WO2016059079A1 - Injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine - Google Patents
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Definitions
- Injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine
- the invention relates to an injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine.
- an injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine for this purpose.
- the injection valve has an injector body with a fluid inlet for supplying pressurized fuel fluid and a fluid outlet. Furthermore, the injection valve has a nozzle body with a hydraulically coupled to the fluid inlet recess, in which a Dü- sennadel is arranged axially movable.
- the nozzle needle un ⁇ terbindet in a closed position, a fluid flow inlet injection openings of the nozzle body and passes this otherwise free.
- the injector further has a control chamber which is hydraulically ge ⁇ coupled with the fluid inlet, and with the nozzle needle.
- the injection valve has a control valve with a valve body and a valve chamber.
- the valve chamber is hydraulically coupled to the control room.
- the valve chamber can be hydraulically coupled to the fluid outlet.
- an actuator is provided, which can be coupled to the valve body for actuating the control valve.
- the valve space is additionally hydraulically coupled with the recess in the nozzle body.
- the control room is via a throttle with the
- Valve chamber hydraulically coupled. This contributes to the fact that when opening or closing the control valve usually in the control room a much higher pressure prevails, as in the valve chamber.
- the hydraulic coupling of the valve chamber with the recess in the nozzle body is suppressed when energized (actuated) actuator. Consequently, the valve space during the injections is not in fluid communication with the recess in the nozzle body, so that it can not lead to an unintentional pressure loss / pressure drop there.
- the hydraulic coupling between the valve chamber and the recess of the nozzle body is formed as a bore, which opens into the valve chamber in the region of the valve body.
- a bore can be relatively easy to introduce manufacturing technology in the throttle plate.
- the valve body closes the bore when actuated actuator and thus prevents the hydraulic coupling between the valve chamber and the recess.
- the fluid inlet to the recess of the nozzle body is formed with a diaphragm.
- a pressure difference increase is generated in the fluid inlet.
- the diaphragm has a diameter of at least 0.6 mm.
- the increase in the usual aperture diameter helps to reduce the pressure loss in the recess in the nozzle body (nozzle chamber).
- an inlet throttle is provided between the fluid inlet and the control chamber.
- a spring element which exerts a force on the valve body in the closing direction of the control valve.
- the spring ⁇ element is preferably a compression spring.
- the spring element contributes to a safe closure of the control valve.
- the spring element ensures that the control valve is securely closed even with a non-pressurized injection valve.
- Figure 1 is a schematic sectional view of an injection ⁇ valve
- FIG. 2 shows an enlarged sectional view of the injection valve from FIG. 1.
- the injection valve 10 comprises an in ⁇ jektor redesign 20, in which is formed a fluid inlet 30th
- the fluid inlet 30 is hydraulically coupled to a high-pressure fuel storage, such as a so-called common rail, and is thus supplied with a pressurized fuel.
- a pressurized fuel For example, the pressure is up to 2500 bar or higher.
- the term "fluid" can comprise a fuel or fuel, for example a diesel ⁇ or gasoline fuel. However, the term may also include other substances, for example organic compounds such as urea.
- the injection valve 10 has a nozzle body 40 in which a In the recess 50, a nozzle needle 60 is disposed axially movable with respect to a longitudinal axis of the nozzle needle 60.
- the nozzle needle 60 is seated in a closed position near a tip of the nozzle body 40 on an associated nozzle needle seat 70 and prevents fluid flow through one If the nozzle needle 60 is released from the nozzle needle seat 70, a fluid flow is released a combustion chamber seal 110 v esigned.
- the recess 50 and the nozzle needle 60 are hydraulically coupled via an aperture 120 to the fluid inlet 30.
- the diaphragm 120 is inserted in a throttle plate 130.
- the injection valve 10 furthermore has a control chamber 150 which is hydraulically connected via an inlet throttle 140 in the throttle valve. Seiplatte 130 is coupled to the fluid inlet 30.
- Control chamber 150 is also hydraulically coupled to the nozzle needle 60.
- the control chamber 150 is also hydraulically coupled to a valve chamber 160 of a control valve 170 via an outlet throttle 180 in the throttle plate 130.
- the control valve 170 is disposed in a valve plate 190 and is referred to as a servo valve.
- the control valve 170 has a valve body 200, which is arranged axially movably in the valve space 160. In a closed position of the control valve 170 of the valve body 200 is seated on an associated valve seat and prevents a flow of fluid from the valve chamber 160 to a fluid outlet 210.
- the fluid flow 210 is hydraulically coupled to a low ⁇ pressure range, such as a fuel tank.
- the injection valve 10 has an actuator 220, which is designed as a piezoelectric actuator. Alternatively, other materials, such as a magnetostrictive material, may be used for the actuator 220.
- the actuator 220 is integrated into the injector body 20 in an invar sleeve and has an actuator head plate 230 and an actuator bottom plate 240.
- the actuator 220 is mechanically coupled to the injector body 20 via the actuator head plate 230 and the invar sleeve.
- the actuator 220 can be coupled to the control valve 170, in particular to the valve body 200, for actuation via the actuator bottom plate 240.
- the actuator 220 is surrounded by a tube spring 250, which biases this.
- the injection valve 10 is closed. Via the fluid inlet 30, the recess 50, the control chamber 150 and the valve chamber 160 are completely filled with fluid under high pressure.
- a fluid connection formed in the throttle plate 130 which may be formed, for example, as a bypass throttle, is provided.
- This fluid connection ⁇ 260 also couples the recess 50 with the valve chamber 160.
