WO2017060154A1 - Fluidinjektor zum betreiben eines kraftfahrzeugs und verfahren zum herstellen eines fluidinjektors - Google Patents

Fluidinjektor zum betreiben eines kraftfahrzeugs und verfahren zum herstellen eines fluidinjektors Download PDF

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Willibald SCHÜRZ
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • Fluidinj ector for operating a motor vehicle and method for producing a fluid injector
  • the invention relates to a fluid injector and a method for producing a fluid injector for a motor vehicle which are suitable for metering fluid, in particular fuel.
  • the reduction of pollutant emissions from internal combustion engines and accurate metering of the fluid to be metered are a major challenge in the design of fluid injectors.
  • It is an object of the invention is based, a Fluidinj ector for operating a motor vehicle and a
  • a fluid injector for operating a motor vehicle comprises a central axis and a first and second axial end with respect to the central axis.
  • the fluid injector further comprises an injector body with an injector body recess and a nozzle body which has a nozzle body. senharmaus foundedung and an injection hole and which is coupled at the second axial end to the injector body.
  • a nozzle needle is arranged axially movably in the nozzle body recess and designed to prevent a fluid flow through the injection hole in a closed position and otherwise release it.
  • the fluid injector further comprises an actuator with a predetermined power, which is arranged in the Inj ektor redesignaus originallyung and is adapted to control a relative to the central axis of axial movement of the nozzle needle.
  • the fluid injector comprises a compensating element with a predetermined property, which is designed as a function of the predetermined power of the actuator to release a predetermined injection quantity of fluid through the injection hole.
  • Fluidinj ector allows a reliable and accurate dosing of fluid, which may be before ⁇ some way affect a fuel consumption of an internal combustion engine and an output of emissions.
  • the actuator and the compensating element are matched with respect to their controlling properties with respect to the nozzle needle so that they allow in cooperation a stable and reproducible metering of fluid into a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • an undesirable scattering of respective injection quantities of the fluid injector is reduced and, with respect to a plurality of fluid injectors, a spread width averaged over the respective injection quantity is reduced.
  • a scattering of injection quantities of a single fluid injector or of different identical fluid injectors results inter alia from small differences in the opening and closing behavior of the respective fluid injector. Deviations exist, for example, in the opening and closing time of the nozzle needle of the ⁇
  • Fluidinj ectors and lead to slightly varying injection quantities. Such undesirable variations in the injection quantity are justified, inter alia, by non-negligible power tolerances of an actuator of the fluid injector used, so that, for example, in a fluid injector with a high-performance actuator, the nozzle needle opens prematurely and closes late. In a Fluidinj ector with a weak power ⁇ actuator behaves the other way round.
  • the compensation element is adapted to the performance of the actuator, the opening and closing behavior of the fluid injector is stabilized and a reproducibility of a predetermined injection quantity per injection cycle is improved.
  • the effect is counteracted by means of the described Fluidinj ectors that are realized in quantitatively the same of a control unit provided control energy for the actuator different sized strokes of the nozzle needle.
  • the power of the actuator represents the driving energy required to achieve a desired needle lift of the nozzle needle.
  • the ⁇ From the same element thus contributes to a stable operation of the Fluidinj ector at.
  • the compensating element is designed with predetermined properties so that it specifically affects movements of the nozzle needle and in particular affects an opening time and a closing duration of the nozzle needle in cooperation with the actuator.
  • the compensation element amplifies or inhibits an opening or closing force the nozzle needle depends on the specified power of the actuator.
  • Fluidinj ector which enables a stable and reliable metering of fluid and in particular in respect to a predetermined injection quantity to be fed with an improved reproducibility ver ⁇ ringerter scattering bandwidth allows.
  • Such accurate metering has an advantageous effect, inter alia, on a combustion process in an internal combustion engine and can contribute to reduced consumption of fuel and emission of pollutant emissions.
  • the predetermined property of the compensating member is a spring force acting on the nozzle needle in the axial direction with respect to the central axis to release a predetermined injection amount of fluid through the injection hole.
  • the fluid injector or another compensating element is formed as a needle seat, which is realized as part of a wall of the nozzle body and facing the nozzle needle.
  • the predetermined characteristic of such a compensating element is a needle seat diameter and makes it possible to release a predetermined injection amount of fluid through the injection hole.
  • the fluid injector can have one or more compensation elements that are based on the performance of the Actors are tuned. In this way, no additional components for the fluid injector are required, but existing components can be selectively adapted to one another during the construction of the fluid injectors.
  • the nozzle spring is formed predetermined, for example, in terms of their turns and / or material properties to generate a desired spring force in a clamped state.
  • the spring force has an effect on a movement of the nozzle needle in the axial direction, so that targeted counteracting, for example, a premature opening of the nozzle needle due to a driving of a high-performance actuator.
  • the nozzle spring is thus not only designed as a closing component of the fluid injector, but also as a stabilizing component to compensate for performance tolerances of the actuator.
  • a nozzle spring for the fluid injector can be used, which has a greater value of the spring force than the nominal value, so that a larger closing force on the
  • Nozzle needle acts and a delayed opening and a timely closing of the nozzle needle is established. In this way, a premature opening and late closing of the nozzle needle can be counteracted due to a powerful actuator. If the nozzle spring is formed with a smaller value of the spring force than the nominal value, a correspondingly opposite behavior with respect to an opening and closing operation of the fluid injector results.
  • the compensation element may alternatively or additionally as
  • Needle seat be realized, which tuned to the power of the actuator ⁇ strength smaller or larger needle seat diameter than a predetermined nominal value. For example, a smaller value for the needle seat diameter selected as a given nominal value, a timely opening and delayed closing of the nozzle needle can be achieved, so that a late opening and premature closing of the nozzle needle is counteracted due to a low-performance actuator.
  • the needle seat diameter with respect to a sealing surface between the needle seat and the nozzle needle in the closed position interacts with hydraulic forces of a fluid located in the nozzle body on the opening and closing behavior of the nozzle needle and the Fluidinj ector.
  • the fluid injector of the actuator is a piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator is hydraulically or mechanically coupled to the nozzle needle and thus allows controlling the axially movable nozzle needle.
  • the piezoelectric actuator has, for example, a plurality of stacked piezoelectric elements with predetermined power, which realize a desired needle lift of the nozzle needle by means of electrical activation via the hydraulic or mechanical coupling. Fluctuations in the needle lift and / or fluctuations in the opening or closing process initiated by the piezoelectric actuator result in different injection quantities of fluid. These fluctuations can be counteracted by means of the described Fluidinj ectors using one or more compensation elements.
  • the actuator is a magnetic actuator.
  • the actuator of the fluid injector includes a pole piece and a coil that is electrically energized and generates a magnetic force to attract an armature secured to the nozzle needle and causes axial movement of the armature To control the nozzle needle.
  • a compensating element which is adapted to the performance of the magnetic actuator, the movement of the nozzle needle can be controlled and an improved metering accuracy of injection quantities can be achieved.
  • ector comprises a method for producing a Fluidinj providing an injector body having a Inj ektor redesignaus principleung, a nozzle needle and a nozzle body having a Düsen stresses ⁇ recess, and an injection hole.
