DE102008001450A1

DE102008001450A1 - Fuel injector

Info

Publication number: DE102008001450A1
Application number: DE200810001450
Authority: DE
Inventors: Patrick Mattes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-04-29
Publication date: 2009-11-05
Also published as: FR2930600A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzventil (1), das insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient, weist einen piezoelektrischen Aktor (4) und einen mittels einer Ventilnadel (11) betätigbaren Ventilschließkörper (14) auf. Dabei wirkt der Ventilschließkörper (14) mit einer Ventilsitzfläche (15) zu einem Dichtsitz zusammen. Ferner ist ein Steuerraum (25) vorgesehen, der durch eine Stirnfläche der Ventilnadel (11) begrenzt ist. Außerdem verbindet eine Drossel (21) den Steuerraum (25) mit einem Ventilraum (38), wobei die Verbindung mittels eines Ventilkörpers (31) steuerbar ist. Bei einem Teilhub des Ventilkörpers (31), der durch den Aktor (4) ansteuerbar ist, zur Verbindung des Steuerraumes (25) mit einem Niederdruckraum (30) wird der Ventilraum (38) über eine Ventilkörperdrossel (40) in dem Ventilkörper (31) mit dem Niederdruckraum (30) verbunden. Durch den Teilhub ist eine gewisse Druckabsenkung in dem Steuerraum (25) möglich, ohne dass die Ventilnadel (11) öffnet. Durch eienn anschließenden Vollhub der Ventilnadel (11) kann dann ein gezieltes Öffnen zur Abgabe einer bestimmten Brennstoffmenge erreicht werden.A fuel injection valve (1), which serves in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, has a piezoelectric actuator (4) and a valve closing body (14) which can be actuated by means of a valve needle (11). In this case, the valve closing body (14) cooperates with a valve seat surface (15) to form a sealing seat. Furthermore, a control chamber (25) is provided which is delimited by an end face of the valve needle (11). In addition, a throttle (21) connects the control chamber (25) with a valve chamber (38), wherein the connection by means of a valve body (31) is controllable. In a partial lift of the valve body (31), which can be actuated by the actuator (4), for connecting the control chamber (25) to a low-pressure chamber (30), the valve chamber (38) is connected via a valve body throttle (40) in the valve body (31). connected to the low pressure space (30). Due to the partial stroke a certain pressure reduction in the control chamber (25) is possible without the valve needle (11) opens. By eienn subsequent full stroke of the valve needle (11) then a targeted opening for dispensing a certain amount of fuel can be achieved.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Injektoren für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.The The invention relates to a fuel injection valve with a piezoelectric Actuator. Specifically, the invention relates to the field of injectors for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting Internal combustion engines.

Aus der DE 101 39 623 A1 ist eine Einspritzanordnung für ein Kraftstoff-Speichereinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist ein Düsenmodul vorgesehen, in dem eine mit einer Einspritzdüse zusammenwirkende Düsennadel axial bewegbar geführt ist. An die Düsennadel schließt sich ein Ventilsteuerraum an, welcher über einen eine Zulaufdrossel aufweisenden Zulaufkanal mit einem Hochdruckraum verbunden ist. Ferner ist ein Ventilsteuermodul vorgesehen, das ein in einem Ventilraum angeordnetes Ventilschließglied aufweist.From the DE 101 39 623 A1 an injection arrangement for a fuel storage injection system of an internal combustion engine is known. In this case, a nozzle module is provided in which a nozzle needle cooperating with an injection nozzle is guided axially movable. The valve needle is adjoined by a valve control chamber, which is connected to a high-pressure chamber via an inlet channel having an inlet throttle. Furthermore, a valve control module is provided which has a valve closure member arranged in a valve space.

Der Ventilraum ist über eine Ablaufdrossel mit einem Ventilsteuerraum verbunden. Die Einspritzanordnung umfasst außerdem einen Bypass-Kanal, der von Hochdruckraum zu dem Ventilraum führt und der während eines über die Einspritzdüse erfolgenden Einspritzvorgangs mittels des Ventilschließglieds verschließbar ist.Of the Valve chamber is via an outlet throttle with a valve control chamber connected. The injection assembly also includes a Bypass passage leading from high-pressure chamber to the valve chamber and during a via the injector taking place injection process by means of the valve closure member is closable.

Bei dem aus der DE 101 39 623 A1 bekannten Kraftstoff-Speichereinspritzsystem kann der in der Einspritzanordnung während des Betriebs der Verbrennungsmaschine sich aufstauende Raildruck über den Bypass-Kanal sehr schnell abgebaut werden.In the from the DE 101 39 623 A1 known fuel storage injection system, the accumulating in the injection assembly during operation of the internal combustion engine rail pressure via the bypass channel can be degraded very quickly.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine vorteilhafte Ansteuerung zur Gestaltung des Einspritzverlaufs möglich ist. Speziell ist eine kostengünstige Herstellung möglich, die dennoch eine präzise Formung des Einspritzverlaufs zur Abgabe einer definierten Brennstoffmenge ermöglicht.The inventive fuel injection valve with The features of claim 1 has the advantage that an advantageous Control for the design of the injection process possible is. Specifically, a cost-effective production is possible Nevertheless, a precise shaping of the course of injection allows for the delivery of a defined amount of fuel.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the dependent claims are advantageous developments of specified in claim 1 Fuel injection valve possible.

