can be realized in which the filling throttle or a filling channel having these opens into the valve chamber and flows out of this outflowing fuel from the valve chamber to the outlet throttle and via this into the control chamber.
  • the filling throttle is arranged in a filling channel, which is branched off from a fuel supply line for supplying the injector with fuel under high pressure.
  • a flow channel discharging out of the control chamber opens into this filling channel with an outlet throttle, so that both the valve chamber of the control valve and the control chamber are directly refilled when the control valve is closed via the filling throttle.
  • the filling channel opens out of a pressure chamber of the injector.
  • 1 is a schematic partial view of a piezo-controlled injector
  • 2 shows a schematic partial view of an alternative embodiment of a piezo-controlled injector, in which a spring element for the piezoelectric actuator and a closing spring for the valve piston, which are arranged nested in the radial direction,
  • Fig. 3 is a schematic representation of an alternately formed coupler space
  • FIG. 4 shows a schematic partial view of a piezo-controlled injector, in which a
  • Fig. 1 a section of a common rail injector designed as an injector 1 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine is shown.
  • the injector 1 comprises a one-piece or multi-part valve element 2, which is adjustable between an open position and a closed position. In its open position, the valve element 2 releases the fuel flow from a nozzle hole arrangement (not shown) into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • valve element 2 With an upper end face 3, the valve element 2 defines a control chamber 4.
  • the control chamber 4 is arranged radially inside a sleeve 5, which by means of a helical spring 6, which held on a valve element 2 Circlip 7 is supported, spring-loaded in the axial direction on a throttle plate 8.
  • control chamber 4 opens an introduced into the throttle plate 8 inlet throttle 9, which is hydraulically connected to a fuel supply line 10.
  • the fuel supply line 10 connects a pressure chamber 11 which surrounds the control chamber 4 radially on the outside with fuel under high pressure from a fuel high-pressure accumulator (rail) (not shown).
  • a fuel high-pressure accumulator (rail) (not shown).
  • the valve element 2 When the valve element 2 is open, the fuel flows from the pressure chamber 11 through the nozzle hole arrangement (not shown) into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the control chamber 4 is hydraulically connected to a valve chamber 13 of a control valve 14 (servo valve) via an outlet throttle 12, which is also introduced into the throttle plate 8.
  • the control valve 14 comprises a valve piston 15, which is guided in an axially displaceable manner in a guide bore 16 of a guide part 17.
  • the valve piston 15 of the control valve 14 is formed by a coupler piston of a hydraulic coupler 18, via which an adjusting movement of a piezoelectric actuator 19 is transmitted. This is the piezoelectric actuator
  • the further coupler piston 20 of the coupler 18 is designed as a closed end sleeve, in which the valve piston 15 is guided axially displaceable.
  • valve chamber 13 is bounded radially on the outside by a peripheral wall 24 of the guide bore 16. In both axial directions, the valve chamber 13 is limited exclusively by the valve piston 15.
  • a valve piston sealing diameter D 1 with which the valve piston 15 in its closed position rests against a valve piston seat 25, which is formed by the guide part 17, is just as large as a valve piston guide diameter D 2 in a guide region 26 of the valve piston 15, so that two effective in opposite axial directions pressure application surfaces 27, 28 (projection surfaces) of the valve piston 15 are equal.
  • the actual effective pressure application surfaces (projection surfaces) are drawn with dashed lines.
  • Radially inside, the valve chamber 15 is bounded by a diameter-reduced portion 29 of the valve piston 15.
  • valve chamber 13 By thus constructed valve chamber 13, the force acting in opposite directions Axialkraftkomponenten, which are due to the located within the valve chamber 13, pressurized fuel cancel each other, so that no resultant axial force acts on the valve piston 15.
  • the control valve 14 is thus a pressure balanced in the axial direction valve.
  • the closing spring 30 is disposed within a Ab tenuraums 31 which is bounded radially outwardly of the guide member 17. More specifically, the Ab tenuraum 31 is limited by a bore in the guide member 17 whose diameter is greater than the diameter the guide bore 16.
  • the closing spring 30 is based on one nenenden on the throttle plate 8, which forms an axial stop 32 for the valve piston 15 and the other end at the bottom of an end blind hole 33 in the valve piston 15th
  • the Abschraum 31 is hydraulically connected via a connecting line 34 with a piezoelectric actuator space 35, which in turn is connected to the injector return, not shown.
  • the piezoelectric actuator chamber 35 and the exhaust chamber 31 form a low-pressure region 36 of the injector 1.
  • the piezoelectric actuator 19 is energized in a conventional manner, causing the other coupler piston 21 moves in the drawing plane down. Via the coupler volume 22, an axial force is transmitted to the valve piston 15, which thus likewise moves downwards into the discharge chamber 31 in the plane of the drawing, whereby fuel from the valve chamber 13 and thus via the outlet throttle 12 from the control chamber 4 into the exhaust chamber 31 and can flow to the Injektor Weglauf via the connecting line 34 and the piezoelectric actuator space 35.
  • the flow cross sections of the inlet throttle 9 and the outlet throttle 12 are matched to one another such that when the control valve 14 is open, a net outflow from the control chamber 4 results, which in turn reduces the pressure in the control chamber 4.
  • valve element 2 preferably control rod plus nozzle needle
  • the energization of the piezoelectric actuator 19 is interrupted, whereby the coupler piston 21, in particular due to the spring force of the spring element 23 moves in the drawing plane upwards.
  • the valve piston 15 moves upwards in the drawing plane in the axial direction, whereby the valve piston 15 with a conical surface 37 (valve piston diameter Di) rests against the valve piston seat 25 and the valve piston 15 thus abuts the valve chamber 13 closes.
  • the pressure in the control chamber 4 increases, as a result of which the valve element 2 in the drawing plane is moved downwards onto its valve seat, which in turn terminates the injection process.
  • FIG. 2 corresponds essentially to the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that essentially only the differences from the exemplary embodiment according to FIG. 1 are discussed in order to avoid repetition.
  • the closing spring 30 is not arranged within the discharge chamber 31, but within the piezoelectric actuator chamber 35.
  • the closing spring 30 is located radially between the valve piston 15 of the control valve 14 and the spring element 23, which is supported in the axial direction on the hydraulic coupler 18.
  • Both the spring element 23 and the closing spring 30 are supported in the axial direction on an upper plane 38, which is flat in the plane of the drawing, of the guide part 17.
  • the closing spring 30 lies at the other end with its front side facing away from the guide part 17 at a securing point.
  • ring 39 shaft lock ring
  • the closing spring 30 urges the valve piston 15 in the closing direction, in the drawing plane upwards. It is the task of the closing spring 30, the valve piston 15 to move in the direction of the valve piston seat 15 when the energization of the piezoelectric actuator 19 is interrupted.
  • the closing spring 30 By the arrangement of the closing spring 30 shown radially in FIG. 2 radially inside the spring element 23, the installation space of the injector 1 can be minimized compared with the exemplary embodiment according to FIG. 1, in particular in the event that larger valve piston seat diameters are to be realized and consequently in comparison to FIG the embodiment of FIG. 1 larger closing springs must be used with a larger clamping force. As is apparent from Fig. 2, the closing spring 30 does not project beyond the spring element 23 in the axial direction.
  • FIG. 3 only a section of another embodiment of an injector 1 is shown.
  • the illustrated hydraulic coupler 18 can be realized both in the embodiment of FIG. 1 and in the embodiment of FIG. 2.
  • the coupler space 41 surrounding the coupler volume 22 is not realized as a blind hole within the coupler piston 20.
  • the coupler space 41 is bounded radially on the outside by a sleeve part 42.
  • the coupler space 41 is bounded by a cover part 43 which is fixed to the piezoactuator 19.
  • the coupler space 41 bounded by a plane in the drawing upper end face 44 of the valve piston 15, which serves as a coupler piston in the embodiment shown.
  • the sleeve part 42 is spring-loaded in the axial direction in the plane of the drawing upwards by the spring element 23, wherein the spring element 23 on the one hand on a lower, annular end face of the sleeve part 42 in the drawing plane and at the end face 38 of the guide part 17th for the valve piston 15 is supported.
  • the coupler body 21 shown there is formed in two parts in the embodiment of FIG. consists of the lid part 43 and the sleeve part 42.
  • the sleeve part 42 has a circumferential biting edge 45, which is formed directly on the inner circumference of the sleeve part 42 to avoid a pressure step.
  • the biting edge 45 is realized by a slightly conical bevel at the upper end face of the sleeve part 42 in the drawing plane.
  • the spring force (biasing force) with which the spring element 23 biases the sleeve part 42 and thus the piezoelectric actuator 19 is dimensioned so that the sleeve part 42 is not in the axial direction down from the cover part even with a maximum pressurization of the coupler volume 22 during operation of the injector 1 43 can be moved away.
  • the fixed to the piezoelectric actuator 19 cover part 43 has in addition to the sealing of the coupler space 41 in the axial direction in the drawing plane up the task of Einstell Swisss.