  • the method further comprises providing an actuator having predetermined material properties that is configured to control axial movement of the nozzle needle relative to a central axis.
  • the method further comprises determining a power of the actuator and providing a compensating element with a predetermined property, which is dependent on the determined power of the actuator to release a predetermined Ein ⁇ injection amount of fluid through the injection hole.
  • such a method realizes the production of a fluid injector according to the first aspect described above, so that all properties and features of the fluid injector are also disclosed for the method and vice versa.
  • the method comprises providing the compensating element as a nozzle spring, which is designed as a function of the actuator with a predetermined spring force.
  • the method further comprises arranging the nozzle spring in the injector body recess and / or the nozzle body recess such that the nozzle spring exerts the spring force on the nozzle needle in the axial direction.
  • the method comprises providing the compensating element as a needle seat, which has a predetermined needle seat diameter depending on the actuator, so that a predetermined sealing surface is formed between the nozzle needle and the needle seat.
  • the method describes a possible formation of the fluid injector, which allows a stable and reliable metered metering of fluid due to the matched to the power of the actuator compensation element.
  • the nozzle spring and / or the needle seat with respect to the spring force and / or the needle seat diameter are selectively adapted to the determined performance of the actuator orbuildge ⁇ provides.
  • the method comprises defining property classes of the actuator and the compensation element.
  • the method further includes providing the compensating element in accordance with the defined property classes of the compensating element as a function of the defined classes own ⁇ shaft of the actuator.
  • Such a method includes, for example, a prior sorting of the provided actuators and the compensation elements provided in the associated property classes, so that for a construction of the Fluidinj ector in a simple manner, a desired pairing between compensation element and actuator can be selected.
  • piezo actuators for example nozzle assemblies assigned, which have depending on the performance of the piezoelectric actuator matching nozzle springs and / or needle seats to allow a stable and reliable feeding of fluid into the combustion chamber.
  • a The nozzle assembly with high spring force of the nozzle spring and / or large needle seat diameter of the needle seat are assigned to high-performance piezoelectric actuators and vice versa.
  • Figure 1 shows different phases of an operation of a
  • Figure 2 shows an embodiment of a Fluidinj ector for
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of courses of an actuator stroke of a fluid injector
  • Figure 4 embodiment of progressions of a Nadelhubs a Fluidinj ector.
  • FIG. 1 shows different phases PH1-PH4 during operation of a fluid injector 1 as a function of a time t.
  • the phases PH1-PH4 represent a driving of the actuator and an opening and closing of the nozzle needle 19 and the fluid injector 1.
  • Figure 1 represents the opening and closing behavior of a normally closed Fluidinj ector 1. Accordingly, in the first phase PHl the actuator of the fluid injector 1 is acted upon with a predetermined charging current and initiated an opening process. The course of the charging current V_LST reaches a maximum in a timely manner and decreases monotonically from there in the first phase PH1.
  • the nozzle needle 19 which is hydraulically or mechanically coupled to the actuator, driven and moved relative to a central axis 7 in the axial direction.
  • a needle stroke NH of the nozzle needle 19 is realized in accordance with the course V_NH.
  • the needle stroke NH of the nozzle needle 19 increases the injection quantity of fluid in accordance with the course V_ESM.
  • the nozzle needle 19 has reached its opening position with a predetermined needle stroke NH.
  • the course of the charging current V_LST continues to decrease in the second phase PH2.
  • the course of the needle lift V_NH has slight fluctuations and allows a substantially constant course of the injection quantity V_ESM.
  • a significant proportion of the injection quantity is released.
  • a discharge current is initiated to the actuator of the Fluidinj ector 1 opposite to to the charging current ⁇ control and to initiate a shooting of the nozzle needle 19 and the fluid injector. 1
  • Fluidinj ector justified so for example at a
  • Fluid injector opens the nozzle needle prematurely with a powerful actuator and closes it late. In the case of a fluid injector with a low-power actuator, this is reversed.
  • a compensating element 23 By means of a compensating element 23 such variations in the injection quantity can be counteracted by the compensation element 23 is tuned with a predetermined property on the actuator of the fluid injector 1 and influences an axial movement of the nozzle needle 19.
  • the predetermined property of the compensating element 23 is provided or adapted in particular to the power of the actuator, so that the associated Fluidinj ector 1 allows stable operation and reliable and precise dosing of fluid with reproducible injection quantities ⁇ . This contributes to a reduced consumption of fuel of a fuel combustion engine and reduced emissions of pollutant emissions ⁇ .
  • Figure 2 shows a sectional view of an embodiment of a flow-side end of the fluid injector 1, which has a nozzle body 13 and DüsenAvemaus principleung 15, which is bounded along a central axis 7 by a wall 14 of the nozzle body 13.
  • the fluid injector 1 has a nozzle needle sleeve 16 and a compensation element 23, which is realized as a nozzle spring 24.
  • the nozzle body 13 has an injection hole 17, which penetrates the wall 14 from the nozzle body recess 15 into an outer area. In this way, during operation of the
  • Fluidinj ector 1 a fluid, in particular fuel, starting from the first axial end 9 through the Düsen redesignaus principleung 15 in the direction of the second axial end 11 to flow through the nozzle body and exit through the injection hole 17 in a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • Fluidinj ektor 1 a nozzle needle 19, which prevents in cooperation with a needle seat 25 in a closed position, a fluid flow through the fluid injector 1 and otherwise releases.
  • the needle seat 25 realized as part of the wall 14 of the Dü ⁇ sen stressess 13 another compensation element 23 and has a predetermined needle seat diameter 26.
  • the needle seat diameter 26 and the spring force of the nozzle spring 24 are as predetermined properties of the respective compensation element 23rd tuned to a power of the actuator to control an axial movement of the nozzle needle 19 controlled and to allow precisely metered injection quantities of Fluidinj ector 1.
  • the nozzle spring 24 is designed, for example, in terms of its turns and / or material properties predetermined to generate a desired spring force in a clamped state.
  • the needle seat diameter 26 acts on a sealing surface between the needle seat 25 and a tip of the nozzle needle 19 in the closed position to an axial
  • the compensating elements 23 have a targeted effect on the opening and closing behavior of the nozzle needle 19 and advantageously influence a reproducible feeding of predetermined injection quantities.
  • the one or more compensation elements 23 may be realized differently, so that a respective predetermined property of the compensation elements 23 is tuned to the power of the actuator and allow in an operation of the Fluidinj ector 1, a release of a predetermined injection amount of fluid.
  • Means of adjusting the predetermined characteristics of the or of the compensating elements 23, the curves shown in Figures 3 and 4 can be realized depending on the performance of the actuator in a controlled and reliable injection of fluid he ⁇ possible and thus to an efficient operation of an internal combustion engine with reduced emissions of pollutants can contribute.
  • FIG. 3 illustrates various qualitative courses V_AH1 to V_AH3 of a respective actuator stroke AH of different powerful actors as a function of the time t.
  • the actuator stroke AH is shown for example in microns and indicates that different Aktorhübe be realized depending on the power of each actuator, which can lead to correspondingly different movements of the nozzle needle 19 due to a hydraulic or mechanical coupling with the respective nozzle needle 19.
