DE10007735A1 - Fuel injection valve for IC engines has pressure-reducing throttle between high-pressure fuel in fuel chamber/line and lower pressure fuel in valve needle actuator area - Google Patents
Fuel injection valve for IC engines has pressure-reducing throttle between high-pressure fuel in fuel chamber/line and lower pressure fuel in valve needle actuator areaInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Ver brennungsraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1. Ein derartiges Einspritzventil ist aus der DE 195 48 526 A1 bekannt. Um den Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine einzusprit zen, werden zunehmend Einspritzventile eingesetzt, denen der von einer Kraftstoff pumpe bereitgestellte Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Über eine Kraft stoffleitung gelangt der Kraftstoff an die Einspritzdüse, wobei die Injektion des Kraft stoffs in den Verbrennungsraum über die Betätigung einer Düsennadel der Ein spritzdüse entweder mittels einer nach außen öffnenden Einspritzdüse ("A-Düse") oder einer nach innen öffnenden Einspritzdüse ("I-Düse") erfolgt. Zur Betätigung der Düsennadel sind Aktoren vorgesehen (bsp. piezoelektrische Aktoren oder magneto striktive Aktoren), die in der Regel mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden; die Düsennadel kann entweder direkt oder indirekt vom Aktor betätigt wer den.The invention relates to an injection valve for injecting fuel into the United States Combustion chamber of an internal combustion engine according to the preamble of the patent claim 1. Such an injection valve is known from DE 195 48 526 A1. To inject the fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine zen, fuel injectors are increasingly being used Pump provided fuel is supplied under high pressure. About a force Fuel line gets the fuel to the injector, doing the injection of the force substance into the combustion chamber via the actuation of a nozzle needle spray nozzle either by means of an outwardly opening injection nozzle ("A nozzle") or an inwardly opening injection nozzle ("I-nozzle"). To operate the Nozzle needles are provided for actuators (e.g. piezoelectric actuators or magneto strict actuators), which are usually supplied with an electrical voltage become; the nozzle needle can be operated either directly or indirectly by the actuator the.
In der gattungsbildenden DE 195 48 526 A1 mit einer nach außen öffnenden Ein spritzdüse ("A-Düse") ist der Bereich des Einspritzventils mit sich unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff (der Hochdruckbereich), insbesondere die zur Bereit stellung des Kraftstoff an die Düsennadel dienende Kraftstoffkammer, über eine als Dichtungsring ausgebildete Dichtung gegenüber dem Aktor (dem Niederdruckbe reich) abgedichtet. Im Betrieb des Einspritzventils kann dieser Dichtungsring die Abdichtung des sich unter hohem Druck befindlichen Kraftstoffs nur bedingt und aufgrund von Verschleiß nur kurzfristig gewährleisten, was insbesondere im Dauerbetrieb des Einspritzventils bei einer hohen Anzahl an Einspritzvorgängen Probleme verursachen kann.In the generic DE 195 48 526 A1 with an outwardly opening one spray nozzle ("A nozzle") is the area of the injection valve with itself under high Fuel under pressure (the high pressure area), especially the one ready for use position of the fuel on the nozzle needle serving fuel chamber, via a Sealing ring formed seal with respect to the actuator (the Niederdruckbe rich) sealed. During the operation of the injection valve, this sealing ring can Sealing the fuel under high pressure only conditionally and due to wear only ensure for a short time, especially in continuous operation problems with a large number of injections can cause.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 anzugeben, mit dem auf einfache Weise ein zuverlässi ger und reproduzierbarer Einspritzvorgang und ein störungsfreier Betrieb des Ein spritzventils gewährleistet wird.The invention has for its object an injection valve for injecting Fuel in the combustion chamber of an internal combustion engine according to the Oberbe handle of claim 1 to specify, with which a reliably a simple and reproducible injection process and trouble-free operation of the input spray valve is guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa tentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features in the characteristics of Pa claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Patent ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention result from the further patent claims.