- This fluid communication 260 opens into the The combustion chamber side end of the valve chamber 160 in the same so that when open control valve 170, the valve body 200, the fluid connection 260 prevents. By a balance of forces acting on the valve body 200 of the control valve 170, the valve body 200 is in the closed position.
- the nozzle needle 60 is also in the closed position.
- the actuator 220 When the actuator 220 is energized, the actuator 220 expands in its longitudinal direction and actuates the control valve 170. As a result, the control valve 170 is opened and the pressure in the valve chamber 160 decreases. As a result of this pressure drop, fluid flows via the outlet throttle 180 into the valve chamber 160. At the same time, less fluid flows via the inlet throttle 140 into the control chamber 150, so that the pressure in the control chamber 150 decreases, but less so compared to the valve chamber 160. For example, the pressure drops to 1300 to 1400 bar.
- valve body 200 is thereby in a position in which it shoots the fluid connection 260, so that no fluid from the recess 50 can enter the valve chamber 160.
- the control valve 170 closes, pushing the valve body 200 back into its valve seat.
- the fluid connection 260 between the recess 50 and the valve chamber 160 opens due to the axial movement of the valve body 200.
- the pressure in the valve chamber 160, in the control chamber 150 and in the recess 50 builds up again.
- the force acting on the nozzle needle 60 force ratio ensures that the nozzle needle 60 is moved back to its closed position.
- valve body 200 is closed.
- the fluid connection 260 with the recess 50.
- FIG. Figure 2 shows a schematic, enlarged sectional view of the valve plate 190 with the control valve 170 and the throttle plate 130 with the aperture 120, the inlet throttle 140, the outlet throttle 180 and the fluid connection 260. Furthermore, the control chamber 150 is partially shown.
- the valve body 200 is disposed in the valve space 160 and has the shape of a valve mushroom.
- the valve chamber 160 is at its Aktornahen end with the fluid drain 210 in a couplable fluid connection, at its aktorfernen end is the valve chamber 160 via the outlet throttle 180 with the control chamber in fluid ⁇ connection.
- the fluid connection 260 exists between the valve chamber 160 and the recess 50 at the actuator-remote end of the valve chamber 160.
- the valve body 200 is accommodated axially displaceably in the valve chamber 160 and has the shape of a valve mushroom.
- Valve space 160 causes.
- the valve body 200 closes the opening into the actuator remote end of the valve chamber 160
- Fluid connection 260 so that the hydraulic coupling between the valve chamber 160 and the recess 50 is completely prevented.
- This can be closed via the valve body 200 fluid connection 260, which may be formed as a bypass throttle 260, thus ensuring a minimum leakage during operation of the injection valve 10.
- the bypass throttle 260 at the piezo additional information, eg. B. in the form of sensor signals or force pulses, which can be used for the injection quantity controls.
- a spring element 280 is provided in the valve space 160, which acts on the valve body 200 and exerts a force on the valve body 200 in the closing direction of the control valve 170.
- the spring element 280 serves to securely close the control valve 170 even in the case of a non-pressurized injection valve 10.
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Abstract
The invention relates to an injection valve (10) for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine. The injection valve (10) has an injector body (20), which has a fluid feed (30) for feeding pressurized fuel fluid and a fluid outlet (210). The injection valve also has a nozzle body (40), which has a cavity (50), which is hydraulically coupled to the fluid feed (30) and in which a nozzle needle (60) is arranged in an axially movable manner, wherein the nozzle needle (60) interrupts a fluid flow through an injection opening (80) of the nozzle body (40) in a closing position and otherwise allows said fluid flow. The injection valve (10) also has a control chamber (150), which is hydraulically coupled to the fluid feed (30) and to the nozzle needle (60). Furthermore, a control valve (170) having a valve body (200) and having a valve chamber (160) is provided, which valve chamber is hydraulically coupled to a control chamber (150), wherein the valve chamber (160) can be hydraulically coupled to the fluid outlet (210) depending on a closing position of the valve body (200), and an actuator (220) is provided, which can be coupled to the valve body (200) in order to actuate the control valve (170). The injection valve (10) is distinguished in that the valve chamber (160) additionally can be hydraulically coupled to the cavity (50) in the nozzle body (40).
Description
Beschreibung description
Einspritzventil zum Einspritzen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine Injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. The invention relates to an injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine.