  • Course V_AH1 represents a time-dependent actuator stroke AH for a high-performance actuator, curve V_AH2 for a medium-strength or nominal actuator, and curve V_AH3 for a low-power actuator.
  • a respective needle stroke NH of the nozzle needle 19 can be influenced in a targeted manner.
  • Such an influence of the movement of the nozzle needle 19 is shown in FIG. Shown are different qualitative gradients V_NH1 to V_NH3 for different nozzle parameters of the
  • trace V_NH1 represents a time-dependent needle lift NH for an actuator of nominal horsepower and a reduced spring force of the nozzle spring 24 compared to a nominal spring force.
  • the needle seat diameter 26 of the needle seat is reduced compared to a nominal needle seat diameter.
  • History V_NH2 represents a time-dependent needle lift NH for a nominal power actuator with a nominal spring force of a nozzle spring and a nominal needle seat diameter of a needle seat.
  • Gradient V_NH3 represents a time-dependent needle lift NH for a nominal power actuator with increased spring force of the nozzle spring 24 compared to a nominal spring force.
  • the needle seat diameter 26 of the needle seat is increased compared to a nominal needle seat diameter.
  • the terms "enlarged” and “reduced” to the term “nominal” and to each other indicate relative ratios.
  • a no ⁇ Minale spring force of 30 N specified so that a decreased and increased spring force, for example, 26 N refer and 34 N is realized.
  • a nominal diameter of needle seat ⁇ with 1, 40 mm so that a reduced and enlarged needle seat diameter is implemented, for example, 1.37 mm and 1.43 mm.
  • the curves V_NH1 to V_NH3 shown in FIG. 4 indicate that a targeted influence on the needle stroke NH of the nozzle needle 19 can be achieved by adapting the properties of the compensating element or elements 23, which enables precise metering of injection quantities and stable operation of the fluid inj ektor 1 contributes with reduced spread width of Ein ⁇ injection quantities.
  • nozzle needle-controlling properties can be carried out, for example, with respect to piezoelectric fluid injectors by a suitable pairing of a respective piezoactuator and the compensating elements 23 as follows:
  • the piezo actuators are divided into classes according to their performance. For example, powerful class one piezo actuators require a drive power of 89 to 96 mJ for a displacement of about 100 ym. Medium power piezoelectric actuators are assigned to a class two and require a drive energy of 96 mJ to 103 mJ for a deflection of about 100 ym. Class three includes underperforming piezoelectric actuators that need to ⁇ driving energy of 103 mJ to 110 mJ to realize an actuator stroke AH 100 ym.
  • sole use of the closing spring force of the nozzle spring 24 can be set or tuned to the performance of the actuator, while the needle seat diameter 26 is maintained with a nominal value of, for example, 1.40 mm.
  • the powerful class one piezo actuators can be paired with nozzle assemblies with increased spring force of the nozzle spring 24.
  • the medium-power Class 2 piezo actuators can be paired with nominal spring force nozzle assemblies of the nozzle spring 24.
  • the low-power class 3 piezo actuators can work with
  • Nozzle assemblies with reduced spring force of the nozzle spring 24 are paired.
  • a step size with an adjustment of the spring force of the nozzle spring 24 can be determined in particular as a function of a hydraulic flow of a fluid through the nozzle body 13.
  • both the closing spring force of the nozzle spring 24 and the needle seat diameter 26 of the needle seat 25 can be adapted to the performance of the respective piezoelectric actuator or provided accordingly.
  • the slightest ⁇ tung strong piezoelectric actuators class one can be paired with nozzle assemblies with nominal spring force of the nozzle spring 24th
  • the medium performance class two piezo actuators can be paired with reduced spring force nozzle assemblies of the nozzle spring 24 or reduced needle seat diameter 26 of the needle seat 25.
  • the low-power class 3 piezo actuators can be paired with nozzle assemblies with reduced spring force of the nozzle spring 24 and reduced needle seat diameter 26 of the needle seat 25.
  • the respective actuator and the compensating element or elements 23 are thus with regard to their controlling properties with respect to the nozzle needle 19 coordinated so that they allow in cooperation a stable and reproducible metering of fluid into a combustion chamber of the internal combustion engine. In this way, an undesirable scattering of respective injection quantities of the fluid injector 1 is reduced and, with respect to a plurality of fluid injectors, a spread width averaged over the respective injection quantity is minimized.
  • V_NHl-3 Course Actuator stroke 1-3 V_NHl-3 Course of needle stroke 1-3
  • V_ESR Course of injection rate V_LST Course of charging current

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Abstract

Ein Fluidinjektor (1) zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Injektorkörper (3) mit Injektorausnehmung (5) und einen Düsenkörper (13) mit Düsenkörperausnehmung (15) und einem Einspritzloch (17). Außerdem umfasst der Fluidinjektor (1) eine Düsennadel (19), die in der Düsenkörperausnehmung (15) angeordnet ist und einen Fluidstrom ermöglicht. Des Weiteren umfasst der Fluidinjektor (1) einen Aktor mit vorgegebener Leistungsstärke, der eine axiale Bewegung der Düsennadel (19) steuert. Der Fluidinjektor(1) weist weiter ein Ausgleichselement (23) mit vorgegebener Eigenschaft auf, die abhängig von der vorgegebenen Leistungsstärke des Aktors dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch (17) freizugeben.

Description

Beschreibung
Fluidinj ektor zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Herstellen eines Fluidinj ektors
Die Erfindung betrifft einen Fluidinj ektor und ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidinj ektors für ein Kraftfahrzeug, die zum Zumessen von Fluid, insbesondere von Kraftstoff, geeignet sind. Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen in Kraftfahrzeugen, in denen Brennkraftmaschinen angeordnet sind, machen es erforderlich, die Schadstoffemissionen bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine so gering wie möglich zu halten. Die Verringerung von Schad- Stoffemissionen von Brennkraftmaschinen und eine genaue Dosierung des zuzumessenden Fluids sind bei der Konstruktion von Fluidinj ektoren eine große Herausforderung.
Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, einen Fluidinj ektor zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und ein
Verfahren zum Herstellen eines Fluidinj ektors zu schaffen, die dazu geeignet sind, ein zuverlässiges Zumessen von Fluid zu ermöglichen und Schadstoffemissionen in Brennkraftmaschinen gering zu halten.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patent¬ ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Fluidinj ektor zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs eine Mittelachse sowie ein erstes und zweites axiales Ende bezogen auf die Mittelachse. Der Fluid- injektor umfasst weiter einen Injektorkörper mit einer In- j ektorkörperausnehmung und einen Düsenkörper, der eine Dü- senkörperausnehmung und ein Einspritzloch aufweist und der an dem zweiten axialen Ende mit dem Injektorkörper gekoppelt ist. Bezüglich der Mittelachse ist eine Düsennadel axial beweglich in der Düsenkörperausnehmung angeordnet und dazu ausgebildet, in einer Schließposition einen Fluidstrom durch das Einspritzloch zu unterbinden und ansonsten freizugeben. Der Fluidinj ektor umfasst weiter einen Aktor mit vorgegebener Leistungsstärke, der in der Inj ektorkörperausnehmung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine bezüglich der Mittelachse axiale Bewegung der Düsennadel zu steuern. Außerdem umfasst der Fluidinj ektor ein Ausgleichselement mit vorgegebener Eigenschaft, die abhängig von der vorgegebenen Leistungsstärke des Aktors dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch freizugeben.