In vorteilhafter Weise ist die weitere Drossel als Ventilkörperdrossel ausgestaltet. Dabei ist es ferner vorteilhaft, dass die Ventilkörperdrossel durch eine Bohrung in dem Ventilkörper gebildet ist. Die Bohrung kann dabei in Bezug auf eine Achse des Ventilkörpers, entlang der eine Verstellung des Ventilkörpers durch den piezoelektrischen Aktor erfolgt, schräg durch den Ventilkörper verlaufen. Somit ist ein kompakter Aufbau möglich, bei dem der Ventilkörper als Übergangsstück an den piezoelektrischen Aktor angefügt sein kann.In Advantageously, the other throttle is as a valve body throttle designed. It is also advantageous that the valve body throttle is formed by a bore in the valve body. The hole can in this case with respect to an axis of the valve body, along an adjustment of the valve body by the piezoelectric Actuator, run obliquely through the valve body. Thus, a compact construction is possible in which the valve body as a transition piece may be attached to the piezoelectric actuator.

Vorteilhaft ist es ferner, dass der Ventilkörper in einer Hülse geführt ist, dass die Hülse mit einer Dichtkante an einer Drosselplatte anliegt, in der die Drossel zwischen dem Steuerraum und dem Ventilraum vorgesehen ist, dass der Ventilraum durch die Drosselplatte, die Hülse und eine Stirnfläche des Ventilkörpers begrenzt ist und dass die Ventilkörperdrossel den Ventilraum mit einer seitlichen Ausnehmung des Ventilkörpers verbindet, die einer Öffnung in der Hülse zugeordnet ist. Die Ventilkörperdrossel, die als Bohrung, insbesondere als Stufenbohrung ausgestaltet sein kann, führt dann von dem Ventilraum in die Ausnehmung, wobei von der Ausnehmung über die Öffnung in der Hülse eine Verbindung mit Niederdruck besteht. Im Betrieb wird bei einem Teilhub des Ventilkörpers eine Verbindung des Steuerraums mit dem Niederdruck über die Drossel in der Drosselplatte und die Ventilkörperdrossel hergestellt. Somit addiert sich die Drosselwirkung der Ventilkörperdrossel zu der Drosselwirkung der Drossel in der Drosselplatte. Dadurch kann eine gewisse, kontrollierte Druckabsenkung im Steuerraum erfolgen. Diese Druckabsenkung ist so gewählt, dass die Ventilnadel noch nicht angesteuert wird und der Dichtsitz zwischen dem Ventilschließkörper und der Ventilsitzfläche geschlossen bleibt. Durch einen weitergehenden Hub des Ventilkörpers, insbesondere einen Vollhub, kann dann die Betätigung der Ventilnadel zuverlässig erfolgen. Hierbei ist auch eine weitgehend verzögerungsfreie und somit zeitlich genau bestimmte Betätigung der Ventilnadel möglich. Bei dem Vollhub des Ventilkörpers wird der Druck im Ventilraum schlagartig herabgesetzt, so dass ein schneller Abfall des Druckes im Steuerraum über die Drossel in der Drosselplatte erzielt ist.Advantageous it is further that the valve body in a sleeve is that the sleeve with a sealing edge abuts a throttle plate, in which the throttle between the Control chamber and the valve chamber is provided that the valve chamber through the throttle plate, the sleeve and an end face the valve body is limited and that the valve body throttle the valve chamber with a lateral recess of the valve body connects, which is associated with an opening in the sleeve is. The valve body throttle serving as a bore, in particular can be configured as a stepped bore, then leads from the valve space in the recess, wherein from the recess over the opening in the sleeve connects to low pressure consists. In operation, during a partial lift of the valve body a connection of the control room with the low pressure over the throttle in the throttle plate and the valve body throttle produced. Thus, the throttle effect of the valve body throttle adds to the throttle effect of the throttle in the throttle plate. Thereby can be a certain, controlled pressure reduction in the control room. This pressure reduction is chosen so that the valve needle not yet controlled and the sealing seat between the valve closing body and the valve seat surface remains closed. Through a further stroke of the valve body, in particular a Full stroke, then the operation of the valve needle can be done reliably. Here is also a largely delay-free and thus timely accurate operation of the valve needle possible. At the full stroke of the valve body is the pressure in the valve chamber suddenly decreased, making a faster Drop of pressure in the control room via the throttle in the Throttle plate is achieved.