  • Axialerstre- cover (thickness) of the cover part 43 manufacturing tolerances of the piezoelectric actuator 19 and other components of the injector 1 are compensated.
  • FIG. 4 The embodiment of an injector 1 shown in FIG. 4 essentially corresponds to the embodiment according to FIG.
  • a Playrossel 46 is provided in the embodiment of an injector 1 shown in FIG. 4 in addition to the inlet throttle 9.
  • the Gredrossel 46 is disposed in a filling channel 47 within the guide member 17, wherein the filling channel 47 is permanently connected to the fuel supply line 10.
  • the fuel supply line 10 and the pressure chamber 11 belong to the high pressure region of the injector 1. In this prevails substantially rail pressure.
  • the filling channel 47 with the filling throttle 46 opens directly into the valve chamber 13.
  • a drain channel 48 which opens out of the control chamber 4 and is integrated into the outlet throttle 12. Since the filling throttle 46 and the outlet throttle 48 are connected in series, with the control valve 14 closed, not only does fuel flow via the inlet throttle from the high-pressure region of the injector into the control chamber 4, but also via the filling throttle 46 and the outlet throttle 12 Fuel over the Golfdrossel 46 into the valve chamber 13 of the control valve 14. Overall, a faster refilling of the valve chamber 13 and the control chamber 4 is achieved hereby, resulting in an increased closing speed of the valve element 2.

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Abstract

The invention relates to an injector (1) for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector, with a valve element (2) which can be adjusted in the axial direction between a closed position and an open position in which the fuel flow is released from a nozzle orifice arrangement into the combustion chamber, and with a piezo actuator (19) with which a valve piston (15) of a control valve (14) can be actuated. When the control valve (14) is open, fuel can flow out of a valve chamber (13) of the control valve (14) into a low pressure region of the injector. According to the invention, the valve piston (15) simultaneously forms the boundary of the valve chamber (13) in two opposite axial directions.

Description

Beschreibungdescription
Titeltitle
Injektor mit PiezoaktorInjector with piezo actuator
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, ins- besondere einem Common-Rail-Injektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular a common rail injector according to the preamble of claim 1.
Die DE 103 53 169 Al zeigt einen piezo-gesteuerten Common- Rail-Injektor mit einem mittels eines Piezoaktors betätig- baren, als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Steuerventil. Bei geöffnetem Steuerventil ist eine von einer Stirnseite eines Ventilelementes begrenzte Steuerkammer hydraulisch mit einem Niederdruckbereich des Injektors verbunden, so dass aus der Steuerkammer, die über eine Zulaufdrossel mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt wird, ein Nettoab- fluss in den Niederdruckbereich resultiert. In der Folge sinkt der Druck in der Steuerkammer, was wiederum eine Öffnungsbewegung des Ventilelementes und damit die Freigabe einer Düsenlochanordnung zur Folge hat. Der Piezoaktor wirkt nicht unmittelbar auf einen Ventilkolben des Steuerventils, sondern nur indirekt über einen Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers, insbesondere um temperaturbedingte Längenschwankungen des Piezoaktors auszugleichen. Der Ventilkolben ist in axialer Richtung verstellbar in ei- ner Ventilkammer angeordnet, die in einer Axialrichtung von einer Drosselplatte begrenzt ist. Zum Verstellen des Ventilkolbens müssen von dem Piezoaktor große Verstellkräfte aufgewendet werden, da der Ventilkolben von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff in Richtung seines oberen Ventilsitzes druckbeaufschlagt ist. Aufgrund der großen aufzubringenden Öffnungskraft sind die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und die Stabilität des Piezoaktors sowie der gesamten Schaltkette hoch.DE 103 53 169 A1 shows a piezo-controlled common-rail injector with a control valve actuated by means of a piezoactuator and designed as a 3/2-way valve. When the control valve is open, a control chamber bounded by an end face of a valve element is hydraulically connected to a low-pressure region of the injector, so that a net discharge into the low-pressure region results from the control chamber, which is supplied with high-pressure fuel via an inlet throttle. As a result, the pressure in the control chamber decreases, which in turn has an opening movement of the valve element and thus the release of a nozzle hole arrangement result. The piezoelectric actuator does not act directly on a valve piston of the control valve, but only indirectly via a coupler piston of a hydraulic coupler, in particular to compensate for temperature-induced length fluctuations of the piezoelectric actuator. The valve piston is adjustably arranged in the axial direction in a valve chamber which is delimited by a throttle plate in an axial direction. To adjust the valve piston must be expended by the piezoelectric actuator large adjustment forces, since the valve piston from under high pressure standing fuel is pressurized in the direction of its upper valve seat. Due to the large opening force to be applied, the demands on the performance and the stability of the piezoelectric actuator and the entire switching chain are high.
Offenbarung der Erfindung Technische AufgabeDISCLOSURE OF THE INVENTION Technical Problem
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen piezo-gesteuerten Injektor vorzuschlagen, bei dem die von dem Piezoaktor aufzubringende Öffnungskraft reduziert ist.The invention is therefore based on the object to propose a piezo-controlled injector, in which the applied by the piezoelectric actuator opening force is reduced.
Technische LösungTechnical solution
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen.This object is achieved with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. All combinations of at least two features specified in the description, the claims and / or the figures also fall within the scope of the invention.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Ventilkolben nicht axial verschieblich in einer Ventilkammer anzuordnen, sondern die Ventilkammer am Ventilkolben auszubilden, insbesondere derart, dass die Ventilkammer, zumindest teilweise, beim Verstellen des Ventilkolbens in axialer Richtung mitverstellt wird. Anders ausgedrückt, ist die Ventilkammer zumindest bereichsweise am Außenumfang des Ventil- kolbens angeordnet, derart, dass der Ventilkolben die Ventilkammer zu jeder Zeit in zwei entgegengesetzte Axialrichtungen begrenzt, also von dem Ventilkolben zwei in entgegengesetzte Axialrichtungen wirksame Druckangriffsflächen bereitgestellt werden. Über die Wahl der Größe der wirksamen Druckangriffsflächen kann die Größe der in einer Axialrichtung wirkenden resultierenden Druckkraft bestimmt werden, die auf die Druckaufschlagung der in die entgegenge- setzten Axialrichtungen wirkenden, Druckangriffsflächen des Ventilkolbens durch den in der Ventilkammer befindlichen, unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zurückzuführen ist. Mittels der Erfindung lässt sich die von dem Piezoaktor aufzubringende Öffnungskraft reduzieren, wodurch Piezoakto- ren mit geringerer Leistung und damit mit geringerem Bauvolumen und niedrigerer Leistungsaufnahme eingesetzt werden können. Zudem werden die Stabilitätsanforderungen an die gesamte Schaltkette reduziert.The invention is based on the idea not to arrange the valve piston axially displaceable in a valve chamber, but to form the valve chamber on the valve piston, in particular such that the valve chamber, at least partially, is mitverstellt in adjusting the valve piston in the axial direction. In other words, the valve chamber is arranged at least partially on the outer circumference of the valve piston, such that the valve piston delimits the valve chamber at any time in two opposite axial directions, that is to say from the valve piston two pressure application surfaces acting in opposite axial directions to be provided. By choosing the size of the effective pressure application surfaces, the magnitude of the resultant compressive force acting in an axial direction can be determined, which is due to the pressurization of the pressure surfaces of the valve piston acting in the opposite axial directions by the high pressure fuel in the valve chamber , By means of the invention, the opening force to be applied by the piezoactuator can be reduced, as a result of which piezoactuators with lower power and thus with a smaller overall volume and lower power consumption can be used. In addition, the stability requirements are reduced to the entire switching chain.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die in entgegensetzte Axialrichtungen wirkenden wirksamen Druckangriffsflächen (Projektionsflächen) zumindest näherungsweise, vorzugsweise genau gleich groß sind. Hierdurch heben sich die Druckkraftkomponenten in die entgegen- gesetzten Axialrichtungen auf, wodurch von dem in der Ventilkammer befindlichen Kraftstoff keine von dem Piezoaktor zu überwindende Schließkraft auf den Ventilkolben wirkt. Anders ausgedrückt, handelt es sich in diesem Fall bei dem Steuerventil um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil. Die Ausbildung gleich großer Druckangriffsflächen kann auf einfache Weise dadurch realisiert werden, dass der Ventilkolbendichtdurchmesser, also der Durchmesser des Ventilkolbens, mit dem der Ventilkolben an seinem Ventilkolbensitz anliegt und der Ventilkolbenführungsdurchmesser, also der Durchmesser des Ventilkolbens in seinem an die Ventilkammer angrenzenden Führungsabschnitt, zumindest näherungsweise, vorzugsweise exakt gleich groß sind. Falls das Steuerventil als Schieberventil ausgebildet werden soll, sind die beiden mit Axialabstand an die Ventilkammer angrenzenden Führungsdurchmesser des Ventilkolbens mit Vorteil gleich groß zu wählen.In an embodiment of the invention is advantageously provided that the acting in opposite axial directions effective pressure application surfaces (projection surfaces) are at least approximately, preferably exactly the same size. As a result, the compressive force components cancel in the opposite axial directions, as a result of which no closing force which is to be overcome by the piezoactuator acts on the valve piston from the fuel located in the valve chamber. In other words, in this case, the control valve is a pressure-balanced valve in the axial direction. The formation of equal pressure application surfaces can be realized in a simple manner that the valve piston diameter, ie the diameter of the valve piston, with which the valve piston rests against its valve piston seat and the valve piston guide diameter, ie the diameter of the valve piston in its adjacent to the valve chamber guide portion, at least approximately , preferably exactly the same size. If the control valve is designed as a slide valve should, the two with axial distance adjacent to the valve chamber guide diameter of the valve piston are advantageously the same size to choose.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Ventilkolben von einem Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers gebildet ist. Mit anderen Worten kann auf einen separaten Ventilkolben bzw. einen separaten Kopplerkolben verzichtet werden, wodurch sich die Konstruktion des Injek- tors wesentlich vereinfacht und auf mindestens ein Bauteil verzichtet werden kann. Bevorzugt wirkt der Kopplerkolben unmittelbar oder mit einem weiteren, insbesondere fest mit dem Piezoaktor verbundenen Kopplerkolben in einem Kopplerkörper kraftübertragend zusammen.Particularly preferred is an embodiment in which the valve piston is formed by a coupler piston of a hydraulic coupler. In other words, it is possible to dispense with a separate valve piston or a separate coupler piston, whereby the construction of the injector can be substantially simplified and at least one component can be dispensed with. The coupler piston preferably acts in a force-transmitting manner directly or with another coupler piston, in particular permanently connected to the piezoactuator, in a coupler body.