Beim vorgestellten annähernd druckausgeglichenen Einspritzventil steht der sich unter hohem Druck befindliche Kraftstoff, insbesondere der sich in der Kraftstofflei tung und der Kraftstoffkammer befindliche Kraftstoff, mit dem sich am Aktor befind lichen Kraftstoff mittels einer eine (signifikante) Druckreduzierung bewirkenden Drossel in Verbindung; hierdurch wird im Einspritzventil ein Hochdruckbereich mit sich unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff (Druck bsp. 300 bar) und ein vom Hochdruckbereich durch die Drossel getrennter Niederdruckbereich mit sich unter niedrigem Druck befindlichen Kraftstoff (Druck bsp. 5 bar) gebildet. Diese aufgrund von Reibung (Flüssigkeitsreibung, Wandreibung) und Stoßverlusten eine Druckredu zierung bewirkende Drossel ist zwischen der Düsennadel bzw. der Kraftstoffkammer und dem Aktor angeordnet, vorzugsweise zwischen einer an die Kraftstoffkammer angrenzenden, zur Vorspannung der Düsennadel dienenden Ventilfeder und einer an den Aktor angrenzenden, zur Vorspannung des Aktors dienenden Aktorfeder. Vor zugsweise wird die Drossel unter Zuhilfenahme eines sich in axialer Richtung von der Kraftstoffkammer in Richtung Aktor erstreckenden Trägerteils gebildet, welches auf einer bestimmten Länge von einem als Drosselführung ausgebildeten Drosselzy linder umfaßt wird, wobei der Spalt zwischen Trägerteil und Drosselzylinder mög lichst klein ist und wobei auf dem innerhalb des Drosselzylinders liegenden Träger teil (bsp. ringförmig umlaufende) Aussparungen angebracht werden können. Die Aussparungen auf dem Trägerteil sind bsp. als Nuten auf der Mantelfläche eines als Zylinder ausgebildeten Trägerteils ausgebildet. Vorzugsweise wird das Trägerteil im unteren Bereich von der zur Vorspannung der Düsennadel dienenden Ventilfeder umgeben, im oberen Bereich von der zur Vorspannung des Aktors dienenden Ak torfeder. Um die Verluste (Leckage) an Kraftstoff im Bereich der Drossel gering zu halten, ist der Abstand zwischen Drosselzylinder und Trägerteil möglichst klein (d. h. der Abstand bzw. Drosselspalt zwischen dem Trägerteil und dem Drosselzylinder ist gering, bsp. 2 µm), und die axiale Länge des Drosselzylinders ausreichend groß. Durch die vorzugsweise als Nuten mit definierter Formgebung ausgebildeten Aus sparungen wird die Drosselwirkung signifikant erhöht.In the presented, almost pressure-balanced injection valve, it stands still fuel under high pressure, especially in the fuel line device and the fuel chamber with the fuel that is on the actuator the fuel by means of a (significant) pressure reduction Throttle in connection; this creates a high-pressure area in the injection valve fuel under high pressure (pressure e.g. 300 bar) and one from High pressure area separated by the throttle Low pressure area with itself below low pressure fuel (pressure example 5 bar) formed. This due to of friction (fluid friction, wall friction) and impact losses a pressure reduction Decorative throttle is between the nozzle needle or the fuel chamber and the actuator arranged, preferably between one to the fuel chamber Adjacent valve spring serving to preload the nozzle needle and one the actuator adjoining actuator spring serving to preload the actuator. Before preferably, the throttle with the help of a in the axial direction of the fuel chamber formed in the direction of the actuator, which over a certain length by a throttle cylinder designed as a throttle guide Linder is included, the gap between the carrier part and throttle cylinder possible is as small as possible and is on the carrier lying within the throttle cylinder part (e.g. circular circumferential) recesses can be made. The Recesses on the carrier part are, for example. as grooves on the lateral surface of a as Cylinder-shaped support part is formed. Preferably, the carrier part in lower area of the valve spring used to pretension the nozzle needle surrounded, in the upper area by the Ak used to pretension the actuator gate spring. To minimize the loss (leakage) of fuel in the area of the throttle hold, the distance between the throttle cylinder and the carrier part is as small as possible (i.e. is the distance or throttle gap between the carrier part and the throttle cylinder low, e.g. 2 µm), and the axial length of the throttle cylinder is sufficiently large. Because of the preferably designed as grooves with a defined shape savings, the throttling effect is significantly increased.
Das zwischen der Kraftstoffkammer und dem Aktor angeordnete Trägerteil dient gleichzeitig zur Aufnahme der Düsennadel, die auf dem Trägerteil kraftschlüssig oder formschlüssig angeordnet ist. Bei der Verbindung von Düsennadel und Trägerteil (d. h. beim kraftschlüssigen oder formschlüssigen Fügen von Düsennadel und Träger teil) wird die Position der Düsennadel auf dem Trägerteil sehr genau vorgegeben und gleichzeitig eine Vorspannung der Düsennadel durch die das Trägerteil im unteren Bereich umschließende Ventilfeder vorgenommen. Über die Ventilfeder erfolgt die kraftschlüssige Kopplung zwischen dem Aktor und dem Trägerteil. Nach der Verbin dung von Düsennadel und Trägerteil wird der Drosselzylinder in das die Einspritzdü se aufnehmende Kopfstück des Einspritzventils eingebracht, bsp. durch Einpressen, Einschrauben, Einschweißen, Einkleben o. ä.The carrier part arranged between the fuel chamber and the actuator serves at the same time to receive the nozzle needle, which is non-positively or on the carrier part is arranged positively. When connecting the nozzle needle and carrier part (i.e. when the nozzle needle and carrier are joined in a positive or positive manner part), the position of the nozzle needle on the carrier part is specified very precisely and at the same time a prestressing of the nozzle needle through which the carrier part in the lower Valve spring enclosing area. This is done via the valve spring frictional coupling between the actuator and the support part. According to the verb The nozzle needle and carrier part becomes the throttle cylinder into which the injection nozzle introduced receiving head piece of the injection valve, for example. by pressing, Screwing in, welding in, gluing or similar
