DE102016213945A1 - Fluid injector and method of manufacturing a fluid injector for a motor vehicle - Google Patents

Abstract

Ein Fluidinjektor für Kraftfahrzeug umfasst einen Injektorkörper (10), einen Düsenkörper (20) und eine Düsennadel (25). Die Düsennadel (25) ist in einer Ausnehmung (22) des Düsenkörpers (20) axial beweglich angeordnet und weist an einem axialen Ende (28) einen zylinderförmigen Nadelkolben (27) mit einem vorgegebenen Durchmesser (D_NK) auf. Der Fluidinjektor (1) umfasst weiter einen piezoelektrischen Aktor (30), der mittels eines hydraulischen Koppelelements (40) mit der Düsennadel (25) gekoppelt ist. Das Koppelelement (40) weist einen Steuerkolben (44) auf, welcher in einer Ausnehmung (42) des Koppelelements (40) angeordnet und mit einem vorgegebenen Durchmesser (D_SK) ausgebildet ist. Der Durchmesser des Nadelkolbens (D_NK) und der Durchmesser des Steuerkolbens (D_SK) sind derart vorgegeben ausgebildet, dass der Fluidinjektor (1) ein Übersetzungsverhältnis (US) zwischen Aktorhub (AH) und Nadelhub (NH) mit einem Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 aufweist.A fluid injector for motor vehicles comprises an injector body (10), a nozzle body (20) and a nozzle needle (25). The nozzle needle (25) is arranged to be axially movable in a recess (22) of the nozzle body (20) and has at an axial end (28) a cylindrical needle piston (27) with a predetermined diameter (D_NK). The fluid injector (1) further comprises a piezoelectric actuator (30), which is coupled by means of a hydraulic coupling element (40) with the nozzle needle (25). The coupling element (40) has a control piston (44) which is arranged in a recess (42) of the coupling element (40) and formed with a predetermined diameter (D_SK). The diameter of the needle piston (D_NK) and the diameter of the control piston (D_SK) are designed such that the fluid injector (1) has a transmission ratio (US) between actuator stroke (AH) and needle stroke (NH) with a value in the range of 1, inclusive. 5 to 2.5 inclusive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidinjektor und ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidinjektors für ein Kraftfahrzeug, die einen zuverlässigen Betrieb des Fluidinjektors und ein präzises Zumessen von Fluid ermöglichen. The invention relates to a fluid injector and a method for producing a fluid injector for a motor vehicle, which enable a reliable operation of the fluid injector and a precise metering of fluid.

Brennkraftmaschinen sind häufig dazu ausgelegt, hohe Drehmomente zu erzeugen, welche große Einspritzmengen erfordern. Andererseits erfordern gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch die Schadstoffemissionen geringgehalten werden. Ein Ansatzpunkt hierbei ist, die von der Brennkraftmaschine erzeugten Schadstoffemissionen zu senken. Internal combustion engines are often designed to produce high torques requiring large injection quantities. On the other hand, legal regulations regarding the permissible pollutant emissions of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, require various measures to be taken by which pollutant emissions are kept low. One starting point here is to reduce the pollutant emissions generated by the internal combustion engine.

Die Verringerung von Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen sowie eine genaue Dosierung eines zuzumessenden Fluids sind bei der Konstruktion von Fluidinjektoren eine große Herausforderung. Dabei ist es erforderlich, eine Vielzahl von Parametern zu berücksichtigen und Kompromisse zwischen verschiedenen Parametern einzugehen, um einen zuverlässigen und präzisen Betrieb des Fluidinjektors zu ermöglichen. The reduction of pollutant emissions from internal combustion engines as well as a precise metering of a metered fluid are a great challenge in the design of fluid injectors. It is necessary to consider a variety of parameters and to compromise between different parameters to enable reliable and accurate operation of the fluid injector.

Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, einen Fluidinjektor und ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidinjektors für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die einen zuverlässigen Betrieb des Fluidinjektors und ein präzises Zumessen von Fluid ermöglichen und die dazu beitragen, Schadstoffemissionen in einer Brennkraftmaschine geringzuhalten. It is an object of the present invention to provide a fluid injector and a method of manufacturing a fluid injector for a motor vehicle which enable reliable operation of the fluid injector and precise metering of fluid and which help to minimize emissions of pollutants in an internal combustion engine.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Fluidinjektor für ein Kraftfahrzeug einen Injektorkörper, welcher eine Ausnehmung aufweist, die entlang einer Längsachse des Fluidinjektors von einer Wandung des Injektorkörpers begrenzt ist. Der Fluidinjektor umfasst weiter einen Düsenkörper, welcher mit dem Injektorkörper gekoppelt ist und welcher eine Ausnehmung aufweist, die entlang der Längsachse des Fluidinjektors von einer Wandung des Düsenkörpers begrenzt ist. Der Fluidinjektor umfasst weiter eine Düsennadel, welche bezogen auf die Längsachse axial beweglich relativ zu dem Düsenkörper in der Ausnehmung des Düsenkörpers angeordnet ist und an einem axialen Ende einen zylinderförmigen Nadelkolben aufweist, der mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet ist. Außerdem umfasst der Fluidinjektor einen piezoelektrischen Aktor, welcher in der Ausnehmung des Injektorkörpers angeordnet und zum Realisieren eines vorgegebenen Nadelhubs der Düsennadel mittels eines hydraulischen Koppelelements mit der Düsennadel gekoppelt ist. Das Koppelelement weist zum Übersetzen einer Bewegung des Aktors in eine Bewegung der Düsennadel einen zylindrischen Steuerkolben auf, der in einer Ausnehmung des Koppelelements angeordnet und mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet ist. Dabei sind der Durchmesser des Nadelkolbens und der Durchmesser des Steuerkolbens derart vorgegeben ausgebildet, dass der Fluidinjektor ein Übersetzungsverhältnis zwischen Aktorhub des Aktors und Nadelhub der Düsennadel mit einem Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 aufweist. According to a first aspect of the invention, a fluid injector for a motor vehicle comprises an injector body which has a recess which is delimited along a longitudinal axis of the fluid injector by a wall of the injector body. The fluid injector further comprises a nozzle body, which is coupled to the injector body and which has a recess which is delimited along the longitudinal axis of the fluid injector by a wall of the nozzle body. The fluid injector further comprises a nozzle needle, which is arranged relative to the longitudinal axis of axially movable relative to the nozzle body in the recess of the nozzle body and having at one axial end a cylindrical needle piston which is formed with a predetermined diameter. In addition, the fluid injector comprises a piezoelectric actuator, which is arranged in the recess of the injector body and coupled to realize a predetermined needle stroke of the nozzle needle by means of a hydraulic coupling element with the nozzle needle. For the purpose of translating a movement of the actuator into a movement of the nozzle needle, the coupling element has a cylindrical control piston which is arranged in a recess of the coupling element and formed with a predetermined diameter. In this case, the diameter of the needle piston and the diameter of the control piston are designed such that the fluid injector has a transmission ratio between actuator stroke of the actuator and needle stroke of the nozzle needle with a value in the range of 1.5 to 2.5 inclusive.

Mittels des beschriebenen Fluidinjektors ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb realisierbar, welcher ein kontrolliertes und präzises Zumessen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglicht und somit einen Beitrag für einen vorteilhaften Verbrennungsprozess mit geringen Schadstoffemissionen leistet. Die beschriebenen Komponenten des Fluidinjektors, insbesondere der jeweilige Durchmesser des Nadelkolbens und des Steuerkolbens, sind so aufeinander abgestimmt, dass ein Übersetzungsverhältnis zwischen Aktorhub und Nadelhub in einem Bereich zwischen 1,5 und 2,5 realisiert ist, welcher einen wesentlichen Parameter für einen zuverlässigen und präzisen Betrieb und eine vorteilhafte Einspritzperformance des Fluidinjektors darstellt. By means of the fluid injector described a safe and reliable operation can be realized, which allows a controlled and precise metering of fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine and thus makes a contribution to an advantageous combustion process with low pollutant emissions. The described components of the fluid injector, in particular the respective diameter of the needle piston and the control piston, are coordinated so that a transmission ratio between actuator stroke and needle stroke is realized in a range between 1.5 and 2.5, which is an essential parameter for a reliable and represents precise operation and an advantageous injection performance of the fluid injector.