Aufgrund von immer strenger werdenden gesetzlichen Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, ist es erforderlich, verschiedene Maßnahmen vorzunehmen, die zum Senken der Schadstoffemission beitragen. Heutige Common Rail-Systeme müssen entsprechende Anforderungen hinsichtlich Mehrfachein- spritzung bei kleinen Toleranzen und kleinen Einspritzabständen bis -S 150 ys erfüllen. Diese Anforderungen werden nicht von den heutigen Piezo-Inj ektoren bei Dwell, Pilot2Pilot-Mengen und Toleranzen und auch nicht bei den Volllastmengentoleranzen erfüllt. Hierdurch erhält man im Motor erhebliche Nachteile hinsichtlich der Abgaswerte (HC und CO) , des spezifischen Kraftstoffverbrauchs und ebenfalls hinsichtlich der Ver¬ brennungsgeräusche. Auch können die motorischen Werte hin¬ sichtlich Abgaserfüllbarkeit EU6, Verbrennungsgeräuschen (Fahrkomfort) und möglichst sparsamen Kraftstoffverbrauch - je nach Fahrzeug und Fahrzeugmasse - gar nicht oder zumindest relativ schlecht erfüllt werden. Due to increasingly stringent legislation regarding permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, it is necessary to take various measures that contribute to lowering the pollutant emission. Today's common rail systems must meet the requirements for multiple injection with small tolerances and small injection intervals of up to -S 150 ys. These requirements are not met by today's piezo injectors at Dwell, Pilot2Pilot volumes and tolerances, and even at full load volume tolerances. This results in the engine considerable disadvantages in terms of exhaust emissions (HC and CO), the specific fuel consumption and also in terms of Ver ¬ combustion noise. The motor values can go ¬ clearly Abgaserfüllbarkeit EU6, combustion noise (comfort) and most economical fuel consumption - depending on the vehicle and vehicle mass - not at all or at least relatively poorly fulfilled.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile und Probleme zu beseitigen oder wenigstens deutlich zu reduzieren. It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least significantly reduce the above-mentioned disadvantages and problems.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Einspritzventil zum Einspritzen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine offenbart. Das Einspritzventil weist einen Injektorkörper mit einem Fluidzulauf zum Zuführen von unter Druck stehenden Kraft- stofffluid und einem Fluidablauf auf. Weiterhin weist das Einspritzventil einen Düsenkörper mit einer mit dem Fluidzulauf hydraulisch gekoppelten Ausnehmung auf, in welcher eine Dü-
sennadel axial beweglich angeordnet ist. Die Düsennadel un¬ terbindet in einer Schließstellung einen Fluidfluss Ein- spritzöffnungen des Düsenkörpers und gibt diese ansonsten frei. Das Einspritzventil weist weiterhin einen Steuerraum auf, der hydraulisch mit dem Fluidzulauf sowie mit der Düsennadel ge¬ koppelt ist. Ferner weist das Einspritzventil ein Steuerventil mit einem Ventilkörper und einem Ventilraum auf. Der Ventilraum ist hydraulisch mit dem Steuerraum gekoppelt. Abhängig von einer Schließstellung des Ventilkörpers ist der Ventilraum mit dem Fluidablauf hydraulisch koppelbar. Weiterhin ist ein Aktor vorgesehen, der mit dem Ventilkörper zum Betätigen des Steuerventils koppelbar ist. Überdies ist der Ventilraum zusätzlich mit der Ausnehmung im Düsenkörper hydraulisch koppelbar. Typischerweise ist der Steuerraum über eine Drossel mit demAccording to the invention, an injection valve for injecting fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine is disclosed for this purpose. The injection valve has an injector body with a fluid inlet for supplying pressurized fuel fluid and a fluid outlet. Furthermore, the injection valve has a nozzle body with a hydraulically coupled to the fluid inlet recess, in which a Dü- sennadel is arranged axially movable. The nozzle needle un ¬ terbindet in a closed position, a fluid flow inlet injection openings of the nozzle body and passes this otherwise free. The injector further has a control chamber which is hydraulically ge ¬ coupled with the fluid inlet, and with the nozzle needle. Furthermore, the injection valve has a control valve with a valve body and a valve chamber. The valve chamber is hydraulically coupled to the control room. Depending on a closed position of the valve body, the valve chamber can be hydraulically coupled to the fluid outlet. Furthermore, an actuator is provided, which can be coupled to the valve body for actuating the control valve. Moreover, the valve space is additionally hydraulically coupled with the recess in the nozzle body. Typically, the control room is via a throttle with the
Ventilraum hydraulisch gekoppelt. Dies trägt dazu bei, dass beim Öffnen oder Schliessen des Steuerventils im Regelfall im Steuerraum ein wesentlich höherer Druck vorherrscht, als in dem Ventilraum. Durch die zusätzliche Kopplung des Ventilraums mit der Ausnehmung im Düsenkörper, die ständig mit unter hohem Druck stehendem Fluid beaufschlagt ist, kann die Injektorfunktion zwischen und während der verschiedenen Einspritzstadien verbessert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die hydraulische Kopplung des Ventilraums mit der Ausnehmung im Düsenkörper bei bestromtem (betätigtem) Aktor unterbunden. Folglich ist der Ventilraum während der Einspritzungen nicht mit der Ausnehmung im Düsenkörper in Fluidverbindung, so dass es dort hierdurch nicht zu einem unbeabsichtigten Druckverlust/Druckabfall kommen kann . Valve chamber hydraulically coupled. This contributes to the fact that when opening or closing the control valve usually in the control room a much higher pressure prevails, as in the valve chamber. The additional coupling of the valve chamber with the recess in the nozzle body, which is constantly acted upon by highly pressurized fluid, the injector function can be improved between and during the various injection stages. According to one embodiment of the invention, the hydraulic coupling of the valve chamber with the recess in the nozzle body is suppressed when energized (actuated) actuator. Consequently, the valve space during the injections is not in fluid communication with the recess in the nozzle body, so that it can not lead to an unintentional pressure loss / pressure drop there.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die hydraulische Kopplung zwischen dem Ventilraum und der Ausnehmung des Düsenkörpers als eine Bohrung ausgebildet, welche im Bereich des Ventilkörpers in den Ventilraum mündet. Eine derartige Bohrung lässt sich herstellungstechnisch relativ einfach in der Drosselplatte einbringen .