Die Materialien von Trägerteil und Drosselzylinder werden vorzugsweise so gewählt, daß sie gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen; hierdurch wird sicherge stellt, daß Temperaturänderungen keine negative Auswirkungen auf den Spalt zwi schen Trägerteil und Drosselzylinder mit sich bringen, die sich negativ auf den Be trieb des Einspritzventils auswirken könnten (bsp. könnte bei Temperaturänderun gen der Spalt zwischen Trägerteil und Drosselzylinder verschwinden und eine unge wollte Reibung zwischen Trägerteil und Drosselzylinder auftreten). Auf dem Träger teil und/oder dem Drosselzylinder kann zum Schutz vor Abrieb eine Oberflächenbe schichtung als Verschleißschutz aufgebracht werden, bsp. eine Beschichtung aus CLD ("carbon like diamond"). The materials of the carrier part and throttle cylinder are preferably chosen so that they have the same coefficient of thermal expansion; this will secure represents that temperature changes have no negative impact on the gap between bring carrier part and throttle cylinder with it, which negatively affect the loading drive of the injection valve (e.g. could change with temperature changes The gap between the carrier part and the throttle cylinder disappears and an uneven one wanted friction between the carrier part and throttle cylinder). On the carrier part and / or the throttle cylinder can be used to protect against abrasion Layering can be applied as wear protection, e.g. a coating CLD ("carbon like diamond").
Zur Gewährleistung eines Temperatur- und Toleranzausgleichs bei sich ändernden Systemeigenschaften des Einspritzventils oder variierenden äußeren Bedingungen (bsp. Temperaturschwankungen), insbesondere im gesamten im Betrieb des Ein spritzventils vorkommenden Temperaturbereich, ist auf der Oberseite des Aktors, also entgegengesetzt zu der der Düsennadel zugewandten Unterseite des Aktors, ein Ventilspielausgleich angeordnet; dieser Ventilspielausgleich ist dort positioniert, um die im Betrieb des Einspritzventils bewegten Massen gering zu halten. Der Ven tilspielausgleich besitzt eine mit Kraftstoff gefüllte Druckkammer und einen mit der Druckkammer verbundenen Ausgleichkolben; die Druckkammer weist eine mög lichst große Querschnittsfläche sowie ein möglichst kleines Volumen auf, so daß sowohl die durch den Aktor hervorgerufene Druckerhöhungen als auch die Leckage verluste und die Kompression des Kraftstoffs in der Druckkammer gering sind. Der Kraftstoff kann der Druckkammer entweder über ein mit der Kraftstoffkammer (dem Hochdruckbereich) verbundene Drosselbohrung zugeführt werden, vorzugsweise jedoch über ein mit dem Niederdruckbereich (Aktor) verbundene Bohrung, so daß sich in der Druckkammer Kraftstoff unter niedrigem Druck befindetTo ensure temperature and tolerance compensation in the event of changing System characteristics of the injector or varying external conditions (e.g. temperature fluctuations), especially in the whole when operating the On injection valve occurring temperature range, is on the top of the actuator, thus opposite to the underside of the actuator facing the nozzle needle, a valve lash adjuster arranged; this valve lash adjuster is positioned there in order to keep the masses moved during the operation of the injection valve low. The Ven tilspielausgleich has a fuel-filled pressure chamber and one with the Pressure chamber connected compensation piston; the pressure chamber has a poss Lich large cross-sectional area and the smallest possible volume so that both the pressure increases caused by the actuator and the leakage losses and the compression of the fuel in the pressure chamber are low. The Fuel can be supplied to the pressure chamber either with the fuel chamber (the High pressure area) connected throttle bore, preferably however via a bore connected to the low pressure area (actuator), so that There is low pressure fuel in the pressure chamber
Oberhalb des Ventilspielausgleichs ist eine mit dem Niederdruckbereich verbundene zweite Kraftstoffleitung als Kraftstoff-Rückleitung zur Kraftstoffpumpe oder zum Kraftstofftank vorgesehen; durch diese Kraftstoff-Rückleitung, die vorzugsweise mit einem Druckregelventil versehen ist (Einstellung des Drucks in der Kraftstoff- Rückleitung auf den im Niederdruckbereich gewünschten Mindestdruck, um ein Verdampfen von Kraftstoff zu vermeiden), wird einerseits die Trennung des Kraft stoffs im Einspritzventil in einen Hochdruckbereich und einen Niederdruckbereich ermöglicht und andererseits eine sichere Entlüftung des Einspritzventils gewährlei stet. Die zwischen der Druckkammer und der Kraftstoff-Rückleitung angeordnete Drossel dient zur Entlüftung der Druckkammer sowie zur Minimierung von Leckage verlusten in der Druckkammer bei der Bestromung des Aktors.Above the valve lash adjuster is connected to the low pressure area second fuel line as a fuel return line to the fuel pump or Fuel tank provided; through this fuel return line, preferably with is equipped with a pressure control valve (setting the pressure in the fuel Return line to the minimum pressure required in the low pressure range in order to To avoid fuel evaporation), on the one hand, the separation of the force in the injection valve into a high pressure area and a low pressure area enables and on the other hand ensure a safe ventilation of the injection valve continuous The one located between the pressure chamber and the fuel return line Throttle is used to vent the pressure chamber and to minimize leakage losses in the pressure chamber when energizing the actuator.
Bei einer Aktivierung des Aktors (bei einer Beaufschlagung des Aktors mit einer vor gegebenen Spannung) bewegt sich die Düsennadel nach Kompression des Kraft stoffs in der Druckkammer und nach Kompensation der Vorspannkraft der Ventilfe der in die vorgegebene Richtung (bsp. bei einer A-Düse mit einer sich nach außen öffnenden Einspritzdüse nach außen), wodurch die Einspritzöffnung der Düsennadel vom Ventilsitz abhebt und ein Öffnungsspalt entsteht. Der Hub (Öffnungsweg) der Düsennadel wird beim Öffnen der Düsennadel durch eine an der der Einspritzöff nung abgewandten (bzw. an der dem Trägerteil zugewandten) Oberseite der Kraft stoffkammer (in diese mündet die Kraftstoffleitung oberhalb des Einspritzventils) ausgebildete Ausformung begrenzt; durch diese einen Anschlag für die Bewegung des Hubkolbens bildende Ausformung wird der Öffnungsweg der mit dem Trägerteil verbundenen Düsennadel definiert und reproduzierbar vorgegeben, d. h. die Auslen kung der Düsennadel wird beendet, wenn der Spalt zwischen dem Trägerteil und der Ausformung geschlossen wird. Vorzugsweise wird die Düsennadel bei jedem Ein spritzvorgang bis zum Anschlag (d. h. maximal) ausgelenkt und damit über die Be stromungsdauer des die Düsennadel betätigenden Aktors eine definierte Menge an Kraftstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt; bsp. kann die Düsennadel maximal 80 µm ausgelenkt werden, wodurch innerhalb einer Millisekunde ein Volumen von 70 mm3 in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Nach der Deaktivierung des Aktors wird die Düsennadel wieder in ihre ursprüngliche Position zurückbewegt und damit der Öffnungsspalt zwischen Düsennadel und Ventilsitz geschlossen; die Leckageverluste an Kraftstoff im Ventilspielausgleich werden über das öffnende Rückschlagventil ausgeglichen. Das Rückschlagventil ist vorzugsweise zwischen derh Niederdruckbereich und der Druckkammer angeordnet; das Rückschlagventil wird durch eine (aufgrund der Betätigung des Aktors verursachte) Druckerhöhung in der Druckkammer geschlossen.When the actuator is activated (when the actuator is loaded with a given voltage), the nozzle needle moves in the pressure chamber after compression of the fuel in the pressure chamber and after compensation of the preloading force of the Ventilfe in the specified direction (e.g. with an A nozzle an injection nozzle that opens outwards), which lifts the injection opening of the nozzle needle from the valve seat and creates an opening gap. The stroke (opening travel) of the nozzle needle is limited when the nozzle needle is formed by a shape on the opening facing away from the injection opening (or on the carrier part facing) of the top of the fuel chamber (this opens into the fuel line above the injection valve); by this formation forming a stop for the movement of the reciprocating piston, the opening path of the nozzle needle connected to the carrier part is defined and reproducibly predetermined, ie the deflection of the nozzle needle is ended when the gap between the carrier part and the formation is closed. Preferably, the nozzle needle is deflected up to the stop (ie maximum) with each injection process and thus a defined amount of fuel is injected into the combustion chamber over the duration of the current flow of the actuator actuating the nozzle needle; E.g. the nozzle needle can be deflected by a maximum of 80 µm, as a result of which a volume of 70 mm 3 is injected into the combustion chamber within one millisecond. After the actuator has been deactivated, the nozzle needle is moved back into its original position and the opening gap between the nozzle needle and the valve seat is closed; the leakage losses of fuel in the valve clearance compensation are compensated for by the opening check valve. The check valve is preferably arranged between the low pressure area and the pressure chamber; the check valve is closed by a pressure increase in the pressure chamber (caused by the actuation of the actuator).
Durch die Drossel kann eine Trennung zwischen dem sich unter hohem Druck be findlichen Kraftstoff (dem Hochdruckbereich) und dem sich im Bereich des Aktors des Einspritzventils befindlichen Kraftstoffs (dem Niederdruckbereich) ohne großen Aufwand realisiert werden; durch die Druckreduzierung wird das Einspritzventil an nähend druckausgeglichen, so daß bei schwankenden Drücken der Kraftstoffversor gung eine hohe Reproduzierbarkeit der kinematischen Eigenschaften des Einspritz ventils gewährleistet ist; weiterhin kann die Kraft der Ventilfeder klein gewählt wer den, wodurch beim Einspritzvorgang eine hohe Dynamik erreicht wird.The throttle can separate the be under high pressure sensitive fuel (the high pressure area) and in the area of the actuator the fuel (the low pressure area) without large Effort to be realized; the injection valve is turned on by the pressure reduction sewing pressure equalized so that when the pressure fluctuates the fuel supply a high reproducibility of the kinematic properties of the injection valve is guaranteed; furthermore, the force of the valve spring can be chosen small the, whereby a high dynamic is achieved during the injection process.
Das Einspritzventil wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zu sammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigt die Figur in einer Schnittzeichnung die wesentlichen Komponenten des Einspritzventils zum Einsprit zen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum eines Ottomotors.The injection valve is described in the following using an exemplary embodiment connection with the drawing described in more detail. The figure shows in a Sectional drawing of the essential components of the injection valve for injection fuel into the combustion chamber of a gasoline engine.
Die Einspritzdüse 1 ist als nach außen öffnende Düse (A-Düse) ausgebildet, bei der die Düsennadel 2 außen am Ventilsitz 3 anliegt und diesen durchdringt. Die Dü sennnadel 2 wird über eine Ventilfeder 4 in den Ventilsitz 3 gepreßt, deren Feder kraft klein gehalten werden kann; somit wird die Einspritzdüse 1 durch die Ventilfe der 4 im spannungslosen Zustand des Aktors 6 verschlossen. Die Vorspannkraft der Ventilfeder 4 wird für die jeweilige Ausführung des Einspritzventils und der Einspritz düse 1 so eingestellt, daß ein sicheres Verschließen der Einspritzdüse 1 im span nungslosen Zustand des Aktors b erreicht wird. Der für den Betrieb des Einspritzven tils benötigte Einspritzdruck des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs 11 von bis zu 300 bar wird von einer dem Einspritzventil vorgeschalteten Kraftstoffpumpe be reitgestellt. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff 11 wird von der Kraftstoff pumpe vorzugsweise über ein Rail an einen Kraftstoffanschluß 13 und über die Kraftstoffleitung 5 im Inneren des Einspritzventils bis an die Düsennadel 2 geführt; die Kraftstoffleitung 5 mündet in die zur Kraftstoffzuführung an die Einspritzdüse 1 bzw. Düsennadel 2 vorgesehene Kraftstoffkammer 8. Die Kraftstoffkammer 8 ist bsp. als Drallkammer mit zur Verwirbelung des Kraftstoffs dienenden tangentialen Strömungskanälen ausgebildet; an der Oberseite 19 der Kraftstoffkammer 8 ist eine bsp. ringförmige Ausformung 9 vorgesehen.The injection nozzle 1 is designed as an outwardly opening nozzle (A nozzle), in which the nozzle needle 2 rests on the outside of the valve seat 3 and penetrates it. The Dü sennnadel 2 is pressed via a valve spring 4 in the valve seat 3 , the spring force can be kept small; thus the injector 1 is closed by the Ventilfe of 4 in the de-energized state of the actuator 6 . The biasing force of the valve spring 4 is set for the respective design of the injection valve and the injection nozzle 1 so that a secure closure of the injection nozzle 1 is achieved in the de-energized state of the actuator b. The injection pressure of the high-pressure fuel 11 of up to 300 bar required for the operation of the injection valve is provided by a fuel pump connected upstream of the injection valve. The high-pressure fuel 11 is preferably pumped from the fuel pump via a rail to a fuel connection 13 and via the fuel line 5 inside the injection valve up to the nozzle needle 2 ; the fuel line 5 opens into the fuel chamber 8 provided for supplying fuel to the injection nozzle 1 or nozzle needle 2 . The fuel chamber 8 is, for example. formed as a swirl chamber with tangential flow channels serving to swirl the fuel; on the top 19 of the fuel chamber 8 is an example. annular shape 9 is provided.
Die Düsennadel 2 ist kraftschlüssig oder formschlüssig auf dem Trägerteil 7 aufge bracht (bsp. aufgepreßt), wobei beim Fügen von Düsennadel 2 und Trägerteil 7 eine sehr exakte Positionierung (und damit eine genaue Ausrichtung) der Düsennadel 2 ermöglicht wird. Der für den Einspritzvorgang notwendige Öffnungsweg (Hub) der Düsennadel 2 wird durch die an der Oberseite 19 der Kraftstoffkammer 8 ange brachte, einen Anschlag für das Trägerteil 7 bildende Ausformung 9 auf bsp. 80 µm begrenzt (maximaler Öffnungsweg der Düsennadel 2). Das Trägerteil 7 besitzt eine den unteren Bereich 17 begrenzende Ausformung 10 in der Art eines Federtellers; mit dieser Ausformung wird die Ventilfeder 4 vorgespannt. In dem sich nach der Ausformung 10 des Trägerteils 7 in Richtung Aktor 6 erstreckenden oberen Bereich 18 des Trägerteils 7, d. h. zwischen der Ventilfeder 4 und der Aktorfeder 15, ist eine zur Druckreduzierung des sich in der Kraftstoffleitung 5 und in der Kraftstoffkammer 8 befindlichen, unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs 11 dienende Drossel 14 vorgesehen; die Drossel 14 wird durch auf der Außenfläche des Trägerteils 7 einge brachte Aussparungen 27 und einem das Trägerteil 7 im Bereich der Aussparungen 27 umgebenden als Drosselführung ausgebildeten Drosselzylinder 16 gebildet. Das bsp. aus Stahl bestehende, im oberen Bereich 18 in der Form eines Zylinders aus gebildete Trägerteil 7 besitzt eine Außendurchmesser von bsp. 3 mm; auf einer Län ge von bsp. 10 mm sind bsp. 8 umlaufende Nuten mit einer Tiefe von bsp. 0.2 mm als Aussparungen 27 in die Mantelfläche des Trägerteils 7 eingebracht. Das Träger teil 7 wird im oberen Bereich 18 von dem als Drosselführung ausgebildeten Dros selzylinder 16 im Abstand von bsp. 2 µm umschlossen, so daß bei einem Druckge fälle von bsp. 300 bar zwischen Hochdruckbereich und Niederdruckbereich 25 ein Leckagestrom an Kraftstoff von bsp. 2 l/h auftritt. Nach dem Einsetzen von Düsen nadel 2 und Trägerteil 7 in das Kopfstück 25 des Gehäuses des Einspritzventils wird die Düsennadel 2 mit dem Trägerteil 7 formschlüssig verbunden, bsp. auf das Trä gerteil 7 aufgepreßt. Anschließend wird der Drosselzylinder 16 in das Kopfstück 25 eingebracht und dort bsp. eingeschweißt.The nozzle needle 2 is positively or positively brought up on the carrier part 7 (for example, pressed on), a very exact positioning (and thus an exact alignment) of the nozzle needle 2 being made possible when the nozzle needle 2 and carrier part 7 are joined. The opening path (stroke) of the nozzle needle 2 necessary for the injection process is brought about by the top 19 of the fuel chamber 8 , forming a stop for the carrier part 7 forming 9 on example. 80 µm limited (maximum opening distance of the nozzle needle 2 ). The carrier part 7 has a shape 10 delimiting the lower region 17 in the manner of a spring plate; with this shape, the valve spring 4 is biased. In the upper region 18 of the carrier part 7 , which extends after the formation 10 of the carrier part 7 in the direction of the actuator 6 , that is to say between the valve spring 4 and the actuator spring 15 , one for reducing the pressure in the fuel line 5 and in the fuel chamber 8 is below high pressure fuel 11 serving throttle 14 is provided; the throttle 14 is formed by recesses 27 introduced on the outer surface of the carrier part 7 and a throttle cylinder 16 formed as a throttle guide and surrounding the carrier part 7 in the region of the recesses 27 . The ex. made of steel, formed in the upper region 18 in the form of a cylinder from the carrier part 7 has an outer diameter of ex. 3 mm; on a length of e.g. 10 mm are e.g. 8 circumferential grooves with a depth of e.g. 0.2 mm introduced as recesses 27 in the lateral surface of the carrier part 7 . The carrier part 7 is in the upper region 18 of the throttle guide designed Dros sel cylinder 16 at a distance of ex. 2 µm enclosed, so that at a Druckge cases of ex. 300 bar between high pressure area and low pressure area 25, a leakage flow of fuel from e.g. 2 l / h occurs. After inserting the nozzle needle 2 and the carrier part 7 into the head 25 of the housing of the injection valve, the nozzle needle 2 is positively connected to the carrier part 7 , for example. pressed onto the carrier part 7 . Then the throttle cylinder 16 is introduced into the head piece 25 and there, for example. shrink wrapped.
Das durch die Ventilfeder 4 vorgespannte Trägerteil 7 ist direkt kraftschlüssig mit dem Aktor 6 gekoppelt; hierdurch wird die vom Aktor 6 hervorgerufene Bewegung direkt auf das Trägerteil 7 und damit auf die Düsennadel 2 bzw. Einspritzdüse 1 übertragen. Der Aktor 6 ist von einer als Kapselung gegenüber dem Kraftstoff 12 fungierenden Aktorgehäuse 28 umgeben. Als mit einer elektrischen Spannung be aufschlagter Aktor 6 ist bsp. ein piezoelektrischer Aktor 6 mit einer Länge von bsp. 70 mm vorgesehen, der sich proportional zur an den Aktor 6 angelegten Spannung ausdehnt.The carrier part 7 preloaded by the valve spring 4 is directly non-positively coupled to the actuator 6 ; as a result, the movement caused by the actuator 6 is transmitted directly to the carrier part 7 and thus to the nozzle needle 2 or injection nozzle 1 . The actuator 6 is surrounded by an actuator housing 28 which acts as an encapsulation with respect to the fuel 12 . As with an electrical voltage be actuator 6 is ex. a piezoelectric actuator 6 with a length of e.g. 70 mm is provided, which expands in proportion to the voltage applied to the actuator 6 .