Zum Realisieren eines solchen Übersetzungsverhältnisses sind der Durchmesser des Nadelkolbens und der Durchmesser des Steuerkolbens unter anderem in Abhängigkeit des in der jeweiligen Ausnehmung zur Verfügung stehenden freien Volumens gezielt ausgebildet und/oder bereitgestellt. Die angegebenen Durchmesser repräsentieren wesentliche Einflussparameter des Fluidinjektors, die zu berücksichtigen sind, um ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis zu realisieren. For realizing such a transmission ratio, the diameter of the needle piston and the diameter of the control piston are specifically designed and / or provided inter alia as a function of the free volume available in the respective recess. The indicated diameters represent essential influencing parameters of the fluid injector, which have to be considered in order to realize a given transmission ratio.

Ein weiterer wesentlicher Einflussparameter, welcher sich auf die Ausgestaltung der erwähnten Durchmesser und somit auf das Übersetzungsverhältnis auswirkt, ist die geforderte spezifische Leistung der Brennkraftmaschine, in der der beschriebene Fluidinjektor eingesetzt und betrieben werden soll. Um eine vorgegebene Anforderung an die spezifische Leistung der Brennkraftmaschine zu realisieren, ist ein definierter hydraulischer Durchfluss durch den Fluidinjektor bei einem maximal zulässigen Speicher- beziehungsweise Raildruck in einem Speicherraum erforderlich, welcher zum Speisen von Fluid mit dem Fluidinjektor gekoppelt ist. Another important influencing parameter, which has an effect on the configuration of the mentioned diameter and thus on the transmission ratio, is the required specific power of the internal combustion engine in which the described fluid injector is to be used and operated. In order to realize a predetermined requirement for the specific power of the internal combustion engine, a defined hydraulic flow through the fluid injector at a maximum allowable storage or rail pressure in a storage space is required, which is coupled for supplying fluid to the fluid injector.

Um wiederum einen definierten hydraulischen Durchfluss durch den Düsenkörper beziehungsweise den Fluidinjektor mit ausreichend hohem Wirkungsgrad darstellen zu können, ist ein definierter minimaler Nadelhub der Düsennadel erforderlich. Des Weiteren beeinflusst auch die ausgebildete Geometrie des Nadelsitzes für die Düsennadel den Wirkungsgrad für den hydraulischen Durchfluss. In order to again be able to represent a defined hydraulic flow through the nozzle body or the fluid injector with sufficiently high efficiency, a defined minimum needle stroke of the nozzle needle is required. Furthermore, the formed geometry of the needle seat for the nozzle needle also influences the efficiency for the hydraulic flow.

Der Durchmesser des Nadelkolbens ist als weiterer wesentlicher Einflussparameter auf das Übersetzungsverhältnis bevorzugt möglichst groß auszubilden in Abhängigkeit von dem in der Ausnehmung des Düsenkörpers zur Verfügung stehenden freien Volumen. Das zur Verfügung stehende freie Volumen in der Ausnehmung des Düsenkörpers ist wiederum abhängig von vorgegebenen Bauraumbedingungen in der Brennkraftmaschine, in der ein Einsatz des Fluidinjektors vorgesehen ist. Außerdem ist das maximal zulässige freie Volumen in der Ausnehmung des Düsenkörpers abhängig von einer benötigten Wandstärke der Wandung des Düsenkörpers, um eine notwendige Hochdruckfestigkeit des Düsenkörpers auszubilden und auftretenden Druckbelastungen in einem Betrieb des Fluidinjektors standzuhalten zu können. The diameter of the needle piston is preferred as a further significant influence parameters on the transmission ratio as large as possible in dependence on the available in the recess of the nozzle body free volume. The available free volume in the recess of the nozzle body is in turn dependent on predetermined space conditions in the internal combustion engine, in which an insert of the fluid injector is provided. In addition, the maximum allowable free volume in the recess of the nozzle body depends on a required wall thickness of the wall of the nozzle body in order to form a necessary high-pressure strength of the nozzle body and to be able to withstand occurring pressure loads in an operation of the fluid injector.

Es ist vorteilhaft, den Durchmesser des Nadelkolbens möglichst groß auszubilden, damit die erforderliche Druckabsenkung gegenüber dem Speicherraum- beziehungsweise Raildruck zum Öffnen der Düsennadel möglichst gering gehalten wird. Begrenzend dafür ist insbesondere ein maximal möglicher Innendurchmesser des Düsenkörpers, welcher im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse die Breite der Ausnehmung beziehungsweise des in der Ausnehmung zur Verfügung stehenden freien Volumens bestimmt, sodass noch eine ausreichende Hochdruckfestigkeit der Düsenkörpers sichergestellt ist. It is advantageous to make the diameter of the needle piston as large as possible, so that the required pressure reduction compared to the storage space or rail pressure to open the nozzle needle is minimized. Limiting for this is in particular a maximum possible inner diameter of the nozzle body, which determines the width of the recess or of the free volume available in the recess substantially perpendicular to the longitudinal axis, so that a sufficient high-pressure resistance of the nozzle body is ensured.

Es ist außerdem vorteilhaft, den Durchmesser des Steuerkolbens als weiteren wesentlichen Einflussparameter in Abhängigkeit von vorliegenden Bauraumbedingungen und Anforderungen an eine Steifigkeit des hydraulischen Koppelelements möglichst groß auszugestalten, damit eine möglichst hohe Steifigkeit der hydraulischen Kopplung zwischen Aktor und Düsennadel realisiert ist. Begrenzend für den Durchmesser des Steuerkolbens ist analog zu den Randbedingungen für den Durchmesser des Nadelkolbens das in der Ausnehmung des Koppelelements zur Verfügung stehende freie Volumen und Anforderungen an die Hochdruckfestigkeit zusammenwirkender Komponenten. Dies betrifft zum Beispiel eine Steuerplatte, die die Ausnehmung des hydraulischen Koppelelements bezogen auf die Längsachse seitlich begrenzt. It is also advantageous to design the diameter of the control piston as a further important influencing parameter as a function of the existing space conditions and requirements for rigidity of the hydraulic coupling element as large as possible so that the highest possible rigidity of the hydraulic coupling between the actuator and the nozzle needle is realized. Limiting the diameter of the control piston is analogous to the boundary conditions for the diameter of the needle piston in the recess of the coupling element available free volume and requirements for the high pressure resistance of cooperating components. This relates, for example, to a control plate which limits the recess of the hydraulic coupling element laterally relative to the longitudinal axis.

Die Hochdruckfestigkeit der Steuerplatte beschränkt den maximal zulässigen Durchmesser des Steuerkolbens, da mit zunehmendem Innendurchmesser des hydraulischen Koppelelements, welcher die Breite der Ausnehmung beziehungsweise des in der Ausnehmung zur Verfügung stehenden freien Volumens bestimmt, auftretende Spannungen, welche aus dem vorhandenen Speicherraum- beziehungsweise Raildruck resultieren, steigen. The high pressure resistance of the control plate restricts the maximum permissible diameter of the control piston, since with increasing inner diameter of the hydraulic coupling element, which determines the width of the recess or of the free volume available in the recess, occurring stresses resulting from the existing storage space or rail pressure, climb.

Mit Vorgabe der drei beschriebenen wesentlichen Einflussparameter (erforderliche Nadelhub der Düsennadel, Durchmesser des Nadelkolbens der Düsennadel, Durchmesser des Steuerkolbens des hydraulischen Koppelelements) ist auch das Übersetzungsverhältnis im Wesentlichen festgelegt und kann entsprechend bei der Konstruktion des Fluidinjektors gezielt vorgegeben ausgebildet werden. Um Anforderungen an einen Nadelhub der Düsennadel und Vorgaben an Einspritzmengen nachzukommen, ist ein möglichst großes Übersetzungsverhältnis vorteilhaft. Hinsichtlich einer hohen Steifigkeit des hydraulischen Koppelelements ist allerdings ein möglichst kleines Übersetzungsverhältnis nutzbringend, sodass aus diesen gegenläufigen Effekten ein Konstruktionskompromiss resultiert, um gezielt einen Fluidinjektor mit vorteilhaftem Übersetzungsverhältnis auszubilden. With specification of the three described essential influencing parameters (required needle stroke of the nozzle needle, diameter of the needle piston of the nozzle needle, diameter of the control piston of the hydraulic coupling element), the transmission ratio is essentially fixed and can be designed correspondingly predetermined in the design of the fluid injector. In order to meet requirements for a needle stroke of the nozzle needle and specifications of injection quantities, the largest possible ratio is advantageous. With regard to a high rigidity of the hydraulic coupling element, however, the smallest possible transmission ratio is beneficial, so that a conflicting design results from these opposing effects in order to design a fluid injector with an advantageous transmission ratio.

Mittels des beschriebenen Fluidinjektors und der kontrollierten Ausgestaltung der beschriebenen Komponenten kann das Übersetzungsverhältnis zwischen Aktorhub und Bewegung der Düsennadel gezielt ausgebildet werden, um eine vorteilhafte Injektorfunktion des Fluidinjektors zu ermöglichen, welcher zum Beispiel als direkt gesteuerter piezoelektrische Fluidinjektor mit hydraulischer Kopplung realisiert ist. Auf diese Weise ist ein nutzbringender Kompromiss zwischen maximal zulässiger Steifigkeit des piezoelektrischen Antriebes und maximal zulässiger Steifigkeit des hydraulischen Koppelelements hinsichtlich vorgegebener Anforderungen seitens der dafür vorgesehenen Brennkraftmaschine erzielbar. By means of the described fluid injector and the controlled design of the described components, the transmission ratio between Aktorhub and movement of the nozzle needle can be designed specifically to allow an advantageous injector function of Fluidinjektors, which is implemented for example as a directly controlled piezoelectric fluid injector with hydraulic coupling. In this way, a beneficial compromise between maximum allowable stiffness of the piezoelectric drive and maximum allowable stiffness of the hydraulic coupling element with respect to predetermined requirements on the part of the internal combustion engine provided for this purpose can be achieved.

Gemäß einer Weiterbildung des Fluidinjektors ist der Durchmesser des Nadelkolbens und der Durchmesser des Steuerkolbens derart vorgegeben ausgebildet, dass das Übersetzungsverhältnis des Fluidinjektors einen Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,0 aufweist. According to a development of the fluid injector, the diameter of the needle piston and the diameter of the control piston are designed such that the transmission ratio of the fluid injector has a value in the range of 1.5 to 2.0 inclusive.

Aufgrund der beschriebenen Randbedingungen, die insbesondere durch die vorgesehenen Brennkraftmaschinen im PKW- oder Nutzfahrzeugbereich vorgegeben sind, ergibt sich ein jeweiliger Wertebereich für das Übersetzungsverhältnis des Fluidinjektors, welcher sich nutzbringend auf einen zuverlässigen Betrieb und ein präzises Zumessen von Fluid auswirken kann und einen vorteilhaften Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine und einen geringen Ausstoß von Schadstoffemissionen ermöglicht. Due to the boundary conditions described, which are predetermined in particular by the proposed internal combustion engine in the passenger car or commercial vehicle, results in a respective range of values for the transmission ratio of the fluid injector, which can beneficially affect a reliable operation and accurate metering of fluid and an advantageous combustion process of Internal combustion engine and a low emission of pollutant emissions allows.

Für Nutzfahrzeuge ist ein Wert des Übersetzungsverhältnisses vorteilhaft im Bereich von 1,5 bis 2,5 ausgebildet, während für Brennkraftmaschinen im PKW-Bereich ein Wertebereich für das Übersetzungsverhältnis von 1,5 bis 2,0 nutzbringend ist. Im Vergleich zu Brennkraftmaschinen für Personenkraftwagen werden für Nutzfahrzeuge üblicherweise Fluidinjektoren benötigt, welche größere Düsendurchflüsse und Einspritzmengen ermöglichen, sodass ein größerer Wertebereich für ein vorteilhaftes Übersetzungsverhältnis gegeben ist. For commercial vehicles, a value of the transmission ratio is advantageously formed in the range of 1.5 to 2.5, while for internal combustion engines in the passenger car range, a range of values for the transmission ratio of 1.5 to 2.0 is beneficial. Compared to internal combustion engines for passenger cars, fluid injectors are usually required for commercial vehicles, which allow larger nozzle flows and injection quantities, so that a larger value range is given for an advantageous transmission ratio.

Gemäß einer Weiterbildung des Fluidinjektors ist der piezoelektrische Aktor abhängig von dem in der Ausnehmung des Injektorkörpers zur Verfügung stehenden freien Volumen und abhängig von dem vorgegebenen Nadelhub mit einer vorgegebenen Länge und einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet, sodass der Fluidinjektor eine vorgegebene Antriebssteifigkeit aufweist. According to a development of the fluid injector, the piezoelectric actuator is designed as a function of the free volume available in the recess of the injector body and depending on the predetermined needle stroke with a predetermined length and a predetermined diameter, so that the fluid injector has a predetermined drive rigidity.

Aufgrund des vorgegeben ausgebildeten Übersetzungsverhältnisses und des erforderlichen Nadelhubs der Düsennadel, um geforderte Einspritzmengen zu realisieren, resultiert ein erforderlicher Aktorhub des piezoelektrischen Aktors, um einen geöffneten Zustand der Düsennadel zum präzisen Zumessen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen. Der notwendige Aktorhub des Aktors bestimmt im Wesentlichen die erforderliche Länge des piezoelektrischen Aktors beziehungsweise eines piezoelektrisch aktiven Stapel (auch „Piezostack“ genannt), den der Aktor umfasst und auf Basis dessen der Aktor eine elektrische Ansteuerung in eine mechanische Verformung umwandelt und umgekehrt. Due to the predetermined trained gear ratio and the required needle lift of the nozzle needle to realize required injection quantities, resulting in a required Aktorhub the piezoelectric actuator to allow an open state of the nozzle needle for precise metering of fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine. The necessary Aktorhub the actuator essentially determines the required length of the piezoelectric actuator or a piezoelectrically active stack (also called "piezo stack"), which comprises the actuator and based on which the actuator converts an electric drive into a mechanical deformation and vice versa.

Eine weitere Randbedingung für ein nutzbringendes Injektordesign des Fluidinjektors ist ein maximal zulässiger äußerer Durchmesser des Injektorkörpers, welcher einen maximal zulässigen Innendurchmesser der Ausnehmung des Injektorkörpers und somit eine benötigte Mindestdicke der Wandung des Injektorkörpers im Bereich des Aktors beeinflusst. A further boundary condition for a beneficial injector design of the fluid injector is a maximum permissible outer diameter of the injector body, which influences a maximum permissible inner diameter of the recess of the injector body and thus a required minimum thickness of the wall of the injector body in the area of the actuator.