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verschließt der Ventilkörper bei betätigtem Aktor die Bohrung und unterbindet somit die hydraulische Kopplung zwischen Ventilraum und der Ausnehmung. Mittels der verschliessbaren Bohrung durch den Ventilkörper ist eine minimale Leckage sichergestellt. According to a further embodiment, the hydraulic coupling between the valve chamber and the recess of the nozzle body is formed as a bore, which opens into the valve chamber in the region of the valve body. Such a bore can be relatively easy to introduce manufacturing technology in the throttle plate. According to a further embodiment, the valve body closes the bore when actuated actuator and thus prevents the hydraulic coupling between the valve chamber and the recess. By means of the closable bore through the valve body a minimum leakage is ensured.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bohrung als Bypassdrossel ausgebildet. Hierdurch kann der Fluidstrom durch die Bohrung reguliert und berechnet werden. According to a further embodiment of the invention, the bore is formed as a bypass throttle. This allows the flow of fluid through the bore to be regulated and calculated.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Fluidzulauf zur Ausnehmung des Düsenkörpers mit einer Blende ausgebildet. Mittels der Blende wird ein Druckdifferenzanstieg im Fluidzulauf erzeugt. According to a further embodiment of the invention, the fluid inlet to the recess of the nozzle body is formed with a diaphragm. By means of the diaphragm, a pressure difference increase is generated in the fluid inlet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Blende einen Durchmesser von wenigstens 0,6 mm auf. Die Vergrösserung des üblichen Blendendurchmessers trägt dazu bei, den Druckverlust in der Ausnehmung im Düsenkörper (Düsenraum) zu reduzieren. According to a further embodiment, the diaphragm has a diameter of at least 0.6 mm. The increase in the usual aperture diameter helps to reduce the pressure loss in the recess in the nozzle body (nozzle chamber).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Fluidzulauf und dem Steuerraum eine Zulaufdrossel vorgesehen. According to a further embodiment, an inlet throttle is provided between the fluid inlet and the control chamber.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Fe- derelement vorgesehen, welches eine Kraft auf den Ventilkörper in Schließrichtung des Steuerventils ausübt. Bei dem Feder¬ element handelt es sich bevorzugt um eine Druckfeder. Das Federelement trägt zu einem sicheren Schliessen des Steuerventils bei. Insbesondere stellt das Federelement sicher, dass das Steuerventil auch bei einem drucklosen Einspritzventil sicher geschlossen ist. According to a further embodiment of the invention, a spring element is provided, which exerts a force on the valve body in the closing direction of the control valve. In the spring ¬ element is preferably a compression spring. The spring element contributes to a safe closure of the control valve. In particular, the spring element ensures that the control valve is securely closed even with a non-pressurized injection valve.
Weitere Vorteile und Funktionen sind in der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren beschrieben. Further advantages and functions are described in the following detailed description of an embodiment with the aid of the appended figures.
In den Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Einspritz¬ ventils und In the figures show: Figure 1 is a schematic sectional view of an injection ¬ valve and
Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Einspritzventils aus Figur 1. FIG. 2 shows an enlarged sectional view of the injection valve from FIG. 1.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Einspritzventils 10. Das Einspritzventil 10 weist einen In¬ jektorkörper 20 auf, in welchem ein Fluidzulauf 30 ausgebildet ist. Der Fluidzulauf 30 ist mit einem Kraftstoffhochdruck- speicher, wie beispielsweise einem sogenannten Common Rail, hydraulisch gekoppelt und wird somit mit einem unter Druck stehenden Kraftstoff versorgt. Bei dem Druck handelt es sich beispielsweise um bis zu 2500 Bar oder höher. Der Begriff „Fluid" kann ein Kraftstoff bzw. Brennstoff, beispielsweise ein Diesel¬ oder Benzinkraftstoff, umfassen. Der Begriff kann allerdings auch andere Stoffe, beispielsweise organische Verbindungen, wie Harnstoff, umfassen. Das Einspritzventil 10 weist einen Düsenkörper 40 auf, in welchem eine Ausnehmung 50 oder Düsenraum ausgebildet ist. In der Ausnehmung 50 ist eine Düsennadel 60 axial beweglich bezüglich einer Längsachse der Düsennadel 60 angeordnet. Die Düsennadel 60 sitzt in einer Schließstellung nahe einer Spitze des Düsenkörpers 40 auf einem zugehörigen Düsennadelsitz 70 auf und verhindert einen Fluidfluss durch eine oder mehrere Einspritzöffnungen 80. Hebt die Düsennadel 60 von dem Düsennadelsitz 70 ab, so ist ein Fluidfluss freigegeben. Die Düsennadel 60 ist über eine Dü- sennadelfeder 90 vorgespannt. Der Düsenkörper 40 ist über eine Düsenspannmutter 100 mit dem Injektorkörper 20 mechanisch gekoppelt. Weiterhin ist eine Brennraumdichtung 110 vorgesehen. 1 shows a schematic sectional view of an injection valve 10. The injection valve 10 comprises an in ¬ jektorkörper 20, in which is formed a fluid inlet 30th The fluid inlet 30 is hydraulically coupled to a high-pressure fuel storage, such as a so-called common rail, and is thus supplied with a pressurized fuel. For example, the pressure is up to 2500 bar or higher. The term "fluid" can comprise a fuel or fuel, for example a diesel ¬ or gasoline fuel. However, the term may also include other substances, for example organic compounds such as urea. The injection valve 10 has a nozzle body 40 in which a In the recess 50, a nozzle needle 60 is disposed axially movable with respect to a longitudinal axis of the nozzle needle 60. The nozzle needle 60 is seated in a closed position near a tip of the nozzle body 40 on an associated nozzle needle seat 70 and prevents fluid flow through one If the nozzle needle 60 is released from the nozzle needle seat 70, a fluid flow is released a combustion chamber seal 110 v esigned.
Die Ausnehmung 50 und die Düsennadel 60 sind hydraulisch über eine Blende 120 mit dem Fluidzulauf 30 gekoppelt. Die Blende 120 ist in eine Drosselplatte 130 eingebracht. The recess 50 and the nozzle needle 60 are hydraulically coupled via an aperture 120 to the fluid inlet 30. The diaphragm 120 is inserted in a throttle plate 130.