In vorteilhafter Weise ist die seitliche Ausnehmung des Ventilkörpers als Ringnut ausgestaltet. Dadurch ist eine zuverlässige Funktionsweise gegeben, die auch bei einer Verdrehung einzelner Teile, beispielsweise der Hülse, relativ zu der Achse des Ventilkörpers die Verbindung mit dem Niederdruck über die Öffnung in der Hülse gewährleistet.In Advantageously, the lateral recess of the valve body designed as an annular groove. This is a reliable one Operation given, even with a rotation of individual Parts, such as the sleeve, relative to the axis of the valve body the connection with the low pressure over the opening ensured in the sleeve.

In vorteilhafter Weise ist ein Querschnitt des Ventilkörpers größer als ein Querschnitt der Stirnfläche der Ventilnadel. Dadurch kann eine Hubübersetzung erfolgen, die durch das Flächenverhältnis gegeben ist, beispielsweise kann sich ein Hub des Ventilkörpers in einem etwa viermal so großen Hub der Ventilnadel auswirken.In Advantageously, a cross section of the valve body larger than a cross section of the end face the valve needle. This can be done a stroke translation, which is given by the area ratio, for example can be a stroke of the valve body in about four times affect such large stroke of the valve needle.

Ferner ist es vorteilhaft, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die einen Teilhub zur Erzeugung einer gewissen Druckabsenkung in dem Steuerraum innerhalb eines Einspritzzykluses vorgibt, wobei der Teilhub vorzugsweise kurz vor einer Einspritzung oder einer Serie von mehreren Einspritzungen, insbesondere vor einer Piloteinspritzung, erfolgt. Dies ermöglicht eine präzise Gestaltung eines Einspritzverlaufs und somit eine genaue Zumessung der abgespritzten Brennstoffmengen.Further, it is advantageous that a control device is provided which a partial stroke for generating a certain pressure reduction in the STEU he space within an injection cycle, wherein the partial stroke preferably takes place shortly before an injection or a series of multiple injections, in particular before a pilot injection. This allows a precise design of a course of injection and thus an accurate metering of the sprayed fuel quantities.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:preferred Embodiments of the invention are in the following Description with reference to the accompanying drawings, in which corresponding elements with matching reference numerals are provided, explained in more detail. It shows:

1 ein Brennstoffeinspritzventil in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und 1 a fuel injection valve in a schematic, axial sectional view according to a preferred embodiment of the invention and

2 ein Diagramm, das den Signalverlauf einer Steuerspannung und der dadurch verursachten charakteristischen Betriebsgrößen des Brennstoffeinspritzventils illustriert. 2 a diagram illustrating the waveform of a control voltage and thereby caused characteristic operating variables of the fuel injection valve.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt ein Brennstoffeinspritzventil 1 mit einem Steuergerät 2 entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann insbesondere als Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzventils 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1 führt. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle. 1 shows a fuel injector 1 with a control unit 2 according to a preferred embodiment of the invention. The fuel injector 1 can be used in particular as an injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines. A preferred use of the fuel injection valve 1 consists of a fuel injection system with a common rail, the diesel fuel under high pressure to several fuel injection valves 1 leads. The fuel injection valve according to the invention 1 However, it is also suitable for other applications.

Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein Ventilgehäuse 3 auf, in dem ein piezoelektrischer Aktor 4 angeordnet ist. Dabei stützt sich der Aktor 4 über einen an den Aktor 4 angefügten Aktorfuß 5 an dem Ventilgehäuse 3 ab. Über durch den Aktorfuß 5 geführte elektrische Leitungen 6 ist der Aktor 4 mit dem Steuergerät 2 verbunden.The fuel injector 1 has a valve housing 3 in which a piezoelectric actuator 4 is arranged. The actuator is based on this 4 via one to the actuator 4 attached actuator foot 5 on the valve body 3 from. Over through the actuator foot 5 guided electrical lines 6 is the actor 4 with the control unit 2 connected.

Ferner sind ein Brennstoffeinlass 7 und ein Brennstoffrücklauf 8 vorgesehen. Über den Brennstoffeinlass 7 ist Brennstoff in einen Brennstoffraum 9 einführbar, in dem sich eine durch ein Gehäuseteil 10 geführte Ventilnadel 11 befindet. Dabei sind in dem Gehäuseteil 10 Durchlassöffnungen 12, 13 vorgesehen. Die Ventilnadel 11 dient zum Betätigen eines Ventilschließkörpers 14, der in diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit der Ventilnadel 11 ausgebildet ist. Der Ventilschließkörper 14 wirkt mit einer Ventilsitzfläche 15 zu einem Dichtsitz zusammen. Dabei ist die Ventilsitzfläche 15 an einem mit dem Gehäuse 3 verbundenen Ventilsitzkörper 16 ausgebildet.Further, a fuel inlet 7 and a fuel return 8th intended. About the fuel inlet 7 is fuel in a fuel room 9 insertable, in which a through a housing part 10 guided valve needle 11 located. In this case, in the housing part 10 Passage openings 12 . 13 intended. The valve needle 11 serves to actuate a valve closing body 14 , which in this embodiment is integral with the valve needle 11 is trained. The valve closing body 14 acts with a valve seat surface 15 to a sealing seat together. Here is the valve seat surface 15 at one with the housing 3 connected valve seat body 16 educated.