Mittels des beschriebenen Fluidinj ektors wird eine zuverlässige und genaue Dosierung von Fluid ermöglicht, welche sich vor¬ teilhaft auf einen Verbrauch von Kraftstoff einer Brennkraftmaschine und einen Ausstoß von Schadstoffemissionen auswirken kann. Der Aktor und das Ausgleichselement sind hinsichtlich ihrer steuernden Eigenschaften bezüglich der Düsennadel so aufeinander abgestimmt, dass sie im Zusammenwirken ein stabiles und reproduzierbares Zumessen von Fluid in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglichen. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Streuung von jeweiligen Einspritzmengen des Fluidinj ektors reduziert und in Bezug auf eine Mehrzahl von Fluidinj ektoren eine über die jeweilige Einspritzmenge ge- mittelte Streubandbreite verkleinert. Eine Streuung von Einspritzmengen eines einzelnen Fluidinj ektors oder verschiedener baugleicher Fluidinj ektoren resultiert unter anderem aus geringen Unterschieden im Öffnungs- und Schließverhalten des jeweiligen Fluidinj ektors . Abweichungen bestehen zum Beispiel im Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Düsennadel des ^
Fluidinj ektors und führen zu geringfügig variierenden Ein- spritzmengen . Solche unerwünschten Variationen der Einspritzmenge sind unter anderem durch nicht vernachlässigbare Leistungstoleranzen eines verwendeten Aktors des Fluidinj ektors begründet, sodass zum Beispiel bei einem Fluidinj ektor mit einem leistungsstarken Aktor die Düsennadel verfrüht öffnet und verspätet schließt. Bei einem Fluidinj ektor mit leistungs¬ schwachem Aktor verhält sich dies umgekehrt.
Dadurch, dass das Ausgleichselement an die Leistungsstärke des Aktors angepasst ist, wird das Öffnungs- und Schließverhalten des Fluidinj ektors stabilisiert und eine Reproduzierbarkeit einer vorgegebenen Einspritzmenge pro Injektionszyklus verbessert. Außerdem wird mittels des beschriebenen Fluidinj ektors dem Effekt entgegengewirkt, dass bei quantitativ gleicher von einem Steuergerät zur Verfügung gestellter Ansteuerungsenergie für den Aktor unterschiedlich große Hubbewegungen der Düsennadel realisiert werden. Die Leistungsstärke des Aktors repräsentiert dabei die Ansteuerungsenergie, die benötigt wird, um einen gewünschten Nadelhub der Düsennadel zu erreichen. Das Aus¬ gleichselement trägt somit zu einem stabilen Betrieb des Fluidinj ektors bei.
Somit kann zum Beispiel auf einen Einsatz stabilisierender Ventile, wie Servoventile, verzichtet werden. Alternativ kann durch Einsatz des beschriebenen Fluidinj ektors im Zusammenwirken mit zusätzlich stabilisierenden Elementen eine Gesamtstabilität des Fluidinj ektors hinsichtlich einer einzuspeisenden Einspritzmenge weiter erhöht werden. Das Ausgleichselement wird mit vorgegebenen Eigenschaften so ausgestaltet, dass es sich gezielt auf Bewegungen der Düsennadel auswirkt und insbesondere einen Öffnungszeitpunkt und eine Schließdauer der Düsennadel im Zusammenwirken mit dem Aktor beeinflusst. Dabei verstärkt oder hemmt das Ausgleichselement eine Öffnungs- oder Schließkraft auf die Düsennadel abhängig von der vorgegebenen Leistungsstärke des Aktors. Auf diese Weise ist ein Fluidinj ektor realisierbar, der ein stabiles und zuverlässiges Zumessen von Fluid ermöglicht und insbesondere in Bezug auf eine vorgegebene einzuspeisende Einspritzmenge eine verbesserte Reproduzierbarkeit mit ver¬ ringerter Streubandbreite ermöglicht. Ein solches genaues Dosieren wirkt sich unter anderem vorteilhaft auf einen Ver- brennungsprozess in einer Brennkraftmaschine aus und kann zu reduziertem Verbrauch von Kraftstoff und Ausstoß von Schad- stoffemissionen beitragen.
Gemäß einer Weiterbildung des Fluidinj ektors ist das Aus¬ gleichselement als Düsenfeder ausgebildet, die in der Injek- torkörperausnehmung und/oder der Düsenkörperausnehmung ange- ordnet ist. Die vorgegebene Eigenschaft des Ausgleichselements ist eine Federkraft, die bezüglich der Mittelachse auf die Düsennadel in axialer Richtung wirkt, um eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch freizugeben. Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Fluidinj ektors ist das oder ein weiteres Ausgleichselement als Nadelsitz ausgebildet, der als Teil einer Wandung des Düsenkörpers realisiert und der Düsennadel zugewandt ist. Die vorgegebene Eigenschaft eines solchen Ausgleichselements ist ein Nadelsitzdurchmesser und ermöglicht es, eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch freizugeben.
Die beiden beschriebenen Weiterbildungen des Fluidinj ektors stellen zwei einfache und kostengünstige Möglichkeiten der Realisierung des Ausgleichselementes dar, welche angepasst auf die Leistungsstärke des jeweiligen Aktors zu einer Stabili¬ sierung der Einspritzmengen des zugehörigen Fluidinj ektors beitragen. Dabei kann der Fluidinj ektor ein oder mehrere Ausgleichselemente aufweisen, die auf die Leistungsstärke des Aktors abgestimmt sind. Auf diese Weise werden keine zusätzlichen Komponenten für den Fluidinj ektor benötigt, sondern es können bestehende Komponenten bei der Konstruktion des Fluidinj ektors gezielt aufeinander angepasst oder abgestimmt werden.
Die Düsenfeder wird zum Beispiel hinsichtlich ihrer Windungen und/oder Materialeigenschaften vorgegebenen ausgebildet, um in einem eingespannten Zustand eine gewünschte Federkraft zu generieren. Die Federkraft wirkt sich auf eine Bewegung der Düsennadel in axialer Richtung aus, sodass beispielsweise einem verfrühten Öffnen der Düsennadel aufgrund eines Ansteuerns eines leistungsstarken Aktors gezielt entgegengewirkt wird. Die Düsenfeder ist somit nicht nur als schließende Komponente des Fluidinj ektors ausgebildet, sondern auch als stabilisierende Komponente, um Leistungstoleranzen des Aktors auszugleichen.
In Bezug auf einen Nominalwert einer Federkraft einer Düsenfeder kann zum Beispiel eine Düsenfeder für den Fluidinj ektor verwendet werden, welche einen größeren Wert der Federkraft aufweist als der Nominalwert, sodass eine größere Schließkraft auf die
Düsennadel wirkt und ein verzögertes Öffnen und ein zeitnahes Schließen der Düsennadel eingerichtet wird. Auf diese Weise kann einem verfrühten Öffnen und verspäteten Schließen der Düsennadel aufgrund eines leistungsstarken Aktors entgegengewirkt werden. Wird die Düsenfeder mit einem kleineren Wert der Federkraft als der Nominalwert ausgebildet, ergibt sich ein entsprechend gegensätzliches Verhalten in Bezug auf einen Öffnungs- und Schließvorgang des Fluidinj ektors . Das Ausgleichselement kann alternativ oder zusätzlich als
Nadelsitz realisiert sein, welcher abgestimmt auf die Leis¬ tungsstärke des Aktors einen kleineren oder größeren Nadel- sitzdurchmesser aufweist als ein vorgegebener Nominalwert. Wird beispielsweise ein kleinerer Wert für den Nadelsitzdurchmesser als ein vorgegebener Nominalwert ausgewählt, kann ein zeitnahes Öffnen und verzögertes Schließen der Düsennadel erreicht werden, sodass einem verspäteten Öffnen und verfrühten Schließen der Düsennadel aufgrund eines leistungsschwachen Aktors entge- gengewirkt wird. Dabei wirkt sich der Nadelsitzdurchmesser hinsichtlich einer abdichtenden Fläche zwischen dem Nadelsitz und der Düsennadel in Schließposition im Zusammenwirken mit hydraulischen Kräften eines in der Düsenkörperausnehmung befindlichen Fluids auf das Öffnungs- und Schließverhalten der Düsennadel und des Fluidinj ektors aus.
Gemäß einer Weiterbildung des Fluidinj ektors ist der Aktor ein Piezoaktor . Beispielsweise ist der Piezoaktor hydraulisch oder mechanisch mit der Düsennadel gekoppelt und ermöglicht so ein Steuern der axial beweglichen Düsennadel. Der Piezoaktor weist zum Beispiel eine Mehrzahl von gestapelten Piezoelementen mit vorgegebener Leistungsstärke auf, die mittels elektrischen Ansteuerns über die hydraulische oder mechanische Kopplung einen gewünschten Nadelhub der Düsennadel realisieren. Schwankungen des Nadelhubs und/oder Schwankungen des durch den Piezoaktor eingeleiteten Öffnungs- oder Schließvorgangs resultieren in unterschiedlich großen Einspritzmengen von Fluid. Diesen Schwankungen kann mittels des beschriebenen Fluidinj ektors unter Verwendung eines oder mehrerer Ausgleichselemente entgegengewirkt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Fluidinj ektors ist der Aktor ein magnetischer Aktor.
Zum Beispiel umfasst der Aktor des Fluidinj ektors ein Polstück und eine Spule, die elektrisch angesteuert werden kann und eine magnetische Kraft generiert, um einen Anker an der Düsennadel befestigten Anker anzuziehen und eine axiale Bewegung der Düsennadel zu steuern. Mittels Einsatz eines Ausgleichselements, das auf die Leistungsstärke des magnetischen Aktors angepasst ist, kann die Bewegung der Düsennadel kontrolliert und eine verbesserte Dosiergenauigkeit von Einspritzmengen erreicht werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidinj ektors ein Bereitstellen eines Injektorkörpers mit einer Inj ektorkörperausnehmung, einer Düsennadel und eines Düsenkörpers, der eine Düsenkörperaus¬ nehmung und ein Einspritzloch aufweist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen eines Aktors mit vorgegebenen Materialeigenschaften, der dazu ausgebildet ist, eine bezüglich einer Mittelachse axiale Bewegung der Düsennadel zu steuern. Das Verfahren umfasst weiter ein Ermitteln einer Leistungsstärke des Aktors und ein Bereitstellen eines Ausgleichselements mit vorgegebener Eigenschaft, die abhängig von der ermittelten Leistungsstärke des Aktors ist, um eine vorgegebene Ein¬ spritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch freizugeben.
Ein solches Verfahren realisiert insbesondere ein Herstellen eines Fluidinj ektors gemäß dem zuvor beschriebenen ersten Aspekt, sodass alle Eigenschaften und Merkmale des Fluidin- jektors auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Bereitstellen des Ausgleichselements als Düsenfeder, die abhängig von dem Aktor mit einer vorgegebenen Federkraft ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Anordnen der Düsenfeder in der Inj ektorkörperausnehmung und/oder der Düsenkörperausnehmung, sodass die Düsenfeder die Federkraft auf die Düsennadel in axialer Richtung ausübt. 0
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Bereitstellen des Ausgleichselements als Nadelsitz, der abhängig von dem Aktor einen vorgegebenen Nadelsitzdurchmesser aufweist, sodass eine vorgegebene Dichtfläche zwischen Düsennadel und Nadelsitz ausgebildet ist.
Auf diese Weise beschreibt das Verfahren ein mögliches Ausbilden des Fluidinj ektors , welcher aufgrund des auf die Leistungsstärke des Aktors abgestimmten Ausgleichselements ein stabiles und zuverlässig dosierbares Zumessen von Fluid ermöglicht. Dabei werden die Düsenfeder und/oder der Nadelsitz hinsichtlich der Federkraft und/oder des Nadelsitzdurchmessers auf die ermittelte Leistungsstärke des Aktors gezielt angepasst oder bereitge¬ stellt.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Definieren von Eigenschaftsklassen des Aktors und des Ausgleichselements. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen des Ausgleichselements gemäß der definierten Eigenschaftsklassen des Ausgleichselements in Abhängigkeit der definierten Eigen¬ schaftsklassen des Aktors.
Ein solches Verfahren umfasst zum Beispiel ein vorheriges Sortieren der bereitgestellten Aktoren und der bereitgestellten Ausgleichselemente in die zugehörigen Eigenschaftsklassen, sodass für eine Konstruktion des Fluidinj ektors auf einfache Weise eine gewünschte Paarung zwischen Ausgleichselement und Aktor gewählt werden kann. Während einer Montage von Fluidinj ektoren werden zum Beispiel Piezoaktoren Düsenbaugruppen zugeordnet, die abhängig von der Leistungsstärke des Piezoaktors passende Düsenfedern und/oder Nadelsitze aufweisen, um einen stabiles und zuverlässiges Einspeisen von Fluid in den Brennraum zu ermöglichen. Eine Düsenbaugruppe mit hoher Federkraft der Düsenfeder und/oder großem Nadelsitzdurchmesser des Nadelsitzes werden leistungsstarken Piezoaktoren zugeordnet und umgekehrt.
Aufgrund der so aufeinander abgestimmten Eigenschaften des Aktors und des oder der Ausgleichselemente kann auf eine Co¬ dierung der Fluidinj ektoren verzichtet werden, die beispielsweise im Rahmen von fahrzeugeigenen Diagnoseverfahren benötigt werden. Darüber hinaus werden mittels des beschriebenen Fluidinj ektors oder des korrespondierenden Verfahrens zum Herstellen eines solchen Fluidinj ektors maximal erforderliche Ansteuerungsenergien für den Aktor reduziert, da leistungsschwache Aktoren Düsenbaugruppen erhalten, welche geringere Antriebsenergien benötigen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 unterschiedliche Phasen eines Betriebs eines
Fluidinj ektors,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Fluidinj ektors zum
Betreiben des Fluidinj ektors ,
Figur 3 Ausführungsbeispiel von Verläufen eines Aktorhubs eines Fluidinj ektors ,
Figur 4 Ausführungsbeispiel von Verläufen eines Nadelhubs eines Fluidinj ektors .