Die gleichzeitige zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständige Begrenzung der Ventilkammer durch den Ventilkolben in die einander entgegengesetzten Axialrichtungen und die damit einhergehende Minimierung der von dem Piezo- aktor aufzubringenden Öffnungskraft ermöglicht eine Ausgestaltung des hydraulischen Kopplers mit einem Übersetzungsverhältnis von 1. Ein derartiger Koppler ist vergleichsweise einfach realisierbar, beispielsweise indem der fest mit dem Piezoaktor verbundene Kopplerkolben als einseitig geschlossene Hülse ausgebildet ist, in der weitere Kopplerkolben, insbesondere der Ventilkolben geführt ist.The simultaneous at least partially, preferably complete limitation of the valve chamber by the valve piston in the opposite axial directions and the concomitant minimization of the opening force applied by the piezo actuator allows an embodiment of the hydraulic coupler with a transmission ratio of 1. Such a coupler is relatively easy to implement , For example, in that the coupling piston fixedly connected to the piezoelectric actuator is formed as a sleeve closed on one side, is guided in the other coupler piston, in particular the valve piston.
In Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Ventilkammer von einem durchmesserreduzierten Ab- schnitt des Ventilkolbens begrenzt ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Bauform, bei der die den Ventilkolben aufnehmende Führungsbohrung, zumindest im Bereich der Ven- tilkammer als einfache Zylinderbohrung ausgeführt sein kann .In an embodiment of the invention is advantageously provided that the valve chamber is limited by a diameter-reduced portion of the valve piston. This embodiment enables a design in which the guide bore accommodating the valve piston, at least in the region of the valve tilkammer can be designed as a simple cylinder bore.
Bevorzugt wird der Ventilkolbendichtdurchmesser von einer sich radial nach innen verjüngenden Kegelfläche (Konusfläche) gebildet, die mit einem Ventilkolbensitz an einem den Ventilkolben aufnehmenden Führungsteil dichtend zusammenwirkt. Alternativ ist es denkbar, das Steuerventil als Schieberventil auszubilden, wobei in diesem Fall der Ven- tilkolbendichtdurchmesser von einem Führungsabschnitt des Ventilkolbens gebildet ist.Preferably, the valve piston sealing diameter is formed by a radially inwardly tapering conical surface (conical surface), which cooperates sealingly with a valve piston seat on a guide member accommodating the valve piston. Alternatively, it is conceivable to design the control valve as a slide valve, in which case the valve piston diameter is formed by a guide section of the valve piston.
Bei geöffnetem Steuerventil ist die Ventilkammer bevorzugt mit einem Absteuerraum verbunden, in den ein freies Ende des Ventilkolbens hineinragt. Der Absteuerraum ist wiederum mit dem Injektorrücklauf verbunden, insbesondere über einen auf Niederdruck liegenden Piezoaktorraum, der den Piezoak- tor aufnimmt.When the control valve is open, the valve chamber is preferably connected to a discharge chamber, in which a free end of the valve piston protrudes. The discharge chamber is in turn connected to the injector return, in particular via a low pressure piezoelectric actuator space which receives the piezoelectric actuator.
Da von dem Kraftstoff innerhalb der Ventilkammer keine Schließkraft auf den Ventilkolben wirkt, ist in Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Schließfeder vorgesehen, mit der der Ventilkolben in Richtung seines Ventilkolbensitzes federkraftbeaufschlagt ist.Since no closing force acts on the valve piston from the fuel within the valve chamber, in the development of the invention at least one closing spring is provided with which the valve piston is spring-loaded in the direction of its valve piston seat.
Insbesondere um den Einsatz von Schließfedern mit einem geringen Durchmesser zu ermöglichen, greift die Schließfeder in eine stirnseitige Sacklochbohrung des Ventilkolbens ein.In particular, in order to enable the use of closing springs with a small diameter, the closing spring engages in an end blind bore of the valve piston.
Fertigungstechnisch ist es von Vorteil, wenn ein dem Ventilkolbensitz gegenüberliegender Axialanschlag für die Ventilkolben von einer Drosselplatte gebildet ist, in der be- vorzugt die Ablaufdrossel der Steuerkammer und/oder die Zulaufdrossel zu der Steuerkammer integriert ist.In terms of production, it is advantageous if an axial stop, which is opposite the valve piston seat, for the valve pistons is formed by a throttle plate, in which Preferably, the outlet throttle of the control chamber and / or the inlet throttle is integrated to the control chamber.
Um den Bauraum des Injektors in axialer Richtung zu mini- mieren, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die den Ventilkolben mit einer Schließkraft beaufschlagende Schließfeder nicht (vollständig) mit Axialabstand zu dem den Piezoaktor und/oder den Koppler federkraftbeaufschlagenden Federelement angeordnet ist, sondern bei der das Federelement und die Schließfeder (zumindest abschnittsweise) in radialer Richtung ineinander geschachtelt, d.h. radial ineinander angeordnet ist. Bevorzugt ist dabei eine Anordnung des Federelementes und der Schließfeder, bei der die Schließfeder das Federelement nicht in axialer Richtung überragt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich das Federelement und die Schließfeder an einer gemeinsamen Abstützebene in axialer Richtung abstützen. Daneben ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Schließfeder das Federelement in axialer Richtung über- ragt, insbesondere dann, wenn die Abstützfläche für die Schließfeder axial zu der Abstützfläche für das Federelement beabstandet ist. Ebenso ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der das Federelement die Schließfeder in zwei Axialrichtungen überragt. Durch eine zumindest ab- schnittsweise radiale Verschachtelung des Federelementes und der Schließfeder wird die Bauraumlänge in axialer Richtung optimiert, da nicht zwei in axialer Richtung beabstan- dete Federräume zur Aufnahme der Schließfeder und des Federelementes vorgesehen werden müssen.In order to minimize the installation space of the injector in the axial direction, an embodiment is advantageous in which the closing spring acting on the valve piston is not (completely) arranged at axial distance from the spring element which acts on the piezoactuator and / or the coupler, but instead in which the spring element and the closing spring (at least in sections) nested in the radial direction, ie is arranged radially in one another. Preferred is an arrangement of the spring element and the closing spring, wherein the closing spring does not project beyond the spring element in the axial direction. This can be realized, for example, in that the spring element and the closing spring are supported on a common support plane in the axial direction. In addition, an embodiment can be realized in which the closing spring projects beyond the spring element in the axial direction, in particular when the support surface for the closing spring is axially spaced from the support surface for the spring element. Likewise, an embodiment can be realized in which the spring element projects beyond the closing spring in two axial directions. By an at least partially radial interleaving of the spring element and the closing spring, the installation space length is optimized in the axial direction, since not two spaced apart in the axial direction spring chambers for receiving the closing spring and the spring element must be provided.