Zur Realisierung eines Temperatur- und Toleranzausgleichs ist an der der Einspritz düse 1 bzw. der Düsennadel 2 abgewandten Oberseite 20 des Aktors 6 oberhalb des Aktors 6 ein Ventilspielausgleich 21 vorgesehen, der eine mit dem sich unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff 12 gefüllte Druckkammer 22 und einen mit der Druckkammer 22 in Verbindung stehenden Ausgleichskolben 23 aufweist; der aus dem Druckraum 22 verdrängte Kraftstoff 12 wird über die Kraftstoff-Rückleitung 29 dem Kraftstofftank bzw. der Kraftstoffpumpe zur Verfügung gestellt. Die im Be trieb des Einspritzventils auftretenden Leckageverluste an Kraftstoff 12 in der Druckkammer 22 werden über eine mit einem Rückschlagventil 26 gesicherte Kraft stoffzuführung aus dem Niederdruckbereich 24 (Aktor 6) oder über eine Drosselboh rung 30 zum Hochdruckbereich (Kraftstoffkammer 8) ausgeglichen; gemäß der Figur wird der Kraftstoff 12 der Druckkammer 22 über die Drosselbohrung 30 zugeführt. Durch die Vorgabe der Querschnittsfläche (der Stirnfläche) der Druckkammer 22 kann die bei einer Bewegung des Aktors 6 hervorgerufene Druckerhöhung und da mit die Kompression der sich in der Druckkammer 22 befindlichen Kraftstoffs 12 beeinflußt werden; durch Wahl einer großen Querschnittsfläche (Stirnfläche) sowie eines möglichst kleinen Volumens der Druckkammer 22 können Kompression und Leckageverluste des Kraftstoffs 12 gering gehalten werden. Zur Montage des Rück schlagventils 26 und zur Abdichtung des Druckraums 22 ist ein bsp. als Stopfen ausgebildeter Verschluß vorgesehen. Die Vorspannfeder 32 dient zur Vorspannung des Rückschlagventils 26. Zwischen der Druckkammer 22 und der Kraftstoff- Rückleitung 29 ist eine Entlüftungsdrossel 33 zur Entlüftung der Druckkammer 22 sowie zur Minimierung der Leckageverluste in der Druckkammer 22 vorgesehen. Der Stecker 34 dient zur Abdichtung der Druckkammer 22 bzw. des Niederdruckbe reichs 24 sowie zur Kontaktierung des Aktors 6.To realize a temperature and tolerance compensation, a valve lash adjuster 21 is provided on the upper side 20 of the actuator 6 facing away from the injection nozzle 1 or the nozzle needle 2, above the actuator 6 , which has a pressure chamber 22 filled with the fuel 12 under low pressure and one has compensation piston 23 connected to the pressure chamber 22 ; The fuel 12 displaced from the pressure chamber 22 is made available to the fuel tank or the fuel pump via the fuel return line 29 . The leakage losses of fuel 12 in the pressure chamber 22 occurring in the operation of the injection valve are fuel supply via a check valve 26 secured from the low pressure area 24 (actuator 6 ) or via a throttle bore 30 to the high pressure area (fuel chamber 8 ); According to the figure, the fuel 12 is supplied to the pressure chamber 22 via the throttle bore 30 . By specifying the cross-sectional area (the end face) of the pressure chamber 22 , the pressure increase caused by a movement of the actuator 6 and since the compression of the fuel 12 located in the pressure chamber 22 can be influenced; by choosing a large cross-sectional area (end face) and the smallest possible volume of the pressure chamber 22 , compression and leakage losses of the fuel 12 can be kept low. To assemble the return check valve 26 and to seal the pressure chamber 22 is an example. closure designed as a plug. The biasing spring 32 serves to bias the check valve 26 . A vent throttle 33 is provided between the pressure chamber 22 and the fuel return line 29 to vent the pressure chamber 22 and to minimize the leakage losses in the pressure chamber 22 . The plug 34 serves to seal the pressure chamber 22 or the Niederdruckbe area 24 and to contact the actuator 6 .