Ferner ist eine mit dem Ventilgehäuse 3 verbundene Drosselplatte 20 vorgesehen, die eine als Drosselbohrung ausgestaltete Drossel 21 aufweist. An der Drosselplatte 20 stützt sich von der Seite des Brennstoffraumes 9 eine Hülse 22 mit einer Dichtkante 23 ab, die von einem Federelement 24 beaufschlagt ist. Innerhalb der Hülse 22 ist die Ventilnadel 11 abschnittsweise geführt. Eine Stirnfläche 24 der Ventilnadel 11, die Hülse 22 und die Drosselplatte 20 schließen einen Steuerraum 25 ein. Über eine als Zulaufdrossel ausgestaltete Bohrung 26 in der Hülse 22 kann Brennstoff aus dem Brennstoffraum 9 in den Steuerraum 25 nachfließen. Im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 1 befindet sich in dem Steuerraum 25 Brennstoff, der unter einem Steuerraumdruck P steht.Furthermore, one with the valve housing 3 connected throttle plate 20 provided, which is configured as a throttle throttle 21 having. At the throttle plate 20 rests on the side of the fuel chamber 9 a sleeve 22 with a sealing edge 23 starting from a spring element 24 is charged. Inside the sleeve 22 is the valve needle 11 partially guided. An end face 24 the valve needle 11 , the sleeve 22 and the throttle plate 20 close a control room 25 one. By way of a bore designed as an inlet throttle 26 in the sleeve 22 can fuel from the fuel room 9 in the control room 25 naturally replenished. During operation of the fuel injection valve 1 is located in the control room 25 Fuel, which is under a control chamber pressure P.

Auf der dem Brennstoffraum 9 abgewandten Seite der Drosselplatte 20 ist ein Niederdruckraum 30 vorgesehen, der mit dem Brennstoffrücklauf 8 verbunden ist. In dem Niederdruckraum 30 sind der Aktor 4 und ein an den Aktor 4 angefügter Ventilkörper 31 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt der Aktor 4 direkt auf den Ventilkörper 31 ein. Es ist allerdings auch möglich, dass der Aktor 4 über einen separaten Aktorkopf oder auf andere Weise auf den Ventilkörper 31 einwirkt. Der Ventilkörper 31 weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Ausgestaltung mit einer zylindermantelförmigen Außenfläche 32 auf. Allerdings ist die zylindermantelförmige Außenfläche 32 durch eine ringförmige Nut 33 unterbrochen. Die ringförmige Nut 33 stellt eine mögliche Ausgestaltung für eine seitliche Ausnehmung 33 an dem Ventilkörper 31 dar.On the fuel room 9 opposite side of the throttle plate 20 is a low pressure room 30 provided with the fuel return 8th connected is. In the low-pressure room 30 are the actor 4 and one to the actor 4 attached valve body 31 intended. In this embodiment, the actuator acts 4 directly on the valve body 31 one. However, it is also possible that the actor 4 via a separate actuator head or otherwise on the valve body 31 acts. The valve body 31 has a substantially cylindrical configuration with a cylindrical outer surface 32 on. However, the cylinder jacket-shaped outer surface 32 through an annular groove 33 interrupted. The annular groove 33 represents a possible embodiment for a lateral recess 33 on the valve body 31 represents.

Der Ventilkörper 31 weist außerdem eine Stirnfläche 34 auf, die der Drosselplatte 20 zugewandt ist. Die Stirnfläche 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend der Oberfläche einer Kugelkappe ausgestaltet. Der Ventilkörper 31 ist entlang einer Achse 35 in einer Hülse 36 geführt. Die Hülse 36 liegt mit einer Dichtkante 37 an der Drosselplatte 20 an. Durch die Stirnfläche 34 des Ventilkörpers 31, die Hülse 36 und die Drosselplatte 20 ist ein Ventilraum 38 begrenzt. Der Ventilraum 38 ist über die Drossel 21 in der Drosselplatte 20 mit dem Steuerraum 25 verbunden.The valve body 31 also has an end face 34 on, the throttle plate 20 is facing. The face 34 is configured in this embodiment according to the surface of a ball cap. The valve body 31 is along an axis 35 in a sleeve 36 guided. The sleeve 36 lies with a sealing edge 37 at the throttle plate 20 at. Through the frontal area 34 of the valve body 31 , the sleeve 36 and the throttle plate 20 is a valve room 38 limited. The valve room 38 is about the throttle 21 in the throttle plate 20 with the control room 25 connected.

Der Ventilkörper 31 weist eine Ventilkörperdrossel 40 auf, die neben der Drossel 21 eine weitere Drossel 40 darstellt. Die Ventilkörperdrossel 40 ist durch eine Bohrung in dem Ventilkörper 31 ausgebildet, die schräg zu der Achse 35 durch den Ventilkörper 31 verläuft. Dabei mündet die Ventilkörperdrossel 40 einerseits an der Stirnfläche 34 des Ventilkörpers 31 in den Ventilraum 38. Andererseits mündet die Ventilkörperdrossel 40 in die ringförmige Nut 33. Im Bereich der ringförmigen Nut 33 weist die Hülse 36 eine Öffnung 41 auf, über die die ringförmige Nut 33 zumindest in der dargestellten Stellung des Ventilkörpers 31 mit dem Niederdruckraum 30 verbunden ist. Somit ist die Ventilkörperdrossel 40 andererseits mit dem Niederdruckraum 30 verbunden.The valve body 31 has a valve body throttle 40 on, next to the throttle 21 another throttle 40 represents. The valve body throttle 40 is through a hole in the valve body 31 formed obliquely to the axis 35 through the valve body 31 runs. The valve body throttle opens 40 on the one hand, on the face 34 of the valve body 31 in the valve room 38 , On the other hand, the valve body throttle opens 40 in the annular groove 33 , In the area of the annular groove 33 has the sleeve 36 an opening 41 on, over which the annular groove 33 at least in the illustrated position of the valve body 31 with the low-pressure room 30 connected is. Thus, the valve body throttle 40 on the other hand with the low-pressure room 30 connected.

Die Verbindung des Steuerraums 25 mit dem Ventilraum 38 über die Drossel 21 in der Drosselplatte 20 ist durch den Ventilkörper 31 gesteuert. Dabei dichtet der Ventilkörper 31 in dem in der 1 dargestellten Betriebszustand die Drossel 21 ab, so dass die Verbindung unterbrochen ist. Hierbei steuert das Steuergerät 2 den Aktor 4 so an, dass dieser geladen ist. Durch eine Entladung des Aktors 4 verkürzt sich dieser entlang der Achse 35, so dass der Ventilkörper 31 die Drossel 21 freigibt.The connection of the control room 25 with the valve room 38 over the throttle 21 in the throttle plate 20 is through the valve body 31 controlled. The valve body seals 31 in the in the 1 shown operating state, the throttle 21 off so that the connection is broken. Here, the controller controls 2 the actor 4 so that it is loaded. By a discharge of the actuator 4 it shortens along the axis 35 so that the valve body 31 the throttle 21 releases.

Das Steuergerät 2 ist so ausgestaltet, dass durch eine teilweise Entladung des Aktors 4 ein Teilhub des Ventilkörpers 31 erreichbar ist. Bei diesem Teilhub wird die Verbindung über die Drossel 21 der Drosselplatte 20 geöffnet. Dadurch kann Brennstoff aus dem Steuerraum 25 über die Drossel 21 in den Ventilraum 38 strömen. Ferner ist der Ventilraum 38 über die Ventilkörperdrossel 40 mit dem Niederdruckraum 30 verbunden. Die Wirkung der Ventilkörperdrossel 40 addiert sich zu der Wirkung der Drossel 21, so dass eine relativ stark gedrosselte Verbindung des Steuerraums 25 mit dem Niederdruckraum 30 besteht. Dadurch kommt es zu einer gewissen Druckabsenkung des Steuerraumdruckes P bei dem Teilhub des Ventilkörpers 31. An den Teilhub des Ventilkörpers 31 kann sich ein Vollhub anschließen, so dass der Druck im Ventilraum 38 stark abfällt und somit eine rasche Druckabsenkung des Steuerraumdruckes P im Steuerraum 25 erreicht wird. Durch diese starke Druckabsenkung wird die Ventilnadel 11 geöffnet. Dies ist im Folgenden anhand der 2 im weiteren Detail erläutert.The control unit 2 is designed so that by a partial discharge of the actuator 4 a partial lift of the valve body 31 is reachable. In this partial stroke, the connection is via the throttle 21 the throttle plate 20 open. This may cause fuel from the control room 25 over the throttle 21 in the valve room 38 stream. Furthermore, the valve chamber 38 over the valve body throttle 40 with the low-pressure room 30 connected. The effect of the valve body throttle 40 adds to the effect of the throttle 21 , leaving a relatively strong throttled connection of the control room 25 with the low-pressure room 30 consists. This leads to a certain pressure reduction of the control chamber pressure P at the partial stroke of the valve body 31 , To the partial lift of the valve body 31 can connect to a full stroke, so that the pressure in the valve chamber 38 drops sharply and thus a rapid pressure reduction of the control chamber pressure P in the control room 25 is reached. By this strong pressure reduction, the valve needle 11 open. This is below based on the 2 explained in further detail.

2 zeigt ein Diagramm zur weiteren Illustration der Erfindung. Dabei ist der Signalverlauf einer Steuerspannung U des Steuergeräts 2 im Zeitverlauf t dargestellt. Ferner ist der Verlauf des Steuerraumdruckes P im Steuerraum 25 im Zeitverlauf bezüglich der Zeit t dargestellt. Außerdem ist ein Hub h der Ventilnadel 11 entlang der Achse 35 dargestellt, wie es auch in der 1 durch den mit h gekennzeichneten Richtungspfeil veranschaulicht ist. 2 shows a diagram for further illustrating the invention. Here is the waveform of a control voltage U of the controller 2 shown over time t. Furthermore, the course of the control chamber pressure P in the control room 25 over time in terms of time t shown. In addition, a stroke h of the valve needle 11 along the axis 35 as shown in the 1 is illustrated by the directional arrow marked h.

Zum Zeitpunkt t0 ist der Aktor 4 geladen, so dass der Ventilkörper 31 die Drossel 21 in der Drosselplatte 20 verschließt. Zum Zeitpunkt t1 entlädt das Steuergerät 2 den Aktor 4 durch eine betragsmäßige Verringerung der Steuerspannung U. Dabei wird der Aktor 4 nur teilweise entladen, um einen Teilhub des Ventilkörpers 31 zu erzielen. Dieser Teilhub wird für einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten. Dieser Zeitraum erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2. Dadurch kommt es zu einer gewissen Absenkung des Steuerraumdruckes P. Die Druckabsenkung verläuft gemäßigt und kontrolliert, so dass die Ventilnadel 11 noch nicht aus ihrem Sitz gehoben wird und der zwischen dem Ventilschließkörper 14 und der Ventilsitzfläche 15 gebildete Dichtsitz geschlossen bleibt.At time t0 is the actuator 4 loaded, leaving the valve body 31 the throttle 21 in the throttle plate 20 closes. At time t1, the controller discharges 2 the actor 4 by a reduction in the amount of the control voltage U. In this case, the actuator 4 only partially discharged to a partial lift of the valve body 31 to achieve. This partial lift is maintained for a certain period of time. This period extends in the illustrated embodiment from the time t1 to the time t2. This results in a certain lowering of the control chamber pressure P. The pressure reduction is moderate and controlled, so that the valve needle 11 not yet lifted out of their seat and between the valve closing body 14 and the valve seat surface 15 formed sealing seat remains closed.

Zum Zeitpunkt t2 entlädt das Steuergerät 2 den Aktor 4 weitgehend durch eine erhebliche betragsmäßige Verringerung der Steuerspannung U. Dadurch wird der Ventilkörper 31 schnell verstellt, so dass der Druck im Ventilraum 38 rasch abfällt oder zusammenbricht. Dies wirkt sich in einem abrupten Abfall 42 des Steuerraumdruckes P aus. Durch diesen abrupten Abfall wird die Ventilnadel 11 aus ihrem Sitz gehoben, so dass in kurzer Zeit ein maximaler Hub h der Ventilnadel 11 erzielt ist. Vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 erfolgt dann ein Nachströmen von Brennstoff über die als Zulaufdrossel wirkende Bohrung 26 in der Hülse 22 in den Steuerraum 25. Dadurch kommt es zu einem Anstieg des Steuerraumdruckes P, wobei die Ventilnadel 11 aber geöffnet bleibt. Zum Zeitpunkt t3 wird der Aktor 4 wieder vollständig geladen, so dass der Ventilkörper 31 in die in der 1 dargestellte Ausgangslage zurückgestellt ist. Dies führt zu einem sprunghaften Anstieg 43 des Steuerraumdruckes P, so dass die Ventilnadel 11 rasch geschlossen wird.At time t2, the controller discharges 2 the actor 4 largely by a considerable reduction in the amount of the control voltage U. Thus, the valve body 31 quickly adjusted so that the pressure in the valve chamber 38 drops quickly or collapses. This affects an abrupt drop 42 of the control room pressure P off. By this abrupt drop the valve needle 11 lifted out of their seat, so that in a short time a maximum stroke h of the valve needle 11 achieved. From time t2 to time t3, a subsequent flow of fuel then takes place via the bore acting as inlet throttle 26 in the sleeve 22 in the control room 25 , This results in an increase of the control chamber pressure P, wherein the valve needle 11 but remains open. At time t3, the actuator becomes 4 fully charged again, leaving the valve body 31 in the in the 1 shown initial position is reset. This leads to a jump 43 the control chamber pressure P, so that the valve needle 11 closed quickly.

Somit kann die Zeit zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3, in der die Ventilnadel 11 geöffnet ist, präzise vorgegeben werden. Außerdem kann die Ventilnadel 11 schnell geöffnet und geschlossen werden. Dadurch ergibt sich entsprechend eine präzise Zumessung der abgegebenen Brennstoffmenge.Thus, the time between the time t2 and the time t3, in which the valve needle 11 is open, be specified precisely. In addition, the valve needle 11 be opened and closed quickly. This results in a corresponding precise metering of the amount of fuel delivered.

Beispielsweise ist es möglich, dass der Aktor 4 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 einen Teilhub im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 15 μm ausführt. Dadurch wird die Drossel 21 in der Drosselplatte 20 freigegeben und der Steuerraumdruck P im Steuerraum 25 baut sich über das Durchflussverhältnis der Drossel 21 zu der als Zulaufdrossel wirkenden Bohrung 26 in den Niederdruck im Niederdruckraum 30 ab. Kurz vor Erreichen des Öffnungsdruckes der Ventilnadel 11 wird der Aktor 4 von dem Steuergerät 2 vollständig oder zumindest weitgehend vollständig entladen. Dies erfolgt zum Zeitpunkt t2. Durch das Flächenverhältnis des Querschnitts des Ventilkörpers 31, der in diesem Ausführungsbeispiel durch den Durchmesser 45 des Ventilkörpers 31 bestimmt ist, zu dem Querschnitt der Ventilnadel 11 beziehungsweise der Stirnfläche 24, die in diesem Ausführungsbeispiel durch den Durchmesser 46 bestimmt sind, wird der Steuerraumdruck P unter den Düsenöffnungsdruck abgesenkt und in eine Nadelbewegung übersetzt. Der Hub h der Ventilnadel 11 ergibt sich aus dem Aktorhub h_A gemäß: h = hA·(D/d)2 For example, it is possible for the actuator 4 between the times t1 and t2 performs a partial lift in the range of about 10 microns to about 15 microns. This will cause the throttle 21 in the throttle plate 20 released and the control chamber pressure P in the control room 25 builds up over the flow ratio of the throttle 21 to the bore acting as inlet throttle 26 in the low pressure in the low pressure space 30 from. Shortly before reaching the opening pressure of the valve needle 11 becomes the actor 4 from the controller 2 completely or at least substantially completely discharged. This occurs at time t2. By the area ratio of the cross section of the valve body 31 , in this embodiment by the diameter 45 of the valve body 31 is determined, to the cross section of the valve needle 11 or the end face 24 , which in this embodiment by the diameter 46 are determined, the control chamber pressure P under the Düsenö opening pressure lowered and translated into a needle movement. The stroke h of the valve needle 11 results from the actuator stroke h _A according to: h = h A · (D / d) 2

Dabei ist D der Durchmesser 45 des Ventilkörpers 31 und d der Durchmesser 16 der Ventilnadel 11.Where D is the diameter 45 of the valve body 31 and d the diameter 16 the valve needle 11 ,

Mit einem Flächenverhältnis von 4:1 kann somit der Resthub des Aktors von beispielsweise von etwas 20 μm bis etwa 30 μm in einen Hub h der Ventilnadel 11 von etwa 120 μm übertragen werden.With an area ratio of 4: 1 can thus the residual stroke of the actuator, for example, from about 20 microns to about 30 microns in a stroke h of the valve needle 11 be transferred from about 120 microns.

Somit kann der Steuerraumdruck P vor einer Einspritzung abgesenkt werden. Durch dynamische Effekte kann bei kurzen Ansteuerdauern, beispielsweise bei einer Piloteinspritzung, alleine durch das vollständige Entladen des Aktors 4 die Einspritzung abgesetzt werden.Thus, the control chamber pressure P can be lowered before injection. Due to dynamic effects, short actuation periods, for example, during a pilot injection, can be achieved solely by the complete discharging of the actuator 4 the injection will be discontinued.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.The Invention is not limited to the described embodiments limited.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10139623 A1 [0002, 0004] - DE 10139623 A1 [0002, 0004]