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Figur 1 zeigt unterschiedliche Phasen PH1-PH4 bei einem Betrieb eines Fluidinj ektors 1 in Abhängigkeit von einer Zeit t.
Dargestellt sind qualitative Verläufe eines Ladestroms V_LST und Entladestroms V_EST eines Aktors des Fluidinj ektors 1 sowie Verläufe eines Nadelhubs V_NH einer Düsennadel 19 und einer Einspritzmenge V_ESM des Fluidinj ektors 1 von Fluid, insbe¬ sondere Kraftstoff, in einen Außenraum. Die Phasen PH1-PH4 repräsentieren ein Ansteuern des Aktors sowie ein Öffnen und Schließen der Düsennadel 19 und des Fluidinj ektors 1.
Beispielweise stellt Figur 1 das Öffnungs- und Schließverhalten eines stromlos geschlossenen Fluidinj ektors 1 dar. Demnach wird in der ersten Phase PHl der Aktor des Fluidinj ektors 1 mit einem vorgegebenen Ladestrom beaufschlagt und ein Öffnungsvorgang eingeleitet. Der Verlauf des Ladestroms V_LST erreicht zeitnah ein Maximum und fällt von dort an in der ersten Phase PHl monoton ab .
Infolgedessen wird in der zweiten Phase PH2 die Düsennadel 19, die mit dem Aktor hydraulisch oder mechanisch gekoppelt ist, angetrieben und bezogen auf eine Mittelachse 7 in axialer Richtung bewegt. Im Zusammenwirken mit hydraulischen Kräften eines den Fluidinj ektor 1 durchströmenden Fluids wird die Düsennadel 19 in eine Öffnungsposition bewegt, sodass ein Nadelhub NH der Düsennadel 19 gemäß dem Verlauf V_NH realisiert wird. Entsprechend steigt mit dem Nadelhub NH der Düsennadel 19 die Einspritzmenge von Fluid gemäß dem Verlauf V_ESM an. Am Ende der zweiten Phase PH2 hat die Düsennadel 19 ihre Öffnungsposition mit vorgegebenem Nadelhub NH erreicht . Der Verlauf des Ladestroms V_LST fällt in der zweiten Phase PH2 weiter ab.
In der dritten Phase PH3 weist der Verlauf des Nadelhubs V_NH geringfügige Schwankungen auf und erlaubt einen im Wesentlichen konstanten Verlauf der Einspritzmenge V_ESM. In dieser Phase PH3 wird ein maßgeblicher Anteil der Einspritzmenge freigegeben. Am Ende der Phase PH3 wird ein Entladestrom eingeleitet, um den Aktor des Fluidinj ektors 1 entgegengesetzt zu dem Ladestrom anzu¬ steuern und einen Schießen der Düsennadel 19 und des Fluid- injektors 1 einzuleiten.
Ein solcher Schließvorgang ist in der vierten Phase PH4 dargestellt, in dem der Verlauf des Nadelhubs V_NH und der Ein¬ spritzmenge V_ESM im Wesentlichen auf null absinken.
Im Rahmen von solchen Öffnungs- und Schließvorgängen eines Fluidinj ektors kann es zu unerwünschten Streuungen der Einspritzmengen kommen, die unter anderem aus geringen Unterschieden im Öffnungs- und Schließverhalten des Fluidinj ektors resultieren. Dies wirkt sich auch nachteilig auf eine Streu¬ bandbreite von Einspritzmengen verschiedener baugleicher Fluidinj ektoren aus. Abweichungen bestehen zum Beispiel im Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Düsennadel des jeweiligen Fluidinj ektors und führen zu geringfügig variierenden Ein- spritzmengen. Solche unerwünschten Variationen der Einspritzmenge sind unter anderem durch nicht vernachlässigbare Leistungstoleranzen des jeweils verwendeten Aktors des
Fluidinj ektors begründet, sodass zum Beispiel bei einem
Fluidinj ektor mit einem leistungsstarken Aktor die Düsennadel verfrüht öffnet und verspätet schließt. Bei einem Fluidinj ektor mit leistungsschwachem Aktor verhält sich dies umgekehrt.
Mittels eines Ausgleichselements 23 kann solchen Schwankungen der Einspritzmenge entgegengewirkt werden, indem das Aus- gleichselement 23 mit vorgegebener Eigenschaft auf den Aktor des Fluidinj ektors 1 abgestimmt wird und eine axiale Bewegung der Düsennadel 19 beeinflusst. Die vorgegebene Eigenschaft des Ausgleichselements 23 wird insbesondere auf die Leistungsstärke des Aktors vorgegeben bereitgestellt oder angepasst, sodass der zugehörige Fluidinj ektor 1 einen stabilen Betrieb und ein zuverlässiges und präzises Dosieren von Fluid mit reprodu¬ zierbaren Einspritzmengen ermöglicht. Dies leistet einen Beitrag für einen reduzierten Verbrauch von Kraftstoff einer Brenn- kraftmaschine und einen verringerten Ausstoß von Schadstoff¬ emissionen .
Figur 2 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines strömungsseitigen Endes des Fluidinj ektors 1, der einen Düsenkörper 13 und Düsenkörperausnehmung 15 aufweist, die entlang einer Mittelachse 7 von einer Wandung 14 des Düsenkörpers 13 begrenzt ist. An einem ersten axialen Ende 9 bezogen auf die Mittelachse 7 weist der Fluidinj ektor 1 eine Düsennadelhülse 16 und ein Ausgleichselement 23 auf, welches als Düsenfeder 24 realisiert ist.
Im Bereich eines zweiten axialen Endes 11 weist der Düsenkörper 13 ein Einspritzloch 17 auf, welches die Wandung 14 ausgehend von der Düsenkörperausnehmung 15 bis in einen Außenbereich durchdringt. Auf diese Weise kann bei einem Betrieb des
Fluidinj ektors 1 ein Fluid, insbesondere Kraftstoff, ausgehend von dem ersten axialen Ende 9 durch die Düsenkörperausnehmung 15 in Richtung des zweiten axialen Endes 11 den Düsenkörper durchströmen und durch das Einspritzloch 17 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine austreten. Außerdem weist der
Fluidinj ektor 1 eine Düsennadel 19 auf, die im Zusammenwirken mit einem Nadelsitz 25 in einer Schließposition einen Fluidstrom durch den Fluidinj ektor 1 unterbindet und ansonsten freigibt. Der Nadelsitz 25 realisiert als Teil der Wandung 14 des Dü¬ senkörpers 13 ein weiteres Ausgleichselement 23 und weist einen vorgegebenen Nadelsitzdurchmesser 26 auf. Der Nadelsitzdurchmesser 26 sowie die Federkraft der Düsenfeder 24 sind als vorgegebene Eigenschaften des jeweiligen Ausgleichselement 23 auf eine Leistungsstärke des Aktors abgestimmt, um eine axiale Bewegung der Düsennadel 19 kontrolliert zu beeinflussen und genau dosierbare Einspritzmengen des Fluidinj ektors 1 zu ermöglichen. Die Düsenfeder 24 wird zum Beispiel hinsichtlich ihrer Windungen und/oder Materialeigenschaften vorgegebenen ausgebildet, um in einem eingespannten Zustand eine gewünschte Federkraft zu generieren. Der Nadelsitzdurchmesser 26 wirkt sich hinsichtlich einer abdichtenden Fläche zwischen dem Nadelsitz 25 und einer Spitze der Düsennadel 19 in Schließposition auf eine axiale
Bewegung der Düsennadel 19 aus, die weiter durch hydraulische Kräfte eines in der Düsenkörperausnehmung 15 befindlichen Fluids beeinflusst wird. Die Ausgleichselemente 23 wirken sich gezielt auf das Öffnungs- und Schließverhalten der Düsennadel 19 aus und beeinflussen vorteilhaft ein reproduzierbares Einspeisen von vorgegebenen Einspritzmengen.