Während eines Einspritzvorgangs wird der Aktor 6 (bsp. von einem Steuergerät) mit einer konstanten oder sich zeitlich ändernden Spannung beaufschlagt und hierdurch aktiviert; durch die Ausdehnung des Aktors 6 wird nach Kompensation der Vor spannkraft der Ventilfeder 4 und nach Kompression des Kraftstoffs 12 in der Druck kammer 22 das Trägerteil 7 nach unten bewegt, wodurch die Düsennadel 2 vom Ventilsitz 3 abhebt und über den hierdurch entstehenden Öffnungsspalt eine be stimmte Menge an sich unter hohem Druck befindlichen Kraftstoff 11 proportional zur (Zeitdauer der) Bestromung des Aktors 6 in den entsprechenden Verbrennungs raum des Ottomotors eingespritzt wird. Der Öffnungsweg bzw. die Auslenkung der Düsennadel 2 wird dadurch begrenzt, daß der Spalt zwischen dem Trägerteil 7 und der an der Oberseite 19 der Kraftstoffkammer 8 befindlichen Ausformung 9 ge schlossen wird, d. h. daß das Trägerteil 7 gegen den durch die Ausformung 9 gebildeten Anschlag fährt. Nach dem Deaktivieren des Aktors 6 werden die Düsennadel 2 bzw. das Trägerteil 7 sowie der Aktor 6 durch die Federkräfte der jeweils zugehö rigen Feder (Ventilfeder 4 bzw. Aktorfeder 15) in ihre Ausgangslage zurückgestellt. Durch die Drossel 14 wird der Druck des sich im Hochdruckbereich befindlichen Kraftstoffs 11 gegenüber dem sich im Niederdruckbereich 24 befindlichen Kraftstoff 12 stark reduziert, bsp. von 300 bar auf 5 bar. Um eine hohe Dynamik im Betrieb des Einspritzventils zu erreichen, besitzen alle bewegten Bauteile des Einspritzven tils (insbesondere Trägerteil 7, Aktorfeder 15 und Düsennadel 2) eine geringe Mas se. Um die Leckageverluste und die Kompression des Kraftstoffs 12 in der Druck kammer 22 des Ventilspielausgleichs 21 bei der Ausdehnung des Aktors 6 zu mini mieren, besitzt die. Druckkammer 22 eine große Querschnittsfläche von bsp. 100 mm2 und eine geringe Bauhöhe von bsp. 1 mm.During an injection process, the actuator 6 (for example by a control unit) is acted upon by a constant or changing voltage and is thereby activated; by the expansion of the actuator 6 , after compensation of the pre-tensioning force of the valve spring 4 and after compression of the fuel 12 in the pressure chamber 22, the carrier part 7 is moved downward, whereby the nozzle needle 2 lifts off the valve seat 3 and a be determined via the resulting opening gap Amount of fuel 11 under high pressure is injected proportionally to the (duration of) energization of the actuator 6 in the corresponding combustion chamber of the gasoline engine. The opening path or the deflection of the nozzle needle 2 is limited by the fact that the gap between the carrier part 7 and the formation 9 located on the top 19 of the fuel chamber 8 is closed, ie the carrier part 7 moves against the stop formed by the formation 9 . After deactivating the actuator 6 , the nozzle needle 2 or the carrier part 7 and the actuator 6 are returned to their initial position by the spring forces of the respective associated spring (valve spring 4 or actuator spring 15 ). By means of the throttle 14 , the pressure of the fuel 11 located in the high pressure area is greatly reduced compared to the fuel 12 located in the low pressure area 24 , for example. from 300 bar to 5 bar. In order to achieve high dynamics in the operation of the injection valve, all moving components of the injection valve (in particular carrier part 7 , actuator spring 15 and nozzle needle 2 ) have a low mass. To the leakage losses and the compression of the fuel 12 in the pressure chamber 22 of the valve lash adjuster 21 to minimize the expansion of the actuator 6 , has the. Pressure chamber 22 has a large cross-sectional area of e.g. 100 mm 2 and a low height of e.g. 1 mm.
Claims (14)
einer eine axial verschiebbare Düsennadel (2) aufweisenden Einspritzdüse (1),
einem mit einer elektrischen Spannung beaufschlagten Aktor (6) zur Betätigung der Düsennadel (2),
einer Kraftstoffleitung (5), die in eine mit der Einspritzdüse (1) verbundene Kraft stoffkammer (8) mündet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck des sich im Bereich des Aktors (6) befindlichen Kraftstoffs (12) gegenüber dem zum Einspritzen verwendeten Kraftstoff (11) mittels einer zwi schen der Kraftstoffkammer (8) und dem Aktor (6) angeordneten Drossel (14) reduziert ist.1. Injector for injecting fuel ( 11 ) under high pressure into the combustion chamber of an internal combustion engine, with
an injection nozzle ( 1 ) having an axially displaceable nozzle needle ( 2 ),
an actuator ( 6 ) charged with an electrical voltage for actuating the nozzle needle ( 2 ),
a fuel line ( 5 ) which opens into a fuel chamber ( 8 ) connected to the injection nozzle ( 1 ),
characterized by
that the pressure of the fuel ( 12 ) located in the area of the actuator ( 6 ) is reduced compared to the fuel used for injection ( 11 ) by means of a throttle ( 14 ) arranged between the fuel chamber ( 8 ) and the actuator ( 6 ).
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