Das Einspritzventil 10 weist weiterhin einen Steuerraum 150 auf welche hydraulisch über eine Zulaufdrossel 140 in der Dros-
seiplatte 130 mit dem Fluidzulauf 30 gekoppelt ist. Der The injection valve 10 furthermore has a control chamber 150 which is hydraulically connected via an inlet throttle 140 in the throttle valve. Seiplatte 130 is coupled to the fluid inlet 30. Of the
Steuerraum 150 ist weiterhin hydraulisch mit der Düsennadel 60 gekoppelt. Der Steuerraum 150 ist zudem mit einem Ventilraum 160 eines Steuerventils 170 hydraulisch über eine Ablaufdrossel 180 in der Drosselplatte 130 gekoppelt. Das Steuerventil 170 ist in einer Ventilplatte 190 angeordnet und wird als Servoventil bezeichnet. Das Steuerventil 170 weist einen Ventilkörper 200 auf, welcher in dem Ventilraum 160 axial beweglich angeordnet ist. In einer Schließstellung des Steuerventils 170 sitzt der Ventilkörper 200 auf einem zugehörigen Ventilsitz auf und unterbindet einen Fluidfluss aus dem Ventilraum 160 zu einem Fluidablauf 210. Der Fluidablauf 210 ist mit einem Nieder¬ druckbereich, wie beispielsweise mit einem Kraftstofftank, hydraulisch gekoppelt. Control chamber 150 is also hydraulically coupled to the nozzle needle 60. The control chamber 150 is also hydraulically coupled to a valve chamber 160 of a control valve 170 via an outlet throttle 180 in the throttle plate 130. The control valve 170 is disposed in a valve plate 190 and is referred to as a servo valve. The control valve 170 has a valve body 200, which is arranged axially movably in the valve space 160. In a closed position of the control valve 170 of the valve body 200 is seated on an associated valve seat and prevents a flow of fluid from the valve chamber 160 to a fluid outlet 210. The fluid flow 210 is hydraulically coupled to a low ¬ pressure range, such as a fuel tank.
Das Einspritzventil 10 weist einen Aktor 220 auf, welcher als Piezoaktor ausgebildet ist. Alternativ können auch andere Materialien, wie ein magnetostriktives Material, für den Aktor 220 verwendet werden. Der Aktor 220 ist in einer Invarhülse in den Injektorkörper 20 integriert und hat eine Aktorkopfplatte 230 sowie eine Aktorbodenplatte 240. Über die Aktorkopfplatte 230 und die Invarhülse ist der Aktor 220 mit dem Injektorkörper 20 mechanisch gekopppelt. Über die Aktorbodenplatte 240 ist der Aktor 220 mit dem Steuerventil 170, insbesondere mit dem Ventilkörper 200 zum Betätigen dieses koppelbar. The injection valve 10 has an actuator 220, which is designed as a piezoelectric actuator. Alternatively, other materials, such as a magnetostrictive material, may be used for the actuator 220. The actuator 220 is integrated into the injector body 20 in an invar sleeve and has an actuator head plate 230 and an actuator bottom plate 240. The actuator 220 is mechanically coupled to the injector body 20 via the actuator head plate 230 and the invar sleeve. The actuator 220 can be coupled to the control valve 170, in particular to the valve body 200, for actuation via the actuator bottom plate 240.
Der Aktor 220 ist von einer Rohrfeder 250 umgeben, welche diesen vorspannt. Eine Membran unter der Aktorbodenplatte 240 dichtet den Aktor 220 gegenüber dem Fluid ab. The actuator 220 is surrounded by a tube spring 250, which biases this. A diaphragm under the actuator bottom plate 240 seals the actuator 220 from the fluid.
Zu Beginn eines Einspritzvorgangs ist das Einspritzventil 10 geschlossen. Über den Fluidzulauf 30 sind die Ausnehmung 50, der Steuerraum 150 und der Ventilraum 160 vollständig mit Fluid unter hohem Druck gefüllt. Gleichzeitig ist eine in der Drosselplatte 130 ausgebildete Fluidverbindung, die beispielsweise als By- passdrossel ausgebildet sein kann, vorgesehen. Diese Fluid¬ verbindung 260 koppelt die Ausnehmung 50 ebenfalls mit dem Ventilraum 160. Diese Fluidverbindung 260 mündet dabei in dem
brennraumseitigen Ende des Ventilraums 160 in denselben derart, dass bei geöffneten Steuerventil 170 der Ventilkörper 200 die Fluidverbindung 260 unterbindet. Durch ein Kräfteverhältnis, das auf dem Ventilkörper 200 des Steuerventils 170 wirkt, befindet sich der Ventilkörper 200 in der Schließposition. Durch ein weiteres Kräfteverhältnis be¬ findet sich die Düsennadel 60 ebenfalls in der Schließposition. Wird der Aktor 220 mit Spannung beaufschlagt, so dehnt sich der Aktor 220 in seiner Längsrichtung aus und betätigt das Steuerventil 170. Dadurch wird das Steuerventil 170 geöffnet und der Druck im Ventilraum 160 sinkt ab. Durch diesen Druckabfall fließt Fluid über die Ablaufdrossel 180 in den Ventilraum 160 ab. Gleichzeitig fließt weniger Fluid über die Zulaufdrossel 140 in den Steuerraum 150 nach, so dass der Druck in dem Steuerraum 150 sinkt, jedoch weniger stark im Vergleich zu dem Ventilraum 160. Beispielsweise sinkt der Druck auf 1300 bis 1400 Bar. Dies sorgt dafür, dass das auf die Düsennadel 60 wirkende Kräfteverhältnis verändert wird, so dass die Düsennadel 60 von ihrem zugehörigen Nadelventilsitz abhebt und Fluid durch die Einspritzöffnungen 80 austritt. Der Ventilkörper 200 befindet sich dabei in einer Position, in der er die Fluidverbindung 260 verschießt, so dass kein Fluid aus der Ausnehmung 50 in den Ventilraum 160 treten kann. At the beginning of an injection process, the injection valve 10 is closed. Via the fluid inlet 30, the recess 50, the control chamber 150 and the valve chamber 160 are completely filled with fluid under high pressure. At the same time, a fluid