Der maximal zulässige Innendurchmesser des Injektorkörpers bestimmt im Wesentlichen einen maximal möglichen Durchmesser des Aktors bezogen auf einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Fluidinjektors. Beispielsweise kann eine entsprechende Ausnehmung für den piezoelektrischen Aktor in einen Rohinjektorkörper mittels Bohren mit vorgegebenem Bohrungsdurchmesser eingebracht werden, sodass in Abhängigkeit von bauraumbedingten Vorgaben und eventuell vorhandener Abdichtungs- und Vorspannelemente ein piezoelektrischer Aktor mit möglichst großem Querschnitt des Piezostacks in der vorgegeben ausgebildeten Ausnehmung des Injektorkörpers einsetzbar ist. Die Geometrie des Piezostacks bestimmt wiederum eine Blockierkraft des piezoelektrischen Aktors, die eine zuverlässige Schließposition der Düsennadel realisiert. The maximum permissible inner diameter of the injector body essentially determines a maximum possible diameter of the actuator relative to a cross section perpendicular to the longitudinal axis of the fluid injector. For example, a corresponding recess for the piezoelectric actuator in a Rohinjektorkörper be introduced by drilling with a predetermined bore diameter, so that depending on space constraints and any existing sealing and biasing elements, a piezoelectric actuator with the largest possible cross section of the piezo stack in the predetermined recess formed in the injector used is. The geometry of the piezo stack again determines a blocking force of the piezoelectric actuator, which realizes a reliable closed position of the nozzle needle.

Eine Länge des piezoelektrischen Aktors und die Querschnittsfläche des Piezostacks bestimmen eine Steifigkeit des piezoelektrischen Antriebs. Es ist vorteilhaft, eine möglichst hohe Steifigkeit des Antriebs auszubilden, um dynamische Eigenschaften des Fluidinjektors nutzbringend zu beeinflussen, sodass zum Beispiel zeitlich geringe Abstände zwischen zwei Einspritzzyklen realisierbar sind, welche sich positiv auf den Verbrennungsprozess innerhalb der Brennkraftmaschine auswirken können. Um eine hohe Steifigkeit des piezoelektrischen Antriebs zu realisieren, ist es nutzbringend, den piezoelektrischen Aktor beziehungsweise den Piezostack möglichst kurz bezogen auf eine Länge entlang der Längsachse des Fluidinjektors auszubilden. A length of the piezoelectric actuator and the cross-sectional area of the piezo stack determine a stiffness of the piezoelectric drive. It is advantageous to form as high a rigidity of the drive as possible in order to beneficially influence dynamic properties of the fluid injector so that, for example, short intervals between two injection cycles can be realized which can have a positive effect on the combustion process within the internal combustion engine. In order to realize a high rigidity of the piezoelectric drive, it is beneficial to form the piezoelectric actuator or the piezo stack as short as possible relative to a length along the longitudinal axis of the fluid injector.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Fluidinjektors für ein Kraftfahrzeug ein Bereitstellen eines Injektorkörpers, welcher eine Ausnehmung aufweist, die von einer Wandung des Injektorkörpers begrenzt ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen eines Düsenkörpers, welcher eine Ausnehmung aufweist, die von einer Wandung des Düsenkörpers begrenzt ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen einer Düsennadel, welche bezogen auf eine Längsachse des Fluidinjektors an einem axialen Ende einen zylinderförmigen Nadelkolben aufweist, der mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Bereitstellen eines piezoelektrischen Aktors, welcher zum Einstellen eines vorgegebenen Nadelhubs der Düsennadel ausgebildet ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines hydraulischen Koppelelements, welches eine Ausnehmung und einen zylinderförmigen Steuerkolben zum Übersetzen einer Bewegung des Aktors in eine Bewegung der Düsennadel aufweist. Der Steuerkolben ist mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet und in der Ausnehmung des Koppelelements angeordnet. Das Verfahren umfasst weiter ein Anordnen des Aktors in der Ausnehmung des Injektorkörpers sowie ein Anordnen der Düsennadel in der Ausnehmung des Düsenkörpers, sodass die Düsennadel bezüglich der Längsachse axial beweglich relativ zu dem Düsenkörper angeordnet ist. Außerdem umfasst das Verfahren ein Koppeln des Injektorkörpers und des Aktors mittels des Koppelelements mit dem Düsenkörper und der Düsennadel und dadurch das Ausbilden des Fluidinjektors mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis. Der Durchmesser des Nadelkolbens und der Durchmesser des Steuerkolbens sind dabei derart vorgegeben ausgebildet und bereitgestellt, dass der Fluidinjektor ein Übersetzungsverhältnis zwischen Aktorhub und Nadelhub mit einem Wert von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 aufweist. According to a second aspect of the invention, a method of manufacturing a fluid injector for a motor vehicle comprises providing an injector body having a recess bounded by a wall of the injector body. The method further comprises providing a nozzle body having a recess defined by a wall of the nozzle body. The method further comprises providing a nozzle needle having a cylindrical needle piston formed at a predetermined diameter with respect to a longitudinal axis of the fluid injector at one axial end. The method further comprises providing a piezoelectric actuator, which is designed to set a predetermined needle lift of the nozzle needle. In addition, the method comprises providing a hydraulic coupling element, which has a recess and a cylindrical control piston for translating a movement of the actuator into a movement of the nozzle needle. The control piston is formed with a predetermined diameter and arranged in the recess of the coupling element. The method further comprises arranging the actuator in the recess of the injector body and arranging the nozzle needle in the recess of the nozzle body, so that the nozzle needle is arranged with respect to the longitudinal axis axially movable relative to the nozzle body. In addition, the method comprises coupling the injector body and the actuator by means of the coupling element with the nozzle body and the nozzle needle and thereby forming the fluid injector with a predetermined transmission ratio. The diameter of the needle piston and the diameter of the control piston are designed and provided in such a predetermined manner that the fluid injector has a transmission ratio between actuator stroke and needle stroke with a value of between 1.5 and 2.5 inclusive.

Mittels des beschriebenen Verfahrens ist ein Fluidinjektor realisierbar, welcher einen sicheren und zuverlässigen Betrieb sowie ein kontrolliertes und präzises Zumessen von Fluid ermöglicht. Ein solcher Fluidinjektor kann zu einem vorteilhaften Verbrennungsprozess beitragen und dazu beitragen, Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine gering zu halten. Insbesondere realisiert ein solches Verfahren eine Herstellung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Fluidinjektors, sodass sämtliche Merkmale und Eigenschaften des beschriebenen Fluidinjektors auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt. By means of the described method, a fluid injector can be realized, which enables safe and reliable operation as well as a controlled and precise metering of fluid. Such a fluid injector can contribute to an advantageous combustion process and contribute to keeping pollutant emissions of an internal combustion engine low. In particular, such a method realizes production of an embodiment of the fluid injector described above, so that all the features and properties of the described fluid injector are also disclosed for the method and vice versa.

Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Komponenten des Fluidinjektors mit benötigten Geometrien vorgegeben bereitgestellt werden können oder auch im Rahmen des Verfahrens vorgegeben ausgebildet werden können, um ein nutzbringendes Übersetzungsverhältnis des Fluidinjektors in dem angegebenen Bereich zu realisieren. Dies betrifft insbesondere das Ausbilden der Ausnehmungen des Injektorkörpers, des Düsenkörpers und des Koppelelements sowie die Durchmesser des Steuerkolbens und des Nadelkolbens. Außerdem kann dies ein Ausbilden und/oder Bereitstellen des piezoelektrischen Aktors betreffen, welcher in einem gefertigten Zustand eine vorgegebene Länge und eine vorgegebene Querschnittsfläche des zugehörigen Piezostacks aufweist, um einen geforderten Aktorhub sowie Nadelhub der Düsennadel zu realisieren und eine vorteilhafte Antriebssteifigkeit auszubilden. It should be noted that the described components of the fluid injector can be provided in a predetermined manner with required geometries or can also be configured in the context of the method in order to realize a beneficial transmission ratio of the fluid injector in the specified range. This relates in particular to the formation of the recesses of the injector body, the nozzle body and the coupling element and the diameter of the control piston and the needle piston. In addition, this may relate to a formation and / or provision of the piezoelectric actuator, which in a finished state has a predetermined length and a predetermined cross-sectional area of the associated piezo stack to realize a required Aktorhub and needle lift of the nozzle needle and form an advantageous drive stiffness.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Fluidinjektors, 1 an embodiment of a fluid injector,

2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Fluidinjektors nach 1, 2 an enlarged view of a portion of the fluid injector after 1 .

3 ein Ablaufdiagramm für die Auslegung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen Aktorhub und Nadelhub des Fluidinjektors, und 3 a flow chart for the interpretation of a transmission ratio between Aktorhub and needle lift of the fluid injector, and

4 ein weiteres Ablaufdiagramm für die Auslesung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Aktorhub und Nadelhub des Fluidinjektors. 4 a further flow chart for the readout of the transmission ratio between Aktorhub and needle lift of the fluid injector.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht alle dargestellten Elemente in sämtlichen Figuren mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet. Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals. For reasons of clarity, not all of the illustrated elements may be indicated in all figures with associated reference numerals.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Fluidinjektors 1, welcher einen Injektorkörper 10 und einen Düsenkörper 20 umfasst, der bezogen auf eine Längsachse L des Fluidinjektors 1 an einem axialen Ende mittels einer Injektorhülse 7 mit dem Injektorkörper 10 gekoppelt ist. Der Injektorkörper 10 weist eine Ausnehmung 12 auf, die entlang der Längsachse L von einer Wandung 14 des Injektorkörpers 10 begrenzt ist. Innerhalb der Ausnehmung 12 des Injektorkörpers 10 ist ein piezoelektrischer Aktor 30 angeordnet, welcher eine vorgegebene Länge L_P und einen vorgegebenen Durchmesser D_P aufweist. Die Länge L_P und der Durchmesser D_P beziehen sich auf einen piezoelektrisch aktiven Stapel (auch „Piezostack“ genannt) des Aktors 30, welcher auf Basis des piezoelektrischen Effekts durch Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer mechanischen Verformung führt und umgekehrt. 1 shows a schematic sectional view of a fluid injector 1 , which is an injector body 10 and a nozzle body 20 comprising, with respect to a longitudinal axis L of the fluid injector 1 at one axial end by means of an injector sleeve 7 with the injector body 10 is coupled. The injector body 10 has a recess 12 on, along the longitudinal axis L of a wall 14 of the injector body 10 is limited. Inside the recess 12 of the injector body 10 is a piezoelectric actuator 30 arranged, which has a predetermined length L_P and a predetermined diameter D_P. The length L_P and the diameter D_P refer to a piezoelectrically active stack (also called "piezo stack") of the actuator 30 , which on the basis of the piezoelectric effect by applying an electrical voltage leads to a mechanical deformation and vice versa.

Der Düsenkörper 20 weist eine Ausnehmung 22 auf, die entlang der Längsachse L von einer Wandung 24 des Düsenkörpers 20 begrenzt ist. Innerhalb der Ausnehmung 22 des Düsenkörpers 20 ist bezogen auf die Längsachse L eine Düsennadel 25 axial beweglich relativ zu dem Düsenkörper 20 angeordnet, um im Zusammenwirken mit einem Nadelsitz in einer Schließposition einen Fluidfluss durch den Fluidinjektor 1 zu unterbinden und ansonsten freizugeben. Bezogen auf die Längsachse L weist die Düsennadel 25 an einem axialen Ende 28, welches dem Nadelsitz abgewandt und dem Aktor 30 zugewandt ist, einen Nadelkolben 27 mit einem vorgegebenen Durchmesser D_NK auf. The nozzle body 20 has a recess 22 on, along the longitudinal axis L of a wall 24 of the nozzle body 20 is limited. Inside the recess 22 of the nozzle body 20 is relative to the longitudinal axis L a nozzle needle 25 axially movable relative to the nozzle body 20 arranged to cooperate with a needle seat in a closed position fluid flow through the fluid injector 1 to prevent and otherwise release. Relative to the longitudinal axis L, the nozzle needle 25 at an axial end 28 , which faces away from the needle seat and the actuator 30 facing, a needle piston 27 with a predetermined diameter D_NK.

Der piezoelektrische Aktor 30 ist mittels eines Koppelelements 40 mit der Düsennadel 25 hydraulisch gekoppelt, um die Düsennadel 25 bezogen auf die Längsachse L axial zu bewegen und einen geforderten Nadelhub NH der Düsennadel 25 zu realisieren. Ein solcher Nadelhub NH ist abhängig von einer geforderten spezifischen Leistung einer Brennkraftmaschine, in der der Fluidinjektor 1 eingesetzt und betrieben werden soll, vorgegeben, um eine gewünschte Einspritzmenge ESM eines Fluids in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspeisen. The piezoelectric actuator 30 is by means of a coupling element 40 with the nozzle needle 25 hydraulically coupled to the nozzle needle 25 to move axially relative to the longitudinal axis L and a required needle stroke NH of the nozzle needle 25 to realize. Such a needle stroke NH is dependent on a required specific power of an internal combustion engine, in which the fluid injector 1 is to be used and operated, given to feed a desired injection quantity ESM of a fluid in a combustion chamber of the internal combustion engine.

Außerdem ist in 1 eine Hochdruckbohrung 3 illustriert, welche mit einem Speicherraum beziehungsweise Rail gekoppelt ist, um den Fluidinjektor 1 mit einem Fluid, beispielsweise einem Kraftstoff, zu versorgen. Darüber hinaus ist ein elektrischer Anschluss 5 illustriert, um den piezoelektrischen Aktor 30 kontrolliert anzusteuern und ein Öffnen und Schließen des Fluidinjektors 1 zu ermöglichen. It is also in 1 a high pressure bore 3 illustrated, which is coupled to a storage space or rail to the fluid injector 1 with a fluid, such as a fuel supply. In addition, there is an electrical connection 5 illustrated to the piezoelectric actuator 30 controlled to control and opening and closing the fluid injector 1 to enable.

Der Injektorkörper 10 weist einen äußeren Durchmesser D_IK auf, welcher in Abhängigkeit von Bauraumbedingungen in der Brennkraftmaschine und Anforderungen an eine Hochdruckfestigkeit und auftretenden Druckbelastungen in einem Betrieb des Fluidinjektors 1 ausgebildet ist. Solche Anforderungen bestimmen auch die Ausgestaltungen der Wandungen 14 und 24 des Injektorkörpers 10 und des Düsenkörpers 20, welche im Wesentlichen bezogen auf eine Senkrechte zur Längsachse L mit einer jeweiligen Mindestdicke ausgebildet sind, um Bauraumbedingungen zu entsprechen und Anforderungen an eine jeweilige Hochdruckfestigkeit zu genügen. Anhand der nachfolgenden 2 wird ersichtlich, dass solche Anforderungen auch die geometrischen Ausgestaltungen weiterer Komponenten und Parameter beeinflussen, wie zum Beispiel den Durchmesser D_NK des Nadelkolbens 27. The injector body 10 has an outer diameter D_IK which, depending on space conditions in the internal combustion engine and requirements for high pressure resistance and pressure loads occurring in an operation of the fluid injector 1 is trained. Such requirements also determine the designs of the walls 14 and 24 of the injector body 10 and the nozzle body 20 which are substantially formed with respect to a perpendicular to the longitudinal axis L with a respective minimum thickness to meet space conditions and meet requirements for a respective high pressure resistance. Based on the following 2 It will be appreciated that such requirements also affect the geometrical configurations of other components and parameters, such as the diameter D_NK of the needle piston 27 ,

2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine vergrößerte Ansicht des Fluidinjektors 1 im Bereich des Koppelelements 40 und der Kopplungsschnittstelle des piezoelektrischen Aktors 30 mit der Düsennadel 25. Das hydraulische Koppelelement 40 weist eine Steuerplatte 41 mit einer Ausnehmung 42 auf, in der ein Steuerkolben 44 sowie ein Federelement 46 angeordnet sind, welches eine Federkraft auf den Steuerkolben 44 in Richtung des Aktors 30 ausübt. Ein weiteres Federelement 29 umgibt den Nadelkolben 27 der Düsennadel 25 und übt eine Kraft auf die axial bewegliche Düsennadel 25 in Richtung des Nadelsitzes aus. Der Aktor 30 ist zum Übersetzen eines Aktorhubs AH in einen Nadelhub NH mittels eines Übertragungselements 32 mit dem Steuerkolben 44 gekoppelt. 2 shows a schematic sectional view of an enlarged view of the fluid injector 1 in the region of the coupling element 40 and the coupling interface of the piezoelectric actuator 30 with the nozzle needle 25 , The hydraulic coupling element 40 has a control plate 41 with a recess 42 on, in which a control piston 44 and a spring element 46 are arranged, which a spring force on the control piston 44 in the direction of the actuator 30 exercises. Another spring element 29 surrounds the needle piston 27 the nozzle needle 25 and exerts a force on the axially movable nozzle needle 25 in the direction of the needle seat. The actor 30 is for translating an actuator stroke AH into a needle stroke NH by means of a transmission element 32 with the control piston 44 coupled.

Der Steuerkolben 44 weist einen vorgegebenen Durchmesser D_SK auf, welcher analog zu dem Durchmesser D_NK des Nadelkolbens 25 derart vorgegeben ausgebildet ist, dass ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis US des Fluidinjektors 1 realisiert ist. Ein solches Übersetzungsverhältnis US zwischen Aktorhub AH des Aktors 30 und Nadelhub NH der Düsennadel 25 weist bevorzugt einen Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 auf. Dieser Wertebereich des Übersetzungsverhältnisses US ermöglicht zum Beispiel eine nutzbringende Injektorfunktionalität und Einspritzperformance des Fluidinjektors 1 für Nutzfahrzeuge. In Bezug auf einen Personenkraftwagen weist das Übersetzungsverhältnis US besonders bevorzugt einen Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,0 auf. The control piston 44 has a predetermined diameter D_SK, which is analogous to the diameter D_NK of the needle piston 25 is predetermined such that a predetermined transmission ratio US of the fluid injector 1 is realized. Such a transmission ratio US between Aktorhub AH of the actuator 30 and needle lift NH of the nozzle needle 25 preferably has a value in the range of from 1.5 to 2.5 inclusive. This value range of the transmission ratio US, for example, allows a beneficial injector functionality and injection performance of the fluid injector 1 for commercial vehicles. With respect to a passenger car, the gear ratio US particularly preferably has a value in the range of 1.5 to 2.0 inclusive.

Mittels eines solchen Fluidinjektors 1 mit gezielt ausgebildetem Übersetzungsverhältnis US ist ein sicherer und zuverlässiger Betrieb realisierbar, welcher ein kontrolliertes und präzises Zumessen von Fluid in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine ermöglicht und somit einen Beitrag für einen vorteilhaften Verbrennungsprozess mit geringen Schadstoffemissionen leistet. Der Durchmesser D_NK des Nadelkolbens 27 und der Durchmesser D_SK des Steuerkolbens 44 sind so ausgebildet, dass das Übersetzungsverhältnis US abhängig von dem vorgesehenen Einsatzgebiet einen Wert in einem der angegebenen Bereiche aufweist, welcher einen wesentlichen Parameter für einen zuverlässigen und präzisen Betrieb und eine vorteilhafte Einspritzperformance des Fluidinjektors 1 darstellt. By means of such a fluid injector 1 With a specifically designed transmission ratio US, safe and reliable operation can be realized, which enables a controlled and precise metering of fluid into a combustion chamber of an internal combustion engine and thus makes a contribution to an advantageous combustion process with low pollutant emissions. The diameter D_NK of the needle piston 27 and the diameter D_SK of the control piston 44 are designed such that the transmission ratio US has a value in one of the specified ranges depending on the intended application, which is an essential parameter for reliable and precise operation and advantageous injection performance of the fluid injector 1 represents.

3 illustriert ein Ablaufdiagramm für ein Ermitteln beziehungsweise Auslegen des Übersetzungsverhältnisses UH zwischen Aktorhub AH und Nadelhub NH, um bei einer Konstruktion des Fluidinjektors 1 gezielt ein nutzbringendes Übersetzungsverhältnis US auszubilden. In einem Schritt S1 wird ein erforderlicher Durchfluss von Fluid durch den Düsenkörper 25 beziehungsweise den Fluidinjektor 1 vorgegeben, um ein Einspeisen einer gewünschten Einspritzmenge ESM in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen. In einem Schritt S3 werden Angaben zur Geometrie des Nadelsitzes NS bereitgestellt, welche zusammen mit der Einspritzmenge ESM in einem weiteren Schritt S5 einen erforderlichen Nadelhub NH bestimmen. 3 11 illustrates a flow chart for determining the gear ratio UH between actuator stroke AH and needle lift NH to be used in a fluid injector design 1 specifically to develop a beneficial transmission ratio US. In a step S1, a required flow of fluid through the nozzle body becomes 25 or the fluid injector 1 predetermined to allow feeding a desired injection amount ESM into a combustion chamber of an internal combustion engine. In a step S3, information about the geometry of the needle seat NS is provided which, together with the injection quantity ESM, determines a required needle stroke NH in a further step S5.

In einem weiteren Schritt S7 wird die Düsennadel 25 mit maximal zulässigem Durchmesser D_NK des Nadelkolbens 27 ausgebildet und/oder bereitgestellt, welcher durch Vorgaben an den zulässigen Bauraum und durch Anforderungen an eine notwendige Hochdrucksteifigkeit beschränkt ist. Analog wird das hydraulische Koppelelement 40 mit maximal zulässigem Durchmesser D_SK des Steuerkolbens 44 ausgebildet und/oder bereitgestellt. Der erforderliche Nadelhub NH der Düsennadel 25, der Durchmesser D_NK des Nadelkolbens 27 und der Durchmesser D_SK des Steuerkolbens 44 sind wesentliche Einflussparameter auf das Übersetzungsverhältnis US des Fluidinjektors 1, sodass dieses in Abhängigkeit dieser drei Parameter in einem Schritt S11 gezielt ermittelt und ausgebildet werden kann. In a further step S7, the nozzle needle 25 with the maximum permissible diameter D_NK of the needle piston 27 trained and / or provided, which is limited by specifications of the permissible space and by requirements for a necessary high-pressure stiffness. Analogously, the hydraulic coupling element 40 with maximum permissible diameter D_SK of the control piston 44 trained and / or provided. The required needle stroke NH of the nozzle needle 25 , the diameter D_NK of the needle piston 27 and the diameter D_SK of the control piston 44 are significant influencing parameters on the transmission ratio US of the fluid injector 1 so that it can be determined and formed in a targeted manner in response to these three parameters in a step S11.

In einem weiteren Schritt S13 kann auf Basis des vorgegeben ausgebildeten Übersetzungsverhältnisses US und des erforderlichen Nadelhubs NH eine erforderliche Auslenkung beziehungsweise ein benötigter Aktorhub AH des piezoelektrischen Aktors 30 ermittelt werden, um die Düsennadel 25 in eine vorgegebene Offenstellung zu versetzen und einen Fluidstrom durch den Fluidinjektor 1 zu ermöglichen. Abhängig von dem benötigten Aktorhub AH kann in einem weiteren Schritt S15 eine Länge L_P des piezoelektrischen Aktors 30 beziehungsweise des Piezostacks ermittelt und bei der Konstruktion des Fluidinjektors 1 berücksichtigt werden. Die ermittelten Parameter können in einem Schritt S17 für eine weitere Verarbeitung bereitgestellt oder gespeichert werden. In a further step S13, a required deflection or a required Aktorhub AH of the piezoelectric actuator based on the predetermined trained gear ratio US and the required needle stroke NH 30 be determined to the nozzle needle 25 to put in a predetermined open position and a fluid flow through the fluid injector 1 to enable. Depending on the required actuator stroke AH, in a further step S15, a length L_P of the piezoelectric actuator 30 or of the piezo stack and in the construction of the fluid injector 1 be taken into account. The determined parameters can be provided or stored for further processing in a step S17.

4 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm für ein Auslegen des Übersetzungsverhältnisses US beziehungsweise für ein Ermitteln und Ausbilden von weiteren Konstruktionsparametern für den Fluidinjektor 1. In einem Schritt S19 wird der äußere Durchmesser D_IK des Injektorkörpers 10 vorgegeben ausgebildet und/oder bereitgestellt, sodass der Fluidinjektor 1 vorgegebenen Anforderungen an den Bauraum in der Brennkraftmaschine genügt. 4 shows a further flow chart for a layout of the transmission ratio US or for determining and forming further design parameters for the fluid injector 1 , In a step S19, the outer diameter D_IK of the injector body becomes 10 predetermined trained and / or provided, so that the fluid injector 1 predetermined requirements for the space in the internal combustion engine is sufficient.

In einem weiteren Schritt S21 wird in Abhängigkeit einer erforderlichen Mindestdicke der Wandung 14 ein maximal zulässiger Durchmesser D_AB für eine Aktorbohrung ermittelt, welche in einen Rohinjektorkörper eingebracht werden kann und dadurch einen Teil der Ausnehmung 12 des Injektorkörpers 10 ausbildet. Der Durchmesser D_AB der Aktorbohrung bestimmt den maximal zulässigen Durchmesser D_P des in der Aktorbohrung zu platzierenden piezoelektrischen Aktors 30, welcher in einem weiteren Schritt S23 ermittelt werden kann. Die Durchmesser D_AB und D_P sind somit von der Mindestdicke der Wandung 14 begrenzt, welche benötigt wird, um eine erforderliche Hochdruckfestigkeit zu realisieren und auftretenden Druckbelastungen in einem vorgesehenen Betrieb des Fluidinjektors 1 standhalten zu können. In a further step S21, depending on a required minimum thickness of the wall 14 determines a maximum allowable diameter D_AB for an actuator bore, which can be introduced into a Rohinjektorkörper and thereby a portion of the recess 12 of the injector body 10 formed. The diameter D_AB of the actuator bore determines the maximum permissible diameter D_P of the piezoelectric actuator to be placed in the actuator bore 30 , which can be determined in a further step S23. The diameters D_AB and D_P are therefore of the minimum thickness of the wall 14 limited, which is needed to realize a required high pressure resistance and pressure loads occurring in a planned operation of the fluid injector 1 to be able to withstand.

Auf Basis der benötigten Wandstärke der Wandung 14 und des maximal zulässigen Durchmessers D_P des piezoelektrischen Aktors 30 kann in einem weiteren Schritt S25 eine Blockierkraft F_Piezo des piezoelektrischen Aktors 30 ermittelt werden. Based on the required wall thickness of the wall 14 and the maximum permissible diameter D_P of the piezoelectric actuator 30 can in a further step S25 a blocking force F _{piezo of} the piezoelectric actuator 30 be determined.

In einem weiteren Schritt S27 kann unter Verwendung der in Schritt S17 nach 3 gespeicherten und/oder bereitgestellten Informationen eine maximal erzielbare Antriebssteifigkeit AS des piezoelektrischen Antriebs ermittelt werden, sodass der Fluidinjektor 1 vorteilhafterweise ein vorgegeben ausgebildetes Übersetzungsverhältnis US und eine nutzbringende Antriebssteifigkeit AS aufweist. In a further step S27, using the step S17 in FIG 3 stored and / or provided information a maximum achievable drive stiffness AS of the piezoelectric drive can be determined, so that the fluid injector 1 advantageously has a predetermined trained gear ratio US and a useful drive stiffness AS.

Claims (6)

Fluidinjektor (1) für Kraftfahrzeug, umfassend: – einen Injektorkörper (10), welcher eine Ausnehmung (12) aufweist, die entlang einer Längsachse (L) von einer Wandung (14) des Injektorkörpers (10) begrenzt ist, – einen Düsenkörper (20), welcher mit dem Injektorkörper (10) gekoppelt ist und welcher eine Ausnehmung (22) aufweist, die entlang der Längsachse (L) von einer Wandung (24) des Düsenkörpers (20) begrenzt ist, – eine Düsennadel (25), welche bezogen auf die Längsachse (L) axial beweglich relativ zu dem Düsenkörper (20) in der Ausnehmung (22) des Düsenkörpers (20) angeordnet ist und an einem axialen Ende (28) einen zylinderförmigen Nadelkolben (27) aufweist, der abhängig von dem in der Ausnehmung (22) zur Verfügung stehenden freien Volumen mit einem vorgegebenen Durchmesser (D_NK) ausgebildet ist, – einen piezoelektrischen Aktor (30), welcher in der Ausnehmung (12) des Injektorkörpers (10) angeordnet und zum Realisieren eines vorgegebenen Nadelhubs (NH) mittels eines hydraulischen Koppelelements (40) mit der Düsennadel (25) gekoppelt ist, wobei das Koppelelement (40) zum Übersetzen einer Bewegung des Aktors (30) in eine Bewegung der Düsennadel (25) einen zylindrischen Steuerkolben (44) aufweist, der in einer Ausnehmung (42) des Koppelelements (40) angeordnet und abhängig von dem in der Ausnehmung (42) des Koppelelements (40) zur Verfügung stehenden freien Volumen mit einem vorgegebenen Durchmesser (D_SK) ausgebildet ist, und wobei der Durchmesser des Nadelkolbens (D_NK) und der Durchmesser des Steuerkolbens (D_SK) derart vorgegeben ausgebildet sind, dass der Fluidinjektor (1) ein Übersetzungsverhältnis (US) zwischen Aktorhub (AH) und Nadelhub (NH) mit einem Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 aufweist. Fluid injector ( 1 ) for motor vehicles, comprising: - an injector body ( 10 ), which has a recess ( 12 ), which along a longitudinal axis (L) of a wall ( 14 ) of the injector body ( 10 ), - a nozzle body ( 20 ), which with the injector body ( 10 ) is coupled and which a recess ( 22 ), which along the longitudinal axis (L) of a wall ( 24 ) of the nozzle body ( 20 ) is limited, - a nozzle needle ( 25 ), which relative to the longitudinal axis (L) axially movable relative to the nozzle body ( 20 ) in the recess ( 22 ) of the nozzle body ( 20 ) and at one axial end ( 28 ) a cylindrical needle piston ( 27 ) depending on the in the recess ( 22 ) available free volume having a predetermined diameter (D_NK) is formed, - a piezoelectric actuator ( 30 ), which in the recess ( 12 ) of the injector body ( 10 ) and for realizing a predetermined needle lift (NH) by means of a hydraulic coupling element ( 40 ) with the nozzle needle ( 25 ), wherein the coupling element ( 40 ) for translating a movement of the actuator ( 30 ) in a movement of the nozzle needle ( 25 ) a cylindrical control piston ( 44 ), which in a recess ( 42 ) of the coupling element ( 40 ) and depending on the in the recess ( 42 ) of the coupling element ( 40 ) is formed with a predetermined diameter (D_SK) available, and wherein the diameter of the needle piston (D_NK) and the diameter of the control piston (D_SK) are formed predetermined such that the fluid injector ( 1 ) has a transmission ratio (US) between actuator stroke (AH) and needle lift (NH) having a value in the range of 1.5 to 2.5 inclusive. Fluidinjektor (1) nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser des Nadelkolbens (D_NK) und der Durchmesser des Steuerkolbens (D_SK) derart vorgegeben ausgebildet sind, dass das Übersetzungsverhältnis (US) des Fluidinjektors (1) einen Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,0 aufweist. Fluid injector ( 1 ) according to claim 1, in which the diameter of the needle piston (D_NK) and the diameter of the control piston (D_SK) are designed in such a predetermined manner that the transmission ratio (US) of the fluid injector (US Pat. 1 ) has a value in the range of 1.5 to 2.0, inclusive. Fluidinjektor (1) nach Anspruch 1, bei dem der piezoelektrische Aktor (30) abhängig von dem in der Ausnehmung (12) des Injektorkörpers (10) zur Verfügung stehenden freien Volumen und abhängig von dem vorgegebenen Nadelhub (NH) mit einer vorgegebenen Länge (L_P) und einem vorgegebenen Durchmesser (D_P) ausgebildet ist, sodass der Fluidinjektor (1) eine vorgegebene Antriebssteifigkeit aufweist. Fluid injector ( 1 ) according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator ( 30 ) depending on the in the recess ( 12 ) of the injector body ( 10 ) is provided with a predetermined length (L_P) and a predetermined diameter (D_P) depending on the predetermined needle stroke (NH), so that the fluid injector ( 1 ) has a predetermined drive rigidity. Verfahren zum Herstellen eines Fluidinjektors (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – Bereitstellen eines Injektorkörpers (10), welcher eine Ausnehmung (12) aufweist, die von einer Wandung (14) des Injektorkörpers (10) begrenzt ist, – Bereitstellen eines Düsenkörpers (20), welcher eine Ausnehmung (22) aufweist, die von einer Wandung (24) des Düsenkörpers (20) begrenzt ist, – Bereitstellen einer Düsennadel (25), welche bezogen auf eine Längsachse (L) des Fluidinjektors (1) an einem axialen Ende (28) einen zylinderförmigen Nadelkolben (27) aufweist, der abhängig von dem in der Ausnehmung (22) des Düsenkörpers (20) zur Verfügung stehenden freien Volumen mit einem vorgegebenen Kolbendurchmesser (D_NK) ausgebildet ist, – Bereitstellen eines piezoelektrischen Aktors (30), welcher zum Einstellen eines vorgegebenen Nadelhubs (NH) der Düsennadel (25) vorgegeben ausgebildet ist, – Bereitstellen eines hydraulischen Koppelelements (40), welches eine Ausnehmung (42) und einen zylinderförmigen Steuerkolben (44) zum Übersetzen einer Bewegung des Aktors (30) in eine Bewegung der Düsennadel (25) aufweist, der in der Ausnehmung (42) des Koppelelements (40) angeordnet und abhängig von dem in der Ausnehmung (42) des Koppelelements (40) zur Verfügung stehenden freien Volumen mit einem vorgegebenen Durchmesser (D_SK) ausgebildet ist, – Anordnen des Aktors (30) in der Ausnehmung (12) des Injektorkörpers (10), – Anordnen der Düsennadel (25) in der Ausnehmung (22) des Düsenkörpers (20), sodass die Düsennadel (25) bezüglich der Längsachse (L) axial beweglich relativ zu dem Düsenkörper (20) angeordnet ist, – Koppeln des Injektorkörpers (10) und des Aktors (30) mittels des Koppelelements (40) mit dem Düsenkörper (20) und der Düsennadel (25) und dadurch Ausbilden des Fluidinjektors (1), wobei der Durchmesser des Nadelkolbens (D_NK) und der Durchmesser des Steuerkolbens (D_SK) derart vorgegeben ausgebildet und bereitgestellt sind, dass der Fluidinjektor (1) ein Übersetzungsverhältnis (US) zwischen Aktorhub (AH) und Nadelhub (NH) mit einem Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,5 aufweist. Method for producing a fluid injector ( 1 ) for a motor vehicle, comprising: - providing an injector body ( 10 ), which has a recess ( 12 ), which by a wall ( 14 ) of the injector body ( 10 ), - providing a nozzle body ( 20 ), which has a recess ( 22 ), which by a wall ( 24 ) of the nozzle body ( 20 ), - providing a nozzle needle ( 25 ), which relative to a longitudinal axis (L) of the fluid injector ( 1 ) at an axial end ( 28 ) a cylindrical needle piston ( 27 ) depending on the in the recess ( 22 ) of the nozzle body ( 20 ) available free volume with a predetermined piston diameter (D_NK) is formed, - providing a piezoelectric actuator ( 30 ), which for setting a predetermined needle lift (NH) of the nozzle needle ( 25 ) is predetermined, - providing a hydraulic coupling element ( 40 ), which has a recess ( 42 ) and one cylindrical control piston ( 44 ) for translating a movement of the actuator ( 30 ) in a movement of the nozzle needle ( 25 ), which in the recess ( 42 ) of the coupling element ( 40 ) and depending on the in the recess ( 42 ) of the coupling element ( 40 ) available free volume with a predetermined diameter (D_SK) is formed, - arranging the actuator ( 30 ) in the recess ( 12 ) of the injector body ( 10 ), - arranging the nozzle needle ( 25 ) in the recess ( 22 ) of the nozzle body ( 20 ), so that the nozzle needle ( 25 ) with respect to the longitudinal axis (L) axially movable relative to the nozzle body ( 20 ), - coupling the injector body ( 10 ) and the actuator ( 30 ) by means of the coupling element ( 40 ) with the nozzle body ( 20 ) and the nozzle needle ( 25 ) and thereby forming the fluid injector ( 1 ), wherein the diameter of the needle piston (D_NK) and the diameter of the control piston (D_SK) are predetermined and provided such that the fluid injector ( 1 ) has a transmission ratio (US) between actuator stroke (AH) and needle lift (NH) having a value in the range of 1.5 to 2.5 inclusive. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Bereitstellen der Düsennadel (25) und das Bereitstellen des hydraulischen Koppelelements (40) umfasst: Bereitstellen der Düsennadel (25) mit einem Durchmesser des Nadelkolbens (D_NK) und Bereitstellen des Koppelelements (40) mit einem Durchmesser des Steuerkolbens (D_SK), die derart vorgegeben ausgebildet und bereitgestellt sind, dass das Übersetzungsverhältnis (US) des Fluidinjektors (1) einen Wert im Bereich von einschließlich 1,5 bis einschließlich 2,0 aufweist. The method of claim 4, wherein providing the nozzle needle ( 25 ) and providing the hydraulic coupling element ( 40 ) comprises: providing the nozzle needle ( 25 ) with a diameter of the needle piston (D_NK) and providing the coupling element ( 40 ) having a diameter of the control piston (D_SK), which are designed and provided in such a predetermined manner that the transmission ratio (US) of the fluid injector (US Pat. 1 ) has a value in the range of 1.5 to 2.0, inclusive. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Bereitstellen des piezoelektrischen Aktors (30) umfasst: Bereitstellen des Aktors (30) mit einer vorgegebenen Länge (L_P) und einem vorgegebenen Durchmesser (D_P), die abhängig von dem in der Ausnehmung (12) des Injektorkörpers (10) zur Verfügung stehenden freien Volumen und abhängig von dem vorgegebenen Nadelhub (NH) so ausgebildet sind, dass der Fluidinjektor (1) eine vorgegebene Antriebssteifigkeit aufweist. Method according to Claim 4 or 5, in which the provision of the piezoelectric actuator ( 30 ) comprises: providing the actuator ( 30 ) having a predetermined length (L_P) and a predetermined diameter (D_P), which depends on the in the recess (L_P) 12 ) of the injector body ( 10 ) are available and depending on the predetermined needle stroke (NH) are formed so that the fluid injector ( 1 ) has a predetermined drive rigidity.

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