Um den Ventilkolben in Schließrichtung mit einer Federkraft beaufschlagen zu können, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der sich die Schließfeder entweder an einem einstückig mit dem Ventilkolben ausgebildeten Umfangsbund oder an einem an dem Ventilkolben festgelegten Sicherungsring in axialer Richtung abstützt. Bevorzugt ist zum Festlegen des Sicherungsrings, der vorzugsweise als Wellensi- cherungsring ausgebildet ist, eine Umfangsnut in den Ventilkolben eingebracht.To act on the valve piston in the closing direction with a spring force, an embodiment is advantageous in which the closing spring either on a is integrally formed with the valve piston formed circumferential collar or on a fixed to the valve piston retaining ring in the axial direction. For securing the securing ring, which is preferably designed as a shaft-sealing ring, a circumferential groove is preferably introduced into the valve piston.
Zur maximalen Bauraumreduzierung in axialer Richtung ist es von Vorteil, wenn die Schließfeder vollständig radial in- nerhalb des Federelementes für den Piezoaktor und/oder den hydraulischen Koppler angeordnet ist, die Schließfeder das Federelement also nicht in axialer Richtung überragt. Dabei stützen sich die Schließfeder und das Federelement gemeinsam an einem den Ventilkolben aufnehmenden Führungsteil in axialer Richtung ab.For maximum space reduction in the axial direction, it is advantageous if the closing spring is arranged completely radially within the spring element for the piezoelectric actuator and / or the hydraulic coupler, ie the closing spring does not project beyond the spring element in the axial direction. In this case, the closing spring and the spring element are jointly supported on a valve member receiving the guide member in the axial direction.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, eine äußere Begrenzung des ein Kopplervolumen aufnehmenden Kopplerraums nicht einteilig, sondern mehrteilig, vorzugs- weise zweiteilig auszuführen. Dabei umfasst die Begrenzung des Kopplerraums als radial äußere, umlaufende Begrenzung vorzugsweise ein Hülsenteil auf, das mit einem von dem Hülsenteil separaten Deckelteil dichtend zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform kann auf einen bei einer einteiligen Ausbildung der Begrenzung des Kopplerraums notwendigen Schleifauslauf am axialen Ende einer Sacklochbohrung verzichtet werden, wodurch das Kopplerraumvolumen minimiert und dadurch die Steifigkeit des hydraulischen Kopplers erhöht wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann zudem auf das Einbringen einer Sacklochbohrung mit Führungsqualität für den Kopplerkolben, der bevorzugt von dem Ventilkolben gebildet ist, verzichtet werden. Zur Abdichtung des Hülsenteils gegenüber dem Deckelteil ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Hülsenteil gegen das Deckelteil federkraftbeaufschlagt ist. Bevorzugt ist hierzu das den Piezoaktor in axialer Richtung vorspannende Federelement vorgesehen, das sich mit Vorteil an einer (unteren) dem Deckelteil abgewandten, ringförmigen Stirnseite des Hülsenteils abstützt. Dabei muss mit dem Federelement eine Vorspannkraft realisierbar sein, die größer ist als das Produkt aus dem maximalen Kraftstoffdruck innerhalb des Kopplerraumes und der Innenquerschnittsflache des Hülsenteils.In a development of the invention, it is advantageously provided that an outer boundary of the coupler space accommodating a coupler volume is not made in one piece, but rather in several parts, preferably in two parts. In this case, the boundary of the coupler space as a radially outer circumferential boundary preferably comprises a sleeve part, which cooperates in a sealing manner with a separate cover part from the sleeve part. In this embodiment, can be dispensed with a need for a one-piece design of the boundary of the coupler space grinding spout at the axial end of a blind hole, whereby the coupler space volume minimized and thereby the rigidity of the hydraulic coupler is increased. In the described embodiment can also be dispensed with the introduction of a blind hole with leadership quality for the coupler piston, which is preferably formed by the valve piston. To seal the sleeve part relative to the cover part is provided in a further development of the invention that the sleeve part is spring-loaded against the cover part. For this purpose, the spring element biasing the piezoactuator in the axial direction is preferably provided, which is advantageously supported on a (lower) side facing away from the cover part, annular end face of the sleeve part. In this case, a biasing force must be realized with the spring element, which is greater than the product of the maximum fuel pressure within the coupler space and the inner cross-sectional area of the sleeve part.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der das Hülsenteil als Außenführung zur Führung des Kopplerkol- bens, insbesondere des Ventilkolbens dient. Dabei kann der Innendurchmesser des Hülsenteils, der dem Kopplerkolbendurchmesser zuzüglich eines minimalen Spiels entspricht, aufgrund der Ausbildung an einem separaten Bauteil besonders exakt und einfach gefertigt werden.Of particular advantage is an embodiment in which the sleeve part serves as an external guide for guiding the coupler piston, in particular the valve piston. In this case, the inner diameter of the sleeve part, which corresponds to the Kopplerkolbendurchmesser plus a minimum clearance, due to the formation of a separate component can be made particularly accurate and easy.
Um die Dichtheit des Kopplerraums in einem Bereich zwischen dem Hülsenteil und dem Deckelteil auch bei im Betrieb auftretenden Druckstößen zu gewährleisten, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der das Hülsenteil an seiner dem Deckelteil zugewandten Stirnseite eine Beißkante aufweist, die vorzugsweise mit einer Planfläche am Deckelteil dichtend zusammenwirkt. Das Vorsehen einer Beißkante gewährleistet dabei eine ausreichende, die Dichtheit des Kopplerraums gewährleistende Flächenpressung.In order to ensure the tightness of the coupler space in a region between the sleeve part and the cover part also occurring during operation pressure surges, an embodiment is advantageous in which the sleeve part has on its cover part facing the end face a biting edge, preferably with a flat surface on the cover part cooperates sealingly. The provision of a biting edge ensures a sufficient, the tightness of the coupler space ensuring surface pressure.
Zur Ausbildung des Deckelteils gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Deckelteil an dem eigentlichen Piezoaktor, insbesondere formschlüssig, festgelegt ist. Es ist auch eine einstückige Ausbildung von Deckelteil und Piezoaktor realisierbar. Ferner ist es denkbar, dass das Deckelteil, aufgrund der Fe- derkraftbeaufschlagung des Hülsenteils im montierten Zu- stand lediglich an einer Stirnseite des Piezoaktors anliegt und gegen diesen von dem Hülsenteil gepresst wird.There are various possibilities for forming the cover part. Preferred is an embodiment in which the cover part on the actual piezoelectric actuator, in particular positive fit, is fixed. It is also a one-piece design of the cover part and piezoelectric actuator feasible. Furthermore, it is conceivable that, due to the spring loading of the sleeve part in the mounted state, the cover part bears only on one end face of the piezoactuator and is pressed against the sleeve part against it.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Injektors, bei der das Deckelteil als Einstellstück ausgebildet ist, mit dem Fertigungstoleranzen des hydraulischen Aktuators und/oder eines Gehäuseteils des Injektors ausgeglichen werden können. Es ist auch denkbar, zwischen dem Aktuator und dem hydraulischen Koppler ein separates Einstellstück vorzusehen .Particularly preferred is an embodiment of the injector in which the cover part is designed as adjusting piece, can be compensated with the manufacturing tolerances of the hydraulic actuator and / or a housing part of the injector. It is also conceivable to provide a separate adjusting piece between the actuator and the hydraulic coupler.