connection formed in the throttle plate 130, which may be formed, for example, as a bypass throttle, is provided. This fluid connection ¬ 260 also couples the recess 50 with the valve chamber 160. This fluid communication 260 opens into the The combustion chamber side end of the valve chamber 160 in the same so that when open control valve 170, the valve body 200, the fluid connection 260 prevents. By a balance of forces acting on the valve body 200 of the control valve 170, the valve body 200 is in the closed position. By a further balance of forces be ¬ the nozzle needle 60 is also in the closed position. When the actuator 220 is energized, the actuator 220 expands in its longitudinal direction and actuates the control valve 170. As a result, the control valve 170 is opened and the pressure in the valve chamber 160 decreases. As a result of this pressure drop, fluid flows via the outlet throttle 180 into the valve chamber 160. At the same time, less fluid flows via the inlet throttle 140 into the control chamber 150, so that the pressure in the control chamber 150 decreases, but less so compared to the valve chamber 160. For example, the pressure drops to 1300 to 1400 bar. This ensures that the On the nozzle needle 60 acting force ratio is changed so that the nozzle needle 60 lifts from its associated needle valve seat and fluid exits through the injection ports 80. The valve body 200 is thereby in a position in which it shoots the fluid connection 260, so that no fluid from the recess 50 can enter the valve chamber 160.
Wird der Aktor 220 entladen, schließt das Steuerventil 170, wobei der Ventilkörper 200 wieder in seinen Ventilsitz gedrückt wird. Gleichzeitig öffnet sich durch die axiale Bewegung des Ven- tilkörpers 200 die Fluidverbindung 260 zwischen der Ausnehmung 50 und dem Ventilraum 160. Dadurch baut sich der Druck im Ventilraum 160, in dem Steuerraum 150 sowie in der Ausnehmung 50 wieder auf. Das auf die Düsennadel 60 wirkende Kräfteverhältnis sorgt dafür, dass die Düsennadel 60 wieder in ihre Schließ- position bewegt wird. When the actuator 220 is discharged, the control valve 170 closes, pushing the valve body 200 back into its valve seat. At the same time, the fluid connection 260 between the recess 50 and the valve chamber 160 opens due to the axial movement of the valve body 200. As a result, the pressure in the valve chamber 160, in the control chamber 150 and in the recess 50 builds up again. The force acting on the nozzle needle 60 force ratio ensures that the nozzle needle 60 is moved back to its closed position.
Um zum Schließen des Steuerventils 170 eine ausreichend hohe Schließkraft zu gewährleisten, ist der Ventilkörper 200 zu-
sätzlich direkt mit dem Steuerraum 150 und über diesen die Fluidverbindung 260 mit der Ausnehmung 50 gekoppelt. Dies wird unter Zuhilfenahme der Figur 2 beschrieben. Figur 2 zeigt eine schematische, vergrößerte Schnittansicht der Ventilplatte 190 mit dem Steuerventil 170 und der Drosselplatte 130 mit der Blende 120, der Zulaufdrossel 140, der Ablaufdrossel 180 und der Fluidverbindung 260. Weiterhin ist der Steuerraum 150 teilweise dargestellt. In order to ensure a sufficiently high closing force for closing the control valve 170, the valve body 200 is closed. In addition directly to the control chamber 150 and coupled via this the fluid connection 260 with the recess 50. This will be described with the aid of FIG. Figure 2 shows a schematic, enlarged sectional view of the valve plate 190 with the control valve 170 and the throttle plate 130 with the aperture 120, the inlet throttle 140, the outlet throttle 180 and the fluid connection 260. Furthermore, the control chamber 150 is partially shown.
Der Ventilkörper 200 ist in dem Ventilraum 160 angeordnet und weist die Form eines Ventilpilzes auf. Der Ventilraum 160 ist an seinem aktornahen Ende mit dem Fluidablauf 210 in koppelbarer Fluidverbindung, an seinem aktorfernen Ende steht der Ventilraum 160 über die Ablaufdrossel 180 mit dem Steuerraum in Fluid¬ verbindung. Zudem existiert die Fluidverbindung 260 zwischen dem Ventilraum 160 und der Ausnehmung 50 am aktorfernen Ende des Ventilraums 160. Der Ventilkörper 200 ist in dem Ventilraum 160 axial verschiebbar aufgenommen und weist die Form eines Ven- tilpilzes auf. Über ein Koppelelement 270, welches mit dem Aktor 220 gekoppelt ist, wird die Längung des Aktors 220 bei Bestromung des Aktors 220 auf den Ventilkörper 200 übertragen, welcher dann gegen die Schließkraft F einer Feder 300, die den Ventilkörper 200 in den Ventilsitz drängt, von diesem abgehoben wird. The valve body 200 is disposed in the valve space 160 and has the shape of a valve mushroom. The valve chamber 160 is at its Aktornahen end with the fluid drain 210 in a couplable fluid connection, at its aktorfernen end is the valve chamber 160 via the outlet throttle 180 with the control chamber in fluid ¬ connection. In addition, the fluid connection 260 exists between the valve chamber 160 and the recess 50 at the actuator-remote end of the valve chamber 160. The valve body 200 is accommodated axially displaceably in the valve chamber 160 and has the shape of a valve mushroom. Via a coupling element 270, which is coupled to the actuator 220, the elongation of the actuator 220 is transmitted to the valve body 200 when the actuator 220 is energized, which then against the closing force F of a spring 300, which urges the valve body 200 in the valve seat of this is lifted.
Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem Fluidablauf 210 und dem Ventilraum 160 freigegeben und es erfolgt ein Druckabfall im Ventilraum 160, der sich über die Ablaufdrossel 180 auf den Steuerraum 150 auswirkt, wodurch der Druck auf den Düsenkörper 40 im Steuerraum 150 ebenfalls abfällt und die Düsennadel 60 folglich öffnet. As a result, the connection between the fluid outlet 210 and the valve chamber 160 is released and there is a pressure drop in the valve chamber 160, which affects the control chamber 150 via the outlet throttle 180, whereby the pressure on the nozzle body 40 in the control chamber 150 also drops and the nozzle needle 60th therefore opens.
Gleichzeitig ist der Ventilkörper 200 derart ausgebildet, dass er sich bei einer Längung des Aktors 220, die mittels des Koppelelements 270 übertragen wird, eine Verlagerung des Ventilkörpers 200 in Axialrichtung zum aktorfernen Ende desAt the same time, the valve body 200 is designed in such a way that, with an elongation of the actuator 220 which is transmitted by means of the coupling element 270, it displaces the valve body 200 in the axial direction toward the actuator-distal end of the valve body 200
Ventilraums 160 bewirkt. Dabei verschließt der Ventilkörper 200 die in das aktorferne Ende des Ventilraums 160 mündende Valve space 160 causes. In this case, the valve body 200 closes the opening into the actuator remote end of the valve chamber 160
Fluidverbindung 260, so dass die hydraulische Kopplung zwischen
dem Ventilraum 160 und der Ausnehmung 50 vollständig unterbunden ist. Diese über den Ventilkörper 200 verschließbare Fluid- verbindung 260, die als Bypassdrossel 260 ausgebildet sein kann, sichert somit eine minimale Leckage während des Betriebs des Einspritzventils 10. Ferner ist es möglich beim Verschließen der Bypassdrossel 260 am Piezo zusätzliche Informationen, z. B. in Form von Sensorsignalen oder Kraftimpulsen zu erhalten, die für die Einspritzmengenregelungen genutzt werden können. Durch die hydraulische Kopplung mittels der Bypassdrossel 260 kann eine zusätzliche Schließkraft am Ventilkörper 200 zum Schließen des Steuerventils 170 erzielt werden. Beim Schließen der Düsennadel 60, baut sich der Druck in dem Steuerraum 150 schneller auf, da zusätzlich über die Bypassdrossel 260 unter Druck stehendes Fluid kontrolliert in den Ventilraum 160 gelangt, wodurch der Druckaufbau im Ventilraum 160 zum einen durch das Schließen des Steuerventils 170 und der damit einhergehenden Unterbrechung des Fluidstroms in dem Fluidablauf 210 unterbunden ist und zum anderen ein Abfließen von unter Druck stehenden Fluid über die Ablaufdrossel 180 in den Ventilraum 160 durch die Druckverhältnisse in dem Ventilraum 160 verhindert wird. Fluid connection 260, so that the hydraulic coupling between the valve chamber 160 and the recess 50 is completely prevented. This can be closed via the valve body 200 fluid connection 260, which may be formed as a bypass throttle 260, thus ensuring a minimum leakage during operation of the injection valve 10. Further, it is possible when closing the bypass throttle 260 at the piezo additional information, eg. B. in the form of sensor signals or force pulses, which can be used for the injection quantity controls. By the hydraulic coupling by means of the bypass throttle 260, an additional closing force on the valve body 200 for closing the control valve 170 can be achieved. When closing the nozzle needle 60, the pressure in the control chamber 150 builds up faster because in addition via the bypass throttle 260 pressurized fluid controlled passes into the valve chamber 160, whereby the pressure build-up in the valve chamber 160 by a closing of the control valve 170 and the concomitant interruption of the fluid flow is prevented in the fluid drain 210 and on the other hand, a flow of pressurized fluid through the outlet throttle 180 is prevented in the valve chamber 160 by the pressure conditions in the valve chamber 160.
Überdies ist durch die mittels des Ventilkörpers 200 ver- schliessbare Bypassdrossel 260 eine minimale Leckage gesichert. In dem Ventilraum 160 ist zusätzlich ein Federelement 280 vorgesehen, welches an dem Ventilkörper 200 angreift und eine Kraft auf den Ventilkörper 200 in Schließrichtung des Steuerventils 170 ausübt. Das Federelement 280 dient dazu, das Steuerventil 170 auch bei einem drucklosen Einspritzventil 10 sicher zu schließen.