Claims

Brennstoffeinspritzventil (1), insbesondere Injektor für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einem piezoelektrischen Aktor (4) und einem mittels einer Ventilnadel (11) betätigbaren Ventilschließkörper (14), der mit einer Ventilsitzfläche (15) zu einem Dichtsitz zusammenwirkt, wobei ein Steuerraum (25) vorgesehen ist, wobei eine Stirnfläche (24) der Ventilnadel (11) den Steuerraum (25) begrenzt, wobei eine Drossel (21) vorgesehen ist, die den Steuerraum (25) mit einem Ventilraum (38) verbindet, und wobei die über die Drossel (21) gegebene Verbindung mittels eines Ventilkörpers (31) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einem Teilhub des Ventilkörpers (31), der durch den Aktor (4) ansteuerbar ist, zur Verbindung des Steuerraums (25) mit einem Niederdruckraum (30) der Ventilraum (38) über eine weitere Drossel (40) mit dem Niederdruckraum (30) verbunden ist.Fuel Injector ( 1 ), in particular injector for fuel injection systems of air-compressing, self-igniting internal combustion engines, with a piezoelectric actuator ( 4 ) and one by means of a valve needle ( 11 ) operable valve closing body ( 14 ), which is provided with a valve seat surface ( 15 ) cooperates to a sealing seat, wherein a control room ( 25 ) is provided, wherein an end face ( 24 ) of the valve needle ( 11 ) the control room ( 25 ), whereby a throttle ( 21 ) is provided which the control room ( 25 ) with a valve space ( 38 ) and where the over the throttle ( 21 ) given connection by means of a valve body ( 31 ) is controllable, characterized in that at least during a partial stroke of the valve body ( 31 ), by the actor ( 4 ) is controllable, for connecting the control room ( 25 ) with a low pressure space ( 30 ) the valve space ( 38 ) via another throttle ( 40 ) with the low-pressure space ( 30 ) connected is.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Drossel (40) als Ventilkörperdrossel ausgestaltet ist.Fuel injection valve according to claim 1, characterized in that the further throttle ( 40 ) is designed as a valve body throttle.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörperdrossel (40) durch eine Bohrung in dem Ventilkörper (31) gebildet ist, die in Bezug auf eine Achse (35) des Ventilkörpers (31) schräg durch den Ventilkörper (31) verläuft.Fuel injection valve according to claim 2, characterized in that the valve body throttle ( 40 ) through a bore in the valve body ( 31 ) formed with respect to an axis ( 35 ) of the valve body ( 31 ) obliquely through the valve body ( 31 ) runs.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (31) in einer Hülse (36) geführt ist, dass die Hülse (36) mit einer Dichtkante (37) an einer Drosselplatte (20) anliegt, die die Drossel (21) aufweist, dass der Ventilraum (38) durch die Drosselplatte (20), die Hülse (36) und eine Stirnfläche (34) des Ventilkörpers (31) begrenzt ist und dass die Ventilkörperdrossel (40) den Ventilraum (38) mit einer seitlichen Ausnehmung (33) des Ventilkörpers (31) verbindet, die einer Öffnung (41) in der Hülse (36) zugeordnet ist.Fuel injection valve according to claim 2 or 3, characterized in that the valve body ( 31 ) in a sleeve ( 36 ) is guided that the sleeve ( 36 ) with a sealing edge ( 37 ) on a throttle plate ( 20 ) is present, the throttle ( 21 ), that the valve space ( 38 ) through the throttle plate ( 20 ), the sleeve ( 36 ) and an end face ( 34 ) of the valve body ( 31 ) and that the valve body throttle ( 40 ) the valve space ( 38 ) with a lateral recess ( 33 ) of the valve body ( 31 ) connecting an opening ( 41 ) in the sleeve ( 36 ) assigned.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei einem Teilhub des Ventilkörpers (31) die seitliche Ausnehmung (33) des Ventilkörpers (31) über die Öffnung (41) in der Hülse (36) mit dem Niederdruckraum (30) verbunden ist.Fuel injection valve according to claim 4, characterized in that at least during a partial lift of the valve body ( 31 ) the lateral recess ( 33 ) of the valve body ( 31 ) over the opening ( 41 ) in the sleeve ( 36 ) with the low-pressure space ( 30 ) connected is.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Ausnehmung (33) des Ventilkörpers (31) als ringförmige Nut ausgestaltet ist.Fuel injection valve according to claim 4 or 5, characterized in that the lateral recess ( 33 ) of the valve body ( 31 ) is designed as an annular groove.

Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Ventilkörpers (31) zumindest in einem Bereich der Hülse (36) größer ist als ein Querschnitt der Stirnfläche (24) der Ventilnadel.Fuel injection valve according to one of claims 4 to 6, characterized in that a cross section of the valve body ( 31 ) at least in a region of the sleeve ( 36 ) is greater than a cross section of the end face ( 24 ) of the valve needle.

Brennstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Teilhub des Ventilkörpers (31) eine gewisse Druckabsenkung in dem Steuerraum (25) erzielt ist und dass bei einem weiteren Hub des Ventilkörpers (31), der sich an den Teilhub anschließt, eine Betätigung der Ventilnadel (11) zum Öffnen des Dichtsitzes erzielt ist.Fuel injection valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that by the partial lift of the valve body ( 31 ) a certain pressure reduction in the control room ( 25 ) is achieved and that in a further stroke of the valve body ( 31 ), which adjoins the partial stroke, an actuation of the valve needle ( 11 ) is achieved to open the sealing seat.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (2) vorgesehen ist, die den Aktor (4) so ansteuert, dass innerhalb eines Einspritzzykluses zumindest ein Teilhub zur Erzeugung einer gewissen Druckabsenkung in dem Steuerraum (25) erzielt ist.Fuel injection valve according to claim 8, characterized in that a control device ( 2 ) which is the actuator ( 4 ) controls so that within an injection cycle at least a partial stroke for generating a certain pressure reduction in the control room ( 25 ) is achieved.

Brennstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) den Aktor (4) so ansteuert, dass der Teilhub vor einer Einspritzung oder einer Serie aus mehreren Einspritzungen, insbesondere vor einer Piloteinspritzung, erzielt ist.Fuel injection valve according to claim 9, characterized in that the control device ( 2 ) the actuator ( 4 ) is controlled so that the partial stroke before an injection or a series of multiple injections, in particular before a pilot injection, is achieved.