Um die Schließgeschwindigkeit des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Ventilelementes zu erhöhen, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der die Steuerkammer, die über das Steuerventil mit dem Niederdruckbereich verbindbar ist, nicht nur über eine Zulaufdrossel, die unmittelbar in die Steuerkammer mündet, mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff rückbefüllbar ist, sondern bei der zusätzlich zu der Zulaufdrossel eine Fülldrossel vorgesehen ist, über die unter Hochdruck stehender Kraftstoff bei geschlossenem Steuerventil in die Steuerkammer strömen kann, was in einer schnelleren Rückbefüllung der Steuerkammer und damit in einem schnelleren Druckanstieg innerhalb der Steuerkammer und damit wiederum in einem schnelleren Schließverhalten des Ventilelementes resultiert. Die dauerhaft hydraulisch mit dem Hochdruckbereich des Injektors verbundene Fülldrossel ist bevorzugt derart angeordnet, dass über diese Kraftstoff zunächst zu einer Ablaufdrossel strömt, über die die Steuerkammer mit der Ventilkammer des Steuerventils verbunden ist und dann durch die Ablaufdrossel hindurch in die Steuerkammer strömt. Die Fülldrossel und die Ablaufdrossel sind also in Reihe geschaltet. Dabei ist es denkbar, die Fülldrossel derart anzuordnen, dass der Kraftstoff unmittelbar zur Ablaufdrossel strömen kann. Alternativ dazu ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der die Fülldrossel bzw. ein diese aufweisender Füllkanal in die Ventilkammer mündet und aus dieser ausströmender Kraftstoff aus der Ventilkammer zur Ablaufdrossel und über diese in die Steuerkammer strömt.In order to increase the closing speed of the one-part or multi-part valve element, an embodiment is advantageous in which the control chamber, which can be connected via the control valve to the low-pressure region, not only via an inlet throttle, which opens directly into the control chamber, with high pressure stagnant fuel is refillable, but in addition to the inlet throttle a Fülldrossel is provided, can flow through the high-pressure fuel with the control valve closed in the control chamber, resulting in a faster refilling of the control chamber and thus in a faster pressure increase within the control chamber and thus in turn results in a faster closing behavior of the valve element. The filling throttle, which is permanently hydraulically connected to the high-pressure region of the injector, is preferably arranged in such a way that it first flows via this fuel to an outflow throttle, via which the control chamber communicates with the valve chamber of the Control valve is connected and then flows through the outlet throttle into the control chamber. The filling throttle and the outlet throttle are thus connected in series. It is conceivable to arrange the filling throttle such that the fuel can flow directly to the outlet throttle. Alternatively, an embodiment can be realized in which the filling throttle or a filling channel having these opens into the valve chamber and flows out of this outflowing fuel from the valve chamber to the outlet throttle and via this into the control chamber.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die Fülldrossel in einen Füllkanal angeordnet ist, der von einer Kraftstoffversorgungsleitung zur Versorgung des Injektors mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff abgezweigt ist. Bevorzugt mündet in diesen Füllkanal ein aus der Steuerkammer ausmündender Ablaufkanal mit Ablaufdrossel, so dass bei geschlossenem Steuerventil über die Fülldrossel unmittelbar sowohl die Ventilkammer des Steuerventils als auch die Steuerkammer rückbefüllt werden. Alternativ ist es denkbar, dass der Füllkanal aus einem Druckraum des Injektors ausmündet.Of particular advantage is an embodiment in which the filling throttle is arranged in a filling channel, which is branched off from a fuel supply line for supplying the injector with fuel under high pressure. Preferably, a flow channel discharging out of the control chamber opens into this filling channel with an outlet throttle, so that both the valve chamber of the control valve and the control chamber are directly refilled when the control valve is closed via the filling throttle. Alternatively, it is conceivable that the filling channel opens out of a pressure chamber of the injector.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnun- gen. Diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and the drawings. These show in:
Fig. 1: eine schematische Teilansicht eines piezogesteuerten Injektors, Fig. 2: eine schematische Teilansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines piezogesteuerten Injektors, bei dem ein Federelement für den Piezo- aktor und eine Schließfeder für den Ventilkolben, die in radialer Richtung geschachtelt angeordnet sind,1 is a schematic partial view of a piezo-controlled injector, 2 shows a schematic partial view of an alternative embodiment of a piezo-controlled injector, in which a spring element for the piezoelectric actuator and a closing spring for the valve piston, which are arranged nested in the radial direction,
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines alternativ ausgebildeten Kopplerraums undFig. 3 is a schematic representation of an alternately formed coupler space and
Fig. 4: eine schematische Teilansicht eines piezogesteuerten Injektors, bei der eine4 shows a schematic partial view of a piezo-controlled injector, in which a
Ventilkammer eines Steuerventils über eine Ablaufdrossel sowie über eine Fülldrossel mitValve chamber of a control valve via an outlet throttle and a Fülldrossel with
Kraftstoff versorgt wird.Fuel is supplied.
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Injektors 1 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine gezeigt. Der Injektor 1 umfasst ein lediglich ausschnittsweise dargestelltes ein- oder mehrteiliges Ventilelement 2, das zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellbar ist. In seiner Öffnungsstellung gibt das Ventilelement 2 den Kraftstofffluss aus einer nicht gezeigten Düsenlochanord- nung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine frei.In Fig. 1 a section of a common rail injector designed as an injector 1 for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine is shown. The injector 1 comprises a one-piece or multi-part valve element 2, which is adjustable between an open position and a closed position. In its open position, the valve element 2 releases the fuel flow from a nozzle hole arrangement (not shown) into the combustion chamber of an internal combustion engine.
Mit einer oberen Stirnfläche 3 begrenzt das Ventilelement 2 eine Steuerkammer 4. Die Steuerkammer 4 ist radial innerhalb einer Hülse 5 angeordnet, die mittels einer Schraubenfeder 6, die sich an einem am Ventilelement 2 gehaltenen Sicherungsring 7 abstützt, in axialer Richtung auf eine Drosselplatte 8 federkraftbeaufschlagt ist.With an upper end face 3, the valve element 2 defines a control chamber 4. The control chamber 4 is arranged radially inside a sleeve 5, which by means of a helical spring 6, which held on a valve element 2 Circlip 7 is supported, spring-loaded in the axial direction on a throttle plate 8.
In die Steuerkammer 4 mündet eine in die Drosselplatte 8 eingebrachte Zulaufdrossel 9, die hydraulisch mit einer Kraftstoffversorgungsleitung 10 verbunden ist. Die Kraft- stoffVersorgungsleitung 10 verbindet einen die Steuerkammer 4 radial außen umgebenden Druckraum 11 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff aus einem nicht gezeigten Kraftstoff- hochdruckspeicher (rail) . Bei geöffnetem Ventilelement 2 strömt der Kraftstoff aus dem Druckraum 11 durch die nicht gezeigte Düsenlochanordnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine .In the control chamber 4 opens an introduced into the throttle plate 8 inlet throttle 9, which is hydraulically connected to a fuel supply line 10. The fuel supply line 10 connects a pressure chamber 11 which surrounds the control chamber 4 radially on the outside with fuel under high pressure from a fuel high-pressure accumulator (rail) (not shown). When the valve element 2 is open, the fuel flows from the pressure chamber 11 through the nozzle hole arrangement (not shown) into the combustion chamber of the internal combustion engine.
Die Steuerkammer 4 ist über eine Ablaufdrossel 12, die ebenfalls in die Drosselplatte 8 eingebracht ist, hydraulisch mit einer Ventilkammer 13 eines Steuerventils 14 (Servoventil) verbunden.The control chamber 4 is hydraulically connected to a valve chamber 13 of a control valve 14 (servo valve) via an outlet throttle 12, which is also introduced into the throttle plate 8.
Das Steuerventil 14 umfasst einen Ventilkolben 15, der in einer Führungsbohrung 16 eines Führungsteils 17 axial verschieblich geführt ist. Der Ventilkolben 15 des Steuerventils 14 wird von einem Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers 18 gebildet, über den eine Verstellbewegung eines Piezoaktors 19 übertragen wird. Hierzu ist der PiezoaktorThe control valve 14 comprises a valve piston 15, which is guided in an axially displaceable manner in a guide bore 16 of a guide part 17. The valve piston 15 of the control valve 14 is formed by a coupler piston of a hydraulic coupler 18, via which an adjusting movement of a piezoelectric actuator 19 is transmitted. This is the piezoelectric actuator
19 mit einem weiteren Kopplerkolben 20 fest verbunden, der gleichzeitig einen Kopplerkörper 21 bildet, in dem ein Kraftstoff-Kopplervolumen 22 aufgenommen ist. Der weitere Kopplerkolben 20 des Kopplers 18 ist als endseitig ge- schlossene Hülse ausgeführt, in der der Ventilkolben 15 axial verschieblich geführt ist. Der weitere Kopplerkolben19 fixedly connected to a further coupler piston 20 which simultaneously forms a coupler body 21, in which a fuel-coupler volume 22 is received. The further coupler piston 20 of the coupler 18 is designed as a closed end sleeve, in which the valve piston 15 is guided axially displaceable. The other coupler piston
20 wird über ein Federelement 23, das sich an dem Führungs- teil 17 abstützt, in Richtung des Piezoaktors 21 feder- kraftbeaufschlagt .20 is connected via a spring element 23, which is connected to the guide Part 17 supported, in the direction of the piezoelectric actuator 21 spring loaded.
Die Ventilkammer 13 wird radial außen von einer Umfangswand 24 der Führungsbohrung 16 begrenzt. In beide Axialrichtungen ist die Ventilkammer 13 ausschließlich von dem Ventilkolben 15 begrenzt. Ein Ventilkolbendichtdurchmesser D1, mit dem der Ventilkolben 15 in seiner Schließstellung an einem Ventilkolbensitz 25 anliegt, der von dem Führungsteil 17 gebildet wird, ist genauso (gleich) groß wie ein Ventil- kolbenführungsdurchmesser D2 in einem Führungsbereich 26 des Ventilkolbens 15, so dass zwei in entgegengesetzte Axialrichtungen wirksame Druckangriffsflächen 27, 28 (Projektionsflächen) des Ventilkolbens 15 gleich groß sind. Die tatsächlichen wirksamen Druckangriffsflächen (Projektionsflächen) sind strichliert gezeichnet. Radial innen wird die Ventilkammer 15 von einem durchmesser-reduzierten Abschnitt 29 des Ventilkolbens 15 begrenzt. Durch eine derart aufgebaute Ventilkammer 13 heben sich die in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Axialkraftkomponenten, die auf den innerhalb der Ventilkammer 13 befindlichen, unter Druck stehenden Kraftstoff zurückzuführen sind, gegenseitig auf, so dass keine resultierende Axialkraft auf den Ventilkolben 15 wirkt. Bei dem Steuerventil 14 handelt es sich somit um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Ventil.The valve chamber 13 is bounded radially on the outside by a peripheral wall 24 of the guide bore 16. In both axial directions, the valve chamber 13 is limited exclusively by the valve piston 15. A valve piston sealing diameter D 1 , with which the valve piston 15 in its closed position rests against a valve piston seat 25, which is formed by the guide part 17, is just as large as a valve piston guide diameter D 2 in a guide region 26 of the valve piston 15, so that two effective in opposite axial directions pressure application surfaces 27, 28 (projection surfaces) of the valve piston 15 are equal. The actual effective pressure application surfaces (projection surfaces) are drawn with dashed lines. Radially inside, the valve chamber 15 is bounded by a diameter-reduced portion 29 of the valve piston 15. By thus constructed valve chamber 13, the force acting in opposite directions Axialkraftkomponenten, which are due to the located within the valve chamber 13, pressurized fuel cancel each other, so that no resultant axial force acts on the valve piston 15. The control valve 14 is thus a pressure balanced in the axial direction valve.
Zum Öffnen des Ventilkolbens 15 muss von dem Piezoaktor 19 lediglich die von einer Schließfeder 30 erzeugte Schließkraft überwunden werden. Die Schließfeder 30 ist innerhalb eines Absteuerraums 31 angeordnet, der radial außen von dem Führungsteil 17 begrenzt wird. Genauer gesagt wird der Absteuerraum 31 von einer Bohrung in dem Führungsteil 17 begrenzt, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Führungsbohrung 16. Die Schließfeder 30 stützt sich ei- nenends an der Drosselplatte 8 ab, die einen Axialanschlag 32 für den Ventilkolben 15 bildet und anderenends am Boden einer stirnseitigen Sacklochbohrung 33 im Ventilkolben 15.To open the valve piston 15, only the closing force generated by a closing spring 30 must be overcome by the piezoelectric actuator 19. The closing spring 30 is disposed within a Absteuerraums 31 which is bounded radially outwardly of the guide member 17. More specifically, the Absteuerraum 31 is limited by a bore in the guide member 17 whose diameter is greater than the diameter the guide bore 16. The closing spring 30 is based on one nenenden on the throttle plate 8, which forms an axial stop 32 for the valve piston 15 and the other end at the bottom of an end blind hole 33 in the valve piston 15th
Der Absteuerraum 31 ist hydraulisch über eine Verbindungsleitung 34 mit einem Piezoaktorraum 35 verbunden, der wiederum mit dem nicht gezeigten Injektorrücklauf verbunden ist. Somit bildet also der Piezoaktorraum 35 sowie der Ab- steuerraum 31 einen Niederdruckbereich 36 des Injektors 1.The Absteuerraum 31 is hydraulically connected via a connecting line 34 with a piezoelectric actuator space 35, which in turn is connected to the injector return, not shown. Thus, the piezoelectric actuator chamber 35 and the exhaust chamber 31 form a low-pressure region 36 of the injector 1.
Zum Öffnen des Ventilelementes 2 wird der Piezoaktor 19 in an sich bekannter Weise bestromt, wodurch sich der weitere Kopplerkolben 21 in der Zeichnungsebene nach unten bewegt. Über das Kopplervolumen 22 wird eine Axialkraft auf den Ventilkolben 15 übertragen, der sich somit ebenfalls in der Zeichnungsebene nach unten in den Absteuerraum 31 hineinbewegt, wodurch Kraftstoff aus der Ventilkammer 13 und somit über die Ablaufdrossel 12 aus der Steuerkammer 4 in den Ab- steuerraum 31 und über die Verbindungsleitung 34 und den Piezoaktorraum 35 zum Injektorrücklauf strömen kann. Die Durchflussquerschnitte der Zulaufdrossel 9 und der Ablaufdrossel 12 sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei geöffnetem Steuerventil 14 ein Nettoabfluss aus der Steuerkammer 4 resultiert, wodurch wiederum der Druck in der Steuerkammer 4 sinkt. Hierdurch hebt das Ventilelement 2 (bevorzugt Steuerstange plus Düsennadel) von seinem Sitz ab und es wird der Kraftstofffluss aus dem Druckraum 11 in den Brennraum einer Brennkraftmaschine freigegeben. Zum Schließen des Ventilelementes 2 wird die Bestromung des Piezoaktors 19 unterbrochen, wodurch sich der Kopplerkolben 21, insbesondere aufgrund der Federkraft des Federelements 23 in der Zeichnungsebene nach oben bewegt. Aufgrund der Sogwirkung des Kopplervolumens 22 sowie aufgrund der Federkraft der Schließfeder 30 bewegt sich der Ventilkolben 15 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben, wodurch der Ventilkolben 15 mit einer Kegelfläche 37 (Ventil- kolbendichtdurchmesser Di) am Ventilkolbensitz 25 anliegt und der Ventilkolben 15 somit die Ventilkammer 13 verschließt. Aufgrund des über die Zulaufdrossel 9 nachströmenden Kraftstoffs steigt der Druck in der Steuerkammer 4, wodurch das Ventilelement 2 in der Zeichnungsebene nach unten auf seinen Ventilsitz bewegt wird, wodurch wiederum der Einspritzvorgang beendet wird.To open the valve element 2, the piezoelectric actuator 19 is energized in a conventional manner, causing the other coupler piston 21 moves in the drawing plane down. Via the coupler volume 22, an axial force is transmitted to the valve piston 15, which thus likewise moves downwards into the discharge chamber 31 in the plane of the drawing, whereby fuel from the valve chamber 13 and thus via the outlet throttle 12 from the control chamber 4 into the exhaust chamber 31 and can flow to the Injektorrücklauf via the connecting line 34 and the piezoelectric actuator space 35. The flow cross sections of the inlet throttle 9 and the outlet throttle 12 are matched to one another such that when the control valve 14 is open, a net outflow from the control chamber 4 results, which in turn reduces the pressure in the control chamber 4. This raises the valve element 2 (preferably control rod plus nozzle needle) from its seat and it is the fuel flow released from the pressure chamber 11 into the combustion chamber of an internal combustion engine. To close the valve element 2, the energization of the piezoelectric actuator 19 is interrupted, whereby the coupler piston 21, in particular due to the spring force of the spring element 23 moves in the drawing plane upwards. Due to the Due to the spring force of the closing spring 30, the valve piston 15 moves upwards in the drawing plane in the axial direction, whereby the valve piston 15 with a conical surface 37 (valve piston diameter Di) rests against the valve piston seat 25 and the valve piston 15 thus abuts the valve chamber 13 closes. Due to the fuel flowing in via the inlet throttle 9, the pressure in the control chamber 4 increases, as a result of which the valve element 2 in the drawing plane is moved downwards onto its valve seat, which in turn terminates the injection process.
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erläutert. Dieses entspricht im Wesentlichen dem Ausführungs- beispiel gemäß Fig. 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingegangen wird. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung sowie auf Fig. 1 verwiesen.In the following, the embodiment of FIG. 2 will be explained. This corresponds essentially to the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that essentially only the differences from the exemplary embodiment according to FIG. 1 are discussed in order to avoid repetition. With regard to the similarities, reference is made to the preceding description of the figures and to FIG. 1.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Schließfeder 30 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 nicht innerhalb des Absteuerraums 31 angeordnet, sondern innerhalb des Piezoaktorraums 35. Die Schließfeder 30 be- findet sich dabei radial zwischen dem Ventilkolben 15 des Steuerventils 14 und dem Federelement 23, das sich in axialer Richtung an dem hydraulischen Koppler 18 abstützt.In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the closing spring 30 is not arranged within the discharge chamber 31, but within the piezoelectric actuator chamber 35. The closing spring 30 is located radially between the valve piston 15 of the control valve 14 and the spring element 23, which is supported in the axial direction on the hydraulic coupler 18.
Sowohl das Federelement 23 als auch die Schließfeder 30 stützen sich in axialer Richtung an einer in der Zeichnungsebene oberen, ebenen Stirnseite 38 des Führungsteils 17 ab. Die Schließfeder 30 liegt anderenends mit ihrer dem Führungsteil 17 abgewandten Stirnseite an einem Sicherungs- ring 39 (Wellensicherungsring) an, der in einer Umfangsnut 40 innerhalb des Ventilkolbens 15 festgelegt ist. Hierdurch beaufschlagt die Schließfeder 30 den Ventilkolben 15 in Schließrichtung, in der Zeichnungsebene nach oben. Dabei ist es Aufgabe der Schließfeder 30, den Ventilkolben 15 in Richtung des Ventilkolbensitzes 15 zu bewegen, wenn die Bestromung des Piezoaktors 19 unterbrochen wird.Both the spring element 23 and the closing spring 30 are supported in the axial direction on an upper plane 38, which is flat in the plane of the drawing, of the guide part 17. The closing spring 30 lies at the other end with its front side facing away from the guide part 17 at a securing point. ring 39 (shaft lock ring), which is fixed in a circumferential groove 40 within the valve piston 15. As a result, the closing spring 30 urges the valve piston 15 in the closing direction, in the drawing plane upwards. It is the task of the closing spring 30, the valve piston 15 to move in the direction of the valve piston seat 15 when the energization of the piezoelectric actuator 19 is interrupted.
Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung der Schließfeder 30 radial innerhalb des Federelementes 23 kann der Bauraum des Injektors 1 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 minimiert werden, insbesondere für den Fall, dass größere Ventilkolbensitzdurchmesser realisiert werden sollen und in der Folge im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 größere Schließfedern mit einer größeren Schließkraft eingesetzt werden müssen. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, überragt die Schließfeder 30 das Federelement 23 nicht in axialer Richtung.By the arrangement of the closing spring 30 shown radially in FIG. 2 radially inside the spring element 23, the installation space of the injector 1 can be minimized compared with the exemplary embodiment according to FIG. 1, in particular in the event that larger valve piston seat diameters are to be realized and consequently in comparison to FIG the embodiment of FIG. 1 larger closing springs must be used with a larger clamping force. As is apparent from Fig. 2, the closing spring 30 does not project beyond the spring element 23 in the axial direction.
In Fig. 3 ist lediglich ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Injektors 1 dargestellt. Der gezeigte hydraulische Koppler 18 kann sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 realisiert werden.In Fig. 3, only a section of another embodiment of an injector 1 is shown. The illustrated hydraulic coupler 18 can be realized both in the embodiment of FIG. 1 and in the embodiment of FIG. 2.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der das Kopplervolumen 22 umschließende Kopplerraum 41 nicht als Sacklochbohrung innerhalb des Kopplerkolbens 20 realisiert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist der Kopplerraum 41 radial außen begrenzt von einem Hülsenteil 42. In axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben ist der Kopplerraum 41 begrenzt von einem Deckelteil 43, das an dem Piezoaktor 19 festgelegt ist. In die entgegengesetzte Axialrichtung ist der Kopplerraum 41 begrenzt von einer in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite 44 des Ventilkolbens 15, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Kopplerkolben dient. Alternativ ist es denkbar einen separaten Kopplerkolben vor- zusehen, der wiederum den Ventilkolben 15 kraftbeaufschlagt. Das Hülsenteil 42 wird in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben von dem Federelement 23 feder- kraftbeaufschlagt, wobei sich das Federelement 23 zum einen an einer in der Zeichnungsebene unteren, ringförmigen Stirnseite des Hülsenteils 42 und mit Axialabstand dazu an der Stirnseite 38 des Führungsteils 17 für den Ventilkolben 15 abstützt.3, the coupler space 41 surrounding the coupler volume 22 is not realized as a blind hole within the coupler piston 20. In the embodiment according to FIG. 3, the coupler space 41 is bounded radially on the outside by a sleeve part 42. In the axial direction in the plane of the drawing, the coupler space 41 is bounded by a cover part 43 which is fixed to the piezoactuator 19. In the opposite axial direction the coupler space 41 bounded by a plane in the drawing upper end face 44 of the valve piston 15, which serves as a coupler piston in the embodiment shown. Alternatively, it is conceivable to provide a separate coupler piston, which in turn forces the valve piston 15. The sleeve part 42 is spring-loaded in the axial direction in the plane of the drawing upwards by the spring element 23, wherein the spring element 23 on the one hand on a lower, annular end face of the sleeve part 42 in the drawing plane and at the end face 38 of the guide part 17th for the valve piston 15 is supported.
Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel ge- maß Fig. 1 besteht darin, dass der dort gezeigte Kopplerkörper 21 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zweiteilig ausgebildet ist, d.h. aus dem Deckelteil 43 und dem Hülsenteil 42 besteht.The essential difference from the embodiment of FIG. 1 is that the coupler body 21 shown there is formed in two parts in the embodiment of FIG. consists of the lid part 43 and the sleeve part 42.
An seiner dem Deckelteil 43 zugewandten Stirnseite weist das Hülsenteil 42 eine umlaufende Beißkante 45 auf, die zur Vermeidung einer Druckstufe unmittelbar am Innenumfang des Hülsenteils 42 ausgebildet ist. Die Beißkante 45 ist durch einen leicht konischen Anschliff an der in der Zeichnungs- ebene oberen Stirnseite des Hülsenteils 42 realisiert. Die Federkraft (Vorspannkraft) , mit der das Federelement 23 das Hülsenteil 42 und damit den Piezoaktor 19 vorspannt ist so bemessen, dass das Hülsenteil 42 auch bei einer maximalen Druckbeaufschlagung des Kopplervolumens 22 im Betrieb des Injektors 1 nicht in axialer Richtung nach unten von dem Deckelteil 43 weg bewegt werden kann. Das an dem Piezoaktor 19 festgelegte Deckelteil 43 hat neben der Abdichtung des Kopplerraums 41 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben die Aufgabe eines Einstellstücks. Durch eine entsprechende Wahl der Axialerstre- ckung (Dicke) des Deckelteils 43 werden Fertigungstoleranzen des Piezoaktors 19 sowie von anderen Bauteilen des Injektors 1 ausgeglichen.At its front side facing the cover part 43, the sleeve part 42 has a circumferential biting edge 45, which is formed directly on the inner circumference of the sleeve part 42 to avoid a pressure step. The biting edge 45 is realized by a slightly conical bevel at the upper end face of the sleeve part 42 in the drawing plane. The spring force (biasing force) with which the spring element 23 biases the sleeve part 42 and thus the piezoelectric actuator 19 is dimensioned so that the sleeve part 42 is not in the axial direction down from the cover part even with a maximum pressurization of the coupler volume 22 during operation of the injector 1 43 can be moved away. The fixed to the piezoelectric actuator 19 cover part 43 has in addition to the sealing of the coupler space 41 in the axial direction in the drawing plane up the task of Einstellstücks. By an appropriate choice of Axialerstre- cover (thickness) of the cover part 43 manufacturing tolerances of the piezoelectric actuator 19 and other components of the injector 1 are compensated.
Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Injektors 1 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäßThe embodiment of an injector 1 shown in FIG. 4 essentially corresponds to the embodiment according to FIG
Fig. 1, so dass bezüglich der Gemeinsamkeiten zurFig. 1, so that with respect to the similarities to
Vermeidung von Wiederholungen auf die Figurenbeschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird. Im Folgenden werden imAvoiding repetition to the description of the figures to Fig. 1 is referenced. The following are in the
Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erläutert.Essentially, only the differences from the embodiment of FIG. 1 explained.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, bei dem eine Rückbefüllung der Steuerkammer 4 bei geschlossenem Steuerventil 14 lediglich über die Zulaufdrossel 9 erfolgt, ist bei dem Ausführungsbeispiel eines Injektors 1 gemäß Fig. 4 zusätzlich zu der Zulaufdrossel 9 eine Fülldrossel 46 vorgesehen. Die Fülldrossel 46 ist in einem Füllkanal 47 innerhalb des Führungsteils 17 angeordnet, wobei der Füllkanal 47 dauerhaft mit der Kraftstoffversorgungsleitung 10 verbunden ist. Die Kraftstoffversorgungsleitung 10 und der Druckraum 11 gehören zum Hochdruckbereich des Injektors 1. In diesem herrscht im Wesentlichen Rail-Druck. Der Füllkanal 47 mit der Fülldrossel 46 mündet unmittelbar in die Ventilkammer 13. In Fließrichtung hinter der Fülldrossel 46 mündet in den Füllkanal 47 ein Ablaufkanal 48, der aus der Steuerkammer 4 ausmündet und in die Ablaufdrossel 12 integriert ist. Da die Fülldrossel 46 und die Ablaufdrossel 48 in Reihe geschaltet sind, strömt bei geschlossenem Steuerventil 14 nicht nur Kraftstoff über die Zulaufdrossel von dem Hochdruckbereich des Injektors in die Steuerkammer 4, sondern auch über die Fülldrossel 46 und die Ablaufdrossel 12. Gleichzeitig strömt unter Hochdruck stehender Kraftstoff über die Fülldrossel 46 in die Ventilkammer 13 des Steuerventils 14. Insgesamt wird hiermit eine schnellere Rückbefüllung der Ventilkammer 13 und der Steuerkammer 4 erzielt, was in einer erhöhten Schließgeschwindigkeit des Ventilelementes 2 resultiert. In contrast to the embodiment of FIG. 1, in which a refilling of the control chamber 4 takes place with the control valve 14 closed only via the inlet throttle 9, in the embodiment of an injector 1 shown in FIG. 4 in addition to the inlet throttle 9, a Fülldrossel 46 is provided. The Fülldrossel 46 is disposed in a filling channel 47 within the guide member 17, wherein the filling channel 47 is permanently connected to the fuel supply line 10. The fuel supply line 10 and the pressure chamber 11 belong to the high pressure region of the injector 1. In this prevails substantially rail pressure. The filling channel 47 with the filling throttle 46 opens directly into the valve chamber 13. In the flow direction behind the Fülldrossel 46 opens into the filling channel 47, a drain channel 48, which opens out of the control chamber 4 and is integrated into the outlet throttle 12. Since the filling throttle 46 and the outlet throttle 48 are connected in series, with the control valve 14 closed, not only does fuel flow via the inlet throttle from the high-pressure region of the injector into the control chamber 4, but also via the filling throttle 46 and the outlet throttle 12 Fuel over the Fülldrossel 46 into the valve chamber 13 of the control valve 14. Overall, a faster refilling of the valve chamber 13 and the control chamber 4 is achieved hereby, resulting in an increased closing speed of the valve element 2.

Claims

Ansprüche claims
1. Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, insbesondere Common-Rail-Inj ektor, mit einem in axialer Richtung zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss in den Brennraum freigebenden Öffnungsstellung verstellbaren Ventilelement (2), und mit einem Piezoaktor (19), mit dem ein Ventilkolben (15) eines Steuerventils (14) betätigbar ist, wobei bei geöffnetem Steuerventil (14) aus einer Ventilkammer (13) des Steuerventils (14) Kraftstoff in einen Niederdruckbereich (36) des Injektors (1) abströmen kann,1. injector for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, in particular common rail Inj ector, with a in the axial direction between a closed position and a fuel flow in the combustion chamber releasing opening position adjustable valve element (2), and with a piezoelectric actuator (19 ), with which a valve piston (15) of a control valve (14) can be actuated, with open control valve (14) from a valve chamber (13) of the control valve (14) fuel in a low pressure region (36) of the injector (1) can flow,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass der Ventilkolben (15) die Ventilkammer (13) gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Axialrichtun- gen begrenzt.the valve piston (15) limits the valve chamber (13) simultaneously in two opposite axial directions.
2. Injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkolbendichtdurchmesser (Di) zumindest näherungsweise, vorzugsweise genau, einem Ventilkol- benführungsdurchmesser (D2) entspricht.2. An injector according to claim 1, characterized in that a valve piston sealing diameter (Di) at least approximately, preferably exactly, a valve piston benführungsdurchmesser (D 2 ) corresponds.
3. Injektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (15) in axialer Richtung druckausgeglichen ist. 3. Injector according to one of claims 1 or 2, characterized in that the valve piston (15) is pressure-balanced in the axial direction.
4. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (15) ein Kopplerkolben eines hydraulischen Kopplers (18) ist.4. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve piston (15) is a coupler piston of a hydraulic coupler (18).
5. Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des hydraulischen Kopplers (18) zumindest näherungsweise, vorzugsweise genau, eins ist.5. An injector according to claim 4, characterized in that the transmission ratio of the hydraulic coupler (18) at least approximately, preferably exactly, one.
6. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkammer (13) als Ringraum ausgebildet ist, die vorzugsweise radial innen von einem durchmesserreduzierten Abschnitt (29) des Ventilkolbens (15) begrenzt ist.6. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve chamber (13) is designed as an annular space, which is preferably bounded radially inwardly by a diameter-reduced portion (29) of the valve piston (15).
7. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolbendichtdurchmesser (Di) von einer Kegelfläche gebildet ist, die mit einem den Ventilkolben (15) axialverschieblich aufnehmenden Führungsteil (17) dichtend zusammenwirkt.7. An injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve piston sealing diameter (Di) is formed by a conical surface which cooperates sealingly with a valve piston (15) axially displaceable receiving guide member (17).
8. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Piezoaktor (19) weg weisende Stirnfläche des Ventilkolbens (15) in einem Absteu- erraum (31) angeordnet ist, der hydraulisch mit einem auf Niederdruck liegenden Piezoaktorraum (35) verbunden ist. 8. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that one of the piezoelectric actuator (19) facing away end face of the valve piston (15) in a Absteu- erraum (31) is arranged, which hydraulically with a lying on low pressure Piezoaktorraum (35) connected is.
9. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Axialanschlag für den Ventilkolben (15) von einer Drosselplatte (8) gebildet ist.9. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that an axial stop for the valve piston (15) by a throttle plate (8) is formed.
10. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (15) in Richtung seiner Schließstellung mittels einer Schließfeder (30) fe- derkraftbelastet ist.10. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the valve piston (15) in the direction of its closed position by means of a closing spring (30) is loaded feherkraftkraft.
11. Injektor nach einem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (30) in eine stirnseitige Sacklochbohrung (33) des Ventilkolbens (15) eingreift .11. An injector according to claim 9, characterized in that the closing spring (30) engages in an end-side blind hole (33) of the valve piston (15).
12. Injektor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfeder (30) radial innerhalb eines Federelementes (23) angeordnet ist, das den Piezoak- tor (19) und/oder den hydraulischen Koppler (18) in axialer Richtung federkraftbeaufschlagt.12. An injector according to claim 10, characterized in that the closing spring (30) is arranged radially within a spring element (23) which acts on the piezoelectric actuator (19) and / or the hydraulic coupler (18) in the axial direction Federkraftschlagt.
13. Injektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (30) in axialer Richtung an einem Umfangsbund des Ventilkolbens (15) oder an einem am Ventilkolben (15) festgelegten Sicherungsring (39), insbesondere einem Wellensicherungsring, abstützt. 13. An injector according to claim 12, characterized in that the closing spring (30) in the axial direction on a peripheral collar of the valve piston (15) or on a valve piston (15) fixed securing ring (39), in particular a shaft securing ring, is supported.
14. Injektor nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schließfeder (30) und/oder das Feder- element (23) an einem den Ventilkolben (15) führenden Führungsteil (17) abstützen/abstützt.14. Injector according to one of claims 12 or 13, characterized in that the closing spring (30) and / or the spring element (23) on a valve piston (15) leading guide member (17) is supported / supported.
15. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Koppler (18) einen ein Kopplervolumen begrenzenden Kopplerraum (41) aufweist, der zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, in einem von einem Deckelteil (43) separaten Hülsenteil (42) ausgebildet ist.15. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic coupler (18) has a coupler volume bounding a coupler space (41), at least partially, preferably completely, formed in one of a cover part (43) separate sleeve part (42) is.
16. Injektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenteil (42) axial gegen das Deckelteil (43) , insbesondere mittels des Federelementes (23) , federkraftbeaufschlagt ist.16. An injector according to claim 15, characterized in that the sleeve part (42) axially against the cover part (43), in particular by means of the spring element (23), is spring-loaded.
17. Injektor nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenteil (42) als Außenführung für den Ventilkolben ausgebildet ist.17. Injector according to one of claims 15 or 16, characterized in that the sleeve part (42) is designed as an external guide for the valve piston.
18. Injektor nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Deckelteil (43) zugewandten Stirn- seite des Hülsenteils (42) eine Beißkante (45) ausgebildet ist. 18. An injector according to claim 15 to 17, characterized in that on the cover part (43) facing the front side of the sleeve part (42) has a biting edge (45) is formed.
19. Injektor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (43) an dem Piezoaktor (19) festgelegt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist .19. Injector according to one of claims 15 to 18, characterized in that the cover part (43) is fixed to the piezoelectric actuator (19) or formed integrally therewith.
20. Injektor nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (43) als Einstellstück zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ausgebildet ist, oder dass ein Einstellstück zwischen dem Deckelteil (43) und dem Piezoaktor (19) vorgesehen ist.20. Injector according to one of claims 15 to 19, characterized in that the cover part (43) is designed as a setting piece to compensate for manufacturing tolerances, or that an adjusting piece between the cover part (43) and the piezoelectric actuator (19) is provided.
21. Injektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einer Zulaufdrossel (46) eine mit dem Hochdruckbereich des Injektors (1) verbundene Fülldrossel (46) vorgesehen ist, durch die unter Hochdruck stehender Kraftstoff bei geschlossenem Steuerventil (14) in die Steuerkammer (4) strömen kann .21. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to an inlet throttle (46) with the high-pressure region of the injector (1) connected Fülldrossel (46) is provided by the fuel at high pressure with the control valve (14) in closed the control chamber (4) can flow.
22. Injektor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülldrossel (46) und eine Ablaufdrossel (12) in Reihe geschaltet sind.22. An injector according to claim 21, characterized in that the filling throttle (46) and an outlet throttle (12) are connected in series.
23. Injektor nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülldrossel (46) in einem Füllkanal (47) angeordnet ist, der von einer Kraftstoffversorgungsleitung (10) abgezweigt ist. 23. An injector according to any one of claims 21 or 22, characterized in that the Fülldrossel (46) is arranged in a filling channel (47) which is branched off from a fuel supply line (10).
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