In weiteren Ausgestaltungen des Fluidinj ektor 1 können das oder die Ausgleichselemente 23 anders realisiert sein, sodass eine jeweilige vorgegebene Eigenschaft der Ausgleichselemente 23 auf die Leistungsstärke des Aktors abgestimmt ist und in einem Betrieb des Fluidinj ektors 1 ein Freigeben einer vorgegebenen Einspritzmenge von Fluid ermöglichen. Mittels Anpassen der vorgegebenen Eigenschaften des oder der Ausgleichselemente 23 können die in Figur 3 und 4 dargestellten Verläufe realisiert werden, die abhängig von der Leistungsstärke des Aktors ein kontrolliertes und zuverlässiges Einspritzen von Fluid er¬ möglichen und so zu einem effizienten Betrieb einer Brennkraftmaschine mit verringerten Schadstoffemissionen beitragen können.
Figur 3 illustriert verschiedene qualitative Verläufe V_AH1 bis V_AH3 eines jeweiligen Aktorhubs AH unterschiedlich leistungsstarker Aktoren in Abhängigkeit der Zeit t. Der Aktorhub AH ist beispielsweise in Mikrometern dargestellt und weist auf, dass in Abhängigkeit der Leistungsstärke eines jeweiligen Aktors unterschiedliche Aktorhübe realisiert werden, die aufgrund einer hydraulischen oder mechanischen Kopplung mit der jeweiligen Düsennadel 19 zu entsprechend unterschiedlichen Bewegungen der Düsennadel 19 führen können. Dabei repräsentiert Verlauf V_AH1 einen zeitabhängigen Aktorhub AH für einen leistungsstarken Aktor, Verlauf V_AH2 für einen mittelstarken oder nominalen Aktor und Verlauf V_AH3 für einen leistungsschwachen Aktor. Mittels Anpassen des oder der Ausgleichselemente 23, zum Beispiel durch Anpassen der Federkraft der Düsenfeder 24 und/oder des Na- delsitzdurchmessers 26 des Nadelsitzes 25, kann ein jeweiliger Nadelhub NH der Düsennadel 19 gezielt beeinflusst werden. Ein solcher Einfluss der Bewegung der Düsennadel 19 ist in Figur 4 dargestellt. Gezeigt sind verschiedene qualitative Verläufe V_NH1 bis V_NH3 für unterschiedliche Düsenparameter des
Fluidinj ektors 1 mit mittelstarkem oder nominalem Aktor. Dabei repräsentiert Verlauf V_NH1 einen zeitabhängigen Nadelhub NH für einen Aktor mit nominaler Leistungsstärke und einer im Vergleich zu einer nominalen Federkraft verringerten Federkraft der Düsenfeder 24. Alternativ oder zusätzlich ist der Nadel- sitzdurchmesser 26 des Nadelsitzes verringert im Vergleich zu einem nominalen Nadelsitzdurchmesser. Verlauf V_NH2 repräsentiert einen zeitabhängigen Nadelhub NH für einen Aktor mit nominaler Leistungsstärke und einer nominalen Federkraft einer Düsenfeder sowie einem nominalen Nadelsitzdurchmesser eines Nadelsitzes. Verlauf V_NH3 repräsentiert einen zeitabhängigen Nadelhub NH für einen Aktor mit nominaler Leistungsstärke und einer im Vergleich zu einer nominalen Federkraft vergrößerten Federkraft der Düsenfeder 24. Alternativ oder zusätzlich ist der Nadelsitzdurchmesser 26 des Nadelsitzes vergößert im Vergleich zu einem nominalen Nadelsitzdurchmesser. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Begriffe „vergrößert" und „verringert" auf den Begriff „nominal" und sollen relative Verhältnisse zueinander angeben. Beispielsweise ist eine no¬ minale Federkraft mit 30 N spezifiziert, sodass eine verringerte und vergrößerte Federkraft zum Beispiel mit 26 N und 34 N realisiert ist. Beispielsweise ist ein nominaler Nadelsitz¬ durchmesser mit 1, 40 mm spezifiziert, sodass ein verringerter und vergrößerter Nadelsitzdurchmesser zum Beispiel mit 1,37 mm und 1,43 mm realisiert ist.
Die in Figur 4 dargestellten Verläufe V_NH1 bis V_NH3 weisen auf, das mittels Anpassen von Eigenschaften des oder der Ausgleichselemente 23 ein gezielter Einfluss auf den Nadelhub NH der Düsennadel 19 erreicht werden kann, welcher eine genaue Dosierung von Einspritzmengen ermöglicht und zu einem stabilen Betrieb des Fluidinj ektors 1 mit verringerter Streubandbreite der Ein¬ spritzmengen beiträgt.
Eine Anpassung düsennadelsteuernder Eigenschaften kann bei- spielsweise in Bezug auf piezoelektrische Fluidinj ektoren durch eine geeignete Paarung eines jeweiligen Piezoaktors und der Ausgleichselemente 23 wie folgt durchgeführt werden:
In einem ersten Schritt werden die Piezoaktoren entsprechend ihrer Leistungsstärke in Klassen unterteilt. Zum Beispiel benötigen leistungsstarke Piezoaktoren einer Klasse eins für eine Auslenkung von etwa 100 ym eine Ansteuerungsenergie von 89 bis 96 mJ. Piezoaktoren mit mittlerer Leistungsstärke werden einer Klasse zwei zugeordnet und benötigen für eine Auslenkung von etwa 100 ym eine Antriebsenergie von 96 mJ bis 103 mJ. Klasse drei beinhaltet leistungsschwache Piezoaktoren, die eine An¬ triebsenergie von 103 mJ bis 110 mJ benötigen, um einen Aktorhub AH von 100 ym zu realisieren. In einer ersten Variante kann eine alleinige Nutzung der Schließfederkraft der Düsenfeder 24 auf die Leistungsstärke des Aktors eingerichtet oder abgestimmt werden, während der Na- delsitzdurchmesser 26 mit einem Nominalwert von beispielsweise 1,40 mm beibehalten wird. Die leistungsstarken Piezoaktoren der Klasse eins können mit Düsenbaugruppen mit erhöhter Federkraft der Düsenfeder 24 gepaart werden. Die Piezoaktoren der Klasse zwei mit mittlerer Leistungsstärke können mit Düsenbaugruppen mit nomineller Federkraft der Düsenfeder 24 gepaart werden. Die leistungsschwachen Piezoaktoren der Klasse drei können mit
Düsenbaugruppen mit reduzierter Federkraft der Düsenfeder 24 gepaart werden.
Eine Schrittweite bei einer Einstellung der Federkraft der Düsenfeder 24 kann insbesondere abhängig von einem hydraulischen Durchfluss eines Fluid durch den Düsenkörper 13 festgelegt werden .
In einer zweiten Variante kann sowohl die Schließfederkraft der Düsenfeder 24 als auch der Nadelsitzdurchmesser 26 des Nadelsitzes 25 auf die Leistungsstärke des jeweiligen Piezoaktors angepasst oder entsprechend bereitgestellt werden. Die leis¬ tungsstarken Piezoaktoren der Klasse eins können mit Düsenbaugruppen mit nomineller Federkraft der Düsenfeder 24 gepaart werden. Die Piezoaktoren der Klasse zwei mit mittlerer Leistungsstärke können mit Düsenbaugruppen mit reduzierter Federkraft der Düsenfeder 24 oder reduziertem Nadelsitzdurchmesser 26 des Nadelsitzes 25 gepaart werden. Die leistungsschwachen Piezoaktoren der Klasse drei können mit Düsenbaugruppen mit reduzierter Federkraft der Düsenfeder 24 und reduziertem Na- delsitzdurchmesser 26 des Nadelsitzes 25 gepaart werden.
Bei einer Konstruktion des Fluidinj ektors 1 sind der jeweilige Aktor und das oder die Ausgleichselemente 23 somit hinsichtlich ihrer steuernden Eigenschaften bezüglich der Düsennadel 19 so aufeinander abgestimmt, dass sie im Zusammenwirken ein stabiles und reproduzierbares Zumessen von Fluid in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ermöglichen. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Streuung von jeweiligen Einspritzmengen des Fluidinj ektors 1 reduziert und in Bezug auf eine Mehrzahl von Fluidinj ektoren eine über die jeweilige Einspritzmenge ge- mittelte Streubandbreite gering gehalten.
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Bezugs zeichenliste
1 Fluidinjektor
7 Mittelachse
9 erstes axiales Ende 11 zweites axiales Ende 13 Düsenkörper
14 Wandung
15 Düsenkörperausnehmung 16 Düsennadelhülse
17 Einspritzloch
19 Düsennadel
23 Ausgleichselement 24 Düsenfeder
25 Nadelsitz
26 Nadelsitzdurchmesser
AH Aktorhub
NH Nadelhub
PH1-PH4 Phase 1-4
V_NHl-3 Verlauf Aktorhub 1-3 V_NHl-3 Verlauf Nadelhub 1-3 V_ESR Verlauf Einspritzrate V_LST Verlauf Ladestrom V_EST Verlauf Entladestrom t Zeit

Claims

Fluidinj ektor (1) zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, umfassend
- eine Mittelachse (7) sowie ein erstes axiales Ende (9) und ein zweites axiales Ende (11) bezogen auf die Mittelachse (7),
- einen Injektorkörper mit einer
Inj ektorkörperausnehmung,
- einen Düsenkörper (13), der eine Düsenkörperausnehmung (15) und ein Einspritzloch (17) aufweist und der an dem zweiten axialen Ende (11) mit dem Injektorkörper gekoppelt ist,
- eine bezüglich der Mittelachse (7) axial bewegliche Düsennadel (19), die in der Düsenkörperausnehmung (15) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, in einer Schließposition einen Fluidstrom durch das Einspritzloch (17) zu unterbinden und ansonsten freizugeben,
- einen Aktor mit einer vorgegebenen Leistungsstärke, der in der Inj ektorkörperausnehmung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, eine bezüglich der Mittelachse (7) axiale Bewegung der Düsennadel (19) zu steuern, und
- ein Ausgleichselement (23) mit einer vorgegebenen Ei¬ genschaft, die abhängig von der Leistungsstärke des Aktors (21) dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch (17) frei zugeben .
Fluidinj ektor (1) nach Anspruch 1, wobei
das Ausgleichselement (23) eine Düsenfeder (24) ist, die in der Inj ektorkörperausnehmung (5) und/oder der Düsenkörperausnehmung (15) angeordnet ist, und die vorgegebene Eigenschaft des Ausgleichselements (23) eine Federkraft ist, die bezüglich der Mittelachse (7) auf die Düsennadel (19) in axialer Richtung wirkt, um eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch (17) frei zugeben .
Fluidinj ektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
das oder ein weiteres Ausgleichselement (23) ein Nadelsitz (25) ist, der als Teil einer Wandung (14) des Düsenkörpers (13) ausgebildet und der Düsennadel (19) zugewandt ist, und die vorgegebene Eigenschaft des Ausgleichselements (23) ein Nadelsitzdurchmesser (26) ist, um eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch (17) frei zugeben .
Fluidinj ektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Aktor (21) ein Piezoaktor ist.
Fluidinj ektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Aktor (21) ein magnetischer Aktor ist.
Verfahren zum Herstellen eines Fluidinj ektors (1), um¬ fassend
- Bereitstellen eines Injektorkörpers (3) mit einer In- j ektorkörperausnehmung (5), einer Düsennadel (19) und eines Düsenkörpers (13), der eine Düsenkörperausnehmung (15) und ein Einspritzloch (17) aufweist,
- Bereitstellen eines Aktors (21) mit vorgegebenen Materialeigenschaften, der dazu ausgebildet ist eine bezüglich einer Mittelachse (7) axiale Bewegung der Düsennadel (19) zu steuern,
- Ermitteln einer Leistungsstärke des Aktors,
- Bereitstellen eines Ausgleichselements (23) mit vor¬ gegebener Eigenschaft, die abhängig von der ermittelten Leistungsstärke des Aktors ist, um eine vorgegebene Einspritzmenge von Fluid durch das Einspritzloch (17) frei zugeben .
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend
- Bereitstellen des Ausgleichselements (23) als Düsenfeder (24) , die abhängig von der Leistungsstärke des Aktors mit einer vorgegebenen Federkraft ausgebildet ist, und
- Anordnen der Düsenfeder (24) in der Inj ektorkörpe- rausnehmung (5) und/oder der Düsenkörperausnehmung (15), sodass die Düsenfeder (24) die Federkraft auf die Dü¬ sennadel (19) in axialer Richtung ausübt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, umfassend
Bereitstellen des Ausgleichselements (23) als Nadelsitz (25) , der abhängig von der Leistungsstärke des Aktors einen vorgegebenen Nadelsitzdurchmesser (26) aufweist, sodass eine vorgegebene Dichtfläche zwischen Düsennadel (19) und Nadelsitz (25) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend
- Definieren von jeweiligen Eigenschaftsklassen des Aktors (21) und des Ausgleichselements (23), und
- Bereitstellen des Ausgleichselements (23) gemäß der definierten Eigenschaftsklassen des Ausgleichselements (23) in Abhängigkeit der definierten Eigenschaftsklassen des Aktors (21) .
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