n In addition, minimal leakage is ensured by the bypass throttle 260 which can be closed by means of the valve body 200. In addition, a spring element 280 is provided in the valve space 160, which acts on the valve body 200 and exerts a force on the valve body 200 in the closing direction of the control valve 170. The spring element 280 serves to securely close the control valve 170 even in the case of a non-pressurized injection valve 10. n
Bezugs zeichenliste Reference sign list
10 Einspritzventil 10 injection valve
20 Injektorkörper 20 injector body
30 Fluidzulauf 30 fluid inlet
40 Düsenkörper 40 nozzle body
50 Ausnehmung 50 recess
60 Düsennadel 60 nozzle needle
70 Düsennadelsitz 70 nozzle needle seat
80 Einspritzöffnung 80 injection opening
90 Düsennadelfeder 90 nozzle needle spring
100 Düsenspannmutter 100 nozzle retaining nut
110 Brennraumdichtung 110 combustion chamber seal
120 Blende 120 aperture
130 Drosselplatte 130 throttle plate
140 Zulaufdrossel 140 inlet throttle
150 Steuerraum 150 control room
160 Ventilraum 160 valve space
170 Steuerventil 170 control valve
180 Ablaufdrossel 180 outlet throttle
190 Ventilplatte 190 valve plate
200 Ventilkörper 200 valve body
210 Fluidablauf 210 fluid drain
220 Aktor 220 actor
230 Aktorkopfplatte 230 actuator head plate
240 Aktorbodenplatte 240 actuator base plate
250 Rohrfeder 250 Bourdon tube
260 Fluidverbindung 260 fluid connection
270 Koppelelement 270 coupling element
280 Federelement
280 spring element
Claims
1. Einspritzventil (10) zum Einspritzen von Fluid in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, aufweisend, 1. injection valve (10) for injecting fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine, comprising,
- ein Injektorkörper (20), mit einem Fluidzulauf (30) zum- An injector body (20), with a fluid inlet (30) for
Zuführen von unter Druck stehenden Kraftstofffluid und einem Fluidablauf (210) ; Supplying pressurized fuel fluid and a fluid drain (210);
- einen Düsenkörper (40), mit einem dem Fluidzulauf (30) hydraulisch gekoppelten Ausnehmung (50), in welcher eine Dü- sennadel (60) axial beweglich angeordnet ist, wobei die Dü¬ sennadel (60) in einer Schließstellung einen Fluidfluss durch eine Einspritzöffnung (80) des Düsenkörpers (40) unterbindet und ansonsten frei gibt; - A nozzle body (40), with a fluid inlet (30) hydraulically coupled recess (50), in which a nozzle needle (60) is arranged axially movable, said Dü ¬ sennadel (60) in a closed position fluid flow through a Injection opening (80) of the nozzle body (40) prevents and otherwise releases;
- einen Steuerraum (150), der hydraulisch mit dem Fluidzulauf (30) und der Düsennadel (60) gekoppelt ist; - A control chamber (150) which is hydraulically coupled to the fluid inlet (30) and the nozzle needle (60);
- ein Steuerventil (170) mit einem Ventilkörper (200) und einem Ventilraum (160), der hydraulisch mit dem Steuerraum (150) gekoppelt ist, wobei abhängig von einer Schließstellung des Ventilkörpers (200) der Ventilraum (160) mit dem Fluidablauf (210) hydraulisch koppelbar ist, und - A control valve (170) having a valve body (200) and a valve chamber (160) which is hydraulically coupled to the control chamber (150), wherein depending on a closed position of the valve body (200) of the valve chamber (160) with the fluid outlet (210 ) is hydraulically coupled, and
- einen Aktor (220), der mit dem Ventilkörper (200) zum Betätigen des Steuerventils (170) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilraum (160) zusätzlich mit der Ausnehmung (50) im Düsenkörper (40) hydraulisch koppelbar ist. - An actuator (220) which is coupled to the valve body (200) for actuating the control valve (170), characterized in that the valve chamber (160) in addition to the recess (50) in the nozzle body (40) is hydraulically coupled.
2. Einspritzventil (10) zum Einspritzen von Fluid in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kopplung des Ventilraums (160) mit der Ausnehmung (50) im Düsenkörper (40) bei betä- tigten/bei bestromten Aktor (220) unterbunden ist. Second injection valve (10) for injecting fluid in a combustion chamber of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the hydraulic coupling of the valve chamber (160) with the recess (50) in the nozzle body (40) in actuated / energized actuator (220) is prohibited.
3. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kopplung zwischen dem Ventilraum (160) und der Ausnehmung (50) des Düsenkörpers (60) als eine Bohrung (260) ausgebildet ist, welche im Bereich des Ventilkörpers (200) in den Ventilraum (160) mündet.
3. Injection valve according to one of claims 1-3, characterized in that the hydraulic coupling between the valve chamber (160) and the recess (50) of the nozzle body (60) as a bore (260) is formed, which in the region of the valve body ( 200) opens into the valve chamber (160).
4. Einspritzventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (200) bei betätigtem Aktor (220) die Bohrung (260) verschließt und somit die hydraulische Kopplung zwischen Ventilraum (160) und der Ausnehmung (50) unterbindet. 4. Injection valve according to claim 3, characterized in that the valve body (200) with actuated actuator (220), the bore (260) closes and thus prevents the hydraulic coupling between the valve chamber (160) and the recess (50).
5. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung als Bypassdrossel (260) ausgebildet ist. 5. Injection valve according to one of claims 3 or 4, characterized in that the bore is designed as a bypass throttle (260).
6. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidzulauf (30) zur Ausnehmung (50) des Düsenkörpers (40) mit einer Blende (120) ausgebildet ist . 6. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid inlet (30) to the recess (50) of the nozzle body (40) is formed with a diaphragm (120).
7. Einspritzventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (120) einen Durchmesser von mindestens 0,6 mm aufweist . 7. An injector according to claim 6, characterized in that the diaphragm (120) has a diameter of at least 0.6 mm.
8. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fluidzulauf (30) und dem Steuerraum (150) einen Zulaufdrossel (140) vorgesehen ist. 8. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that between the fluid inlet (30) and the control chamber (150) an inlet throttle (140) is provided.
9. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (300) vorgesehen ist, welches eine Kraft auf den Ventilkörper (200) in 9. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that a spring element (300) is provided which a force on the valve body (200) in
Schließrichtung des Steuerventils (170) ausübt.
Closing direction of the control valve (170) exerts.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15778694 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15778694 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |